一种融合Web与桌面端的三维模具结构自动生成系统及方法与流程

本发明涉及三维建模，尤其涉及一种融合web在线处理与桌面端浇注模生成的三维模具结构自动生成系统及方法。

背景技术：

1、现有硅胶模具设计与3d打印母模预处理流程，普遍依赖通用cad软件、通用切片软件、桌面stl查看器或零散的模型修复工具组合实现。设计人员通常先在cad软件中导入目标模型或重新建模，手工测量模型外轮廓，逐一建立底座、围挡、法兰、挡墙等辅助结构；再将多个部件分别导出为stl文件，导入切片软件中检查可打印性。整个流程跨越多款软件，设计参数无法连续保存与恢复，迭代效率极低。

2、部分三维工具可实现stl浏览、旋转缩放、切片预览或布尔合并功能，但其定位为通用三维编辑或打印切片工具，并非针对硅胶模具工艺定制。对于硅胶模具典型的外扩底座、分体围挡、防漏底座、可咬合定位结构等部件，现有工具均需人工建模、手动偏移曲线、逐一检查闭合性，对操作人员经验依赖度高，生成质量不稳定。

3、针对桌面端三维打印母模预处理工具，现有方案大多仅支持模型查看、局部修复或简单支撑生成，无法将底座/围挡生成、缩模中空结构、ab两半模、贴体浇注模外壳、浇口/流道/收集杯、分型筋板与多件导出整合为标准化的参数化流程。尤其在浇注模设计场景中，人工通过cad构建贴合母模外形的壳体、脱模间隙、顶部开口、底部法兰与防漏结构，不仅耗时极长，且成品质量差异显著。

4、现有自动化浇注模生成工具如果仅通过包围盒、二维投影或粗略凸包生成壳体，难以贴合复杂有机外形的母模，硅胶层厚度均匀性差，导致壳体与复杂有机外形不贴合；若采用完整xy投影贯穿切除的方式清理底部型腔，又容易误切底座或下壳边缘，削弱模具结构强度与防漏性能。同时针对高面数模型，单一布尔运算或单一体素算法难以在处理效率、网格闭合性与细节保留度之间取得平衡。

5、此外，现有在线ai图生3d服务仅能输出独立的三维模型文件，用户仍需转入cad或切片工具完成底座生成、围挡设计、切底修复与导出操作，无法与模具参数化设计、项目存储、在线权限控制、积分计费、海外站点运营形成连贯的数据流。多站点场景下，国际化配置、权限套餐、支付渠道、积分体系分散管理，易出现权限绕过、重复扣费、配置混淆等运营风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种融合web在线处理与桌面端浇注模生成的三维模具结构自动生成系统及方法，该系统以三维模型为输入，自动完成模型预处理、轮廓/足迹提取、底座生成、围挡生成、贴体浇注模壳体生成、分型结构生成、网格修复、布尔装配、可打印导出和项目/权限管理；将模型预处理、轮廓提取、参数化模具生成、贴体浇注模壳体构建、网格修复、可打印导出与项目权限管理整合为统一工作流，同时覆盖web在线轻量服务与桌面端高性能本地处理两大场景，显著提升模具设计效率、生成质量与导出可靠性，并支持全球化在线运营。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种融合web与桌面端的三维模具结构自动生成系统，包括：

4、web三维交互与预览模块，用于解析stl格式或ai生成的三维模型，在浏览器中构建三维预览场景，提供正交相机、轨道控制、模型平移、旋转、缩放、贴地切底和实时状态显示功能；

5、轮廓提取与缓存模块，用于根据当前模型变换矩阵将三维模型的网格顶点投影至xz水平平面，优先采用栅格轮廓追踪提取模型的最大外轮廓，复杂模型采用凸包算法兜底，并基于参数组合实现轮廓结果缓存；

6、底座与围挡参数化生成模块，用于基于模型外轮廓执行两级多边形偏移，依次生成底座轮廓与围挡外轮廓，挤出生成底座、法兰、围挡、分体围挡、咬合结构和防漏底座；

7、网格修复与布尔导出模块，部署于服务端，用于对提交的网格载荷执行分级缺陷修复与流形校验，采用封闭盒体求交实现水密切底，经布尔合并运算后导出可打印三维模型文件；

8、桌面端核心网格与修复模块，用于读取本地三维模型的网格读取，执行网格缺陷修复、拓扑分析、几何简化与打印可用性校验；

9、贴体浇注模混合壳体生成模块，用于在浇注模模式下根据脱模间隙、硅胶厚度与外壳厚度计算内外偏移量，采用多级几何生成策略生成贴合母模外形的内外壳体；

10、浇注模功能结构装配模块，用于生成分型筋板、浇注系统与加固结构在内的模具功能结构，将所有功能结构与外壳合并为统一装配体后，执行一次性掏空布尔运算以形成模具内部空腔；

11、浇注模分件清理与打印导出模块，用于沿分型面切分模具为多个独立模具件，对底座执行局部三维型腔清理，逐件修复后导出可打印三维文件。

12、作为本发明的进一步方案，所述轮廓提取与缓存模块用于将模型所有顶点投影至xz平面，划分均匀栅格并标记三角面覆盖的占用单元，追踪占用单元边界的闭合轮廓并选取面积最大的闭合环作为外轮廓，经简化和平滑处理后输出；当栅格轮廓提取失效时，采用顶点采样与凸包算法生成兜底轮廓；将模型变换参数、底座外扩量、围挡厚度与切底参数组合为缓存键，仅参数变更时重新计算轮廓。

13、作为本发明的进一步方案，所述底座与围挡参数化生成模块的两级多边形偏移具体为：第一级按底座外扩量basepadding将外轮廓hull向外偏移，得到底座轮廓basepolygon；第二级按围挡厚度enclosurethickness将basepolygon向外偏移，得到围挡外轮廓enclosurepolygon；底座由basepolygon按设定高度挤出生成，围挡由enclosurepolygon与basepolygon之间的环形区域挤出生成。

14、作为本发明的进一步方案，所述底座与围挡参数化生成模块还用于生成分体围挡、咬合定位结构与防漏底座；基于围挡外轮廓生成分体围挡件，并根据咬合形状、宽度、长度参数生成对应咬合结构；额外生成防漏底座以强化围挡与底座的连接密封性。

15、作为本发明的进一步方案，所述网格修复与布尔导出模块采用三级修复管线：

16、快速路径：构建流形网格对象，合并重合顶点并校验网格流形性，校验通过则直接进入布尔运算环节；

17、轻量修复路径：快速路径校验失败时，执行顶点焊接、退化三角形清理、连通分量分析、浮尘组件移除、边拓扑统计、面朝向归一化与小孔洞封口；

18、重建路径：轻量修复后仍存在复杂自交或非流形缺陷时，采用体素/水平集方式重建网格，重建过程受计算预算约束。

19、作为本发明的进一步方案，所述网格修复与布尔导出模块执行切底操作时，构造覆盖模型上方空间的封闭盒体，将模型与盒体执行布尔求交生成封闭切底面；执行主体与底座合并时，将主体模型在切底面方向加入微小延伸量以消除共面缝隙，最终将所有部件执行流形并集运算后，输出二进制stl或3mf格式文件。

20、作为本发明的进一步方案，所述贴体浇注模混合壳体生成模块的内外层偏移量计算规则为：硅胶层偏移量等于脱模间隙与硅胶厚度之和，外壳总偏移量等于硅胶层偏移量与外壳厚度之和。

21、作为本发明的进一步方案，所述贴体浇注模混合壳体生成模块采用多级生成策略：

22、首选路径：针对低面数、水密性合格的母模，采用流形膨胀算法执行精确等距偏移，生成内外壳体；

23、次选路径：针对高面数或几何复杂的母模，采用符号距离场体素重建方案，将模型体素化后在三维符号距离场上执行内外偏移，提取等值面得到壳体；

24、兜底路径：上述路径均失败时，采用沿顶点法线方向偏移或基于模型凸包生成近似壳体，保证输出可打印结构。

25、作为本发明的进一步方案，所述浇注模功能结构装配模块生成的功能结构包括分型筋板、顶部开口圈、顶部横梁、浇口杯、收集杯、流道、底部法兰与防漏底座；所有功能结构先与外壳合并为统一外部装配体，再一次性执行掏空与布尔扣除，形成容纳母模与硅胶层的内部空腔。

26、作为本发明的进一步方案，所述浇注模分件清理与打印导出模块执行型腔清理时，仅在模型底部附近与底座厚度范围内执行局部三维型腔扣除；切分后对每个模具件依次执行残留内腔清除、最大连通体保留、底部平面平移至z=0坐标、水密性修复，最终导出stl或3mf格式文件。

27、作为本发明的进一步方案，所述三维模具结构自动生成系统还包括ai图生3d与任务模块、项目持久化与恢复模块、全球版权限积分与支付模块、桌面端交互模块、结构生成模块、桌面端授权与服务模块；

28、所述ai图生3d与任务模块，用于接收图片输入，调用云端图生3d服务并轮询任务状态，将生成结果转换为标准三维格式后绑定至用户项目；

29、所述项目持久化与恢复模块，用于分离存储模型文件与场景状态数据，场景状态数据记录全量设计参数与运行状态，加载时重建可编辑场景；

30、所述全球版权限积分与支付模块，用于基于站点上下文管理多区域的配置与权限，在事务中执行积分扣减并记录流水；

31、所述桌面端交互模块，用于基于c++20、qt 6和opengl/qt视图提供本地模型载入、修复、变换、预设参数、普通模具、缩模和ab/浇注模模式的交互式预览；

32、所述结构生成模块，用于根据模型底部投影、截面或凸包生成足迹轮廓，经外扩、平滑后分层挤出，生成底座、围挡、防漏壁、定位件、卡扣与logo嵌入结构，支持普通模具、缩模、ab两半模多种工作模式；

33、所述桌面端授权与服务模块，用于通过本地桌面客户端和go授权/配置/支付服务管理登录、许可、版本、支付配置、管理员配置和企业部署场景。

34、第二方面，本发明提供了一种融合web与桌面端的三维模具结构自动生成方法，包括以下步骤：

35、s1.输入预处理：接收三维模型文件或图片输入，图片经ai图生3d转换为三维模型，对三维模型执行网格解析、缺陷修复与姿态调整；

36、s2.外轮廓提取：根据当前模型变换矩阵将三维模型的网格顶点投影至xz水平平面，优先通过栅格轮廓追踪提取外轮廓，复杂模型采用凸包算法兜底，并对轮廓结果进行缓存；

37、s3.参数化基础模具生成：基于提取的外轮廓执行两级多边形偏移，依次生成底座轮廓与围挡外轮廓，挤出生成底座、法兰、围挡、分体围挡、咬合结构和防漏底座；

38、s4.浇注模进阶生成：切换至浇注模模式时，根据脱模间隙、硅胶厚度与外壳厚度计算内外偏移量，采用多级算法生成贴体内外壳体；装配功能结构后对统一装配体执行一次性掏空布尔运算；

39、s5.分件清理与导出：沿分型面切分模具件，对底座区域执行局部三维型腔清理，逐件完成残留清除、连通体保留、位置归位与水密修复后导出可打印三维文件；

40、s6.项目与权限管控：存储模具设计的全量参数与文件状态，支持加载恢复编辑；在线场景下基于站点上下文执行权限校验与事务化积分扣减。

41、作为本发明的进一步方案，栅格轮廓提取包括以下步骤：

42、将模型所有顶点投影至xz平面，将投影区域划分为均匀栅格，根据三角面的覆盖范围标记被占用的栅格单元；

43、从占用栅格的边界出发追踪闭合轮廓线，选取面积最大的闭合环作为模型外轮廓；

44、对初始外轮廓执行顶点简化与曲线平滑处理，得到适配后续偏移操作的稳定外轮廓；

45、将模型缩放、旋转、平移参数、底座外扩量、围挡厚度、分体围挡参数与切底高度组合为缓存键，仅当参数变更时重新计算轮廓。

46、作为本发明的进一步方案，两级二维多边形偏移的具体规则为：第一级按底座外扩量basepadding将模型外轮廓hull向外偏移，得到底座轮廓basepolygon，用于挤出生成底座主体与法兰；第二级按围挡厚度enclosurethickness将底座轮廓basepolygon向外偏移，得到围挡外轮廓enclosurepolygon，由围挡外轮廓与底座轮廓之间的环形区域挤出生成围挡壁体。

47、作为本发明的进一步方案，所述三级修复管线包括：

48、快速路径：构建流形网格对象，合并重合顶点并校验网格流形性，校验通过则直接进入布尔运算环节；

49、轻量修复路径：快速路径校验失败时，执行顶点焊接、退化三角形清理、连通分量分析、浮尘组件移除、边拓扑统计、面朝向归一化与小孔洞封口；

50、重建路径：轻量修复后仍存在复杂自交或非流形缺陷时，采用体素/水平集方式重建网格，重建过程受计算预算约束。

51、作为本发明的进一步方案，底部切平操作具体为：构造覆盖模型上方全部空间的封闭盒体，将模型与封闭盒体执行布尔求交运算，天然生成水密的切底平面；执行主体模型与底座的合并运算时，将主体模型在切底面方向加入微小延伸量，消除主体与底座之间的共面缝隙；最终将所有部件执行流形并集运算后，输出二进制stl或3mf格式文件。

52、作为本发明的进一步方案，多级几何生成策略包括：

53、首选路径：针对低面数、水密性合格的母模，采用流形膨胀算法执行精确等距偏移，生成内外壳体；

54、次选路径：针对高面数或几何复杂的母模，采用符号距离场体素重建方案，将模型体素化后在三维符号距离场上执行内外偏移，提取等值面得到壳体；

55、兜底路径：上述路径均失败时，采用沿顶点法线方向偏移或基于模型凸包生成近似壳体，保证输出可打印结构。

56、与现有技术相比，本技术所提供的融合web与桌面端的三维模具结构自动生成系统及方法，具有以下有益效果：

57、本发明采用web在线处理子系统与moldmaster5.0桌面端子系统双端融合、共享核心模具建模逻辑的架构，将三维模型预处理、外轮廓提取、参数化底座与围挡生成、贴体浇注模壳体构建、功能结构装配、分件清理及可打印导出整合为完整统一的处理流程，有效克服了现有技术需在多款cad、网格修复、切片软件间反复切换、设计参数无法持续保存复用的效率短板；通过栅格轮廓追踪结合凸包兜底的轮廓提取机制与两级二维多边形偏移的参数化生成链路，显著提升了复杂缺陷模型的外轮廓稳定性与硅胶模具专用结构的适配性，解决了传统包围盒或简易凸包方案存在的围挡尺寸偏差、与模型外形贴合度不足的问题；依托多级几何生成策略制作贴体浇注模内外壳体，并采用功能结构统一装配后一次性布尔掏空、底座区域局部三维型腔清理的处理方式，既兼顾了高面数复杂母模的处理效率与壳体贴合精度，又避免了完整投影贯穿式切除造成的底座边缘过度削弱、防漏性能下降的问题，同时减少了分散布尔运算引发的非流形边、网格水密性差的缺陷；最终经分型切分、单件归位与水密性修复输出可直接用于3d打印的模具文件，配合双端差异化的服务定位，在保障在线项目编辑连续性与全球站点运营管控能力的同时，满足了桌面端本地高性能、精细化模具处理的需求，全面提升了三维模具设计的效率、成型质量与导出可靠性。