基于进化计算技术的剪纸图案创新设计研究与实现
本文关键词: 进化计算 遗传算法 剪纸图案 创新设计 产品特征树 出处:《山东师范大学》2009年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】: 随着计算机辅助设计技术的飞速发展,人们不仅把计算机作为一种实现设计方案的可视化工具,同时已经开始将机器智能应用在设计工作中最为重要和根本的概念设计阶段,激发设计者的灵感,设计出更加新颖和完善的产品。基于进化计算的创新设计方法就是将人工智能中的进化计算技术应用到辅助设计领域,这种方法是利用计算智能对现有产品进行改造,完善产品的外观、质量、性能等指标,从而进一步满足用户的需求。随着进化计算技术的不断发展,利用进化技术作为支持的产品创新概念设计方法,已经成为一种重要的辅助设计方法。进化计算技术如遗传算法在创新设计领域的应用也成为近年来的研究热点。 剪纸是中国古老的传统民间艺术,它历史悠久,风格独特,深受国内外人士所喜爱。它依靠设计者丰富的想象力和高度的概括力,抓住现实中最动人、最能表达内容的形象,以虚实相生的手法剪出内部的图案线条,通过镂空对比体现图案之美,同时在造型设计上采用夸张、变形的手法和简练的线条以及明快的色调,创造出富有装饰性的艺术形象。随着社会的发展,剪纸已经发展成为一种民间工艺,在室内外装修、纺织品、服饰、广告设计、POP设计、包装设计、书籍装帧等领域被广泛应用。但随着人们欣赏水平及审美观的逐渐提高,如何创作出那种超越自然形态,超越客观逻辑的栩栩如生的剪纸造型,对设计者的想象力、创造力提出了更高的要求。可以说,剪纸艺术发展到今天已不仅仅是对传统的继承,而是更多地注入了设计的观点。用现代产品设计的眼光对传统的剪纸艺术进行再思索、再创作,以充分体现中华民族几千年华夏文明和深厚的文化内涵,这其中对创新性的要求不言而喻。 本文通过对剪纸图案设计过程的分析和研究,将进化计算技术应用到设计过程中,提出了一种计算机辅助生成剪纸造型的新方法,并建立了一个智能化剪纸图案CAD系统,从而为设计人员开拓思路、提高效率提供了支撑平台。本文主要工作为: 1.将进化设计引入计算机辅助剪纸图案创新设计中。利用计算机辅助设计思想,借助生物遗传进化的方法,将遗传算法、产品特征树等技术应用于剪纸图案的概念设计阶段,以便于设计人员打破惯性思维,结合设计要求得到新颖且又能满足设计要求的创新图案,激发设计灵感。 2.提出了一种基于遗传算法的剪纸纹样生成算法。 通过对剪纸图案的分析和概括,抽象出构成剪纸所需的纹样,利用实数编码遗传算法和基于双倍体结构的复数编码遗传算法生成大量灵活多变的纹样;同时,在操作过程中,改进遗传策略,在适应度函数的选取方面,通过对轮廓曲线进行深入研究,引入均匀因子和平滑因子等;并根据编码方式的不同,对交叉、变异等遗传操作进行改进,以提高生成种群的多样性,以此构造丰富多彩的纹样库。 3.提出了一种基于产品特征树的剪纸纹样组装方案。 针对剪纸造型结构的特点,在标准遗传算法的基础上,把剪纸图案表示成产品特征树形式,将遗传算法作用于特征树,采用基于树结构的遗传操作,实现对纹样库中的各种纹样进行自动选取及组装,产生各种各样风格不同的剪纸图案造型。 4.实现了一个智能化的剪纸图案创新CAD系统。 根据计算机辅助剪纸创新设计过程,利用VC++6.0及实体造型引擎ACIS在WINDOWS XP平台下构造了一个基于进化计算的剪纸图案创新设计CAD模型。该系统主要包括智能纹样生成、自动组装、人工修改及用户管理等部分,在可视化环境下实现了纹样自动生成、组装等操作,并可根据需要对图案进行人工修改。
[Abstract]:With the rapid development of computer aided design technology, people not only use a visual tool for design as a computer, but begin to apply machine intelligence in the design work of the most important and fundamental stage of conceptual design, designers to stimulate inspiration, design more fashionable and perfect product creative design based on evolutionary computation method. Is applied to the field of computer-aided design of artificial intelligence in evolutionary computation, this method is to transform the existing products using computational intelligence, improve the product appearance, quality, performance and other indicators, so as to meet the needs of users. With the continuous development of evolutionary computation, as the concept of product innovation design method using support the evolution of technology, has become an important auxiliary design method. The calculation techniques such as genetic algorithm in the field of evolutionary innovation design Application has also become a hot spot of research in recent years.
The paper-cut is Chinese ancient traditional folk art, it has a long history, unique style, loved by people at home and abroad. It relies on the abundant imagination and high generalization ability, seize the most touching reality, most can express the content of the image, in combination of the real and the way to cut the internal lines of patterns, by contrast of hollow the beauty of the patterns, at the same time in the design using exaggeration, distortion approach and simple lines and bright colors, to create decorative images. With the development of society, the paper-cut has become a kind of folk art, decoration, indoor and outdoor textiles, apparel, advertising design, POP design, packaging design that book has been widely used. But with people's appreciation and aesthetic gradually improve, how to create the kind of beyond the natural form, beyond the objective logic of the paper-cut made true to life Type of designer's imagination, put forward higher requirements of creativity. It can be said that the paper-cut art development today is not only the traditional inheritance, but more into the design point of view. With the modern product design view of the traditional paper-cut art rethink, re creation, in order to fully reflect the Chinese nation years of Chinese civilization and profound cultural connotation, the innovative requirements is self-evident.
Based on the analysis and research of paper-cut design process, applies the evolutionary computation to the design process, this paper proposes a new method of computer aided generation of paper-cut design, and built an intelligent paper-cut pattern CAD system, to explore new ideas for the design staff, to provide a support platform to improve the efficiency of the main work of this paper. For:
1. the evolutionary design of the computer-aided design of paper cutting. Using computer aided design, with the method of biological genetic evolution, genetic algorithm, conceptual design stage application product feature tree technology in paper-cut patterns, in order to facilitate the designers to break the inertia of thinking, combining with the design requirements are novel and can meet the design requirements the pattern of innovation, inspire design inspiration.
2. a new algorithm of paper-cut pattern generation based on genetic algorithm is proposed.
Through the analysis and summary of paper-cut patterns, abstract form required paper-cut patterns, using real encoding genetic algorithm and genetic algorithm to generate complex encoding double structure based on a large number of flexible patterns; at the same time, in the operation process, the improved genetic strategy in adaptive selection function, through in-depth study the contour curve, introduce uniform factor and smoothing factor; and according to the different encoding of crossover, mutation operation of genetic improvement, in order to improve the diversity of the generation population, in order to construct the rich and colorful patterns.
3. a paper cutting pattern assembly scheme based on product feature tree is proposed.
According to the characteristics of paper-cut design structure, based on standard genetic algorithm, the paper-cut patterns expressed as product feature tree form, the genetic algorithm on the feature tree, the genetic operation based on tree structure, the realization of the various patterns of patterns in the library automatic selection and assembly, produce a variety of different styles of paper-cut patterns other.
4. an intelligent CAD system for paper-cut pattern innovation is realized.
According to the computer aided design of paper cutting process, using VC++6.0 and ACIS solid modeling engine is constructed based on evolutionary computation of creative design of paper cutting CAD model on WINDOWS XP platform. The system includes the intelligent pattern generation, automatic assembly, artificial modification and user management and so on, in the visual environment to achieve the automatic generation of patterns the assembly, operation, and according to the need to manually change the pattern.
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:J528.1
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