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毕业设计（论文）

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基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接_杨文涛

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基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接_杨文涛

摘要：本文针对基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接问题，首先分析了STL格式在CAD实体建模中的应用及其特点。接着，针对分割与拼接的难点，提出了基于深度学习的分割算法和基于图论的拼接算法。通过实验验证，所提出的算法能够有效地对CAD实体模型进行分割与拼接，提高了模型的精度和可编辑性。本文的研究成果为CAD实体建模提供了新的技术手段，对相关领域的研究具有参考价值。

随着计算机技术的不断发展，CAD（计算机辅助设计）技术已经广泛应用于各个领域。CAD实体建模是CAD技术中的重要组成部分，其核心是对实体模型进行精确的描述和编辑。STL（StereoLithography）格式是一种常用的CAD实体模型数据格式，具有简单、易用等优点。然而，在实际应用中，CAD实体模型的分割与拼接是一个复杂的问题，直接影响着模型的精度和可编辑性。因此，研究基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接技术具有重要的理论意义和实际应用价值。本文旨在探讨基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接技术，为CAD实体建模提供新的技术手段。

一、1.STL格式概述

1.1STL格式的定义与特点

(1)STL（StereoLithography）格式，也称为立体光刻格式，是一种广泛用于三维建模、3D打印等领域的数据格式。该格式最初由ChuckHull在1983年发明，用于描述三维物体的表面。STL格式的基本原理是使用一系列的三角形面来近似物体的表面，这些三角形面被称为“三角形网格”或“三角片”。每个三角形面由三个顶点定义，这三个顶点在三维空间中构成了三角形的三个角。STL格式的文件扩展名通常为“.stl”。

(2)STL格式的特点主要包括以下几点：首先，STL文件格式简单，易于处理，这使得它成为了许多三维建模软件和3D打印机之间的通用数据交换格式。其次，STL格式支持非结构化数据，这意味着文件中的三角形面没有特定的顺序，这使得用户可以灵活地处理数据。然而，这也可能导致在处理一些复杂模型时出现性能问题。此外，STL格式不支持非平面表面和曲面，因此它只能表示物体的表面，而不包含内部结构。例如，一个球体在STL格式中会被表示为由多个三角形面组成的近似表面，而不是一个完整的球体。据统计，STL文件中三角形面的数量可以达到数百万个，这对于一些高性能的3D打印设备来说是一个挑战。

(3)在实际应用中，STL格式的使用非常广泛。例如，在工业设计中，设计师可以使用CAD软件创建一个产品的三维模型，并将其导出为STL格式以便进行3D打印。在医疗领域，医生可以使用CT或MRI扫描数据生成患者的骨骼或器官的STL模型，以便进行手术规划和模拟。此外，在建筑和工程领域，STL格式也被用于创建建筑物的三维模型，以便进行可视化、分析和模拟。据一项研究显示，在全球范围内，每年大约有数百万个STL文件被生成和使用，这些文件涉及的产品和服务涵盖了从消费电子产品到航空航天设备等多个领域。随着3D打印技术的不断进步，STL格式的应用范围也在不断扩大。

1.2STL格式在CAD实体建模中的应用

(1)在CAD实体建模领域，STL格式作为三维模型数据的一种标准，被广泛应用于各种设计和制造流程中。据一项调查，超过90%的CAD软件都支持STL格式的导出和导入功能。例如，AutoCAD、SolidWorks、CATIA等主流CAD软件都提供了将实体模型转换为STL格式的功能。在产品设计和制造过程中，设计师可以将STL文件导入到3D打印软件中，进行模型的打印或加工。例如，某汽车制造商在研发一款新型汽车时，便使用CATIA软件设计出车辆的三维模型，并通过STL格式将其传输到3D打印机上进行原型验证。

(2)STL格式在CAD实体建模中的应用不仅限于原型制造，还广泛应用于产品设计的迭代和优化。通过将CAD模型转换为STL格式，设计师可以方便地利用3D打印技术快速制作出产品原型，以便进行手动的修改和测试。据统计，约60%的3D打印原型用于产品设计和开发阶段。例如，某电子产品制造商在开发一款新型手机时，利用STL格式将手机设计模型导入3D打印机，制作出手机壳的原型，以便进行外观设计和手感测试。

(3)在建筑和工程领域，STL格式同样扮演着重要角色。建筑师和工程师可以使用CAD软件创建建筑物的三维模型，并将模型导出为STL格式，以便进行结构分析和可视化。例如，某工程项目在规划阶段，建筑师使用Revit软件创建了建筑物的三维模