一种狼巾虫窠网目状形态成型方法

摘要

本发明提供一种狼巾虫窠网目状形态精密成型方法，具体步骤为获取狼巾虫窠的空间构造、纹理和脉络的形态特征信息；根据脉络在狼巾虫窠的空间构造上的节点将其分为多个节位空间，每个节位空间选取若干个脉络并进行三维扫描，用来建立所述狼巾虫窠脉络的生态建模；建立所述狼巾虫窠的脉络和纹理的生态建模；建立所述狼巾虫窠的整体形态生态建模。本发明在使最终建立的生态建模具有更高的准确性和精度的同时，为开展作虫窠型分析、生理生态指标在艺术设计造型领域提供简单实用的基础数据制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一般的自然形态数据处理或立体形态产生，具体涉及一种狼巾虫窠网目状形态成型方法。

背景技术

狼巾虫窠为银杏大蚕蛾的茧，主要构造类似树叶脉络，呈纱笼状，长椭圆形，黄褐至深棕色，由丝胶织而成的坚硬网目状茧。从其他自然形态数字化建模调查来看，目前较为相近的研究是基于树枝和叶脉形态的建模研究。在这些领域中，部分研究者提出了基于形态特征参数的建模方法，这种方法首先通过获取脉络上的形态特征参数，基于这些参数建立主要的参数化几何模型，基于各个脉络的几何模型，结合空间结构特性，通过某种随机方法或交互式设计方法组合各个脉络形成整体结构的立体造型。由于狼巾虫窠的网目状脉络具有极为复杂的外形轮廓，这种方法中通过少数几个参数描述的几何模型很难重建与真实脉络表面形态十分贴近的立体生态模型，同时在组合网目状脉络的几何模型过程中，方向、角度、大小等的偏差，最终所建立的模型的精度不高，与真实脉络的形态结构存在较大的差距。

随着数字化技术的不断成熟，数字化仪和三维扫描仪等设备被广泛应用，近年来也逐渐被越来越多的研究者用于类似树枝叶脉自然形态的测量和重建中。部分研究者采用三维数字化仪采集树枝叶脉的空间形态信息，如脉络的生长位置、角度、长度、宽度、半径等，并基于这些信息重建脉络形态结构的三维模型，这种方法中由于三维数字化仪每次仅能够获取一个空间点，基于这 些脉络表面少量特征点重建的三维模型的精度受到影响，针对网目状茧的形态，其复杂的脉络结构重建就会显的定位不准，其空间形态难以仅仅通过少量几个空间特征点进行重建。因此重建的自然透空形态三维模型中，镂空脉络的曲面网格的准确性和精度都有待提高。

也有研究者利用三维激光扫描仪获得树枝叶脉自然形态表面的空间点云数据，然后从这些点云数据上重构脉络或空间结构的三维模型。由于三维激光扫描仪能够快速地获取表面的大量空间点，从而能够更加精确地测量或重建树枝叶脉自然形态的外形轮廓结构。但由于虫窠网目状的脉络细小众多而且空间错落透空，遮挡问题严重，因此仅用来获取自然形态单个脉络的三维点云并重建脉络方式不能够获得精细数据的模型，与实际存在较大的误差，难以应用于进行特征形态细节的研究和分析。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种狼巾虫窠网目状形态成型方法，提高网目状三维模型的准确性和精度，转化形态于精细设计领域，深化自然形态在产品设计中的运用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种狼巾虫窠网目状形态成型方法，所述方法包括下述步骤：

S1、采用数字扫描仪获得外部轮廓形状和空间体积形态的基本数据E；

S2、沿着狼巾虫窠自然形态的主干脉络，将其依次分割成A、B、C、D部分，通过恒温恒湿状态下压制成片状；

S3、将获得的网目状片材A、B、C、D部分，进行三维扫描获得网目状结构的参数数据；

S4、分别在网目状片材A、B、C、D网目状参数数据上填充空隙，建立可 延展性模型，形成整个网格片材；

S5、选A、B、C、D网目状参数数据基于形态数据E上，进行网目拼接结构；

S6、采用增材制造的方式获得铸造模型，采用传统的失蜡法铸造获得最后的金属模型。

进一步地，所述步骤S1包括下述步骤：

S11、利用三维数字化仪获取所述虫窠的形态空间结构的外形轮廓信息；

S12、所述虫窠的网目状形态以闭合网目为一个单元，每个闭合网目用三维数字化仪获取分别位于网目的交叉点、主脉络的最高点和网目状茧的左右上下两边的最宽处。

进一步地，所述步骤S2包括下述步骤：

S21、从所述狼巾虫窠中选取预定数目网目，测量网目的总数量，计算网目平均数；

S22、基于所述网目平均数，根据网目节点的位置，将虫窠网目结构分为A、B、C、D4个单元区间；

S23、狼巾虫窠的丝胶织的网目状单元区块A、B、C、D通过加湿恒温，还原成片状。

进一步地，所述步骤S3包括下述步骤：

S31、采用三维扫描仪从正面获取所述单片的网目结构A、B、C、D单元的三维点云数据；

S32、将网目结构A、B、C、D单元上的所有交叉点作为控制点；

S33、把A、B、C、D单元边界交叉点进行对点连接，建立狼巾虫窠的丝胶织网目状的平面连接；

S34、根据网目状平面连接的图形，对A、B、C、D单元形之间的空隙进行网目状单元形复制填充，进行归一化处理，形成完整的网目状片材。

进一步地，所述步骤S4包括下述步骤：

S41、基于所述狼巾虫窠的丝胶织网目状的片材，生成每条曲线的三维网格曲面，建立网目状的三维网格模型；

S42、调整网目三维模型的方向和大小，完成虫窠的整体形态结构三维片材模型的建立。

进一步地，所述步骤S5包括：所述的外部轮廓形状和空间体积形态的基本数据E结合网目状片材参数数据，通过基本数据E的参数调整，最终重建狼巾虫窠网目状生态模型。

进一步地，所述步骤S6包括下述步骤：

S61、通过3D增材打印，输出用于金属铸造的模型；

S62、将模型的水口处接上直径5mm，长度不少于3cm不超过5cm的圆蜡条；

S63、将模型固定在橡胶底板，套上铸造钢瓶，灌制高温铸造石膏；放置于阴凉处固化6小时；

S64、将固化好的石膏模型，放入烘焙箱中，150度烘焙2小时，之后逐步升温至600度焙烧8小时；

S65、将金属融化，并灌入石膏模型中；

S66、灌置完后毕冷却10分钟，将铸造钢瓶置入冷水中，使模型外的石膏脱离，获得狼巾虫窠自然形态的金属精密成型。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些 实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、本发明一种狼巾虫窠网目状形态精密成型方法，它改变自然形态造型的成型工艺，克服了手工制作自然形态不可控性和纯数据化建模设计机械化的缺点，采用正逆向混合设计建模方法，运用逆向工程对自然形态快速提取点云数据并进行参数化建模，建模精度高且仿真效果好。通过增材制造进行铸造模型成型，优化铸造结构和浇注参数，得到金属铸造优化设计模型；通过增材加工得到包含支撑结构、浇注和实体结构的精密蜡模组；最后进行模具快速制造和真空铸造成形；形成对自然形态逆向设计、快速成形和快速模具制造的闭环系统。

2、将狼巾虫窠形态应用于茶道，解决正山小种泡茶程序中，茶艺功能、视觉呈现与品茗仪式的完美结合，将植之茶与昆之巾天然合一，概念立意与成品皆为本发明为首创；

狼巾虫窠“不镂自雕，如细目之网，缘督为经，又若小口之囊”，对拟仿技艺提出极高要求；本发明以食用级金属拟仿狼巾虫窠打造茶囊，在生态形体基础上设置暗扣百叶，可开启闭合，将正山小种茶弹纳入其中，放置于特制杯中，茶囊金属质地与茶水汤色交互辉映，色彩斑斓、美轮美奂；

以金属拟锻之巾窠茶囊，还可同比例放大缩小，内置沉香等木料香物，应用于珠宝饰品领域(如项链坠饰、戒指界面、手链颗粒等)，达到个性奢侈品的品位要求。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权 利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明提供的狼巾虫窠网目状形态成型方法的流程图；

图2是本发明提供的狼巾虫窠网的主视尺寸图；

图3是本发明提供的狼巾虫窠网的俯视尺寸图；

图4是本发明提供的狼巾虫窠网的侧视尺寸图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明通过提供一种狼巾虫窠网目状形态精密成型方法，提高网目状三维 模型的准确性和精度，转化形态于精细设计领域，深化自然形态在产品设计中的运用。

本发明提供一种基于狼巾虫窠网目状形态的精密成型方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：

S1、采用数字扫描仪获得外部轮廓形状和空间体积形态的基本数据E；具体包括：

S11、利用三维数字化仪获取所述虫窠的形态空间结构的外形轮廓信息，其高为68mm，

S12、所述虫窠的网目状形态以闭合网目为一个单元，每个闭合网目用三维数字化仪获取分别位于网目的交叉点、主脉络的最高点和网目状茧的左右上下两边的最宽处。

S2、沿着狼巾虫窠自然形态的主干脉络，将其依次分割成A、B、C、D部分，通过恒温恒湿状态下压制成片状；具体包括下述步骤：

S21、从所述狼巾虫窠中选取预定数目网目，测量网目的总数量，然后计算网目平均数；

S22、基于所述网目平均数，根据网目节点的位置，将虫窠网目结构分为A、B、C、D4个单元区间；

S23、狼巾虫窠的丝胶织的网目状单元区块A、B、C、D通过加湿恒温，还原成片状；

S3、将获得的网目状片材A、B、C、D部分，进行三维扫描获得网目状结构的参数数据；具体包括：

S31、采用三维扫描仪从正面获取所述单片的网目结构A、B、C、D单元的三维点云数据；

S32、将网目结构A、B、C、D单元上的所有交叉点作为控制点；

S33、把A、B、C、D单元边界交叉点进行对点连接，建立狼巾虫窠的丝胶织网目状的平面连接；

S34、根据网目状平面连接的图形，对A、B、C、D单元形之间的空隙进行网目状单元形复制填充，进行归一化处理，形成完整的网目状片材。

S4、分别在网目状片材A、B、C、D参数数据上填充空隙，建立可延展性模型，形成整个网格片材，具体包括：

S41、基于所述狼巾虫窠的丝胶织网目状的片材，生成每条曲线的三维网格曲面，从而建立网目状的三维网格模型；

S42、调整网目三维模型的方向和大小，从而完成虫窠的整体形态结构三维片材模型的建立。

S5选A、B、C、D网目状参数数据基于形态数据E上，进行网目拼接结构，包括：所述的外形轮廓数据E结合网目状片材参数数据，通过E的参数调整，最终微调重建狼巾虫窠网目状生态模型。

S6、采用增材制造的方式获得铸造模型，采用传统的失蜡法铸造获得最后的金属模型：具体包括：

S61通过3D增材打印，输出用于金属铸造的模型；

S62将模型的水口处接上直径5mm，长度不少于3cm不超过5cm的圆蜡条；

S63将模型固定在橡胶底板，套上铸造钢瓶，灌制高温铸造石膏，放置于阴凉处固化6小时左右；

S64将固化好的石膏模型，放入烘焙箱中，150度烘焙2小时，之后逐步升温至600度焙烧8小时；

S65将金属融化，并灌入石膏模型中；

S66灌置完后毕冷却10分钟，将铸造钢瓶置入冷水中，使模型外的石膏脱离，获得狼巾虫窠自然形态的金属精密成型。

实施例

将狼巾虫窠形态应用于茶道，解决正山小种泡茶程序中，茶艺功能、视觉呈现与品茗仪式的完美结合，将植之茶与昆之巾天然合一；巾窠茶囊的用途：

(1)茶文化的创意、时尚呈现载体，茶水分离的茶艺用途，岩茶之道的仪式感与视觉感官审美功能

(2)同比例放大缩小，内置香物，应用于珠宝领域，达到个性奢侈品的品位要求

巾窠茶囊的效果：

(1)形态视觉效果：基本能够逼真再现狼巾“不镂自雕，如细目之网，缘督为经，又若小口之囊”的形态

(2)装置效果：生态形体基础上设置暗扣百叶，不影响生态整体可自由开启闭合；狼巾的梗拟态成提梗与杯底的支撑物

(3)茶艺效果：专独匹配正山小种毛茶(国际标准红茶过碎)，放置于特制杯中，茶囊金属质地与茶水汤色交互辉映，色彩斑斓、美轮美奂；茶汤口感纯正

(4)珠宝饰品效果：天然神造的理念、形态与气质，将天人合一的古典东方意识植入于奢侈品质的物料与技艺中。

本发明提供一种狼巾虫窠网目状形态精密成型方法，具体步骤为获取狼巾虫窠的空间构造、纹理和脉络的形态特征信息；根据脉络在狼巾虫窠的空间构造上的节点将其分为多个节位空间，每个节位空间选取若干个脉络并进行三维扫描，用来建立所述狼巾虫窠脉络的生态建模；建立所述狼巾虫窠的脉络和纹 理的生态建模；建立所述狼巾虫窠的整体形态生态建模。本发明在使最终建立的生态建模具有更高的准确性和精度的同时，为开展作虫窠型分析、生理生态指标在艺术设计造型领域提供简单实用的基础数据制备方法。狼巾虫窠的生物拟态之于茶道、珠宝饰品领域的应用，及“不镂自雕，如细目之网，缘督为经，又若小口之囊”的高超仿生拟态工艺；狼巾同科生物(含狼巾)及其虫窠、虫茧、虫囊等一切相关生命行为与创造物形态在茶道、珠宝领域的运用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。