CN112560156A - 一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统 - Google Patents

一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统，方法包括根据五金模型的结构抽象构建出几何约束模型，所述几何约束模型包含一个或多个固定部件、一个或多个运动部件以及各部件之间的约束关系；基于五金模型的运动属性，设置所述几何约束模型中任意一个运动部件的运动参数；将设置运动参数后的几何约束模型与对应的五金模型绑定；将绑定几何约束模型后的五金模型固联在家具模型上，基于几何约束模型的运动参数进行家具模型的动态展示。本发明的基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统，能够简化家具动态设计难度，提升家具动态展示效果。

Description

一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统
技术领域
本申请属于家装设计技术领域，具体涉及一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统。
背景技术
家具的档次除了体现在设计方案、材质选用上，由五金配件带动运动部件的运动效果也能体现出独特的高级感。通过展现家具部件优雅的运动效果，能够极大的增强消费者的购买欲望，增强家具企业销售能力，还能间接带动五金配件企业的销售。
但在现有家装设计软件中，针对动态效果的设计、展示能力较弱，有的只能展示类似简单的开、关门两种效果，没有弹出、阻尼等动画能力，不能给消费者带来任何美好的体验；有的缺乏部件之间的联动能力，需要为任何运动部件配置繁杂的位置函数，不仅难以使用，还无法达到预期效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统，能够简化家具动态设计难度，提升家具动态展示效果。
为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
一种基于几何约束的家具动态设计展示方法，所述基于几何约束的家具动态设计展示方法，包括：
根据五金模型的结构抽象构建出几何约束模型，所述几何约束模型包含一个或多个固定部件、一个或多个运动部件以及各部件之间的约束关系；
基于五金模型的运动属性，设置所述几何约束模型中任意一个运动部件的运动参数，若几何约束模型中包含多个运动部件，则将多个运动部件中设置运动参数的运动部件作为主动件、其余的运动部件作为被动件，根据主动件的运动参数以及各部件之间的约束关系采用约束求解得到被动件的运动参数；
将设置运动参数后的几何约束模型与对应的五金模型绑定；
将绑定几何约束模型后的五金模型固联在家具模型上，基于几何约束模型的运动参数进行家具模型的动态展示。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
作为优选，所述运动部件的运动方式包括平移运动和旋转运动；
所述平移运动包含的基础参数如下：起始位置、平移距离、持续时间、运动方向；所述旋转运动包含的基础参数如下：起始角度、旋转角度、持续时间、运动方向。
作为优选，所述设置所述几何约束模型中运动部件的运动参数，包括：
设置基础参数；
根据基础参数选取平移距离/旋转角度百分比为0同时持续时间百分比为0的点作为起始的控制点，选取平移距离/旋转角度百分比为100同时持续时间百分比为100的点作为末尾的控制点；
在起始的控制点和末尾的控制点之间增加0个及以上的控制点；
在每相邻的两个控制点之间添加运动曲线，该运动曲线为平移距离/旋转角度关于持续间的运动曲线；
由控制点和运动曲线获得在持续时间内各个时间点对应的平移距离/旋转角度作为最终生成的运动参数。
作为优选，所述运动曲线为在相邻两个控制点之间进行插值得到。
作为优选，所述运动部件的运动方式还包括复合运动，所述复合运动包括至少两个平移运动；或者，所述复合运动包括至少两个旋转运动；或者，所述复合运动包括至少一个平移运动和至少一个旋转运动。
本申请还提供一种基于几何约束的家具动态设计展示系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序并运行以实现所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法的步骤。
本申请提供的基于几何约束的家具动态设计展示方法及系统，通过建立合理的几何约束，将五金的运动部件恰当地依附于该几何约束上，然后设置主动部件的运动参数，根据几何约束求解实现其他运动部件的联动，最终展示出整个家具的动态效果。
附图说明
图1为本申请的基于几何约束的家具动态设计展示方法的流程图；
图2为本申请几何约束模型的一种实施例示意图；
图3为本申请配置运动参数的一种实施例示意图；
图4为约束求解的一种求解运动机构状态示意图；
图5为本申请固联五金模型后的家具模型的一种实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
其中一个实施例中，提供一种基于几何约束的家具动态设计展示方法，能够有效降低简化家具动态设计难度，同时提升家具动态展示效果。
如图1所示，本实施例的基于几何约束的家具动态设计展示方法，包括：
步骤1、根据五金模型的结构抽象构建出几何约束模型，所述几何约束模型包含一个或多个固定部件、一个或多个运动部件以及各部件之间的约束关系。
本实施例中的五金应理解为橱柜配件、衣柜配件或家具配件等具有运动属性的金属件，例如合页、滑轨、铰链等。本实施例基于五金模型构建几何约束模型，建立数学模型与实际部件之间的关联，避免后期运动效果脱离实际或几何约束模型结构无法与家具适配等问题。
由于五金模型具有厚度、立体等概念，本实施例为了简化几何约束模型构建难度，将五金模型的结构抽象为由点、线组成的简化草图构件。如图2所示，为本实施例构建的一种几何约束模型，图中的圆圈表示约束关系，无斜线的边表示运动部件，带有斜线的边表示固定部件。该几何约束模型为以线条草图的形式绘制的五金模型的等效机构。本实施例中两部件之间的约束关系包括但不限于距离、平行、垂直、同轴、重合等。
步骤2、基于五金模型的运动属性，设置所述几何约束模型中任意一个运动部件的运动参数。
若所构建的几何约束模型中仅包含一个运动部件，则任意一个运动部件即指该唯一的运动部件；若几何约束模型中包含多个运动部件，则随机或特定的选取其中一个运动部件作为主动件进行运动参数设置，其余部件作为被动件。在家装设计中，不同家具需要使用不同的五金件构成开闭状态，例如柜门可以是利用合页进行开关，抽屉可以利用滑轨进行推拉等。因此实际应用中的五金均带有各自的运动属性，本实施例将五金模型的运动属性映射至几何约束模型中，使得该数学模型具有贴近真实的运动特性。
对于家具而言其运动主要分为两种基础运动：平移运动和旋转运动，因此本实施例运动部件的运动方式包括平移运动和旋转运动。并且运动可以是单一的运动，也可以是有多个单一运动叠加得到的复合运动，以实现家具从简单到复杂的运动方式。
首先本实施例以简单运动为例，说明设置几何约束模型中运动部件(主动件)的运动参数，包括：
设置基础参数：平移运动包含的基础参数如下：起始位置、平移距离、持续时间、运动方向；旋转运动包含的基础参数如下：起始角度、旋转角度、持续时间、运动方向，其中起始角度为旋转边与过旋转顶点的水平线的角度，因此起始角度中实质包含了对主动件上旋转顶点的限制。
控制点设置：根据基础参数选取平移距离/旋转角度百分比为0同时持续时间百分比为0的点作为起始的控制点，选取平移距离/旋转角度百分比为100同时持续时间百分比为100的点作为末尾的控制点，并在起始的控制点和末尾的控制点之间增加0个及以上的控制点。增加控制点可以将整个运动的边界条件划分为多个小段，对每一小段进行运动速度的控制能够得到复合型更强的运动效果。
其中平移距离百分比应理解为占平移距离的百分比，例如平移距离为10，若平移距离百分比为0即为平移距离为0，也就是未开始平移；若平移距离百分比为50即为平移距离为5，也就是平移了一半距离。其余同理。
为了便于理解和添加控制点，可以以平移距离/旋转角度百分比为Y轴，持续时间百分比为X轴建立坐标系。在坐标系中指定点即可视为添加控制点，添加在坐标系中的每个控制点的X、Y坐标即对应了相应的持续时间百分比、平移距离(旋转角度)百分比。
运动曲线添加：在每相邻的两个控制点之间添加运动曲线，该运动曲线为平移距离/旋转角度关于持续时间的运动曲线。为了实现更丰富的运动效果，又不增加设计师的使用难度，通过配置主动件的运动曲线，可以实现运动的阻尼、匀速、弹性等特点。
运动曲线可以是直接取数学模型中的线型，例如以两个控制点为首尾点设置直线、抛物线、正弦曲线、指数曲线等等，也可以是运动曲线为在相邻两个控制点之间进行插值得到，例如线性插值、二次插值、样条插值等。
每个五金的运动均可为划分为一个或多个速度分段，而每一速度分段均可以等价至一种数学线型或者插值方式中，例如匀速运动对应为直线或线性插值，阻尼对应为抛物线或二次插值，弹性可以是多段曲线或者多段插值的组合。
运动参数生成：由控制点和运动曲线获得在持续时间内各个时间点对应的平移距离/旋转角度作为最终生成的运动参数。
如图3所示，在一个运动参数配置中共包含4个控制点，第1个控制点为起始的控制点，第4个控制点为末尾的控制点，；第2个控制点选在了持续时间百分比为30％、平移距离(旋转角度)百分比为20％的点，第3个控制点选在了持续时间百分比为60％、平移距离(旋转角度)百分比为80％的点，并且第1个控制点和第2个控制点之间添加了线性插值，第2个控制点和第3个控制点之间添加了线性插值，第3个控制点和第4个控制点之间添加了二次插值，最终得到的整个的运动效果为先缓慢匀速运动，后较快的匀速运动，最后阻尼运动。
整个运动参数配置简单，仅需添加控制点以及插值方式或线型方程，即可得到平移距离(旋转角度)关于持续时间的运动曲线，按照该运动曲线上每个点控制几何约束模型运动即可得到指定的运动效果。
需要说明的是，控制点和运动曲线的添加可以是在图3上部分所示的坐标轴中直接添加，也可以基于图3下部分所示的表格进行添加，本实施例重点在于通过控制点和运动曲线设置运动参数，对于如何设置控制点和运动曲线的方式不做限制。
简单运动即为对单一的平移运动或者旋转运动进行配置，在实际应用中，部分五金具有复杂机构，其主动件可能由多段平移、旋转运动组合而成，因此在实现复合运动时，可进行分段配置实现复合运动效果。
即本实施例中运动部件的运动方式还包括复合运动，所述复合运动包括至少两个平移运动；或者，所述复合运动包括至少两个旋转运动；或者，所述复合运动包括至少一个平移运动和至少一个旋转运动。
由于几何约束模型中存在一个或多个运动部件，而各个部件之间已经存在约束关系，因此本实施例仅需配置一个运动部件的运动参数，其他部件的运动参数根据部件之间的约束关系通过集合约束即可求解得到，省去了设计师需要为每一运动部件添加繁琐的运动函数的过程，极大简化设计难度。
其中根据主动件的运动参数以及各部件之间的约束关系采用约束求解得到被动件的运动参数时，可以采用现有的约束求解器进行求解，也可以基于现有的约束求解法逐帧计算求解得到。
约束求解为模型构建中较为成熟的技术，本实施例不对具体的求解方法进行限制，例如采用约束求解中最基本的方法-数值求解进行解算。数值求解也是约束求解的终极解法，当其他方法无法求解时，通常只能使用数值解法来求解。其基本流程包括：根据真实场景抽象运动机构；根据机构类型创建约束方程；求解约束方程。
本实施例以图4所述的几何约束状态为例进行数值解法的求解说明：
1、抽象运动机构；
这是动画仿真约束求解的第一步，将真实场景抽象为运动机构，如可以简化为图4所示的四杆机构。
2、根据机构类型创建约束方程；
在抽象为上述的运动机构之后，需要从中创建约束方程，此处可认为AB、BC、CD、DA都是定长线段，而为了求解方便，可认为AD是固定的，则剩下的运动点只有B和C，则可以以A点为原点、AD为x轴、垂直于AD的为y轴建立长度坐标系。
对于B和C，在动力分析中一般选取AB作为主动件，由于主动件已经配置了运动参数，因此此时B的位置是已知的，只需要求解C的位置即可。
根据上述分析，可得到如下方程：
Figure BDA0002857456750000061
Figure BDA0002857456750000062
式中，(xB,yB)为点B在长度坐标系中的坐标，(xC,yC)为点C在长度坐标系中的坐标，(xD,yD)为点D在长度坐标系中的坐标，dist1为线段BC的长度，dist2为线段CD的长度。
3、求解约束方程；
对于一般的约束类型，其方程一般都是2次或以上的，这样的方程组很难析解，需要使用数值计算的方法来求解，本实施例使用牛顿迭代的方法来得到计算方程组的解。从而得到当前帧点C的坐标，依次类推得到整个持续时间内点C对应的坐标，即可以完成被动件的运动参数求解。步骤3、将设置运动参数后的几何约束模型与对应的五金模型绑定。
本实施例中的绑定应理解为将几何约束模型中的运动参数映射至五金模型上。绑定后的五金模型具有相应的运动效果，该五金模型固联至任意家具或其他需要运动效果的模型上，即可实现家具或其他模型的运动效果构建。
步骤4、将绑定几何约束模型后的五金模型固联在家具模型上，基于几何约束模型的运动参数进行家具模型的动态展示。
在设计时，家具与五金的固联模拟真实的螺钉、卡扣、榫卯等方式，系统根据固联方式，自动添加家具部件与五金模型之间的固联约束限制。全部绑定完成后，形成从草图构件到五金模型再到家具部件之间的约束链，从而完成整个运动的配置。
几何约束模型依据配置运动参数的运动部件，通过几何约束求解计算出其他运动部件的运动，家具实体通过固定在五金模型上，跟随五金模型一起运动求解，最终实现了一套完整的家具动态展示设计。并且配置家具运动效果后还可以根据家具的实际运动效果，检查约束模型运动参数配置的合理性，然后针对一些碰撞情况修改运动参数等。如图5所示，为五金模型和家具模型固联后的示意图，通过五金模型完整家具模型的顶升翻柜门。
通过本申请五金配件设计师可以轻松的设计出五金配件的动画效果，然后辅助家具设计师更加轻松的完成整套家具的动画效果设计，提升商品展示的效果，吸引用户的浏览、关注。
因此本实施例以几何约束模型为基础，增强家具在设计中的动态展示效果，并大大简化设计人员的工作难度，提升设计效率(动态效果包括但不限于柜门的开关、抽屉的推拉、门窗开关、橱衣柜置物架的运动等家具、五金运动)。
并且由于几何约束模型中的各部件之间具有约束关系，因此本申请的家具动态展示方法仅需设计人员针对任一运动部件设置运动参数即可，其他运动部件的运动参数根据与该运动部件之间的约束关系能够直接求解得到，实现展示强大的动态效果的同时极大程度降低设计人员的工作量以及设计难度。
在另一个实施例中，提供一种基于几何约束的家具动态设计展示系统，即一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。
该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于几何约束的家具动态设计展示方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于几何约束的家具动态设计展示方法，其特征在于，所述基于几何约束的家具动态设计展示方法，包括：
根据五金模型的结构抽象构建出几何约束模型，所述几何约束模型包含一个或多个固定部件、一个或多个运动部件以及各部件之间的约束关系；
基于五金模型的运动属性，设置所述几何约束模型中任意一个运动部件的运动参数，若几何约束模型中包含多个运动部件，则将多个运动部件中设置运动参数的运动部件作为主动件、其余的运动部件作为被动件，根据主动件的运动参数以及各部件之间的约束关系采用约束求解得到被动件的运动参数；
将设置运动参数后的几何约束模型与对应的五金模型绑定；
将绑定几何约束模型后的五金模型固联在家具模型上，基于几何约束模型的运动参数进行家具模型的动态展示。
2.如权利要求1所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法，其特征在于，所述运动部件的运动方式包括平移运动和旋转运动；
所述平移运动包含的基础参数如下：起始位置、平移距离、持续时间、运动方向；所述旋转运动包含的基础参数如下：起始角度、旋转角度、持续时间、运动方向。
3.如权利要求2所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法，其特征在于，所述设置所述几何约束模型中运动部件的运动参数，包括：
设置基础参数；
根据基础参数选取平移距离/旋转角度百分比为0同时持续时间百分比为0的点作为起始的控制点，选取平移距离/旋转角度百分比为100同时持续时间百分比为100的点作为末尾的控制点；
在起始的控制点和末尾的控制点之间增加0个及以上的控制点；
在每相邻的两个控制点之间添加运动曲线，该运动曲线为平移距离/旋转角度关于持续时间的运动曲线；
由控制点和运动曲线获得在持续时间内各个时间点对应的平移距离/旋转角度作为最终生成的运动参数。
4.如权利要求3所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法，其特征在于，所述运动曲线为在相邻两个控制点之间进行插值得到。
5.如权利要求2所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法，其特征在于，所述运动部件的运动方式还包括复合运动，所述复合运动包括至少两个平移运动；或者，所述复合运动包括至少两个旋转运动；或者，所述复合运动包括至少一个平移运动和至少一个旋转运动。
6.一种基于几何约束的家具动态设计展示系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序并运行以实现权利要求1～5任一项所述的基于几何约束的家具动态设计展示方法的步骤。
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