本发明属于陶瓷制作技术领域，尤其涉及基于MATLAB根据图片快速制作陶瓷浮雕的方法。

背景技术：

印模成形是传统的陶艺成形工艺之一，它具有制作简便、省时省力、对制作者没有过多的技艺要求的优点，因而直到现代，其依旧作为陶艺成形最主要的生产方式被广泛应用。传统的印模成型指按产品的形状，先做印模，印模用低温的陶或石膏制成。印制时把泥制成所需厚度的泥板，在印模内压印成形。对于传统压印成型的方法，由于制作的印模可以多次使用，因此在批量生产时，优点体现尤为显著。然而，对于小批量手工生产时，由于印模制作周期较长，精度要求较高，对于制作者的技艺要求高。此时，印模成型的优点便不能很好体现；因此传统的印模成型在小批量生产时并不方便，成本高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供耗时短、制作简单的基于MATLAB根据图片快速制作陶瓷浮雕的方法，它还具有在无实体模型时能快速建模成型、成本低等优点。

基于MATLAB根据图片快速制作陶瓷浮雕的方法，包括以下步骤：

(1)读取图片灰度值；利用MATLAB将图片转为灰度图，最终生成灰度矩阵I；

(2)矩阵插补与点云连续化；将灰度矩阵I分别按行、按列展开输出为三维坐标并进行插补生成新矩阵HH和LL；

(3)点云包覆处理；建立一个新矩阵BB，新矩阵BB的三维坐标将原有图片的三维坐标包围；

(4)逆向工程；将点云处理后建成三维模型并导出；

(5)3D打印印模；利用3D打印技术将上一步的三维模型打印，制作出印模；

(6)模印成型；使用上一步打印出来的印模印制坯体，印模成型；

(7)陶瓷烧成。

优选的，读取图片灰度值时，先利用MATLAB自带的函数包“imread”读取图片，再用“rgb2gray”将图片转为灰度图，从而提取到图片每个像素点的灰度值，最终生成像素点所对应的灰度矩阵I。

优选的，灰度矩阵I展开输出后，在灰度值大于1的两个相邻点之间插入点，从而形成连续的点云，生成新矩阵HH、LL。灰度值表示颜色，用0-255表示，量纲为1。

优选的，灰度矩阵展开输出的三维坐标(X，Y，Z)，(X，Y)为像素点坐标，Z为像素点对应的灰度值。

优选的，新矩阵BB包括若干边框矩阵，将边框矩阵、矩阵HH、矩阵LL处理后生成总的点云矩阵。

优选的，在逆向工程中，将生成的点云导入Geomagic Studio中，对点云进行曲面拟合、网格优化处理、精确曲面处理后封装处理成三维模型。

优选的，网格优化处理包括删除特征、填充孔、松弛、锐化、简化。

优选的，采用3D打印软件Cura进行切片，并导出方便直接打印出3D模型的G代码。

优选的，在3D打印印模中，利用Micromake 3D打印机进行打印，制作出印模。

优选的，印模为塑料材料制成。

本发明的优点：

1、本发明利用MATLAB对平面图片进行灰度处理从而提取图像信息，再通过矩阵补插与点云连续化、点云包覆处理后导出点云总成；因此本发明能够快速、方便地制作出陶瓷浮雕；在没有实体模型时，可以快速建模；对操作者手工技艺要求较低，建模加快、成本降低。

2、本发明在建立新矩阵BB后，将矩阵HH、矩阵LL及边框矩阵合成为总的点云矩阵，因此在做逆向工程时，只需导入一次，提高了制作陶瓷浮雕母印的速度。

3、本发明采用Geomagic Studio进行逆向工程，能生成精准的三维数字模型，极大地缩减了设计、建模的周期。

4、在网格优化处理中采用删除特征、填充孔、松弛、锐化、简化等操作，因而三维模型更加规则平整。

5、本发明采用3D打印技术制作母模，相对于传统的石膏或陶泥手工制作母模，具有简便、省时、快速的优点。

附图说明

图1为本发明的总流程图。

图2为本发明实施例中前三步的流程图。

图3为本发明实施例所作浮雕的平面示意图。

图4为本发明实施例点云包覆处理后的点云图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

MATLAB中“％”符号后为本行代码的解释说明。

本实施例中，使用Geomagic Studio软件对点云进行处理。Geomagic Studio一般用于根据任何实物零部件，通过扫描点生成的点云自动生成准确的数字模型。再借助Geomagic Studio将三维扫描数据和多边形网络转换成精确的三维数字模型，并可以输出各种行业标准格式，包括STL、IGES、STEP和CAD等众多文件格式。这让我们可以通过扫描已有模型实现跳转设计过程，而不再是从一无所有开始设计。极大地缩短了设计、建模的周期。

本发明又不同于现有的扫描技术，而是根据任何一张图片，利用MATLAB对其进行灰度处理从而提取图像信息，再通过一系列包括矩阵插补与点云连续化以及点云包覆处理后导出三维坐标生成点云。

基于MATLAB根据图片快速制作陶瓷浮雕的方法，如图1，包括以下步骤：

1、读取图片灰度值，利用MATLAB处理图片，从而得到图片的灰度矩阵I。

2、矩阵补插与点云连续化；将灰度矩阵I按行展开输出为三维坐标，得到一个新矩阵H，然后对新矩阵H补插生成矩阵HH；将灰度矩阵I按列展开输出为三维坐标，得到一个新矩阵L，然后对新矩阵L补插形成矩阵LL。

3、点云包覆处理；建立一个新的矩阵BB，BB的三维坐标将原有图片的三维坐标包围起来；再导出总的点云矩阵文件。

4、逆向工程，将点云处理后，建立成三维模型，三维模型导出为三维模型文件。

5、3D打印印模；利用现有的3D打印技术将上一步建立好的三维模型打印，制作出印模。

6、模印成型；根据上一步打印出来的印模(母模)，印制坯体，印模成型。

7、陶瓷烧成。

本实施例中，以制作一个小象形状的陶瓷浮雕为例，针对上述每一步骤进行详细介绍。

1、读取图片灰度值。将要打印模型的图片命名为“cc.jpg”，并存放于MATLAB当前工作的文件夹中，图片原图如图3所示。

在MATLAB中编写代码如下：

I＝imread('cc.jpg')；％读入图片

I＝rgb2gray(I)；％转成灰图

运行后可得到灰度矩阵I。

2、矩阵插补与点云连续化。将灰度矩阵I按行展开输出为三维坐标，得到一个新的矩阵H。然后对新的矩阵进行插补生成矩阵HH，即对灰度值差距过大的两个相邻点之间插入足够的点，本实施例中灰度值大于1的两个相邻点之间插入足够的点，进行过渡化处理。在MATLAB中编写代码如下：

运行后得到行插补矩阵HH。

同理，将灰度矩阵I按列展开输出为三维坐标，得到一个新矩阵L，然后对新矩阵L补插，可得到列插补矩阵LL。

3、点云包覆处理。建立一个新的矩阵BB，使其内含的三维坐标将原有图片的三维坐标包围起来，即点云包覆处理。在MATLAB中编写代码片段如下：

运行后生成边框矩阵BB1，其他矩阵同理可生成。为方便输出，再编写如下程序代码：

运行后生成总的点云矩阵Z，并导出点云为txt文件，并命名文件名为“data.txt”。

4、逆向工程。将所生成的点云导入Geomagic Studio中，进行进一步处理。由于MATLAB处理时为了提高导出点云效率，点云数据点的量并不是十分充足。所以我们需要对点云进行填充孔操作，在无序点曲面对象上将有序点插入孔隙。由于某些图片质量问题产生的误差和一些由Geomagic Studio软件算法不可避免的产生的偏差，我们还需要对同一平面上的点进行拟合到平面的操作。之后我们对处理好的点云进行封装处理，让软件自动生成曲面拟合，再通过一系列网格优化处理，如：删除特征、填充孔、松弛、锐化、简化等操作，使模型更加规则平整。并通过软件自带的精确曲面功能，将网格转换为曲面，进行进一步的精修。最后，我们可以将处理好的模型直接保存为iges文件，或再次转换为网格，保存为stl文件，为接下来的3D打印过程做准备。逆向工程处理后效果如图4所示。

5、3D打印印模。根据上一步建立好的模型，利用现有的3D打印技术，本实施例中采用Cura进行切片，导出G代码后再利用Micromake 3D打印机进行打印，制作出印模。

6、模印成型。印模(印坯)成型法是应用模具来进行成型的一种办法。本发明中运用的是塑料模具，根据上一步骤中打印出来的母模(即上一步中的印模)，即可印制坯体，印模成型。印模时要用力均匀、压紧，坯体脱模后有残损的要修补，多余的要刮落。这种办法可以多量地复制产物，在陶瓷出产中带来良多便利。

7、陶瓷烧成。陶瓷的原理：CaO+SiO2--->CaSiO3。首先把待烧制的陶瓷制品装入匣钵，烧窑时间过程约一昼夜，温度在1300度左右。先砌窑门，点火烧窑，燃料是松柴，测看火候，掌握窑温变化，决定停火时间。本实施例中陶瓷烧成与一般的陶瓷生产过程相同。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。