中国元素工程数据库构建方法、系统及其在工业设计领域的应用

摘要

本发明提供了一种中国元素工程数据库系统的构建方法，包括：选取关系型数据库管理系统，将采集到信息进行数字化处理存入体元数据库，分色获得镂空二维图形信息存入面元数据库，矢量化线元图形信息存入线元数据库；将矢量化线元图形信息进行组合获得矢量化面元数据存入面元数据库；将各矢量化面元数据进行排列组合，获得矢量化体元数据，编号存入体元数据库中；将同一组数据通过编号进行关联；重复上述步骤获得多组数据并编号存入数据库中，获得原始中国元素工程数据库系统。本发明还提供了采用上述方法构建的中国元素工程数据库系统，其包括数据库管理模块和数据库存储模块；本发明还提供了该数据库系统在工业设计制造领域的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及数字化设计和制造技术，涉及基于数据库技术的计算机辅助设计、制造技术，具体涉及一种中国元素工程数据库的构建方法、数据库系统及其在工业设计领域的应用。

背景技术

近年来，随着信息化和自动化设备的迅猛发展，计算机辅助设计、制造技术应用也越来越广泛。一方面，包括工业设计在内的各种产品设计和应用日益丰富，另一方面，文化的发展和人民审美的需求也越来越大。因此，如何将文化，特别是将我国文化元素通过计算机技术引入工业设计设计、制造领域，提升产品的文化品位和附加值，就成为一个较为重要的技术问题。

自2008年奥运会及2010年世博会之后，国内外均更加重视中国元素，即中国元素的研究。中国元素是指在中华民族融合、演化与发展过程中逐渐形成的、由中国人创造、传承、反映中国人文精神和民俗心理、具有中国特质的文化成果，都是中国元素，其包括有形的物质符号和无形的精神内容，即物质文化元素和精神文化元素。如思想意识、道德观念、价值体系、民俗事象、生活习惯、宗教信仰、建筑、艺术、科技、法律、伦理等，上至三皇五帝，下到宋元明清，大到故宫长城，小至窗棂门钉。中国传统文化都是中国元素，但中国元素不全等于中国传统文化，还包括中国现代文。当世界经济离不开持续增长的中国经济时，世界文明也离不开中国文化。因为中国文化是人类不可或缺的重要组成部分。孕育着中国文化精神的“中国元素”将会为中国品牌走向世界奠定自信，它会承担起融入世界、影响世界的时代使命。

但是，目前，国内外对于中国元素的系统性研究和探索刚刚开始，虽然有一些单位组织了一些中国元素的探讨活动，但是由于中国文化博大精深、涉及面极为宽泛，尚未取得系统性成果。2008年奥运会、2010年世博会，均集中展示了中国文化的魅力，得到了全世界人民的认可和惊叹，也给中国文化的继承和创新、发展提供了有力的案例。

中国文化传统的载体是各种书籍和工艺美术品，比如中国丝绸、瓷器、字画等，但是在工业产品领域，特别是在工业设计等中间产品领域，体现中国元素的问题尚未引起重视。目前的中国元素的应用，多集中在文化传播、传媒、出版等领域，而且尚未见到有关中国元素数据库等数字化、信息化建设的报道。

针对上述状况，本发明将中国元素工程数据库系统构建，与工业设计产品的产业化设计、制造等结合起来，提供将中国元素应用于中间工业产品的创新性案例，以推动“中国制造”向“中国创造”转变的前进步伐。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术上的上述不足，提供一种将中国元素工程数据库系统、工业设计的计算机辅助设计、制造联系起来的完整技术方案，具体提供中国元素工程数据库的构建方法、数据库系统及其在工业设计制造领域的应用，以工程数据库为基础，将中国元素转换为矢量化图形数据，提高工业设计设计和制造速度，提高产品的文化含量和附加值。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种中国元素工程数据库系统的构建方法，其特征在于，其原始材料数据库构建包括以下步骤：

1)选取一关系型数据库管理系统，并在该系统中依次新建相互关联的线元数据库、面元数据库、体元数据库；

2)采集体现中国元素的对象，并将采集到的体现中国元素的各种产品或资料对象上记载的图案、花纹信息，进行数字化处理为二维数字图形，编号并存入体元数据库中；

3)将二维数字图形进行RGB分色处理，并根据其背景RGB色差范围，去除其背景获得镂空二维图形信息；采用去除背景后的镂空的图形信息，可以大大降低后续所需处理的数据量，加快处理速度；

4)将镂空二维图形信息导入人工辅助分区工作界面，在人工干预下，将镂空二维图形信息拆分为多数个区域面图形信息，分别编号并存入面元数据库；

5)将区域面图形信息导入人工辅助纹理提取工作界面，在人工干预下，将区域面图形信息拆分为多数个线元图形信息；

6)将各线元图形信息矢量化，编号并存入线元数据库中；

7)根据面元数据库中的区域面图形信息，将各矢量化线元图形信息进行排列组合，获得矢量化面元数据，编号并存入面元数据库中；

8)根据产品造型数据库中二维数字图形信息，将各矢量化面元数据进行排列组合，获得矢量化体元数据，编号并存入体元数据库中；

9)将上述同一组的线元数据、面元数据、体元数据通过编号进行关联；

10)重复步骤2)～9)，获得多组数据并编号存入数据库中，获得原始中国元素工程数据库系统。

前述的中国元素工程数据库系统的构建方法，其特征在于，其衍生材料数据库构建包括以下步骤：

11)调取任一组矢量化线元数据，导入人工辅助修改工作界面，并通过人工对其进行修改，获得新的矢量化线元数据，重新编号后存入线元数据库中；

12)将经过修改的矢量化线元数据进行排列组合，并对其进行修改，获得新的矢量化面元数据，重新编号后存入面元数据库中；

13)将经过修改的矢量化面元数据进行排列组合，并对其进行修改，获得新的矢量化体元数据，重新编号后存入体元数据库中；

14)将上述同一组的线元数据、面元数据、体元数据通过编号进行关联；

15)重复步骤11)～14)，获得多组衍生数据并编号存入数据库中，获得衍生中国元素工程数据库系统。

前述的中国元素工程数据库系统的构建方法，其特征在于，所述的中国元素是指在中华民族融合、演化与发展过程中逐渐形成的、由中国人创造、传承、反映中国人文精神和民俗心理、具有中国特质的文化成果，都是中国元素，其包括有形的物质符号和无形的精神内容，即物质文化元素和精神文化元素。

前述的中国元素工程数据库系统的构建方法，所述体现中国元素的图案、花纹信息，包括：中国文字、篆刻、书法；中国瓷器传统色彩和图案；国画、传统龙凤纹样(饕餮纹、如意纹、雷纹、回纹、巴纹)、祥云图案、中国织绣(刺绣等)、凤眼；中国工艺品、服饰色彩和图案；中式家具雕刻、纹饰、构件轮廓；中式装饰的装饰图案等。

一种采用前述构建方法的中国元素工程数据库系统，其特征在于，其包括相互通讯的数据库管理模块和数据库存储模块；其中数据库管理模块包括数据库创建、检索、提取、修改、编号子模块，所述的数据库存储模块包括线元数据库、面元数据库、体元数据库子模块。

前述的线元数据库用于存储纹理、线条数据；所述的面元数据库用于存储有限区域面内的纹理、线条及其构成、位置关系数据；所述体元数据库用于存储有限个面元数据组成的形体及其构成、位置关系数据。

前述的数据库创建、检索、提取、修改子模块，均为人机交互界面；所述的编号子模块为自动运行模块，其调用所述创建、检索、提取、修改子模块，并将同组数据采用编号规则进行关联。

前述中国元素工程数据库系统在工业设计制造领域的应用，其特征在于，其包括如下步骤：

1)设置一工业产品三维造型设计软件，并开发一数据库接口使其与所述中国元素工程数据库系统交互通讯；造型设计软件可以选取PRO/E、UG、FREEFORM等之一；

2)设置一与该三维设计造型设计软件数据输出端相连接、并由其驱动的CAM系统；CAM系统可以为CNC加工中心、其他NC加工系统等；

3)通过三维造型设计软件界面设计新的工业产品造型；

4)调取中国元素工程数据库系统中体元数据，对该产品造型进行表面贴图，并测试其视觉效果；

5)达到产品设计视觉效果时，将数据发送给CAM系统进行制造，同时将贴图后的体元数据编号、存入体元数据库；不能达到设计视觉效果时，则将该体元数据分解为面元数据，修改该面元数据后再组合为体元数据，重复步骤(4)；

6)如修改后的面元数据仍然不能达到设计视觉效果时，则将该面元数据分解为线元数据，修改该线元数据后再组合为面元数据，再进一步组合为体元数据，重复步骤(5)。

前述的工业产品，包括主体及包覆或附着在该主体表面的保护装饰层；其中所述的主体是用金、银、铜、铁、锡等金属材料或者陶瓷、玻璃、木质等非金属材料，通过加工所得到的产品、构件或部件；所述的保护装饰层为陶瓷、皮革、油漆等材料形成的结构层，其内侧或外表面上设有所述体现中国元素的图案、花纹或雕刻。

所述的工业产品，为家具、玩具、工艺品、汽车用品、日用品之一，以及其他工业制品，其具备文化装饰和实用性两种作用。

本发明所提供的中国元素工程数据库系统的构建方法，是将不可编辑的二维图像信息逐步转换为可以自由编辑且输出不变形的矢量化数据，经过这一转换后，数据库可以供多次重复使用、以及通过网络等形式共享使用，大大延伸了数据的价值；该构建方法，创造性的将所采集对象的体现中国元素的体、面、线等信息进行逐步分离，矢量化之后再根据原来的非矢量信息结构进行重组，从而可以还原采集对象的中国元素，将加工后的信息与原信息进行对比、不断改进，使之保留原采集对象的中国元素的艺术风格，形成原始中国元素工程数据库系统。随着对采集对象的不断增加，数据库系统将越来越强大、越来越充实和完整，可以将更多的中国元素进行整理、加工、保存，为后续各种应用和创新提供数据基础。

本数据库系统的构建过程中，大部分为计算机自动运算完成，部分通过人机交互界面、通过人工参与方式完成，可以避免计算机程序不能对图形图像所承载的内容，以及完整的艺术表达形式准确理解的缺陷，通过人机结合的方式，可以扬长避短，快速获得高质量的矢量化数据。

本发明提供的中国元素工程数据库系统的构建方法，还提供了衍生中国元素工程数据库系统，其是通过对原始数据库中的线、面、体元数据依次进行修改、创新设计，而获得的新的一个或多个系列的衍生数据，其修改的顺序是由体到面再到线，与原始数据库的构建顺序相反，是为了方便设计人员提高设计速度和效率，其为在传统的基础上持续创新提供了技术基础。存入数据库的衍生数据，也成为新的数据，供下次设计时直接调用。

本发明提供的数据库系统，其中的数据库管理模块包括数据库创建、检索、提取、修改、编号子模块，可以完成中国元素数据的各种操作，并且通过人机交互界面，高质量的完成数据管理工作；其数据库存储模块包括线元数据库、面元数据库、体元数据库子模块，其根据相互组成关系分类分层级存储相应数据，方便使用者根据需要直接调用。

本发明提供的中国元素工程数据库系统在工业设计领域的应用，将中国元素创新性地应用于各种工业产品或其中间产品，将中国元素数据库系统与工业设计三维快速造型设计软件结合起来，采用基于UG、FREEFORM等引擎的三维自由计算机造型设计系统，直接调用中国元素数据库与工业设计造型的数据，进行快速、高效、具有中国元素的工业设计产品设计，然后再根据设计得到的三维数据驱动CNC等自动化设备进行相关模具或产品的生产，再结合所采用的各种陶瓷、玻璃、特种合金、水性涂料等环保材料，产业化的制造出各种创新设计的工业产品，并推向市场。

本发明提供了将传统文化元素与工业产品相结合的完整的技术方案，通过本发明创新产品承载中国元素，通过中国元素让世界认识中国，了解中国，让世界文明更加丰富，让世界人民的生活更加美好。

本发明将计算机数据库技术、图形图像处理技术、中国文化、计算机辅助产品设计和制造完美结合起来，可以广泛应用于各类金属、非金属材质的工业产品制造，进而应用于家具、玩具、汽车、电子、电器、工艺品等工业品及其中间产品制造领域，其应用范围非常广泛，具有远大的发展前景。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

本发明提供的一种中国元素工程数据库系统的构建方法，其原始材料数据库构建包括以下步骤：

1)选取一关系型数据库管理系统，并在该系统中依次新建相互关联的线元数据库、面元数据库、体元数据库；本实施例选择的SQL SERVER 2005系统，其他实施例也可以选择Oracle、SYBASE、Access等数据库之一。

1)选取一关系型数据库管理系统，并在该系统中依次新建相互关联的线元数据库、面元数据库、体元数据库；

2)采集体现中国元素的对象，并将采集到的体现中国元素的各种产品或资料对象上记载的图案、花纹信息，进行数字化处理为二维数字图形，编号并存入体元数据库中；

本实施例中，我们通过对于中国瓷器和相关工艺品的研究，建立了用于工业设计等产品设计的中国元素工艺产品类数据库系统，其包括产品的分类、材料、工艺和图案等信息，重点研究了外国人历来欣赏的做工精美、质感优良的中国瓷器产品，如“青花瓷”“唐三彩”，“紫砂壶”等等，这些工艺品凝聚了中国一代代工匠的心血，不仅据有中国特色，而且赏心悦目，是国内外消费者喜爱的家居生活好产品。

3)将二维数字图形进行RGB分色处理，并根据其背景RGB色差范围，去除其背景获得镂空二维图形信息；采用去除背景后的镂空的图形信息，可以大大降低后续所需处理的数据量，加快处理速度；背景RGB色差范围可以根据实际需要而设定；

4)将镂空二维图形信息导入人工辅助分区工作界面，在人工干预下，将镂空二维图形信息拆分为多数个区域面图形信息，分别编号并存入面元数据库；具体应该分为多少个线元图形信息，可以由操作人员根据具体情况选择；

5)将区域面图形信息导入人工辅助纹理提取工作界面，在人工干预下，将区域面图形信息拆分为多数个线元图形信息；

6)将各线元图形信息矢量化，编号并存入线元数据库中；编号由编号子模块自动完成编号；

7)根据面元数据库中的区域面图形信息，将各矢量化线元图形信息进行排列组合，获得矢量化面元数据，编号并存入面元数据库中；

8)根据产品造型数据库中二维数字图形信息，将各矢量化面元数据进行排列组合，获得矢量化体元数据，编号并存入体元数据库中；

9)将上述同一组的线元数据、面元数据、体元数据通过编号进行关联；

10)重复步骤2)～9)，获得多组数据并编号存入数据库中，获得原始中国元素工程数据库系统。

前述的中国元素工程数据库系统的构建方法，其衍生材料数据库构建包括以下步骤：

11)调取任一组矢量化线元数据，导入人工辅助修改工作界面，并通过人工对其进行修改，获得新的矢量化线元数据，重新编号后存入线元数据库中；

12)将经过修改的矢量化线元数据进行排列组合，并对其进行修改，获得新的矢量化面元数据，重新编号后存入面元数据库中；

13)将经过修改的矢量化面元数据进行排列组合，并对其进行修改，获得新的矢量化体元数据，重新编号后存入体元数据库中；

14)将上述同一组的线元数据、面元数据、体元数据通过编号进行关联；

15)重复步骤11)～14)，获得多组衍生数据并编号存入数据库中，获得衍生中国元素工程数据库系统。

所述原始数据与衍生数据互为因果、相互调用，可以产生出更多基于传统中国元素的创新设计数据和方案，让设计人员轻松完成产品创新设计。

所述的中国元素是指在中华民族融合、演化与发展过程中逐渐形成的、由中国人创造、传承、反映中国人文精神和民俗心理、具有中国特质的文化成果，都是中国元素，其包括有形的物质符号和无形的精神内容，即物质文化元素和精神文化元素。

具体的，“中国元素”分为三部分，第一是中国固有元素：比如中国的领土(包括300万平方公里的领海)，中国的人种，中国的气候等等；第二是中国传统文化元素；第三是中国的现代文化。

所述体现中国元素的图案、花纹信息，包括：中国文字、篆刻、书法；中国瓷器传统色彩和图案；国画、传统龙凤纹样(饕餮纹、如意纹、雷纹、回纹、巴纹)、祥云图案、中国织绣(刺绣等)、凤眼；中国工艺品、服饰色彩和图案；中式家具雕刻、纹饰、构件轮廓；中式装饰的装饰图案等。

一种采用前述构建方法的中国元素工程数据库系统，其特征在于，其包括相互通讯的数据库管理模块和数据库存储模块；其中数据库管理模块包括数据库创建、检索、提取、修改、编号子模块，所述的数据库存储模块包括线元数据库、面元数据库、体元数据库子模块。

前述的线元数据库用于存储纹理、线条数据；所述的面元数据库用于存储有限区域面内的纹理、线条及其构成、位置关系数据；所述体元数据库用于存储有限个面元数据组成的形体及其构成、位置关系数据。

前述的数据库创建、检索、提取、修改子模块，均为人机交互界面；所述的编号子模块为自动运行模块，其调用所述创建、检索、提取、修改子模块，并将同组数据采用编号规则进行关联。

前述中国元素工程数据库系统在工业设计制造领域的应用，其包括如下步骤：

1)设置一工业产品三维造型设计软件，并开发一数据库接口使其与所述中国元素工程数据库系统交互通讯；造型设计软件可以选取PRO/E、UG、FREEFORM等之一；

2)设置一与该三维设计造型设计软件数据输出端相连接、并由其驱动的CAM系统；CAM系统可以为CNC加工中心、其他NC加工系统等；

3)通过三维造型设计软件界面设计新的工业产品造型；

4)调取中国元素工程数据库系统中体元数据，对该产品造型进行表面贴图，并测试其视觉效果；

5)达到产品设计视觉效果时，将数据发送给CAM系统进行制造，同时将贴图后的体元数据编号、存入体元数据库；不能达到设计视觉效果时，则将该体元数据分解为面元数据，修改该面元数据后再组合为体元数据，重复步骤(4)；

6)如修改后的面元数据仍然不能达到设计视觉效果时，则将该面元数据分解为线元数据，修改该线元数据后再组合为面元数据，再进一步组合为体元数据，重复步骤(5)。

前述的工业产品，包括主体及包覆或附着在该主体表面的保护装饰层；其中所述的主体是用金、银、铜、铁、锡等金属材料或者陶瓷、玻璃、木质等非金属材料，通过加工所得到的产品、构件或部件；所述的保护装饰层为陶瓷、皮革、油漆等材料形成的结构层，其内侧或外表面上设有所述体现中国元素的图案、花纹或雕刻。

所述的工业产品，为家具、玩具、工艺品、汽车用品、日用品之一，以及其他工业制品，其具备文化装饰和实用性两种作用。

本发明是将数据库技术、数字化设计、制造技术，特别是基于UG、FREEFORM内核的触觉式三维快速造型设计软件，结合中国元素工程数据库系统，应用于工业产品设计制造；将CNC等自动化精密加工设备和生产线，以及陶瓷、特种合金等新型环保复合材料，应用于工业产品，使传统的工业产品具备了继承和优化、创新的中国元素，成为继承、发展和传播中国文化的新型载体。

如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的方法、系统及应用，均在本发明保护范围之内。