计算机加工仿真其实质是用三维动画的形式来表现数控加工过程中机床部件的运动,以及刀具对工件的切削或者模具对工件进行形变的过程。切削的本质是对刀具和工件的实体模型进行不断的布尔运算计算。大量的研究和成果通常在传统CPU上实现,算法实时性较差。本课题创新性的应用GPU代替传统的CPU进行计算,应用GPU的超大并行性、超大的内存带宽以及极高的运算速度,针对多轴数控联动机床对图形仿真算法进行了系统的研究和讨论:1.介绍了应用于图形仿真平台的OpenSceneGraph开发包和应用于大规模并行计算的CUDA开发平台。2.提出了通用图形仿真平台开发设计方案,详细阐述了数控机床系统的几何建模及几何关系的确立。为了增加平台的灵活性,详细介绍了软件设计模型中的命令设计模式及有限状态机模式在指令的翻译及驱动中的应用。3.扫描体生成方面,介绍了扫描体的生成算法的理论基础。本文主要针对基于体积的扫描算法,研究了基于OpenSceneGraph的GPU体素化算法,算法运用多个正交化的光栅贴图取得体素的位置信息并生成体数据。然后将体素化算法应用于刀具、工件的体素化以及包络离散体的生成。4.研究了基于传统光栅化方式的GPU Marching Cubes算法和基于GPU的光线投投射算法,并应用于扫描体的显示及加工场景的显示。