形状动态表示的产品概念设计论文

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1、形状动态表示的产品概念设计论文 １相关工作 形状动态表示的产品概念设计论文 １相关工作 形状动态表示的产品概念设计论文 １相关工作 当前，已经存在很多关于形状建模技术的工作，本文主要针对建模技术在设计过程中的应用，因此交互式建模技术为本文主要关注对象．为了更好地辅助设计，用户（设计师）参与已经广泛地被应用于ＣＡＤ系统中．通过与用户合作，基于用户智能知识，建模技术能够承担大范围模型建立项目，例如交互式街道建模框架［９］．新的用户输入设备也被用来提高用户与系统之间的交流．ＦｒｅｅＤｒａｗｅｒ［１０］是一款草图系统，能够采用基于样条曲线的自由曲面的绘制．用户通过磁性笔在虚拟的环境内绘制曲

2、线，所绘制的图像能够被系统及时接收和显示．ＳｕｒｆａｃｅＤｒａｗｉｎｇ［１１］是一款根据手的运动路径来产生有机三维形状的软件．操作手的行为能够通过磁性装置被系统感知并用来产生几何形状．ＳｃａｎＭｏｄｅｌｉｎｇ系统采用名为“Ｗａｋｕｃｏｎ”的输入设备通过扫描真实物体进行三维形状生成．通过高科技设备，用户?设计师们能够在虚拟真实的环境内进行交互式的绘制和建模工作．和这些研究相比，本文更关注设计信息的双向交互．也就是当设计师运用本文提出的方法完成设计时，其设计知识能够被系统感知并保存下来，通过自动化衍生机制进行设计探索．与其他类似研究不同的是，设计知识不是由工程人员或研究人员后期分析产生，

3、而是直接获取自设计师的设计过程中．本文提出的方法可以自动完成设计知识获取和转化过程．形状文法能够通过语法系统将设计表示为２Ｄ?３Ｄ的可视化形状（ｓｈａｐｅ）及迭代算法过程（ｒｕｌｅ）［１３］．基于规则的框架结构能够给用户提供设计知识和可视化之间的接口．ＣＧＡ形状［１４］采用过程建模方法应用于建筑领域，允许用户通过指定建模模块进行细节设计．壮族形状文法［１５］采用基于网格的形式表示自由、平滑的形状．通过２Ｄ图案生成表达用户的主观感受［１６］．衍生设计方法结合形状文法已经应用于电话衍生设计中．在上述研究的基础上，本文对传统形状文法进行了改进，提出３种类别的规则并用来在设计过程中对设计信息

4、进行表示和传递． ２动态形状表示 在设计方案产生之前，设计过程充满了变数．设计师通过其行为表达他们的设计思想，并用来建立设计概念模型．为了更加接近这一自然设计过程，本文介绍了一种新的形状表示法———ＤＳＲ．ＤＳＲ形状通过基本设计行为对目标形状进行描述和表示．形状文法通过其定义的规则集对设计目标进行描绘．规则可以表示为：Ａ→Ｂ，即，形状Ａ被替换为形状Ｂ或Ｂ的任意形状子集．一次规则的应用表示一次形状由Ａ到Ｂ的替换．但是，在这一规则中，形状如何由Ａ变为Ｂ的过程是无法体现的．换句话说，形状由Ａ变为Ｂ的过程被其结果所表示．如果能够表示变化过程而不仅仅是变化结果，其动态的过程信息就可以被用在

5、不同的初始形状Ａ′中，来产生更多的新形状｛Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ｝．这也就是本文提出ＤＳＲ形状的基本思想．本文定义了９个类别的基本形状规则———ＥｌｅｍｅｎｔａｌＲｕｌｅ［３］（简称ＥＲ）．通过对于三维形状操作的研究［１８］，９类ＥＲ群体能够基本覆盖所有的形状操作需求，例如Ａｄｄ（添加）、Ｄｅｌｅｔｅ（删除）、Ｃｕｔｖｅｒｔｉｃｅｓ（部分删除）和Ｃｕｔｅｄｇｅｓ（部分删除）．通过上述４类基本形状操作，本文选用矩形和球作为基本图元，可以产生９种不同种类的ＥＲ规则［３］．大多数形状都可以通过这些ＥＲ规则的结合使用进行表示．除了正交的形状，对于具有曲线表面的形状，可以通过球体作为基本图元进行

6、生成．定义１．ＤＳＲ形状．ＤＳＲ形状是一种有限的形状元素集，通过以特定顺序应用ＥＲ规则进行生成．一个ＤＳＲ形状可以被形式化表示为形状元素集与有序的ＥＲ规则应用序列，｛Ｓ＊｜ＥＲ（ｉ１），ＥＲ（ｉ２），…，ＥＲ（ｉｎ）｝．Ｓ＊［１９］表示初始形状或其任意的子集，一般被用来表示ＥＲ规则的左半部分．传统的规则应用方法为形状替代［１５］，这在基于ＥＲ规则应用过程中，会对具有光滑曲面特征的形状的外观造成破坏［３］．因此，本文提出一种新的规则应用模式———行为捕获模式（ａｃｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｍｏｄｅ，ＡＣＭ）．定义２．行为捕捉模式（ＡＣＭ）．行为捕捉模式能够在保证原有形状外观不被破坏的前提下

7、，保留规则变化意图．基于物体最小包围盒，生成物体的形状为目标形状与规则右边形状的布尔交运算（ＳＯｂｊｅｃｔ＿Ｌｅｆｔ∩ＳＲｕｌｅ＿Ｒｉｇｈｔ）．通过ＡＣＭ应用模式，ＤＳＲ形状能够表示一个规则应用后的形状变化过程（从规则的左半部分变为右半部分）．这确保规则的应用可以不受目标形状的几何复杂性约束．换句话说，当产生一个ＤＳＲ形状规则后，它可以被应用到不同的初始形状，从而产生不同效果．这与设计过程的模糊性相吻合．这里通过一个案例展示应用ＡＣＭ模式后的形状变化．本文