[发明专利]一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造(3D打印或快速原型)技术领域，特别涉及一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法。

背景技术

增材制造技术中的熔融沉积(FDM)工艺，其零件的成型需要通过熔丝填充分层后的二维轮廓区域完成。填充过程中，每一条单独的填充轨迹都需要熔丝喷嘴开和关、进和退、喷嘴清理等辅助动作。因此，二维轮廓区域填充的连续轨迹数量对填充效率和填充质量有着重要影响，连续轨迹的数量越少，需要的辅助时间越少，熔丝断点也越少，成型质量也就越好。

目前，增材制造中，二维轮廓区域的填充轨迹生成算法主要有zigzag填充、轮廓偏置填充、Hilbert曲线填充、Voronoi图构造螺旋轨迹等。Zigzag填充算法主要是通过连接区域内的平行扫描线来生成“弓”形填充轨迹，如果区域内部包含不需填充区域或在扫描线垂直方向上存在凹区域，则无法形成连续轨迹；轮廓偏置填充算法主要是轮廓线偏置实现区域填充，每条偏置轨迹之间是不连通的，对于复杂轮廓还将出现偏置轮廓自相交或互相交导致偏置轮廓分裂；Hilbert曲线填充算法通过Hilbert曲线来填充区域，由于区域轮廓的不规则，Hilbert曲线不可避免地被截断而产生中断；利用Voronoi图构造螺旋轨迹时，算法较为复杂，在轨迹间的过渡不符合一个偏置轨迹的规则，并且该方法在复杂轮廓下还是会出现很多的退刀次数。由此可见，这些算法虽然能够填充二维轮廓区域，但对于复杂二维轮廓区域，即使是单连通区域，也需多条的连续轨迹才能实现全区域的填充。因此，有必要研究新的复杂二维轮廓区域填充方法，生成连续填充轨迹数量最少的填充轨迹，提高填充效率和填充质量。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法，可以由任意复杂的单连通区域生成单条填充轨迹，并最终实现任意复杂二维轮廓区域的最少连续轨迹数量的填充轨迹生成，具有较高的鲁棒性和效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法，包括如下步骤：

A1、二维区域轮廓线组的分组和连接处理；

A2、单连通区域连接轮廓线的偏置处理；

A3、将每个单连通区域内的偏置轮廓线连接生成各单连通区域的单条轨迹。

优选的，所述步骤A1具体为：

B1、对符合左手定则、无自相交和互相交的二维区域轮廓线组进行处理，通过各轮廓线极值点判断各轮廓线是内轮廓还是外轮廓，并分别保存到内轮廓动态数组和外轮廓动态数组，计算各轮廓线的AABB包围盒；

B2、将复杂二维区域轮廓线组分解为单联通区域轮廓线组；

B3、将单连通区域的内、外轮廓线组连接成为单条轮廓线：设某个单连通区域的外轮廓顶点动态数组为C_W，其包含的内轮廓组为(C₁,C₂,…,C_n)。

优选的，所述步骤B2具体为：

C1、从内轮廓数组中取出一个取出一个内轮廓C；

C2、将C的AABB包围盒依次与外轮廓数组中的各外轮廓AABB进行比较，判断C被哪些外轮廓包含；

C3、如果C只被一条外轮廓包含，则该外轮廓为C的直接包括外轮廓C_W；如果C被多条外轮廓包含，分别计算这些外轮廓的AABB包围盒面积，所求面积最小的外轮廓为内轮廓C的直接包括外轮廓C_W；

C4、将内轮廓C加入到其直接包括外轮廓C_W的内轮廓索引数组中；

C5、重复操作步骤①到④，直至所有内轮廓的均被插入各个外轮廓的内轮廓索引数组中；其结果是每一条外轮廓和若干条直接被包含的内轮廓构成一个单连通区域。

优选的，所述步骤B3具体为：

D1、将外轮廓C_W的所有顶点建立一颗k-d树；

D2、取出C_W所包含的一个内轮廓C_m{m∈(1,2,…,n)}，分别将C_m每一个点作为搜索点，利用k-d树的查找到C_W中最近点，求出距离，比较得到内外轮廓之间的最近点对(V_i(C_W),V_j(C_m))，其中V_i(C_W)为C_W中的第i个点，V_j(C_m)为C_m中的第j个点；