宋保华[1]2003年在《面向产品概念设计的智能草图研究》文中提出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叁维模型的集成，基于笔输入方式的叁维建模；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，提出具有叁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叁维模型的快速构建。 （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
陈辉[2]2008年在《计算机辅助概念设计在客车设计中的应用研究》文中提出随着全球化的发展,产品创新逐步成为企业竞争力的核心因素,作为产品创新的核心,概念设计日益受到人们的重视,而随着计算机技术的发展,计算机辅助概念设计也日益成为研究的热点。计算机辅助概念设计深化了传统的计算机辅助设计技术,将设计主要核心从原来的详细设计阶段转移到了产品的概念设计阶段。因为,概念设计阶段对产品功能、性能、可靠性和顾客满意度具有很重要的影响。因此,要成为新一代产品设计师就必须重视产品开发初始阶段的概念设计。在激烈的市场竞争情况下,客车造型设计新技术新方法得到了进一步的发展,客车造型的计算机辅助概念设计是二十世纪末才开始的一项技术,是计算机辅助得到广泛应用的必然结果,是对传统客车造型概念设计的改进和提高。计算机辅助概念设计能够加快客车设计和开发过程,管理更加容易,缩短了产品研发时间,降低了开发成本。文中阐述了产品概念设计的基本内容,产品概念设计流程以及产品概念设计的一些方法,并提出了以产品系统设计方法来构建计算机辅助概念设计系统的思想,即以功能设计、形态设计、色彩设计以及智能草图设计四个要素为主要内容的计算机辅助概念设计系统(CACD系统)。这里以金龙K01客车造型设计为实例,分析了CACD系统在客车造型设计中的应用,并以此基础进行延伸,结合CACD系统对客车造型概念设计作出更深入的应用研究。
唐磊[3]2008年在《面向产品概念设计草图的笔触语义研究与应用》文中提出在产品概念设计阶段,设计师通常会利用手绘草图的方式记录自己的设计构思。作为一种设计表达工具,概念草图是产品创新的重要媒介。但是,传统的CAD工具需要输入精确的数据加以支持,而设计师的设计思维是瞬间的灵感,借助传统CAD系统辅助设计容易打断或阻碍设计构思。正是由于CAD与创新思维之间存在的矛盾关系,目前还没有一个成熟的CAD系统可以很好地支持产品概念设计阶段。本文就这个问题展开深入研究,为了使智能辅助设计工具更贴近设计师意图,来解释设计构思方案,以及与下游工程设计更紧密地结合,本文尝试着以产品概念草图作为研究对象,特别是在线(联机)绘制方式下的草图线稿,探索蕴含在其中的笔触语义解释。概念草图是由大量的笔触构成的,可以说,设计创意的直观表现就是通过笔触搭建起来的。本文通过挖掘基于绘制行为的不同笔触所蕴含的语义解释,来了解草图所描述的产品造型对象的形态,将模糊的草图信息转化为CAD工程设计可以利用的数据信息,并建立贴近当前设计行为的在线概念草绘方法。具体开展了以下几项研究工作:首先,结合常规的绘制行为,总结了笔触的表达方式和二维几何特征语义。在此基础上,提出了笔触的智能识别和推理方法,包括:单笔触中角点的判别、单笔触的拟合和识别、重复笔触的合并、轮廓形态笔触拓扑关系的建立等,以降低草图的模糊性,并进一步对算法进行验证。其次,挖掘在透视投影方式下所完成的草图的投影特征语义,总结了利用辅助线所构建的立方体线图求取草图环境信息的基本方法,其中草图环境信息的获取包含了透视类型的确定、透视投影参数(摄像机内外参数)的获取以及辅助线笔触所构成的立方体线图主向方向实长的计算等等。作为笔触语义特征描述的延续,也阐述了透视投影参数与草图环境叁维空间变换的基本关系。再次,以产品概念创新领域为背景,对叁维草绘技术研究现状做了总结。本文构想一种基于笔触语义分层的叁维草绘技术,主要包括:轮廓线、构造线、纹理的叁维草绘实现的技术。并对相应的基于笔触语义分层的叁维草图原型系统做了描述,对相关技术和算法的可行性进行了验证。最后,对本文所涉及的研究内容和创新之处进行了总结,并对将来科研方向进行了展望。
宋保华, 杨海成, 陆继翔, 陆长德[4]2003年在《计算机支持的智能草图技术研究及实现》文中认为首先论述了作为CAD技术当前研究前沿的计算机支持的智能草图技术研究现状。构建出智能草图的技术体系,包括基于单笔划的自然手势界面,徒手草图输入,草图识别与基于草图的几何建模。最后给出基于着名几何造型核心ACIS开发的智能草图工具原型系统ISID,它具有一个支持笔输入的用户界面,并能和典型的CAD系统实现集成。初步应用证明该系统具有很强的实用性和可扩展性。
孙守迁, 孙凌云[5]2006年在《计算机辅助草图设计技术研究现状与展望》文中指出在分析草图在设计过程,尤其是概念设计过程中的重要性,草图的特点,以及传统CAD技术的局限性的基础上,介绍了当前计算机辅助草图设计中草图及草图行为、人机交互技术,以及二维、叁维草图设计系统的研究现状和现有的典型草图设计工具的技术原理,并进一步展望计算机辅助草图设计的发展方向。
张立珊[6]2006年在《面向产品概念设计的叁维草图技术研究》文中认为创新是产品设计活动的核心,它主要集中在概念设计阶段。在该阶段,作为设计师表达与沟通基本手段的草图设计,是创新探索过程中进行图形思维的重要媒介,是整个设计活动中将构思转化为可视形象的重要步骤。而传统的CAD工具主要针对于详细设计阶段,不能满足概念设计的要求。 本文从草图本身出发,对计算机支持的叁维草图技术展开系统的研究。主要包括计算机辅助叁维草图技术的研究和发展现状、面向叁维草图设计的笔式交互技术、基于草图的叁维建模技术,模型的编辑修饰;设计开发了一个面向设计初期的叁维草图设计原型系统。主要的贡献在于: (1) 将基于笔划的手势交互技术引入到叁维草图设计中,由简单的笔划命令取代各种复杂的交互操作命令。在矩阵编码手势识别方法的基础上,提出了基于局部匹配和规则匹配相结合的方法,提高了识别的效率,增加了手势的自由度。 (2) 实现了基于轮廓建模和基于特征手势建模的叁维建模技术,并对这两种建模方法进行了改进,从而改进了建模的效果。 (3) 设计了叁维草图设计原型系统,验证了叁维草图技术的相关算法。
倪冬[7]2014年在《基于工程图的智能草图系统开发》文中提出随着CAD技术的不断发展，叁维CAD软件的功能愈发强大和完善，已成为当前工程设计领域进行产品设计的重要工程软件之一。企业在从二维设计向叁维设计转变过程中，需要对以前从事产品二维设计产生的大量工程图纸进行叁维转化，以便后期作为改型产品叁维设计的基础。因此，相比于人工建模效率低问题，基于工程图快速叁维化成为企业所关心的重点。针对基于工程图的叁维重建技术仍无法应用于实际，本文提出将工程图自动转为叁维CAD软件中的草图特征，在VC++6.0平台下开发了一种基于工程图的智能草图系统。本文对涉及系统开发的叁种技术进行了研究，即UG二次开发技术、数据库技术和叁维重建预处理技术。文中对UG二次开发的原理和系统开发过程进行了介绍，并建立了系统的数据库用于管理系统各模块之间的数据交换。叁维重建预处理技术作为系统组成的核心，对其进行了重点研究并提出了一些改进方法。本文研究了DXF文件的结构，提取了实体段信息和图层过滤信息；研究了对系统数据输入的预处理，提出了改进的坐标投影法和改进的角度判别法，并将它们结合，提出了一种视图选择分割法，该法可彻底分割视图，且算法效率高；最后还对视图折迭中的视图相邻性、视图原点、视图坐标系变换和视图放置面坐标矩阵等问题进行了研究，提出了主视图、俯视图和左视图叁种类型下的相邻视图的统一坐标系变换矩阵和放置面坐标矩阵。本文通过大量工程图纸实例，对系统的可行性进行了验证，本系统成功的将工程图转为UG建模中的草图特征。因此，系统弥补了现有软件功能的不足，解决了基于工程图的快速叁维化问题，同时也为后续进一步对基于工程图的叁维重建研究奠定了基础。
季海峰[8]2016年在《面向概念设计的机构草图识别研究》文中进行了进一步梳理随着数字化设计技术的发展,计算机辅助概念设计将逐渐取代传统的笔纸交互式概念设计模式。传统的笔纸交互式设计仅仅将设计师的想法展现在二维平面上,不能直接与设计方案评价、详细设计过程之间实现数字化信息的传递,影响整体设计效率。利用计算机和智能化输入设备平台进行智能识别交互式设计,实时捕捉设计意图,快速对设计方案做出评价,实现设计数字化,对于提升产品研发能力具有重要的促进作用。论文以机构方案草图为研究对象,研究机构草图识别及表达方法,为自动建立机构运动关系及方案评价提供支撑。论文首先完成了草图识别的基础性工作,如笔划的预处理,直线、圆、矩形及任意多边形的识别等。然后将二维草图看成由基本图元组合而成的图形,提取图形的结构信息,利用模板匹配法对图形结构进行匹配,最后计算出图形的形状相似度,来区分有相同结构不同形状图形之间的形状差异,从而识别出形状相似的图形。另外,论文把机构草图看成是由一系列标准的构件符号如连杆、转动副、滑块等图形组合而成的图形,利用基于属性邻接图的局部结构识别方法来提取草图的局部结构,从而捕捉设计意图,并借助符号描述语言实现机构符号的表达。研究建立了实验测试系统,能够完成草图的基本图元和组合图形的识别,对于复杂的机构草图可以提取出常见的局部图形结构,基本实现了机构草图的语义提取。论文研究是对计算机辅助机械产品概念设计的有益探索,有一定借鉴参考价值。
方贵盛[9]2007年在《面向概念表达的计算机辅助草绘设计关键技术研究》文中提出概念设计是产品开发的早期阶段，具有信息不完全和不精确等特点。而当前的CAD系统需要输入精确的尺寸和位置信息，造型过程较为繁琐、耗时，无法胜任概念设计阶段的工作。在概念设计阶段，设计师们往往先采用纸笔草绘来快速表达产品的形状构思，只有当产品信息完全确定以后，才开始借助计算机进行辅助设计以及后续的分析加工仿真等。这就造成纸笔草绘与计算机辅助设计两者之间的脱节，更为重要的是设计与造型往往是分开进行的，甚至是由不同的人来完成的，这样信息在表达传递过程中容易丢失。计算机辅助草绘技术由于结合了计算机与纸笔草绘的众多优点，能够帮助设计师在产品的概念设计阶段利用计算机来快速记录头脑中产生的瞬时灵感。近年来一直是许多专家学者争相研究的热点课题之一。不过现有的计算机辅助草绘设计系统存在用户适应性差、草图识别精度不高等缺点，使其应用受到一定的限制。本文主要面向工程概念草图识别与草绘建模的需要，针对现有计算机辅助草绘设计系统存在的一些问题，从二维草图识别与规整、基于手势的草图编辑、基于意图捕捉的叁维草绘建模技术等叁个方面着手解决计算机辅助草绘设计一些关键技术的实现难点，并提出了一套行之有效的算法，然后与现有的算法进行了分析比较。所研究的主要内容和取得的创新性研究成果主要包括以下几个方面：1．将用户草绘笔划识别分解为笔划预处理、特征点的检测、笔划分段、图元识别、图元重构、图元规整、端点校正等几个步骤分层进行处理，并开发出相应的实现算法，从而可以将用户随意绘制的草绘笔划转化为规整的几何图形，以正确理解用户的概念表达意图，并解决了整体草图识别所带来的算法复杂度过高，识别出错难以修改等缺点。2．面向工程概念草图编辑的需要，设计出一套简单高效的带草图编辑参数的笔式手势集。然后在分析现有手势识别方法的基础上，开发出一个可训练的手势识别器，尝试采用多种机器学习方法对笔式手势进行识别，以解决现有手势识别算法识别精度不高和用户适应性不强等缺点。深入研究和实现了笔式用户界面环境下针对草图修改的多种基于手势的编辑算法，如对象选择、复制、移动、旋转等，解决了现有CAD系统图形编辑过程繁琐、费时等缺点。3．提出了一种基于草绘笔划的概念模型创建方法，模仿传统的纸笔草绘交互设计方式，利用意图捕捉机制揣测用户的设计意图，将基于Parasolid创建Sweep特征的核心算法应用到产品概念设计过程中，并通过引入特征切削及添加操作自动判别机制由简单的产品模型构造出复杂模型，最后给出了一些关键算法的实现过程。相对于现有的草绘建模方法，该方法具有建模过程简单，建模效率高，建模范围广等优点，能够允许用户直接在概念模型表面上草绘截面笔划和轨迹笔划构造概念模型。尝试实现了两种基于手势的模型编辑操作。4．采用面向对象的设计方法，结合本文所提出的算法，开发实现了面向二维工程草图设计与编辑的草绘设计系统Sketch2D和面向产品概念模型快速表达的草绘建模系统Sketch3D。它们是本文相关草绘设计思想和方法的应用和验证。针对二维草绘设计系统Sketch2D，本文给出了其基本体系结构和基本数据模型，实现了在线识别技术与手势编辑方法，允许用户通过简单的笔式草绘技术勾画概念草图，并进行快速编辑，避免繁琐的菜单操作等，然后与现有的CAD系统及原有的计算机辅助草绘系统进行了综合比较，体现出系统的优越之处。针对叁维草绘建模系统Sketch3D，同样给出了其基本体系结构及其主要功能，并和目前流行的叁维CAD系统及现有的一些叁维草绘设计系统进行了比较，总结出其主要优缺点。
柯小甜[10]2016年在《面向草绘的机构方案分析评价方法研究》文中研究说明概念设计在产品设计中的作用越来越重要。但在概念设计阶段的信息通常是不完整或不精确的,这给设计创新提供了空间,同时也给设计自动化带来巨大的挑战。设计师手绘草图直接与计算机进行交互的设计方式,构造了新型的支持创新过程的设计系统,在新产品的设计或创新活动过程中具有重要意义。将手绘草图识别技术和机构运动分析相结合,构建面向草绘的机构设计与评价分析的技术体系。为此,研究了基于电磁感应式手绘板的数据采集机理,构建草图设计环境,实现机构设计草图的输入。结合最小距离法和角度变化法,实现了机构草图的图元分割。通过建立机构图形模板库,利用结构模式识别方法识别机构以及构件形状,完成工程语义映射,进而实现机构设计的数字化表达,为建立机构的叁维实体分析模型打下基础。研究选用ADAMS工具软件作为机构动力学分析和运动分析的支撑平台,分析建立机构草图与ADAMS软件参数化建模模块的信息传递机制,从而实现对机构设计方案的合理性评价。以曲柄滑块机构和四连杆机构为测试算例,在论文研究建立的数字化设计环境支撑下,完成了机构的草绘设计和分析评价,获得了机构的运动参数,也验证了论文研究技术方案的正确性。论文研究结论对于数字化机构创新设计具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]. 面向产品概念设计的智能草图研究[D]. 宋保华. 西北工业大学. 2003
[2]. 计算机辅助概念设计在客车设计中的应用研究[D]. 陈辉. 南京林业大学. 2008
[3]. 面向产品概念设计草图的笔触语义研究与应用[D]. 唐磊. 江苏大学. 2008
[4]. 计算机支持的智能草图技术研究及实现[J]. 宋保华, 杨海成, 陆继翔, 陆长德. 计算机工程与应用. 2003
[5]. 计算机辅助草图设计技术研究现状与展望[J]. 孙守迁, 孙凌云. 中国机械工程. 2006
[6]. 面向产品概念设计的叁维草图技术研究[D]. 张立珊. 浙江大学. 2006
[7]. 基于工程图的智能草图系统开发[D]. 倪冬. 合肥工业大学. 2014
[8]. 面向概念设计的机构草图识别研究[D]. 季海峰. 西南交通大学. 2016
[9]. 面向概念表达的计算机辅助草绘设计关键技术研究[D]. 方贵盛. 浙江大学. 2007
[10]. 面向草绘的机构方案分析评价方法研究[D]. 柯小甜. 西南交通大学. 2016
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