基于手繪的交互方式與三維建模研究.pdf

1、使用傳統(tǒng)WIMP(Window,Icon，Menu，Pointing Device)風(fēng)格的圖形用戶接口(GUI，Graphical Llser Interface)，用戶需要費(fèi)盡周折才能將自己的三維設(shè)計(jì)思路準(zhǔn)確地傳遞給計(jì)算機(jī)。首先，用戶需要將設(shè)計(jì)意圖分解成若干獨(dú)立的部分，例如點(diǎn)、線、面，然后再通過復(fù)雜的造型方法和繁瑣的交互手段將這些元素組合、拼裝成三維實(shí)體。而隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，一個(gè)不爭的事實(shí)是：其使用門檻越來越高，操

2、作越來越復(fù)雜，從而使其在設(shè)計(jì)初始階段扮演的角色和傳統(tǒng)的筆、紙方法距離越拉越遠(yuǎn)。冗余的功能和過于嚴(yán)格的交互手段干擾了設(shè)計(jì)師的思路，打斷了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)過程。因此現(xiàn)階段還是有很多設(shè)計(jì)師在初始階段寧愿繼續(xù)使用筆和紙做設(shè)計(jì)，而在設(shè)計(jì)的最后階段才將其在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行精確形狀設(shè)計(jì)。 長期以來，人們已經(jīng)習(xí)慣了使用簡單、快速的手繪方法表達(dá)其形象思維。而基于手繪的交互接口已經(jīng)漸漸展現(xiàn)了其在用戶和計(jì)算機(jī)之間良好的溝通作用。在基于手繪的交互環(huán)境中，用戶

3、繪制的每一筆畫都被系統(tǒng)感知，這種筆畫不僅能表達(dá)圖形設(shè)計(jì)意圖，還能傳遞設(shè)計(jì)過程中的各種控制命令。手繪設(shè)計(jì)接口和傳統(tǒng)WIMP用戶接口最明顯的區(qū)別是，它能捕捉并分析用戶設(shè)計(jì)思路，而不是使用簡單的匹配方法驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造型。 本文研究的重點(diǎn)是基于手繪的用戶接口在三維建模和交互中的作用。首先，在介紹了當(dāng)前手繪造型和交互的眾多研究方向和研究成果后，本文第二章描述了一種基于手繪的三維概念設(shè)計(jì)方法。和第二章手繪正向造型不同的是，第三章描述了手繪方法在

4、逆向造型中的應(yīng)用：點(diǎn)云表面曲線的手繪構(gòu)建。為了更進(jìn)一步體現(xiàn)手繪接口的優(yōu)勢(shì)，本文第四章介紹了一種基于手繪的鮮花三維實(shí)體造型方法，該方法充分體現(xiàn)了手繪在復(fù)雜自然生物體造型中的靈活性和創(chuàng)造性。其后第五章描述了一種物體空間自由定位的拖拽交互方法，并將其成功應(yīng)用于點(diǎn)云之間的融合造型。第六章介紹了透明界面和手繪結(jié)合的移動(dòng)平臺(tái)界面設(shè)計(jì)新方法TGFUI。 最后一章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，給出了應(yīng)用前景和未來的研究方向。本文取得的研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)主要表

5、現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)以草圖為基礎(chǔ)，用手勢(shì)作為驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)基于手繪的快速三維概念設(shè)計(jì)本文將基于手繪的三維概念設(shè)計(jì)過程分解成草圖識(shí)別、草圖編輯、手勢(shì)分析、實(shí)體/曲面創(chuàng)建、實(shí)體/曲面編輯等若干子過程。整個(gè)體系結(jié)構(gòu)以有限狀態(tài)機(jī)作為流程控制，它采用以草圖手勢(shì)規(guī)則和草圖語義自動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思路，描述了草圖語義的獲取、表達(dá)和理解方法，從而較好地支持了早期的三維概念設(shè)計(jì)。 (2)提出了一種逆向工程造型中的曲線手繪構(gòu)造方法本文提

6、出了一種手繪造型方法在逆向工程中的應(yīng)用。該方法能在點(diǎn)云模型表面合理地創(chuàng)建出各種曲線，從而快速構(gòu)建出模型的曲線網(wǎng)絡(luò)。通過該方法創(chuàng)建的曲線網(wǎng)絡(luò)能夠很好的應(yīng)用于后續(xù)的曲面約束擬合模塊，從而豐富了逆向工程中的造型手段。 (3)提出了一種復(fù)雜形態(tài)的自然生物體手繪建模方法本文將手繪方法應(yīng)用于三維鮮花實(shí)體造型過程，并將建模分成結(jié)構(gòu)建模和幾何建模兩個(gè)步驟，每個(gè)步驟同時(shí)采用若干手繪方法，實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠簡單、快速、合理地創(chuàng)建出栩栩如生的三維鮮花

7、模型。除此之外，為了拓展原有實(shí)體鮮花的設(shè)計(jì)方法，本文還提出了實(shí)體鮮花設(shè)計(jì)的新思路和新方法。 (4)提出了一種基于拖拽交互的物體空間自由定位方法本文提出了一種點(diǎn)云表面的空間自由定位方法，它沒有使用任何拓?fù)湫畔?，因此可以直接?yīng)用于其它幾種曲面類型的表面定位交互。本文將該定位交互方法成功應(yīng)用于點(diǎn)云模型間的融合操作。 (5)提出了一種移動(dòng)平臺(tái)界面設(shè)計(jì)新方法TGFUI傳統(tǒng)GUI中的視圖區(qū)和框架區(qū)在屏幕空間中是相互競爭的，較多的圖標(biāo)