[发明专利]一种型腔通道最小尺寸计算方法

权利要求书

1.一种型腔通道最小尺寸计算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：提取型腔必要信息：一个型腔看作由一个底面和若个干轮廓面组成，从中提取出底面，并构建底面所包含的信息：

BottomFace＝{FaceMatterSide,Loops}

式中：BottomFace表示底面所包含的属性信息；FaceMatterSide表示底面的材料侧，底面的材料侧指三维CAD模型中模型材料与底面的位置关系；Loops表示所有限定底面的环的集合，其中环是一组由顶点连接起来的边；每个底面的Loops中包含一个外环以及若干个内环：

Loops＝{OuterLoop,InnerLoop₁,InnerLoop₂,...，InnerLoop_n}

其中OuterLoop表示外环，InnerLoop_i表示第i个内环，其中0＜i≤n；分别提取出外环和内环中的每一条边，并获取其中包含的信息：

Edge＝{EdgeMatterSide,EdgeConvexity，EdgePointSet，EdgeRevert}

式中：Edge表示边中所包含的属性信息；EdgeMatterSide表示边的材料侧，边的材料侧表示底面中模型材料与边的位置关系；

凹边线簇是指在一个环内一组由若干个按顺序直接相连的凹边所组成的集合；凹边线簇信息构建如下：

ConcaveEdges＝{Edges,EdgesPointset，OpenPath，OuterorInner}

式中：ConcaveEdges表示凹边线簇的属性信息；Edges表示组成凹边线簇的所有边的集合，Edges＝{E₁,E₂,E₃,...,E_n}，E_i表示组成凹边线簇的第i条边，其中0＜i≤n；EdgesPointset表示将凹边线簇中每条边的离散化点集合并后按照一定顺序重新排列得到的新的有序点集，即凹边线簇的路径，EdgesPointset＝{P₁，P₂，P₃,...,P_n}，P_i表示第i个离散化点，其中0＜i≤n；OpenPath为凹边线簇路径开闭的标识，当凹边线簇路径首尾不相连时即认为其是开放路径，反之，当凹边线簇路径首尾相连时即认为其是闭合路径；OuterorInner表示该凹边线簇包含在外环中还是内环中；

对于没有底角的型腔，首先分别提取出型腔底面的外环和内环；之后，如果外环或者内环中包含凸边，则分别将这些凸边剔除并得到多个由凹边组成的集合；最后，对凹边集合中的边线按照一定顺序进行排列得到一个或多个凹边线簇；对于有底角的型腔，需要继续对获取到的凹边线簇进行处理：首先，分别获取凹边线簇中的每一条边所在的圆角面；之后，在该圆角面的轮廓上获取所有与该边不直接相邻且为凹边的边；然后，判断获取到的边是否与其对应在凹边线簇中的边方向一致，如果不一致，则翻转该边的方向；最后，将获取到的边对应在凹边线簇中的边除去EdgePointSet属性的其余属性均赋予该边，依次对凹边线簇中的边进行上述处理并得到一个新的凹边线簇；对新的凹边线簇中每一条边进行离散化处理并得到一系列点，将这些点投影到二维平面上并获取其坐标；在离散化过程中仅对曲边进行离散化，对于直线边，仅提取其起点和终点；

步骤2：对边的离散化点进行排序并得到每个凹边簇的原始路径；对步骤1从凹边线簇中获取到的点按照一定的顺序进行排列；对于一个包含n条边的凹边线簇，需要通过以下方法进行排序：首先获取凹边簇中的第一条边的离散化点集EdgePointSet₁和第二条边的离散化点集EdgePointSet₂，判断EdgePointSet₁的起点是否与EdgePointSet₂的起点或者终点重合，如果重合，则翻转EdgePointSet₁中点的排列方向，并记该边的属性EdgeRevert＝-1，反之，不执行翻转操作，并记EdgeRevert＝1；然后分别计算出EdgePointSet₁的终点到EdgePointSet₂起点的距离d₁和到EdgePointSet₂终点的距离d₂，若d₁＞d₂，则翻转EdgePointSet₂中点的排列方向，并记该边的属性EdgeRevert＝-1，若d₁＜d₂，不执行翻转操作，并记该边的属性EdgeRevert＝1；最后，获取凹边线簇中第i条边的离散化点集EdgePointSet_i，其中2＜i≤n，分别计算出第i-1条边的点集EdgePointSet_i-1的终点到EdgePointSet_i起点的距离d_i1和到EdgePointSet_i终点的距离d_i2，若d_i1＞d_i2，则翻转EdgePointSet_i中点的排列的方向，并记该边的属性EdgeRevert＝-1，若d_i1＜d_i2，不执行翻转操作，并记该边的属性EdgeRevert＝1；通过上述方法分别对环中每个凹边线簇进行处理，最终每一个凹边线簇都会得到一组与之对应的有序点集合，即凹边线簇的原始路径EdgesPointSet；

步骤3：对凹边线簇的原始路径使用Clipper库中的偏置函数进行处理；对一个底面中包含的所有凹边线簇原始路径进行偏置，并给定偏置距离f；

情况一：对型腔中仅由凹边组成的环进行偏置；此时每个环中仅包含一个凹边线簇，且凹边线簇的原始路径属于闭合路径；对于外环，则使用Clipper库中的偏置函数对该环的凹边线簇原始路径向内偏置f；对于内环，则向外偏置f；

情况二：对型腔中包含凸边的环进行偏置；当环中包含凸边时，则该环会包含一个或者多个凹边线簇；使用Clipper库中的偏置函数对其中一个凹边线簇的原始路径EdgesPointSet进行偏置得到新的路径C₁，C₁仍然为一系列有序点组成的集合；环中包含的凹边线簇均为开放路径，在使用Clipper库对其进行偏置时，会向EdgesPointSet的两侧同时偏置f的距离，但实际上只需要保留其在边线材料侧一面的偏置结果；通过判断偏置后生成的点与凹边线簇原始路径EdgesPointSet的相对位置是否与边线材料侧相同来对这些点进行取舍，如果相同，则保留该点，如果不相同，则舍弃；具体而言：

1)边线的材料侧分为左侧或者右侧，因此，对偏置后生成的点位于凹边线簇原始路径EdgesPointSet的左侧还是右侧进行判断；对于偏置后路径C₁上的任意一点p(x,y,0)，找到距离其最近的原始路径C₀上的点p₀(x₀,y₀，0)，如果p₀不是原始路径的终点，则在原始路径上找到与p₀相邻的后一个点p₁(x₁,y₁,0)，定义向量如果p₀是原始路径C₀的终点，在原始路径上找到与p₀相邻的前一个点p₂(x₂,y₂,0)，定义向量则当向量的z轴坐标值大于零时，认为p在原始路径C₀的左侧，并给定一个标记Sign＝1；小于零时，认为p在原始路径C₀的右侧，并给定一个标记Sign＝-1；等于零时，认为p在原始路径上，并给定一个标记Sign＝0；

2)依次判断偏置后的路径C₁中每一个点与原始路径EdgesPointSet的相对位置是否与原始路径EdgesPointSet中每个点对应边线的材料侧一致；获取EdgesPointSet中每个点对应边线的属性，如果EdgeRevert×EdgeMatterSide×FaceMatterSide＝Sign，认为该点位置与边线材料侧一致；如果EdgeRevert×EdgeMatterSide×FaceMatterSide≠Sign，则认为该点位置与边线材料侧不一致；保留所有位置与边线材料侧一致的点得到一个新的点集S₀；

3)找到点集S₀中正确的起点和终点，并对S₀中的点按照一定顺序重新进行排列后与原始路径EdgesPointSet相连形成新的路径C₄；具体而言，首先在S₀中分别找到距离原始路径EdgesPointSet的起点p_s和终点p_e距离在r₁和r₂之间的点，r₁＝f+a，r₂＝f-a，其中f为偏置距离，a为容错范围，a的取值为C₁中距离最近的两点之间的距离值；之后，将通过上述方法获取到S₀中所有可能的起点与终点并分别放入到起始点集合P_S和终止点集合P_e中，读取P_S中的点p_i，在P_e中找与该点直接相邻的点p_j，如果p_j存在，则将p_i作为起点，p_j作为终点，如果p_j不存在，则继续读取P_S中的下一个点并重复上述步骤直至找到起始点和终止点；然后，将获取到点集S₀的起点和终点分别放到的第一位和最后一位，并对S₀中其余点按照之前的顺序进行排列得到新的路径C₃；最后，分别计算出C₃的终点到原始路径EdgesPointSet起点的距离d_s和到EdgesPointSet终点的距离d_e，若d_s＞d_e，则对C₃中的点以相反的方向重新进行排列，若d_s＜d_e，不进行任何操作，将路径C₃与路径EdgesPointSet相连得到一个闭合路径C₄；此时完成对其中一个凹边线簇的偏置，然后使用同样的方法分别对其余的凹边线簇偏置f的距离；

对这些凹边线簇偏置完成后，判断偏置后的路径是否发生相交；经过偏置后的路径如果与其他路径相交或者出现自相交，则路径的数目会发生改变；待偏置原始路径的数目为n₀，偏置后的路径数目为n₁，如果n₀＝n₁，即认为未出现相交；如果n₀≠n₁，认为出现相交；具体偏置过程如下：

给定初始偏置距离f₁＝d₀，如果第一次偏置就发生相交，则令f₁＝f₁/2，不断执行该操作，直至不再相交，则将此时的偏置距离当作初始偏置距离；令f_i＝f_i-1+f_a，其中f_i表示第i次的偏置距离，f_i-1表示第i-1次的偏置距离，f_a表示每次偏置的距离，且i＞1；经过i次偏置后出现相交时，令f_a＝f_a/2，并重新执行该次偏置，如果仍然相交，则继续缩小f_a直至无法相交；如果不再相交，则在改变f_a的值后继续执行下一次偏置；不断地执行上述操作，直至f_a＜f_m，其中f_m为给定的一个边界值，此时的f_i的二倍即为最终偏置距离；

首先分别对底面中包含的所有凹边线簇路径采用上述方法单独进行偏置，判断最终偏置距离在范围(0，LimitOffset)内是否出现自相交，如果出现自相交则记录该偏置距离，完成所有凹边线簇路径的单独偏置后，找出其中的最小偏置距离Offset₁；然后，分别对外环凹边线簇同时进行偏置，并记录最终偏置距离Offset₂；之后，分别对每个内环中凹边线簇同时进行偏置，并记录最终偏置距离Offset₃；最后，同时对底面中包含的凹边线簇进行偏置，并记录最终偏置距离Offset₄；通道最小尺寸为Offset₁、Offset₂、Offset₃和Offset₄中最小值的二倍。