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三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库的研究与实现

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三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库的研究与实现三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库的研究与实现 分分 类 号号号 UUU DCCCCC 密密 级级级 学学 号号 0 70 8020 9 4 777 、砂瞬争了,去军 硕 士 学位 论 文 学 科 门 类 : 学 科 名 称 : 指 导 教 师 : 申 请 日 期 : 独 创 性 声 明 本 人 所 呈 交 的学 位 论 文 是 在 导 师 指 导 下 进 行 的研 究 工 作 及 取 得 的成 果 。尽 我所 知 ,除特 别 加 以标 注 的地 方 外 ,论文 中不包 含 其 他 人 的研...

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三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库的研究与实现 分分 类 号号号 UUU DCCCCC 密密 级级级 学学 号号 0 70 8020 9 4 777 、砂瞬争了,去军 硕 士 学位 论 文 学 科 门 类 : 学 科 名 称 : 指 导 教 师 : 申 请 日 期 : 独 创 性 声 明 本 人 所 呈 交 的学 位 论 文 是 在 导 师 指 导 下 进 行 的研 究 工 作 及 取 得 的成 果 。尽 我所 知 ,除特 别 加 以标 注 的地 方 外 ,论文 中不包 含 其 他 人 的研 究成 果 。与 我 一 同工 作 的 同 志对本 文 的研 究 工作和 成 果 的任 何 贡献均 已在 论 文 中作 了明确 的说 明并 已致谢 。 本论文及其相关 资料 若有不 实之 处 , 由本人承担一切相关责任 论文作者抓 韦 辫 一 冲 年。”胭 学位 论 文 使 用 授 权 声 明 本人率 辫 - 在导师的指导“ 作完成学位论文的知识产权归西安理工大学 所 有 ,本 人 今 后 在 使 用 或 发 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 该 论文涉 及 的研 究 内容 时 ,会 注 明西 安理 工 大 学 。本 人 作 为学位 论 文 著 作 权 拥 有 者 , 同意 授权 西 安 理 工 大 学拥 有 学位 论 文 的部分 使用权 在 以下 “口 ”中标 明 ,同意 的划 “护”,不 同意 的 划 “x ” ,即 : 本 人 提 交 的 印刷 版 和 电 子 版 学位 论 文 , 叼 学校 可 以采 用 影 印 、缩 印或其 他 复 制手 段保 存 ; 口 学校 可 以将 学 位 论 文 的 全 部 内容 编 入 公 开 的数 据 库 进 行 检 索 ; 口 学 校 可 以将 学位 论 文 的摘 要 编 入 公 开 的数 据 库 进 行 检 索 ; 口 学校 可 以将 公 开 的 学 位 论 文 或解 密 后 的学 位 论 文 作 为 资 料 在 图书 馆 、资料 室 等 场 所 及 校 园 网上 供 校 内师 生 阅读 、浏 览 。 本 人 学 位 论 文 全 部 或 部 分 内容 的公 布 包 括 刊 登 授 权 西 安 理 工 大 学研 究 生 学 院 办 理 。 保密 的学位 论文 在 解 密后 ,适用 本授权 说 明 论文作者签名:如 阵 导师签名:幸堪麦 ;。。,3月:了日 摘要 论 文 题 目: 三 维包装纸盒 CDA 盒型库与盒素 库 的研 究与实现 学科专业 : 印刷包装技术与设备 研 究 生 : 秦海 峰 签名:勃玛‘ 指导教师 : 吴学毅 副教授 签名:翼头鼓 摘 要 作 为包装 C A D 系统 的专业功 能之 一 ,盒 型库 与盒 素库 是纸盒 交互设计 的基础 。现有 的包装 C A D 系统 的盒型库 与盒素库提 供 的是二维平 面结构 ,无法满足包装纸 盒三 维设计 的需要 ; 而 且现 有 的盒 素库 只是简单 的从盒型分解得 到 的 ,缺 少盒素 的系统分类和 图形生 成算法研究 ,不具有手动编辑功 能。针对这些 问题 ,本文提 出了满足包装纸盒三维设计要 求 的基 于三维 的盒型库 与盒 素库 实现 方法 。 首先 ,研 究 了包装纸盒 结构特 征和三 维交互 设计 的特 点 ,采用 基于三 维面模 型 的边界 表 示 法 作 为三 维 包装 纸 盒 的表 示 方法 ,用 树 型数 据 结构 来 存 储盒 型 面之 间 的拓 扑关 系 ,进 而给 出了具有 一般 意义 的完 整 的模 型数据 结构 ,并基于盒 型数据 结构 实现 了盒 型和盒 素 的 展 开 、折 叠 、交互操作及 参数化设计 。其 次 ,分析 了盒片之 间的拓 扑关系和 几何 约束关系 , 对 盒素进 行 了系统分类 ; 研 究 了盒素 图元 的圆弧 、倒 圆角 、角平分线 、凹多边形等 几何约 束关系 ,给 出了其 图形绘制算法和 凹多边形填充方法 ,实现 了盒素 的参 数化 设计和手动编 辑 。再 次 ,设计 了盒 型 与盒 素 的数据 文件 ,存储 盒 型 、盒 素 的拓 扑信 息 、几 何信 息 ; 根据 包 装纸 盒 的属性信 息和盒型库 管理 的需要 ,设计 了盒 型库 的管理文件 ,实现 了盒 型库 的检 索 、添 加 、删 除 、信 息修 改等 管理操 作 。最 后 ,具体 讨 论 了软件 的整 体 设 计 思路 以及 实现 过 程 。 本 文 系统研 究 了盒 片 为平 面 ,盒 片连 接 关系 为 “非 回路 ”的三 维盒 型 、盒 素 的结构特 征 ,给 出 了其 图形表 示算法和数据 结构 ,并 以此 为基础 建立 了可管理 、可编辑 、 可扩展 的 三雍包装纸盒 c A D 盒型库与盒素库系统。 关 键 词 : 三 维空 间 ; 盒 型 ; 盒素 ; C A D 本研 究得到 陕西省教 育厅 专项科研 计 划基金 编 号 : 08J K 38 9 的资助 . A b strae t T itl6 : S T U D Y A N D R E A L IZ A 】.IO N O F 3 D C A D ’5 C A R T O N L IB R A R Y A N D C A R T O N C O M P O N E N T S L IB R A R Y M aj o r: P rintin g and P ack a gin g eT c h no lo gy a nd E q u iPm e nt N a m e : H a ief n g Q IN ,’gn“’u 『。:喇醉/奋可挪 5 ig n a tu re : S u P e vr is o r : A s s o c ia te P ro f. X u e y i W U 叻 呱 A b s t门 C t A s a P ro ef ssio n al fu ne tio n o f th e P ack a g in g C A D sy ste m , e art o n lib rary an d e art o n c o m P o n e n t lib ra ry are th e b ase o f P ack a g in g C A D . C art o n lib rary an d c art o n e o m P o ne n t lib ra ry o f th e e x istin g P aek a g in g C A D sy ste m are in v ie w o f Z D . T h e y e a n ’t m ee t th e n eed s o f 3 D P ca k a g in g e art o n d e sig n : th e e x istin g e art o n e o m P o n e n t lib ra ry sim P ly c o m e s rof m th e c art o n ’s d ec o m P o sitio n ,a nd th e y lack o f sy ste m a tie c lassiif e atio n an d g raP h ge n e ratio n a lgo rith m . T h e y are n ’t P rov id e d w ith th e m a n u a l e d itin g fu ne tio n .oT so lv e th e se P ro b le m s,th is P aP e r P ro v id e s a m e th o d th at re a lize s e art o n lib rary a n d e arot n e o m P o ne n t lib ra ry b ase d o n 3 D an d m e t th e n eed s o f th e P aek a g in g e art o n d e sig n . F irst, b y th e stu d y o f stru e tu ra l e h a rae te ristic s o f P ack a g in g c art o n an d ef atu er s o f th ree一d im e n sio n al in te ra e tiv e d e sig n ,B 一R e P s 15 u se d to er P re se n t th ree一d im e n sio n al P ca k a g in g e art o n . rT ee d a ta struc tu re 15 u se d to sto re to P o lo g ic a l re la tio n sh iP b e tw ee n P lan e s . F u rt h e,r it P rov id e s th e in te g rity o f ge n e ra l m o d e l d ta a stru c tu re s a n d b a se d o n c art o n d ata stru e tu er ot ach iev e of ld e d ,in te cra tiv e o P e ratio n an d P aram e trie d e sig n o f th e P ack a g in g c arot n . S ee o n d , th is P aP e r a n a ly ze s to P o lo g ie a l er latio n s b e tw ee n P la ne s a nd ge o m e trie eo n stra in ts b e tw ee n P la ne s to ae h iev e a sy ste m atie e lassiif c atio n : th ro u gh re se areh o f ge o m e trie co n stra in t er latio n sh iP su c h as th e e ase P rim e P ix e l arc ,if lle t,a n g le b ise e to r an d c o n c av e P o ly g o n ,it P ro v id e s graP h ie re n d e rin g a lgo rith m s a nd c o ncva e P o ly go n if llin g m e th o d to ac h iev e th e P aram e tric d e sig n a n d m an u a l e d itin g . A g a in,th e d ata if le s o f c art o n an d e art o n c o m P o n e n ts are d e sig ne d to sto re th e to P o lo g y in of rm ta io n , ge o m e trie in of rm a tio n . A e co rd in g to attrib u te in of rm atio n o f e art o n s,to d e sig n a e art o n lib ra ry m an a ge m e n t d o c u m e n t to m e e t th e n ee d s o f m anagem ent??It ca hiev es oPerations,such as search,adding,delete,m odi,fy ete. F inall,y this P aP e r e sP ec ia lly d ise u sse s th e so ft w are ,5 ov e ra ll d e sig n e o n ce P t a n d th e im P le m e n tatio n P ro c C ss . 人 西安理工大学硕士学位论文 T h 15 P aP e r sy ste m ta ie ally stu d ie s th e P lan e s a n d th e e art o n strue tu ral ef atu re s w ith ,,n o n 一lo o P ”eo n n ee tio n er latio n sh iP ,a n d P rov id e s th e ir ge n e ra l th er e一d im e n sio n a l re P er se n tta io n an d d ata stru e tu re s. A n d ,th is P aP e r e stab lish e s m a n a ge ab le,e d itab le a n d se a lab le C art o n lib ra ry an d e art o n e o m P o ne n t lib ra ry b ased o n th e m . K e y w o rd s : 3 D : P aek a g in g e art o n :c art o n c o m P o n e n ts: C A D 目录 目 录 1 绪 论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????……l 1.1 包 装纸 盒 C A D 的 国 内外 现 状 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……l 1.2 课 题 的 目的和 意 义 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 1.3 课题 的主要研 究 内 容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……3 1.4 本 文主要 工作和 内容 安 排 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 2 三 维 盒 型 、盒 素结 构特 征 与拓 扑 关 系 研 究 ????,??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„7 2.1 三 维纸 盒表 示 方 法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……7 2.2 三维盒型 图形 约束关 系及 数据 结构描 述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……9 2 .2.1 顶 点 与边 的关 系 、边 与边 的关 系 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……9 2.2. 2 边 与面 的关 系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……10 2.2 .3 面 与 面 的关 系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„n 2. 3 盒素 的系统 分 类 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„13 3 三 维 盒 型 、盒 素几 何特 征 与算 法 设 计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„巧 3.1 特殊盒素生成算 法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„巧 3.1.1 圆弧 的绘 制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……51 3.1.2 倒 圆角算 法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……16 3.1.3 角平 分线 顶 点 处 理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……17 3.2 凹 多边 形 处 理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……18 3.2.1 凹多边形 凸分 解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„18 3.2.2 凹多边形 网格 化 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„18 3.2.3 模 板 缓 存 测 试 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……19 4 三 维 盒 型 、盒 素交 互编 辑 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„”’二 1 4.1 盒 型 参 数 化 设 计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 1 4.2 盒 体参 数 化 设 计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 2 . .4 2.1 长 方 体 形 盒 体 参 数 化 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……22 .4 2 .2 正棱 柱 形 盒 体 参 数 化 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……““’ 23 .4 3 盒 素手 动 编 辑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 4 4.4 包 装 纸 盒 的展 开 、折 叠 功 能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„ „52 4.4.1 折 叠 线 的处 理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……52 .4 .4 2 相邻 面 的夹 角 处 理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„ ‘一 ’“’27 4.4.3 纸 盒 的展 开 、折 叠 方 法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????……27 4..4 4 纸 盒预览 中的交互操 作 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????…… 13 5 系 统 的设计 与 实 现 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????,??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????„„33 5 .1 系统 概 述 ??????????????????????????????????????????????????.......????............................................ ..................................„„33 西安理工大学硕士学位论 文 5 .2 开发 平 台??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.……34 5 .3 文 件 设 计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????..........????????????????????????????????.....……:.34 5 .3.1 数据 文 件 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????.????????????????????.??.............……34 5 .3.2 工程 文 件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????......??????????????????????.........……36 5 .4 系统 设 计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.????.??...……14 5 .4.1 功 能 设 计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 绪 论 1 绪 论 纸质包装容器 重量轻 、无污 染 、可 回收 ,便 于运输 ,利 于环境保护和 资源 再 利用 ,是 一种 非 常具有 发展 前途 的包装 方式 ,因此在各类包装 中 占有很 重要 的地位 。并 且 随着人们 环 保 意 识 的提 高 ,以及 新 型纸 制 品与 工 艺 的 出现 ,纸 材 料 大 有取 代 塑 料 成 为第 一大 包 装 容 器制作材料 的可能l’】。根据调 查 ,产 品质量 的 06 叹卜一70% 由设计决定 ,产 品 成本 的 07 % 由 设计决定 的,开发周期 的 07 % 花在设计上l]2 。因此 ,在包装容器 的生产和销售 中 , 包装纸 盒 的计算机 辅助 设计 c A D 成 为其 中的关键环节 l]3 。作为包装 c DA 系统 的专业 功能之 一 ,盒 型库 与盒素库 是纸盒交 互设计 的基础 。盒 型库 与盒素库 使设计者 不必从 零 开始 ,可 以从盒 型和 盒 素库 中选择合适 的盒 型与盒素进 行快速 设计 ,从而使 C A D 系统更 加 高效 。 1.1 包装纸盒 C A D 的 国 内外现状 包 装 纸 盒 C A D 的研 究和 开发经 历 了 3 个 阶段 : 上 世 纪 08 年代 至 上 世纪 末 主 要进 行 了二维 C A D 的研 究和 开发 ; 本世 纪初 至 20 50 年前后 ,人们 开始在原二维 C A D 基础上进 行三维盒型仿真研究 ,国内外对包装盒型三维仿真方面 的研究还 比较少 ,未能对应用系统 的开发提 供有 力 的理论支持 l]4 ,部分专业包装 结构 设计 软件在 二维设计 的基础 上 ,提供 了 基 于虚拟现 实技术 的三维盒 型演 示功 能 ; 20 50 年之 后随着 三维 图形技 术 的 日益成 熟 ,人 们 提 出 了进 行 三维 包 装 纸 盒 C A D 研 究和 开发 的需求 。 目前 ,在二维包装纸盒 C A D 领 域取得 了很 多理论研 究成 果 。尹伟 强针对 国 内包装 的 现 状 ,给 出 了包 装 设计 的一个 整体解 决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,提 出 了包装 结构 图的约束模 型 ,以辅助 图素 参数作 图方式进行盒形结构设计 ,用 印前制版和 印后模切相结合的技术方案来解 决二维盒 形 的描述 与设计 问题 ,并 实现 了一个包装 设计 系统5]I 。梁 训东 、董全武 等提 出了一种从包 装盒 二维平面 图到三维盒 形结构 的构造方法 。首先 ,给 出包装 结构 的二维平面 图约束模 型 ; 其 次 ,给 出包 装 结 构控 制 图 、包 装 结 构 生成树 及 连 带 子树 的定 义 ,根据 二维 设计 生成 的平 面线框 图,自动抽取 盒 型表 面 ,构造包装 结构控 制 图与包装 结构 生成树 ; 然后 ,提 出以包 装结构生成树为基础 的建立包装盒三维面模型结构 的算法[]6 ; 最后 ,讨论模型构造 中的预 处理 问题 、贴 图纹理坐标 映射 问题及 系统 的实现 。这些研 究成果表 明 : 目前 的研 究主要解 决 了根据 二 维数据 到 三 维 模 型 转 换和 三 维 纹 理 装 饰 的功 能 。但 这 种 模 式 未 能解 决盒 型 的三 维直观设计 ,导致 一些盒 型所 具有 的复杂 曲面无法 实现 ; 也未 能解 决纸 盒结构 的约束检验 问题 。 参数 化 设计 是采 用 几何 和 拓 扑约 束来 表 达产 品几何 模 型 的一 种纸 盒 设计 方 法 。它 是用 一 组 尺 寸 参 数及 工 程 设 计 参 数 来 定义 和 控 制 几 何 模 型 。杨 文 杰 、刘 浩 学 、马 昆等 提 出 的确 定纸 盒结构 ,分析盒型配件及盒体与各盒型配件 间的约束关系 ,然后根据约束关系确 定各 基 本 图元 、盒 型 配件 的位 置和 大 小 l[]7 ]8 。高佳宏 、朱 梅 玲 、王琳 等提 出参 数 化 设 计 的基 本 手 段 有 程 序 驱 动 和 尺 寸驱 动 []0 。 随着 计算 机 技 术 和 纸 盒 设 计 理 论 的不 断发展 ,盒 型设 计 软件 取 得 了长 足 的进 步 ,出现 西安理工大学硕士学位论文 了许 多有影 响 的设计 软件 ,但它们 都 是基 于二维 的C A D 设计 软件 。国外 的C A D 软件解 决 方 案 比较 成 熟 ,但 价格 昂贵 ,国 内引进 的不 多 ,而 国 内 比较 有 影 响 的只有 方 正 的eP ca k, 但 其纸 盒 C A D 整套设计方案还不够完 善 ,与 国外产 品还有 不 小差距 。二维 C A D 的软件 系 统 比较 见 表 1一l。 表 1一l 包 装纸 盒 C A D 软件 比较 aT b . l一1 C o m P ariso n o f P aek ag in g e art o n ’5 C A D so ftw are 软软件 名称称 盒 型库库 盒 素库库 方 式式 EEE ngV ie 无无 有 300 多个 盒 型参 考组组 二 维 设 计 、三 维展 示示 件件件件 的组件 库库库 IIIm PaetV ZZZ 无无 标 准 件 库库 二 维 设 计 、三 维 展 示示 PPPaekdesig2n 00000 涵 盖 世界级标 准 纸 箱纸纸 无无 调 出相似 盒 形 ,稍 加修 改 、、 盒盒盒 常用 盒 型型 型 粘 贴 、叠 加加 AAA rt iosC A DDD 瓦楞 纸 盒 有 30 0 多个 个 无无 盒 型库 调 用 ,, 卡卡卡纸 盒 型有 08 个个个 二 维 设计 ,三 维 展 示示 eeeP aekkk 176 个个 272 个个 二维 设计 ,盒 型库 调用 、、 零零零零零 件 库 组 装 、 自行 设计计 在传 统 的 以二维包 装 纸 盒 为主 的设计过 程 中 ,一 方而 ,二维 设计 图 按 照 折 叠 过程 得 到 三 维 实 体 纸盒 设计 效果 是对 设计 师想象 能力 的极大挑 战 ; 另一方 面 ,纸盒 构 成 部件 的尺 寸 约 束 关 系和 拓 扑关 系 的正确 性 也无法得 到 保证 。这 些 因素都 有赖 于 设计 师 的经 验 和 水平 ; 再者 ,如 果 能在 计 算机 屏幕 上通 过计 算 自动模 拟 出盒 型 的三维 效 果 ,就 能及 早 发现 设 计 失 误 ,同 时节 约 打样 成 本 []4 。三 维包装纸 盒c A D 以其 “所 见 即所 得 ”的优 势 ,很 好 地 解 决 了 上 述 问题 ,加 之纹 理 映射 、光 照 技术 的使用使 得 设计 师 可 以在 一个 接近 真 实 的环 境 下 以“搭 积木 ”的方式 图元拼接 进行 设计 ,并可立 即进行 设计效 果 的检验 ,可极 大地解 放 设计 师 的生产 力 ,提 高设计 效率 。 目前 国 内在三 维包 装 纸盒 c A D 方面 的研 究成 果较 少 I’l]0I ’],商 品化 的软件 尚未 出现 。 在三 维包 装 纸 盒 C A D 的研 究 中 ,主 要涉及 三维包装 纸 盒模 型 结构 的研 究 ,模 型存 储 结构 的研 究 ,交 互 式编 辑 技 术 的研 究 ,纸 盒 折 叠 、展 开动 画 的研 究 ,生产 工 艺 辅 助 设 计 的研 究 , C A M 接 口技术 的研 究等 。所 有 这些研 究 中最 为基 础 和对 整个 系统 性 能影 响最 大 的就 是 三 维包 装 纸 盒模 型 结构 的研 究和 模 型存储 结构 的研 究 。包装 纸盒 结构 的研 究 己较 为成 熟 ,对 不 同盒 型有 系统 的分类 ,较 为准确 的定义 ,且列举 出了较 为经 典 的二维盒型 结构 !’12 。然 而 对 于 真 正适 用 于 三 维 c A D 需 要 的纸 盒 模 型 结 构 缺 乏研 究 ,文 献 【13 1中仅 对 经 典规 范 盒 型 的模 型进 行 了研 究 。用 “拼 接 ”技 术进 行三 维 交互 编辑 的基本 元 素就 是盒 素库 中 的各 种基 本 盒 素 和 组 合 盒 素 ,然 而 目前 仍 未 见 有对 基 本 盒 素 和 组 合 盒 素 进 行 系 统 分 类 和 特 征 归纳 的 研 究 。文 献 [1]4 仅 给 出了最 基 本 的 6种 盒 素 ,这 是远 远 不 够 的 。近 年 来 人 们 也 对 部 分 异 型 纸 盒 结 构 进 行 了研 究 115l]’“][’7],这 些研 究 为 开 发 涉 及 异 型 纸 盒 设 计 的c A D 打 下 了一 定 的 理 绪 论 论基础 ,但 仍仅 限于有 限 的几种盒 型 ,如花式盒 型 、多面 开天 窗等 。对 于异 型纸盒 的模 型 结构特 征 、分类及构造算法仍缺少系统 、完整 的研 究 [’8l]’9】。 在对三维包装纸盒模型结构研 究的基础上 ,最为基础 性和关键性 的研 究即为纸盒模 型 结构 的数据 结构 ,它涉及 数据 的表 示 、存储和操作等 问题 。在此 方面 开展 的研 究工作很少 : 对 于三维包装纸盒有使用面模型[20 ]进行表 示 的 ,也有采用 构造实体几何 C s G 价’]方式来建 立 模 型 的 ; 在数据 的存储 结构 上 有 使用 链表 +树 形 结构 的 ,也有 使 用 树 形 结构 的 ,也有使 用 图122]的 。 作 为包装 C A D 系统 的专业功 能之 一 ,盒 型库与盒 素库是纸盒交 互设计 的基础 ,因此 , 要 实现三 维包装纸 盒 C A D ,同样 需要满足三 维设计 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的盒型库 与盒素库 。而现有 的包 装 C A D 系统 的盒 型库 与盒素库 是基 于二维 的 ,其 同样存在 二维 设计模 式 的先天不足 。二 维 的盒型库 与盒素库提供 的是二维平面结构 ,虽然盒型通过模拟折叠可 以展示其三维效果 , 但 它们都无法 在盒型库 的基础 上来进行三维交互编辑 ,同时现 有 的盒 素只是简单 的从盒型 分解得到 的 ,缺少盒素 的系统分类和 图形生成算法研 究 ,不具有手动编辑功能 。因此 ,它 们 都无 法 满足 包 装纸 盒 三 维 设 计 的 需要 。 L Z 课 题 的 目的和 意义 三 维包装 纸盒 C A D 是包装 C A D 领域 的发展趋 势 。作 为包装 C A D 系统 的专业 功 能之 一 ,盒 型库 与盒素库 是纸 盒交互设计 的基础 ,因此 ,要 实现三维包装纸 盒 C A D ,首先 需 要有满足 三维 设计要求 的盒 型库 与盒素库 ,使 设计者在三维包装纸盒 C A D 中不必从零 开 始 ,可 以从盒型和盒素库 中选择 合适 的盒型与盒素进行快速 设计 ,使 C A D 系统更加 高效 。 基于包装 纸盒 C A D 研究现状和 发展要求 ,提 出了基于三维 的盒 型库 与盒素库实现方法 , 并在此 方法 的基础 上 开发 一个 原 型 系统 ,来满足 三 维包 装纸 盒 C A D 的交互 设计 的需要 。 本 文 的研 究为三维包装纸盒 C A D 系统 的开发进 行 了理论准备 ,并 为理论 的进 一步 改 进 提 供 了试验 依 据 。 1.3 课题 的主要研 究 内容 . 本 文所涉及 的知识主要包括 :现代 c A D 技术 123 ]2I ]24 习、计算机 图形 学 、包装 结构设计 、 数据 结 构 和 软件 工程 等 知 识 。课题 的主 要研 究 内容 为 : l 三 维 盒 型 图形 约 束 关 系 三 维 盒 型 图形约 束 关 系 是 包 装 结 构 ,直 至 组 成包 装 设计 产 品的各 个 有 形 部分及 相 互之 间的联系和 作用方式 的描述 。分析三维盒型 图形约束 关系和三 维几何表 示法 的特 点 ,比较 各种方法 的优缺 点 ,选择 最合适 的三维对 象 的表 示方法来满足 三维交互 设计 的需要 ,使其 成 为三 维纸 盒 一般 意义 的表 示 方法 。 2 三维 盒 型 的数 据 结构 设计 数据 结构 ,实现 三 维 盒 型 的几何 信 息 三 维顶 点坐标 、拓 扑信 息 点与边 的关 系 、边 与 边 的 关 系 、边 与 面 的关 系 、面 与 面 的关 系 和 顶 点 辅 助 信 息 的 存 储 ,而 且 能 实现 西安理工大学硕士学位论文 盒 素编辑 时 的数 据 结构操作 。该数据 结构 必须 具有数据 结构 拷 贝功 能 ,这对 在盒 型盒 素 的 预览 导入和 盒素 的编辑功能非常重要 。 3 几何约束关系和 图形绘制算法 给 出倒 圆角 、角平分线和 圆弧等 的约束关系和封 闭 曲线与线段 的存储数据 结构和绘制 算法 ; 比较 凹多边形面片 的多种渲染算法 ,解 决凹多边形面片 的渲染 问题 。 4 数据 文 件 的建立和 工程管 理 文件 的建 立 根 据 要存 储 的信 息特 点 ,基 于 易于存储 和读 取 的原 则 ,设计 数据 文件存 储 盒 型 与盒 素 的几 何 数据 、拓 扑数 据和 长宽 高等 参数信 息 ; 根据包 装 结构 设计 理 论对 盒 型进 行 分 类 ,建 立 合 适 的 工程 管 理 文 件 ,记 录 盒 型 的属 性 信 息和 其 它信 息 如适 用 范 围 ,加 工 注 意 事 项 , 以便 于进行 盒 型检 索 、修 改 、添 加 、删 除等 管理 ,实现 盒 型库 与盒素库 的扩 展 维 护 功 能 。 5 盒 型 的展 开 、折 叠 与 交 互 操 作 研 究盒 型展 开 与折 叠过 程 轴 与 夹 角 的特 点 ,给 出求解 方 法 ,逐 步 实现 纸 盒 的 自动 展 开 、折 叠和 盒 型 预 览 中 的交 互操 作 功 能 , 以了解 盒 型 的 内部 结 构和 得 到 输 出排 版 需要 的 二 维 结 构 。 6 交 互式 三 维纸 盒 编辑技术 交互 式三 维 纸 盒编 辑有 两种 方式 : 参数化 设计和 手动修 改 。参 数 化 设计 是通 过 修 改盒 型 的一长、宽 、高等 参数 来得 到 需要规 格 的盒 型 与盒 素 的方 法 ; 而 盒 素 的手 动编 辑 则 可 以通 过修 改盒 素库 中 己有 的盒素 来得 到新 的盒 素 。在盒 型库 与盒素库 中实现 三维 纸 盒 的初 步 的 设 计 。 7 盒 型库 与 盒素库 建 立 典 型盒 型库 与盒素库 ,让 设计 者 不 需要 从基础 开始 设计 ,可 以 以标 准 设 计模 版 为 蓝木 ,从 中创新 ,从而最大程度 上提 高设计效率 。 目标是建立具有代表性 的至少 8 种 16 个盒 型 的盒 型库 和 根据 盒素 的系 统分类 建 立 具有 30 多种 盒 素 的盒 素库 。 1.4 本文主要工作和 内容安排 木 文 主 要工 作 如 下 : 从 C A D 在 包 装 纸 盒 设计 中 的重 要 性 出发 ,论 述 包 装 纸 盒 C A D 的理 论研 究现 状 ,对 现 有 的包 装 纸 盒 C A D 软件 的性 能进 行 比较 ,分析现有 理 论和 软件 的不足 ,进 而提 出本 文 的研 究 目的和 意 义 。论 述 完 成 本 文 所 需 要 的理 论 依据 : 三 维 纸 盒 的表 示 方 法 ; 分 析 三 维 图 形 的约束 关系提 出数据结构 的设计思路 : 给 出相关 图形 的绘制算法 圆弧 、圆角 、角平分 线 、 凹 多边 形 等 ; 分 析 盒 片 之 间 的拓 扑 关 系 和 几 何 约 束 关 系 ,对 盒 素 进 行 系 统 分 类 ,在 分类 的基 础 上 建 立 基 本 盒 素库 : 论述 基 于 o pen G L 展 开 、折 叠 与 交 互 操 作 的功 能 ,交 互 式 三 维 纸 盒 编 辑 功 能 ,工 程 文 件 管 理 功 能 的设 计 思 路 和 实现 方 法 。然 后 介 绍 了盒 型库 和 盒 素 库 系 统 界面 设 计 与功 能模块 组成 。最后 ,对 本 文涉 及 到 的 内容进 行 总 结 ,指 出课题研 究 的 不 足 ,对 以后 工 作 提 出建 议 。 内容 安 排 : 4 绪 论 第 一章 叙 述 了课题 的现状 、 目的和意义 ,课题 内容及本文 的主要 内容和 结构 。 第 二章 对三维盒型 、盒 素结构特 征 与拓 扑关 系进行研 究 ,论述 了选择三维盒型表 示 法 的依 据 与数据 结 构 设计 的原 理和 思路 ,盒 素 的系 统 分 类 方法 。 第三章 研 究 了三维盒 型 、盒 素几 何特 征 ,通过 比较选 定 凹 多边形 面片 的渲染方法 , 给 出了特殊 图元 圆弧 、倒 圆角 、平 分线顶 点 的绘制算法 。 第 四章 论述 了三维盒型 、盒素的参数化设计的原理和方法 ,盒素手动编辑 的主要功 能及其 实现 思路和方法 ; 论述 了包装纸盒 的展 开 、折 叠与交互操 作实现 过程 中主要 问题 的 解 决思路 和 依据 ,给 出功 能 的 实现 方法 。 第 五章 给 出盒 型库 与盒 素 库 系统 的设计 流 程 和 相 应 的开 发 工 具 ,论述 了数 据 文件 和 工程文件格 式设计 的依据 ,研 究工程文件维护操作 的实现 方法 ,介 绍 了系统 的设计方案 , 给 出系统类 图 ,展 示 界面 设计 效果 。 第六章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 论文 内容 ,指 出课题研 究 的不 足 ,对 以后工作提 出建议 。 西安理工大学硕士学位论文 三维盒型 、盒素 结构 特征 与拓 扑 关 系研 究 2 三维盒型 、盒素结构特征 与拓扑关系研 究 本章通过对盒 型结构特 征 的研 究 ,找 出具有一般 意义 的三维盒 型表 示方法 126 .]29 ,论述 了存 储 三 维盒 型 、盒 素信 息数 据 结构 设计 思路 ; 然 后通 过研 究盒 片之 间 的结构 关系对 盒 素 进 行 系统 分类 。 2.1 三维纸盒表示方法 实体表示法通 常分 为两 大类 : 一 、边 界表 示法 boundary er presenta tion,B 一reps ,通 过描述物体 的边 界来表达物 体 的三维轮廓 与 空间位 置 ,从而建立物体 的三维模型 ,边界将 对 象分 为 内部和外 部 ,采用边 界表示法建立三 维实体 的数据模 型 ,允许绝大 多数有关几何 体 结构 的运 算可 以直接用几何体 的面 、边 、点定义 的数据 实现 ,有利 于生成和绘制线框 图、 投影 图,有利于形体显示 ,有利 于计算几何特 性 ,有利 于与二维绘 图功 能衔接 生成工程 图 ; 二 、构造立体几何法 e onstruetiv e s。lid G eom etry ,在构造立体几何法 中,物体形状 的 定义 是 以集合论 为基础 的 。一是集 合本身 的定义 ,其 次是集 合之 间运算 。C SG 可看成物 体 的单元 分解 的结果 。在模 型被 分解 为单元 以后 ,通过拼合运 算 并集 能使其 结合 为一 体 。其 中 ,组件只 能在 匹配 的面上进行拼接 。C SG 可 以使用 所有 正则布尔运算 : 并集 , 交集 、差集 ,从而 既可 以增加体素 ,又 可 以移 去体素 130 ]。 边 界表 示法 的优 点 : 边 界表 示法 强 调 实体 外表 的细 节 ,详细 记录 了构成物 体 的所 有 几 何元素的几何信息和相互之间的连接关系 即拓扑信息 ,将面、边界、顶点的信息分层 记 录 ,建立层 与层之 间的联系 ,可 以唯一地 定义 实体 。边界表 示法 在需要对物 体进行 交互 编 辑 时 如 改变 圆弧 的形状 、圆角 处理 的半径 或 调整 某 顶 点 的位 置等 ,只涉 及 几 何信 息 修 改 ,运 算效 率较 高 ; 在对物 体进行坐标变换 时 ,只 需要对 空 间顶 点坐标进行变换矩 阵运 算 ,空 间实体 间的拓 扑关系可 以保 持不变 ,提 高 了效率 ,在 图形 的生成和 J匕何特 性 的计算 上有较 大优 势 。由于物 体 的顶 点和棱边 可 以随时方便地修 改 ,所 以此表 示法在交互式计算 机 绘 图中 占有 重 要 的地位 。 边 界表 示法 的缺 点 :是数据 结构 复杂 ,存储量大 ,数据更新及 数据 维护的工作量较 大 ; 进行 某 些布 尔运 算 的算法 较 繁 琐 ,运 算 开销 大 、计 算 量大 ;对 于 带有 自由 曲面 的空 间实体 , 难 以精 确表 达 l[3 ]。 通 过对 两种表 示 法特 点 的 比较 和对 三 维盒 型 结构特 点 、盒 型交 互编 辑特 点 的分析 : 三 维纸 盒 的结构 设计 只 是涉 及 到盒 型 的外 形 盒 片 即使有 内部 结构 ,也可 以把 内部 结构 与外 部 结构 分 离 ,将 内部 结构 看成 是独 立 的盒 型 结构 ,是 另一个 实体 的外 部轮廓 和边 界 , 纸 盒 的所 有 部 分都 可 以看 成 是 一个 或 多个 盒 片 的组合 ,而 盒 片 是 多个 顶 点 围成 的多边形 面 片 ,而顶 点之 间的连线或 为折 叠线或 为裁切线 ,根据这些纸盒几何 结构和拓 扑关 系 的特 点 图 2一 l ,本 文 采 用 面模 型 的边 界 表 示 法 来 表 示 三 维 包 装 纸 盒 。 西安理工大学硕士学位论文 rrr一 f””’一‘’一‘11111 lll ’’’’ ‘,,,一 ,一,, ... 函 函 !!!!! 11111 ‘‘ ... IIIII 勺勺勺 ’’TTT一’一___.:‘... a b 图 2一1 盒 型结 构 图 F ig .2 ??1 C ra to n srt ue tru e d iarg ma 边 界表 示 法 原理 : 每个物体全 都 由有 限个 面构成 ,即 由 “面 ”或 “片 ”的子集表 示 ; 每个面 平 面 或 曲面 由有 限条边 围成 的封 闭区域 ,可用 “边 ”的子集表示 ; 边 的边 界是 顶 点 ,即 由顶 点 的子集 表 示 如 图 2一2 。或 者 说 ,物 体 的边 界 是 有 限个 单 元 面 的并集 , 而每 一个 单元 面 也 必须 是有界 的 。一个理想 、有 效表 面 的条件 是 : 封 闭、有 向、不 自交 、 有限和相连接 ,并能区分实体边界内、边界外和边界上的点[3z ]。所 以用边界表示法描述 的多面体 必 须满足 欧拉公式 : V + F一E 一2 0 2 .1 其 中 : V 一 多面 体 的顶 点数 F 一 多面 体 的平 面数 E 一 多面 体 的棱边 数 四面体 刀 \\ ‘屯主rJ了夕, t、 V Z V 3 V 4 a b 图 2一2 边 界 表 示 法 F ig .2 ??2 B o u n d ary re P rese n tatio n 三 维盒型 、盒素 结构特征 与拓 扑 关 系研 究 盒 型 的交互操 作只是对 “面 ”或 “片 ”的外轮廓 ,即面 的裁剪操 作 、边和顶 点的操 作 , 没有涉及 到布 尔运算和 自由曲面 问题 ,因此 ,本文采用 边界表 示法 可 以充分利用边 界表 示 法优 点 ,同时最大程度 上减小其 缺 点 的影 响 。 2.2 三维盒型 图形约束关系及数据结构描述 三 维 盒 型 图形 约束 关 系包 括表 达对 象和 表 达 方 式 两 部 分 。表 达对 象 即包 装 结构 ,直 至 组成包装 设计产 品的各个有形部分及相 互之 间的联 系和作用 方式 的描述 ,如盒体与摇 翼 。 而数据表达方式主要牵 扯 到对象 间的几 何约束关系 几 何信 息 和 拓 扑约束 关系 拓 扑信 息 ,几何信 息描述物 体在 欧 氏空 间的形状 、位 置 、尺寸 、大小等 ; 而拓 扑信 息描述 的是 点与边 的关系 ,边 与边 的关系 ,边 与面 的关系 ,面与面 的关系 。三 维盒 型 的交互编辑 删 除面 ,添加面 ,顶 点位置 的变化 ,面 的旋转 、缩放 、变形等操作 是通 过对 三维盒 型几何 信 息和拓 扑关系 的编辑实现 的 。要存 储盒 型 的几何信 息和 拓 扑信 息 ,同时便于对 盒型 的编 辑 ,就 要 设计相 应 的基 于边 界表 示 法 的三 维盒 型数 据 结构 。 2. 2.1 顶点与边的关系、边与边的关系 本 文采用双 向链表数据 结构来存储面 的边界顶 点信 息 如 图 2一3 所示 。面 的边 界顶 点要按照 同样 的顺序 顺 时针或逆 时针 图 2一 4 依 次存入双 向链表 中, 以保证折叠线 方 向的一致 性 。值得注 意 的是 : 在选 取链表起 点时 ,必须保 证链表 的第 二个节 点存储 的顶 点为 凸顶 点 ,因为本文选择链表 的前 3 个顶 点来求解 面法 线 ,链表 的第 二个节 点顶 点的凹 凸性 ,决 定 了面法 线 的方 向性 公 式 2. 2 ,面 法 线 的方 向性 影 响相邻 面 夹 角 的求解 。 图 2一3 双 向链 表 F ig . 2一3 wT o 一w ay link e d list 注 : 数 字 1、2、3、.4 ????„存储 的是节 点对应 的顶 点信 息 几何信 息与顶 点标识信 息 3 二 6 图 2一4 面 的逆 时针 顶 点排 列 F 19 . 2 一4 C o u n te r- e lo ek w ise v e rt e x arra y
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分类:生活休闲
上传时间:2018-02-14
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