一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法技术

本发明专利技术公开了一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法，该方法包括如下步骤：1.建立规则多面体镶嵌数据库；2.选择镶嵌类型，生成大范围空间组合体；3.确定所需形体轮廓，置入组合体；4.调节组合体的尺度；5.用“表面定距法”控制周期性；6.调节形体轮廓的角度和位置，对组合体进行剖切，生成三维形体；7.重复步骤2‑6，直至获得的形体数量达到要求；8.输出所有生成的三维形体，以供选择。本发明专利技术只需输入镶嵌类型、形体轮廓、剖切角度与位置，即可高效生成多种三维形体，其表面图案的周期性可控，图案在形体转折处保持连续。本发明专利技术适用于建筑设计、装饰设计、包装设计、工艺品设计等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建筑设计和装饰设计领域的、具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法，特别涉及一种基于规则多面体镶嵌剖切法的、具有连续性表面图案且复杂性可控的三维形体生成方法。
技术介绍
复杂性、整体性设计是当代设计美学的趋势之一。在建筑设计、装饰设计、包装设计等领域，经常遇到如何让各个面的装饰图案既有所不同、又能在形体转折处保持连续以获得整体感的问题。在具备图案复杂性的同时，从经济合理角度又希望基本单元类型不要过多，以利于模件化制作，合理控制成本。对于这种带有复杂图案的形体设计，常见的基于二维平面的图案设计往往力不从心。少数极为简单的图案如正方形、正三角形的网格可以通过类似“折纸”的方法获得三维形体上的图案连续对位，但其表面图案规则，视觉效果比较单一。也就是说在三维形体的表面图案设计上，复杂性和整体性存在一定的矛盾，复杂性越高，越难以获得整体性。因此，设计领域亟待一种操作简便、能够高效输出多种形体以满足上述需要的生成方法。
技术实现思路
本专利技术针对以上需求，提供一种在计算机辅助下能够快速输出多种三维形体、其表面图案在形体转折处保持连续且复杂性可控的生成方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法的实施例，该方法包括以下步骤：(1)基于镶嵌几何原理，输入28种规则凸多面体组合镶嵌模式，建立代号为1-28的规则多面体镶嵌模型数据库；(2)选择一种规则多面体镶嵌模式，并通过单元平移复制形成大范围的空间组合体；(3)确定所需三维形体的轮廓尺寸，将轮廓放入组合体中；(4)根据设计对图案尺度的需要，输入调节比例，调节组合体的尺度大小；(5)用“表面定距法”控制周期性；(6)根据基础剖切面，调节形体轮廓的角度与位置，对组合体进行剖切，生成三维形体并储存；(7)根据需要，重复步骤(2)至步骤(6)，直至储存的形体数量达到要求；(8)输出所有生成的三维形体，根据设计需要，从中选择一种或几种三维形体作为最终的设计方案；输出最终方案及其相关统计信息。进一步地，所述步骤(4)具体为：根据设计所需，以参数定义需要进行设计的三维形体的边界；如所需三维形体为长方体，则定义长方体的一个顶点坐标、长、宽及高度；如所需三维形体为不规则形态，则定义不规则形体的顶点坐标；根据输入的参数确定各个外表面，围合形成一个多面体外轮廓。进一步地，所述步骤(5)具体为：用“表面定距法”确定剖切角度，控制生成形体的周期性；“表面定距法”具体有以下步骤：以组合体形体转折位置的某个表面顶点为原点P1，在组合体表面另外选取两个与原点性质全等的表面顶点P2，P3(平移后这些顶点处所汇集的棱线能够完全重合)，同时P2，P3与原点的连线不经过其他性质全等的顶点，并保证这三点不共线；以这三个点形成的平面作为基础剖切面，所得到的剖面图案具有周期性，所选两个点与原点连线的长度即图案在两个方向上的周期长度。进一步地，所述步骤(6)具体为：根据步骤(5)确定的基础剖切面，调节形体轮廓的角度和位置，使其主要表面与基础剖切面平行；对组合体和形体轮廓进行布尔运算(即剖切)，通过运算去除边界以外的部分，生成三维形体；储存生成的三维形体。本专利技术的有益效果是，本专利技术相对于现有技术，只需输入多面体镶嵌模式以及设计所需三维形体的轮廓尺寸，选择剖切平面的角度与位置，即可利用计算机程序快速生成多种具有周期性(复杂性)且形式新颖的三维形体。因为是从可无限大的空间镶嵌网格系统中切出有限的形体，因此生成三维形体的表面图案保持整体连续性；因所选镶嵌模式为规则多面体镶嵌，剖切得到的表面图案具有或长或短的周期性，周期越长图案越复杂；其周期性可以通过“表面定距法”控制，易于获得兼具复杂性和整体性的三维形体。该方法操作简便，生成效率高，可以运用于建筑设计、装饰设计、包装设计、工艺品设计等领域。附图说明图1为本专利技术所述一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法实施例的流程图；图2为28种规则凸多面体镶嵌模式；图3为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第一实施方式的“表面定距法”示意图；图4为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第一实施方式生成的5种生成结果；图5为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第一实施方式最终得到的三维形体示意图；图6为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第二实施方式最终得到的三维形体示意图；图7为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第三实施方式最终得到的三维形体示意图；图8为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第四实施方式确定的三维形体的轮廓；图9为本专利技术所述具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法第四实施方式最终得到的三维形体示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。实施例一本实施例基于本专利技术提供的方法，在限定范围内生成具有连续性和复杂性表面图案的包装盒设计方案。具体包括如下步骤：1、基于镶嵌几何原理，建立规则多面体镶嵌模式的数据库规则多面体一般是指各个面都是正多边形，且各个多面角均相等的凸多面体。规则凸多面体之间相互组合进行无缝填充，称为规则凸多面体镶嵌。理论上这些镶嵌模式都能够通过单元的平移复制，填充满整个三维空间。几何学中可以完成镶嵌的13种规则凸多面体包括3种正多面体(含立方体)、6种阿基米德多面体和4种正棱柱(不含立方体)。以上规则凸多面体共有28种组合镶嵌模式，如图2所示。输入28种规则凸多面体镶嵌模式，建立代号为1-28的模型数据库(表1)。为方便计算，将其中的规则多面体的棱长均定义为1000mm。表12、选择镶嵌类型，生成大范围空间组合体针对图2中的28种规则多面体镶嵌进行剖切，几乎可以得到无限多种复杂程度各异的三维形体。本实施例中选择表1中第2种模式作为示范，输入代号2。同时通过单元的平移复制形成大范围的空间组合体。3、确定所需三维形体的轮廓尺寸，将轮廓放入组合体中以参数定义实际所需的三维形体边界。本实施例中，输入顶点坐标(0,0,0)、长600mm、宽300mm、高200mm这些信息，生成长方体。将确定的轮廓放入所选的镶嵌模式中。4、根据设计对图案尺度的需要，调节空间组合体的尺度大小根据实际设计需要调节图形单元尺度，计算空间组合体需要放大或缩小的比例输入调节比例得到所需实际大小的空间组合体。本实施例中，取0.04。5、用“表面定距法”控制周期性规则多面体镶嵌模式的顶点分布是高度有序的。根据其顶点分布的有序性，通过镶嵌模式表面上那些性质全等的顶点(平移后这些顶点处所汇集的棱线能够完全重合)来确定剖面位置和角度，以控制所得剖面的周期性——称为“表面定距法”。图3为“表面定距法”的示意图，具体步骤如下：首先选定组合体形体转折位置的某个表面顶点作为原点P1，在前视图中选取与原点性质全等的表面顶点P2(与原点的连线不经过其他性质全等的顶点)，P1与P2的连线长度记为L1；用同样的方法，选取侧视图上另一表面顶点P3，P1与P3的连线长度记为L2。以这三个点形成的平面作为基础平面，剖切选定的组合体，所得到的剖面图案具有周期性，L1和L2即图案在两个方向上的周期长度。在本实施例中，输入P1，P2，P3的坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法，其特征在于，通过对规则多面体镶嵌模式的剖切能够快速生成多种形体，包括如下步骤：(1)基于镶嵌几何原理，输入28种规则凸多面体组合镶嵌模式，建立代号为1‑28的规则多面体镶嵌模型数据库；(2)选择一种规则多面体镶嵌模式，并通过单元平移复制形成大范围的空间组合体；(3)确定所需三维形体的轮廓尺寸，将轮廓放入组合体中；(4)根据设计对图案尺度的需要，输入调节比例，调节组合体的尺度大小；(5)用“表面定距法”控制周期性；(6)根据基础剖切面，调节形体轮廓的角度与位置，对组合体进行剖切，生成三维形体并储存；(7)根据需要，重复步骤(2)至步骤(6)，直至储存的形体数量达到要求；(8)输出所有生成的三维形体，根据设计需要，从中选择一种或几种三维形体作为最终的设计方案；输出最终方案及其相关统计信息。

【技术特征摘要】
1.一种具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法，其特征在于，通过对规则多面体镶嵌模式的剖切能够快速生成多种形体，包括如下步骤：(1)基于镶嵌几何原理，输入28种规则凸多面体组合镶嵌模式，建立代号为1-28的规则多面体镶嵌模型数据库；(2)选择一种规则多面体镶嵌模式，并通过单元平移复制形成大范围的空间组合体；(3)确定所需三维形体的轮廓尺寸，将轮廓放入组合体中；(4)根据设计对图案尺度的需要，输入调节比例，调节组合体的尺度大小；(5)用“表面定距法”控制周期性；(6)根据基础剖切面，调节形体轮廓的角度与位置，对组合体进行剖切，生成三维形体并储存；(7)根据需要，重复步骤(2)至步骤(6)，直至储存的形体数量达到要求；(8)输出所有生成的三维形体，根据设计需要，从中选择一种或几种三维形体作为最终的设计方案；输出最终方案及其相关统计信息。2.根据权利要求1所述的具有连续性和周期性表面图案的三维形体生成方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：根据设计所需，以参数定义需要进行设计的三维形体的边界；如所需三维形体为长方体，则定义长方体的一个顶点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，王蓉蓉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33