基于实体模型的笔交互造型方法研究与实现

论文摘要

造型系统的开发有多种方法。可以在支持脚本语言的CAD系统上进行二次开发，也可以在CAD＼CAM开发平台如ACIS，CAS.CADE和PARASOLID上进行开发，另外可在实体模型的基础上从头开发。但通常，二次开发是为了简化复杂实体的建模过程，在开发平台上开发的软件在使用时需要支付较多的授权使用费。本文主要研究在实体模型基础上开发笔交互CAD的关键技术。 笔交互是一种概念性的交互方式，它不同于当前CAD系统中的交互。传统的交互需要用户手动输入许多参数，适用于精确造型，但其概念设计能力较低：而笔交互只提供一些简单的操作如推、移等，用户可以很方便地勾画出他所想的实体。 在这样的背景下，本文研究了基于实体模型的笔交互造型方法：1，在研究了当前有关概念设计方面的工作的基础上，研究了笔交互以及交互过程出现的不完备性及其消除法；2，研究了在造型系统中进行笔交互的方法，即对交互进行推理，笔输入经过交互推理后，二维的输入能定位到三维空间中的点、线和面；3，由于笔交互的独特性，在造型过程中的一些拓扑结构的变换无法用欧拉操作来完成，因而研究并实现了新的拓扑变换算法，该算法为多项式复杂度，实验证明该算法也是有效的；4，在绘制方面也作了许多工作，实现了模型的真实感绘制。 结合前面的工作，开发了基于半边结构的笔交互三维造型系统Epure，Epure能为精确造型提供概念模型。该系统采用面向对象方式的模块化设计，具有良好的扩展性；在Epure基础上，我们重点研究了半边结构的具体表示对拓扑变化算法复杂度的影响，同时实现了自由曲线的自然表示，并设计了一整套完备的手势库。

论文目录

• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 研究重点
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 半边数据结构（半边结构，HE）介绍
• 2.2 笔交互技术介绍
• 2.2.1 交互的发展
• 2.2.2 笔交互的分类
• 2.2.3 笔交互的构造
• 2.3 削除交互的不完备性
• 2.3.1 不完备性及约束消除法
• 2.3.2 一个实例：根据笔输入的两对角点求解矩形
• 第三章 概念设计CAD系统中的交互推理方法研究
• 3.1 交互的空间及其变换模式
• 3.1.1 交互所用的参考坐标系
• 3.1.2 视图变换方式
• 3.2 交互中的推理
• 3.2.1 推理的分类
• 3.2.2 推理中的一些重要概念
• 3.2.3 点线面的定位方法研究
• 第四章 拓扑变换算法研究与实现
• 4.1 建立在欧拉操作上的CAD系统构架
• 4.1.1 欧拉操作
• 4.1.2 实体模型软件系统的构架
• 4.2 研究的前置条件
• 4.2.1 所采用的笔交互类型
• 4.2.2 造型所需的拓扑变换算法
• 4.2.3 系统构架
• 4.3 一种适合概念设计的拓扑变换算法
• 4.3.1 概念设计CAD系统中采取新的拓扑变换算法必要性
• 4.3.2 图搜索算法的局限性
• 4.3.3 算法实现
• 第五章 CAD系统中的绘制技术
• 5.1 定制绘制辅助类
• 5.1.1 视点坐标系和坐标变换
• 5.1.2 投影变换与视景体
• 5.1.3 视口变换
• 5.1.4 设计照相机类CCamera
• 5.2 模型的绘制
• 5.2.1 绘制实体算法 RenderSolid
• 5.2.2 绘制平面算法 RenderPlane
• 5.3 深度值修正技术
• 第六章 Epure——概念设计系统的设计与实现
• 6.1 开发工具
• 6.1.1 面向对象设计工具 Rational Rose
• 6.1.2 版本控制工具 Visual Sourcesafe
• 6.2 Epure系统的设计
• 6.2.1 Epure系统的运行环境
• 6.2.2 Epure系统的模块设计及工作方式
• 6.3 Epure系统实现要点
• 6.3.1 数据结构的设计
• 6.3.2 在Epure中实现自由曲线的绘制
• 6.3.3 给Epure增加手势
• 6.4 Epure系统运行
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 附录：开发Epure系统的设计视图
• 致谢