#MoonSlicer

#1. 项目概述

#2. 核心架构与技术特性

#2.1 三维网格解析与空间归一化

• 流式 STL 解码：内建 IEEE 754 单精度浮点数解码器，原生支持标准 Binary STL 与文本 ASCII STL 的流式解析。
• 自动对齐与热床居中：自动计算三维网格轴向包围盒（AABB），将模型底部平贴于 打印平面，并将几何质心自动平移对齐至热床中心 。

#2.2 水平截面切片与拓扑闭环缝合

• 解析平面求交：在任意层高 上对三维空间三角形进行线性解析求交，内建自适应 -微扰机制，杜绝截面恰好切过几何顶点的退化奇异。
• 拓扑线段链式缝合 (-Chaining)：针对切片产生的无序二维线段集合，基于空间首尾距离贪心匹配，将其精确重构成连续闭合的二维多边形轮廓环（Polygon2）。

#2.3 ExPolygon 拓扑层级包含树

• Jordan 奇偶深度判定：基于射线求交与多边形嵌套关系计算包含深度，偶数深度判定为独立实体外岛（CCW 逆时针，正面积），奇数深度判定为内部空腔内孔（CW 顺时针，负面积）。
• 拓扑树表达：原生支持单层多独立实体（Multi-Island）与多层嵌套复杂通孔结构的树状表达，与现代主流切片器几何拓扑内核对齐。

#2.4 间隙感知与偏置碰撞消解引擎

• 角平分线法向量偏置：实现实体外壁向内收缩与内孔壁向外膨胀的角平分线偏移，内建斜接截断（Miter Limit）与边反转坍塌检查。
• 欧氏间隙场分析 (Clearance Field Analysis)：在生成多圈外壁前，精确评估孔与孔、孔与外轮廓之间的最小几何间隙，推导最大安全膨胀阈值 。
• 自适应截断与重叠抑制 (Clamping & Wall Suppression)：当特征狭窄时自动截断偏置步长；对于间隙不足以容纳多圈壁厚的狭窄区域，主动抑制生成重叠内壁（WallSuppressed），彻底杜绝重复挤出造成的喷嘴刮擦与过量溢料。
• 后置几何交叉校验：轮廓生成后执行穷举线段交叉校验（edges_intersect），数学上杜绝自交或相交刀路输出。
• Ramer-Douglas-Peucker 轮廓化简：提供 Polygon2::simplify 算法，在亚微米尺度下自适应剔除共线噪点与冗余顶点，杜绝高分辨率模型造成的打印机通讯抖动。

#2.5 跨层表面分类与搭桥冷却控制

• 三维几何覆盖比对：通过对比当前层与上下相邻层（ 与 ）的实体投影覆盖关系，精确判定 TopSolid（顶面/阶梯屋顶）、BottomSolid（底面/悬垂桥接）与 InternalSparse（内部区域）。
• 悬垂搭桥风扇控制：当识别到悬垂搭桥表面时，自动触发高速冷却风扇指令（M106 S255）并按比例下调挤出流速（Flow Ratio）与移动速度，搭桥结束后自动恢复常规风速。

#2.6 多元内部填充几何生成器

• Rectilinear (交替线性网格)：45° 与 135° 奇偶层交替方向，平衡打印速度与层间附着力；
• Grid (双向正交网格)：每层同时打印双向正交交叉扫描线，提供刚性支撑骨架；
• Triangles (等边三角晶格)：0°、60°、120° 三向交叉成型，具备优异的面内全向抗剪切刚度；
• Concentric (同心偏置环)：自外轮廓向内核心逐层偏移同心环，极大减少空载空移，适合圆柱与弹性体材料；
• 内孔全自动避空 (Hole Parity Clipping)：所有填充模式均内嵌奇偶相交校验，遇到内部空腔自动断针避空。

#2.7 起针接缝优化策略 (Seam Placement Modes)

• SharpestCorner (最锐角隐藏)：计算多边形顶点外角凸度，自动将起笔接缝对齐隐藏于构件最锐利的自然棱角处；
• Nearest (最短空程)：基于当前喷头坐标贪心选择最近顶点起跳，显著减少空走距离与拉丝；
• Aligned (几何对齐)：将全模型各层外壁起针点向指定空间方位（如热床后方中央）对齐排布；
• Random (随机打散)：随机散布各层起针顶点，消除圆柱外壁由于接缝聚集产生的纵向微小凸棱。

#2.8 真实物理耗材质量与成本估算

• 扁平跑道截面微积分 (Stadium Cross-section)：严格依据 FDM 熔融挤出物理模型 计算微元体积 ，精准推导绝对坐标 E 轴送丝进给量。
• 物理材料质量建模：内建常用 3D 打印耗材密度库（PLA: 、PETG: 、ABS: 、TPU: ），实时推算总耗材克重与成型原料成本。

#2.9 交互式刀路可视化工具

• 开箱即用：提供纯 HTML5 Canvas 架构的轻量级前端刀路查看器（examples/visualizer.html），无需本地服务器，双击即可在任意现代浏览器运行。
• 分层与多色审视：支持拖拽滑块逐层查看、动画播放、以及外壁（红）、孔壁（橙）、内壁（绿）、顶底实心填充（青）、内部稀疏填充（黄）与碰撞消解事件 HUD 实时显示。

#3. 切片处理管线

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| 输入：3D 模型文件 (Binary / ASCII STL)                        |
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                               |
                               v
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| 1. STL 解码与热床居中对齐 (center_to_bed)                     |
|    流式解析三角面，计算 AABB 包围盒并平移至热床中心 (0,0,0)   |
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                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 2. 截面解析求交 (slice_mesh_at_z)                             |
|    各三角面与平面 Z = z_i 线性求交，引入 epsilon 微扰消奇异   |
+---------------------------------------------------------------+
                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 3. 拓扑线段闭环缝合 (stitch_segments_into_loops)              |
|    基于首尾 epsilon 距离贪心重组封闭多边形环 Polygon2         |
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                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 4. ExPolygon 拓扑层级树构建 (build_expolygons)                |
|    Jordan 奇偶深度判定：外岛 CCW (正面积) vs 内孔 CW (负面积)  |
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                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 5. 间隙感知偏置与碰撞消解 (generate_expolygon_perimeters)     |
|    距离场分析、自适应截断、薄壁抑制与后置相交校验             |
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                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 6. 跨层表面分类与多元填充 (infill.mbt / surface.mbt)          |
|    顶底实心识别、4 种填充几何 (Rectilinear/Grid/Triangles/    |
|    Concentric) 与搭桥风扇增强                                 |
+---------------------------------------------------------------+
                               |
                               v
+---------------------------------------------------------------+
| 7. 跑道截面挤出量微积分与 G-code 合成 (generate_gcode)        |
|    体积积分计算 E 轴进给量，注入温控、回抽、接缝与分层 G-code |
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#4. 项目结构

moonslicer/
├── types.mbt            # 切片配置参数、表面枚举、填充几何模式、材料密度库与接缝策略
├── geom.mbt             # 2D/3D 几何向量、线段求交、Polygon2、RDP 化简、ExPolygon 拓扑树
├── stl.mbt              # IEEE 754 float32 解码、Binary/ASCII STL 流式解析器
├── slice.mbt            # 三角形截面求交与拓扑线段链式闭环重构
├── offset.mbt           # 角平分线偏置算法、多孔间隙分析与碰撞消解引擎
├── surface.mbt          # 跨层表面分类引擎 (TopSolid / BottomSolid / InternalSparse)
├── infill.mbt           # 多元填充生成器 (Rectilinear / Grid / Triangles / Concentric)
├── gcode.mbt            # 跑道截面微积分、起针接缝排布、搭桥风控与 G-code 合成器
├── pipeline.mbt         # 端到端切片流程编排器与模型统计评估
├── cmd/main/            # 独立命令行工具 CLI (slice / info / help)
├── fixtures/            # 标准测试模型库 (校准立方体、薄壁双孔干涉构件等)
├── examples/            # HTML5 Canvas 交互式刀路可视化工具
├── *wbtest.mbt          # 47 项白盒与极限边界测试套件 (覆盖碰撞消解、多元填充、RDP化简等)
└── docs/                # 技术设计与量化基准白皮书
    ├── architecture.md  # 详细算法推导与工程设计文档
    └── BENCHMARKS.md    # 真实量化基准数据与极限边界测试报告

#5. 快速上手

#环境要求

• MoonBit 编译器工具链（推荐版本 >= v0.1.20260920）

#编译与测试

# 执行静态类型推导与语法检查
moon check

# 验证 WebAssembly 目标架构兼容性
moon check --target wasm
moon check --target wasm-gc

# 运行全套 47 项白盒、集成与性能基准测试
moon test

# 代码格式化规范检查
moon fmt --check

#6. 命令行工具 (CLI)

#6.1 模型信息审视 (info)

moon run cmd/main -- info -i fixtures/dual_holes_collision.stl

Reading STL file: fixtures/dual_holes_collision.stl (5597 bytes)...
----------------------------------------
Mesh Inspection Report:
  Triangle Facets:   44
  Bounding Width (X):30 mm
  Bounding Depth (Y):15 mm
  Bounding Height (Z):4 mm
  Z Range:           [0, 4] mm
  Estimated Layers:  19 (at 0.2mm)
----------------------------------------

#6.2 执行高级切片生成 G-code (slice)

moon run cmd/main -- slice -i fixtures/dual_holes_collision.stl -o output.gcode \
  --layer-height 0.2 \
  --initial-height 0.28 \
  --line-width 0.4 \
  --walls 2 \
  --bottom-solid 3 \
  --top-solid 3 \
  --density 0.2 \
  --pattern grid \
  --seam sharpest \
  --material pla \
  --cost-per-kg 120.0 \
  --speed 50.0

Loading model from: fixtures/dual_holes_collision.stl...
Parsing mesh (5597 bytes)...
Mesh: 44 facets, 30x15x4 mm
Slicing layers (height: 0.2 mm, pattern: Grid, seam: SharpestCorner)...
Synthesizing G-code (19 layers)...
----------------------------------------
Slicing Completed Successfully!
  Output File:        output.gcode
  Total Layers:       19
  Collisions Resolved:38
  Filament Extruded:  317.24 mm
  Filament Mass:      0.95 g
  Estimated Cost:     ¥0.11
  Est. Print Time:    5.87 min
----------------------------------------

#7. 交互式可视化工具 (Visualizer)

• 零依赖即开即用：直接双击在任意主流浏览器（Chrome、Edge、Safari、Firefox）中打开，无需配置本地 Web 服务。
• 逐层审视与动画播放：支持拖拽滑块切换观察任意单层刀路，或以设定速率自动播放打印行进动画。
• 多色分层呈现：
  • 红色：外壁轮廓（Outer Perimeter）
  • 橙色：内孔轮廓（Hole Perimeter）
  • 绿色：内部外壁（Inner Perimeter）
  • 青色：顶底层密实填充（Solid Infill）
  • 黄色：内部轻量化稀疏填充（Sparse Infill）
  • 灰色虚线：空载快速移动（G0 Travel）
• 实时状态 HUD：实时显示当前层高、耗材累计消耗、预估耗时以及碰撞消解事件统计。

#8. 真实基准数据与测试覆盖 (Benchmarks & Testing)

#9. 技术规格与路线图 (Specifications & Roadmap)

#当前支持的技术规格

#后续演进路线图 (Roadmap)

• 支撑结构自动生成系统（有机树状支撑与平面接触网格支撑）
• 沿 Z 轴按几何表面曲率梯度自适应的可变层高（Adaptive Layer Height）
• 多材料与多喷头（MMU / Toolchanger）换色擦拭塔工作流支持

#10. 开源协议