CN103956122B - 一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮廓偏置的发光字均匀布孔方法，包括如下步骤：输入待处理轮廓文件，孔半径R，孔孔平均间距D_ave、最小间距D_min，孔到轮廓边界距离D_b；将轮廓曲线组离散成多边形组，并标定各多边形方向；对多边形组进行连续偏置，其中首次偏置距离为D_b，后续偏置距离为D_ave；以D_ave为间距在每个偏置多边形上生成一连串孔，其中孔圆心落在偏置多边形上，半径为R；对得到的所有孔进行两两距离检测，删除任意两个实际孔间距小于给定D_min值的其中一个孔。本发明用偏置法等距布孔，得到的孔位分布均匀，脉络清晰，且能避免孔孔重叠或间距过小的情况。

Description

一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法

技术领域

本发明涉及在轮廓内均匀布孔领域，尤其涉及一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法。

背景技术

在科学技术迅猛发展的现代社会，户外广告引用了不少新材料、新技术、新设备，并成为美化城市的一种艺术品，是城市经济发达程度的标志之一。传统的户外广告标识字体，主要采用霓虹灯、日光灯管或大功率化学气体灯泡作为主光源，光源一般内置在密闭灯箱内，需要高压电源使其发光，发热严重，大约是发光耗电量的两倍，且热量在密闭箱体内难以散发，长期高温易导致光源寿命下降。LED冲孔发光字又叫外露发光字，是指用镀锌板、铝板等面板作为字体基板，通过对基板进行切割、冲孔、烤漆、安装并对字体笔画进行拼装焊接而形成的发光标识。与内置光源的发光字相比，外露发光字具有如下优点：(1)发光强度高，光源直接裸露可以有效提高发光亮度，是传统立体发光字的4～5倍；(2)安全，用金属作为字壳，高散热、全防水的光源模块固定其上，字体背后有骨架支撑，可在9级台风环境下正常工作；(3)寿命长，寿命长达5～10万小时，以每天10小时计，可用15～20年；(4)安装简单，维护方便。

文献方面，中国专利文献CN201954483U(申请号201020223018.5)公开了一种LED冲孔发光系统，包括基板，基板下方均匀布设LED光源，基板上对应一LED灯的位置冲制有透光孔，基板上对应于LED光源的中部设有定位穿孔，LED光源中部设有固定孔，固定螺栓或铆钉穿过基板上螺栓穿孔及固定孔实现固定连接。该系统结构简单，安装拆卸、定点维修方便。

中国专利文献CN202523359U(申请号201120572118.3)公开了一种LED冲孔发光字，包括LED光源、铝板外壳、底架，铝板外壳上冲制有数个LED孔位，LED光源用固定部件固定于每个LED孔位上，底架两侧设有安装角码，安装角码通过爆炸螺丝固定于墙上。该发光字具有光源稳定、亮度超高、防水性好、安装性能高等优点。

中国专利文献CN202677766U(申请号201220292520.0)公开了一种外露发光字用铝型材，包括条体、角形凸体、面板限位凸条和底板限位凸条，角形凸体、面板限位凸条和底板限位凸条位于条体的同一侧面上，且与条体一体挤出成型；角形凸条、面板限位凸条和底板限位凸条在条体上纵向设置并与条体同长，角形凸条和面板限位凸条位于条体的前侧，底板限位凸条位于条体的宽度方向的后侧；角形凸条与面板限位凸条之间的空间为面板安装槽。用该型材制作的发光字具有立体感强的特点。

根据上述文献分析可知，现有文献对LED冲孔发光字的研究多集中在其制作过程、材料或工艺上，而针对LED灯泡(孔)如何在字上自动均匀排布的报道几乎为零。

发明内容

为了填补现有技术在LED冲孔发光字自动排孔技术中的空白，提高排孔的效率和均匀性，本发明提供一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法。针对输入的字轮廓，该方法对轮廓进行预处理，然后在轮廓内部生成连续等距的偏置多边形，再在每个偏置多边形上均匀排布小孔，最后删除距离过近的孔并输出孔位。

一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，包括如下步骤：

步骤1：输入待处理发光字的字轮廓文件、孔半径R、孔孔平均间距D_ave、孔孔最小允许间距D_min和孔到轮廓边界距离D_b；

步骤2：将步骤1中的字轮廓文件中字轮廓曲线组离散成多边形组，并根据各多边形所处位置标定其顺逆时针方向；

步骤3：对上述多边形组进行连续偏置得到偏置多边形，其中首次偏置距离为D_b，后续偏置距离为D_ave；

步骤4：以D_ave为间距在上述每个偏置多边形上生成一连串孔，其中孔圆心落在偏置多边形上，半径为R，最终得到填充字轮廓内部的一系列孔；

步骤5：对上述所有孔进行两两距离检测，删除任意两个实际孔间距小于给定D_min值的其中一个孔，得到孔位文件；

步骤6：输出孔位文件至冲孔机床进行加工。

步骤1中，所述字轮廓文件可以是矢量图文件；也可以是可以转化为矢量图文件其他格式文件；对于字体问价，由于对分辨率要求不是很高，所以，为提高处理效率，作为优选，所述字轮廓文件可以是矢量图文件；矢量图文件中每个字体由一系列样条曲线组成。字轮廓矢量图可在CorelDRAW、AutoCAD等常用平面设计软件中制作完成，文件保存成DXF格式或其他易读接口格式。

孔半径R、孔孔平均间距D_ave、孔孔最小允许间距D_min一般均根据实际LED安装需要确定，例如，所述孔孔最小允许间距D_min用来防止偏置法生成的孔在某些位置上孔孔重叠或间距过小的异常现象。孔到轮廓边界距离D_b一般根据发光字体的美观效果，多次试验确定。

所述步骤2中将字轮廓曲线组离散成多边形组后，得到的多边形字轮廓须保持原来曲线字轮廓的形状，特别是针对“宋体”、“黑体”等棱角较为分明的汉字字体。作为优选的方案：步骤2中，将字轮廓文件中字轮廓曲线组离散成多边形组的方法为：

步骤2-1：对字轮廓曲线组中某一条样条曲线的参数域进行等分并记为

步骤2-2：设该样条曲线的节点矢量为求其中∪为并操作；

步骤2-3：将中每个元素代入对应的样条曲线方程计算离散点坐标，依次连接离散点得到所求多边形；

步骤2-4：重复步骤2-1至步骤2-3，对字轮廓曲线组中所有曲线样条进行离散，得到多边形组。

作为优选，步骤2-1中，对某一条样条曲线的参数域进行等分时，等分点数量为该样条曲线控制点数量的5-10倍。

步骤2中，标定多边形的顺逆时针方向的方法如下：

步骤2-5：对多边形组中的任意一个多边形，取X轴方向上距离最远的两个点中的一个点，以此点为起点向背对另外一个点的X轴方向无穷远处作平行于X轴的射线，统计该射线和剩余多边形的交点；

步骤2-6：若得到的交点个数为偶数，则调整该多边形方向为逆时针；若为奇数，则调整该多边形方向为顺时针；

步骤2-7：重复步骤2-5至步骤2-6，至标定所有多边形方向完成。

例如，所述步骤2中标定多边形顺逆时针方向的方法是：对多边形组中的任意一个多边形，取其位于最右侧的一点为起点向X轴正向无穷远处作平行于X轴的射线，统计该射线和剩余多边形的交点。若交点个数为偶数，则调整该多边形方向为逆时针；若为奇数，则调整该多边形方向为顺时针。

进一步地，所述步骤3中对字多边形组偏置过程中选用两个不同偏置距离：其中D_b为第1级偏置距离，得到的偏置多边形组用于控制孔到字边界的距离；D_ave为后续多级偏置距离，得到的偏置多边形组用于控制孔孔之间的距离。

步骤3中，对多边形组进行连续偏置时，若原多边形为逆时针，则偏置多边形在原多边形内部，若原多边形为顺时针，则偏置多边形在原多边形外部。

步骤4中，在每个偏置多边形上生成一连串孔的方法如下：

步骤4中，在每个偏置多边形上生成一连串孔的方法如下：

步骤4-1：选择某一偏置多边形，计算该偏置多边形周长，记为C；

步骤4-2：根据偏置多边形周长计算实际空格数n＝＝(int)C/D_ave；(int)是将实数转成整数的操作符；

步骤4-3：计算孔孔实际距离D_real＝C/(double)n；(double)为将整数转化为实数的操作符；

步骤4-4：以D_real为间距在偏置多边形边上均匀取点，并以这些点为圆心，R为半径生成一连串孔。

进一步地，所述步骤5中，记任意两个孔为H_i、H_j，若H_i、H_j圆心距离小于给定的D_min值，则删除孔H_i或H_j中的任意一个，并继续对下一对孔进行检测。

本发明一种基于轮廓偏置的均匀布孔方法，具有的有益的效果是：

本发明采用在字轮廓内用等距偏置法以及在偏置多边形上自动等距布置孔位，得到的孔分布具有一定的均匀性，且能较好地反映字形脉络；控制孔孔间最小距离，避免孔孔重叠或间距过小。

附图说明

图1为本发明基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法流程图。

图2为对字内各多边形轮廓方向调整方法示意图。

图3对字轮廓多边形进行连续偏置以及在偏置多边形上生成孔位的示意图。

图4为图3中虚线内的局部放大图，偏置多边形上出现的孔间距过小的情况。

图5为对“象征”两字生成的均匀孔位实例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

本发明一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法的流程图如图1所示，具体实施步骤如下：

步骤101、输入待处理字轮廓文件，孔半径R，孔孔平均间距D_ave，孔孔最小允许间距D_min，孔到轮廓边界距离D_b。

如图2所示，输入的字轮廓文件是矢量图文件，每个字体由一系列样条曲线组成，本发明以下以B样条曲线为例说明。字轮廓矢量图可在CorelDRAW、AutoCAD等常用平面设计软件中制作完成，文件保存成DXF格式或其他易读接口格式。孔孔最小允许间距D_min用来防止偏置法生成的孔在某些位置上孔孔重叠或间距过小的异常现象。

步骤102、将上述字轮廓曲线组离散成多边形组，并根据各多边形所处位置标定其顺逆时针方向。

将字轮廓曲线组离散成多边形组后，得到的多边形字轮廓应保持原来曲线字轮廓的形状，特别是针对“宋体”、“黑体”等棱角较为分明的汉字字体。针对任意一条B样条曲线，采用的具体离散方法是：

对B样条曲线的参数域进行等分并记为如将参数域[0,1]等分成100份，则求其中为该B样条曲线的节点矢量，‘∪’为并操作；将中每个元素代入B样条曲线方程计算离散点坐标，依次连接离散点得到所求多边形。

在获得离散多边形后，标定多边形顺逆时针方向的具体方法是：

对多边形组中的任意一个多边形，取其位于最右侧的一点为起点向X轴正向无穷远处作平行于X轴的射线，统计该射线和剩余多边形的交点。若交点个数为偶数，则调整该多边形方向为逆时针；若为奇数，则调整该多边形方向为顺时针。

如图2所示，从图中某一测试轮廓上的最右点A出发的一条射线和剩余轮廓共有3个交点，则该测试轮廓为内轮廓，调整其方向为顺时针；而对另一测试轮廓上的最右点B出发的一条射线和剩余轮廓没有交点，即0个交点，则该测试轮廓为外轮廓，调整其方向为逆时针。

步骤103、对上述多边形组进行连续偏置，其中首次偏置距离为D_b，后续偏置距离为D_ave。

如图3所示，对字多边形组偏置过程中选用两个不同偏置距离：其中D_b为第1级偏置距离(图中I表示)，得到的偏置多边形组用于控制孔到字边界的距离；D_ave为后续多级偏置距离(图中II表示)，得到的偏置多边形组用于控制孔孔之间的距离。

对多边形的偏置方法具体可参见Lee等提出的基于顶点偏置的二维多边形偏置方法，该方法能够有效处理带岛屿(内轮廓)的多边形组的偏置问题(参见LeeC.-S.,PhanT.-T.,KimD.-S.,2Dcurveoffsetalgorithmforpocketswithislandsusingavertexoffset.InternationalJournalofPrecisionEngineeringandManufacturing,2009.10(2):p.127-135)。该方法中，若原多边形为逆时针，则偏置多边形在原多边形内部，若原多边形为顺时针，则偏置多边形在原多边形外部。

步骤104、以D_ave为间距在上述每个偏置多边形上生成一连串孔，其中孔圆心落在偏置多边形上，半径为R，最终得到填充字轮廓内部的一系列孔。

以图3中多边形P为例，在该多边形上生成一连串孔的具体方法是：

首先计算多边形周长，记为C；计算所需孔个数n＝(int)C/D_ave；(int)是将实数转成整数的操作符；计算孔孔实际距离D_real＝C/(double)n，其中(double)为将整数转成实数操作符；以D_real为间距在多边形边上均匀取点，并以这些点为圆心，R为半径生成一连串孔。

步骤105、对上述所有孔进行两两距离检测，删除任意两个实际孔间距小于给定D_min值的其中一个孔。

上述借助偏置法生成的孔在某些位置上不可避免地会孔孔重叠或间距过小的异常现象，如图4局部放大图所示，这是不允许的。出现这种情况的具体处理方法如下：记任意两个孔为H_i、H_j，若H_i、H_j圆心距离小于给定的D_min值，则删除孔H_i或H_j中的任意一个，并继续对下一对孔进行检测。

步骤106、输出孔位文件至冲孔机床进行加工。

本发明的一个典型实施实例如下：

1.本例中选择的待处理字为“象征”两字，其中“象”字为楷体，“征”字为黑体，如图5所示，楷体字轮廓圆滑，黑体字轮廓棱角分明。两字尺寸约为1500mm×900mm。

2.将上述两字导入用C++语言按本发明方法编写的测试程序中。

3.在测试程序中，设置R＝3mm，D_b＝3mm，D_ave＝15mm，D_min＝9mm。

图5给出了对“象征”两字的自动生成一系列孔位的结果。由图5可知，本发明首先能够较好的处理曲线的离散的问题，保持原字的形状，其次能够在字内部生成排布均匀、脉络清晰的孔位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，本发明还可以有各种更改和变化。在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：输入待处理发光字的字轮廓文件、孔半径R、孔孔平均间距D_ave、孔孔最小允许间距D_min和孔到轮廓边界距离D_b；

步骤2：将步骤1中的字轮廓文件中字轮廓曲线组离散成多边形组，并根据各多边形所处位置标定其顺逆时针方向；

步骤3：对上述多边形组进行连续偏置得到偏置多边形，其中首次偏置距离为D_b，后续偏置距离为D_ave；

步骤4：以D_ave为间距在每个偏置多边形上生成一连串孔，其中孔圆心落在偏置多边形上，半径为R，最终得到填充字轮廓内部的一系列孔；

步骤5：对所有孔进行两两距离检测，删除任意两个实际孔间距小于给定D_min值的其中一个孔，得到孔位文件；

步骤6：输出孔位文件至冲孔机床进行加工。

2.根据权利要求1所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤1中，所述字轮廓文件是矢量图文件。

3.根据权利要求1所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤2中，将字轮廓文件中字轮廓曲线组离散成多边形组的方法为：

步骤2-1：对字轮廓曲线组中某一条样条曲线的参数域进行等分并记为V；

步骤2-2：设该样条曲线的节点矢量为U，求W＝V∪U，其中∪为并操作；

步骤2-3：将W中每个元素代入对应的样条曲线方程计算离散点坐标，依次连接离散点得到所求多边形；

步骤2-4：重复步骤2-1至步骤2-3，对字轮廓曲线组中所有曲线样条进行离散，得到多边形组。

4.根据权利要求3所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤2-1中，对某一条样条曲线的参数域进行等分时，等分点数量为该样条曲线控制点数量的5-10倍。

5.根据权利要求1所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤2中，标定多边形的顺逆时针方向的方法如下：

步骤2-5：对多边形组中的任意一个多边形，取X轴方向上距离最远的两个点中的一个点，以此点为起点向背对另外一个点的X轴方向无穷远处作平行于X轴的射线，统计该射线和剩余多边形的交点；

步骤2-6：若得到的交点个数为偶数，则调整该多边形方向为逆时针；若为奇数，则调整该多边形方向为顺时针；

步骤2-7：重复步骤2-5至步骤2-6，至标定所有多边形方向完成。

6.根据权利要求5所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤3中，对多边形组进行连续偏置时，若原多边形为逆时针，则偏置多边形在原多边形内部，若原多边形为顺时针，则偏置多边形在原多边形外部。

7.根据权利要求5所述的基于轮廓偏置的发光字中均匀布孔方法，其特征在于，步骤4中，在每个偏置多边形上生成一连串孔的方法如下：

步骤4-1：选择某一偏置多边形，计算该偏置多边形周长，记为C；

步骤4-2：根据偏置多边形周长计算实际空格数n＝＝(int)C/D_ave；(int)是将实数转成整数的操作符；

步骤4-3：计算孔孔实际距离D_real＝C/(double)n；(double)为将整数转化为实数的操作符；

步骤4-4：以D_real为间距在偏置多边形边上均匀取点，并以这些点为圆心，R为半径生成一连串孔。