金属增材制造负载均衡异构并行切片算法

李慧贤 马创新 王 硕 马 良

1.西北工业大学计算机学院，西安，7100722.西北工业大学软件学院，西安，7100723.西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安，710072

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金属增材制造(metal additive manufacturing)技术作为一种新兴制造技术，相比传统制造工艺，其成本低、材料利用率高，被广泛应用于航空航天、仪器仪表等领域[1-2]。切片算法是增材制造数据处理过程中非常重要的一步，对于一个3D模型，首先要做的便是将三维模型分成一系列二维平面，得到切片轮廓后便可将三维加工转为二维加工。

现在金属增材制造的发展日新月异，随着打印规模的增大和精度要求的提高，切片算法的数据量也越来越大。目前大多数切片软件都采用串行切片算法，研究如何提高切片算法的效率是很有必要的。增材制造领域的分层切片算法主要分为以下三类：基于面片拓扑关系的分层切片算法[3-5]、基于模型几何特征的分层切片算法[6]、基于几何连续性的分层切片算法[7]。在并行化切片算法研究方向有很多报道。马旭龙等[8]提出了基于共享存储并行编程(open multi-processing，OpenMP)的快速并行分层算法，利用CPU多核心建立数据并行模式。马旭龙等[9]提出了基于流水线的并行分层算法，进一步提高并行效率，可获得接近CPU核数的加速比。然而CPU更擅长逻辑运算而非数值计算，且CPU核数有限，限制了并行效率的提高。现在基于 GPU并行计算的研究范围越来越大，各个通用计算领域都开始尝试使用统一计算设备架构(compute unified device architecture，CUDA)进行GPU加速[10-13]。在增材制造技术方面，ZHANG 等[14]、王硕[15]利用CUDA将传统切片算法并行化实现，切片效率提高明显，而且数据量越大该算法越具优势。……