【摘要】：近年來(lái),折疊包裝紙盒在包裝運(yùn)輸行業(yè)得到了廣泛的使用,并且由于其可循環(huán)利用和可降解等許多環(huán)保的性質(zhì),更加大了人們對(duì)于紙盒的關(guān)注度。紙盒的設(shè)計(jì)一般基于經(jīng)驗(yàn)和不斷的試錯(cuò)。設(shè)計(jì)師們通常先通過(guò)二維矢量圖稿來(lái)設(shè)計(jì)紙盒版式,之后通過(guò)三維紙盒來(lái)觀看紙盒的實(shí)際三維效果。通常有兩種方式來(lái)生成三維紙盒,其中一種是虛擬的三維模型,它可以低成本地展示設(shè)計(jì)稿的三維樣式,并且方便設(shè)計(jì)師根據(jù)三維效果對(duì)設(shè)計(jì)稿進(jìn)行不斷的修改。為了提高設(shè)計(jì)師們?cè)O(shè)計(jì)紙盒的效率,市場(chǎng)上已經(jīng)存在了很多商業(yè)軟件,但是用戶在使用這些軟件生成虛擬紙盒模型時(shí)仍需要大量的手動(dòng)操作。因此本文針對(duì)從二維設(shè)計(jì)稿到虛擬三維模型的快速建模問(wèn)題,研究構(gòu)建紙盒三維模型時(shí)的三維拓?fù)錁?gòu)造和智能編輯問(wèn)題,完成了基于給定約束下幾何優(yōu)化的啟發(fā)式輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三維紙盒模型的快速生成,并拓展了設(shè)計(jì)稿的多樣性,提高了用戶設(shè)計(jì)二維紙盒圖稿時(shí)的效率。具體的,本文主要有以下兩個(gè)研究?jī)?nèi)容:1.紙盒模型的幾何形狀的表達(dá)設(shè)計(jì)及優(yōu)化為了求解紙盒在折疊過(guò)程中的某個(gè)三維狀態(tài),本文定義了一組普適性的幾何形狀約束條件的表達(dá)。針對(duì)剛性折紙結(jié)構(gòu)這一研究對(duì)象,本文挖掘出了形狀剛性約束的表達(dá),而為了描述紙盒的某一三維狀態(tài),本文從拓?fù)渖隙x了一系列的形狀修正建議。當(dāng)給定這兩類約束后,本文還求解了給定約束下的幾何形狀優(yōu)化問(wèn)題,最終構(gòu)建出用戶所需的折疊紙盒的理想模型。本文所提出的帶約束的幾何優(yōu)化框架同樣適用于基于三維編輯的二維設(shè)計(jì)稿的自動(dòng)調(diào)整,這不僅拓展了設(shè)計(jì)稿的多樣性,更能幫助用戶直觀靈活地修正二維圖稿的尺寸等誤差。2.折疊紙盒設(shè)計(jì)的智能編輯系統(tǒng)為了滿足用戶從輸入一張紙盒的二維設(shè)計(jì)稿到快速構(gòu)建三維模型的流程,并且允許用戶實(shí)時(shí)編輯三維模型,以實(shí)現(xiàn)修正并拓展二維設(shè)計(jì)稿的目標(biāo),本文在幾何形狀優(yōu)化的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的智能編輯系統(tǒng)。本文采用了三種有效的智能檢測(cè)的方法:頂點(diǎn)合并、對(duì)稱點(diǎn)合并和平面合并,再通過(guò)用戶確認(rèn)快速地構(gòu)建折疊紙盒的三維模型。用戶還可以通過(guò)拖拽邊來(lái)編輯當(dāng)前的三維紙盒模型,系統(tǒng)將實(shí)時(shí)地優(yōu)化相應(yīng)的二維設(shè)計(jì)稿以達(dá)到拓展設(shè)計(jì)稿多樣性的目標(biāo)。最終,通過(guò)用戶調(diào)研來(lái)驗(yàn)證所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在快速構(gòu)建三維模型和指導(dǎo)用戶實(shí)際折紙的有效性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB482
【圖文】：

開(kāi)發(fā)用于提高設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的效率與產(chǎn)率。例如，一款名為ＳＴＵＤＩＯ的商業(yè)軟件逡逑可以通過(guò)設(shè)定折疊邊上的角度值來(lái)構(gòu)建虛擬的三維模型，并且立體的呈現(xiàn)包裝逡逑設(shè)計(jì)的三維效果，如圖１．３。盡管如此，現(xiàn)有的軟件仍然需要大量的人工操作來(lái)設(shè)逡逑計(jì)和構(gòu)建折疊紙盒，比如ＳＴＵＤＩＯ需要不斷的調(diào)整折疊邊的角度來(lái)得到一個(gè)理逡逑想的三維模型，而且不能反向地通過(guò)編輯三維模型達(dá)到修正二維設(shè)計(jì)稿的目的，逡逑增加了用戶設(shè)計(jì)二維圖稿時(shí)的繁瑣度。邐￣邋￣逡逑另外，對(duì)于一般的用戶而言，實(shí)際折疊一張比較復(fù)雜的二維設(shè)計(jì)紙稿也并不逡逑是一件輕而易舉的事，有時(shí)給定一張二維設(shè)計(jì)稿，用戶也需要經(jīng)過(guò)大量的嘗試才逡逑能準(zhǔn)確地搭建出正確的紙盒實(shí)型。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，一些學(xué)者也開(kāi)發(fā)了虛擬仿真系逡逑統(tǒng)，為用戶在實(shí)際折紙時(shí)提供了一定的參考。然而這些系統(tǒng)中的紙盒樣例是己經(jīng)逡逑２逡逑

Ｉ邋％邋Ｉ邋＃邋ｔ逡逑Ｉｆｆ％＂＃逡逑蠢警４奢＆逡逑圖１．２由三維模型展開(kāi)的２０種不同的二維設(shè)計(jì)稿［１］。逡逑們的設(shè)計(jì)一般基于經(jīng)驗(yàn)和不斷地試錯(cuò)。設(shè)計(jì)師們一般先通過(guò)二維矢量圖稿來(lái)設(shè)逡逑計(jì)紙盒模型，之后需要通過(guò)構(gòu)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的三維紙盒觀看紙盒設(shè)計(jì)稿的實(shí)際三逡逑維效果，這樣也便于向客戶展示實(shí)際成果。通常，生成三維紙盒有兩種方式：一逡逑種是構(gòu)建虛擬的三維紙盒模型，它能夠很好的低成本地展示設(shè)計(jì)稿樣式，實(shí)時(shí)的逡逑讓設(shè)計(jì)師觀看設(shè)計(jì)圖稿的三維效果，并且方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行不斷的修改；另一種是逡逑搭建真實(shí)的三維紙盒實(shí)型，它在最后確認(rèn)設(shè)計(jì)稿的尺寸并作出最終決定時(shí)能夠逡逑起到很大的幫助。由于虛擬紙盒模型的低成本和高效率，近年來(lái)也有很多軟件被逡逑開(kāi)發(fā)用于提高設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的效率與產(chǎn)率。例如，一款名為ＳＴＵＤＩＯ的商業(yè)軟件逡逑可以通過(guò)設(shè)定折疊邊上的角度值來(lái)構(gòu)建虛擬的三維模型

第２章相關(guān)工作逡逑｜榞＿逡逑圖２．１多邊形折紙結(jié)構(gòu)的折疊變形丨２】。逡逑學(xué)者們提出了許多技術(shù)對(duì)厚金屬板作力學(xué)分析，使得其折疊行為與無(wú)厚度的折逡逑紙工藝保持一致。Ｔａｃｈｉ［１７］通過(guò)裁切金屬平板的邊緣對(duì)現(xiàn)有的鉸鏈結(jié)構(gòu)做了一逡逑定的變形，使得提出的方法能夠克服鉸鏈結(jié)構(gòu)固有的一些缺點(diǎn)，但是他們提出的逡逑結(jié)構(gòu)依然限制了旋轉(zhuǎn)角度，并且裁切后的不規(guī)則的平面在制造工藝上造成了極逡逑大的困難。Ｃｈｅｎ等人［３］通過(guò)鉸鏈結(jié)構(gòu)將有厚度的剛性金屬平面連接起來(lái)，并使逡逑得其折疊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與相同形狀的折紙模型一致，他們將鉸鏈結(jié)構(gòu)拓展到了有逡逑多度頂點(diǎn)的折紙上，但其三維模型的狀態(tài)仍受到折疊角度和金屬板厚度的影響，逡逑圖２．２為文中的一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Ｋｕ和Ｄｅｍａｉｎｅ［１８］拓展了一種金屬平面之間的連逡逑接方式，將平面與平面之間的折痕拓寬變成兩個(gè)對(duì)稱的平面，雖然最終的金屬平逡逑面模型與輸入的折紙模型有所差別

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本文編號(hào)：2751795