近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家數(shù)學(xué)與交叉科學(xué)中心(合肥)圖形與幾何計(jì)算實(shí)驗(yàn)室在機(jī)器人空間3D打印研究方面取得重要突破，成功實(shí)現(xiàn)了六軸機(jī)器臂空間3D打印線框模型的路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)及高效自動(dòng)打印。該成果已被計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議Siggraph Asia 2016接收，將于12月初在大會(huì)上報(bào)告，論文發(fā)表在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域唯一的一區(qū)期刊ACM Transactions on Graphic上。

三維線框模型是由一系列直桿通過節(jié)點(diǎn)連接而成的空間結(jié)構(gòu)。由于其蘊(yùn)含空間形狀的簡潔性，這種模型被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，比如藝術(shù)品、家具裝飾、雕塑、建筑等。如下圖所示：

因此，通過3D打印來制造各種復(fù)雜的線框模型逐漸在藝術(shù)及建筑領(lǐng)域有越來越多的需求。由于線框模型的自然性，通過機(jī)器人直接在空間輸出直桿，從而自動(dòng)生成整個(gè)線框模型成為更為自然的方法。如何實(shí)現(xiàn)打印任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的線框模型的路徑規(guī)劃，成為一個(gè)急需解決的問題。為了解決此問題，研究小組提出了一種“分而治之”的策略，首先將輸入三維線框模型分解成多個(gè)規(guī)模較小的子問題，然后對每個(gè)子問題設(shè)計(jì)了一種局部優(yōu)化的策略進(jìn)行路徑規(guī)劃。所設(shè)計(jì)的打印路徑既能保證打印過程中已打印部分的穩(wěn)定性，同時(shí)也避免了機(jī)器臂與已打印部分的碰撞。如下圖所示：

該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人為該校數(shù)學(xué)學(xué)院的劉利剛老師和張舉勇老師。值得指出的是，本研究項(xiàng)目的主要參與人為我校三名本科生，其中第一作者黃一江為我校數(shù)學(xué)學(xué)院2016屆畢業(yè)生，現(xiàn)在麻省理工學(xué)院繼續(xù)深造，胡馨現(xiàn)為我校計(jì)算機(jī)學(xué)院大四本科生，宋果鮮為該校數(shù)學(xué)學(xué)院2016屆畢業(yè)生。該項(xiàng)目的成員還包括清華建筑系的學(xué)生和魯迅美術(shù)學(xué)院的學(xué)生。該項(xiàng)目很好體現(xiàn)了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、藝術(shù)與建筑的跨界合作。此工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院“百人計(jì)劃”和國家自然科學(xué)基金的支持。