DAP发布计算几何算法库DAP-CG：解决增材制造软件数据瓶颈，Boost许可证免费商用

亚琛工业大学数字增材制造研究所（DAP）最近干了件实在事，他们把自己为3D打印CAM软件编写的计算几何算法，全都开源了。

这个库叫DAPComputationalGeometry，简称DAP-CG，用C#编写，提供构建方向、支撑结构生成、排布嵌套、切片、扫描策略这些几何处理算法，专门用来开发和优化增材制造CAM软件。

这些算法能干啥？比如，确定零件怎么放，怎么在打印平台上排布，避免互相重叠，这些都是AM CAM的基本功能。

就像下面这张图里展示的这样。

选什么算法、怎么实现，直接决定了软件的计算量、内存占用和稳定性，最后又会影响零件的成本、交付周期和质量。

你想想看，现在零件越来越大，机器还集成多个激光器，AM CAM软件要处理的数据量也跟着飙升。

如果算法和数据结构扩展性差，处理时间可能从几分钟膨胀到几小时甚至几天，内存需求也翻好几倍，软件基本就没法用了。

靠升级硬件能解决问题吗？只能缓解一部分。

所以呢，很多时候，用高效的几何算法就能直接避免这些开销。

研究所直接指出，光靠更强的计算硬件，补不了低效软件的坑，真正高效的几何处理算法，能从根上省掉一大笔额外计算开销。

坦率的讲，DAP-CG是站在geometry3Sharp和Clipper2这两个开源库的肩上，又加了不少针对二维多边形和向量的扩展和性能优化。

比如有一个算法能把多个多边形合并成一个多边形，这样后面计算密集的环节要处理的数据量就小多了；还有的功能是防止自交多边形、去掉冗余顶点。

DAP也用了现代C#特性，比如Span和SIMD，就是单指令多数据流，大大加速了几何体的平移和旋转。

说到底，DAP-CG里的功能都是从DAP的实际工业开发任务里来的。

在「增材制造工业化与数字化（IDAM）」项目的嵌套优化软件开发过程中，用了多边形压缩算法，把嵌套所需的内存减少了5倍。

把同样的方法用到切片和扫描策略计算软件上，也能实现类似的节省。

在实践中，这决定了一个大型制造任务是否能在配备32GB内存的普通台式机上处理，还是需要一台内存多几倍的工作站或服务器，以及在租用计算资源时，你要为多少内存付费。

如果软件跑在按需付费的计算租赁平台上，内存更省，钱也花得少。

另一个例子是他们的零件方向软件，基于质量和成本目标，确定零件的最佳打印方向。

DAP-CG里的算法能算出不同方向是否需要支撑，需要多少，这可是增材制造中成本和后处理的关键因素。

支撑结构会多加材料、提高成本，后处理也麻烦，所以把支撑结构减下来，对整个构建经济性影响很大。

DAP想通过开源库把这些功能提供给开发者，变成可复用组件。

其实，DAP-CG使用的是Boost软件许可证，一种很宽松的开源许可证，研究项目、商业软件、工业产品都能免费拿去用。

这个IDAM项目，是德国前联邦教育与研究部资助的，现在叫联邦研究、技术与航天部。

几何处理更快，不只是省了准备数字文件的时间。

早期设计阶段自动化、优化之后，交付周期能缩短，生产能力也能提上来。

像AMIS Runtime这类平台，已经把计算用到生产过程里了。

但这种自动化到底实不实用，还是得看底层几何操作能不能扛住重复又越来越复杂的任务。

开源还有一个好处，就是不用重复造轮子。

DAP-CG本来就是基于geometry3Sharp和Clipper2加工业项目功能做的，再加上宽松许可证，开发人员可以在商业产品里直接集成、检查、修改。

再往前看，reAM250项目整个实验性LPBF平台都开源了，包括软件、设计文件和控制文档。

DAP-CG在CAM开发层面也用了同样的思路，让几何处理组件能供研究人员和工业软件公司复用。

当然，这并不等于能跳过验证。

CAM开发人员还是得针对自己的机器、材料和生产要求去测试功能。

这个库的直接价值，就是降低了围绕越来越复杂的增材制造构建准备的计算和开发门槛。