一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化系统及方法，属于陶瓷设计的技术领域。包括：基于分解式的几何约束，对产品辅助设计采用增量式的几何约束公式进行求解，构建几何特征模型；获取产品器形特征和产品纹饰特征，基于几何特征模型的拟合曲面，构建用于融合产品器形特征和产品纹饰特征的融合模型；结合几何特征模型和融合模型，创建数据模型将产品以三维可视化的形式展示并分析。本发明专利技术提高了几何约束系统的独立性与可交互性，即便于设计师进行针对性修改又减少了计算的响应时间，有效提升了陶瓷产品设计效率。有效提升了陶瓷产品设计效率。有效提升了陶瓷产品设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化系统及方法


[0001]本专利技术属于陶瓷设计的
，特别是涉及一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化系统及方法。

技术介绍

[0002]目前我国艺术陶瓷、日用陶瓷等连续10年陶瓷产量居全球第一位，出口销量也是多年来名列世界首位。随着设计、制造技术的不断进步，我国陶瓷产品在设计、制造方面也有了长足的发展。
[0003]但是在陶瓷产业转向现代化设计时却存在以下问题：缺乏面向陶瓷产品制造的直观可视化分析手段。主要考虑到以下几个因素：在陶瓷产品设计中，各个独立特征通常以空间中的点、曲线或曲面等几何元素间的角度、距离和各种几何约束关系表示，故影响因子较多，设计师在修改时需要对以上几何约束需要全部重新计算修改，设计效率大大降低；在实际设计中，陶瓷产品器型设计存在多样性，因此设计建模时会出极点连续性、边界不兼容条件等高质量几何造型难题，从而降低了建模质量，直接影响到陶瓷产品器型的设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，提供了一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化系统及方法。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，包括以下步骤：
[0006]基于分解式的几何约束，对产品辅助设计采用增量式的几何约束公式进行求解，构建几何特征模型；
[0007]获取产品器形特征和产品纹饰特征，基于几何特征模型，构建用于融合产品器形特征和产品纹饰特征的融合模型；
[0008]结合几何特征模型和融合模型，创建数据模型将产品以三维可视化的形式展示并分析。
[0009]在进一步的实施例中，构建几何特征模型具体包括以下流程：
[0010]采用几何推导获得最优的相对坐标，利用双连通图的性质，将产品设计的几何约束图分解为独立的可分割求解的多个子图；
[0011]定义每个子图中的几何元素为基本几何约束，其中一个子图对应的基本几何约束发生变化时，基于几何约束公式更新所在的几何特征模型。
[0012]另Ai为几何特征中的第i个零件的姿态矩阵，则有正交条件：AiAi
T
＝I，两边取变分，则有：δAiAi
T
＝
‑
AiδAi
T
，式中，δAiAi
T
为反对称矩阵；δ为矩阵系数。
[0013]虚转动被定义为满足：为矩阵排列；I为单位矩阵
[0014]另Pi＝[e
0i e
1i e
2i e
3i
]T
为几何特征中第i个零件的欧拉参数，e
i
为第i个零件的向量。其中，e0＝[e
1i e
2i e
3i
]T
，和和Ai则表示
为Ai＝EiGi
T
，为矩阵的特征向量，e
0i e
1i e
2i e
3i
分别为特征向量。代入以上变分公式，正交条件将被破坏，给定函数其中为第i
k
个零件的刚体坐标系原点在全局坐标系中的偏移，0＜k≤M；为固定在第i
k
个零件上的向量。
[0015]通过采用上述技术方案：通过子图的广度遍历以更新几何刚性变换，以简化其他双连通图的几何约束求解步骤。有效对几何进行求解，并可与现有数值迭代方法有效整合，有助于提升方法的求解效率。
[0016]在进一步的实施例中，基于几何约束公式构建关于欧拉参数的非递归形式和递归形式的Jacobian矩阵，适用于任何运动副。非递归形式中选用欧拉参数或者欧拉角作为自变量来表示每个零件的姿态矩阵；递归表示中则将几何问题转化为运动学中的机构问题，利用广义坐标来递归的表示约束方程。
[0017]进一步表示为：非递归形式：
[0018]对任意向量其变分公式为：
[0019][0020]其中，u为预设矩阵，为预设矩阵的特征值。
[0021]则有，
[0022]故f在递归形式下的一阶导数为：
[0023][0024]在进一步的实施例中，所述产品器形特征的获取至少包括以下方面：基于曲面不兼容条件的产品器形插值构造、曲率连续性的极点曲面的产品器形构造、基于单调正则曲变节点样条曲面的产品器形构造、多分辨率网格的B样条的产品器形构造以及陶瓷产品网格模型的四边形布局自动提取。
[0025]进一步表示为：对于p阶输入曲线，利用包含四个退化角点的(2(p+2)，2 (p+2))阶多项式样条曲面进行插值，以满足G1连续的p阶多项式样条曲面的不兼容边界条件。对所有输入曲线进行重参数化，以此使其在端点的导数精确为 0，对于输入曲线C(t)，假设τ2＝t，t为参数，则其重参数化过程表示为在此定义：由于故重参数化过程将提升输入曲线的度。为使重参数化过程是曲线两端点导数精确为零，本专利技术将原有多项式样条曲线分成两部分，并分别应用以上重参数化方法，将两端曲线结合获得最后的结果曲线。
[0026]通过新月形函数调整各曲线跨界导矢的模，由此保证导矢曲线在节点的值为零，
即因此本实施例对于所有跨界导矢曲线乘以权值函数λ(t)，即其中λ(0)＝λ(1)＝0。为了保证λ(t)不是零值函数，λ(t)的度数要至少为2，在本实施例中选取二次多项式函数λ(t)＝2λ(1
‑
λ)。该权值函数将使跨界导矢曲线的度提升一倍，基于上述描述，上述两个步骤表示为：其中，为输入的跨界导矢，为调整后的结果，重参数的过程由σ表示，保证保证曲线在除端点外的边界上满足G1的连续性。
[0027]通过以上方法克服在切向及扭曲相容性的不兼容问题，适合与没有约束的各类输入。该方法实现简单，并未包含任何迭代及大型的矩阵运算。
[0028]曲率连续性的极点曲面的产品器形构造：对任意的NURBS曲面S(u，v)，对于所有有效的u都有等参曲线S(u，0)＝P0。对于点S(u，0)，其G1连续性需要满足：所有导矢T＝αD
u
+βD
v
在极点切平面τ上，α、β为预定参数。因此就存在一个单位向量N满足T
·
N＝0，由于P[*，0]收敛于P0，所以根据边界的可导公式有D
u
≡D
uu
≡0，可获得如下的G1连续的充分要条件：
[0029]极点NURBS曲面S(u，v)在极点G1连续，当且仅当其控制点P[i，0]和P[i， 1]对于所有有效i共面。在此基础上，可以推出其曲率连续的充分必要条件。
[0030]进一步的实施例中，所述产品纹饰特征的获取至少包括以下流程：
[0031]为了求解包含给定曲线并经过所有目标点的曲线问题，
[0032]利用曲线松弛算法从原始的B样条曲线中获取均匀的B样条曲线段，并逐步地延展每个曲线段保证其经过多个目标点；针对目标曲线，本实施例构造了与其共享边界的曲线的均匀B样条曲线，然后在延本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：基于分解式的几何约束，对产品辅助设计采用增量式的几何约束公式进行求解，构建几何特征模型；获取产品器形特征和产品纹饰特征，基于几何特征模型的拟合曲面，构建用于融合产品器形特征和产品纹饰特征的融合模型；结合几何特征模型和融合模型，创建数据模型将产品以三维可视化的形式展示并分析。2.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，其特征在于，构建几何特征模型具体包括以下流程：采用几何推导获得最优的相对坐标，利用双连通图的性质，将产品设计的几何约束图分解为独立的可分割求解的多个子图；定义每个子图中的几何元素为基本几何约束，其中一个子图对应的基本几何约束发生变化时，基于几何约束公式更新所在的几何特征模型。3.根据权利要求2所述的一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，其特征在于，基于几何约束公式构建关于欧拉参数的非递归形式和递归形式的Jacobian 矩阵，适用于任何运动副。4.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，其特征在于，所述产品器形特征的获取至少包括以下方面：基于曲面不兼容条件的产品器形插值构造、曲率连续性的极点曲面的产品器形构造、基于单调正则曲变节点样条曲面的产品器形构造、多分辨率网格的 B 样条的产品器形构造以及陶瓷产品网格模型的四边形布局自动提取。5.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷产品的三维辅助设计与可视化方法，其特征在于，所述产品纹饰特征的获取至少包括以下流程：利用曲线松弛算法从原始的B样条曲线中获取均匀的B样条曲线段，并逐步地延展每个曲线段保证其经过多个目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：易均，古和今，李晖，张安安，于一尊，
申请(专利权)人：江西省科学院，
类型：发明
国别省市：