面向概念表達(dá)的計(jì)算機(jī)輔助草繪設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段，具有信息不完全和不精確等特點(diǎn)。而當(dāng)前的CAD系統(tǒng)需要輸入精確的尺寸和位置信息，造型過(guò)程較為繁瑣、耗時(shí)，無(wú)法勝任概念設(shè)計(jì)階段的工作。在概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師們往往先采用紙筆草繪來(lái)快速表達(dá)產(chǎn)品的形狀構(gòu)思，只有當(dāng)產(chǎn)品信息完全確定以后，才開(kāi)始借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)以及后續(xù)的分析加工仿真等。這就造成紙筆草繪與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)兩者之間的脫節(jié)，更為重要的是設(shè)計(jì)與造型往往是分開(kāi)進(jìn)行的，甚至是由不同的人來(lái)完成的，這樣信息在表達(dá)傳

2、遞過(guò)程中容易丟失。計(jì)算機(jī)輔助草繪技術(shù)由于結(jié)合了計(jì)算機(jī)與紙筆草繪的眾多優(yōu)點(diǎn)，能夠幫助設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段利用計(jì)算機(jī)來(lái)快速記錄頭腦中產(chǎn)生的瞬時(shí)靈感。近年來(lái)一直是許多專家學(xué)者爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)課題之一。不過(guò)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助草繪設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在用戶適應(yīng)性差、草圖識(shí)別精度不高等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定的限制。 本文主要面向工程概念草圖識(shí)別與草繪建模的需要，針對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助草繪設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題，從二維草圖識(shí)別與規(guī)整、基于手勢(shì)的草圖編輯、

3、基于意圖捕捉的三維草繪建模技術(shù)等三個(gè)方面著手解決計(jì)算機(jī)輔助草繪設(shè)計(jì)一些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)，并提出了一套行之有效的算法，然后與現(xiàn)有的算法進(jìn)行了分析比較。所研究的主要內(nèi)容和取得的創(chuàng)新性研究成果主要包括以下幾個(gè)方面： 1．將用戶草繪筆劃識(shí)別分解為筆劃預(yù)處理、特征點(diǎn)的檢測(cè)、筆劃分段、圖元識(shí)別、圖元重構(gòu)、圖元規(guī)整、端點(diǎn)校正等幾個(gè)步驟分層進(jìn)行處理，并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)算法，從而可以將用戶隨意繪制的草繪筆劃轉(zhuǎn)化為規(guī)整的幾何圖形，以正確理解用戶的

4、概念表達(dá)意圖，并解決了整體草圖識(shí)別所帶來(lái)的算法復(fù)雜度過(guò)高，識(shí)別出錯(cuò)難以修改等缺點(diǎn)。 2．面向工程概念草圖編輯的需要，設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)單高效的帶草圖編輯參數(shù)的筆式手勢(shì)集。然后在分析現(xiàn)有手勢(shì)識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出一個(gè)可訓(xùn)練的手勢(shì)識(shí)別器，嘗試采用多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)筆式手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，以解決現(xiàn)有手勢(shì)識(shí)別算法識(shí)別精度不高和用戶適應(yīng)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。深入研究和實(shí)現(xiàn)了筆式用戶界面環(huán)境下針對(duì)草圖修改的多種基于手勢(shì)的編輯算法，如對(duì)象選擇、復(fù)制、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)

5、等，解決了現(xiàn)有CAD系統(tǒng)圖形編輯過(guò)程繁瑣、費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)。 3．提出了一種基于草繪筆劃的概念模型創(chuàng)建方法，模仿傳統(tǒng)的紙筆草繪交互設(shè)計(jì)方式，利用意圖捕捉機(jī)制揣測(cè)用戶的設(shè)計(jì)意圖，將基于Parasolid創(chuàng)建Sweep特征的核心算法應(yīng)用到產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，并通過(guò)引入特征切削及添加操作自動(dòng)判別機(jī)制由簡(jiǎn)單的產(chǎn)品模型構(gòu)造出復(fù)雜模型，最后給出了一些關(guān)鍵算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。相對(duì)于現(xiàn)有的草繪建模方法，該方法具有建模過(guò)程簡(jiǎn)單，建模效率高，建模范圍廣等優(yōu)點(diǎn)

6、，能夠允許用戶直接在概念模型表面上草繪截面筆劃和軌跡筆劃構(gòu)造概念模型。嘗試實(shí)現(xiàn)了兩種基于手勢(shì)的模型編輯操作。 4．采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，結(jié)合本文所提出的算法，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了面向二維工程草圖設(shè)計(jì)與編輯的草繪設(shè)計(jì)系統(tǒng)Sketch2D和面向產(chǎn)品概念模型快速表達(dá)的草繪建模系統(tǒng)Sketch3D。它們是本文相關(guān)草繪設(shè)計(jì)思想和方法的應(yīng)用和驗(yàn)證。針對(duì)二維草繪設(shè)計(jì)系統(tǒng)Sketch2D，本文給出了其基本體系結(jié)構(gòu)和基本數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了在線識(shí)別技術(shù)與手勢(shì)編輯方法