面向产品概念设计的智能草图研究

摘要

计算机支持的草图设计技术在手绘创意草图和计算机辅助详细设计之间架起一道桥梁,是对传统CAD技术的完善和重要发展,也是计算机辅助工业设计(CAID)的关键技术,它真正实现了计算机技术对设计全过程的支持.该文主要面向产品概念设计阶段,就计算机支持的智能草图理论与方法展开深入系统研究.它主要包括草图理论基础与技术方法体系的构建,以及笔式草图表达与交互界面,草图智能识别,基于草图的产品几何建模等几个方面,最终实现一个具有广泛应用前景的草图工具原型软件系统ISID.该文主要研究内容和成果概述如下:(1)草图研究与智能草图技术方法体系;研究总结出草图绘制习惯、行为特征,以及草图绘制活动与设计活动、思维活动之间的内在关系,确定了计算机环境下的草图绘制模式,为计算机支持的智能草图设计提供了必要的理论基础.(2)笔式草图交互界面;包括笔式草图绘制技术和单笔划手势界面技术.(3)笔式草图的智能识别;作为草图技术的核心,采取了分步逐层的草图识别方法,包括从笔划的在线识别,到几何层次上的草图规整,到语义层次上的草图理解,逐步解决草图的模糊性和不确定性.(4)基于草图的几何建模;基于草图的几何建模技术包括二维草图和三维模型的集成,基于笔输入方式的三维建模,以及基于模板的集成建模等技术,它们被应用在具体的造型技术中,如用户自定义的雕刻造型技术,切分技术和锥面造型技术.另外还提出基于草图理解的几何建模方式,针对具体产品领域,与前面草图理解结合,提出具有三层结构组成的领域知识模板,并通过一套参数化驱动机制和特征关联机制,推理完成二维草图到三维模型的快速构建.(5)草图工具原型系统ISID;基于面向对象的思想方法开发实现的原型草图工具软件系统ISID,是有关智能草图技术的应用和验证.

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1制造业信息化环境下的数字化设计技术

§1.1.1数字化设计——先进制造技术的核心

§1.1.2设计计算技术给设计活动带来的变化

§1.1.3 CAD技术的发展与应用

§1.1.4计算机辅助工业设计(CAID)技术

§1.2面向早期概念设计阶段的草图设计

§1.2.1设计活动中的草图

§1.2.2 CAD不能很好满足设计早期阶段的需要

§1.2.3计算机支持的智能草图

§1.3国内外草图研究现状与典型草图设计工具

§1.3.1草图研究与发展现状

§1.3.2典型草图设计工具及其技术分析

§1.4研究目标与研究内容

§1.4.1研究目标与意义

§1.4.2主要研究内容

§1.5论文内容组织

第二章草图理论基础与计算机支持的智能草图技术

§2.1草图及其特性与功能

§2.1.1草图的基本类型

§2.1.2草图的本质特性

§2.1.3草图的基本功能

§2.2草图与设计思维

§2.2.1设计思维

§2.2.2设计、思维与草图活动的关系

§2.3设计活动中的草图行为

§2.3.1基于协议分析技术的草图行为研究[9]

§2.3.2草图在产品开发设计活动中的角色

§2.3.3草图行为基本特征

§2.4传统草图与计算机支持的草图

§2.5计算机支持的智能草图技术

§2.5.1智能草图技术原理

§2.5.2智能草图关键技术

§2.5.3智能草图技术特征

§2.6小结

第三章笔式草图交互界面

§3.1草图交互界面与笔界面技术

§3.1.1草图交互界面

§3.1.2人机交互模式的发展与笔界面技术

§3.1.3计算机环境下的笔式草图交互界面

§3.2笔式草图绘制技术

§3.3单笔划手势界面技术

§3.3.1笔式手势交互技术

§3.3.2面向草图的单笔划手势界面技术

§3.4单笔划手势识别技术

§3.4.1单笔划手势识别技术简介

§3.4.2基于网格编码的单笔划手势识别算法

§3.5单笔划手势集设计

§3.5.1单笔划手势命令设计原则

§3.5.2草图工具中的手势集设计

§3.5.3单笔划手势设计工具及其算法原理

§3.6草图工具用户界面实现

§3.7小结

第四章笔式草图的智能识别

§4.1基于知识的草图智能识别技术

§4.1.1基于知识的智能技术与模式识别技术

§4.1.2 2D草图智能识别原理

§4.2笔输入线条的在线识别技术

§4.2.1线元类定义

§4.2.2笔输入线条识别技术原理

§4.2.3线条识别算法实现

§4.3基于上下文的草图规整

§4.3.1草图规整技术

§4.3.2基于上下文的设计意图捕捉

§4.3.3基于规则的知识库构建

§4.3.4草图文法分析

§4.3.5草图规整实现

§4.4基于领域知识的草图理解

§4.4.1草图理解

§4.4.2领域知识模板库构建和知识表示

§4.4.3草图理解推理实现原理

§4.4.4面向手机设计的草图理解实现

§4.5草图绘制中的适时辅助技术

§4.6小结

第五章基于草图的几何建模

§5.1基于草图的几何建模技术

§5.1.1草图建模模式

§5.1.2基于草图的几何建模原理

§5.1.3基于草图的几何建模技术

§5.2基于草图的自由造型技术实例

§5.2.1用户自定义雕刻造型技术

§5.2.2产品形体切分技术

§5.2.3基于轮廓线的锥面造型技术

§5.3基于草图理解的产品建模

§5.3.1基于草图理解的产品建模原理

§5.3.2产品领域知识模板构造

§5.3.3面向手机的草图理解建模实现

§5.4小结

第六章智能草图设计工具ISID

§6.1 ACIS简介

§6.1.1 ACIS的结构框架及其几何表示模型

§6.1.2基于ACIS的应用程序开发

§6.2智能草图工具系统ISID开发实现

§6.2.1系统简介

§6.2.2系统体系结构

§6.2.3系统数据模型

§6.2.4系统基本功能

§6.3 ISID的应用设计实例

§6.4 ISID与其它设计软件的对比分析

§6.5 ISID的应用前景分析

§6.6小结

第七章结论

§7.1本文的主要贡献与创新点

§7.2存在问题及进一步工作

§7.3结论

致谢

参考文献

附录作者攻读博士期间完成的研究工作与成果

西北工业大学学位论文知识产权声明书和西北工业大学学位论文原创性声明