三维包装纸盒CAD交互设计技术研究

摘要

目前,三维交互技术在纸盒CAD中的应用还是一个空白,而且三维交互具有二维交互所无法比拟的直观性,所以对三维交互技术在纸盒CAD中的应用研究具有重要的理论和应用价值。本文研究的核心内容就是实现三维纸盒的交互设计,并在理论研究的基础上设计并开发了一套交互式的三维纸盒CAD系统。围绕此软件中的一些关键问题,主要研究了以下内容：系统地研究了纸盒的几何信息与拓扑信息的表示与存储。用类似于CSG构造树的方式——纸盒结构树,描述纸盒面节点的拓扑结构。用B-Reps的描述方式描述每个面节点的几何信息,不仅对几何信息和结构信息进行了清晰的层次描述和存储,同时也为交互操作提供了支持。研究了三维交互技术在三维纸盒中的应用问题。包括层次对象的拾取(点、线、面)、图形的交互编辑、盒型结构的交互编辑、表面纹理材质的交互编辑、图形的交互创建等。研究三维纸盒与二维纸盒之间自动转换的问题。通过一定的算法,自动搜索出纸盒折叠线,自动计算出盒型面的折叠角度,实现了三维纸盒与二维纸盒之间的互换,从而使在三维空间中设计的三维纸盒也能输出为二维的平面结构图。研究了交互式三维纸盒CAD系统的设计思路,实现方法以及操作方法,主要对底层的三维图形引擎提供一个系统的设计思路,该引擎具有良好的可维护性和扩展性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 三维空间交互技术综述

1.3 三维交互技术在纸盒CAD的应用现状

1.4 论文的研究内容及结构

2 交互设计理论与方法

2.1 拾取技术综述

2.1.1 利用硬件进行的拾取

2.1.2 相交测试进行拾取

2.1.3 射线的定义与包围体的创建算法

2.1.4 射线与球体相交测试

2.1.5 射线与长方体相交测试

2.1.6 射线与三角形相交测试

2.1.7 射线与多边形相交测试

2.2 定位技术

2.3 橡皮条技术

2.4 拖拽技术

2.5 菜单技术

2.6 定值技术

2.7 网格与吸附技术

2.8 三维纸盒包装CAD用到的交互技术

3 三维纸盒的建模方法及数据结构的描述

3.1 基于CSG和B-Reps结合的纸盒建模方法

3.2 基于面模型的纸盒设计

3.3 纸盒的几何信息描述

3.4 纸盒的拓扑信息描述-纸盒结构树

3.5 纸盒结构树的创建及修改

3.5.1 添加面节点

3.5.2 删除面节点

3.5.3 修改纸盒拓扑结构

3.6 纸盒结构树视图

3.7 基于纸盒结构树的二维三维的互换

4 三维纸盒CAD中的关键交互技术

4.1 三维纸盒CAD的拾取技术

4.1.1 几种坐标空间

4.1.2 三维图形拾取基本原理

4.1.3 面拾取算法的研究

4.1.4 面内线段的拾取

4.1.5 面内点的拾取

4.2 图形的交互编辑

4.2.1 局部坐标系的指定

4.2.2 图形的平移、旋转和缩放

4.3 图形的精确定位

4.4 图形纹理的交互

4.4.1 纹理贴图的原理及实现过程

4.4.2 多边形纹理坐标的指定

5 三维纸盒CAD交互设计

5.1 三维纸盒CAD交互设计部分的功能

5.2 系统的整体架构设计

5.3 各模块功能论述及实现原理

5.3.1 摄像机模块

5.3.2 交互操作模块

5.3.3 渲染模块

5.3.4 动画演示模块

5.3.5 盒型结构管理模块

5.3.6 系统文件的管理

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

程序运行效果图

在校期间发表的论文、获奖