[发明专利]基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法

权利要求书

1.一种基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法，其特征在于包括如下步骤：

①成形距离计算；

首先认定增材再制造模型是完整的，由缺损点云和标准点云组成；将增材再制造模型进行空间网格划分，对于任意点P(x,y,z)，计算出它的网格号(m,n,q)：

其中，box_size指网格宽度，x_min，y_min，z_min分别为空间点云在x,y,z方向距离基准点的最小值；

计算网格(m,n,q)的质心点P_p(xx,yy,zz)，假设网格中点的个数为sum，则：

建立缺损点云所处的网格(m,n,q)与标准点云所处的网格(m’,n’,q’)的对应关系，对应原则是网格号满足：m＝m’且n＝n’；并计算对应网格的质心点的欧式距离：

距离d反映了缺损点云在该点处的缺损程度，也就是需要进行增材再制造的成形距离；选择d_max作为曲面分层的高度范围值；

②梯度距离确定；

2.1)首先确定分层数目n；考虑兼顾到增材再制造的快速性的要求，n值由下式进行估算：

n＝int(d_max/h_max)+1；其中h_max为曲面分层梯度距离的最大值；

2.2)然后，按照如下算法确定出点云的分层区间号num和梯度距离h_λ：

2.2.1)读入网格划分后的增材再制造模型，提取出缺损点云所在网格的质心数据P以及其对应的距离d，构建数据结构D＝[P；d；num＝NULL；h_λ]；

2.2.2)令i＝0，di_max＝d_max+1，输入分层数目n；

2.2.3)令di_min＝(n-i)h_min，h_min为曲面分层梯度距离的最小值，遍历num值为NULL的成形距离d，如果di_min≤ddi_max，记录所对应的点P所属的分层区间号num＝i，令其分层的梯度距离为：

2.2.4)令i＝i+1，di_max＝di_min，若in-1，返回2.2.3)；

2.2.5)记录点云中num值为NULL的点，令num＝i-1，h_λ＝d；

引入的梯度距离h_λ处在区间[h_min，h_max]中，这保证了层与层之间不会出现超出系统再制造能力的厚度；然而，计算出的h_λ不一定满足该条件：引入的梯度距离h_λ处在区间[h_min，h_max]中，可通过调节[h_min h_max]的值来保证；

对公式进行推导，可以计算出第i层区间的h_λ满足：

可见，随着点云所属的分层区间号i的增加，h_λ越界的可能越大；保证h_λ不越界的充分必要条件就是：

h_max≥2h_min，

所以说，实现梯度曲面分层时的[h_min，h_max]必须是在满足该条件：h_max≥2h_min的前提下进行调节；

③分层数据的生成；

梯度分层时，真实存在的分层曲面族不需要被确切的描述出来，而只是以各曲面上的分层数据来插值表示就足够了；分层数据包括两部分：轮廓数据和轮廓内部数据；对于第i层的分层数据，其轮廓数据直接记录为分层区间号num＝i的数据点；轮廓内部数据P’(x’,y’,z’)则由低于切层曲面、numi的点云采用梯度距离增长得到。

2.根据权利要求1所述的基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法，其特征在于：步骤③中，轮廓内部数据P’(x’,y’,z’)由低于切层曲面、numi的点云采用梯度距离增长得到的公式如下：

针对所有数据结构D＝[P(x,y,z)；d；num；h_λ],num＝0,1,…,i，