研究設計

本論文使用兩種軟體來建構三維模型，分別是 3D builder,以及 Microsoft Kinect for windows SDK 2.0[38]，內建的 Kinect Fusion[39]如圖 2.9，首先，

先開啟 Kinect Fusion Explorer-WPF 的介面，如圖 2.10 所示，在顯示區域右 上方的灰階影像，是目前的 Kinect 捕捉到的深度影像；而左側較大的區域，

則是目前 3D 模型重建完成的結果[40]。至於右下方的畫面，則是目前深度 影像在進行追蹤、位置計算後的狀況，有顏色的部分是代表沒辦法正確對 上的區域[41]如圖 2.10 下方中的 Tracking outliers 訊息。

圖 2. 9 Meshmixer[42] Repetierhost [43]

圖 2. 10 Kinect Fusion Explorer-WPF 介面

3D Builder 是由 Microsoft 開發出的 3D 打印設計軟體，他能夠把以建 構好的模型物件做大小和三維方位上的調整，以及模型的網格建置，模型 破面處的簡單修補功能，然後使用裡頭的 3D Scan 系統，配合 Kinect V2 深 度影像裝置建構模型，如圖 2.11，設定的部分有待測物的深度設定，要掃 描的物件所需要的寬度和高度設定，還有將待測物放在旋轉盤上，做 360 度 的整體掃描，就能夠建構出完整的模型。

圖 2.11 3D Builder

使用 3D Scan 掃出後的模型，如下圖 2.12 呈現不規則擺放，這時候就 要利用 3D Builder 內的模型物件旋轉選項，調整為垂直的方向的擺放，如 2.13，再把人像模型置於中間的底板網格內，點選修復模型破洞的位置，做 一個自動化的修補作業程序，如圖 2.14，修補後的人像模型，如圖 2.15 和 2.16，會把有破洞的地方，做一個簡單的修補方式及內部實心化的過程，修 補完成後的人像模型，可開啟網格檢視的選單，觀察出三角網格修補的程 度，如圖 2.17 和 2.18。

圖 2.12 3D Builder 人像模型-水平擺放

圖 2.13 3D Builder 人像模型-垂直擺放

圖 2.14 3D Builder 修復模型破洞的地方

圖 2.15 3D Builder 模型的修補及內部實體化

圖 2.16 3D Builder 修復破損的部分

圖 2.17 3D Builder 模型網格

圖 2.18 3D Builder 檢視模型網格

經由 3D Builer 或者 Kinect Fusion 生成的模型，如有破面及深度掃描不 完整的部分，如圖 2.16 所示，會先把該模型轉換成 STL 檔放入 Meshmixer 裡做修補及檢查破面的程序，這時候已匯入的模型檔會呈現不規則的擺放 空間狀態，如圖 2.19 和 2.20 所示，這時就要選取 Edit，來做模型的移動以 及調整，如圖 2.21，調適到適合的位置，以利後續的作業。

圖 2. 19 Meshmixer Transform 選項

圖 2.20 Meshmixer 移動模型

圖 2.21 Meshmixer 三維角度調整

調整好的模型，再來就要檢查有無破面的問題，因為 3D 模型列印一定 要是一個封閉的網格連線以及實心化的狀態下，才能順利的產出成型，所 以我們要選用 Meshmixer 的 Analysis 編輯列表，如圖 2.22，再點選 Inspector 的檢查破面功能，這時就會如圖 2.23、圖 2.24，標記出破面的地方，之後 直接點選全部執行指令，就可快速修復整體模型破面的地方。

圖 2.22 Meshmixer 執行檢查破面的程序

圖 2.23 顯示模型破面處的個數範圍

圖 2.24 修補破面的範圍

然而有些模型因比例大小的關係，需要擷取某部分或是某一塊部件的 話，就需要做裁切的動作，這時候我們就可以選擇 Edit 編輯列表，點選裡 面的 Plane Cut 功能，如圖 2.25，這時就可以調整三維座標（x，y，z）來調 整網格切除不需要的部分，圖 2.26，切除完畢後，底板網格跟模型沒有貼 合，如圖 2.27，就需要再使用 Edit 編輯列表裡的 Align 作貼齊網底的動作。

圖 2.25 模型的裁切

圖 2.26 裁切的範圍

圖 2.27 貼齊網底

這時的模型已經初步完成了，但因 Kinect 深度鏡頭掃雲點的限制，及 人像衣物材質和光線問題，所以會影響模型的完整度及些許的小缺失地方，

這時候一樣也可以用 Meshmixer 裡的修補功能做細部的修補，如圖 2.28，

這時候就可以點選 Sculpt 編輯列表，點選 Brushes 選擇修補的方式，本論 文模型我們選擇的是 Flatten 的選項，來做一個面部的平整修補，如圖 2.29 所示。

圖 2.28 細部修補的選項

圖 2.29 面部修補完成

因最後要把模型輸出到 3D 印表機裡，且運用 Kinect 深度鏡頭，掃出 的點雲所建立的三角網格，但只有模型的表面而已，所以則需要實心及三 角網格完整的情況下，才可以順利輸出模型成品，故需要把模型給內部填 滿，這時就要使用 Edit 編輯列表內的 Make Solid 做內部填滿的動作，如圖 2.30，選取之後就按下確認就完成了，最後成品如圖 2.31 所示。

圖 2.30 做實心填充

圖 2.31 實心填充進行中及計算填補體積

最後的一項步驟就是把建構好的模型輸入到 3D 印表機裡，產出人像 成品，而本論文所使用的 3D 列印機是使用 D-Force 300 V2 機型，搭配 Repetierhost 列印系統，故需要把已完成的模型檔，存取成 STL 的形式，如 圖 2.32，所以我們要先選取上方列表的 File 選單，進行模型的轉檔，如圖 2.33。

圖 2.32 選擇轉檔的選項

圖 2.33 選擇存取 STL 類型檔案

把已轉成 STL 模型檔的檔案輸入到 Repetierhost 的 3D 列印軟體，如圖 2.34，調整模型的三維（x，y，z），決定輸出後的大小，以及檢查有無超過 3D 印表機允許可列印的範圍，圖 2.35，然後進入 Slic3r 這套切片軟體系統 做基本的參數設定，首先打開 Layers and perimeters 清單列表，調整層高 Layer height，設定厚度 Perimeters（minimum），圖 2.36，然後再進入 Solid layers 調整頂部和底部的厚度，進入 infill 軟體設定模型填充比例，如圖 2.37，

最後再進入 Skirt and Brim 設定清單，圖 2.38，Skirt 主要的作用就是初步檢 測列印範圍，排除殘料，而 Brim 則是幫助模型物件的附著，因怕建構模型 底層時，會有脫落情況發生，以免導致後續的程序無法進行，故會設定一 定參數，幫助物件附著在列印機的玻璃底板上。

圖 2.34 STL 檔匯入 Repetierhost

圖 3.35 在 Repetierhost 裡調整模型輸出後的大小

圖 3.36 Slic3 切片軟體做參數設定

圖 2.37 Slic3 切片軟體設定模型填充比例

圖 2.38 Slic3 切片軟體設定 Skirt and Brim

參數設定完成之後，就要把模型檔轉換成可供 Slic3r 切片軟體輸出的 代碼，且在確認最終輸出的比例大小和有無偏離底座中心位置，如圖 2.39，

確認無誤後，就可點選上方列表的運行任務指令做最後的執行步驟，這時 候 3D 列印機已經正在動作，執行所設定的指令，而在 Repetierhost 上，則 可以看到正在建造的模型所需要的時間，完成的層數，及設定的溫度等，

都會隨著 3D 列印機的程序，同時跟 Repetierhost 做同步執行的畫面，如圖 2.40，連 Skirt and Brim 的部分，也都會完整呈現在畫面上，以方便做進一 步的調整和設定。

圖 2.39 生成可供 Slic3r 切片軟體輸出的代碼

圖 2.40 代碼輸入進 Repetierhost 做列印

在輸出到 D-Force 300 V2 前，最重要的步驟就是基本的定位校正，及

速率，加快成型的速度，但速率快的話，同時也要考慮噴頭溫度的問題，因 度也是最高的，而最後呈現的成品如圖 2.47 和 2.48，Repetierhost 建模狀 態會同步呈現在電腦上和 3D 印機平台上，完成後的人像模型，只需要用刮 刀輕輕地鏟下就可使模型底層與玻璃平臺做分離，再把 Brim 做剝除的程序 就完成了。

圖 2.41 模型底層 Skirt and Brim 的過程

圖 2.42 模型底層的雛形架構

圖 2.43 填充內部網格結構

圖 2.44 模型半身的製程

圖 2.45 人像模型頭部修補

圖 2.46 Repetierhost 人像模型頭部修補

圖 2.47 PLA 人像模型成品

圖 2.48 Repetierhost 同步建模狀態