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《西北工业大学》 2003年
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面向产品概念设计的智能草图研究

宋保华  
【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。本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。本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。给出了实现计算机环境下的智能草图的基本原理,它包括五个方面的关键技术,共同构建出一个完整的智能草图技术体系框架。 (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。笔式草图绘制技术,采取笔划(Stroke)的输入模式,通过一个笔划类实现,一支输入笔即可完成各种草图绘制任务。将基于笔划的手势交互技术引入到草图技术,由简单的手势笔划替代产品草图绘制过程中各种烦琐复杂的交互操作命令。手势交互界面主要包括笔划识别技术,手势笔划集设计和手势交互界面实现技术。采用网格编码的手势识别方法,对匹配算法做了改进,使得手势笔划识别起来简单易行,并初步设计一套手势集。 (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。 笔划的在线识别主要是将原始笔划转换为规则的基本几何线元,即直线条,圆弧,和样条曲线。对不同类型的线条应用不同的识别方法,特别是将改进的Freeman链码应用到复合线条的分割。草图规整通过一个带有黑板结构的知识库系统来实现,它主要包括线元空间关系分析和约束施加两部分。通过分析总结草图线元关系即草图文法,构建了草图文法知识规则库,在此基础上通过获取草图上下文内容来推理捕捉设计师的意图,确定线条之间可能的几何关系,施加相应约束,使凌乱的线元得到规整。面向具体领域的草图理解仍然通过一个知识库系统来实现。构建了产品领域知识库,包括产品元素模式规则 库、产品元素几何特征库和产品模板映射器,定义了产品元素模式类和几何特 征类,通过一会模式匹配机制和约束施加机制,实现对草图元素设计层的解释 和规整。 (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,如用户向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,推理先成二维草图到三维模型的快速构建。 (5)草图l二具原型系统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。给出了草图工具的体系结构和基本数据模型, 并介绍了它具山的一些基本功能,以及强大的建模功能,它可以迅速完成从草 图绘制到实体概念模型构建,并能和一般CAD系统实现数据交换。最后给出了 应用I引])完成的一些二维草图和概念产品模型实例,并与一些商品化软件做 了对比分析,探讨了该草图工具及其用到的智能草图技术将来的丁程应用前 景。 创新点主要包括: 1.构建了一个计算机环境下的智能草图理论方法与技术体系; 2。将笔界面特别是单笔划手势界面应用到草图设计工具中,改进了匹配 识别算法;并初步设计一套面向草图设计工具的手势集; 3.实现一个分步逐层的草图智能识别技术方案和相应算法,包括笔划在 线识别技术,基于上下文的草图规整技术(几何层)和基于领域知识 的草图理解技术(语义层),有效解决了草图的模糊性和不确定性; (.基十草图的快速儿们建模技术,以及基于草图理解的产品建模技术 坐 YJ D
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP391.72

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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2 李晓武;支持产品创新设计CAD造型关键技术研究[D];北京航空航天大学;2005年
3 丁展;基于手绘的交互方式与三维建模研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张恒;基于草绘的三维建模技术应用研究[D];浙江大学;2010年
2 张帅峰;基于ThinkDesign的汽车三维手绘造型系统的外部实现的设计[D];吉林大学;2011年
3 马东学;汽车造型2D草图笔触特征的研究[D];吉林大学;2011年
4 赵昌福;基于手绘方式的汽车造型三维实现方法研究[D];吉林大学;2011年
5 陈文勤;基于感性工学理论的服装风格量化与建模研究[D];东华大学;2012年
6 张立珊;面向产品概念设计的三维草图技术研究[D];浙江大学;2006年
7 王淑侠;支持概念设计的手绘图在线识别研究[D];西北工业大学;2006年
8 谈国泉;CSCW环境中的产品概念设计文法表示研究[D];浙江工业大学;2007年
9 李军;基于进化算法的产品造型创新设计研究与实现[D];武汉理工大学;2007年
10 雷蕾;基于草绘的三维植物建模技术研究[D];辽宁师范大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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9 龚剑;关于高校开展机器人足球比赛的思考[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年04期
10 高朋;黄世祥;;地区现代化水平BP人工神经网络评价方法初探[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 张影;;基于Oracle的空间碎片减缓设计专家数据库系统[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
7 郭敏;李学伟;;基于IA的城市新一代生产力应用架构研究[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
8 刘海芳;陈正军;潘小勇;张海荣;胡国林;;Al方法在梭式窑温度控制中的应用[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2009年年会论文集(一)[C];2009年
9 白丽英;;从“左右”方位观念看俄汉语言文化之异同[A];福建省外国语文学会2009年年会暨学术研讨会论文集[C];2009年
10 张幼安;;机载雷达天线座运动干涉问题分析[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈韶斌;基于知识推理和视觉机理的遥感图像目标识别方法研究[D];华中科技大学;2010年
2 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年
3 吴礼龙;基于信息生态的竞争情报系统构建研究[D];南开大学;2010年
4 吴修国;面向目标的迁移工作流建模方法研究[D];山东大学;2010年
5 孙卫红;基于知识的网络化制造工艺设计技术及其在机床装备制造中的应用[D];浙江大学;2010年
6 周密;面向建筑造型的图形软件支撑系统[D];中国建筑科学研究院;2009年
7 喻耀华;声音增强移动用户界面研究[D];大连海事大学;2011年
8 余本功;复杂产品开发过程建模与管理研究[D];合肥工业大学;2011年
9 俞湘珍;关于设计的创新过程机理研究[D];浙江大学;2011年
10 萧毅鸿;基于本体的复杂决策任务表示方法与求解技术研究[D];南京大学;2011年
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1 胡晓亮;嵌入式系统软件GUI中间件研究与设计[D];山东科技大学;2010年
2 陈楠楠;互动音乐桌[D];山东科技大学;2010年
3 王洋;基于潜在语义分析的智能搜索技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 林华云;蒸汽发生器检修机械臂的视觉测量研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王东阳;多智能体调度优化算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李锐;电子海图系统人机界面的可用性评估研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 马稳;基于支持向量机的模拟电路故障诊断研究[D];大连理工大学;2010年
8 卫剑平;基于本体的可定制用户界面研究与实现[D];大连理工大学;2010年
9 薛匡正;脑控机器人系统运动控制算法研究[D];大连理工大学;2010年
10 杨旭;基于模糊控制的变频变压供水系统的研究与应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王延江,袁保宗;多模态人机交互中基于笔输入的手势识别[J];北方交通大学学报;2001年02期
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7 徐江,张锡;基于使用者偏好意象的产品造型法则的建构[J];成都纺织高等专科学校学报;2004年03期
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9 佟孟华;具有有序结构决策矩阵综合评价的一种算法[J];东北财经大学学报;2000年06期
10 陈向伟,张宏志;手绘图形的计算机识别和输入技术的实现[J];东北电力学院学报;1995年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李健;王作英;;几种不同拓扑结构HMM的比较[A];第六届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2001年
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1 冯力;支持机械创新设计CAD方法的探索[D];西安电子科技大学;1999年
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3 蔡鸿明;用于创新设计的人脑模型体系构造及知识生成[D];西北工业大学;2002年
4 马翠霞;支持概念设计的手势描述和草图设计系统的研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
5 朱上上;基于知识的产品造型设计技术研究[D];浙江大学;2003年
6 陈雁;纺织服装颜色风格的原理与应用[D];苏州大学;2002年
7 李继云;智能款式设计系统研究与实现[D];东华大学;2003年
8 黄琦;基于产品风格认知模型的计算机辅助概念设计技术的研究[D];浙江大学;2005年
9 赵婷婷;基于直觉启发和改进遗传算法的形状概念设计[D];大连理工大学;2006年
10 李晓武;支持产品创新设计CAD造型关键技术研究[D];北京航空航天大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘珠峰;基于手绘草图的三维建模研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 廖俭;计算机辅助汽车造型技术研究[D];湖南大学;2001年
3 渠建平;实用曲面求交算法的研究与实现[D];北京工业大学;2001年
4 欧阳旻;基于符号CONTEXT特性的风格设计[D];浙江大学;2003年
5 吴琼;电路CAD中的元件库建立及自动布线研究[D];西北工业大学;2003年
6 李翠芸;联机手绘图形识别的自适应HMM方法[D];西安电子科技大学;2003年
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8 胡华强;基于手绘草图的三维CAD系统[D];浙江大学;2004年
9 徐江;面向消费者偏好意象的产品造型法则建构研究——以手机产品为例[D];南京理工大学;2004年
10 陈洁;产品语义与消费者认知心理[D];东华大学;2005年
【二级引证文献】
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1 周美玉;郭明;;基于关键造型特征的产品感性设计模型研究[J];包装工程;2010年04期
2 黄骁;李辛沫;;基于产品风格创新的机动轮椅车外观设计[J];包装工程;2011年22期
3 胡静芳;李步升;;基于草图的计算机辅助陶瓷设计技术[J];电脑编程技巧与维护;2011年22期
4 符睿;;进化艺术在墙绘图案设计中的应用[J];中国科教创新导刊;2012年11期
5 刘战东;李勇;张海军;赵彩霞;;克隆算子在民族图案生成中的应用研究[J];电子设计工程;2012年08期
6 明守政;金静强;;从草图到初期数模的汽车造型设计方法研究[J];包装工程;2013年06期
7 宋婧媛;柯文晴;王毓琦;;论进化艺术在墙绘图案设计中的应用[J];大众文艺;2014年11期
8 张小亮;孙根正;廖达雄;王淑侠;;基于几何特征的在线手绘流程图识别[J];计算机辅助工程;2007年01期
9 刘涛;刘弘;;基于遗传算法的剪纸图案创新设计[J];计算机工程与应用;2008年12期
10 王淑侠;王关峰;余隋怀;高满屯;;基于时空关系的在线多笔划手绘直线段识别[J];计算机工程与应用;2012年14期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 耿玉磊;基于系列模板耦合的三维服装款式创意设计方法研究[D];浙江大学;2010年
2 方贵盛;面向概念表达的计算机辅助草绘设计关键技术研究[D];浙江大学;2007年
3 丁展;基于手绘的交互方式与三维建模研究[D];浙江大学;2008年
4 王巍;汽车造型的领域知识描述与应用[D];湖南大学;2008年
5 计忠平;轻松交互式网格曲面建模方法的研究[D];浙江大学;2008年
6 付璐;汽车车身造型设计美学研究[D];吉林大学;2009年
7 兰巍;理性化汽车造型的设计方法研究[D];吉林大学;2010年
8 鲁虹;服装感性设计的知识平台与应用研究[D];苏州大学;2010年
9 苏毅;结合数字化技术的自然形态城市设计方法研究[D];天津大学;2010年
10 侯敏枫;汽车车身形态仿生设计研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾艳艳;基于RBF神经网络的手绘电气草图识别研究[D];湘潭大学;2009年
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3 张帅峰;基于ThinkDesign的汽车三维手绘造型系统的外部实现的设计[D];吉林大学;2011年
4 马东学;汽车造型2D草图笔触特征的研究[D];吉林大学;2011年
5 赵昌福;基于手绘方式的汽车造型三维实现方法研究[D];吉林大学;2011年
6 赵雍骞;面向工程机械行业的PI手册及PI设计[D];湖南大学;2009年
7 李娟;基于眼动记录的沙发形态设计评价研究[D];南京林业大学;2011年
8 胡安德;面向创新的产品全生命周期知识建模[D];华中科技大学;2011年
9 于文涛;平面几何图形自动识别研究[D];广州大学;2011年
10 朱国斌;基于WEB_3D的家居DIY自助设计和交易系统[D];电子科技大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 杨雅辉,张建中,王峻岭;Internet上信息服务系统的建造、维护和管理[J];计算机工程与应用;1999年01期
4 姜万生,徐跃飞,彭炎午;敏捷制造中面向对象的产品信息建模技术[J];机械工业自动化;1999年02期
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6 李荣彬,林发荣,马永军;分散网络化制造——香港制造业再发展的模式[J];机械工程学报;1998年06期
7 谢友柏;分布式设计知识资源的建设和运用 倡建“现代设计与产品研究开发网络──虚拟异地合作设计组织”的基本思想[J];中国机械工程;1998年02期
8 张曙,林德生;可持续发展的生产模式──分散网络化生产系统[J];中国机械工程;1998年02期
9 刘敏,潘晓弘,程耀东,钱碧波;CIMS环境下Intranet网络系统方案的研究[J];中国机械工程;1999年02期
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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7 陈勇;美诺贝尔奖得主集体反击“智能设计论”[N];新华每日电讯;2005年
8 编译/本报记者 马佳;进化论与上帝交战再起烽烟[N];北京科技报;2006年
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10 记者 安治永;全国百项建筑智能化经典项目颁奖大会召开[N];中国建设报;2006年
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7 李继云;智能款式设计系统研究与实现[D];东华大学;2003年
8 赵燕伟;智能化概念设计的可拓方法研究[D];上海大学;2005年
9 周春来;控制电器智能设计方法研究[D];河北工业大学;2006年
10 刘明生;IC卡系统智能设计及多方信任计算理论研究[D];河北工业大学;2007年
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6 崔凯;基于CBR的发动机智能设计的研究[D];山东大学;2012年
7 柳沙;基于INTERNET的智能CAID系统[D];湖南大学;2002年
8 孙虎儿;可调液压振动筛智能设计的研究[D];太原理工大学;2003年
9 谭武征;甘蔗收获机械虚拟设计平台的应用研究[D];广西大学;2004年
10 王紫超;基于虚拟样机技术的平行折线绳槽卷筒智能设计[D];武汉理工大学;2005年
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