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zjtzhylin

铁虫 (初入文坛)

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[交流] 好书推荐：《计算机辅助制造实践——Python实现三维打印路径规划》

导读
《计算机辅助制造实践——Python实现三维打印路径规划》是市面上非常难得的一本关于“Python + 3D Printing + CAM”路径规划算法类的通俗读物，兼具系统性、趣味性、基础性、科学性、实践性、拓展性。强烈推荐业内人士和高校理工科学生阅读。

出版信息
 书名：《计算机辅助制造——Python实现三维打印路径规划》
 作者：林志伟、傅建中著
 出版社：浙江科技出版社
 书号：ISBN 978-7-5341-9465-8
 出版年：2021年2月
 开本：16开
 页数：310页
 字数：462000字
 定价：66.00元

内容提要
计算机辅助制造（CAM）是计算机辅助设计（CAD）和数控加工（CNC）的中间环节，主要负责将三维模型转化（翻译）为数控机床可以识别的NC代码，是机械制造领域重要研究课题之一。本书稿旨在介绍CAM刀具路径生成相关底层算法的设计、开发、应用及实践。为方便读者理解、学习和实践，本书稿以三维打印为例，涵盖三维打印CAM从模型载入、切片生成、路径生成与优化、支撑生成与优化等各环节，提出了一系列通用、简洁、高效、易于理解和实现的CAM算法。本书稿选用Python作为算法讲解和实现语言，方便读者上手。本书稿相关CAM路径规划算法可推广至数控车削、铣削、磨削以及激光加工等其他数控加工场合。

该书特色
 趣味性。基于Python这门语法简单、极易上手的“网红”编程语言，面向当下热门的三维打印应用，以生动、风趣的语言，介绍并实现三维打印路径规划方法，所见即所得。
 系统性。从搭建基础计算几何库及三维几何实体可视化平台着手，涵盖三维打印路径规划涉及的：STL模型切片截交、截交线段拼接、STL模型拓扑切片、轮廓平行路径生成、方向平行路径生成、填充方向优化、打印支撑生成、打印支撑优化、模型端面识别及NC代码生成等各环节，提出了一系列通用、简洁、高效的路径规划算法。
 基础性。涵盖：计算几何中点、向量、矩阵等基础类型的构建以及空间几何实体相交、包含等关系的判断方法，扫描线或扫描平面快速截交算法，字典序概念及基于字典序排序的线段快速拼接算法，半边结构及基于拓扑模型的追踪切片方法，平面曲线偏置算法及基于偏置的轮廓路径生成方法，平面轮廓布尔运算、平面区域填充线生成方法等。
 科学性。在路径规划过程中提出了一系列高效、稳定、实用的算法，如：基于层高匹配的STL模型快速截交算法、基于字典查询法的截交线段快速拼接算法、平面曲线包含关系快速确定方法、基于凹峰点的轮廓区域分区方法、最少跳刀填充方向优化方法、基于改进粒子群算法的打印支撑量优化方法、基于布尔运算的模型端面识别方法等。
 实践性。该书中涉及的计算几何基础库及所有三维打印路径规划方法都已使用Python语言实现，读者只需具备基础数学知识即可读懂此书，并在个人电脑上实践及优化书中相关算法，最后在三维打印机上验证算法及路径。建议有C++基础的读者使用C++重构书中算法。
 拓展性。该书涉及的相关路径规划算法具有一定的拓展性，只要稍加改进，便能推广至数控车铣削路径规划、工业机器人路径规划、激光加工路径规划以及其他通用路径规划应用（如扫地机器人路径规划、AGV路径规划等）。

目标读者
 高校机械类专业高年级本科生或研究生
 高校计算机类、电器类、控制类等专业学生
 数控或三维打印从业人员
 计算机辅助设计及制造软件开发人员
 路径规划算法研发人员

目录
第一章 Python简介
1.1. Python语言概述
1.2. Python解释器安装及运行
1.3. Python第三方库安装
1.4. Python集成开发环境
1.5. Python语法简介
1.6. Python模块
1.7. 本章小结
第二章基础计算几何库搭建
2.1. 点、向量、矩阵
2.2. 直线、射线、线段
2.3. 多段线
2.4. 平面
2.5. 几何算法
2.6. 本章小结
第三章几何可视化平台搭建
3.1. VTK概述
3.2. Hello VTK
3.3. VTK可视化流程
3.4. VTK适配器构建
3.5. VTK模型变换
3.6. 本章小结
第四章 STL模型切片轮廓计算基础
4.1. STL模型加载
4.2. 空间三角形和平面求交算法
4.3. STL模型截交计算
4.4. 截交线段拼接计算
4.5. 轮廓方向识别与调整
4.6. 切片数据存取
4.7. SliceModel模块
4.8. 本章小结
第五章 STL模型截交计算优化
5.1. 暴力截交存在的问题
5.2. 扫描平面法截交优化
5.3. 层高匹配法截交优化
5.4. 算法测试比较
5.5. 本章小结
第六章截交线段拼接计算优化
6.1. 暴力拼接存在的问题
6.2. 链接点数据结构
6.3. 字典序排序法拼接优化
6.4. 字典查询法拼接优化
6.5. 算法测试比较
6.6. 本章小结
第七章基于拓扑模型的切片轮廓计算
7.1. STL模型存在的问题
7.2. 拓扑关系表示
7.3. STL拓扑模型重建
7.4. 拓扑模型切片
7.5. 算法测试比较
7.6. 本章小结
第八章轮廓平行填充路径生成
8.1. 常用填充路径概述
8.2. 轮廓偏置基础方法简介
8.3. 基于裁剪的轮廓偏置
8.4. Clipper适配器构建
8.5. 轮廓路径生成与连接
8.6. 轮廓路径生成测试
8.7. 本章小结
第九章方向平行填充路径生成
9.1. 扫描线法填充线生成
9.2. 基于裁剪的填充线生成
9.3. 填充区域分区
9.4. 平行路径生成与连接
9.5. 最少跳刀填充方向优化
9.6. 平行路径生成与优化测试
9.7. 本章小结
第十章支撑生成与优化
10.1. 支撑生成概述
10.2. 支撑区域识别
10.3. 支撑路径生成
10.4. 支撑量优化
10.5. 本章小结
第十一章端面封闭与代码生成
11.1. 端面识别与切片分区
11.2. 打印代码生成
11.3. 本章小结
附1. FDM三维打印机控制方法
附2. 本书封装的路径规划类和函数

图. Python + 3Dprinting + CAM 路径规划