[發(fā)明專利]一種快速成型中三角面片模型的逐邊分層方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410185901.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN103970949B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃常標(biāo);江開勇;劉斌;林俊義;路平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種快速成型中三角面片模型的逐邊分層方法。

背景技術(shù)

快速成型技術(shù)不需要復(fù)雜的生產(chǎn)線和工裝，可一次成型任意復(fù)雜形狀的零件，極大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)制造過程，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短開發(fā)周期的效果。快速成型技術(shù)基于分層離散/增材原理，因此CAD模型的分層是快速成型過程的基礎(chǔ)，分層算法研究也一直是快速成型研究領(lǐng)域的重要方面。

由于CAD模型的不同，分層算法可分為兩大類。(1)連續(xù)曲面模型的直接分層算法；(2)以STL模型為代表的三角面片模型的分層算法。此類算法只能獲得離散折線，輪廓精度較低，但其算法較為簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。在眾多分層算法中，基于STL模型為代表的數(shù)據(jù)面片模型的分層方法還是研究的主流。基于STL模型的分層算法主要有四種基本方法：①基于拓?fù)湫畔⒌姆謱铀惴ǎ虎诨谌敲嫫恢眯畔⑦M(jìn)行面片分組的分層算法；③基于三角面片幾何連續(xù)性并采用新面片表和活性面片表的分層算法；④三角面片沒有組織形式的分層算法。這些方法中，方法②和③沒有創(chuàng)建拓?fù)湫畔ⅲ謱訒r(shí)通過分組或活性面表來縮小搜索相交面片的范圍，但重復(fù)計(jì)算交點(diǎn)、交點(diǎn)排序、排序時(shí)的三維坐標(biāo)比較等影響了效率。方法④則沒有將模型全部讀入內(nèi)存，分層時(shí)反復(fù)從文件中搜索相交面片，求交后就從內(nèi)存釋放，交點(diǎn)處理同法②和③。該方法主要是為了節(jié)省內(nèi)存，一般用于超大文件，其效率顯然不高。而方法①通過建立拓?fù)湫畔肀苊夥謱訒r(shí)相鄰面片的搜索，同時(shí)也避免了交點(diǎn)重復(fù)計(jì)算和交點(diǎn)排序，能直接獲得有序輪廓。因此從原理上看，方法①分層時(shí)的效率應(yīng)該是最高的。

這四種方法都有一個(gè)共同點(diǎn)就是依次取不同的分層平面來切割模型，每次切割獲得一層輪廓線。因此可統(tǒng)稱這類方法為逐層(或?qū)觾?yōu)先)分層方法，其不足之處在于不能很好利用模型中邊的幾何連續(xù)性，以至影響分層效率。王素等在學(xué)術(shù)期刊《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》2011,23(04),P600-606發(fā)表的學(xué)術(shù)論文“STL模型的分層鄰接排序快速切片算法”提出了一種可稱為逐面片(或面片優(yōu)先)分層的方法，基本原理為：依次取一個(gè)三角面片，反求與其相交的各分層平面及其索引號(hào)，分別在相交層序號(hào)對(duì)應(yīng)的List鏈表內(nèi)線性查找是否有相鄰面片，如找到則計(jì)算兩面片公共邊與對(duì)應(yīng)分層平面的交點(diǎn)，并依照鄰接關(guān)系插入交點(diǎn)。該算法占用內(nèi)存少，不重復(fù)計(jì)算交點(diǎn)，但也存在影響分層效率的因素，如：由于沒有建立面片相鄰?fù)負(fù)湫畔ⅲ看蜗噜徝嫫牟檎叶夹枰?jīng)過多次的頂點(diǎn)坐標(biāo)比較；由于需要找到公共邊后再計(jì)算交點(diǎn)，也就沒有利用邊的幾何連續(xù)性。

綜上所述，現(xiàn)有針對(duì)三角面片模型的逐層分層方法和逐面片分層方法，都不能直接有效地利用邊的幾何連續(xù)性進(jìn)行分層，影響了分層效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種快速成型中三角面片模型的逐邊分層方法，其克服了背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是：

快速成型中三角面片模型的逐邊分層方法，它包括：

步驟1，基于讀入到內(nèi)存的三角面片模型數(shù)據(jù)，去除冗余點(diǎn)，創(chuàng)建正向邊表及其左、右連接面片信息；

步驟2，遍歷模型，獲得分層方向的最大Z值和最小Z值，并根據(jù)設(shè)定的分層厚度計(jì)算出該模型的分層總層數(shù)N；創(chuàng)建長(zhǎng)度為分層層數(shù)N的交點(diǎn)連接輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)數(shù)組，用于進(jìn)行交點(diǎn)插入；以及創(chuàng)建長(zhǎng)度為分層層數(shù)N的分層輪廓數(shù)組，用于保存分層結(jié)果；

步驟3，遍歷正向邊表，依次取一條正向邊，基于邊的幾何連續(xù)性依次求出該邊與相交分層平面的交點(diǎn)，每求出一個(gè)有效交點(diǎn)后立即執(zhí)行交點(diǎn)連接算法；

其中：所述正向邊是指：當(dāng)分層方向?yàn)樽鴺?biāo)系Z軸正方向時(shí)，三角面片中的非水平邊，其兩個(gè)端點(diǎn)中Z值較小的端點(diǎn)為邊的起始頂點(diǎn)，Z值較大的端點(diǎn)為邊的終止頂點(diǎn)；正向邊表中包含起始頂點(diǎn)索引值、終止頂點(diǎn)索引值、左連接面片索引值、右連接面片索引值；

步驟4，重復(fù)步驟3，處理完所有正向邊后，獲得輪廓線方向符合左手定則的分層輪廓線。

一實(shí)施例之中：基于無冗余點(diǎn)的頂點(diǎn)表和面片表，創(chuàng)建正向邊表及其左、右連接面片信息的方法包括：

①取一個(gè)面片F(xiàn)，在面片頂點(diǎn)存儲(chǔ)順序與面片法矢符合右手定則的情況下，依次取頂點(diǎn)0、1，頂點(diǎn)1、2，頂點(diǎn)2、0構(gòu)成三條邊；