面向概念表達的計算機輔助草繪設計關鍵技術研究.pdf

1、概念設計是產(chǎn)品開發(fā)的早期階段，具有信息不完全和不精確等特點。而當前的CAD系統(tǒng)需要輸入精確的尺寸和位置信息，造型過程較為繁瑣、耗時，無法勝任概念設計階段的工作。在概念設計階段，設計師們往往先采用紙筆草繪來快速表達產(chǎn)品的形狀構思，只有當產(chǎn)品信息完全確定以后，才開始借助計算機進行輔助設計以及后續(xù)的分析加工仿真等。這就造成紙筆草繪與計算機輔助設計兩者之間的脫節(jié)，更為重要的是設計與造型往往是分開進行的，甚至是由不同的人來完成的，這樣信息在表達傳

2、遞過程中容易丟失。計算機輔助草繪技術由于結合了計算機與紙筆草繪的眾多優(yōu)點，能夠幫助設計師在產(chǎn)品的概念設計階段利用計算機來快速記錄頭腦中產(chǎn)生的瞬時靈感。近年來一直是許多專家學者爭相研究的熱點課題之一。不過現(xiàn)有的計算機輔助草繪設計系統(tǒng)存在用戶適應性差、草圖識別精度不高等缺點，使其應用受到一定的限制。 本文主要面向工程概念草圖識別與草繪建模的需要，針對現(xiàn)有計算機輔助草繪設計系統(tǒng)存在的一些問題，從二維草圖識別與規(guī)整、基于手勢的草圖編輯、

3、基于意圖捕捉的三維草繪建模技術等三個方面著手解決計算機輔助草繪設計一些關鍵技術的實現(xiàn)難點，并提出了一套行之有效的算法，然后與現(xiàn)有的算法進行了分析比較。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方面： 1．將用戶草繪筆劃識別分解為筆劃預處理、特征點的檢測、筆劃分段、圖元識別、圖元重構、圖元規(guī)整、端點校正等幾個步驟分層進行處理，并開發(fā)出相應的實現(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、概念表達意圖，并解決了整體草圖識別所帶來的算法復雜度過高，識別出錯難以修改等缺點。 2．面向工程概念草圖編輯的需要，設計出一套簡單高效的帶草圖編輯參數(shù)的筆式手勢集。然后在分析現(xiàn)有手勢識別方法的基礎上，開發(fā)出一個可訓練的手勢識別器，嘗試采用多種機器學習方法對筆式手勢進行識別，以解決現(xiàn)有手勢識別算法識別精度不高和用戶適應性不強等缺點。深入研究和實現(xiàn)了筆式用戶界面環(huán)境下針對草圖修改的多種基于手勢的編輯算法，如對象選擇、復制、移動、旋轉(zhuǎn)

5、等，解決了現(xiàn)有CAD系統(tǒng)圖形編輯過程繁瑣、費時等缺點。 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)的紙筆草繪交互設計方式，利用意圖捕捉機制揣測用戶的設計意圖，將基于Parasolid創(chuàng)建Sweep特征的核心算法應用到產(chǎn)品概念設計過程中，并通過引入特征切削及添加操作自動判別機制由簡單的產(chǎn)品模型構造出復雜模型，最后給出了一些關鍵算法的實現(xiàn)過程。相對于現(xiàn)有的草繪建模方法，該方法具有建模過程簡單，建模效率高，建模范圍廣等優(yōu)點

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造概念模型。嘗試實現(xiàn)了兩種基于手勢的模型編輯操作。 4．采用面向?qū)ο蟮脑O計方法，結合本文所提出的算法，開發(fā)實現(xiàn)了面向二維工程草圖設計與編輯的草繪設計系統(tǒng)Sketch2D和面向產(chǎn)品概念模型快速表達的草繪建模系統(tǒng)Sketch3D。它們是本文相關草繪設計思想和方法的應用和驗證。針對二維草繪設計系統(tǒng)Sketch2D，本文給出了其基本體系結構和基本數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)了在線識別技術與手勢編輯方法