[发明专利]一种包含多个洞的多边形区域快速桥接方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，具体是涉及一种包含多个洞的多边形区域快速桥接方法。

背景技术

在层切法粗加工路径规划中，首先用一张层高可变的平面去截零件和毛坯模型，得到在该层平面上的若干加工区域。这些加工区域由一系列多边形嵌套包围而成。以其中一个加工区域为例，该区域由一个表示外轮廓的多边形和零个或多个表示内轮廓的多边形围成，其中外轮廓多边形方向一般表示成逆时针，内轮廓多边形方向一般表示成顺时针。在加工区域内，常用的刀具路径形式有平行和环形两种。平行路径生成算法较为简单，但加工时可能频繁抬刀，且在两条路径衔接处可能存在切削力不均匀的情况。环形路径生成算法较为复杂，但抬刀较少且切削力均匀，因此被广泛应用于各类零件的粗加工过程中。

生成环形路径的过程就是对表示加工区域的多边形进行连续偏置的过程，而加工区域中内轮廓（洞）的存在大大增加了多边形偏置的难度。目前文献中对带洞多边形区域偏置的处理方法主要有两种：

一是首先分别对内、外轮廓进行偏置，其中外轮廓向内偏置，内轮廓向外偏置，然后对得到的所有偏置线求交并根据各交点之间的逻辑关系对偏置线进行裁剪，最终得到若干封闭偏置线。采用这种方法的代表文献有：Lee CS,Phan TT,Kim DS,2D curve offset algorithm for pockets with islands using a vertex offset,The International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2009,10(2):127-135。

二是首先将所有内轮廓多边形桥接到外轮廓多边形上，得到一个统一包含了内、外轮廓的多边形，然后对该多边形进行偏置，生成若干偏置线。Kim K，Jeong J以及Choi BK，Park SC在他们的文章中均采用了这种方法处理带洞多边形的偏置问题，但是他们的文章都聚焦在对多边形的偏置问题上，而内轮廓桥接至外轮廓的过程由人工手动实现（参见Kim KJeong J,Tool path generation for machining free-form pockets with islands,Computers&Industrial Engineering,1995,28(2):399-407以及Choi BK,Park SC,A pair-wise offset algorithm for2D point-sequence curve,Computer-Aided Design,1999,31(12):735-745）。Wong TN，Wong KW在他们的文章中研究了区域中内轮廓的自动桥接方法，但该方法的时间复杂度为平方量级，当区域中内轮廓个数较多或内轮廓上点较多时，采用该方法桥接内轮廓耗时较大（参见Wong TN,Wong KW,NC toolpath generation for arbitrary pockets with Islands,The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,1996,12(3):174-179）。

综上所述，针对包含多个洞的多边形加工区域的桥接问题，现有技术不够完备，尚停留在手工桥接或具有平方量级时间复杂度的自动桥接级别上。粗加工环形路径生成过程亟需一种能够在接近线性时间内完成区域内轮廓桥接过程的方法。

发明内容

为了解决粗加工环形路径生成中现有技术在桥接带洞多边形区域中存在的不足，提高桥接效率，本发明提供一种包含多个洞的多边形区域快速桥接方法。本方法基于平面点云的Delaunay三角化技术，可以在接近线性时间内将输入平面区域中的内轮廓多边形桥接至外轮廓多边形上，得到一个包含了内、外轮廓多边形的统一多边形。

一种包含多个洞的多边形区域快速桥接方法，包括：

步骤1、输入一个表示平面区域的多边形数组，其中第一个多边形表示区域的外轮廓，定义为外轮廓多边形，其余多边形表示区域内轮廓，即各个洞的轮廓，定义为内轮廓多边形；

步骤2、复制并存储上述多边形各顶点坐标，同时记录每个顶点在对应多边形上的序号以及该多边形在多边形数组中的序号，得到一组平面点云；

步骤3、对上述平面点云进行Delaunay三角化处理，得到一个平面三角形数组；

步骤4、删除上述平面三角形数组中无用的三角形，这些三角形包括三个顶点都在同一多边形上或三个顶点分别在三个多边形上的三角形；