[发明专利]一种单连通嵌套图形结构的生成方法及系统

权利要求书

1.一种单连通嵌套图形结构的生成方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤(1)：确定输入的N个图案的嵌套顺序，计算所述图案的轮廓点集；

步骤(2)：确定最外层图案及其内部第一层图案，计算重心位置、角度和缩放比例，使得第一层图案重心在计算出的重心位置且角度为计算角度时，按缩放比例缩放后的第一层图案符合设定的设计需求；

步骤(3)：将处理后的第一层图案看做新的最外层图案，并确定下层图案为第一层图案，迭代执行步骤(2)，直到计算完所有的N层图案的嵌套参数；

步骤(4)：逐层绘制图案，生成最终的单连通嵌套图形结构，根据嵌套图形结构生成对应的可进行3D打印的三维模型；

其中，所述步骤(2)中具体包括以下步骤：

步骤(2-1)：确定外层图案S_out，及其内部第一层图案S_in，在S_out内部进行均匀撒点，这些点作为放置内部图案S_in重心的候选点存储在候选点集中；

步骤(2-2)：从候选点集中选择一点P_i，移动内部图案S_in使其重心与点P_i重合，以P_i为极点建立极坐标系；

步骤(2-3)：计算位置P_i旋转角度θ无碰撞下的最大缩放比；

步骤(2-4)：将S_in绕重心进行旋转，每旋转一次重新执行步骤(2-3)，直到所有角度都计算一遍，其中最大的一个即为该位置下的最大缩放比；

步骤(2-5)：从候选点集选择另一点P_j，重新执行步骤(2-2)到步骤(2-4)，计算位置P_j下的最大缩放比，对候选点集中的所有点进行计算，选择其中最大的缩放比k,此时对应的位置p，旋转角度v即为计算结果；

其中，所述步骤(2-3)的具体过程为：P_i为极点，S_in绕重心旋转角度为θ，从P_i发射一条射线，分别与S_in和S_out交于两点，用(α，l)表示该射线与S_in轮廓的交点P_in，(α，L)表示该射线与S_out轮廓的交点P_out，其中α是该射线与x轴正方向的夹角，l是P_iP_in的长度，L是P_iP_out的长度，计算α从1°到360°时L与l的比值，其中最小的比值即为此位置此旋转角度无碰撞下的最大缩放比，此时，内部图案具有最大的面积。

2.如权利要求1所述的一种单连通嵌套图形结构的生成方法，其特征是：所述步骤(1)中具体包括：接收输入N个图案，从外到内选定这N个图案的嵌套顺序，对这N个图案进行重采样，使每个图案具有均匀的轮廓点分布。

3.如权利要求1所述的一种单连通嵌套图形结构的生成方法，其特征是：每层嵌套图案的各种参数由用户配置。

4.如权利要求1所述的一种单连通嵌套图形结构的生成方法，其特征是：所述步骤(4)中具体包括以下步骤：

步骤(4-1)：逐层绘制图案，生成最终的单连通嵌套图形结构；

步骤(4-2)：将嵌套图案生成三维模型，导出为stl格式，并输入至3D打印机中，进行打印制作。