本發(fā)明屬于pcb設計與幾何處理，具體涉及一種基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、在pcb設計領(lǐng)域中傳統(tǒng)的二維pcb設計手段已無法滿足高密度布線和多層結(jié)構(gòu)的可視化需求。為了提升設計準確性與后期制造的可控性，三維建模技術(shù)逐漸被引入到pcb設計流程中。通過將電路板中的走線、銅皮、過孔等幾何結(jié)構(gòu)以三維方式表達，設計人員不僅可以進行更直觀的結(jié)構(gòu)驗證，還能進行空間布局優(yōu)化以及可視化展示等。

3、當前，pcb三維建模技術(shù)主要采用基于規(guī)則的幾何生成建模(proceduralmodeling)。商業(yè)軟件如allegro基于通用的cad幾何內(nèi)核完成pcb三維建模。然而，這類方法往往未能充分考慮pcb數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特異性，也未能有效利用現(xiàn)代gpu的并行計算能力，導致建模過程在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)或復雜設計時效率較低，難以滿足實時可視化與快速迭代的設計需求。

4、近年來，gpu的快速發(fā)展促進了幾何建模領(lǐng)域各種并行算法的蓬勃發(fā)展。pcb的幾何特性非常適合并行計算，這使得gpu在該領(lǐng)域的應用前景廣闊。一個重要的觀察結(jié)果是：pcb的80%以上的元素由規(guī)則的形狀組成，如孔和軌跡，這可以通過程序建模來實現(xiàn)。另一方面，用不規(guī)則輪廓和孔表示的pcb銅區(qū)域很難用規(guī)則建模，從到導致3d建模的效率降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法及系統(tǒng)，本發(fā)明對不同類型的幾何體分別進行并行建模，基于一個混合管線將各部分集成，得到完整的pcb三維模型。

2、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第一方案提供了一種基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法，采用如下技術(shù)方案：

3、基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法，包括：

4、根據(jù)pcb模型二維數(shù)據(jù)中的幾何元素進行分類，得到規(guī)則幾何圖形和不規(guī)則幾何圖形；

5、基于可視范圍內(nèi)每個規(guī)則幾何圖形的視點距離選擇對應的層級建模方式，根據(jù)層級建模方式為規(guī)則幾何圖形分配對應的線程，多線程并行建模以得到規(guī)則三角網(wǎng)格；

6、將不規(guī)則幾何圖形轉(zhuǎn)化成三角網(wǎng)格，對三角網(wǎng)格中的三角形進行判斷以確定擦除三角形，將擦除三角形擦除后得到不規(guī)則三角網(wǎng)格。

7、進一步地，所述規(guī)則幾何圖形為直線段、圓弧以及圓，其中直線段包括單段直線段和多段直線段；

8、所述不規(guī)則幾何圖形為帶孔多邊形。

9、進一步地，對于直線段構(gòu)建直線段規(guī)則三角網(wǎng)格，具體為：

10、基于視點距離越遠，選擇的層級建模方式的密度越低，則對應建模生成的頂點個數(shù)越少；

11、根據(jù)選擇的層級建模方式確定直線段建模的頂點個數(shù)；

12、對于多段直線段，多段直線段建模的頂點個數(shù)包括轉(zhuǎn)折點建模的頂點個數(shù)和兩端點建模的頂點個數(shù)，其中轉(zhuǎn)折點建模的頂點個數(shù)是轉(zhuǎn)折點個數(shù)的兩倍；

13、對于單段直線段，單段直線段建模的頂點個數(shù)是兩端點建模的頂點個數(shù)；

14、根據(jù)直線段建模的頂點個數(shù)分配對應的線程，對于每個線程，基于線程編號和直線段擺放的角度確定線程對應頂點的角度，根據(jù)頂點的角度、直線段的端點以及直線段的輪廓設定寬度計算出線程對應頂點的位置；

15、多線程并行建模生成每個線程對應頂點的位置，將所有頂點連起來得到直線段規(guī)則三角網(wǎng)格。

16、進一步地，對于圓弧構(gòu)建圓弧規(guī)則三角網(wǎng)格，具體為：

17、基于視點距離越遠，選擇的層級建模方式的密度越低，則對應建模生成的頂點個數(shù)越少；

18、根據(jù)選擇的層級建模方式確定圓弧建模的頂點個數(shù)，包括圓弧兩端點建模的頂點個數(shù)和圓弧身體部分建模的頂點個數(shù)，基于圓弧身體部分建模的頂點個數(shù)的1/2確定圓弧身體部分劃分子圓弧的個數(shù)n；

19、基于圓弧建模的頂點個數(shù)分配對應的線程，每個線程同時處理一個圓弧端點的建模和一個子圓弧身體部分內(nèi)外的建模；

20、基于圓弧起始角度和結(jié)束角度的差值，將圓弧的角度均分成了n份子角度；

21、對于圓弧兩端點建模，利用直線段的端點建模方式，以圓弧端點所在圓弧切線的角度作為擺放角度，生成每個線程對應頂點的位置；

22、對于圓弧身體部分建模，是根據(jù)線程編號、圓弧的起始角度和結(jié)束角度確定線程對應頂點的角度，根據(jù)頂點的角度、圓弧的圓心坐標、圓弧的內(nèi)外圓半徑計算出線程對應頂點的位置；

23、多線程并行處理生成圓弧端點建模的頂點的位置和圓弧身體部分建模的頂點的位置，將所有頂點連起來得到圓弧規(guī)則三角網(wǎng)格。

24、進一步地，對于圓構(gòu)建圓規(guī)則三角網(wǎng)格，具體為：

25、基于視點距離越遠，選擇的層級建模方式的密度越低；

26、根據(jù)選擇的層級建模方式確定圓建模的頂點個數(shù)；

27、利用圓建模的頂點個數(shù)的1/2確定圓劃分圓弧的個數(shù)m；

28、以為0°和360°作為圓的起始角度和結(jié)束角度，基于起始角度和結(jié)束角度的差值，將圓的角度均分成了m份圓弧角度；

29、基于圓建模的頂點個數(shù)分配對應的線程，每個線程處理每個圓弧的內(nèi)外頂點；

30、利用圓弧身體部分建模方式，多線程并行處理生成每個線程對應頂點的位置，將所有頂點連起來得到圓弧規(guī)則三角網(wǎng)格。

31、進一步地，所述將不規(guī)則幾何圖形轉(zhuǎn)化成三角網(wǎng)格，對三角網(wǎng)格中的三角形進行判斷以確定待擦除三角形，具體為：

32、將不規(guī)則幾何圖形輪廓中的圓弧和nurbs曲線轉(zhuǎn)化成近似直線段，得到直線段不規(guī)則幾何圖形輪廓；

33、基于delaunay三角化算法將直線段不規(guī)則幾何圖形輪廓轉(zhuǎn)化成三角網(wǎng)格；

34、為三角網(wǎng)格中每個三角形分配一個線程進行處理，并行遍歷三角網(wǎng)格中所有的三角形；

35、對于每個三角形，判斷三角形的三個頂點是否屬于直線段不規(guī)則幾何圖形輪廓中同一條輪廓線；

36、如果是，那么被判定為是待擦除三角形，反之，則保留該三角形；

37、為直線段不規(guī)則幾何圖形輪廓中的每一條直線分配一個線程；

38、基于gpu對每一條直線并行處理，對直線段不規(guī)則幾何圖形輪廓中的每一條直線與待擦除三角形區(qū)域中的某一個點引出的射線進行求交判斷；

39、如果有交點，則在總計數(shù)器上加一，反之，則不做處理；

40、對最終得到的交點個數(shù)進行奇偶性的判斷，如果交點個數(shù)為奇數(shù)，則保留該待擦除三角形；如果交點個數(shù)為偶數(shù)，則判定所述待擦除三角形為擦除三角形。

41、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第二方案提供了一種基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案：

42、基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模系統(tǒng)，包括：

43、數(shù)據(jù)分類模塊，被配置為根據(jù)pcb模型二維數(shù)據(jù)中的幾何元素進行分類，得到規(guī)則幾何圖形和不規(guī)則幾何圖形；

44、規(guī)則幾何建模模塊，被配置為基于可視范圍內(nèi)每個規(guī)則幾何圖形的視點距離選擇對應的層級建模方式，根據(jù)層級建模方式為規(guī)則幾何圖形分配對應的線程，多線程并行建模以得到規(guī)則三角網(wǎng)格；

45、不規(guī)則幾何建模模塊，被配置為將不規(guī)則幾何圖形轉(zhuǎn)化成三角網(wǎng)格，對三角網(wǎng)格中的三角形進行判斷以確定擦除三角形，將擦除三角形擦除后得到不規(guī)則三角網(wǎng)格。

46、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第三方案提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)。

47、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述第一個方面所述的基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法中的步驟。

48、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第四方案提供了一種計算機設備。

49、一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如上述第一個方面所述的基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法中的步驟。

50、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第五方案提供一種計算機程序產(chǎn)品或計算機程序。

51、一種計算機程序產(chǎn)品或計算機程序，包括計算機指令，該計算機指令存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中，計算機設備的處理器從計算機可讀存儲介質(zhì)讀取該計算機指令，處理器執(zhí)行該計算機指令，使得該計算機設備執(zhí)行如上述第一方案所述的基于gpu的大規(guī)模pcb電路板三維建模方法中的步驟。

52、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

53、本發(fā)明針對現(xiàn)有的pcb三維建模方法建模效率低下，實時處理能力不足的性能問題，提供了一種基于gpu的大規(guī)模pcb電路板快速三維建模方法。本發(fā)明能夠極大的加速pcb三維建模的速度，優(yōu)化實時渲染能力。