工业级高精度 2D/3D CAD/CAM 核心引擎与路径规划系统

技术信息

语言技术
C++、QT系统类型
Windows、算法模型行业分类
人工智能、项目任务

作品详情

行业场景

随着工业智能制造和泛半导体加工行业的升级，对高精度激光微加工、3D打印等数控设备的需求激增。传统的CAM（计算机辅助制造）软件在处理百万级海量图元时往往存在卡顿、解析精度低、大面积图形切割易错位，以及机床“空跑（Jump）”路径过长导致加工效率低下的痛点。本项目旨在研发一款具有自主知识产权的高端激光加工上位机核心大脑，解决从 2D/3D 设计图纸（DXF/STL）到最终机床物理加工代码转换过程中的各类极限几何计算与路径规划瓶颈，助力产线实现微米级的高精、高效自动化加工。

功能介绍

功能介绍 (必填)： > 1. 二维CAD实体框架与渲染：内置完整二维矢量引擎，支持点、线、圆、弧等多态实体的高速自绘渲染，支持撤销/重做(Undo/Redo)与复杂图形布尔运算。

3D模型切片降维(Slicing)：支持导入 STL 三维模型，根据自定义层高进行高精度的 Z 平面网格相交计算，将 3D 模型精准降维为适用于激光逐层加工的 2D 轮廓数据。

大视场图形分割与无缝拼接(Stitching)：针对超出振镜物理视场(FOV)的大尺寸图纸，提供智能切分算法，并内置边缘缝隙(Gap)缩进与延伸补偿，消除拼接处的漏打或过曝现象。

高级非线性边界填充(Hatching)：独创基于边表(ET)的扫描线算法，完美支持包含圆、圆弧等复杂非线性曲线边界的高精度平行/环形填充逻辑。

TSP智能路径排序优化：采用异步遗传算法(Async GA)，对加工实体的执行顺序进行全局最优的 TSP 求解，最大程度减少机床空跳距离。

项目实现

项目实现 (必填)： > 1. 负责任务：本人独立/主导完成该 CAD/CAM 核心引擎的整体架构设计、底层几何算法实现、图元数据结构封装以及路径优化模块的多线程异步开发。

技术栈与架构：采用 C++17 标准与 Qt6 框架开发。基于面向对象多态机制深度剖析并定制了开源 LibreCAD 引擎；剥离并二次开发顶级 3D 打印库 CuraEngine 的切片内核。

实现难点与亮点：

难点：TSP路径排序耗时极长，容易引发UI卡死。亮点：运用 Pimpl 惯用法封装底层的遗传优化器，结合多线程技术实现后台静默迭代计算，极大缩短20%~40%空跳距离的同时，保障了Qt主线程绝对流畅。

难点：非线性图元的精确求交与面积计算。亮点：采用格林公式(Green's Theorem)闭合积分求解面积；突破常规纯多边形扫描线的局限，通过定制求根逻辑，攻克了含二次曲线（圆弧等）的精准交点计算与填充难题