CN105957138B - 一种基于装配的家具产品三维建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于装配的家具产品三维建模方法及系统，方法包括：选定产品的某一点为装配基点，用三维绝对坐标系的原点定义装配基点；将产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义形体参数和位置参数；在每一基本单元上选定建模基点，并以三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出每一基本单元的三维建模坐标系；获取每一基本单元建模前的关键点及对应的坐标值，并根据每一基本单元的三维建模坐标系，将每一基本单元的参考点坐标值换算成其对应的建模坐标值，且根据形体参数和位置参数，将所换算的建模坐标值进行关联，得到产品的建模模型。实施本发明，能够高效、准确地搭建出家具产品模型。

Description

一种基于装配的家具产品三维建模方法及系统

技术领域

本发明涉及家具设计技术领域，尤其涉及一种基于装配的家具产品三维建模方法及系统。

背景技术

UG、Solidworks、AutoCAD、Pro-E等计算机辅助设计软件的参数化功能给家具产品设计研发带来极大的便利，特别是大大缩短了后期修改时间，从而缩短家具产品研发周期。

但是，在进行参数化建模时，由于采用产品或零件的某一个(或多个)面或线为基准，进行相关参数化建模设计时，容易出现以下两个问题：一、容易出现循环参考，致建模失败；二、当基准面或基准线选择有误(或删除时)，势必会导致后续零件(或产品)模型出错。

因此，迫切地需要一种更为高效、简洁且易于编辑的家具产品三维建模方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种三维家具产品装配建模方法及系统，能够高效、准确地搭建出家具产品三维模型。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种三维家具产品装配建模方法，所述方法包括：

选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的X、Y、Z三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

获取每一基本单元建模前分别对应的关键点及每一关键点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的参考点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

其中，所述每一基本单元均为构成产品的单元结构件，且所述单元结构件为一个零件或由若干个零件组成的部件。

其中，所述每一基本单元的三维建模坐标系均由所述三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。

本发明实施例还提供了一种三维家具产品装配建模系统，所述三维家具产品装配建模系统包括：

产品装配基点定义单元，用于选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

产品分解单元，用于将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的X、Y、Z三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

三维建模坐标换算单元，用于根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

三维模型建模单元，用于获取每一基本单元建模前分别对应的参考点及每一参考点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的参考点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

其中，所述每一基本单元均为构成产品的单元结构件，且所述单元结构件为一个零件或由若干个零件组成的部件。

其中，所述每一基本单元的三维建模坐标系均由所述三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于可通过调用产品分解的每一个基本单元并输入对应的参数值，得到符合设计要求的基本单元，且基本单元的形体特征与及其在产品整体中的相对位置只与参数有关，基本单元与基本单元间不存在相互关链，因此方便后期删减、替换等编辑操作；同时，由于基本单元在同类产品中具有通用性，因此可重复调用，大大降低家具产品三维建模的出错率，提高了建模效率与准确率，缩短了产品研发周期，提升经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的三维家具产品装配建模方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的三维家具产品装配建模方法中产品为柜体的三维立体结构图；

图3为图2中柜体分解为基本单元过程中建模参数定义的结构示意图；

图4为图3中基本单元为底板4在绝对坐标系中的三维立体坐标示意图；

图5为图3中基本单元为底板4在建模坐标系中的三维立体坐标示意图；

图6为图3中基本单元为背板3在绝对坐标系中的三维立体坐标示意图；

图7为图3中基本单元为背板3在建模坐标系中的三维立体坐标示意图；

图8为图3中基本单元装配成柜体后的三维模型立体结构图；

图9为本发明实施例提供的三维家具产品装配建模系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例中，提出的一种三维家具产品装配建模方法，所述方法包括：

步骤S101、选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

具体过程为，根据产品的设计图纸，综合分析其形体特征，选定某一点为产品的装配基点，并用绝对坐标系的原点定义该点，由此确定产品形体上各点的空间坐标。

步骤S102、将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的X、Y、Z三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

具体过程为，根据产品的零部件构成特征，将产品分解为若干个基本单元，结合基本单元与产品外形轮廓的位置关系，定义其形体参数与位置参数，以此确定绝对坐标三维空间中每个点的三维坐标。其中，每一基本单元均为构成产品的单元结构件，且单元结构件可以是一个零件，也可以是由若干个零件组成的部件。

在本发明实施例中，为了便于运算与管理，参数须简化并遵循以下原则：

(i)优先使用全局形体参数的函数表达式来表达局部形体参数；

(ii)优先使用全局形体参数的函数表达式来表达全局位置参数；

(iii)尽可能使用局部位置参数的函数表达式来表达全局位置参数；

(iv)尽可能使用全局形体参数与全局位置参数的函数表达式来表达局部形体参数；

(v)尽可能使用全局形体参数、全局位置参数、局部位置参数的函数表达式来表达局部形体参数；

(vi)局部形体参数的表达在无法遵循原则(i)的情况下，依次优先遵循原则(iv)，最后才是原则(v)；

(vii)全局位置参数的表达在无法遵循原则(ii)的情况下，遵循原则(iii)

步骤S103、根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

具体过程为，根据产品的设计图纸，综合分析基本单元的形体特征，在基本单元上选定一点作为建模基点，以绝对坐标系为参考对象，通过平移和/或旋转的方法在建模基点上建立相对坐标系，并定义为建模坐标系，即每一基本单元的三维建模坐标系均由三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。

在本发明实施例中，三维绝对坐标系可通过公式①三维建模坐标系来实现，公式①具体如下：

其中，x，y，z为某一点P在绝对坐标系中的坐标值，x′，y′，z′为该点P在建模坐标系中的坐标值，dx，dy，dz为建模坐标系原点在绝对坐标系中的坐标值，而则为建模坐标系相对于绝对坐标系依次绕X轴、Y轴、Z轴的沿逆时针方向的旋转角度。

根据基本单元在绝对坐标系中的方位关系，的取值主要有以下三种情况：

(i)分别取90°、0°、0°，即在绝对坐标系中，建模坐标系的o′x′y′平面为正平面，适合于正立方向的基本单元；

(ii)分别取0°、270°、0°，即在绝对坐标系中，建模坐标系的o′x′y′平面为侧平面，适合于侧立方向的基本单元；

(iii)分别取0°、0°、0°，即在绝对坐标系中，建模坐标系的o′x′y′平面为水平面，适合于水平方向的基本单元。

步骤S104、获取每一基本单元建模前分别对应的参考点及每一参考点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的参考点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

具体过程为，根据公式①，将每一基本单元上各参考点在绝对坐标系中的坐标值，换算成建模坐标系中的坐标值，确定基本单元的建模坐标点，并进一步在建模坐标系中，连接各参考点，建立基本单元的三维模型，完成基本单元的建模，同时根据形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

可以理解的是，根据产品设计需求，以绝对坐标系的原点为产品的装配基点，通过调用所选的基本单元模型(可以不用选择所有的)并输入相应的参数，生成所需基本单元，统一定位于装配基点，从而装配得到产品模型，使得建模更灵活。

如图2至图8所示，对本发明实施例中的三维家具产品装配建模方法的应用场景做进一步说明：

以图2中的柜体为实施例，对其进行三维建模。包括以下步骤：

(1)定义柜体产品的装配基点

根据柜体的设计图纸，综合分析其形体特征，选定左前下角点为该柜体的装配基点，并用绝对坐标系O-XYZ 6的原点O来定义该点，以此来确定柜体上各点的三维空间坐标。

(2)定义基本单元的建模参数

根据该柜体产品的零件构成特征，可将其分解为五个基本单元，分别为左侧板1、顶板2、背板3、右侧板4与底板5，在此基础上，设置柜体产品的形体参数和位置参数，如图3所示。

其中，全局形体参数W、D、H为柜体的总长、总深与总高参数；局部形体参数l、d、t1为底板5的长度、宽度与厚度参数；局部形体参数h、t2为背板3的高度与厚度参数，背板3的长度参数与底板5相同；左侧板1、右侧板4、顶板2的厚度参数与底板5相同，均为t1。

其中，局部位置参数pr、pl、pf、pb、pd为底板5的左侧、右侧、前侧、后侧与底部的位置参数，在本实施例中pr、pl、t1三者相等；背板3的后侧位置参数与底板5的后侧位置参数相同，均为pd。全局位置参数dx、dy、dz为建模坐标系O′-X′Y′Z′7的原点O’在绝对坐标系O-XYZ6中的X轴、Y轴、Z轴的坐标，如图5所示；全局位置参数dx”、dy”、dz”为建模坐标系O″-X″Y″Z″7的原点O’在绝对坐标系O-XYZ6中的X轴、Y轴、Z轴的坐标，如图7所示。

根据以上参数设置，将形体参数按以下原则进行参数简化：确定底板5上各角点p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8与背板3上各角点p9、p10、p11、p12、p13、p14、p15、p16在绝对坐标系O-XYZ6中的坐标值，如图4和图6所示。

(3)定义基本单元的建模坐标系

综合分析基本单元底板5的形体特征，选取其左前下角点为建模基点，以绝对坐标系O-XYZ6为参考对象，通过平移的方法，在建模基点上建立绝对坐标系O-XYZ6的相对坐标系，并定义为建模坐标系O′-X′Y′Z′7，如图5所示，则0′点在绝对坐标系O-XYZ6中的坐标值为(dx，dy，dz)。经分析可得：

dx＝pr＝pl ②

dy＝pf ③

dz＝pd ④

综合分析基本单元背板3的形体特征，选取其左前下角点为建模基点，以绝对坐标系O-XYZ6为参考对象，通过平移、旋转的方法，在建模基点上建立绝对坐标系O-XYZ6的相对坐标系，并定义为建模坐标系O″-X″Y″Z″8，如图7所示，则O″点在绝对坐标系O-XYZ6中的坐标值为(dx″，dy″，dz″)。经分析可得：

dx″＝pr＝pl ⑤

dy″＝D-pd-t2 ⑥

dz＝H-t1-h ⑦

(4)换算基本单元的坐标点

根据步骤(3)所述，底板5的建模坐标系O′-X′Y′Z′7系绝对坐标系O-XYZ6平移得到，故其均0°。

故将公式②、③、④及代入公式①，可得：

故将p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8的坐标代入公式⑧，可得p1′、p2′、p3′、p4′、p5′、p6′、p7′、p8′，如图5所示。

根据步骤(3)所述，背板3的建模坐标系O″-X″Y″Z″8系绝对坐标系O-XYZ6平移、旋转得到，其中：

ω＝90° ⑨

k＝0° ⑩

故将公式⑤、⑥、⑦、⑨、⑩与代入公式①，可得：

故将p9、p10、p11、p12、p13、p14、p15、p16的坐标代入公式可得p9′、p10′、p11′、p12′、p13′、p14′、p15′、p16′，如图7所示。

(5)完成基本单元的建模

分别在建模坐标系O′-X′Y′Z′7与建模坐标系O″-X″Y″Z″8中连接各角点，完成基本单元底板5与背板3的形体建模。

重复(3)、(4)完成基本单元左侧板1、顶板2、右侧板4的形体建模。

(6)调用基本单元模型，装配完成柜体建模

根据柜体的设计需求，以绝对坐标系O-XYZ6的原点O为柜体的装配基点，通过调用步骤(5)所述的基本单元模型，并输入相应的参数值，生成符合设计要求的基本单元，统一定位于装配基点，装配得到柜体模型，完成建模，最终模型如图8所示。

总而言之，按照本发明中的建模方法，通过调用基本单元，根据设计要求，输入参数值，得到符合设计要求的基本单元，一方面，基本单元的形体特征与及其在产品整体中的相对位置只与参数有关，基本单元与基本单元间不存在相互关链，方便后期删减、替换等编辑操作；另一方面，基本单元在同类产品建模中，可重复调用，不必另行再建，故综合以上两点，可大大降低家具产品三维建模的出错率，提高建模效率与准确率，缩短产品研发周期。

如图9所示，为本发明实施例中，提供的一种三维家具产品装配建模系统，所述三维家具产品装配建模系统包括：

产品装配基点定义单元210，用于选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

产品分解单元220，用于将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的长、宽、高三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

三维建模坐标换算单元230，用于根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

三维模型建模单元240，用于获取每一基本单元建模前分别对应的参考点及每一参考点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的参考点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

其中，所述每一基本单元均为构成产品的通用性单元结构件，且所述单元结构件为一个零件或由若干个零件组成的部件。

其中，所述每一基本单元的三维建模坐标系均由所述三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于可通过调用产品分解的每一个基本单元并输入对应的参数值，得到符合设计要求的基本单元，且基本单元的形体特征与及其在产品整体中的相对位置只与参数有关，基本单元与基本单元间不存在相互关链，因此方便后期删减、替换等编辑操作；同时，由于基本单元在同类产品中具有通用性，因此可大大降低家具产品三维建模的出错率，提高了建模效率与准确率，缩短了产品研发周期。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于装配的家具产品三维建模方法，其特征在于，所述方法包括：

选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的X、Y、Z三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

获取每一基本单元建模前分别对应的参考点及每一参考点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的参考点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的建模模型。

2.如权利要求1所述的基于装配的家具产品三维建模方法，其特征在于，所述每一基本单元均为构成产品的单元结构件，且所述单元结构件为一个零件或由若干个零件组成的部件。

3.如权利要求1所述的基于装配的家具产品三维建模方法，其特征在于，所述每一基本单元的三维建模坐标系均由所述三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。

4.一种基于装配的家具产品三维建模系统，其特征在于，所述家具产品建模系统包括：

产品装配基点定义单元，用于选定产品的某一点为装配基点，并用三维绝对坐标系的原点定义所选的装配基点；

产品分解单元，用于将所述产品分解为若干个基本单元，并根据每一基本单元与产品外形轮廊相对应的位置关系，定义出形体参数和位置参数；其中，所述形体参数包括用于描述产品外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的全局形体参数和用于描述每一基本单元外观形体的长、宽、高三个方向形体尺寸的局部形体参数；所述位置参数包括用于描述每一基本单元建模基点与产品装配基点间的X、Y、Z三个方向位置尺寸的全局位置参数和用于描述每一基本单元形体相对于产品形体在前、后、左、右、上与下六个方向位置尺寸的局部位置参数；

三维建模坐标换算单元，用于根据每一基本单元的形体特征，在每一基本单元上分别选定其对应的建模基点，并以所述三维绝对坐标系为参考对象，在每一基本单元的建模基点上分别构建出与所述三维绝对坐标系相对应的坐标系作为每一基本单元的三维建模坐标系；

三维模型建模单元，用于获取每一基本单元建模前分别对应的关键点及每一关键点对应三维绝对坐标系的坐标值，并根据每一基本单元分别构建的三维建模坐标系，将所获取到的每一基本单元的关键点的坐标值均换算成其对应的建模坐标值，且进一步根据所述定义的形体参数和位置参数，将所换算的每一基本单元的建模坐标值进行关联，得到产品装配后的三维模型。

5.如权利要求4所述的基于装配的家具产品三维建模系统，其特征在于，所述每一基本单元均为构成产品的单元结构件，且所述单元结构件为一个零件或由若干个零件组成的部件。

6.如权利要求4所述的基于装配的家具产品三维建模系统，其特征在于，所述每一基本单元的三维建模坐标系均由所述三维绝对坐标系通过平移和/或旋转的方式来实现。