一种数字纸张纤维网络结构的生成方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种数字纸张纤维网络结构的生成方法及其应用，其特征是按如下步骤进行：1建立数字纸张纤维网络空间；2定义单根纤维和数字纸张纤维网络结构；3在数字纸张纤维网络空间的上表面生成位置、方向和长度服从随机分布的单根纤维；4利用粒子沉淀规则判断单根纤维是否允许沉淀到所在的切面上；5在单根纤维所在的切面中计算单根纤维的底层纤维在Z轴方向上的形变；6完成所有单根纤维的生成和形变从而完成数字纸张纤维网络结构的生成。本发明专利技术能赋予数字纸张以三维纤维网络结构，为数字纸张展现与纸张相同的墨水表达效果和手写力表达效果提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种数字纸张纤维网络结构的生成方法及其应用
本专利技术涉及计算机信息领域，特别涉及一种数字纸张纤维网络结构的生成方法及其应用。
技术介绍
纸张是由不规则纤维随机分布形成的三维纤维网络，该三维纤维网络具有“整体一致，局部随机”的特点，纤维之间交织交错形成了纤维交叉点和纤维间空隙，纤维交叉点对墨水具有吸收作用，纤维间空隙形成了毛细管，毛细管的毛细作用力对墨水具有吸引作用，会把墨水从一个地方带到另一个地方，当墨水中的油墨粒子大小不均匀的时候，大于纤维间空隙的油墨粒子就会被纤维阻挡而形成一个颜色比较深的区域；纸张在垂直方向受到手写力时会发生形变，从而纸张的厚度减小。数字纸张，又称为电子文档，是指通过借助于计算机环境下的软硬件技术，用数字化的方式逐步替代物质纸张的存储、传输、阅读等功能，同时赋予其更强的功能。目前具有代表性的数字纸张有Adobe公司推出的PDF文件和微软公司Office系列，尤其是Office系列中的Word。而对PDF文件和Word文件的使用和研究发现，现有的数字纸张只关注内容的输入、表达和存储，忽略了纸张为纤维网络的根本特点，导致数字纸张不能真实地展现墨水表达和手写力表达。
技术实现思路
本专利技术为解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种数字纸张纤维网络结构的生成方法及其应用，赋予数字纸张以三维纤维网络结构，为数字纸张展现与纸张相同的墨水表达效果和手写力表达效果提供技术支持。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种数字纸张纤维网络结构的生成方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、建立数字纸张纤维网络空间；以三维空间中的任意一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，以所述原点O为起点，分别沿着X轴、Y轴和Z轴的正方向延伸，建立长、宽、高分别为x、y、z的数字纸张纤维网络空间；设定所述数字纸张纤维网络空间的底面为A；所述底面A的Z轴坐标值为0；分别沿着与所述X轴、Y轴和Z轴平行的方向对所述数字纸张纤维网络空间进行均匀分割获得细胞网络，以所述细胞网络中最小单元为一个单位细胞；步骤2、定义单根纤维和数字纸张纤维网络结构假设有f根单根纤维记为L＝{l1,l2,…,lp,…,lf}，p∈(1,f)，lp表示第p根单根纤维；所述单根纤维是由若干个纤维粒子组成，设定所述单根纤维的纤维粒子个数为所述单根纤维在所述数字纸张纤维网络空间中占用的单位细胞的个数；设定所述单根纤维的宽度为一个纤维粒子，厚度为M个纤维粒子，将所述M个纤维粒子厚度的单根纤维分为底层纤维、中层纤维和顶层纤维，定义所述底层纤维和顶层纤维的厚度分别为1个纤维粒子，则所述中层纤维的厚度为M-2个纤维粒子；定义所述低层纤维和顶层纤维中的纤维粒子个数均为n，则中层纤维的粒子个数为(M-2)×n，定义所述单根纤维的长度为n；所述数字纸张纤维网络结构是由f根单根纤维L逐根沿着Z轴负方向沉淀到所述数字纸张纤维网络空间中而形成；定义所述数字纸张纤维网络结构的底面即为数字纸张纤维网络空间的底面A，所述数字纸张纤维网络结构的厚度为f根单根纤维沉淀到所述数字纸张纤维网络空间后沿着Z轴正方向的沉积高度；由所述单根纤维沿着Z轴负方向沉淀对所述数字纸张纤维网络空间进行切割，形成单根纤维所在的切面；所述单根纤维所在的切面的宽度为所述单根纤维的长度n；所述单根纤维所在的切面的高度为所述数字纸张纤维网络空间的高度z；所述单根纤维所在的切面的方向是由所述单根纤维的底层纤维所占用的单位细胞在所述空间直角坐标系O-XYZ中的坐标值获得的；步骤3、令p＝1；步骤4、在所述数字纸张纤维网络空间的上表面生成位置、方向和长度服从随机分布的第p根单根纤维lp；步骤5、利用式(1)所示的粒子沉淀规则判断所述第p根单根纤维lp是否允许沉淀到所在的切面上；若式(1)成立，则表示允许沉淀，并执行步骤6，否则执行步骤4，重新生成第p根单根纤维lp；hp≤α×Hp(1)式(1)中，hp为所述数字纸张纤维网络空间中第p根单根纤维lp所在的切面上所有单根纤维在Z轴方向上沉积高度的平均值；α为常量，α∈[0,1]；Hp为所有p-1根单根纤维沉积到所述数字纸张纤维网络空间中所形成的在Z轴方向上沉积高度的平均值；并有：式(2)中，hi为β点处数字纸张纤维网络结构的高度；所述β点为组成所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子所占用的一个单位细胞在底面A上形成的正投影点；1≤i≤n；式(1)中Hp为：式(3)中，m为所述数字纸张纤维网络结构中上表面的单位细胞的个数，1≤j≤m；Hj为所述数字纸张纤维网络结构中上表面的第j个单位细胞所在位置处的数字纸张纤维网络结构的高度；步骤6、在所述第p根单根纤维lp所在的切面中计算所述第p根单根纤维lp的底层纤维在Z轴方向上的形变；步骤6.1、定义所述第p根单根纤维lp所在的切面中的每个单位细胞的状态为“空”、“形变”或“完成”；“空”以“0”值表征，“形变”以“-1”值表征，“完成”以“p”值表征，所述“空”是指单位细胞处没有纤维粒子，所述“形变”是指所述单位细胞处存在形变中的纤维粒子，所述“完成”是指所述单位细胞处的纤维粒子已经完成形变；步骤6.2、令i＝1；步骤6.3、利用式(4)判断t时刻组成所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子是否允许发生形变，若式(4)成立，表示允许形变，则所述底层纤维中的第i个纤维粒子向Z轴负方向沉淀一个单位细胞的高度；否则，表示不允许形变，则所述底层纤维中的第i个纤维粒子所在的单位细胞保持t时刻的状态；|Zi-Zq|≤F(4)式(4)中，Zi表示所述底层纤维中第i个纤维粒子在所述数字纸张纤维网络空间的Z轴方向上的高度值；Zq表示与所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子相邻的第q个纤维粒子在所述数字纸张纤维网络空间的Z轴方向上的高度值；F为所述第p根单根纤维lp的底层纤维的最大形变量，其取值范围为[1,M)；步骤6.4、将i+1的值赋给i；步骤6.5、判断i≤n是否成立，若成立，则执行步骤6.3；否则将t+1赋值给t，并执行步骤6.2，直到所述第p根单根纤维lp的底层纤维中每个纤维粒子的状态都为“完成”为止，从而完成所述第p根单根纤维的沉淀；步骤7、将p+1的值赋给p；步骤8、判断p≤f是否成立，若成立，则执行步骤4，否则，完成所述数字纸张纤维网络结构的生成。本专利技术一种数字纸张纤维网络结构的属性获取方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、相关属性与存储矩阵的定义设定所述数字纸张纤维网络结构中具有相同X轴坐标和Y轴坐标的单位细胞为测量单位；定义所述数字纸张纤维网络结构与墨水表达的相关属性为：在所述测量单位中单根纤维与其他单根纤维之间的交叉点数目G、所述测量单位与其相邻的其他测量单位之间存在同一根单根纤维的数目R以及在所述测量单位中单根纤维与其他单根纤维之间的空隙数目S；定义所述数字纸张纤维网络结构与手写力表达相关的物理属性为：在所述测量单位中数字纸张纤维网络结构的厚度U；设定存储所述交叉点数目G的矩阵为bondedNum[x][y]；设定与所述测量单位相邻的其他测量单位个数为w；则存储所述同一单根纤维数目R的矩阵为connectingFiberNum[x][y][w]；设定存储所述空隙数目S的矩阵为poreNum[x]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字纸张纤维网络结构的生成方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、建立数字纸张纤维网络空间；以三维空间中的任意一点为原点O，建立空间直角坐标系O‑XYZ，以所述原点O为起点，分别沿着X轴、Y轴和Z轴的正方向延伸，建立长、宽、高分别为x、y、z的数字纸张纤维网络空间；设定所述数字纸张纤维网络空间的底面为A；所述底面A的Z轴坐标值为0；＝分别沿着与所述X轴、Y轴和Z轴平行的方向对所述数字纸张纤维网络空间进行均匀分割获得细胞网络，以所述细胞网络中最小单元为一个单位细胞；步骤2、定义单根纤维和数字纸张纤维网络结构假设有f根单根纤维记为L＝{l1,l2,…,lp,…,lf}，p∈(1,f)，lp表示第p根单根纤维；所述单根纤维是由若干个纤维粒子组成，设定所述单根纤维的纤维粒子个数为所述单根纤维在所述数字纸张纤维网络空间中占用的单位细胞的个数；设定所述单根纤维的宽度为一个纤维粒子，厚度为M个纤维粒子，将所述M个纤维粒子厚度的单根纤维分为底层纤维、中层纤维和顶层纤维，定义所述底层纤维和顶层纤维的厚度分别为1个纤维粒子，则所述中层纤维的厚度为M‑2个纤维粒子；定义所述低层纤维和顶层纤维中的纤维粒子个数均为n，则中层纤维的粒子个数为(M‑2)×n，定义所述单根纤维的长度为n；所述数字纸张纤维网络结构是由f根单根纤维L逐根沿着Z轴负方向沉淀到所述数字纸张纤维网络空间中而形成；定义所述数字纸张纤维网络结构的底面即为数字纸张纤维网络空间的底面A，所述数字纸张纤维网络结构的厚度为f根单根纤维沉淀到所述数字纸张纤维网络空间后沿着Z轴正方向的沉积高度；由所述单根纤维沿着Z轴负方向沉淀对所述数字纸张纤维网络空间进行切割，形成单根纤维所在的切面；所述单根纤维所在的切面的宽度为所述单根纤维的长度n；所述单根纤维所在的切面的高度为所述数字纸张纤维网络空间的高度z；所述单根纤维所在的切面的方向是由所述单根纤维的底层纤维所占用的单位细胞在所述空间直角坐标系O‑XYZ中的坐标值获得的；步骤3、令p＝1；步骤4、在所述数字纸张纤维网络空间的上表面生成位置、方向和长度服从随机分布的第p根单根纤维lp；步骤5、利用式(1)所示的粒子沉淀规则判断所述第p根单根纤维lp是否允许沉淀到所在的切面上；若式(1)成立，则表示允许沉淀，并执行步骤6，否则执行步骤4，重新生成第p根单根纤维lp；hp≤α×Hp       (1)式(1)中，hp为所述数字纸张纤维网络空间中第p根单根纤维lp所在的切面上所有单根纤维在Z轴方向上沉积高度的平均值；α为常量，α∈[0,1]；Hp为所有p‑1根单根纤维沉积到所述数字纸张纤维网络空间中所形成的在Z轴方向上沉积高度的平均值；并有：hp=1n×Σi=1nhi---(2)]]>式(2)中，hi为β点处数字纸张纤维网络结构的高度；所述β点为组成所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子所占用的一个单位细胞在底面A上形成的正投影点；1≤i≤n；式(1)中Hp为：Hp=1m×Σj=1mHj---(3)]]>式(3)中，m为所述数字纸张纤维网络结构中上表面的单位细胞的个数，1≤j≤m；Hj为所述数字纸张纤维网络结构中上表面的第j个单位细胞所在位置处的数字纸张纤维网络结构的高度；步骤6、在所述第p根单根纤维lp所在的切面中计算所述第p根单根纤维lp的底层纤维在Z轴方向上的形变；步骤6.1、定义所述第p根单根纤维lp所在的切面中的每个单位细胞的状态为“空”、“形变”或“完成”；“空”以“0”值表征，“形变”以“‑1”值表征，“完成”以“p”值表征，所述“空”是指单位细胞处没有纤维粒子，所述“形变”是指所述单位细胞处存在形变中的纤维粒子，所述“完成”是指所述单位细胞处的纤维粒子已经完成形变；步骤6.2、令i＝1；步骤6.3、利用式(4)判断t时刻组成所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子是否允许发生形变，若式(4)成立，表示允许形变，则所述底层纤维中的第i个纤维粒子向Z轴负方向沉淀一个单位细胞的高度；否则，表示不允许形变，则所述底层纤维中的第i个纤维粒子所在的单位细胞保持t时刻的状态；|Zi‑Zq|≤F            (4)式(4)中，Zi表示所述底层纤维中第i个纤维粒子在所述数字纸张纤维网络空间的Z轴方向上的高度值；Zq表示与所述第p根单根纤维lp的底层纤维中第i个纤维粒子相邻的第q个纤维粒子在所述数字纸张纤维网络空间的Z轴方向上的高度值；F为所述第p根单根纤维lp的底层纤维的最大形变量，其取值范围为[1,M)；步骤6.4、将i+1的值赋给i；步骤6.5、判断i≤n是否成立，若成立，则执行步骤6.3；否则将t+1赋值给t，并执行步骤6.2，直到所述第p根单根纤维lp的底层纤维中每个纤维粒子的状态...

【技术特征摘要】
1.一种数字纸张纤维网络结构的生成方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、建立数字纸张纤维网络空间；以三维空间中的任意一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，以所述原点O为起点，分别沿着X轴、Y轴和Z轴的正方向延伸，建立长、宽、高分别为x、y、z的数字纸张纤维网络空间；设定所述数字纸张纤维网络空间的底面为A；所述底面A的Z轴坐标值为0；分别沿着与所述X轴、Y轴和Z轴平行的方向对所述数字纸张纤维网络空间进行均匀分割获得细胞网络，以所述细胞网络中最小单元为一个单位细胞；步骤2、定义单根纤维和数字纸张纤维网络结构假设有f根单根纤维记为L＝{l1,l2,…,lp,…,lf}，p∈(1,f)，lp表示第p根单根纤维；所述单根纤维是由若干个纤维粒子组成，设定所述单根纤维的纤维粒子个数为所述单根纤维在所述数字纸张纤维网络空间中占用的单位细胞的个数；设定所述单根纤维的宽度为一个纤维粒子，厚度为M个纤维粒子，将所述M个纤维粒子厚度的单根纤维分为底层纤维、中层纤维和顶层纤维，定义所述底层纤维和顶层纤维的厚度分别为1个纤维粒子，则所述中层纤维的厚度为M-2个纤维粒子；定义所述底层纤维和顶层纤维中的纤维粒子个数均为n，则中层纤维的粒子个数为(M-2)×n，定义所述单根纤维的长度为n；所述数字纸张纤维网络结构是由f根单根纤维L逐根沿着Z轴负方向沉淀到所述数字纸张纤维网络空间中而形成；定义所述数字纸张纤维网络结构的底面即为数字纸张纤维网络空间的底面A，所述数字纸张纤维网络结构的厚度为f根单根纤维沉淀到所述数字纸张纤维网络空间后沿着Z轴正方向的沉积高度；由所述单根纤维沿着Z轴负方向沉淀对所述数字纸张纤维网络空间进行切割，形成单根纤维所在的切面；所述单根纤维所在的切面的宽度为所述单根纤维的长度n；所述单根纤维所在的切面的高度为所述数字纸张纤维网络空间的高度z；所述单根纤维所在的切面的方向是由所述单根纤维的底层纤维所占用的单位细胞在所述空间直角坐标系O-XYZ中的坐标值获得的；步骤3、令p＝1；步骤4、在所述数字纸张纤维网络空间的上表面生成位置、方向和长度服从随机分布的第p根单根纤维lp；步骤5、利用式(1)所示的粒子沉淀规则判断所述第p根单根纤维lp是否允许沉淀到所在的切面上；若式(1)成立，则表示允许沉淀，并执行步骤6，否则执行步骤4，重新生成第p根单根纤维lp；hp≤α×Hp(1)式(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仲城，温国华，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34