CN116740317A - 一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备，属于三维可视化技术领域。该方法获取待仿真几何模型及可视化窗口信息。可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸。基于可视化窗口信息，确定待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素。基于刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各深度元素对应的边界分组。同一边界分组中的各深度元素具有相同的轮廓边界。基于边界分组对应的各深度元素，生成待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓。基于刀具模型及待处理工件模型，对可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

Description

一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备

技术领域

本申请涉及三维可视化技术领域，尤其涉及一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备。

背景技术

激光数控是集光、机、电、材料及检测为一体的系统技术，因此，其数控系统是集光、机、电控制于一身的激光加工数控系统，是激光加工机床的核心，技术更复杂，智能化程度更高。而三维仿真系统是利用计算机上三维实体模型对实际机床动作进行模拟仿真的过程，也是数控机床本体及其行为在计算机虚拟环境中的一种映射过程。二者结合，可以轻松模拟机床的工作环境及工作状态，让用户更容易理解加工运行状态，以及避免直接加工导致的人为操作错误。

目前，三维仿真系统在三维仿真时，若要进行实时、准确地三维可视化展示，对计算资源及开发人员的能力要求高，若要保证三维仿真展示效果，需要投入大量的人工、硬件成本。鉴于在激光数控行业三维可视化展示相关技术还处于较低水平，行业对其成本分配有限，难以依靠低成本，实现激光数控的高效、高质量地三维可视化展示。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备，用于解决目前激光数控三维仿真系统难以高效、高质量地进行三维可视化展示，实现三维可视化展示的成本高的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，该方法包括：

获取待仿真几何模型及可视化窗口信息；其中，所述待仿真几何模型至少包括：机床模型、刀具模型及待处理工件模型；所述可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸；

基于所述可视化窗口信息，确定所述待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素；其中，所述规则排列的若干深度元素处于与所述轮廓展示方向对应的轮廓展示二维网格面；

基于所述刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各所述深度元素对应的边界分组；同一所述边界分组中的各所述深度元素具有相同的轮廓边界；所述轮廓边界基于所述刀位点坐标得到的；

基于所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓；

基于所述刀具模型及所述待处理工件模型，对所述可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新所述待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的所述可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

在本申请的一种实现方式中，基于所述可视化窗口信息，确定所述待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素，具体包括：

根据所述可视化窗口信息对应的窗口尺寸，以与所述可视化窗口对应的像素为网格单元，生成所述轮廓展示二维网格面；

分别以所述轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于所述轮廓展示二维网格面的所述轮廓展示方向，确定各所述网格单元对应的深度元素链集合，以得到所述深度元素；所述深度元素链集合包括与同一所述网格单元的坐标对应的深度元素链；所述深度元素链包括沿所述轮廓展示方向与所述待仿真几何模型表面相交的线段对应的所述深度元素。

在本申请的一种实现方式中，分别以所述轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于所述轮廓展示二维网格面的所述轮廓展示方向，确定各所述网格单元对应的深度元素链集合，具体包括：

根据所述待仿真几何模型的三维坐标，以各所述网格单元为起点，沿所述轮廓展示方向，向所述待仿真几何模型所处的三维空间坐标系投射射线；

确定各所述网格单元对应的被投射射线，与所述待仿真几何模型的交点坐标集合；

根据所述交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合；其中，所述预设规则为两个交点坐标处于同一所述被投射射线且在所述被投射射线上的位置相邻。

在本申请的一种实现方式中，根据所述交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合，具体包括：

在所述交点坐标集合中存在三个以上所述交点坐标的情况下，以相应的所述网格单元为起点，沿所述轮廓展示方向，分别将相邻的两个所述交点坐标作为一组，并从所述交点坐标集合剔除已分组的所述交点坐标，以得到两个所述交点坐标生成的所述深度元素链；

根据所述交点坐标集合剩余的各所述交点坐标，分别将相邻的两个所述交点坐标作为一组，并从所述交点坐标集合剔除已分组的所述交点坐标，直至所述交点坐标集合为空集，得到各所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合；所述深度元素链包括各所述深度元素。

在本申请的一种实现方式中，基于所述刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各所述深度元素对应的边界分组，具体包括：

获取来自用户终端的工件处理信息；其中，所述工件处理信息至少包括工件处理时的各所述刀位点坐标；

将同一所述刀位点坐标对应的刀具切削的各所述深度元素，划分为同一元素组；

将各所述元素组中对应的所述深度元素，存在相同坐标值的各所述深度元素，沿预设方向连接，以将连接后的各所述深度元素的两端坐标值，添加至所述边界分组；所述相同坐标值至少包括横坐标的坐标值、纵坐标的坐标值、竖坐标的坐标值。

在本申请的一种实现方式中，基于所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓，具体包括：

根据所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型的初始三维轮廓；

分别固定所述轮廓展示二维网格面的坐标轴，沿所述轮廓展示方向，确定所述初始三维轮廓对应的各所述深度元素中，在不被固定的坐标轴上的坐标值最小的近端深度元素坐标值；所述近端深度元素坐标值为所述深度元素距离所述轮廓展示二维网格面近的一端；

以所述近端深度元素坐标值为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值增加的方向，依次遍历相应的各所述深度元素，以得到第一轮廓多边形坐标序列；所述相应的各所述深度元素在固定坐标轴上的坐标值与近端深度元素在固定坐标轴上的坐标值相同；

以遍历后的最后一个所述深度元素的远端为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值减小的方向，依次遍历相应的各所述深度元素，以得到第二轮廓多边形坐标序列；

基于各所述第一轮廓多边形坐标序列及各所述第二轮廓多边形坐标序列对应的各轮廓多边形，生成相应的所述可视化几何轮廓；所述轮廓多边形对应于所述待仿真几何模型的剖切平面。

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

确定各所述轮廓多边形对应的轮廓坐标序列；

在同一所述轮廓多边形存在多个所述轮廓坐标序列的情况下，将面积最大的所述轮廓多边形对应的所述轮廓坐标序列作为所述可视化几何轮廓对应的轮廓多边形的所述轮廓坐标序列，将剩余的所述轮廓多边形对应的所述轮廓坐标序列作为内部轮廓多边形的所述轮廓坐标序列，以生成所述内部轮廓多边形对应的几何孔洞。

在本申请的一种实现方式中，基于所述刀具模型及所述待处理工件模型，对所述可视化几何轮廓进行布尔运算，具体包括：

建立第一仿真缓冲区、第二仿真缓冲区；

将所述刀具模型对应的所述深度元素存储至所述第一仿真缓冲区；

将所述待处理工件模型对应的所述深度元素存储至所述第二仿真缓冲区；

根据相应的刀位点坐标，将所述刀具模型沿相应的刀位移动轨迹与所述待处理工件模型重合的部分所述深度元素进行布尔减运算，并将完成布尔运算后的所述第一仿真缓冲区清空，直至所述刀位点坐标更新。

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

根据所述刀位点坐标及所述可视化几何轮廓，确定工件处理时所述待处理工件模型的各区域的材料切削量；

根据所述材料切削量及所述刀具模型的进给速率列表，建立相应的速率调整公式，以将所述速率调整公式，更新至所述刀具模型的刀路文件，以便控制所述刀具模型切削所述可视化几何轮廓。

另一方面，本申请实施例还提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

获取待仿真几何模型及可视化窗口信息；其中，所述待仿真几何模型至少包括：机床模型、刀具模型及待处理工件模型；所述可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸；

基于所述可视化窗口信息，确定所述待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素；其中，所述规则排列的若干深度元素处于与所述轮廓展示方向对应的轮廓展示二维网格面；

基于所述刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各所述深度元素对应的边界分组；同一所述边界分组中的各所述深度元素具有相同的轮廓边界；所述轮廓边界基于所述刀位点坐标得到的；

基于所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓；

基于所述刀具模型及所述待处理工件模型，对所述可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新所述待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的所述可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

本申请通过上述方案，可以在可视化窗口用深度元素表示待处理工件模型，生成模型轮廓边界，并进行可视化展示刀具模型切削待处理工件模型，得到可视化几何轮廓，实现高效及高质量地工件模型三维可视化展示。解决目前激光数控三维仿真系统难以高效、高质量地进行三维可视化展示，实现三维可视化展示的成本高的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法的一种流程示意图；

图2为本申请实施例中一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法中的待处理工件模型的一种结构示意图；

图3为本申请实施例中一种用于激光数控的三维仿真可视化展示设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法及设备，用来解决目前激光数控三维仿真系统难以高效、高质量地进行三维可视化展示，实现三维可视化展示的成本高的问题，在避免成本投入过高的前提下，对激光数控进行高效、高质量地三维仿真的可视化展示。

以下结合附图，详细说明本申请的各个实施例。

本申请实施例提供了一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，如图1所示，该方法可以包括步骤S101-S105：

S101，服务器获取待仿真几何模型及可视化窗口信息。

其中，待仿真几何模型至少包括：机床模型、刀具模型及待处理工件模型。可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸。

需要说明的是，服务器作为用于激光数控的三维仿真可视化展示方法的执行主体，仅为示例性存在，执行主体不仅限于服务器，本申请对此不作具体限定。

在本申请实施例中，服务器可以与用户终端通过有线或无线的方式实现网络连接，用户终端可以发送至服务器待仿真几何模型，用户终端包括但不限于用户的手机、电脑、网络摄像机等设备，本申请对此不作具体限定。

此外，用户也可以通过用户终端的可视化窗口或者进行指定用于进行三维仿真可视化展示的设备，指定的设备具有可视化窗口，用于展示三维仿真后的模型。可视化窗口信息至少包括窗口尺寸，例如分辨率为1920×1080。

其中，待仿真几何模型包括机床模型、刀具模型及待处理工件模型，可以是用户终端借助三维软件如UG、Catia等，输出格式为STL、IGS及STEP等文件，导入到服务器对应的仿真系统中。

本申请服务器对应的仿真系统的软件结构包括造型模块、解释模块、显示模块以及优化模块。造型模块主要是建立机床模型、选择刀具以及建立工件模型。该模块为仿真后续模块奠定基础。建模方式可以根据本仿真系统创建简单的几何模型，也可借助于三维软件如UG、Catia等，输出STL、IGS及STEP等文件，导入到仿真系统中。解释模块对NC程序（其中NC程序管理指的是数控机床对发出的NC程序进行分配与工作指令管理的过程）进行译码插补，以驱动机床各轴运动。显示模块借助于开放图形库（Open Graphics Library，OpenGL），实现加工过程的动态仿真与干涉检验。在获取数据预处理器提供信息后，将刀具扫描体和毛坯转化为扩展深度元素Dexel数据结构，进行几何仿真（包含切除过程的图形显示、碰撞干涉计算和精度检验）计算，几何仿真中生成的数据为计算材料去除率、进给速度优化、切割负荷计算等提供原始数据。优化模块可以对NC程序中的进给速度以及刀路轨迹是否平滑进行优化，其目标是缩短加工时间，保证零件表面的加工质量。

S102，服务器基于可视化窗口信息，确定待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素。

其中，规则排列的若干深度元素处于与轮廓展示方向对应的轮廓展示二维网格面。

服务器可以根据可视化窗口信息对应的窗口尺寸，选择一原点建立三维坐标系，其中建立的三维坐标系的横坐标轴和纵坐标轴所处平面为可视化窗口（即显示屏）平面，竖坐标轴沿可视化窗口平面的法线向量方向。上述原点位置的选取可以由用户进行指定，例如可视化窗口形成的平面的中心点，本申请对此不作具体限定。

在本申请实施例中，基于可视化窗口信息，确定待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素，具体包括：

服务器根据可视化窗口信息对应的窗口尺寸，以与可视化窗口对应的像素为网格单元，生成轮廓展示二维网格面。分别以轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于轮廓展示二维网格面的轮廓展示方向，确定各网格单元对应的深度元素链集合，以得到深度元素。深度元素链集合包括与同一网格单元的坐标对应的深度元素链。深度元素链包括沿轮廓展示方向与待仿真几何模型表面相交的线段对应的深度元素。

换言之，服务器根据窗口尺寸，可以以一像素为网格单元，生成以横坐标轴和纵坐标轴所成平面的轮廓展示二维网格面，并以原点坐标所处的轮廓展示二维网格面中的各网格单元为起点，沿纵坐标轴发射射线，得到深度元素。具体地，服务器分别以轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于轮廓展示二维网格面的轮廓展示方向，确定各网格单元对应的深度元素链集合，包括：

首先，服务器根据待仿真几何模型的三维坐标，以各网格单元为起点，沿轮廓展示方向，向待仿真几何模型所处的三维空间坐标系投射射线。

三维空间坐标系可以是与上述三维坐标系同一个，也可以是相对于待仿真几何模型的单独坐标系。

随后，服务器确定各网格单元对应的被投射射线，与待仿真几何模型的交点坐标集合。

也就是说，被投射射线与待仿真几何模型存在交点，如图2所示，以一像素点为网格单元，显示屏左下角的坐标为最小值坐标（Xmin，Ymin），右上角的坐标为最大值坐标（Xmax，Ymax），从网格单元（x，y）发出的射线在待仿真几何模型上存在交点坐标（x，y，Zmin，1），（x，y，Zmax，1），（x，y，Zmin，2），（x，y，Zmax，2），其中1、2分别表示第一深度元素Dexel ₁、第二深度元素Dexel ₂。实际上，存在深度元素的模型为待仿真几何模型中的刀具模型及待处理工件模型。

随后，服务器根据交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成深度元素链，以将各深度元素链添加至深度元素链集合。其中，预设规则为两个交点坐标处于同一被投射射线且在被投射射线上的位置相邻。

也就是说，服务器可以对交点坐标进行分组，以得到分组的深度元素链。如深度元素链为：(x，y，Zmin _i，Zmaxi，Bmin_i，Bmax_i，S)，Bmin_i与Bmax_i分别表示在(x，y，Zmin _i)，(x，y，Zmax _i)处的像素亮度值，i表示第i个深度元素，S表示待处理工件模型，而深度元素链集合为{dexel(x，y，Zmin ₁，Zmax ₁，Bmin₁，Bmax₁，S)，dexel(x，y，Zmin ₂，Zmax ₂，Bmin₂，Bmax₂，S)，…，dexel(x，y，Zmin _n，Zmax _n，Bmin_n，Bmax_n，S)}，n为自然数。

在本申请实施例中，上述根据交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成深度元素链，以将各深度元素链添加至深度元素链集合，具体包括：

在交点坐标集合中存在三个以上交点坐标的情况下，服务器以相应的网格单元为起点，沿轮廓展示方向，分别将相邻的两个交点坐标作为一组，并从交点坐标集合剔除已分组的交点坐标，以得到两个交点坐标生成的深度元素链。

随后，服务器根据交点坐标集合剩余的各交点坐标，分别将相邻的两个交点坐标作为一组，并从交点坐标集合剔除已分组的交点坐标，直至交点坐标集合为空集，得到各深度元素链，以将各深度元素链添加至深度元素链集合。深度元素链包括各深度元素。

也就是说，在实际使用过程中，如图2中待处理工件模型，第一深度元素与第二深度元素并不相连，（x，y，Zmin，1），（x，y，Zmax，1）满足上述预设规则，而（x，y，Zmax，1）与（x，y，Zmin，2）不满足上述规则，因为（x，y，Zmin，1）已与（x，y，Zmin，1）组成深度元素。

S103，服务器基于刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各深度元素对应的边界分组。

同一边界分组中的各深度元素具有相同的轮廓边界。轮廓边界基于刀位点坐标得到的。

在本申请实施例中，基于刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各深度元素对应的边界分组，具体包括：

首先，服务器获取来自用户终端的工件处理信息。其中，工件处理信息至少包括工件处理时的各刀位点坐标。

刀位点坐标形成刀位点轨迹，用于切削待处理工件模型。

接着，服务器将同一刀位点坐标对应的刀具切削的各深度元素，划分为同一元素组。

即，服务器使用分组原则，将同一刀位点坐标所对应的深度元素划分为一组。

随后，将各元素组中对应的深度元素，存在相同坐标值的各深度元素，沿预设方向连接，以将连接后的各深度元素的两端坐标值，添加至边界分组。相同坐标值至少包括横坐标的坐标值、纵坐标的坐标值、竖坐标的坐标值。

具体地，服务器可以将同一元素组中的深度元素的两端坐标，作为轮廓边界坐标，先按照两端坐标存在上述相同坐标值如横坐标的坐标值的深度元素，按照如逆时针方向依次连接各深度元素的两端坐标，并将连接后的各坐标依次添加至边界分组。再按照存在相同纵坐标的坐标值的深度元素，进行两端坐标分别连接，再按照具有相同竖坐标的坐标值的深度元素，进行两端坐标分别连接，得到待处理工件模型及刀具模型的边界分组。

S104，服务器基于边界分组对应的各深度元素，生成待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓。

在本申请实施例中，基于边界分组对应的各深度元素，生成待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓，具体包括：

首先，服务器根据边界分组对应的各深度元素，生成待仿真几何模型的初始三维轮廓。

换言之，根据边界分组中的深度元素的两端坐标值，服务器能够生成初始三维轮廓。

然后，分别固定轮廓展示二维网格面的坐标轴，沿轮廓展示方向，确定初始三维轮廓对应的各深度元素中，在不被固定的坐标轴上的坐标值最小的近端深度元素坐标值。近端深度元素坐标值为深度元素距离轮廓展示二维网格面近的一端。以近端深度元素坐标值为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值增加的方向，依次遍历相应的各深度元素，以得到第一轮廓多边形坐标序列。相应的各深度元素在固定坐标轴上的坐标值与近端深度元素在固定坐标轴上的坐标值相同。

例如，固定横坐标轴，选择深度元素中近端具有最小纵坐标值的一个，然后沿纵坐标值增加的方向遍历深度元素，将遍历的深度元素的近端坐标值添加至第一轮廓多边形坐标序列。

随后，服务器以遍历后的最后一个深度元素的远端为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值减小的方向，依次遍历相应的各深度元素，以得到第二轮廓多边形坐标序列。基于各第一轮廓多边形坐标序列及各第二轮廓多边形坐标序列对应的各轮廓多边形，生成相应的可视化几何轮廓。轮廓多边形对应于待仿真几何模型的剖切平面。

例如，固定横坐标轴，在上述完成最后一个深度元素遍历之后，服务器以最后一个深度元素的远端为起点，然后沿纵坐标值减小的方向遍历深度元素，将遍历的深度元素的远端坐标值添加至第二轮廓多边形坐标序列。

根据上述第一轮廓多边形坐标序列及第二轮廓多边形坐标序列的坐标，依次连接坐标，即可得到固定横坐标或固定纵坐标的剖切面对应的轮廓多边形，进而得到轮廓多边形组成的可视化几何轮廓。

此外，本申请还能够对于内部孔洞的轮廓多边形生成，具体如下：

服务器确定各轮廓多边形对应的轮廓坐标序列，并在同一轮廓多边形存在多个轮廓坐标序列的情况下，将面积最大的轮廓多边形对应的轮廓坐标序列作为可视化几何轮廓对应的轮廓多边形的轮廓坐标序列，将剩余的轮廓多边形对应的轮廓坐标序列作为内部轮廓多边形的轮廓坐标序列，以生成内部轮廓多边形对应的几何孔洞。

也就是说，在那些不属于已生成的轮廓多边形的顶点集合内的深度元素两端坐标中选取一个起始点，然后用扫描轮廓多边形，从而得到内部轮廓多边形。一般而言，内部孔洞的轮廓多边形处于最大轮廓多边形内，通过上述方案可以形成内部孔洞的可视化几何轮廓。

S105，服务器基于刀具模型及待处理工件模型，对可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

在本申请实施例中，基于刀具模型及待处理工件模型，对可视化几何轮廓进行布尔运算，具体包括：

服务器可以建立第一仿真缓冲区、第二仿真缓冲区。将刀具模型对应的深度元素存储至第一仿真缓冲区。将待处理工件模型对应的深度元素存储至第二仿真缓冲区。根据相应的刀位点坐标，将刀具模型沿相应的刀位移动轨迹与待处理工件模型重合的部分深度元素进行布尔减运算，并将完成布尔运算后的第一仿真缓冲区清空，直至刀位点坐标更新。

即，服务器可以将刀具模型对应深度元素存储至第一仿真缓冲区，将待处理工件模型的深度元素存储在第二仿真缓冲区，根据工件处理信息中刀位点坐标，对三维仿真模型进行激光数控处理，对刀具模型与待处理工件模型的深度元素进行布尔减运算，完成待处理工件模型的切削。其中，深度元素包括深度值及亮度值，在完成切削后，服务器将对切削后的深度元素进行重新计算深度值及亮度值，并将被切削的深度元素分成两个深度元素。最后，将第一仿真缓冲区进行清空。从而无需为刀具模型的深度元素分配存储空间，即可完成工件切削及轮廓更新。

在本申请实施例中，方法还包括：

服务器根据刀位点坐标及可视化几何轮廓，确定工件处理时待处理工件模型的各区域的材料切削量。根据材料切削量及刀具模型的进给速率列表，建立相应的速率调整公式，以将速率调整公式，更新至刀具模型的刀路文件，以便控制刀具模型切削可视化几何轮廓。

服务器可以根据G代码，确定刀具移动的坐标变化量及移动距离差值，得到材料切削量。同时，服务器也可以获取用户预先设定的进给速率列表，根据预先设定的权重，生成进给速率与切削量成正比的速率调整公式，并将速率调整公式添加至刀路文件，以调整刀具切削速率，对可视化几何轮廓进行切削更新。

此外，在得到可视化几何轮廓之后，当观察定义改变，即观察方向改变的情况下，服务器可以对上述各轮廓多边形各坐标值及法向量进行坐标变换，在不重构深度元素的情况下，支持不同视图的可视化展示。

本申请通过上述方案，可以用深度元素表示待处理工件模型，实现高效及高质量地工件模型三维可视化展示，解决目前激光数控三维仿真系统难以高效、高质量地进行三维可视化展示，实现三维可视化展示的成本高的问题。

图3为本申请实施例提供的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示设备的结构示意图，如图3所示，设备包括：

至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器。其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

获取待仿真几何模型及可视化窗口信息。其中，待仿真几何模型至少包括：机床模型、刀具模型及待处理工件模型。可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸。基于可视化窗口信息，确定待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素。其中，规则排列的若干深度元素处于与轮廓展示方向对应的轮廓展示二维网格面。基于刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各深度元素对应的边界分组。同一边界分组中的各深度元素具有相同的轮廓边界。轮廓边界基于刀位点坐标得到的。基于边界分组对应的各深度元素，生成待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓。基于刀具模型及待处理工件模型，对可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请实施例提供的设备与方法是一一对应的，因此，设备也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述设备的有益技术效果。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待仿真几何模型及可视化窗口信息；其中，所述待仿真几何模型至少包括：机床模型、刀具模型及待处理工件模型；所述可视化窗口信息包括可视化展示的窗口尺寸；

基于所述可视化窗口信息，确定所述待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素；其中，所述规则排列的若干深度元素处于与所述轮廓展示方向对应的轮廓展示二维网格面；

基于所述刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各所述深度元素对应的边界分组；同一所述边界分组中的各所述深度元素具有相同的轮廓边界；所述轮廓边界基于所述刀位点坐标得到的；

基于所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓；

基于所述刀具模型及所述待处理工件模型，对所述可视化几何轮廓进行布尔运算，以更新所述待处理工件模型对应的轮廓，并将更新后的所述可视化几何轮廓发送至用户终端的可视化窗口。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，基于所述可视化窗口信息，确定所述待仿真几何模型沿预设轮廓展示方向规则排列的若干深度元素，具体包括：

根据所述可视化窗口信息对应的窗口尺寸，以与所述可视化窗口对应的像素为网格单元，生成所述轮廓展示二维网格面；

分别以所述轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于所述轮廓展示二维网格面的所述轮廓展示方向，确定各所述网格单元对应的深度元素链集合，以得到所述深度元素；所述深度元素链集合包括与同一所述网格单元的坐标对应的深度元素链；所述深度元素链包括沿所述轮廓展示方向与所述待仿真几何模型表面相交的线段对应的所述深度元素。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，分别以所述轮廓展示二维网格面的各网格单元为起点，沿垂直于所述轮廓展示二维网格面的所述轮廓展示方向，确定各所述网格单元对应的深度元素链集合，具体包括：

根据所述待仿真几何模型的三维坐标，以各所述网格单元为起点，沿所述轮廓展示方向，向所述待仿真几何模型所处的三维空间坐标系投射射线；

确定各所述网格单元对应的被投射射线，与所述待仿真几何模型的交点坐标集合；

根据所述交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合；其中，所述预设规则为两个交点坐标处于同一所述被投射射线且在所述被投射射线上的位置相邻。

4.根据权利要求3所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，根据所述交点坐标集合中满足预设规则的两个交点坐标，生成所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合，具体包括：

在所述交点坐标集合中存在三个以上所述交点坐标的情况下，以相应的所述网格单元为起点，沿所述轮廓展示方向，分别将相邻的两个所述交点坐标作为一组，并从所述交点坐标集合剔除已分组的所述交点坐标，以得到两个所述交点坐标生成的所述深度元素链；

根据所述交点坐标集合剩余的各所述交点坐标，分别将相邻的两个所述交点坐标作为一组，并从所述交点坐标集合剔除已分组的所述交点坐标，直至所述交点坐标集合为空集，得到各所述深度元素链，以将各所述深度元素链添加至所述深度元素链集合；所述深度元素链包括各所述深度元素。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，基于所述刀具模型在工件处理时对应的刀位点坐标，生成各所述深度元素对应的边界分组，具体包括：

获取来自用户终端的工件处理信息；其中，所述工件处理信息至少包括工件处理时的各所述刀位点坐标；

将同一所述刀位点坐标对应的刀具切削的各所述深度元素，划分为同一元素组；

将各所述元素组中对应的所述深度元素，存在相同坐标值的各所述深度元素，沿预设方向连接，以将连接后的各所述深度元素的两端坐标值，添加至所述边界分组；所述相同坐标值至少包括横坐标的坐标值、纵坐标的坐标值、竖坐标的坐标值。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，基于所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型对应的可视化几何轮廓，具体包括：

根据所述边界分组对应的各所述深度元素，生成所述待仿真几何模型的初始三维轮廓；

分别固定所述轮廓展示二维网格面的坐标轴，沿所述轮廓展示方向，确定所述初始三维轮廓对应的各所述深度元素中，在不被固定的坐标轴上的坐标值最小的近端深度元素坐标值；所述近端深度元素坐标值为所述深度元素距离所述轮廓展示二维网格面近的一端；

以所述近端深度元素坐标值为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值增加的方向，依次遍历相应的各所述深度元素，以得到第一轮廓多边形坐标序列；所述相应的各所述深度元素在固定坐标轴上的坐标值与近端深度元素在固定坐标轴上的坐标值相同；

以遍历后的最后一个所述深度元素的远端为起点，沿不被固定的坐标轴的坐标值减小的方向，依次遍历相应的各所述深度元素，以得到第二轮廓多边形坐标序列；

基于各所述第一轮廓多边形坐标序列及各所述第二轮廓多边形坐标序列对应的各轮廓多边形，生成相应的所述可视化几何轮廓；所述轮廓多边形对应于所述待仿真几何模型的剖切平面。

7.根据权利要求6所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定各所述轮廓多边形对应的轮廓坐标序列；

在同一所述轮廓多边形存在多个所述轮廓坐标序列的情况下，将面积最大的所述轮廓多边形对应的所述轮廓坐标序列作为所述可视化几何轮廓对应的轮廓多边形的所述轮廓坐标序列，将剩余的所述轮廓多边形对应的所述轮廓坐标序列作为内部轮廓多边形的所述轮廓坐标序列，以生成所述内部轮廓多边形对应的几何孔洞。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，基于所述刀具模型及所述待处理工件模型，对所述可视化几何轮廓进行布尔运算，具体包括：

建立第一仿真缓冲区、第二仿真缓冲区；

将所述刀具模型对应的所述深度元素存储至所述第一仿真缓冲区；

将所述待处理工件模型对应的所述深度元素存储至所述第二仿真缓冲区；

根据相应的刀位点坐标，将所述刀具模型沿相应的刀位移动轨迹与所述待处理工件模型重合的部分所述深度元素进行布尔减运算，并将完成布尔运算后的所述第一仿真缓冲区清空，直至所述刀位点坐标更新。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述刀位点坐标及所述可视化几何轮廓，确定工件处理时所述待处理工件模型的各区域的材料切削量；

根据所述材料切削量及所述刀具模型的进给速率列表，建立相应的速率调整公式，以将所述速率调整公式，更新至所述刀具模型的刀路文件，以便控制所述刀具模型切削所述可视化几何轮廓。

10.一种用于激光数控的三维仿真可视化展示设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述权利要求1-9任一项所述的一种用于激光数控的三维仿真可视化展示方法。