本发明专利技术涉及一种基于线段集相交逼近的变半径点阵结构直接切片，属于点阵结构几何模型切片技术领域，本发明专利技术将圆台表示为线段集，并利用线段与平面的相交来逼近切片结果，避免了传统方法中将平面与圆台方程联立求解时可能面临的无法获得解析解的情况，能够提供更明确的求解结果，从而提高切片的稳定性和精确度；本发明专利技术对于等半径和变半径的杆件采用相同的求解过程，避免了传统方法中对不同类型杆件进行分类讨论的复杂性，显著简化了计算逻辑，加快了整个求解过程；本发明专利技术通过基于线段集的逼近策略和像素并的处理方式，实现了对复杂点阵结构的高效、高精度切片，不仅提高了切片生成的效率，还保证了对不同杆件类型的一致处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及点阵结构几何模型切片，具体涉及一种基于线段集相交逼近的变半径点阵结构直接切片，尤其涉及用于点阵结构的几何模型切片，将输出的数据信息用于增材制造机器进行制造。
技术介绍
1、点阵结构是一种在三维空间中由节点和杆件连接排布而成的多孔结构，因其具有优异的比强度和拓扑特性，广泛应用于航空航天、生物医学器械等高端定制化领域，通常采用增材制造技术进行加工。为了实现增材制造，必须为点阵结构提供相应的切片数据。当前，生成点阵结构切片数据主要有两种技术路线：技术路线1：基于stl模型的切片该路线以stl(stereolithography)三角面片模型作为起点，通过对stl模型逐层切片生成切片数据。具体来说，点阵结构的三维几何模型以三角面片形式表示，然后在空间中依次生成多个切片平面，通过将三维模型与这些平面进行交叉运算，得到一系列二维截面轮廓线，供增材制造设备识别和加工。这种方法依赖于成熟的stl格式及其支持的切片算法，适用于处理复杂的几何模型，但由于stl文件基于网格描述，存在数据冗余且精度较低的问题。技术路线2：基于几何信息的直接切片该路线直接利用点阵结构的几何信息和拓扑关系生成切片数据，而不依赖中间的三角面片表示。通过解析点阵结构的节点位置及杆件连接信息，可以在切片过程中直接确定每一层的节点与杆件的几何截面轮廓，从而生成增材制造设备所需的切片数据。这种方法避免了由stl格式带来的数据冗余和精度损失，能够更加高效地生成切片数据，并提高了对结构细节的表达精度，特别适用于对节点和杆件具有特殊要求的定制化设计和高精度制造场景。
2、现有技术中，在点阵结构的切片数据生成方面至少存在如下技术问题：
3、问题1：基于stl模型切片的缺点
4、现有的基于stl模型进行切片的技术路线，存在几个明显的缺陷。这种方法的基础是使用三角面片来表示点阵结构的几何形态，而这种表示方式在描述复杂点阵结构时容易导致数据冗余和精度损失。由于stl格式仅能通过三角形面片的数量和精细度来近似模型的几何形状，点阵结构中复杂的细杆和节点特征需要大量面片来精确表示，进而产生了两个主要技术问题：一是模型文件非常庞大，导致存储和处理成本增加；二是模型在切片过程中不可避免地面临几何精度的损失，尤其是在细微特征的表述上，容易导致切片数据不准确，从而影响增材制造的最终质量。此外，逐层对stl模型进行平面交叉运算的方式，计算量较大，处理效率较低，尤其是当点阵结构包含大量杆件和节点时，切片时间显著增加。
5、问题2：基于几何信息直接切片的缺点
6、对于基于几何信息直接生成切片数据的技术路线，虽然克服了stl模型带来的数据冗余和精度损失问题，但现有实现方法中依然存在技术难点。首先，直接生成切片数据要求对点阵结构的几何信息和拓扑关系进行精确解析，目前的直接切片算法很难对变半径的点阵结构进行直接切片，在利用函数方程参数化精确计算等方法进行直接切片时，会遇到无法找到解析解等问题。其次，目前的几何信息直接切片算法在解析复杂点阵结构拓扑关系时，往往面临计算资源消耗大的问题，尤其是在处理包含大量不同尺度的节点和杆件的点阵结构时，容易导致计算时间大幅增加，影响切片效率。
7、综上所述，现有技术的缺点主要包括：基于stl模型的切片方法面临数据冗余、几何精度损失以及处理效率低的问题；而基于几何信息直接切片的技术路线则在算法复杂性和计算资源消耗方面存在不足，并且对于变半径的点阵结构难以处理，难以适应复杂点阵结构的高效解析和功能化定制需求。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，通过基于线段集的逼近策略和像素并的处理方式，实现了对复杂点阵结构的高效、高精度切片，不仅提高了切片生成的效率，还保证了对不同杆件类型的一致处理，具有显著的实用性和应用推广价值；能够实现对变半径点阵结构的高效切片，并且具备精度可控的特点，直接生成增材制造所需的切片数据。
2、本专利技术提供了一种基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，包括：
3、步骤s1、设置几何模型的节点集和杆件集；基于节点集合和杆件集构成几何模型点阵结构；所述杆件集包括多个杆件；每个杆件表示节点之间的连接关系；
4、解析几何模型点阵结构的几何信息，得到多个几何信息；所述各个几何信息包括各个节点的三维坐标和各个杆件的起始点坐标和终点坐标；
5、沿着z轴方向对几何模型点阵结构进行均匀切片，得到多层切片平面；
6、步骤s2、令e＝1，当e＝1时，表示第一个杆件；当n＝1时，表示第n层切片平面；
7、将第e个杆件转化为对应的圆台；所述圆台为线段集；所述圆台的上下半径相等或不相等；
8、基于第e个杆件的起始点坐标和终点坐标获取线段集中每条线段的起点坐标和终点坐标；
9、步骤s3、获得第n个切片平面的层高；
10、通过第e个杆件对应的线段集中各条线段的起点坐标和终点坐标以及第n个切片平面的层高，建立各条线段与第n个切片平面的相交参数方程；对所述各条线段与切片平面的相交参数方程进行求解，获得第e个杆件中各条线段与第n层切片平面的相交点；
11、可以理解的是，第n个切片平面的层高为各层切片平面之间的高度差；优选的，各条线段与第n个切片平面的参数方程的表达式为：
12、z1+t(z2-z1)＝zk,0≤t≤1
13、其中，t为线段与平面相交参数，如果t取[0,1]，表示该线段与平面相交，zk为切片平面的位置，z1为线段z轴坐标的起点坐标，z2为线段z轴坐标的终点坐标。
14、步骤s4、将步骤s3中各条线段与第n层切片平面的相交点进行拟合，生成第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影，根据制造精度和离散化要求将第e个杆件在第n层切片平面上的轮廓投影转换为二维像素图，得到第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图；
15、优选的，步骤s4所述第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影为几何轮廓的最小外接矩形，表达式为：
16、aabbe，n＝{(xmin，e，n，ymin，e，n)，(xmax，e，n，ymax，e，n)}
17、其中，aabbe，n为第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影的几何轮廓的最小外接矩形，即轴对齐边界框；xmin，e，n为第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影在x轴方向上的最小值，ymin，e，n为第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影在y轴方向上的最小值；xmax，e，n为第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影在x轴方向上的最大值；ymax，e，n为第e个杆件在第n个切片平面上的轮廓投影在y轴方向上的最大值。
18、优选的，步骤s4所述第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图的表达式为：
19、
20、
21、其中，ue，n为第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图的x轴坐标；本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤S1所述获取几何模型点阵结构中各个节点的三维坐标和各个杆件的起始点坐标和终点坐标的具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤S4所述得到第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤S4所述第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图的表达式为：
9.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤S7所述各层切片平面的切片数据的表达式为：
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【技术特征摘要】
1.一种基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤s1所述获取几何模型点阵结构中各个节点的三维坐标和各个杆件的起始点坐标和终点坐标的具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的基于线段集相交逼近获得变半径点阵结构切片数据的方法，其特征在于，步骤s4所述得到第e个杆件在第n层切片平面上的二维像素图的具体步骤包括：
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖文磊，李壮宇，朱自腾，赵罡，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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