基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法，包括：建立平面均匀镶嵌图形数据库；选取其中一种镶嵌模式，输入所需任意大小的图形范围，命名为图形A；作所述图形A的对偶镶嵌，提取对偶镶嵌的基本单元B；调整所述基本单元B的各边长，得到环B

【技术实现步骤摘要】
基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法


[0001]本申请涉及平面可展开结构生成
，尤其涉及一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法。

技术介绍

[0002]可动结构在建筑与装饰设计、机械设计、舞台设计、产品设计等领域有广泛的应用。目前国内外常见的可动结构多采用三维折叠或者三维旋转的方式，通过每个构件在空间中的折叠或旋转形成动态变化。例如在可动建筑幕墙或吊顶中，采用分布式驱动机构使大量小型部件独立旋转，获得幕墙的整体开合效果。
[0003]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0004]三维可动方式通常占用空间大、结构比较复杂，所需驱动机构多，消耗能源较大，建造和运营成本高，而稳定性相对较低的问题，以及设计仅局限于少数类型，不具有普适性和系统性等问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请实施例的目的是提供一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法，以解决相关技术中存在的不足。
[0006]根据本申请实施例，提供一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法，该方法包括如下步骤：
[0007]建立平面均匀镶嵌图形数据库，所述平面均匀镶嵌图形数据库中包含多种镶嵌模式；
[0008]选取其中一种镶嵌模式，输入所需任意大小的图形范围，命名为图形A；
[0009]作所述图形A的对偶镶嵌，提取对偶镶嵌的基本单元B；
[0010]调整所述基本单元B的各边长，得到环B
’
；
[0011]依次将所述图形A中的原正多边形添加至所述环B
’
对应的角点上；
[0012]在所述环B
’
内部依次连接各正多边形的顶点，构成新的多边形C，并在顶点与周围的正多边形铰接，获得可展结构单元；
[0013]将所述可展结构单元通过平移复制铺满所需范围，输出整体结构。
[0014]进一步地，选取其中一种镶嵌模式，输入所需任意大小的图形范围，命名为图形A，包括：
[0015]选取一种镶嵌模式；
[0016]根据设计展开的范围和需要的单元数量，输入相应的参数；
[0017]如设计所需范围近似圆形，则定义半径覆盖范围内的单元数量；
[0018]如设计所需范围近似矩形，则定义水平和垂直方向的单元数量。
[0019]进一步地，作所述图形A的对偶镶嵌，提取对偶镶嵌的基本单元B，包括：
[0020]将相邻图形单元的形心连起来，一个形心只与它相邻的两个图形单元的形心相
连，所形成的图形即图形A的对偶镶嵌，取对偶镶嵌中最小的重复单元，记为基本单元B。
[0021]进一步地，调整所述基本单元B的各边长，得到环B
’
，包括：
[0022]将所述基本单元B的每条边的方向保持不变，采用比例大于1的等比放大，长度调整后形成一个闭合的环B
’
。
[0023]进一步地，依次将所述图形A中的原正多边形添加至所述环B
’
对应的角点上，包括：
[0024]提取所述基本单元B对应的所有原镶嵌多边形，按顺序依次记为图块1、图块2、图块3
……
，将各图块平移复制到环B
’
的对应角点处，形心与角点重合。
[0025]进一步地，将所述可展结构单元通过平移复制铺满所需范围，输出整体结构，包括：
[0026]根据均匀镶嵌的平移对称性，对已获得的可展结构单元进行平移复制，铺满所需要的范围，得到最终的平面可展结构并输出。
[0027]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0028]本方法采用了平面方向旋转展开的设计思路，并依据几何学上的镶嵌原理和对偶原理，获得了具有创新性和体系性的可动结构生成方法。镶嵌原理揭示了所有由正多边形构成的均匀镶嵌模式，而对偶原理揭示了图形在位移前后的相对位置关系。本方法以均匀镶嵌为原型生成平面可展结构，利于克服目前可动设计方面比较突出的技术问题：(1)三维旋转或折叠带来的占用空间大、机构复杂、能耗高、造价高、稳定性较低等问题；(2)设计仅局限于少数类型，不具有普适性和系统性等问题。
[0029]本申请实施例基于几何学中均匀镶嵌和对偶原理，提出基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法。应用该方法能快速生成多种形态的平面可展结构，每种结构的面片构件之间采用简单铰接并产生联动，可以在较小驱动力下整体旋转展开。与三维可动结构相比，平面可展结构具有成本低、占据厚度小、结构简单、稳定性强的特点，在实践中有突出的应用优势。
[0030]由正多边形构成的均匀镶嵌是最常见的几何图形模式，在各类设计工作中的应用也最普遍。本设计方法基于均匀镶嵌生成可展结构，具有良好的普适性和实践应用价值。此方法适用于大多数平面均匀镶嵌图案，成果可用于建筑与装饰设计、机械设计、家具设计、工业产品设计、动态标识设计、材料微观结构设计等领域。
[0031]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0032]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展结构系统性生成方法的流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的11种单交点1阶平面均匀镶嵌；
[0035]图3为本专利技术实施例一提供的选取的图形A、图形A的对偶镶嵌与对偶镶嵌的基本单元B；
[0036]图4为本专利技术实施例一提供的添加图块至图形B对应的角点处；
[0037]图5为本专利技术实施例一提供的生成的平面可展结构闭合态与完全展开态；
[0038]图6为本专利技术实施例二提供的(3,12,12)镶嵌模式生成的平面可展结构闭合态与完全展开态；
[0039]图7为本专利技术实施例二提供的生成的可动建筑表皮的展开态与闭合态效果图。
具体实施方式
[0040]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0041]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0042]图1为本专利技术实施例提供的一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展结构系统性生成方法的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于均匀镶嵌加铰接面的平面可展开结构的系统性生成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：建立平面均匀镶嵌图形数据库，所述平面均匀镶嵌图形数据库中包含多种镶嵌模式；选取其中一种镶嵌模式，输入所需任意大小的图形范围，命名为图形A；作所述图形A的对偶镶嵌，提取对偶镶嵌的基本单元B；调整所述基本单元B的各边长，得到环B
’
；依次将所述图形A中的原正多边形添加至所述环B
’
对应的角点上；在所述环B
’
内部依次连接各正多边形的顶点，构成新的多边形C，并在顶点与周围的正多边形铰接，获得可展结构单元；将所述可展结构单元通过平移复制铺满所需范围，输出整体结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立平面均匀镶嵌图形数据库，包括：输入平面均匀镶嵌模式，并编号，获得数据库。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取其中一种镶嵌模式，输入所需任意大小的图形范围，命名为图形A，包括：选取一种镶嵌模式；根据设计展开的范围和需要的单元数量，输入相应的参数；如设计所需范围近似圆形，则定义半径覆盖范围内的单元数量；如设计所需范围近似矩形，则定义水平和垂直方向的单元数量。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，王蓉蓉，丁一，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：