SIGGRAPH是世界领先的一年一度的跨学科教育性会议，展示计算机图形学和交互技术的最新研究成果。SIGGRAPH2018是ACM SIGGRAPH主持的第45届年度会议，将于8月12日至8月16日在加拿大温哥华举行。交叉研究中心自2013年成立以来，在室内场景重建，图像处理，机器人，智能制造等相关研究方向持续有成果发表于SIGGRAPH或SIGGRAPH Asia等顶级会议上。2016年中心博士生赵海森同学为第一作者在SIGGRAPH大会上发表了题为《基于费马螺线的三维打印路径规划（Connected Fermat Spirals for Layered Fabrication）》的论文。延续和拓展该论文的工作，今年又一篇论文《自由曲面模型的减材制造（DSCarver: Decompose-and-Spiral-Carve for Subtractive Manufacturing）》被SIGGRAPH接收（可点击阅读原文查看详情）。
数控加工主要以“减材制造”的形式，通过编程控制各种数控设备自动以连续的方式按要求去除余料，广泛应用于航空航天，医疗设备，军事装备等领域，数控机床更是有”工业之母”的美誉。当前，任意复杂自由曲面模型的数控加工仍面临许多挑战，尤其是装夹规划和路径规划问题，在实际生产中往往仍强烈依赖于工程师的个人经验，缺少自动化的算法。装夹规划，指的是合理安排待加工工件在工作台上的装夹朝向及加工范围；路径规划指的是规划刀具完成切削任务的行进轨迹和姿态。
工程师手动进行装夹规划和路径规划
本课题旨在面向自由曲面模型的减材制造，针对其中的装夹规划和路径规划提出一种全自动的解决方案。
自由曲面模型一般用五轴数控机床，采用五轴联动或定轴加工方式加工，本课题选用在实际生产中应用更广泛的定轴加工模式。装夹规划问题是一个典型的NP问题，尤其是对于任意自由曲面模型的装夹规划，在学术界还未见学者提出一个通用算法。再者，装夹规划和路径规划有着强耦合的关系，本课题同时考虑装夹规划和路径规划两类问题的解法，这进一步增加了课题的难度。此外，自由曲面的路径规划本身也是一个多约束的问题，路径的连续性，平滑性及残留高度分布等因素都会对加工的效率和质量产生影响。
装夹规划和路径规划算法详情
为解决以上叙述的问题，作者将自由曲面模型的装夹规划问题表达为一个最小覆盖问题(Set Cover Problem)，最小化装夹方向数量的同时，求取各装夹方向对应的加工范围。作者借助一个高度场曲面的预分割过程，将装夹方向对应的加工范围进一步划分为定轴加工子区域。
算法详情介绍
装夹规划对应的划分区域
面向增材制造（三维打印）， 2016年中心在SIGGRAPH大会上发表的《基于费马螺线的三维打印路径规划》论文中，对于任意二维连通区域，基于费马螺线(Fermat Spiral)提出一种平滑且连续的规划路径。本课题将该路径引入对定轴加工子区域的路径规划中，在三维曲面上生成一条平滑连续且残留高度分布均匀的空间填充曲线，通过实际加工实验与商用软件生成的路径比较，可以显著提升加工效率。
平滑连续且残留高度分布均匀的刀具路径
实验环境(五轴数控机床)
实际加工模型
团队介绍
本论文的作者团队成员有Haisen Zhao, Hao Zhang, Shiqing Xin, Yuanmin Deng, Changhe Tu, Wenping Wang, Daniel Cohen-Or, Baoquan Chen。赵海森同学为本文的第一作者，为中心四年级在读博士生，导师为陈宝权教授。
（第一排左起：Haisen Zhao, Hao Zhang, Shiqing Xin, Yuanmin Deng；第二排左起：Changhe Tu, Wenping Wang, Daniel Cohen-Or, Baoquan Chen）
PS：作为交叉研究中心实验室文化的一部分，中心每年都会设计SIGGRAPH论文的主题T恤！请大家先睹为快吧！
