编织家居产品的数字化设计技术研究 90页

编织家居产品的数字化设计技术研究作者姓名：王晋指导教师：张露芳第二导师：刘肖健浙江工业大学艺术学院2011年3月 TheResearchofWeaVing0fhouseholdproductdigitaldesigntechnologyCandidate：、ⅣangJinAdVisor：ZhangLufangSecondAdVisor：LiuXiaojianZhejiangUniVersi毋ofTechnologyMarch2011浙江工业大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：弘f7年r月以日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囱。(请在以上相应方框内打“寸’)作者签名：导师签名：日期：ⅥfJ年兰月乙乒日日期：铂，1年)一月1b日名潞驴V 浙江工业大学硕士学位论文编织家居产品的数字化设计技术研究摘要本论文针对编织结构类产品更新换代缓慢，造型建模费时费力且不准确，现代设计思想介入不足等问题，开发了编织产品参数化建模插件。该参数化建模插件主要包括编织结构基本曲面表面细分、编织结构节点映射及三维模型的生成、编织产品备料计算三个部分。编织结构基本曲面表面细分是所有编织结构实现其在曲面表面均匀分布的基础，是对整个编织基本面做进一步的处理，平均编织基本面内结构线的分布。用户指定挑选基本编织曲面后，该部分插件程序自动对选取曲面进行操作，删除原始曲面，以新的均匀曲面代替。编织结构节点映射及三维模型的生成是本论文的主体部分，是构建从参数数据到刚性曲面表面编织结构节点位置的一一映射关系。参数数据主要是通过对EXcel单元格参数的读取，包括编织结构节点的起伏次序即编织纹样图案、编织纤维的截面形状、半径或者宽度、厚度、色彩。该部分插件程序在读取以上参数信息后，通过两次映射自动实现Excel单元格相应参数与编织纤维的一一对应，并自动生成编织纤维模型。编织产品备料计算是为用户提供编织产品做工用料的精确数据。该部分插件程序可以在进行编织结构模型生成的过程中，测量编织表面所用编织材料的多少，记录每一条编织纤维的各项参数数据，写入Excel相应的单元格。本论文基于三维建模软件Rhino这一应用平台，利用其二次开发程序接口RhinoScript，以VB为开发语言，依托Excel数据表格实现了该参数化建模插件的主要功能。可以帮助编织产业实现产品自动精确快速地建模，从而解放设计师使其设计工作仅为编织产品模型的大样设计。关键词：工业设计，家居产品，编织结构，编织纹样，RhinoScript，二次开发 浙江工业大学硕士学位论文TheResearch0fWbaVing0fhouseholdproductdigitaldesigntechnologyABSTRACTThethcsisaimst0renewweaVcs们Jctllreproductsslowly"notonlyt砬candmaterialw嬲tebutincon℃c纽ess，锄dmodemdesi弘t110u曲tinterv锄tionsuchproblems，devel叩edl(Ilittingproductsofparamete打zedtheplug-inofmodeling．Tbjsplu哥inbasicallyincludeStamngs饥lctureb鹊iccuⅣed舳cesubdiVision，weavings衄lcturenodemappingandthegenerationof3Dmodel，weaVingproductpreparationcalculation．Sta行_mgstllJctureb髂icc1ⅡVedsurfacesubdiVisionisthebaSicofallweaVestmcturcachieVet0eVenlydistributedmsu时砬e，istotheweaVing如nd锄entalsd0缸nllerprocessing，aVerage也eweavingwitIlintlledistributionofs衄lcturallinefIlndamentaIs．User印pointst0choosetheb商cl【nittingsurface，andaf暗tllep砒intheselectionofsllrfkeplu哥insisautomaticoperation，m锄delctCthcorigiIlalsurfke，wi也anewunifomsurfkeinstead．WeaVings伽lctllrenodemappingandthegenerationof3Darethemainbodypart；itist0constllJctmeparameters讹t0weaVe蚰mcturenodelocationsu恼ceone-t0一oncmappingrelationship．p锄eterdataismainlythroughExcelt0readcellpar踟eters，whichincluding也eups锄ddo、Ⅳ粥ofweavestrIlc嘶nodematmeansweaVepatt咖desi伊，ordcrthecross—sectionshape锄dwow：flfibersradiusorwidth，miclcllessandcolors．ARerreadingthea：boVepar锄etersin也ispartofmeplug—in，mroughtwomappinginfomationautomaticallyEXcelccllcon．espondingp猢eters觚dweaVing硒eronc—to—one，锄ditautomaticallygcncraJtcwovenfibersmodel．Weavingproductpreparationcalculatingist0providcusersweaVingprodllctswofkswithmakingsaccurate胁．Thispartof也eplug-incaninweavingstnlcturemodelgeneratedprocess，me嬲血nghownmchhi仕ingsurf．acelmitmatedalllsed，recordingeve巧awovcn肋ersinto 浙江工业大学硕士学位论文variouspa“uneter(1a诅corrcspondingceUExcd．Tlleessayisbased0n3Dmodelingso腑areRhinoad；lpttotbisapplicationpla仃。册，uSingsecon出吖developmentprogr锄illterf：犯eforRhinoScripttoVB嬲alanguage，rel)ringExceldataonrealizing也emain劬ctionof也eplug-inpamIIleter娩edmodeling．Itcanhelprealizetheknittingindust呵productautomatically，andprecisequicklymodelingworkma_kesitsdesignliberationdesi驴erforweaVingproductmodelonlyenomousdesi班．KeyWbrds：mdustrialDesi弘，HouscholdProducts，WbaVeS仃ucture，W色avePattem，砒LinoS嘶pt，Seconda搿DeVelopm饥t!td■， 浙江工业大学硕士学位论文摘要⋯⋯⋯第1章绪论目录1．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71．2研究目标与研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81．2．1研究目标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81．2．2研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9l-3项目支持⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．91．4论文结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9第2章文献综述与研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．1编织产品研发现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．2CAD／CAID技术研发现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．1商业通用三维软件研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．122．2．2Rhino二次开发技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．3技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯152．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16第3章基本编织结构的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．1基本编织结构概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．173．2基本编织结构的建模原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．173．3交错起伏形态的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．183．3．1编织结构及其参数化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．3．2编织结构向曲面的映射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．4编织纤维截面形态参数化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．223．4．1圆形截面参数化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．223．4．2矩形截面参数化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一233．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25第4章编织表面曲面细分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．264 浙江工业大学硕士学位论文7．37．47．5第8章编织表面曲面细分原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．1．1编织表面细分原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．1．2表面细分与重建曲面的区别⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～28编织表面曲面细分参数化表达⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29编织表面曲面细分技术实施方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31基于Excel的3D编织设计．．32Excel应用简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32编织纤维色彩的参数化表达⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．32二维图像的3D编织实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．335．3．1二维图像的3D编织基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯335．3．2二维图像的像素化处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。345．3．3二维图像的映射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。35基于Excel的3D编织设计的技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36编织纤维的可视化功能实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44编织产品的备料计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45编织产品备料的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45编织产品备料的参数化表达⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46编织产品备料的技术实施方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51设计实践。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5：}均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．527．1．1圆形截面均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．527．1．2矩形截面均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．55非均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯587．2．1圆形截面非均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯597．2．2矩形截面非均匀编织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。62纹样库的快速生成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．64相同造型不同纹样的编织实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯78结579234章●23禾t钆5支￡支第456章l234章●生孓i6良豇&白7Z第 浙江工业大学硕士学位论文8．1研究结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯798．2创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．808．3进一步研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯80参考文献．附录．致谢．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8：}⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．≤；：I⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．86攻读学位期间参加的科研项目和成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．876 浙江工业大学硕士学位论文1．1研究背景第1章绪论本论文中的编织产品是指使用竹类、藤类或者使用其他复合材料纤维编织而成的容器或家居产品。编织产品外形独特，工艺性与艺术性特征明显，其中使用竹、藤类原材料进行家庭生活器具的编织在中国历史久远。目前，我国大部分省份仍有自己独特的编织工艺技术与特色产品，但是国内的编织器具市场却有很大遗憾：产品样式单一、鲜有特色；样式古板老旧、缺乏现代感：设计含量低、创新少；编织产品在形态与结构上的固有特色没有得到系统化的开发；编织从业人员的编织技艺多为祖传技艺、或者师徒授一艺，从业人员培养耗时低效，这在某种程度上影响了传统技艺普及的速度与效果；传统工艺大部分没有形成良好的劳动分工，设计与制作两个环节的工作合一，设计师同时又是亲自动手操作的工艺师傅，缺乏职业的设计从业人员、专业化的现代设计思想的介入；在产品创新上也多由编制人员的灵光乍现或者心血来潮造成，设计的随机性也使得编织工艺难有长足发展。编织结构缺乏系统的理念创新，编织产品在形态与结构上的固有特色没有得到系统化的研究与开发。编织产品作为一个传统手工艺产品门类，其优点是编织形态的复杂与编织细节的精细。也正是由于编织产品这一特色，使得这门技艺严重依赖手工艺者本身能力，在产品编织成型以前，谁也无法预料到产品的最终效果。而产品设计师想要表现编织特色产品，目前的可行办法就是制作产品表面大致曲面之后应用材质贴图，但是，这样无法产生精确的编织纹理以及结构，并且不能对编织工艺具有指导意义。如果逐根编织纤维建模，巨大的工作量对设计师而言显然是不切实际的。眼下用于三维建模的软件虽然种类繁多，功能也很强大，但是对于编织结构而言，尚无专业性辅助软件支持，这种技术上的相对滞后，使得大量优秀的设计人员无法涉足这一领域。综合以上因素，我们可以看出，设计行业与编织行业的脱节，主要瓶颈因素是在于软件工具方面。由于受到市场经济和高新技术产业的冲击，目前编织技艺后继乏人[11。技艺没有创新，艺人却在逐渐减少，这种情况是中国这一传统产业整体现状的集中体现。随着天然7 浙江工业大学硕士学位论文编织原料的逐渐紧缺，编织产品的产量将受一定的影响，因此在设计上增加产品的附加值将成为编织产品开发的一个突破口f2】。国外一些大的品牌企业(如宜家)已经开始注重开发富有现代感的藤编家具产品了，并成为高附加值产品的代表，如图1．1．1。著名国．际设计大奖红点(RedDot)也曾有藤编家具产品成功入围并获得大奖，如图1．1．2。图1．卜l宜家(IKEA)的两款竹藤餐椅酒L图1．卜2获2002年红点(RedDot)国际设计大奖的两款竹藤产品1．2研究目标与研究内容1．2．1研究目标本论文通过对编织产品组织结构特征的深入分析研究，针对编织家具产业内的产品单调、生产方式原始、生产效率低下、新产品开发缓慢、创新不足等现实问题，利用数字化技术解决编织产品由于形态结构复杂多样而造成的设计工作上的困难的瓶颈，实现编织的快速设计与效果表现，帮助实现编织的生产管理现代化，促成高层次的设计研究机构与设计人才的深度介入，提升我国编织产品的创新水平与产品附加值，加速这一传统产业的产业升级。8 浙江工业大学硕士学位论文1．2．2研究内容本论文的研究内容如图1．2．2．1所示。1．3项目支持图1．2．2—1论文研究内容本论文在撰写时得到了浙江省教育厅：浙江省研究生创新科研项目的项目资助。项目名称为：藤编家具的数字化设计技术研究1．4论文结构本论文的结构安排如图1．4．1所示。9 浙江工业大学硕士学位论文图1．4—1论文结构安排lO 浙江工业大学硕士学位论文第2章文献综述与研究现状2．1编织产品研发现状近年来，编织原材料以及编织产品的国际市场价格和全球贸易额不断增长，20世纪90年代初，全球编织原材料以及编织产品的国际贸易额约为10亿美元；到20世纪末，增加到15亿~20亿美元；2005年约为40亿美元【2】；2006年全球竹藤产品的国际贸易额更是达到了80亿美元【3J。我国是竹藤原料以及编织产品的重要出口以及进口国之一。其中对竹藤产品的进口主要以竹藤原料(主要是藤类原料)为主。在2002年我国加入世贸组织以后，我国对竹藤制品的进口额大幅提高：从2000年的0．392l亿美元一举突破了0．4亿美元，此后进口额更是一路攀升，到2006年时更是达到了0．5亿美元。但是，如果将进口额与出口额相比较就会发现出口额要远远高于进口额，拿2006年相比，竹藤产品的出口总额为25．6亿美元，进口总额0．5亿美元仅占出口总额的1．95％，如图2．1．1所示【31，这些数据都表明了我国竹藤编制产品在国际市场上有非常大的竞争实力。60lR50誊·ot∞暮20督lOO萎薹至萎萎至萎墨奏蚕霎蚕至善萋皇盆竺宝2宝竺2昌=S是=昌是毒度|≮302S1R20琶ls运lo墨5O詈囊蚤釜鎏萎銎蚤詈善善善童誊誊宝22===曼2曷焉=2=昌2年燮|皇}图2．卜l我国1992—2006年竹藤产品的出口额与进口额嘲随着我国工业化进程的不断深入，对竹藤原料以及编织产品的出口以及进口必定会大幅度的提高。但是我们在面对这些令人振奋的数据之后必须要冷静的分析：首先，我国目前的竹藤编织产品出口大多数以半成品或者成品形式出口，产品样式相对单一，技ll 浙江工业大学硕士学位论文术含量低，产品附加值不高，仍属于劳动密集型产业。出口额的增长大部分依靠出口数量的大幅提高而带动。其次，进口额的较快增长也使得我们的成本进一步增高。随着竹藤原材料的逐步紧缺，进口价格的上升和进口数量的下降，必然会对我们的编织行业造成巨大的冲击。．因此，我们在做编织产品的制作时，必须注意扩展产品深加工、精加工链条，增加产品的比较收益和附加值来扩大产品附加值【3】，对编织产品的设计技术尤其是概念设计技术将是编织市场的制胜利器。2．2CAD／CAID技术研发现状所谓CAD(CornputerAidcdDcsign)技术，是指在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助设计师进行工程和产品设计的一切实用技术的总和【41。CAm(ComputerAidcdIndustrialDcsi鲈)是计算机辅助工业设计的英文缩写，是工业设计理论和CAD技术的结合【51，是用理论来指导实际的科学方法，其目的是缩短设计的周期，解决设计与生产，设计与市场，设计与创新之间的问题。在设计的过程中，CAD技术主要体现在造型设计和人机交互等方面【6】。它将会使工业设计的数字化和智能化程度更高，人机交互方式更加自然。即为解放设计师，让设计师从繁重的设计过程中解脱出来，而使得设计的质量更高。在CAD的技术发展中，共经历了六个阶段：线框建模；曲面建模；实体建模；参数式建模；超变量化几何；行为建模【7】。2．2．1商业通用三维软件研究现状目前，用于CAD的工业设计开发软件不胜枚举，比如贼noceros，3DsMax，SolidWbrl(s，Pro／ENGNEER，CorelD＆州，Photosh叩等等，但是，经过调研工业设计公司及相关制造业中任职的设计师，发现普遍认为最适合应用于产品造型设计工作的CAD／CAD软件依次为Ali弱、Pro／E和RJlino【71。这些软件仅仅属于商业性的通用化的软件平台，它们不是为某款或者某类设计产品而单独存在的，专业针对性差，不能满足各种各样具体产品的设计需求，在实际的设计中难以达到最理想的效果，几乎不能实现灵活高效的设计理念【引。而目前的软件发展的趋势却是由通用化向专业化转变，即专门做某款或者某类产品的设计软件或者插件。目前大部分CAD软件都提供了二次开发的接口。所谓的CAD软件二次开发，就是12 浙江工业大学硕士学位论文把商品化、通用化的CAD系统用户化、本地化的过程。即以优秀的CAD系统为基础平台，研制开发符合实际应用的用户化、专业化、集成化软件【9】。cAD软件的二次开发需要与之相对应的开发编程语言来辅助完成，比如，Rhinoceros对应的是VBscript，3DsMa)【对应的是Ma)【s砸pt，SolidW6rks与Pro／ENGNEER对应的是ⅥsualB硒ic和VisualC++，CorelDRAW对应的是ⅥsualBasic和Java，Photoshop对应的是ⅥsualBasic。都为我们在制作专门性软件或者插件铺平了道路，这些CAD软件提供了完备的函数库，使用户可以根据具体需求开发专用插件。众多的用户实践也证明了，二次开发是面向专业化领域的软件开发的便捷可靠的方式【1o】【1¨。在CAD的技术领域内与本论文相关的研究是针对形态复杂、细节众多的产品在三维造型设计技术上的初步探讨【12】，除此以外主要在纺织物结构设计方面，目前学术方面的研究主要从复合材料微观结构‘13】[141和纺织物本身的结构【15】-【1剐做理论方面的分析研究，以比较真实的细观结构为基础，对其力学结构进行有限元分析，推导确定编织结构参数和工艺参数之间的关系，指导实际生产的工艺设计；分析材质以及编织结构的力学结构一的关系，研究交织规律[191，构建一些相应的几何模型【20】【2l】。研究的另一个侧重点是从群论的角度对编织结构的设计方法做了深入的理论研究【221，用点群和空间群对编制材料进行描述，导出可能的编织几何结构，进行合理有效的分类。这些研究对竹藤编织产品的形态与结构设有一定的借鉴价值，但并没有针对性的指导意义，与编织产品设计的实用功能还相距甚远。在纺织产品上制作图案纹样目前已有相对比较成熟的技术支持。已有的研究大部分针对纺织机、经编机和提花机的机构控制动作编程方法㈣，对编织纹理图案的处理基本仍是基于二维图像的研究。竹藤编织产品与纺织产品的不同之处在于其形态的刚性，具有无法忽略的三维特性，因而制作编织纹样难度更大，在对图案的设计上主要为简易样图或者手绘底稿，编织图案一般是规则的几何图形或简单的图案，表现力有限。而对图案纹样的三维编织研究使用了名为二次映射制作图案纹样的技术【241。鉴于目前的技术现状，对编织产品的CAD设计技术还很缺乏，本论文的研究将对此领域产生极大的促进作用。2．2．2弛ino二次开发技术研究现状l孙ino是一款专业级的NlⅡbs建模软件，在其应用程序插件中，RhinoScript可以实现与外部一些应用程序的接口，支持Ⅶ、vC等汇编语言进行命令的添加、图形的绘制、13 浙江工业大学硕士学位论文用户菜单的添加以及插件的注册等二次开发，能够实现更精确、更丰富的功能【25】【26】。但是目前，针对赃no的二次开发的技术领域论文还较少。潘莉等针对蒂凡尼灯具工艺复杂、机械化程度不高、生产效率等问题对其进行灯饰的建模优化【271，其建模理论以Rhino为开发平台，应用vc程序设计来实现灯罩的参数化建模。对本论文有一定技术的指导意义，但是在具体实施方面却是南辕北辙，只有通过新的数学模型，函数运算来一步步实现。Q镅shopper是一款以Imino为运行环境，采用程序算法生成模型的插件。相比于Rhinos嘶pt来说，它的最显著的优点是不需要了解程序语言的知识就可以应用。运用此插件建立模型，是通过记录起始模型，逐步发散至最终模型的一个过程，并且可以通过对其中参数的调节直接改变最终模型的形态。因此，需要对模型的建立有一个清晰的逻辑结构认识，完全掌握这个插件同样需要耗费颇多时间。同时，它的产生并不具有针对性，即并不是为某一款产品而专门设计的插件，是一款通用性较强的参数化设计插件，如图2．2．2．1所示。FkE曲岫知呷纠曲州妇№争t⋯⋯-v●～⋯州，“-¨"f～+·，·l，帆‘-tl“oo@ooooQo留oo囫园圃国霹0ooDooⅡooooop哆一i也芏磅—■■■■■■一Jm毫皇曩_■峨《a图2．2．2—1Grasshopper建模过程(图片来源：网络)总体说来，Rhino是一套建模功能非常强大的3D软件，其交互性强，易学易用易掌握，但并不能满足所有用户的需求。相对其它软件比较成熟的二次开发的资源，其相关资料非常稀少。本文详细介绍了利用Imino二次开发技术对编织表面进行参数化建模的思路以及方法，方便更多开发人员借鉴使用，扩展Rhin0软件的功能。14 浙江工业大学硕士学位论文2．3技术路线本论文是基于三维应用软件I也ino，通过其二次开发平台，运用函数编程语言对编织表面图案纹样以及编织结构进行精细建模，如图2．3．1所示。．技术路线如图2．3．2所示。图2．3一l技术实施方案图2．3—2技术路线15 浙江工业大学硕士学位论文2．4本章小结本章主要对本论文研究所涉及的编织产品、CAD／CAm技术、Rhino二次开发技术等几个领域的研究现状作了简要概述。16 浙江工业大学硕士学位论文第3章基本编织结构的实现3．1基本编织结构概述本文所指的基本编织结构，是表面无任何花纹，所有编织纤维各项参数都相同的，纤维间的挑压结构呈有序分布，每条编织纤维都可看作是近似均匀的正弦曲线，仅有最基本起伏结构的编织结构如图3．1．1所示。‰rs口刳：时vo图3．卜l基本编织结构3．2基本编织结构的建模原理编织模型的计算机自动生成谋求实现的功能可做如下描述：用三维数字化设计软件，实现编织家居产品复杂结构的多样化选择与自动生成，使设计师的设计工作可以简化为家居曲面的大样设计。即由设计师完成家具或者其他家居产品的外观大样的模型，并指定其中某一或某些曲面作为编织表面，通过程序使其转变为设计师想要表达的编织表面， 浙江工业大学硕士学位论文如图3．2．1所示。图3．2—1软件工具辅助下的编织家居产品设计流程3．3交错起伏形态的实现3．3．1编织结构及其参数化编织结构在形态上可看作是编织纤维上下交替的起伏结构。基于编织纤维的独特材质结构，它又有制作工艺上的独特特性：一是在编织上，每个编织单元的排列通常都不均匀；二是编织出的产品表面在力的作用下通常型变量比较小，即藤条本身有一定的固体形态。编织结构一般呈波浪式交互叠压，如图3．3．1．1。图3．3．卜1基本编织结构侧视图 浙江工业大学硕士学位论文图3．3．1．1所示为最简单的起伏交错形态，可看作是首尾相接的正弦函数。其基本形态可以用一个正弦函数的l／4周期来表示：厂o)=(r+吒一-)sin仨×若篙戋+f习(3．3．1一1)式中：，．为横向编织纤维半径；f为该l／4周期所处的段数；，j为该l／4周期段内所经过的交叉方向的径向编织纤维半径；％为两个1／4周期段的交接点坐标，∞一砟，)表示一个l／4周期长度。在Rhino中依据式3．3．1．1建立曲线，然后以该曲线为路径线即可建立一条横向的编织纤维3D模型。图3．3．I．1中反向的编织纤维模型仅需在式3．3．1．1中对．厂(工)取相反数即可。，上式描写了众多单元编织纤维的整体组织方式，单元编织纤维的组织结构信息被分解为，．、n和麓三个参数。这三个参数表达了每一根单元编织纤维在三个空间维度上的尺寸参数信息，处理为变量后可以通过程序使每一根编织纤维随所选择表面的曲面几何形态而发生变化，从而使整体产生丰富协调的形态。3．3．2编织结构向曲面的映射针对编织纹样的形态设计的基本原则是，从参数到编织纹样形态设计方案之间有确定的映射关系，即确定的参数对应确定的编织纹样。本论文所讨论的内容都是基于参数化CAD软件Rhino来开展的。因此，对编织纹样的起伏形态编码采用定义参数序列的方法来实施。基本思路是：首先定义经纬交叉线的数量，计算其交点的数量并定义每一个交点的起伏量；其次是将这些点与l地ino内参数平面产生一一对应关系；最后将参数平面通过函数与设计师所绘制的曲面产生映射关系，并取点绘制编织结构。下面来做进一步的阐述。19 浙江工业大学硕士学位论文图3．3．2一l编织产品大样建模(选取编织表面曲面)首先基于通用CAD造型工具I地ino建立编织产品大致模型并确定编织表面的基本形一状曲面形态，如图3．3．2．1，这里称其为“编织结构基本曲面”。式3．3．1．1所确定的纤维是一条在编织结构基本曲面上起伏的曲线，它在编织结构基本曲面上的投影线可用编织结构基本曲面的参数坐标表达为：K三恐。咖匮×器+司曷㈦3二·，沁)=(r+h)Sin匮×器+司：2；(332．1’式中：“、矿为编织结构基本曲面的曲面参数坐标；^为纤维相对于编织结构基本曲面的起伏量，根据式3．3．1．1计算出^值，即可得到在编织结构基本曲面上起伏的纤维曲线，工是曲面参数坐标的函数，即x=厂(u，口)。利用式3．3．2．1(2)进行造型时，需要把参数坐标转换为XYz全局坐标以方便使用一般指令进行造型。转换过程包含三步：首先利用曲面参数方程计算出式3．3．2．1(1)投影线上点的)(Y坐标：％=南咖m渐觚0，17)(3．3．2—2)然后利用式3．3．2．1(2)计算出投影线上每一点相对于编织结构基本曲面的偏移量万，偏移距离为JIl，偏移方向为编织结构基本曲面法向方向。最后计算出编织纤维轴线上点的XY坐标：岛=％+万(3．3．2-3)20 浙江工业大学硕士学位论文图3．3．2—2编织纤维生成过程图3．3．2—3编织产品最终效果图根据岛的表达式以编织结构基本曲面为辅助面可以生成经向或纬向的编织纤维结构线，然后通过放样生成编织纤维，如图3．3．2．2所示；最后删除辅助基面，即为最终的编织产品，如图3．3．2．3所示。编织结构的生成程序含有多种参数供设计者选择编辑，从而为产生复杂多样的编织表面提供了可能的技术支持。从上述论述中我们可以明显看出，编织产品的计算机自动生成过程的核心步骤是在编2l 浙江工业大学硕士学位论文织结构基本曲面的辅助下生成编织纤维的过程。为了完成这一过程，本论文使用了“二次映射”的造型方法。二次映射顾名思义是通过两次映射来达到编织目的，具体看来是：1．第一次映射将编织纤维的经纬结构中心线映射为参数曲面上的纤维投影线；2．第二次映射将纤维投影线在参数曲面坐标内映射为起伏的纤维结构线，然后再将其转换为全局坐标的结构线。3．4编织纤维截面形态参数化编织纤维截面的形状可笼统分为圆形与矩形两大类，如图3．4．I所示。基本建模思路相似，都依靠式3．3．2．3中生成的编织纤维结构线通过放样生成。但在参数化实现方面，两者又有较大的区别。图3．4．1圆形截面与矩形截面编织表面3．4．1圆形截面参数化圆形截面的编织纤维3D模型由于其变量仅与编织纤维结构线p以及编织纤维的半径，有关，故其参数相对简单明了：Ⅵ=fpipe(pi，ri)(3．4．1，1)22 浙江工业大学硕士学位论文式中pi为第f条编织纤维结构线的路径；ri为第f条编织纤维的半径。p{是由上文中式3．3．2．1，式3．3．2·2，式3．3．2—3以及编织结构基本曲面生成的径向或纬向的编织纤维结构线。以该结构线为导线，半径为吒的圆形为截面，即可生成一条编织纤维的3D模型，如图3．4．1．1所示。图3．4．卜1圆形截面编织纤维图3．4．1一l中，黄色线为编织纤维结构线pf；编织纤维截面半径即为吒；紫色曲面即为以结构线仇，半径rf放样而成的编织曲面。3．4．2矩形截面参数化‘矩形截面的编织纤维3D模型的参数表达式为：班=二础咖le慨，乜，№)(3．4．2一1)式中仇为第f条编织纤维结构线的路径；‰为第f条编织纤维的厚度；w￡为第f条编织纤维的宽度。利用放样命令做矩形截面的编织纤维3D模型时，若直接选取路径与截面制作会出现错误，所以需要将路径线偏移四次再进行放样，以达到3D模型制作的精确流畅。需要通过以下三步来实现：首先将上文中式3．3．2．1，式3．3．2．2，式3．3．2．3以及编织结构基本曲面生成的经向或纬向的编织纤维结构线p{相对编织结构基本曲面偏移量为瓦，偏移距离为等，偏移方向为编织结构基本曲面切向方向。、得出偏移后的编织纤维结构线p￡口：．．．．-，23 浙江工业大学硕士学位论文pi口=砘+D口(3．4．2—2)此处需要说明的是：式3．4．2-2中p缸为两条曲线，即编织纤维结构线仇沿编织结构基本曲面切向，向两边各偏移距离为等的曲线一条，这样，两条新增曲线p缸l，p￡口2间的距离为矩形截面的宽度毗。然后利用式3．4．2·2中计算出的曲线各自相对编织结构基本曲面偏移量为瓦，偏移距离为‰，偏移方向为编织结构基本曲面法向方向。得出偏移后的编织纤维结构线p曲：p1_pfn+堡(3．4．2-3)Lp曲22p￡口2十D6由式3．4．2-2与式3．4．2·3得出的四条曲线pfnl，p￡口2，pm，p晒2即可精确放样出矩形截面的编织纤维3D模型，放样结果如图3．4．2．1所示。图3．4．2一l矩形截面编织纤维图3．4．2一l中，亮蓝色曲线为编织纤维结构线p{；两条红色曲线为新增曲线p￡口1，p眈，它们之间的距离为嘶；两条绿色曲线为由pf口1，p姚沿曲面法向偏移距离为瓦之后的新增曲线p缈l，p曲2；蓝色曲面即为由四条曲线pfczl，pf口2，pm，pi62放样生成的编织纤维曲面。．．24 浙江工业大学硕士学位论文3．5本章小结本章论述了编织模型的实现原理以及基本编制结构数学表达和参数化表达，包括基本起伏结构的实现，编织纤维横截面的形态的参数化实现，编织纤维的色彩参数化实现，为本文后续的研究奠定了基础。 浙江工业大学硕士学位论文第4章编织表面曲面细分4．1编织表面曲面细分原理4．1．1编织表面细分原理在实际建模过程中，设计师为了设计产品效果表现的需要，所建立的曲面常常是非均匀曲面，而Rhino在对曲面计算的方法会导致非均匀曲面给编织纤维带来我们无法控制的错误误差，具体说来就是编织纤维的疏密并非设计师所设计的样式，如图4．1．卜1所示。图4．1．卜l非均匀曲面及其编织效果因此，为了在基础曲面上建立均匀的编织结构，用户首先要对所建曲面进行细分。具体思路是：首先在曲面的U向生成若干曲线，将这些曲线等分成若干fHl线段，取出等分点，记录其U向坐标；然后再曲面的V向生成若干曲线，将这些曲线等分成若干曲线段，取出等分点，记录其V向坐标；最后利用这些Uv曲线交点的坐标生成新的平面， 浙江工业大学硕士学位论文删除原有平面，即可获得一个与设计师所建立的曲面吻合的新的均匀曲面，如图4．1．1．2所示。图4．1．卜2均匀曲面及其编织效果编织曲面的细分流程图如图4．1．卜3所示。图4．1．卜3曲面细分流程图27 浙江工业大学硕士学位论文4．1．2表面细分与重建曲面的区别在Rhino中，有一个命令与曲面细分有相似的功效，即重建曲面(Rebuild)。在曲面不够复杂时，它可以通过改变曲面Uv方向的控制点数量以及结构线的阶数来划分曲面，如图4．1．2—1所示。u鳓甜僦V{11)37受；选项u国3引|V圆3引；团删除输入物件渤口目前lrj图层∞洒重翻修剪a对最大偏差值l计算iuj图4．1．2—1Rhino中的重建曲面命令面板但是这种方法仅可以对某些曲面进行均匀细分，当曲面比较复杂，尤其是曲面结构线分布不均匀时，此命令就不可使曲面均匀细分了，如图4．1．2—2所示图4．1．2—2Rhino重建曲面以及曲面细分效果对比图4．1．2—2中，上部为曲面原始形态；左下角为曲面经过重建曲面命令后的曲面形 浙江工业大学硕士学位论文态，重建点数U、V分别为64、37，曲面Uv方向阶数都为2：右下角为经过曲面细分后的曲面形态，同样U、V方向的控制点数为64、37，曲面Uv方向阶数都为2。显然，经过曲面细分后的曲面表面结构线分布更加均匀，更符合编织的要求。4．2编织表面曲面细分参数化表达对编织表面细分必须把握两点：首先是细分之后的曲面不可以与原有曲面有太大的外形、参数等的偏差；其次是细分后的点必须平均分布在曲面上。编织表面曲面的细分可用式4．2—1表示。r￡，=m1，M2⋯⋯‰){I，=(杪1，矽2，⋯⋯％)(4．2—1)【P=(uf，巧)式中：四为U向细分段数：力为V向细分段数；“、l，为细分后点的曲面参数坐标。若要保证细分后曲面与原有曲面吻合，必然会将曲面分割为多个区域。因此，风力的数值。需要取相对较大。值越大则细分曲面与原有曲面契合度越高，但函数运算量也越大。4．3编织表面曲面细分技术实施方案对曲面进行细分，首先要确定该曲面是否要反向，因为在模型制作时，会有两种法向相反的曲面情况产生。因此，首先是要确定是否对该曲面进行Uv转向，若需要转向，则必须首先对曲面进行Uv转向，其伪码如下：Fhncnonc}lnn罾euy《曲面l选择基本曲面；确定该益面的唧方向：确定该益图蝌．方向的控翩点数s；返回曲面表面控翩点：Fori_o勋v向控茜#点总数-lFor{-oTou向控翩点总黄昏l输出控翻点数组；Nen^7砬fF0rt-oTou向控制点总黄昏lFori=o％v向控翩点总数二l输出转向磊控翩点数组；N“tN酞f做出转向磊曲蘧 浙江工业大学硕士学位论文End‰tion确定了曲面是否要转向之后，就要对曲面进行细分了，之所以不能将两步结合，是因为如果转向和细分同时进行，制作出来的曲面会有较大的误差，这与我们想要表现的最终效果不符合。对曲面的细分也要分为两步：首先是对曲面的U向进行细分：其次是对曲面的V向进行细分，其伪码如下：Func哟n蓝殛细分。选择基本曲面：定义细分后强面姗方向的控翩点数B：定义盛面科方向参数域；定义细分后盛面斟-方向等分参数值；For净oTo细分磊u向控翻点总数-lF0rl=Q强细分鑫v向控翩点总数-l返回v向控翩点坐标tNext构造均匀u向曲线；记录均匀的控翩点坐标；I{曲面封闭最磊一个控翩点即为第一个控翩点；Else最后一个控帛|3点为最鑫一个控翩点；End西翻除构造拉线；№For．-oTo细分磊v向控翩点总数For净。髓细分后u内控翩点总数．1返回u向控钠点坐标；Next构造均匀v向曲线：记录均匀的控翩点坐标：H毡蘧封闭最岳一个控翩点即为第一个控制点；Else最螽一个控翩点为最后一个控钠点；End《静J除构造曲线；Next提取细分后控翩点坐标；zmd凡lnc血挖将曲面细分点提取出来以后，如果原基本曲面需要Uv转向，则需要把提取出的控制点坐标翻转：若原基本曲面不需要Uv转向，则控制点坐标不用翻转，其伪码如下：定义输出控钠点数量矿w转萨胁e刀l硎 浙江工业大学硕士学位论文Far诤。强细分后v向控翩点总数Fori=o强细分磊u向控翩点总数提取．对应控韦q点坐标；恸NenElseF0r净。勖细分后u向控釉点总数F0r．-QTo细分后v囱控寿|j点总数提取、列应控翩点坐标；肫“NenE们寸生成均匀细分话曲面；翻除基本强面经过以上函数运算后，即可生成与原有基本曲面吻合的均匀编织表面曲面，为接下来编织纤维的生成提供了完备的前期铺垫。需要说明的是，对曲面的细分会产生一定的误差，即生成的均匀曲面与原始的曲面不那么吻合。造成这样结果的原因主要有三点：一是U、V方向的分段数太少，导致每个控制点的控制范围过大，使得原有曲面变形：二是曲面阶数太高，阶数越高，控制点的控制力就越弱，曲面表面结构线就会越平滑，导致新生成曲面与原有曲面契合度不高：三是原有曲面有过小的转折面存在，由于小的转折面都会由多个控制点来控制，而均匀后的曲面不可能对这个小转折面分配更多的控制点，因此，转折面会转折效果会减淡。由此可以得出，想要做出一个契合度更高的均匀曲面，需要适当提高U、V方向的分段数；选择适当的曲面阶数，一般我们选择2或者3；在对原始曲面的制作中要尽量避免过小或者过于尖锐的转折面产生。4．4本章小结本章主要论述了将编织基本曲面转化为均匀编织表面曲面的技术原理以及实施方案。 浙江工业大学硕士学位论文第5章基于Excel的3D编织设计5．1Excel应用简介本论文所使用的设计平台是基于三维参数化软件Rhinoscript的开发，开发所使用的中间媒介为MicrosoRExcel。之所以选择MicrosoRExceI作为二次开发的中间媒介，有三方面的原因：(1)Excel是一款应用非常广泛的办公软件，操作简便实用，让用户在使用此软件做设计时不用再学习新的软件；(2)Excel中的单元格对用户设计的用处非常大，可以将编织所需要的参数全部记录其中，并且视图效果直观丰富：(3)Excel同样具有二次开发接口，以宏录制的形式运行，允许用户将屏幕操作以程序代码的形式储存下来，方便使用以及修改调整。在MicrosoRExCel中，提供了宏的录制形式，如图5．1．1所示。琵墩凹圈撇圆。圜使用{毛瓣引用毡D图5．卜1MicrosoftExcel的宏录制查看工具栏5．2编织纤维色彩的参数化表达由于实际中，编织结构可能用到不同颜色的编织纤维来增加编织的美感，或者突出编织的图案纹样。在我们设计编码时，也应将这部分体现到参数中。在Rhino建模中有32一垦搴 浙江工业大学硕士学位论文“层”的概念，即可将某一部分模型放在某一层上，以区别于其他部分，同时便于操作。具体做法是：将不同色彩的编织纤维放于不同的层上，赋予不同的现实色彩与不同的渲染材质，如图5．2．1所示。-圈·冈11．．．．．．．．．．．．．．．-J_网_国网一图5．2—1编织纤维色彩表达示意图同一组编织纤维表面赋予同样的色彩。如此，编织纤维的色彩方案编码可用式5．2．1表示：{o=(q，，乞，⋯⋯：％)(5．2．1)【q=n，矶，饥)式中：c，为第f组编织纤维的色彩，以I沁B的形式表达；甩为编织纤维的组数。5．3二维图像的3D编织实现5．3．1二维图像的3D编织基本原理二维图像的3D编织的基本原理是将二维图像处理后转变为黑白节点像素图，之后由程序将处理后图像映射到编织表面曲面，生成立体编织图像。基本设计思路是：由设计师选取想要立体化的编织图案，并赋予编织表面曲面，由程序对图案进行像素化处理、节点一一映射、生成三维模型。如图5．3．1．1所示。33国匀 3．二维图像立体编织技术的实现。其中，对二维图像的节点映射是本章内容的重点。5．3．2二维图像的像素化处理由于编织原材料物理特征的特殊性，如，编织纤维的宽度、厚度、韧性等等完全无法忽略，导致编织产品的表面图案不可能具象如绘画一般，并且考虑到编织结构的稳定性完全依靠纤维之间的交互叠压结构支撑。这就使得编织表面的图案必然呈现像素化的特征，即俗称的马赛克效果。又由于编织结构一般由经向与纬向交互叠压而成，故其在色彩的表现上并不会特别丰富，更难在一个图案上表现出立体或者渐变的色彩。所以在二维图像的选取上有一定的局限性：即尽量选取单色图案，避免选取多色或者渐变色的图案。 浙江工业大学硕士学位论文图5．3．2—1二维图像的像素化处理5．3．3二维图像的映射确定二维图像与编织结构之间的映射关系是实现图案映射到编织表面的关键。对二维图像的映射到编织产品的表面结构本文用经向和纬向纤维之间的交叉节点状态来表示，每一个节点构成整体表面的一个单元。节点的状态可以分为经向压纬向和纬向压经向两种。因此，在二维图像与编织结构之间可以建立式5．3．3．1的映射关系：A(u，杪)=厂[c(口1z+61，口2y+62)】(5．3．3-1)式5．3．3．1中：彳为节点状态；“、v为编织表面的参数坐标：C为二维图像的像素色彩；x、y为二维图像的像素坐标；厂为从二维图像中像素的色彩到对应的节点状态的函数映射。图5．3．3—1二维图像的节点映射图 浙江工业大学硕士学位论文图5．3．3．1显示了二色位图经过简化处理后得到的图案在节点状态下映射的图像。最后，通过上一章节中用到的二次映射方法并选取截面形状以及每一个编织纤维的色彩可以得到此二维图像的三维立体模型，如图5．3．3．2所示。图5．3．3—2基于二维图像的三维编织模型5．4基于Excel的3D编织设计的技术方案本论文主要针对编织产品表面设计的图案纹样的可视化，为了给用户以及设计师提供精确直观的编织表面，进而指导手工编织师傅的编织步骤以及编织方法，从编码到可视化编织表面模型的自动转化环节必不可少。其中，从编码到表现型的解码通过Excel设计表驱动实现，软件从Excel表格中提取建模所需的各项数据参数，并自动生成编织表面的三维模型。这些数据参数包括：编织纤维交点的起伏状态参数、编织纤维截面的长度以及宽度参数、两条编织纤维之间的间隔距离参数、编织纤维的色彩参数、编织纤维经向以及纬向的数量参数。基于Excel的3D编织设计构架图如图5．4．1所示。 浙江工业大学硕士学位论文图5．4-1基于Excel的3D编织设计构架图在使用本软件时，用户首先需要建立产品中非编织结构部分的模型，以曲面的形式建立编织结构的大致形态基础表面，并进行细分曲面，如图5．4．2图5．4—2编织基础表面细分其次，用户需要对纹样进行设计后填入Excel表格sheetl中，填写格式如下：(1)单数行与单数列为编织纤维间隔参数，间隔的宽窄可以通过拖拽单元格的行高与列宽控制，不需要填充颜色，其中，列宽表示经向编织纤维间的间隔参数，行高表示37 浙江工业大学硕士学位论文纬向编织纤维间的间隔参数：(2)双数行与双数列表示编织纤维宽度参数与节点起伏状态参数，同样，编织纤维的宽度通过拖拽单元格的行高与行宽控制：列宽表示经向编织纤维的宽度参数，行高表示纬向编织纤维的宽度参数；节点起伏状态参数通过在单元格内填充颜色表示：黑色表示节点状态为“起”，不填充则表示为“伏”；(3)双数列的总数量为实际编织表面经向编织纤维的数量总数参数；双数行的总数量为实际编织表面纬向编织纤维的数量总数参数；(4)在将纹样全部填入Excel单元格后，用户需要填写的是编织纤维的表面色彩与厚度。经向参数数据填写在最大单数行数后的第二行，对应的色彩表示该经向编织纤维的色彩参数，宽度参数则由该行的行高表示；同理，纬向参数数据填写在最大单数列数后的第二行，对应的色彩表示该纬向编织纤维的色彩参数，宽度参数则由该列的列宽表示。填写好的Excel数据表如图5．4．3所示。j≥1．。一==竺．竺竺!!竺竺：!!黧黑黧黑!!!!!!●，鼍，刚，苎，竺竺!苎：：图5．4—3Excel数据格式38 浙江工业大学硕士学位论文接下来由程序读出Excel内的所有数据参数，先把纤维数量数据参数、起伏数据参数映射到参数曲面的经纬线上，再将参数平面的经纬线映射到全局坐标系，引用颜色数据参数、宽度数据参数、厚度数据参数将这些经纬线立体化。图5．44是按照图5．4．1所表示的流程建立的一个编织结构模型，该模型完成了从Excel表格到全局坐标系的一一对应，并按照Excel内参数数据对编织模型进行建立。图5．4—4基于Excel表格的编织模型及细节展示39 浙江工业大学硕士学位论文5．5编织纤维的可视化功能实现本论文程序需要用户首先建立初始模型，并指定编织基础曲面。然后装载弛no指令码，如图5．5．1所示。图5．5一lRhino指令码载入命令选择进入后，界面如图5．5．2所示。图5．5—2Rhino指令码载入界面上图中，新增按钮可以选取本地存储的趾ino指令码文件，选取后在左侧空白框中显示；装载按钮是在选择左侧所需的Rhino指令码后，载入l地ino中进行使用；关闭为将本界面关闭；移除为将指令码从左侧空白框中删除，并不会删除本地文件；点击说明按钮则会打开IminoScript帮助文档。选择载入编织纤维所需的宰．Ⅳb文件后，出现提示：“请选择一个曲面”，这时，选择柏 浙江工业大学硕士学位论文编织的基础面：之后会出现一个文件选择对话框，如图5．5．3所示，选择绘制的编织纹样的Excel文件。图5．5—3文件选择对话框图5．5—4键入编织纤维经纬条数总数对话框选择打开后，程序会要求用户键入编织纤维的经纬条数总数，如图5．5-4所示；程序会自动读取Excel表格中的参数数据。读取方法是根据Excel(如图5．4．3)单元格的行高列宽参数数据以及起伏状态参数数据，分别写入相应的数组中，以各后用。这部分功4l 浙江工业大学硕士学位论文能通过调用IU血oscript以及Excel函数实现，其伪码如下：()ptionExplicnR“，l鼬6尺”n选择编织曲面的基本酋面；选择E托el表格义佯．初始化·。Ⅺ双并隐藏界面；选择EMcl表格sheetl页：键入经向编织纤维总数。键入纬向编织纤维总数；For净QTo经向编织纤维总数宽度谤第汁l勋单元格确宽．读取纬向编织纤维厚度：^『hfF时l=oTo纬向编织纤维总数宽度j=第{十l歹|j单元格行高．读取经向编织纤维厚麦；Next读取每个节点的起伏参数：Fori=o勋经向编织纤维总数二lFori=oTo纬向编织纤维总数．1节点颜色(i，j)=Excel单元撕+1．i+1)颜色If颜色为黑仇en苇点为“起“Else书点为“饫“EndUNe3ct恸关闭￡xcel文档；EndSllb将数据分别储存在二维数组后需要根据数组内的值与式3．3．2．1将数组内的值首先映射到参数平面，然后再次映射到全局坐标系中。由于编织纤维分为经纬纤维两部分，且经向与纬向在节点处得起伏方向相反，故在编写函数代码时必须分开编写，其伪码如下：定义参数平面．确定其u向与v向：获得参数平面sExcel表格参数数据的比例系数}获取编织纤维在参数平面的宽度比铷参数；Fori-oTo经向编织纤维总数经向纤维宽度产宽赛t×比铡系数。读取厚变；舰Fort=OTo纬向编织纤维总数纬向纤维宽度j=宽度1×比伽系数．读取厚度；Nen获褥纬向纤维丝中心点数组：For{_oTo纬向编织纤维总数．1F0ri=oTo经向编织纤维总数．1获取参数平面纡维中心点数组；42 浙江工业大学硕士学位论文获取全园坐标系中中心点数组：确定编织表面法向；获取节点馕移百编织纤维中心点数维{NextNe越获褥经向纡维缝中心点数组：Fort_oTo经向编织纤维总数．1Forl=oTo纬向编织纤维总数．1获取参数平蠹纤维中心点数组；获取全局坐标系中中心点数组；确定编织表面法向；获取节点偏移毛编织纤维中心焘数组(s纬向中心点数组存一个负g差异)；Next‘通过上步函数运算得到的点的数组已经是在基本曲面上偏移了一定距离的点的集合了，接下来需要挑选其中一部分点(即与Excel表格中的偶数行与偶数列单元格对应的点)作为控制点形成曲线，该曲线即为编织纤维的中心线。因编织纤维分为经向与纬向两个部分，其中心线也分为横向与纵向两部分，在编写函数代码时，同样需要分开编写，其伪码如下：获取节点偏移磊纬向编织纡维中心点数组；Forl=OTo(纬向编织纤维总数+11{2．2Fori-oTof经向编织纤维总数+1)72—2获取第t行全部点的参数；Next将取出的点作为控翩点形戏纬向编织纤维中心截线；Next获取节点偏移后经向编织纤维中心点数组F0ri=oTof经向编织纤维总数+llf2．2Fori=oTo(纬向编织纤维总数+1)f2．2获取第{勋全部点的参数；Next将取出的点作为控翩点形战经向编织纤维中心益线；胁经过上一步函数运算后，形成了编织结构经向与纬向编织纤维的中心线。根据式3．3．2．2和式3．3．2-3生成编织纤维的3D模型。通过调用lmirloS嘶pt函数实现，其伪码如下：凡一c砌ncon删刀z理口d毙c咖，l舶印eD定义参数平面，确定其u囱与v囱；获得曲面参数域；43 浙江工业大学硕士学位论文控籼中心线倍增数；Fori=oTo编织基本面控制点总数将中心线沿基本曲面切向方向分翻向左、向右各偏穆编织纤维宽麦参数数量昀一半{所褥的两条边缘线分翱向上(下)偏移编织纤维厚度参数数量：Ⅳ￡以放样生成编织纡维3D模型：靓除放样曲线以及编织纤维中心线；Dld凡lncf曲H经过以上几步函数运算后，经向和纬向的编织纤维按照Excel表格中的对应数据参数己全部驱动建模成功。由于编织纤维总数一般数量巨大，如果就此止步，仍会给我们进一步对编织结构的制作带来极大的不方便，如：对若干编织纤维进行单独材质赋予，手工制作是一项艰巨的任务，并且很容易造成选取错误导致前功尽弃。因此，根据式5．2．1可以分别将Excel中的颜色参数自动赋给生成的编织纤维3D模型，其伪码如下：选择Excel表格文件．初始化幸。Ⅺ双并隐藏界面；选择Excet表格sheeti页；i=经向编织纤维总数+2读取纬向颤色．纬向颜色It歹lj的单元格颜色参数；l：纬向编织纤维总数七2读取经向颤色。经向颜色Ij行的单元格颜色参数；记录颜色模式为r．g．b；添抽栩质色彩．同样为r．翟．b；Fori-oTo(纬向编织纤维总数+l172．2添加颜色薪图县；将纬向编织纤维移入该层；NextFor净oTo(经向编织纤维总数七llf2．2添桶颜色额图甚；将经向编织纤维移入该甚；Ⅳ爵f关闭Excel文档}至此，编织纤维的可视化功能通过函数运算后全部实现。5．6本章小结本章主要论述了由Excel参数数据驱动函数运算进行3D编织的实施技术，包括编织纤维色彩表达、二维图像的映射和基于Excel的3D编织设计的技术方案。 浙江工业大学硕士学位论文第6章编织产品的备料计算由于目前编织产品的制作与编织手工艺人的劳动技能紧紧相关，因此对编织产品本身各项参数数据如：编织纤维的使用量，编织纤维的总质量等等的统计基本依靠制作完成后的测量来统计，或者在制作前依靠编织手工艺人的经验估算出大概数值。这样完全不利于在制作前对成本进行估算，也会造成原材料的不足或者浪费。这对制造商来说，也是一个不小的损失。为了解决这一实际问题，本插件程序会对每一根编织纤维的长度、截面积、总体积进行精确计算，为生产管理提供精确数据。6．1编织产品备料的基本原理编织产品的备料的基本原理是：记录每一根编织纤维的长度、直径(圆形截面)、宽度和厚度(矩形截面)以及色彩参数，通过比例系数、截面形态与编织纤维长度计算出每一根编织纤维的体积，运用密度公式计算出编织纤维的总质量，如图6．1．1所示。图6．卜l编织产品备料流程图 6．2编织产品备料的参数化表达每一根编织纤维的体积与质量参数可以通过记录其长度、截面面积、比例系数计算得出；质量可以通过体积与密度计算得出。因此，编织产品备料与编织纤维的各项参数之间可以建立式6．2．1的参数表达式。fKi．：×wf姥则i(6．2-1)【m￡=pf×K、“。17式6．2．1中：班为编织纤维的体积；c为实际产品与建模模型间的比例系数；wf为纤维宽度；％为纤维厚度；如为纤维长度；m￡为纤维质量；pf为纤维密度。6．3编织产品备料的技术实施方案为了提供精确的编织产品备料参数，首先需要给定编织产品实际尺寸与编织产品模型尺寸之间的比例系数，为：编织产品实际高度／编织产品建模高度；其次要给定编织材料的密度；然后由程序检测出每个编织纤维的长度、宽度、厚度系数；最后根据式6．2．1得出所需的纤维质量与纤维长度、体积等参数，写入Excel表格，其伪码如下：选择Excel表格文件，初始诧-强sx并隐藏界蘧；选择Excel表格sheel2贞；输入比钠系数；输入纤维密度：For．_oTo横向编织纤维总数．1Fori-oTo纵向编织纤维总数．1将要灞量记录的参数数据名称s入表格第一行；检灏相应的横向纤维参数数据填入对应的表格；计算相应的横向纡维参数数据填入对直的表格黼NextFori=oTo横向编织纤维总数二lFor净oTo纵向编织纤维总数．1检灏相应的纵囱纡维参数数据填入对应的表格：计算相应的纵向纤维参数数据填入蔼直的表格N积t恸存储并关闭Ⅺ强文档； 浙江工业大学硕士学位论文经过检测、测量、计算、写入、存储后即可得出参数数据统计结果，根据此结果，可以得到精确的产品用料预算，进而指导生产厂家购买生产原料、计算产品成本等。其具体实施过程如下：首先，制作编织产品大样模型，指定编织结构基础曲面并进行细分，如图6．3．1所示。图6．3—1编织模型及曲面细分其次，为此款编织器皿设计纹样图案，根据图5．牛l所示，全部的参数关系可以通过对Excel表格的编辑得到，如图6．3·2所示。图6．3—2编织纹样以及编织间距、纤维直径设计47 浙江工业大学硕士学位论文图6．3—2中，编织节点数为60×88，而在Excel表格中所占的单元格数为12l×177：编织纤维的各项参数通过Excel单元格参数与之一一对应；用两种颜色来区分不同编织纤维所在的图层以及所赋予的不同材质。在制作模型前，设计此款编织器皿高度为30厘米，通过测量，得到模型高度为37．55厘米。因此，它的比例系数应为30／37．55，即式6．2．1中，c的值为0．7989，将其输入指令框，如图6．3．3所示。图6．3—3实际产品与模型比例指令框在模型的编织过程中，会要求输入编织纤维的密度，此款模型设计使用淡竹作为横向编织纤维的材料，查找其密度为0．669／cm3；使用刚竹作为纵向编织纤维的材料，查找其密度为0．83g／cm3。将密度l与密度2输入指令框，如图6．3_4所示。图6．3-4编制材料密度输入指令框最后根据此设计纹样结构，在Uv平面以及编织结构基面上经过两次映射后，得到编织纤维的中心线，根据Excel表格中设定的参数即可放样生成编织纤维的三维模型，效果图如图6．3．5所示。48 图6．3—5编制器皿效果图及细节展示同时，插件程序在所设计的Excel表格的第二页(shect2)，存储了与每一根编织纤 浙江工业大学硕士学位论文维有关的各项数据，并计算出与产品备料相关的数据，如图6．3．6所示。警。横向i套纤雏j{童织纤≤≥虞(Aj。编织!手毒}庳虞(值)碡织拜蕈—备面积(。。2i±皇织纤森度(d)：冀织鲟肇鑫西(二萄‘编织纤肇矗缸，簟3)冀织歼矗2：lO．∞nIO．“．0．押1．"仉*2；2O．∞仉10．“．0．珂1．79仉弱‘；3o．拍o．Io．“‘o．砑1．伯仉*5；‘仉曲仉IO．“‘O．1T1．T9仉∞图6．3—6编织产品备料数据为了更加方便的使用者查询，本论文整理了一些常用编织材料的密度参数，如表6．3．1所示。黟嬲黼泐蝣哆嬲篇弼粼弼弱孕嘲荔彩猁≯泐嬲#弼并；獭焉弼弼辨谚黝臻搿嬲嬲笏谬秽黪编号材料名称材料密度(∥cm3)编号材料名称材料密度(g恐m3)翼鹣级施蕊蠡《磊§，薤赫貉彩籀毓荔施l§姥珑t《旎≤巍蠡§缮l{《《缴绷‰蠹磊巍《l翻施如龇么箍渤磊磊磊簇；施§；磊；《貉缮藏巍貔；滋；酝旋锄黝毖铉i钰妊《《荔；露施l缠蠹驻绷jl糯藤O．62816自毛杨0．536．髓一；v船巍捌。“k非}赫兢船如i^jo，o二茹螂强箍缸i蝴m。^，，tj赫五‰女豁☆#愀二一一一、4‘y掘掳t‰io藏a2大白藤0．42617水曲柳0．6437㈧1＆j糯“一肆吁％辨1渺群了黜：“。1’渭‘o擎。紫臻4r，a口”擘⋯，。?∞二警辨g：舒节嚣≈黔”p～6～j’。"嚣豫嘲妒糍|彳3空心藤O．38418荷木0．6ll：‰?j＆=±％|^，k*j∞∞∥÷f，=；‰幺“∞矗∞知镕。矗t赫∞荔l冉÷i‘：，一3概‰矗点懈噍操：，驰：勰j二：⋯^o㈣＆％d妣女∞磊蠢茹e‰姚⋯。。／，静姚≮i南《瓿栽&4毛竹O．78919柳杉木0．33繇二，t?《9“，弩rP=一节榔：翠l碑孵僻。仲。+：甲秽≯搿哗卿l懈2’口∞。4啦孕臻举2节嘴糊’_船～～⋯；≯?俨嗍+，，刚竹’O．8320皮革O．4～1．2#i。‰％m二，一。簖⋯～，2，￡铷酶“|％“}堍套意‰诒0磊‰彘b站川缸勘撬；弛磷|《‰tm盘蛐’。。辄。：⋯。．，”，二i《爱o#南∞#赫施4如、；⋯：．，∥、矗^蕊§靠罐乳：∥6淡竹0．662lPE材料0．95衔”置v”#8钟■。p”垮‘譬⋯jj”?弩4i臀’甲鼍蹙钟船野％鬻嘶妒。p麓黜蛩现’}弩。。一7脚。啦’’=嘞飞*姊魂擘嘴警哗躜’”≯。⋯⋯1。‘鼢蟹2靴槲：’缈li7慈竹0．4622PS材料1．04％兹二。z￡z氛8二，，～嗄如。。∽，r知硅玉籀茹z彳貔疲盔积幺2黝觑。o*，，。菇赫耥锄瓤知，o¨⋯‘一篇；勰。麓蕊蹴沈—詹托。∞，．，⋯；蹁^％么轨兹8青皮竹O．7523POM材料1．42‰裙1’妒一。∥’嘶钎‘r啦糊?。尊粥竹㈣_”节鲈州。～4：嘞6锋％戮即“口t‘””“⋯’wM嬲彬”?}节“矽⋯、’“繁∞帮}彬”雅：9麻竹O．6524PP材料0．9：％‰％，二藏：“‰⋯；i孙．一：～t赫掮拓赫赫础轨赫赫§靴⋯i、‰蛳豳毒她‰％A甜。?删"÷4一，。能蛳搋．锄二{茹％《《矗&蒜如。如一，：《％魄《《嚣口施施拯10苦竹0．6425PC材料1．19琶够?。舻。’y7j‘7，辑”。⋯。⋯⋯”嘴挑警咿踏哮许霉謦2“∞’甲”‘_j：⋯髂咎辨警钟1肾”=、⋯一⋯⋯～”罐∞姥％挚裙嘞嚣≈”i轳⋯⋯⋯5。口群。4谚≯燃#嘲：ll茶秆竹0．7326PVC材料1．38i4钕7|耙∥|j?·矗w“tt·÷。?u?嘲栅虢瓣如渤妊毪女堪埘帆“＆施慨v《铀靛‰赢昧。”i一，}u⋯⋯叫：#屯鼢缸镌赫磁毫蝴§㈨～⋯m施越‰赢黝12硬头黄竹0．5527PMMA材料1．18量％矿～～i一～⋯’z警；黟黟?叩；翌祭移。甲⋯⋯豫磐昭?配一j。t?r，。”：“⋯。’％护‘嚆秘尊蛩黟慧鹳垆，～，tj。二哪％∞群}钎；凇|{强凤凰竹O．5l”。28PPS材料1．07、。{缓麓Ⅲ*i∞‰一《，‰甜i糍《乒二，⋯j在缓赫癌藏磊幽磊籀螽盎辩箍勰赫∞^～：￡篮榷碰蠡纽越￡￡妊，瓶，船二j。』+，—舶∞苁蠹％玉％磊般磊％蠢∞《托如，=口二☆—∞辫∞萏蔷磊暖∥}≤。彩14拟赤杨0．46929不锈钢7．9黪w"≈”巧"5鼍嗍搿“z””yi”≯誓缨弼娜聱嬲群桫5彬野’俐弹鹎群张聱9妒％Xo蟹妒恻⋯’’r矽凇肇带磁锑≯锋膨7P”””々”7％嗍留譬聊甥嬲i15青杨O．34730黄铜8．和8．857爨一j表6．3一l部分常用材料密度 浙江工业大学硕士学位论文6．4本章小结本章主要论述了编织产品的备料计算的基本原理和实施方案。 浙江工业大学硕士学位论文第7章设计实践本论文基于通用化的三维工业设计软件RhiIlo平台，以Excel作为编织媒介，对编织结构开发了具有针对性的参数化造型插件，实现了编织产品编织结构的自动生成的基本功能。该参数化插件的工作原理如图7—1所示。7．1均匀编织结构图7一l编织结构参数化插件工作原理本论文所指的均匀编织结构，主要是指编织纤维的粗细相同、纤维间的间隔相等以及编织纤维节点的密度保持不变的编织结构。7．1．1圆形截面均匀编织结构制作圆形截面的均匀编织结构，首先要制作产品的整体模型，并以NURBS曲面形式制作编织结构的大致编织基面，如图7．1．1．1所示。52 浙江工业大学硕士学位论文图7．1．卜l编织产品模型以及编织结构大致基面其次，由于编织基面的结构线分布不均匀，并非我们在制作时要求的均匀编织基面。因此，根据式4．2—1对编织基面其进行曲面细分，如图7．1。1．2所示。图7．1．卜2编织产品基面细分第三，设计编织表面图案，结构，输入Excel表格中。由于是圆形截面的均匀编织结构，需要将编织纤维的直径，横向编织纤维的条数，纵向编织纤维的条数，编织纤维所在的图层，编织表面的纹样，全部体现在Excel表格中，如图7．1．1．3所示。53 浙江工业大学硕士学位论文图7．1．卜3编织纹样设计在本编织结构设计中：节点数为153×143；色彩分为白、红、蓝三色，这里讲的颜色并非编织纤维的最终设计色彩，而是为了相互以示区分，赋予其不同的模型显示色彩，并为不同色彩的编织纤维分配不同的图层以方便管理与最终材质处理。为保证最终产品的刚性，将经向纤维制作成平直状态，即经向纤维除了与编织结构基面轮廓相符外，并无节点处的起伏结构。体现在函数表现上为式3．3．2．1(2)式中(r+ri一】)的值取O。最后根据此设计纹样结构，在Uv平面以及编织结构基面上经过两次映射后，生成编织纤维的三维模型，如图7．1．1_4所示。最终效果图如图7．1．1。5所示。 浙江工业大学硕士学位论文图7．1．卜4依照编织纹样生成的三维模型以及细节图图7．1．卜5编织产品最终效果图以及细节展示7．1．2矩形截面均匀编织结构制作矩形截面的均匀编织结构，以圆桌为例讨论。整体模型以及编织基面的细分如图7．1．2．1所示，其步骤与上节所述一致，这里不再赘述。55 图7．1．2-2编织纹样设计根据此设计纹样结构，经过在Uv平面以及编织结构基面上经过两次映射后，生成的编织纤维中心线，如图7．1．2．3所示。 浙江工业大学硕士学位论文图7．1．2—3编织纤维中心线接下来，以这些中心线为基础，按照式3．4．2．1、式3．4．2．2、式3．4．2．3，放样出精确的矩形编织纤维模型。本示例中，采用的纤维宽度为0．8cm，纤维高度为O．2cm，如图7．1．2-4所示。图7．1．2—4编织基面二维编织纤维模型 7．2非均匀编织结构图7．1．2—5编织桌子最终效果及细节展示本论文所指的非均匀编织结构，主要是指编织纤维的粗细、宽窄各不相同、纤维间的间隔不等、编织纤维节点的密度随编织纤维的宽窄粗细以及间隔的变化而变化的编织 浙江工业大学硕士学位论文结构。7．2．1圆形截面非均匀编织结构在圆形截面的非均匀编织结构中，以儿童手推车的制作为例。模型的制作以及编织基本曲面的绘制如图7．2．1．1所示。图7．2．卜1儿童手推车模型及编织结构基面的细分在设计此编织纹样时，由于编织纤维的直径与间距并不是平均分布的，因此，需要将编织纤维直径以及每两条纤维间的具体全部以参数形式体现出来。根据图5．4．1所示，全部的参数关系可以通过对EXceI表格的编辑得到，如图7．2．1．2所示。宰蒉宰三=三：；蔓宰一釜·=±===±=!=_．一一_=-_一-—_一llI．_l_一一I_一．_l—_-_-二—-I_宰蔓j宰蔓宰蒉宰蒉”一-_f一．一_l-I-__—．_一五_I_-I二■莘±；±莘～±。；±：图7．2．卜2参数在Excel表格(局部)中的表现型59 浙江工业大学硕士学位论文在示例中，编织节点数为70×120，而在Excel表格中所占的单元格数为14l×24l，这就表明在设计的过程中，将每两根编织纤维的间距表现在Excel表格中；色彩用白色与绿色两色来区分不同编织纤维所在的图层以及所赋予的不同材质，如图7．2．1．3所示。搴誉幸誉卓誉枣誉卓蓍卓量牵蛋·善审誉幸蛋审薯卓誉审誉审誉审：事嚣审薯卓董审善卓誉审善搴薯-董卓董卓冀卓誉幸誉牵董审董审：幸善审誉幸誉卓誉搴舅审董牵誉一薯幸善卓誉卓薯幸誉毒誉幸薯幸：幸善幸誉卓誉搴誉幸董审薯幸薯-舅审嚣卓誉卓誉审誉卓笺卓董审：毒董牵董搴董幸蛋毒善幸置幸董·董幸誉审誉幸董幸誉幸誉幸誉搴：毒誉卓誉幸置毒誉卓誉幸董幸董-薯幸誉幸誉卓善牵薯幸董审舅卓i卓誉幸董卓誉幸誉幸誉牵害幸薯-善毒誉审董审置卓誉审誉审薯卓：．幸善幸善幸置幸置幸誉审董幸誉-嚣幸舅幸誉搴置牵誉幸善幸誉审：搴誉幸董卓置幸誉幸置章董卓誉-誉幸董审董幸誉审菖幸董事誉审：宰董幸董审箦宰善幸誉幸董毒蓦-薯审誉幸董毒董卓董幸誉审誉幸：嚣卓誉卓薯卓置幸誉宰董幸誉卓：薯审置审薯卓董事置幸誉卓善审：誉卓誉审董卓善幸誉幸董幸誉窜：董卓董审董幸誉审誉幸董幸善卓：图7．2．卜3编织纹样以及编织间距、纤维直径设计最后根据此设计纹样结构，在Uv平面以及编织结构基面上经过两次映射后，得到编织纤维的中心线，根据Exccl表格中设定的直径即可放样生成编织纤维的三维模型，效果图如图7．2．14所示。 浙江工业大学硕士学位论文图7．2．1-4儿童手推车效果图及编织细节展示 浙江工业大学硕士学位论文7．2．2矩形截面非均匀编织结构在矩形截面的非均匀编织结构中，以框子的编织结构建模为例。构建模型大样以及编织基本面细分如图7．2．2．1所示。图7．2．2—1框子模型大样以及编织基本曲面细分-由于本示例属于编织纤维截面为矩形，并且编织纤维间的距离以及编织纤维本身的宽度各不相同，因此，在设计其ExceI编织表格时需要将所有参数反应在表格内，具体做法如图7．2．2．2所示。■I●Il¨I¨_I_一■-■I_¨l¨一I●●一■l●__■___■lI■■-■●I■一_I_●__●_I■_■—_■_一一l一-●一一■一●一¨I_I_■_一I___■-Il■-I¨l__■■_I一一一—●一—■●图7．2．2—2参数在Excel表格(局部)中的表现型一II■-I●■_IIIIlI_～一■-●●_■■_一．■●●■■-_●_■■_一．I■■：■-Il：●■III■_●■■■■■_一●■■一■一昌l●_暑昌--I皇一昌■II●昌昌■_●●兽昌．I●．昌Il_1．_一一_■_一一l_■．1．～=．_●-=I．一一I—lI．一I-■昌暑■●l●暑～昌I●●暑昌_-一昌_●■■■●一I一■■■■■：■_●I：●■_I■●一■一一■-■_■-一■●■I●_■■_●．■●●一IIII_lII_II_II_I～一■I—I_●I．_●一■■—_■_■■_■-●●●：■●-■：-■-_一-■■■■■■-■■■■■■一一昌-I●昌昌●●-昌一～昌■I●●暑昌●_●■暑-I一昌=_I；_．●一■●I●●■■一●■ 浙江工业大学硕士学位论文图7．2．2．2中，单元格的列宽与行高表示经向与纬向编织纤维的宽度，两有色单元格列之间的距离为编织纤维间的距离。示例中，编织节点数为80×80，将编织纤维间距同样考虑在内则在Excel表格中所占的单元格数为16l×16l：色彩用绿色与橙色两色来区分不同编织纤维所在的图层以及所赋予的不同材质，如图7．2．2．3所示。图7．2．2—3编织纹样以及编织间距、纤维宽度与厚度设计最后根据此设计纹样结构，在UV平面以及编织结构基面上经过两次映射后，得到编织纤维的中心线，根据Excel表格中设定的参数即可放样生成编织纤维的三维模型，效果图如图7．2．2—4所示。 图7．2．2—4框子模型效果图以及细节展示7．3纹样库的快速生成本论文为方便设计师，创建了一系列模型纹样，组成一个纹样模型库，在需要时可方便直接使用，如表7．3．1所示。 浙江工业大学硕士学位论文序编织结构ExCEL单元格纹样设计纹样编织效果图号节点数lIl：浆擢基酬酬墨30×42l292×92≯蕈+盈绂。鬈7翟缀鞠嘭翟绂≯翟僦黝彰：勰f一⋯～：一：’二～+～：鼻：，二二：冀；一：二‘：一!。二～：z：一：z：～：翳：嚣≥鬈l艾l≥《冀≥≮l鞠[一⋯一‘一：～：一：～：一：～：穗；r二一：一：_，一：o二=∑：一?霜筹篁：：：-一=t：I≥嚣曩≥乏l翻3旁—■—一■--——一—㈧29×29：董‘。t一·一-一。-絮置．毯麓渤釉—-—一—_—一—_酬：篡艾誓2乏xX麓≮麓麓参—_灏_■一—一——酬嚣。”㈣～_“m#～⋯㈣’一·i■ 浙江工业大学硕士学位论文456×565飘飘觏繇翻积翻翻掣i翻翻翩翻嬲潮黯捆￡飘忍船l口l飘澎l怒l澎1&{融l曩旧{誓I甚l滋1邂!嗣矾i掰釜l翟l瑶l≈l；荽l澎l融{融l&l滋1越1誓缢曼越稠融露l誓{口l彦强强in誓l￡奠心1囊l誓1誓{邂l迸!翻固落i忍l；班薯}曩}￡H趋l穰l慰{磁l≈l叠1；三!t盈嘲l灌l强融蕊翻翟叠潍l醴毫暖涩艘l艘酿越髓搬!嗣融誓l盈ifjl西}澎l澎癌孔誓!曩l越暇般1越艘{灌!嗣誓鼹江jl曩l叠l曩!迫l彦I曩l澎{商暇l越l翟l置1翩j翟飘觏涮翻飘飘翻忍艘暇}蕾i叠l越越髓搬{固茁l飘澎Iol叠l丑妇t忍i曩Ioi叠l叠l■艘I置l萎j磁j融i慰l≈i曩l忍}叠l曩l澎髓l忍!露{五拜叠l爱l忍!忍!爱窜1正咒口{飘曩1誓l曩!誓1扛l誓!叠{彦翻j曩l曰{麓{忍融l曩l≈旧l曩1叠}澎l叠l忍I忍豫缓您隰越艘{点!融!融戤l≈l童l奠l甚{蠢l叠1忍i誓l曩1曩!忍嬲娓1忍艮l叠l融l澎l誓!≈配jl翻积五三{互曩飙翻五曼誓1忍1眉融i搿i融l褂l≈!≈l融{曩{灌l■l基{0{0l点!{忍赶t云j瞄；i再爵i薯；爵i爵；罩i墨；蒜i焉；帚i薯i罱i蜀{薯；薯{葛7l×71655×55 浙汀T、Il，大学硕士学位论文龋嘛崤螂斜耐潘瀣ii羲酾i嘛鲡辚删科捌酾嘛蜥埘斜i酗i潮西薪酥嶙1断辎i础稍制际鲡闻鲻i斜斜硼强7龋零鳓鹚镬锏髓穗洲55×57釉露燃j霸嘲!聃i期薅}鲶嗣I壤灞{l嘲⋯⋯·⋯⋯⋯⋯～‘●～一⋯—一一⋯⋯⋯一韵彰滋}霹嘲I舅缓l旁锾l鬯碉lI嘲I翎皑!醛!孵墅融!绷麴蜘终塾螋则她嘲!鲰!翔嘲■l■■—■Il-●-●■I■——●li■■—一I■■—一I叠●—_‘■-一；8；}66×66，；!iI鬻鼍爨浮键警晚期W鳓盘缴缨}麟畿；苎臻臻霪§墨；》t鬈一：：：二=：=：：：：：：；：====：：2：；嚣=：∞i：：ol：：：嫱9壤瓣墓黧56×56；jjf：：：二：o；：：l：：：：：：：：：：；；：：：：：=：：：=：；{：?ii：：：：：≮{：：：涵i醴兰蔓最墨篓篓落：※i篓兰ii笆j；i点篓；；鬻!丢i!袭曼 浙江工业大学硕士学位论文}67×67}：蓁㈣j勰jI●I●10⋯●⋯一⋯～一．I～^-～^■1一一1。1。‘-‘-。一。～。一。一．～。。1一。。．“i}一。。．。1|簟一。。．‘。．一。rP—‘r铲-。。-一。。。。。h。。’．。。1。‘。1。1．。；1。。。。一。。．‘，‘。1。。‘JI，lI●I-fII_lI_-I_IlI-lI_II。I『⋯l-I--_I-^f_-I--I-II-IIl_l-III-I⋯I-_II_IIlTI‘oo⋯Ⅱ⋯。㈦⋯l-I-II⋯III⋯l’ItI【_III●III⋯I_I_。I-⋯l--_⋯II—ITI-●--IzI_I-●i●--一【I-IIlH-E⋯_-l●I●--II-_。I__-I⋯IIlII。I_⋯IIE⋯I⋯『fⅢ_fff⋯_-o‘Ilz■Ifl⋯rIf"_一⋯III‘⋯ITII_●III-II。⋯-IIz-I⋯一I●●l--rIIjiIl1-lIII--II-_11II-⋯，-I⋯II-III』54×54I1‘‘-‘-EE--TⅢ⋯JIl一⋯I。。‘。⋯一III’IJ-Ih1-。．。-。-。。‘-‘。‘。。，。．。．‘。1；1，1I‘r‘■II_●lI-⋯I『lf-IIl’-I"I’Ⅱ1，一Il一I。II-I_Il，_--II-⋯I-I_I-I-‘I-lll-Ii-。-‘-。．’。。。。．。．1。1．。．。．。。。。～ob^—‘-I-I-tI_l。lEI-II-，-‘-‘．。．。．‘。。．‘．1。1．’f。，。。1．。13-—J‘-_}o-izIT---_---J5f■Ij_II‘。⋯1I⋯_-II口I_II__I●-Il-It⋯I-}^一。。。。。1．1。。。。。。．。．。。。，-～‘。。。1．。。‘二^●。I_⋯JII_1II_II-‘-"一。1．1。1。。。。。。。1，1．’。1，1---ra。1。1。‘。l；■-I---II-I—IIIlJ⋯I-_I--III-llI—II⋯⋯⋯_I⋯II⋯II。-II⋯-I—III-⋯一⋯l⋯__--一⋯II---IM⋯一¨M。⋯。一_⋯，量3l×3l；ji鬟匿一蕈警苣_絮12刘Pb目：2：h刻_蓝_ 浙汀T、Ip大学硕士学位论文1348×48|}14}57×6l1532×32表7．3—1编织纹样模型库7．4相同造型不同纹样的编织实例编织产品由于其复杂的编织结构使得其具有独特的魅力，即使一个很简单的造型也可以由于编织纹样的不同而显得丰富多彩。因此，编织产品的创新设计应主要归功于编 浙江工业大学硕士学位论文织纹样的造型设计。下面，通过对一个简单容器表面曲面进行不同纹样的参数化建模做进一步的阐述。首先，建立编织容器模型，并对编织基础曲面进行曲面细分，如图7．4．1所示。图7．4一l建立容器模型并对编织基础曲面细分其次，在Excel表格中设计第一款纹样：以双数单元格作为编织纤维节点所在位置；双数单元格的行高列宽作为编织纤维的宽度；单数单元格的行高列宽作为每两条编织纤维间的距离；并以编织图案外第二行列的单元格行高列宽作为编织纤维的厚度，在其中填充不同的色彩以区分不同编织纤维所处的不同图层以及所赋予的不同材质，如图7．4．2所示。图7．4—2纹样一参数在Excel表格(局部)中的表现型70㈨一■一一一一●●●●●●●●．●●●．一II斟●●●■■■●．燃一．一●●．■■一●一．●●●一●．一．．-侧一■●■●●■●㈣■■●■一■●■一●●●一■一一●●■．．IⅢ●●●●■●一●_珏●●●●■●■●●●●一●●一●一一●●●一童|●．●一●■．．艄■●●●●●■●●●●●■●●■■■．．．．㈣■．●一■●一．Ⅲ一●■■一●■●●●●●一●●●●●．●-I影一●■●●一一●I|}；●●●一●■■●●■一■●●●●●一●一■-娜●一一●一■一●㈣●■．●●■一●■■●■●●．●■■■一■-冽■■●●●●一■引一●●一一■●●●●●●■●■■一一●■●●孤●■一●●●●●_m一●●●●一■■●●■一■■●■●●■●●_曼|●●●●●■●■徽叠@圆脚熙婵瞻箩∞薰然属∞西磐蚤}；8}魍脚燃小心婵脚臌 浙江工业大学硕士学位论文在第一款纹样的设计中：编织节点数为57×120，在Excel表格内单元格的数量为115×24l：为其赋予两种色彩区分编织纤维的不同。如图7．4．3所示。图7．4—3纹样一编织纹样以及编织间距、纤维宽度与厚度设计最后根据此设计纹样结构，在Uv平面以及编织结构基面上经过两次映射后，得到编织纤维的中心线，根据Excel表格中设定的参数即可放样生成编织纤维的三维模型，效果图如图7．4-4所示。7lhhhBrPP¨l¨r__；¨rh-二—¨hhhh．PPPPPPPPPPPPPP 浙江工业大学硕士学位论文图7．4—4纹样方案一效果图以及细节展示第二款纹样设计思路与第一款纹样设计思路相同，不再赘述。在第二款纹样设计中：编织节点数为65×89，在Excel表格内单元格的数量为13l×179；为其赋予两种色彩区分编织纤维的不同。如图7．4．5所示。72 图7．4—5纹样二编织纹样以及编织间距、纤维宽度与厚度设计 浙江工业大学硕士学位论文图7．4-6纹样方案二效果图以及细节展示74 75 浙江工业大学硕士学位论文图7．4—8纹样方案三效果图以及细节展示在第四款纹样设计中：编织节点数为65×90，在Excel表格内单元格的数量为13l×18l；为其赋予两种色彩区分编织纤维的不同。如图7．4．9所示。76 浙江工业大学硕士学位论文图7．4-9纹样三编织纹样以及编织间距、纤维宽度与厚度设计根据此设计纹样可生成如图7．4一10所示的编织纹样三维模型。 浙江工业大学硕士学位论文7．5本章小结图7．4一10纹样方案三效果图以及细节展示本章主要论述了利用此编织结构插件程序制作各种编织结构以及不同纹样的编织产品的实施技术。78 并删除原始曲面，以新的均匀曲面代替。2．在刚性曲面上实现编织结构的一一映射关系。整个编织结构参数化建模的核心与基础部分。构建从参数数据到刚性曲面表面编织结构节点位置的一一映射关系之后，就可以通过参数对编织结构节点位置的点进行一对一的编辑操作。插件程序可以在用户对基本编织曲面选取后，通过两次映射自动实现这一过程，并将其体现在节点位置与基本编织曲面法向偏移的距离上。3．从平面图案到j维编织图案模型的自动生成。用于对编织纹样图案的多样化设计要求。主要依托一个中间媒介——Excel软件，将编织结构节点位置与Excel内的单元格进行一一对应，并将编织纤维所有参数数据与单元格参数数据对应，即通过对Excel单元格进行黑白填色来达到控制编织结构节点位置起伏状态，通过拖动单元格的长宽距离控制编织纤维宽度与厚度。插件程序可以将用户在Excel单元格中绘制的图案完全映射到编织基本曲面上，并依照每条编织纤维对应的Excel单元格相应参数自动生成编织纤维模型。4．编织纤维色彩的自动添加。是插件程序进一步完善的要求。编织纤维间的色彩差异不光增加了编织结构的美感，更重要的是可以作为区分编织纤维间材质不同的一种视觉证明。为了便于初始图案的设计制作，同样将这一色彩反应在Excel单元格的制作上，即对应编织纤维的单元格的色79 浙江工业大学硕士学位论文彩为编织纤维的模型色彩。插件程序可以读取单元格内的颜色，并将其反应到每条编织纤维的模型色彩上，以便用户观察。5．编织产品的备料计算。用于测量整个编织表面所用编织材料的多少，为用户提供编织产品做工用料的精确数据。插件程序可以在进行编织结构模型生成的过程中，记录每一条编织纤维的各项参数数据，并写入Excel中相应的单元格内。通过以上功能实现了编织产品结构的自动生成。在编织产品实际案例应用中，效果良好。8．2创新点本论文所研发的插件程序与现有技术相比具有下列优势：1．复杂编织结构模型的自动生成。用数字化参数技术实现编织产品复杂形态结构三维模型的自动生成，解决了编织产品由于其形态结构复杂而造成的设计方案制作困难、工作量大的难题，使设计师的工作可以简化为编织基本曲面的大样设计，而通过本论文所开发的插件程序可以在编织基本曲面大样的基础上生成多种不同纹案图样的编织结构形态。2．编织产品的备料计算。用数字化参数技术实现了编织产品做工用料的精确计算，解决了企业对新产品由于算料不准而造成的生产管理困难。所开发的插件程序可以精确计算产品出中每一根编织纤维的截面面积与长度，通过给定材料的密度也可以计算出编织产品所使用的编织原材料的重量，并将各项数据记录下来，为原材料的采购和生产规划工作提供了极大的便利。8．3进一步研究内容参数化建模效率不高，由于每条编织纤维通常都有一定的曲率，导致模型内面片过多，对电脑内存要求过高，尚需做进一步的简化和优化。编织纤维结构的三维建模对曲面要求较高，如何能够使得编织纤维可以在复合曲面上自动生成，需要做进一步的研究。由于编织纤维基本曲线的绘制仅仅依靠编织纤维基本曲线所在的编织节点来控制，导致编织纤维基本曲线精度不够，尤其在编织纤维宽度过大时，会出现经纬两条编织纤维叠加的情况，需做进一步的优化。编织结构的种类有很多种，例如：正交纹、斜交纹、六80 浙江工业大学硕士学位论文角形纹、缠绕纹等，本论文仅就正交纹做了详尽的建模研究，其他纹样的参数化建模仍需再进一步做深入的研究。 浙江工业大学硕士学位论文【24】【25】【26】【27】参考文献LIUxiaoji锄，CmNShi，SUNshou坪锄．3DModeHng‰iqucs氨)rWbaV-mgP刚uctS缸1l咖rcDesigll【C]．nlc8tll111tcmationalConfcrcncc0nComputcr-AidcdIndustrialDcsign柚dConccptualDesign(CAD&CD’2007)，2007Seoul，Korea：32—37李智勇，校建民，陈勇．中国藤及藤制品国际贸易面临的主要问题和政策建议【J】．世界林业研究，2005．18(6)：54—57黄利，吕杰．中国竹藤类产品贸易研究们．林业经济问题，2009．29(2)：158．162方兴．计算机辅助工业设计【J】．武昌：华中科技大学出版社，2006．1张全．CAD技术在工业设计中的麻用叨．包装工程．2007．28(5)：123．125尹航，冯明，葛建伟．CAID技术在产品开发中的应用与发展田．沈阳大学学报．2007．19(1)：4l一43马帅．CAD／CAID软件的应用现状及功能的比较研究【D】．保定：华北电力大学，2007徐凯，张裕中．CAD二次开发技术I[D】．包装与食品机械，2004．22(1)：15-17王青．三维CAD／CAM系统二次开发技术【J】．江苏机械制造与自动化．2001．1刘肖健，梁艳霞，陆长德．基于Solidworks的人机工程学CAD二次开发【J】．计算机工程与应用，2004．(25)：104．106陈桦，范晓斌，徐文杰．基于Pr0／E二次开发的零件参数化设计系统的研究川．机械设计与制造，2009(11)：73．75刘肖健，孙守迁，陈实．产品复杂表面形态结构的映射设计方法【J】．计算机集成制造系统，2008．14(7)：1268—1273李嘉禄，孙颖．■步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数阴．复合材料学报，2003．20(2)：8l-87卢子兴，杨振字，刘振国．三维四向编织复合材料结构模型的几何特性【J】．北京航空航天大学学报．2006．32(I)：92-96EVERJ．B．，nomasMD，J0舱m{mT-．Micromcchalljcsoffa蚰creizlforccdcomposj汹wimpcriodicnlicrostnIct山．c【J】．ktemationaIJ01I丌lalofSolids弛dStnlcturcs，2005，42：2489～2504ZERMANJ，SEn町0HAM—HomogeIlizationofbalanccdplainwea、，econlpositcswithimperfectJnicros劬cture．P矾Imeoreticalfo瑚ulatjon明．Theorctical删撕0n．Int咖觚onalJoumalofS01idsa11dStmctures，2004，4l：6549—657l王君泽，曹红蓓．三维编织物的计算机仿真系统研制[J】．纺织学报，2004．25(4)：106．108阮仕荣，龚小平．三维四步方形编织结构的几何建模[J】．工程图学学报．2006．3：l_6李典森，卢子兴，陈利，李嘉禄．三维五向圆型编织复合材料细观分析及弹性性能预测【J】．航空学报．2007．28(1)Y锄gJM，MaCL，ChouTWFiberinclin撕onmodelofmlIccoime璐ional做tilestnJctu】_alcomposites[J】．J01lmalofCompos沁Material，1986，20(5)：472_484．ChenL，1．aoXM，ChoyCL．011tIlemicros眦ctIlreof缸ec碰m饥sionalbmidedpe响nns叨．CompositcsScicnce锄dTcchnolo烈l999，59(3)：391_404．冯伟，马文锁．编织几何结构的群论分析【J]．科学通报．2005．50(20)：2300一2304诸葛振荣，刘江涛．纹织物仿真的一种建模方法叨．浙江大学学报(工学版)，2004．38(8)：1086．1089刘肖健，孙守迁，陈实．基于图像的编织产品三维图案结构映射【J】．浙江大学学报：上学版，2009．43(8)：1367-137l杨恢先，杨穗，王子菡，陶霞．基于VB平台对Rhillo进行二次开发的技巧四．电脑学习．2004．6(3)：40-4l潘莉，蒋雯．基于VC平台开发Rhino插件的技巧叨．机电产品开发与创新．2006．19(3)：97—98冯颖，蒋雯，杨向东，潘莉．用RhinoScript方法开发蒂凡尼灯具网案设计研究【J】．机电产品开发与创新．2007．20(1)：7-7．811j1J1】1j1JCⅡ口pMp砸p隅pU刁封q毋q刀踟明田U刁孔Un口nDn口口口 编织产品模型展示：浙江工业大学硕士学位论文附录 浙江工业大学硕士学位论文擘；{9思 浙江工业大学硕士学位论文 致谢本学位论文的研究得到了浙江省教育厅：浙江省研究生创新科研项目“藤编家具的数字化设计技术研究"的项目资助。感谢浙江省教育厅的支持。感谢在论文撰写过程中给我无数帮助和鼓励的张露芳导师以及刘肖健导师。没有各位导师的扶助和指导，我的论文不可能如此顺利的写出。在此，我再一次对导师张露芳教授、刘肖健教授表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意!还要感谢黄薇老师、卢纯福老师、朱上上老师等等帮助和指导过我的老师、教授们。感谢浙江工业大学艺术学院李枢同学对模型库建库工作提供的帮助；感谢我的同学以及朋友对本论文所给予的帮助。感谢我的家人在背后给我默默地鼓励和支持。 87