[发明专利]一种3D打印模型的G-code并行生成方法

权利要求书

1.一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：计算节点级及进程级数据并行化

在集群内，以面片为基本单元在计算节点间做数据分配，将原有的模型文件切分为多个子模型文件并分配给每个计算节点；每个节点将子模型文件的面片数据按照面片Z值和所需打印层数的对应关系平均划分给每个进程；

步骤2：多进程级的轮廓线生成

在单个节点内，由每个进程对分配到的数据进行STL文件的面片按层切割，并将切割后生成的切线段进行连接，生成轮廓线数据；之后在进程内，按层对横截面内的所有初始轮廓线进行区域划分，在每个初始轮廓线内生成墙壁区域的轮廓线数组和填充区域的轮廓线；

步骤3：多线程G-code路径生成

在单节点中的单个进程内，生成多个生产者线程和一个消费者线程；依照层数，将路径的生成任务平均分发给每个生产者线程，由生产者线程来执行每层轮廓线的路径规划；

步骤4：GPU级的G-code生成并行化

在每个生产者线程计算G-code路径的步骤中，将轮廓线及配置参数导入GPU内存中，由GPU来计算生成打印模型的墙壁和填充的路径规划所需要的值，包括每个墙壁轮廓线的起始点和填充区域内，填充图案与填充轮廓线的交点；并将生成的路径规划所需要的值传回CPU，由线程利用传回的生成路径规划所需要的值，生成墙壁和填充的路径；最后将路径数据放入当前进程所设定的数据缓冲区中；

步骤5：在同一进程内，消费者线程执行G-code的数据转换

消费者线程从数据缓冲区按顺序将路径数据依次取出，按照G-code国际标准，将路径数据转换翻译为G-code，并将G-code写入进程所设置的临时文件中；

步骤6：在一个节点内由主进程将每个从进程生成的临时文件按进程顺序依次合并为子模型的G-code文件；之后，在多个节点内将子模型的G-code文件由从节点传到主节点，并由主节点按照节点的id顺序依次合并，生成最终模型的G-code文件。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤1中在计算节点间做数据分配是指，以模型的三角面片为基本单元，以模型的高度和所要切割的层数为划分依据，将每层的切割任务均匀的分配给每个计算节点，将余数层分配给最后一个计算节点，每个计算节点都得到了属于自己层数的Z值范围；然后以面片的最大Z值和最小Z值为依据，将属于计算节点Z值范围内的所有面片划分给该计算节点，对于两个节点都属于的面片，同时分配个两个节点；根据划分结果，将原始模型文件分割为若干子模型文件，节点间的顺序和子模型的顺序依次对应。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤1中多进程间做任务划分是指，继续将每个计算节点分配到的层数连续均匀划分给每个进程，余数分配给最后一个进程，每个进程可以求得自己所有层的Z值范围；再将节点内属于该范围内的所有面片分配给该进程；对于同时属于两个进程的面片，将数据冗余，即两个进程同时拥有。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤2中所述的切割：对于单节点单进程内的数据，以层为基准，计算出模型每层切平面所在的Z值，然后在进程内寻找与切平面相交的面片，即所找面片的最大Z值和最小Z值包含该切平面的Z值；然后面片与切平面相交，计算出两个交点，生成切线段，存入以层数为下标的二维数组；寻找所有与切平面相交的面片，计算出每层的切线段。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤2中所述的切线段连接：在每一层的切线段数组中，将切线段依次按照右手螺旋的方向顺序连接，生成每层的轮廓线数组。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印模型的G-code并行生成方法，其特征在于步骤2中所述区域划分：利用生成的轮廓线，通过对轮廓线进行偏置操作，按照参数生成所需要的墙壁轮廓线组，并对最内层的墙壁轮廓线进行偏置操作，生成填充区域的填充轮廓线。