三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库的研究与实现

摘要

作为包装CAD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CAD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、可扩展的三维包装纸盒CAD盒型库与盒素库系统。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 包装纸盒CAD的国内外现状

1.2 课题的目的和意义

1.3 课题的主要研究内容

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

2.1 三维纸盒表示方法

2.2 三维盒型图形约束关系及数据结构描述

2.2.1 顶点与边的关系、边与边的关系

2.2.2 边与面的关系

2.2.3 面与面的关系

2.3 盒素的系统分类

3 三维盒型、盒素几何特征与算法设计

3.1 特殊盒素生成算法

3.1.1 圆弧的绘制

3.1.2 倒圆角算法

3.1.3 角平分线顶点处理

3.2 凹多边形处理

3.2.1 凹多边形凸分解

3.2.2 凹多边形网格化

3.2.3 模板缓存测试

4 三维盒型、盒素交互编辑

4.1 盒型参数化设计

4.2 盒体参数化设计

4.2.1 长方体形盒体参数化

4.2.2 正棱柱形盒体参数化

4.3 盒素手动编辑

4.4 包装纸盒的展开、折叠功能

4.4.1 折叠线的处理

4.4.2 相邻面的夹角处理

4.4.3 纸盒的展开、折叠方法

4.4.4 纸盒预览中的交互操作

5 系统的设计与实现

5.1 系统概述

5.2 开发平台

5.3 文件设计

5.3.1 数据文件

5.3.2 工程文件

5.4 系统设计

5.4.1 功能设计

5.4.2 类图设计

5.4.3 界面设计

6 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献