CN113111406B - 基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法及计算机系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法及计算机系统，首先获取待包装商品的点云数据，并基于点云数据构建该商品的体素模型，然后识别出体素模型对应的基本几何体，并基于基本几何体确定出商品的摆放姿态，之后依据体素模型的占用空间从减震模型库中选取与摆放姿态相适配的减震模型，再依据体素模型和减震模型的尺寸以及摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型，进而得到体素模型和减震模型的数量，最后在体素模型与纸箱模型之间具有间隙时，从内衬模型库中选取承载模型填充间隙。该方法整个过程全自动化进行，能够针对各种不同类型和形态的小型商品进行包装设计，使得包装设计智能化、便捷化。

Description

基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法及计算机系统

技术领域

本申请涉及纸品结构设计技术领域，特别涉及基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法及计算机系统。

背景技术

纸品加工行业是我国重要的产业之一，无论是包装箱用的瓦楞纸板，还是作为卫生用品的纸巾，均是日常生活中不可或缺的常用品，产品、商品等商品的包装大多是以纸品构成的包装箱来包裹承装的。

由于互联网电商的兴起，多数用户均在商品生产方购买商品，尤其是小件且易碎、易损坏的商品，例如瓷杯、瓷碟等，这些小件商品的种类繁多，由于体积较小因此通常都会采用批量打包的方式进行包装运输，并且由于结构特殊性或材料特殊性等原因，在对其进行包装时需除了用纸箱进行整体包装之外，还需要在纸箱内部设置一些内衬件作为商品之间的缓冲，避免在运输过程中商品发生碰撞导致商品损坏。

目前在小件易碎商品的包装方面，主要是人工通过经验来对不同类型商品进行瓦楞纸包装结构进行设计，一次设计出一种包装结构，并且该包装结构只能够针对单一类型的商品，此种方式难以应对繁多的商品种类的包装需求，自动化程度和便利性均较低。

发明内容

基于此，为了能够自动设计出适配于多种不同类型商品的瓦楞纸包装结构，省去人工对商品进行手动设计，满足对多种商品种类的包装设计需求，本申请公开了以下技术方案。

一方面，提供了一种基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法，包括：

获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

识别出所述体素模型对应的基本几何体，并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态；

依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型；

依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型，进而得到所述体素模型和所述减震模型的数量；

在所述体素模型与所述纸箱模型之间具有间隙时，从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型，包括：

获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种可能的实施方式中，所述识别出所述体素模型的基本几何体，包括：

分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度；

将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态，包括：

获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：

在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：

在所述摆放姿态有多个时，将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

另一方面，提供了一种基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计计算机系统，包括：

体素模型建立模块，用于获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

摆放姿态确定模块，用于识别出所述体素模型对应的基本几何体，并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态；

减震模型选取模块，用于依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型；

纸箱模型选取模块，用于依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型；

承载模型选取模块，用于从内衬模型库中选取填充所述体素模型与所述纸箱模型间隙的承载模型。

在一种可能的实施方式中，所述体素模型建立模块包括：

空间范围获取单元，用于获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

体素尺寸确定单元，用于依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

体素模型生成单元，用于判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种可能的实施方式中，所述摆放姿态确定模块包括：

位置获取单元，用于分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

同位异位统计单元，用于对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

相似度计算单元，用于基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度；

几何体确定单元，用于将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体。

在一种可能的实施方式中，所述摆放姿态确定模块包括：

摆放姿态确定单元，用于获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种可能的实施方式中，该系统还包括：环境情况估计模块，用于在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

在一种可能的实施方式中，在所述摆放姿态有多个时，所述摆放姿态确定模块将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，所述减震模型选取模块和所述纸箱模型选取模块选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，所述承载模型选取模块在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

本申请公开的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法与系统，利用体素模型来表达商品形态，并判断出体素模型对应的简易几何体类型，简化了体素模型的形态表达，在此基础上进行摆放姿态的确定，速度快且正确率高，同时再基于体素模型的尺寸、摆放姿态的已确定参数，逐步确定出选用的减震模型、纸箱模型和内衬模型，该三个后续确定的模型中，前者作为后者的选取依据，生成商品的最终包装方案，使得所有的纸结构模型均能够互相匹配并盛装，使得瓦楞纸结构能够针对商品的特点进行严密封装，其严密性和稳定性能够应对小型易碎易损坏商品的包装，且整个过程全自动化进行，无需人工参与，并且能够针对各种不同类型和形态的小型商品进行包装设计，使得包装设计智能化、便捷化。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。

图1是本申请公开的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法实施例的流程示意图。

图2是微型显示器的体素模型M0的示意图。

图3是模型之间相似度对比示意图。

图4是本申请公开的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计计算机系统实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。

下面参考图1-图3详细描述本申请公开的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法实施例。如图1所示，本实施例公开的方法包括如下步骤100至步骤500。

步骤100，体素模型建立模块获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型。

当商品生产方或商品代理商为自家售卖的小件易碎商品进购商品打包所需的瓦楞纸包装时，瓦楞纸生产方首先需要获取到该小件商品的点云数据，点云数据可以是通过激光扫描仪等设备对商品进行扫描而获取到，由于点云数据的获取成本较高，因此本方法对于集成有商品生产方、物流中心和瓦楞纸生产线的公司尤为适用，当公司研发出新产品或作为代理商进购了很多新商品后，可以直接通过公司配备的激光扫描仪对产品或商品进行扫描得到点云数据，并将数据转发给体素模型建立模块，体素模型建立模块获取到小件商品的点云数据后，构建出商品的体素模型。可以理解的是，体素模型即为用途需求数据模型，由体素模型产生减震需求进而完成减震模型、纸箱模型和承载模型的选取，最终完成包装箱的涉及。

获取到商品生产方或商家发来的点云数据或自家扫描后得到的点云数据后，开始构建体素模型。体素是体积元素（Volume Pixel）的简称，而体素模型就是由多个体素组成的能够表达商品的三维形态的模型。可以理解的是，由于建立商品的体素模型是为了确定出商品需要且适配的瓦楞纸内衬结构，而瓦楞纸结构主要是平板件，不包含曲面的结构，因此采用体素模型，体素模型对精度不是很敏感，但能够满足对商品形态表征的精度需求，同时还能够节约运算时需要的运算资源，并且体素模型的外表面均为平面而不包含曲面，利于在内衬结构适配判断时的计算。具体的，图2为依据微型显示器的点云数据构建出的体素模型M0的示意图。

步骤200，摆放姿态确定模块识别出所述体素模型对应的基本几何体，并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态。

基本几何体指的是形状简单的基础结构，例如圆盘、圆柱、圆锥、球体、圆环、长方体、多棱柱、多棱锥、L型几何体、U型几何体、I型几何体等等。以瓷碟为例，瓷碟的体素模型M1对应的基本几何体为圆盘，因为通过将M1与所有的基本几何体进行相似度计算，可知圆盘与M1的形状最接近。同理，带把手的方口水杯的体素模型对应的基本几何体为长方体。

摆放姿态是商品打包时需要考虑的一个问题，摆放姿态的不同会使得商品在运输过程中的易损坏性不同，打包时采用的减震结构、纸箱结构和承载结构也可能会因此而不同。

摆放姿态是商品在运输过程中较为稳定或较容易被稳定下来的姿态，由于不同的基本几何体在包装运输时的摆放姿态可能不同，每种基本几何体的可选摆放姿态是可以预先设置好的，因此通过提取出圆盘的摆放姿态即可确定出瓷碟的摆放姿态。同一基本几何体的摆放姿态可能只有一种，也可能有多种，例如带把手的方口水杯的可选摆放姿态只预设了一种，也就是与使用状态相同姿态的竖直放置，而瓷碟的可选摆放姿态预设了两种，一种是与使用状态相同姿态的水平放置，另一种是竖立放置。摆放姿态的具体选取，可以基于对商品的运输稳定性的要求、来选择，例如对于瓷碟来说，若稳定性要求较高，则可以选择水平放置，若选择装卸商品便利性，则可以选择竖立放置。

步骤300，减震模型选取模块依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型。

由于小件商品需要批量装箱运输，因此需要减震纸结构位于各小件商品之间实现商品分隔并对两侧商品实现减震功能，而减震模型就是减震纸结构的模型。减震模型库是针对减震模型建立的预先存储有多种不同类型和不同适用场景的减震模型的模型库。体素模型的占用空间指的就是体素模型在空间范围内占用的空间区域，主要包括占用的长方体空间区域的尺寸。

对于不同的基本几何体来说，其能够选用的减震模型也是可以预先设计好的，每种基本几何体在每种摆放姿态下具有一种或多种的可选减震模型，例如竖直放置的水杯可以使用以插接的方式形成网格的瓦楞纸板进行分隔和减震，该纸板分为多个上、下两部分，每个上部分的下侧和每个下部分的上侧均设有细槽，上部分的细槽数量与能够插接的下部分数量相同，下部分的细槽数量与能够插接的上部分数量相同，两部分的细槽互相插入形成网格，该方式减震性能一般但成本较低且纸箱空间利用率高；也可以通过层叠式或折叠式模型进行减震，其中层叠式指的是多层瓦楞纸板粘接形成具有一定高度的结构块，结构块上开设有能够容纳基本几何体的一部分体积的凹槽，该方式减震性能最高但成本也最高且纸箱空间利用率最低，折叠式指的是瓦楞纸板呈S型折叠，并且在一个或多个拱起的折弯处开设有能够容纳基本几何体的一部分体积的凹槽，该方式减震性能较高，成本适中，纸箱空间利用率也适中。

一个减震模型可以是多个子模型的搭配，例如对于瓷碟来说，有可能是单列装箱，该列堆叠有多个水平放置的瓷碟，每个瓷碟之间设置第一减震结构；也有可能是多列摆放，每列堆叠有多个水平放置的瓷碟，水平方向摆放多列，竖直方向也摆放多列，此时各列之间需要设置第二减震结构，第一和第二减震结构对应于第一和第二减震子模型，两个子模型的组合为减震模型。减震模型选取的时候并不会对模型或子模型的数量进行限定，只限定了选取何种型号样式的减震模型，而该模型是否包含子模型以及在最后打包时是否使用到该模型包含的所有子模型，均不做考虑，而具体的减震模型选用数量在后续步骤中进行。

依据体素模型的占用空间，可以确定出相应尺寸的可选减震模型，而具体如何从可选减震模型中确定出一个最终选用的减震模型，可以是选择生产成本最低的减震模型，也可以选用减震效果最好的减震模型，具体可依据实际场景和选择标准来确定。

步骤400，依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型，进而得到所述体素模型和所述减震模型的数量。

在减震模型选取完成后，由于每个商品都需要进行减震，而此时商品的数量还未确定，减震模型的数量也无法确定，因此依据尺寸对摆放姿态下的体素模型进行不同数量的遍历，并依据体素模型的数量进行相应的减震模型设置，得到相应的减震模型数量，进而得到所有可能的对纸箱内尺寸的需求。

例如圆盘体素模型Y的占用的长方体空间区域尺寸为D1，其确定出的减震模型为J1，J1包括子模型j1和j2，尺寸分别为D2和D3。将体素模型和减震模型的结合称为内包装体，假设打包数量从5个开始逐个递增，由于摆放姿态为水平放置，因此5个Y按单列堆叠排放，进行减震后得到的内包装体尺寸为5*D1+4*D2，此时对纸箱内尺寸提出的要求为(5*D1+4*D2)转化为长*宽*高的形式，7个Y按单列堆叠排放后对纸箱内尺寸提出的要求为7*D1+6*D2转化为长*宽*高的形式；若打包数量为28个，而单列堆叠的上限为7个，则此时可以按1*4的方式水平摆放4个单列，也可以按2*2的方式矩阵式摆放4个单列，1*4的方式下，进行减震后得到的内包装体尺寸为4*(5*D1+4*d21)+3*D3，此时每个单列之间使用j2进行分隔和减震。由此下去，最终会得到多种不同商品打包数量的的相应包装体尺寸要求。

纸箱模型库中包含了多种预设尺寸的纸箱模型，将所有的内包装体尺寸要求与各纸箱模型进行匹配，选取出最相适配的内包装体和纸箱模型的组合，适配的评价标准为，内包装体尺寸要求与纸箱模型内尺寸的差值越小，适配度越高。确定出适配的内包装体和纸箱模型组合后，内包装体所包含的商品数量和减震结构数量也就确定出来了。

步骤500，承载模型选取模块在所述体素模型与所述纸箱模型之间具有间隙时，从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙。

由于选定的内包装体和纸箱模型中，其适配度可能不是最高，也就是说内包装体和纸箱模型之间具有一定间隙，间隙可能在横向、纵向和/或竖向，因此为了避免商品在箱内晃动导致损坏，若判断出内包装体和纸箱模型之间具有一定间隙，则需要对间隙进行填充。

内衬模型库中包含了多种用于填充间隙的内衬件，内衬件的材质通常较软且均呈扁平状，以适用于间隙的填充。因此可获取间隙的尺寸和位置，并从内衬模型库选取尺寸刚好和间隙尺寸相等或略小于间隙尺寸的内衬结构。可以理解的是，若间隙发生在竖直方向，则选取的内衬结构需要有较高的平压性能，否则若是垫在纸箱的最底部时，难以承受压力，而间隙发生在水平方向时，由于不用日常承受商品载荷，因此选取的内衬结构可以具有较强的缓冲能力，例如采用B楞型的内衬结构。

本实施例利用体素模型来表达商品形态，并判断出体素模型对应的简易几何体类型，简化了体素模型的形态表达，在此基础上进行摆放姿态的确定，速度快且正确率高，同时再基于体素模型的尺寸、摆放姿态的已确定参数，逐步确定出选用的减震模型、纸箱模型和内衬模型，该三个后续确定的模型中，前者作为后者的选取依据，生成商品的最终包装方案，使得所有的纸结构模型均能够互相匹配并盛装，使得瓦楞纸结构能够针对商品的特点进行严密封装，其严密性和稳定性能够应对小型易碎易损坏商品的包装，且整个过程全自动化进行，无需人工参与，并且能够针对各种不同类型和形态的小型商品进行包装设计，使得包装设计智能化、便捷化。

在一种实施方式中，体素模型建立模块基于所述点云数据构建小型商品的体素模型的方式具体包括以下步骤110至步骤130。

步骤110，空间范围获取单元获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围。

假设点云数据共有500个点，则确定出这500个点在X、Y、Z三个轴上的最大值和最小值，得到Xmax、Xmin、Ymax、Ymin、Zmax、Zmin，其中的最小值限定了体素模型可能存在的一侧的极限位置，最大值限定了体素模型可能存在的另一侧的极限位置，由此得到一个长方体或正方体的三位矩阵作为体素模型的空间范围。图2中示出的构建完成的微型显示器体素模型M0中，X、Y、Z三轴方向如图所示，分别对应横向、纵向和竖向。

步骤120，体素尺寸确定单元依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸。

粒度需求限定了体素模型能够达到商品实际形状的真实程度，粒度需求越高，则反映出的商品实际形状的真实程度越低，反之则越高。假设体素模型M的空间范围为(0,0,0,)至(500,200,400)，若粒度需求为10，则每个体素单元（体素模型的最小正方体单位）的尺寸为10*10*10，则空间范围内共有50*20*40个体素单元格，体素单元格为能够仅包含一个体素单元的空间；若粒度需求为2，则每个体素单元的尺寸为2*2*2，则空间范围内共有250*100*200个体素单元格，粒度需求为2时的分辨率明显高于粒度需求为10时的分辨率，因此能够体现出更多的商品形状的细节内容，反映的真实程度更高。

本实施例中的商品均为小件商品，因此商品的尺寸均较小且互相之间差距不大，因此所有的商品均可以采用同样的粒度需求，由此将分辨率进行了统一，不会出现不同分辨率下的模型比对。

步骤130，体素模型生成单元判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

以粒度需求=10为例，此时的体素模型M包含有50*20*40个体素单元，点云数据中的每个点均位于其中的一个体素单元内，有些体素单元内包含有多个点，有些体素单元则不包含任一个点，将每个包含有一个或多个点的体素单元进行统计，并由这些统计出的体素单元形成与商品形状对应的体素模型。

在一种实施方式中，所述摆放姿态确定模块识别出所述体素模型的基本几何体包括以下步骤210至步骤240。

步骤210，位置获取单元分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置。

几何体模型库是针对圆盘、圆柱等基础结构预先建立的模板库，每种基础机构均有对应的几何体模板，并且所有的几何体模板的粒度需求均相同，并且与体素模型的粒度需求也是相同的，因此，相似度是在相同分辨率（粒度需求相同）的情况下进行计算的，因此参与相似度计算的体素模型和几何体模板的空间范围是相同的。

外表体素单元指的是从体素模型的外部能够观测到的体素单元，如图2所示，所有能够观测到的体素单元均为外表体素单元，例如显示屏正面一侧的所有体素单元均为外表体素单元。

步骤220，同位异位统计单元对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元。

假设当前要对体素模型M和几何体模板T1进行比对，则遍历整个空间范围内的所有体素单元格，判断体素单元格内有无体素单元、该体素单元是否为外表体素单元、该外表体素单元的位置，由此统计出同位体素单元的数量和异位体素单元的数量。同位体素单元指的是在同一体素单元格内，模型和模板均具有外表体素单元，或者一方具有外表体素单元而另一方为上、下、左、右、前、后面均有相邻体素单元的内部体素单元，异位体素单元指的是在同一体素单元格内，模型和模板中的一方具有外表体素单元而另一方为空的体素单元格。

可以理解的是，因为有可能出现对比双方中其中一方的外表体素单元在位置和数量及其体素特征方面完全包含了另一方的外表体素单元并且还比另一方多出来一部分外表体素单元的情况，例如图3中，中间位置处的模型M3比左侧的模型M2多出了一个外表体素单元U4，因此U4即为M2和M3之间唯一的一个异位体素单元；右侧的模型M4比M3多出了单元U5、U6、和U7，但少了单元U4，假设M3为体素模型，M4为几何体模板，则M3和M4之间的异位体素单元共包括U4至U7四个单元。

步骤230，相似度计算单元基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度。

继续以图3为例，模型M2和M3的同位体素单元有9个，异位体素单元有1个，因此M2和M3的相似度Si(M2,M3)=9/(1+9)=0.9。模型M3和M4的同位体素单元有9个，异位体素单元有4个，因此M3和M4的相似度Si(M3,M4)=9/(4+9)=0.69。模型M2和M4的同位体素单元有9个，异位体素单元有3个，因此M2和M4的相似度Si(M2,M4)=9/(3+9)=0.75。

对于形状几乎一样但在尺寸方面一个模型的大小相对于另一个模型呈等比例略微放大的情况，通过步骤A1至步骤A3算出的相似度会低于0.5，但实际上两者只是尺寸不同而已，因此上述算法不善于应对尺寸比例不同但形状相同的相似度计算，但该算法速度很快，并且由于相比较的模型和模板都是处于同分辨率下，空间范围和体素单元格的数量都是相同的，此时难以发生对同一商品构建的体素模型会有不同尺寸比例的情况，因为若尺寸比例不同，则体素模型的部分位置的厚度、长度等均会发生较大失真，而实际上失真的程度不会达到这种程度，因此本算法既能够快速算出相似度，又能够通过在同分辨率下进行比对来避免受到失真影响。

步骤240，几何体确定单元将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体。

通过对体素模型M与模型库中的所有n个几何体模板进行相似度计算，得到多个相似度，其中相似度最高的几何体模板对应的基本几何体即为体素模型对应的基本几何体，例如与瓷碟的体素模型M1相似度最高的几何体模板为圆盘。

在一种实施方式中，所述摆放姿态确定模块基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态包括以下步骤250。

步骤250，摆放姿态确定单元获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

摆放姿态的确定需要考虑商品是否有专门设置的用于唯一的或有限的多种情况下的摆放位置约束或参考。例如某模型的基本几何体被识别为塔状双圆柱，塔状双圆柱由两个圆柱堆叠组成，位于上侧的圆柱的直径小于位于下侧的圆柱，该两个圆柱即为基本几何体的结构组成。各结构组成具有不同的功能类型，此时位于下侧的圆柱的功能类型包括了底部平衡，因此该模型的摆放姿态优选为将位于下侧的圆柱摆放为底面接触地面的姿态，使位于上侧的圆柱位于上方。若基本几何体只包含一个结构组成，或者包含的多个结构组成中没有功能类型为底部平衡的结构组成，则依据重心来确定摆放姿态，重心越低，商品越不容易受到振动影响，商品的运输过程也就越稳定。依据结构组成的功能类型能够得知各结构组成的估算重量或各结构组成之间的重量比，进而估算出整个体素模型的大致重心位置，将重心最低时的姿态作为模型的摆放姿态。

在一种实施方式中，该方法还包括：环境情况估计模块在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

在瓦楞纸生产方知晓商品的配送地址以及预先选定好运输方式时，可以先依据运输方式的收发货物的地址，判断出在运输过程中商品收到的环境影响。运输方式包括公路运输、铁路运输、空中运输、海路运输等等，不同的运输方式下商品预期受到的震动量不同，例如公路运输的震动量可能会较大一些，因此对于上述瓷碟来说，在选取减震模块的时候，可以选用减震性能最高的层叠式减震模型，纸箱模型和承载模型同理。温湿度变化则是由于发货地到目的地的过程可能会经历显著气候变化，例如从北方向南方发货，或者经海路运输时，环境湿度会较大，而冬天从南方向北方发货时，温度变化会较大，因此可以选用具有防湿或保温功能的纸箱模型和承载模型。

在一种实施方式中，该方法还包括：在所述摆放姿态有多个时，所述摆放姿态确定模块将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，所述减震模型选取模块和所述纸箱模型选取模块选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，所述承载模型选取模块在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

以瓷碟为例，由于其对应的基本几何体的预设摆放姿态有多种可以选择，因此在摆放姿态确定模块确定摆放姿态时，可能无法唯一确定出一个摆放姿态来，此时将确定出的r1种摆放姿态作为可选摆放姿态并全部分别参与后续的模型选取。减震模型和纸箱模型同理，在选取某一可选摆放姿态下的减震模型时，可能无法唯一确定出一个减震模型，此时将确定出的r2种减震模型作为可选减震模型并全部分别参与后续的模型选取，在选取某一减震模型下的纸箱模型时，可能无法唯一确定出一个纸箱模型来，此时将确定出的r3种纸箱模型作为可选纸箱模型并全部分别参与后续的模型选取。由此，目前具有的姿态+减震+纸箱的模型组合方案共有r1*r2*r3种，目前需要从这些种的模型组合方案中唯一确定一种方案，而确定的依据就是间隙的大小，若其中的一种方案能够使得商品与纸箱之间（也就是内包装体与纸箱之间），不存在间隙，或者在所有方案中某种方案产生的间隙最小，则将该种方案作为最终确定的方案，并以该方案产生的间隙量来确定承载模型，若间隙量为0则无需确定和使用承载模型，以使得纸箱与内包装体之间更为紧密。

下面参考图4详细描述本申请公开的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计计算机系统实施例。本实施例是用于实施前述的基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法实施例的系统。

如图4所示，本实施例公开的系统主要包括有：

体素模型建立模块，用于获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

摆放姿态确定模块，用于识别出所述体素模型对应的基本几何体，并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态；

减震模型选取模块，用于依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型；

纸箱模型选取模块，用于依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型；

承载模型选取模块，用于从内衬模型库中选取填充所述体素模型与所述纸箱模型间隙的承载模型。

在一种实施方式中，所述体素模型建立模块包括：

空间范围获取单元，用于获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

体素尺寸确定单元，用于依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

体素模型生成单元，用于判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种实施方式中，所述摆放姿态确定模块包括：

位置获取单元，用于分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

同位异位统计单元，用于对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

相似度计算单元，用于基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度；

几何体确定单元，用于将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体。

在一种实施方式中，所述摆放姿态确定模块包括：

摆放姿态确定单元，用于获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种实施方式中，该系统还包括：环境情况估计模块，用于在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

在一种实施方式中，在所述摆放姿态有多个时，所述摆放姿态确定模块将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，所述减震模型选取模块和所述纸箱模型选取模块选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，所述承载模型选取模块在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计方法，其特征在于，包括：

获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型，其中，所述体素模型就是由多个体积元素组成的能够表达商品的三维形态的模型；

识别出所述体素模型对应的基本几何体，包括分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度；将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体；并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态，包括：获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态；

依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型，其中，所述减震模型就是减震纸结构的模型；

依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型，进而得到所述体素模型和所述减震模型的数量；

在所述体素模型与所述纸箱模型之间具有间隙时，从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙。

2.如权利要求1所述的瓦楞纸品设计方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

3.如权利要求1所述的瓦楞纸品设计方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述摆放姿态有多个时，将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

4.一种基于用途需求数据模型的瓦楞纸品设计计算机系统，其特征在于，包括：

体素模型建立模块，用于获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型，其中，所述体素模型就是由多个体积元素组成的能够表达商品的三维形态的模型；

摆放姿态确定模块，用于识别出所述体素模型对应的基本几何体，并基于所述基本几何体确定出商品的摆放姿态；其中，所述摆放姿态确定模块包括：位置获取单元，用于分别获取所述体素模型和几何体模型库中各几何体模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；同位异位统计单元，用于对所述体素模型和所述几何体模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

相似度计算单元，用于基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度；几何体确定单元，用于将所述相似度最高的几何体模板作为所述体素模型的基本几何体；摆放姿态确定单元，用于获取所述基本几何体的结构组成，并获取所述结构组成的功能类型，在所述基本几何体包含有功能类型为底部平衡的结构组成时，将该结构组成位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的结构组成及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态；

减震模型选取模块，用于依据所述体素模型的占用空间从减震模型库中选取与所述摆放姿态相适配的减震模型，其中，所述减震模型就是减震纸结构的模型；

纸箱模型选取模块，用于依据所述体素模型和所述减震模型的尺寸以及所述摆放姿态从纸箱模型库中选取适配的纸箱模型；

承载模型选取模块，用于从内衬模型库中选取填充所述体素模型与所述纸箱模型间隙的承载模型。

5.如权利要求4所述的瓦楞纸品设计计算机系统，其特征在于，该系统还包括：环境情况估计模块，用于在所述选取与所述摆放姿态相适配的减震模型之前，先获取商品的运输方式、发货地址和配送地址，进而估计出运输过程中的震动程度和温湿度变化情况，将所述震动程度和温湿度变化情况作为选取所述减震模型、所述纸箱模型和所述承载模型的依据。

6.如权利要求4所述的瓦楞纸品设计计算机系统，其特征在于，在所述摆放姿态有多个时，所述摆放姿态确定模块将多个摆放姿态作为可选摆放姿态，所述减震模型选取模块和所述纸箱模型选取模块选取每个所述可选摆放姿态的减震模型以及相应的纸箱模型，在选取的所述减震模型和/或所述纸箱模型有多个时，将各选取的模型作为可选模型，得到多种模型组合方案，所述承载模型选取模块在所述从内衬模型库中选取承载模型填充所述间隙之前，选择所述间隙最小的所述组合方案作为选用方案。

Images