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文檔簡介
1、工業(yè)產品外觀設計在現代工業(yè)產品開發(fā)過程中起著越來越重要的作用,產品外觀包括產品外形和表面裝飾,一般采用計算機輔助工業(yè)設計方法(Computer Aided IndustrialDesign,CAID)進行設計。目前CAID系統(tǒng)普遍采用紋理貼圖的方法將二維圖形轉化到三維物體表面,完成三維物體表面裝飾,紋理貼圖過程復雜、占用計算機資源較多,不利于設計師靈感的捕捉和發(fā)揮。隨著虛擬繪制技術的發(fā)展,引入了直接在三維產品表面進行繪制和裝飾的技術,本
2、文提出了基于實時力反饋技術的虛擬產品表面繪制方法,主要研究內容如下:
(1)分析了力對毛筆變形的影響機理,研究毛筆的壓力、虛擬表面摩擦力與毛筆變形的關系,提出一種新的毛筆力反饋仿真模型,利用彈簧振子模型仿真毛筆壓力與毛筆下壓位移關系,根據產品表面特性確定相應的摩擦系數,計算仿真毛筆與產品表面的摩擦力,通過毛筆中心骨架和表面模型構建毛筆幾何模型,根據毛筆壓力和虛擬表面摩擦力,實時仿真毛筆中心骨架彎曲變形和毛筆表面變形,實現力對毛
3、筆變形的動態(tài)控制。
(2)提出基于力反饋技術的三維筆道控制與仿真方法。研究了虛擬毛筆與虛擬油泥模型表面的碰撞檢測方法,模擬真實繪制過程中毛筆碰觸三維表面時的觸感。研究了每個采樣時刻變形的毛筆與繪制表面相交時的幾何關系,利用B樣條方法擬合了筆觸形狀,提出了毛筆的壓力與出墨量的正相關關系,實時計算了筆觸中的油墨,對采樣筆觸疊加形成三維筆道。藝術家通過視覺和觸覺反饋控制交互繪制過程,形成滿足要求的三維筆道繪制效果,增強了交互繪制過程
4、真實感。
(3)提出了基于力反饋技術的三維干筆飛白控制與仿真方法。隨著繪制過程的進行,毛筆所含水墨量降低,毛筆產生分叉,藝術家通過控制毛筆的受力與姿態(tài)可在三維物體表面進行夸張表示,形成中空留白的三維筆道效果(干筆飛白)。根據不同筆法形成的干筆飛白效果,構建了飛白紋理庫,研究了毛筆受力、含墨量對干筆飛白效果的影響,提出了飛白值的概念,飛白值越大,筆道的飛白現象越明顯,當飛白值大于預設值時,根據飛白值和筆法將飛白紋理庫中的飛白紋理
5、實時映射到筆道中,形成二維筆道干筆飛白效果。根據產品表面特性確定相應的預設值等參數,通過實時映射實現三維干筆飛白仿真。
(4)提出了基于力反饋技術的三維水墨擴散仿真方法。研究了基于力反饋技術的二維水墨擴散機理,提出沉積率和擴散率概念,實時計算沉積和擴散的水墨量,仿真筆道擴散區(qū)域輪廓的變化和油墨的變化。構建以紙元為基本單位的參數化宣紙纖維模型,提出纖維團數的概念,水墨沿著纖維在紙元之間進行傳輸,根據纖維團數隨機分配紙元中墨量,仿
6、真了宣紙上水墨擴散“粒狀現象”。根據產品表面特性確定相應的宣紙纖維模型參數,通過實時映射實現三維水墨擴散仿真。
(5)基于Kubelka-Munk(KM)顏色光學理論,提出了一種中國書畫顏料顏色仿真新算法。根據中國書畫顏料中植物性顏料和礦物性顏料的不同遮蓋力特性,給出相應顏料的遮蓋力計算規(guī)則,通過KM理論計算得到繪制顏料或多層顏料合成的顏色亮度值(R,G,B),并通過記錄顏色亮度值(R,G,B)實現對三維表面繪制結果的存儲。<
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