折叠纸盒的启发式辅助设计系统

发布时间：2020-07-12 10:10

【摘要】：近年来,折叠包装纸盒在包装运输行业得到了广泛的使用,并且由于其可循环利用和可降解等许多环保的性质,更加大了人们对于纸盒的关注度。纸盒的设计一般基于经验和不断的试错。设计师们通常先通过二维矢量图稿来设计纸盒版式,之后通过三维纸盒来观看纸盒的实际三维效果。通常有两种方式来生成三维纸盒,其中一种是虚拟的三维模型,它可以低成本地展示设计稿的三维样式,并且方便设计师根据三维效果对设计稿进行不断的修改。为了提高设计师们设计纸盒的效率,市场上已经存在了很多商业软件,但是用户在使用这些软件生成虚拟纸盒模型时仍需要大量的手动操作。因此本文针对从二维设计稿到虚拟三维模型的快速建模问题,研究构建纸盒三维模型时的三维拓扑构造和智能编辑问题,完成了基于给定约束下几何优化的启发式辅助设计系统,实现三维纸盒模型的快速生成,并拓展了设计稿的多样性,提高了用户设计二维纸盒图稿时的效率。具体的,本文主要有以下两个研究内容:1.纸盒模型的几何形状的表达设计及优化为了求解纸盒在折叠过程中的某个三维状态,本文定义了一组普适性的几何形状约束条件的表达。针对刚性折纸结构这一研究对象,本文挖掘出了形状刚性约束的表达,而为了描述纸盒的某一三维状态,本文从拓扑上定义了一系列的形状修正建议。当给定这两类约束后,本文还求解了给定约束下的几何形状优化问题,最终构建出用户所需的折叠纸盒的理想模型。本文所提出的带约束的几何优化框架同样适用于基于三维编辑的二维设计稿的自动调整,这不仅拓展了设计稿的多样性,更能帮助用户直观灵活地修正二维图稿的尺寸等误差。2.折叠纸盒设计的智能编辑系统为了满足用户从输入一张纸盒的二维设计稿到快速构建三维模型的流程,并且允许用户实时编辑三维模型,以实现修正并拓展二维设计稿的目标,本文在几何形状优化的基础上,实现了一个完整的智能编辑系统。本文采用了三种有效的智能检测的方法:顶点合并、对称点合并和平面合并,再通过用户确认快速地构建折叠纸盒的三维模型。用户还可以通过拖拽边来编辑当前的三维纸盒模型,系统将实时地优化相应的二维设计稿以达到拓展设计稿多样性的目标。最终,通过用户调研来验证所开发的系统在快速构建三维模型和指导用户实际折纸的有效性。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB482
【图文】：

开发用于提高设计师设计的效率与产率。例如，一款名为ＳＴＵＤＩＯ的商业软件逡逑可以通过设定折叠边上的角度值来构建虚拟的三维模型，并且立体的呈现包装逡逑设计的三维效果，如图１．３。尽管如此，现有的软件仍然需要大量的人工操作来设逡逑计和构建折叠纸盒，比如ＳＴＵＤＩＯ需要不断的调整折叠边的角度来得到一个理逡逑想的三维模型，而且不能反向地通过编辑三维模型达到修正二维设计稿的目的，逡逑增加了用户设计二维图稿时的繁琐度。逦￣邋￣逡逑另外，对于一般的用户而言，实际折叠一张比较复杂的二维设计纸稿也并不逡逑是一件轻而易举的事，有时给定一张二维设计稿，用户也需要经过大量的尝试才逡逑能准确地搭建出正确的纸盒实型。针对这个问题，一些学者也开发了虚拟仿真系逡逑统，为用户在实际折纸时提供了一定的参考。然而这些系统中的纸盒样例是己经逡逑２逡逑

Ｉ邋％邋Ｉ邋＃邋ｔ逡逑Ｉｆｆ％＂＃逡逑蠢警４奢＆逡逑图１．２由三维模型展开的２０种不同的二维设计稿［１］。逡逑们的设计一般基于经验和不断地试错。设计师们一般先通过二维矢量图稿来设逡逑计纸盒模型，之后需要通过构建一个对应的三维纸盒观看纸盒设计稿的实际三逡逑维效果，这样也便于向客户展示实际成果。通常，生成三维纸盒有两种方式：一逡逑种是构建虚拟的三维纸盒模型，它能够很好的低成本地展示设计稿样式，实时的逡逑让设计师观看设计图稿的三维效果，并且方便设计师进行不断的修改；另一种是逡逑搭建真实的三维纸盒实型，它在最后确认设计稿的尺寸并作出最终决定时能够逡逑起到很大的帮助。由于虚拟纸盒模型的低成本和高效率，近年来也有很多软件被逡逑开发用于提高设计师设计的效率与产率。例如，一款名为ＳＴＵＤＩＯ的商业软件逡逑可以通过设定折叠边上的角度值来构建虚拟的三维模型

第２章相关工作逡逑｜榞＿逡逑图２．１多边形折纸结构的折叠变形丨２】。逡逑学者们提出了许多技术对厚金属板作力学分析，使得其折叠行为与无厚度的折逡逑纸工艺保持一致。Ｔａｃｈｉ［１７］通过裁切金属平板的边缘对现有的铰链结构做了一逡逑定的变形，使得提出的方法能够克服铰链结构固有的一些缺点，但是他们提出的逡逑结构依然限制了旋转角度，并且裁切后的不规则的平面在制造工艺上造成了极逡逑大的困难。Ｃｈｅｎ等人［３］通过铰链结构将有厚度的刚性金属平面连接起来，并使逡逑得其折叠的运动状态与相同形状的折纸模型一致，他们将铰链结构拓展到了有逡逑多度顶点的折纸上，但其三维模型的状态仍受到折叠角度和金属板厚度的影响，逡逑图２．２为文中的一组实验结果。Ｋｕ和Ｄｅｍａｉｎｅ［１８］拓展了一种金属平面之间的连逡逑接方式，将平面与平面之间的折痕拓宽变成两个对称的平面，虽然最终的金属平逡逑面模型与输入的折纸模型有所差别

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;2020年折叠纸盒纸板市场将达到1060亿美元[J];福建纸业信息;2016年Z1期

2 李洋;;2020年全球折叠纸盒市场规模将达到1060亿美元[J];印刷技术;2015年22期

3 Marco Boer;;窄幅折叠纸盒市场分析[J];数字印刷;2015年04期

4 吕晓彬;;折叠纸盒创新设计 新工艺下的新发展[J];印刷技术;2016年12期

5 王晖;;折叠纸盒 创新实现价值[J];印刷技术;2016年12期

6 张端颖;;折叠纸盒 延续创新魅力[J];印刷技术;2016年12期

7 ;推动折叠纸盒发展的五大因素[J];国际造纸;2014年06期

8 温丽娜;;折叠纸盒 创新演绎精彩[J];印刷技术;2015年12期

9 王丽娟;;折叠纸盒三维动画设计[J];印刷技术;2015年12期

10 牟信妮;刘晓晓;;折叠纸盒拼版方式优化及拼版文件处理[J];印刷技术;2015年12期

相关会议论文 前6条

1 陈志强;孙诚;李晓娟;牟信尼;;虚拟折叠纸盒设计的研究[A];第十一届全国包装工程学术会议论文集（一）[C];2007年

2 姜东升;许文才;;异型折叠纸盒的数学模型设计[A];第十一届全国包装工程学术会议论文集（二）[C];2007年

3 付春英;姜东升;;折叠纸盒力学性能的实验研究[A];2013中国食品包装学术会议论文摘要集[C];2013年

4 姜东升;付春英;;跌落状态下不同类型管式折叠纸盒破损情况的研究[A];2013中国食品包装学术会议论文摘要集[C];2013年

5 周丽虹;赵宇;薛国新;郭小燕;;提高白纸板折叠纸盒抗压强度的措施[A];第十一届全国包装工程学术会议论文集（一）[C];2007年

6 王宝中;曹利杰;;确定异型纸盒结构尺寸的几个便捷公式[A];第十三届全国包装工程学术会议论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 徐世垣　编译;德国折叠纸盒三年走出危机[N];中国新闻出版报;2013年

2 缪惟民;为折叠纸盒提高新品质[N];中国包装报;2011年

3 编译 本报记者 周连琪;美国折叠纸盒包装工业有待走出低谷[N];中国包装报;2007年

4 John D.Brown　闵耀霞 编译;折叠纸盒崭露头角[N];中国新闻出版报;2007年

5 津讯;天津科大开发出折叠纸盒设计软件[N];中国包装报;2006年

6 编译 本报记者 周连琪;美国折叠纸盒制造业形势看好[N];中国包装报;2006年

7 回颖 译;以容为本的折叠纸盒加工商[N];中国包装报;2004年

8 赵郁聪 王德忠;自锁底式折叠纸盒成型条件分析[N];中国包装报;2010年

9 陈希荣;柔印机联机生产线印刷折叠纸盒是今后发展趋势[N];中国包装报;2009年

10 李文育;折叠纸盒模切版在设计时应注意的工艺问题[N];中国包装报;2004年

相关硕士学位论文 前8条

1 单双;折叠纸盒的启发式辅助设计系统[D];中国科学技术大学;2018年

2 许自敏;基于拼合法的折叠纸盒结构图的局部调整技术[D];西安理工大学;2008年

3 孔栋;基于ActiveX和SCR技术的纸盒盒型管理系统开发[D];江南大学;2008年

4 刘天植;纸盒的折叠过程及其折叠轨迹线研究[D];江南大学;2008年

5 刘慧;折叠纸盒强度的理论分析与试验研究[D];江南大学;2008年

6 李云霄;基于OpenGL的纸盒盒型库建立及参数化研究[D];西安理工大学;2010年

7 李萍;三维包装纸盒CAD系统的研制[D];西安理工大学;2004年

8 曹利杰;包装纸盒结构参数化设计[D];西安理工大学;2005年

本文编号：2751795