量学院学报于概念设计王维包装创意设计系统的技术和实现郑成林1，吴蔚2中国计量学院人事处，浙江杭州0342.浙江水利水电专科学校经济系，化江杭州设计系统的各项功能，同时支持概念设计中的在无特征无数字约束的状态下用鼠标拖动定性建模修改，能够更好地协助设计师进行创意构思。
1引言本文所介绍的产品包装设计系统立足于概念模型，并逐步强化它的量化能力，使之能够融合后期的详细设计产品模型，从而达到模型的统。同时与设计师的设计思维互相协调，体现概念设计过程产品设计的创新性与整个设计过程的方便性和交互性系统采用面向对象的方法实现，有效地实现了概念设计阶段的兰维立体设计，使设计师能方便快捷地对产品进行修改，充分激发设计师的创作灵感，不断创新，提高产品的市场竞争力。
概念设计中的直接交互式兰维设计概念设计的主要目的就是为了使设计师在进入详细设计阶段抖前，能大致确定产品的设计草国，对设计的*终效果有个直观的了解。由于在概念设计阶段，对产品设计指标的准确性要求并不高，因此原来的那种先进行二维平面设计，再通过映射在H维立体环境中进行展示，如果不满意再回过头来在二维平面进行修改的设计流程，对概念设计师来说就显得繁琐且不必要。而产品设计的宜人性和方便性化及即时展示的功能对概念设计师来说才是*重要的。因此，直接交互式的吉维设计系统是概念设计阶段的*佳选择。
直接交互式的H维设计系统不仅应当快速生成H维物体模型，而且应当支持直接交互功能。要实现与三维物体的直接交互，必须考虑到下兰点：物体的表示：物体应抖可编辑的形式存储，而不能表示成组绘图命令的集合，即对于用户来说，只需要考虑物体本身的几何数据，而不必考虑如何对物体进行绘制；交互性：应当把兰维物体的几何表示与基于消息的事件处理模型的交互式程序设计相结合，即将物体对消息的处理方法与物体的几何数据紧密联系；层次结构：系统应具有良好的可扩展性，开发人员能够根据应用需求定义新的物体及交互方法。
在交互过程中，设计结果能直接看到。同时，系统应具有抖下些特点：通过鼠标动作或按钮而不是复杂的语法与对象交互语法是针对单个对象而不是整个界面表示非常灵活，尤其是设计交互技术及组合这些技术成抽象设备的能力相当强。
3系统的总体结构与功能本系统可分为四个主要部分：直接交互式维设计系统；2图形输出系统；。库管理系统；4支撑系统。各子系统之间采用数据文件进行通信，相互关联，同时又易于扩充。下面简要介绍各子系统的主要功能。
义1直接交互式兰维设计系统该系统根据用户从模板库和纹理库中选择的模板样式和纹理图案对产品的大小和外包装进行设计。还可由平台库和背景库中选取产品的放置平台和背景图案进行插入，从而完成空间布局。系统还提供完善的自然兰维直接操作编辑功能，例如由鼠标实现的平移鼠标选择吉维产品的某平面。在维环境下对产品平面的属性直接修改，此外系统还提供系列工具来辅助实现鼠标所无法达到的功能，如旋转、贴紧、对界图形、图像、文本等功能。
玉2图形输出系统本系统支持云种类型的图形输出，供设计师在不同的阶段进行选择。这兰种类型的输出分别为：1无场景效果的快速真实感图输出；2无场景效果的高度真实感图输出；3有场景效果的高度真实感图输出。
在概念设计阶段输出第类图形，在详细设计阶段输出后两类图形。这兰类图形输出可输出至绘图仪、打印机、屏幕等外部设备，也可存盘为标准文件，或作为新的模板加入到模板库中。
玉3库管理系统本系统提供了四类数据库，即模板店纹理库平台库、背景库。模板库和纹理库对产品本身的样式和图案进行设计，平台库和背景库则对场景效果进行设计。库管理系统则能完成对指定库的记录查询。插入。删除。改名。浏览等功能玉4支撑系统支撑系统包括H部分：リODB驱动器；2基于OLE技术的orel化aw系统；リ0口66吴块。
开放数据库互连OpenDatabaseoetivi巧，简称ODB是种数据库的互操作平台。本系统中具有各种数据库，其数据格式未必相同，而且抖后也可能添加些新类型的数据库。如何使全部数据要协同运作起来，就成了个大问题。8〔使各种格式的数据库之间能够方便地协同运作。同个软件应用程序可抖无差别地访问各种数据库，直接存取各种类型的数据OLE提供了个标准的概念框架来创蓖管理和对基于面向对象的部件的访问，这些基吊面象的％假栳望钓愚盛伊提供服务航，系统通8狱调用，枯1.61化3系统，借助于其强大的二维绘图功能来进行二维平面设计既这到了目的，又避免了重复开发。
OpenGL是*近发展起来的个非常优秀的开放式S维图形软件，它是图形与硬件的接口。OpenGL包括了lOO多个图形函数，开发者可W用这些函数来建立3隹模型和进行三维实时交互。OpGL的个核屯、函数提供了*基本的功能，可W实现S维建模、建立光照模型。反走样。纹理映射等。在直接交互式维设计系统中，许多功能模块都利用了OpenGLfeyj.
4系统流程行产品包装的创意设计时，可抖先从系统的样品库中调出同类产品的外观包装的维展示效果图，来激发设计师的发散性思维，进行有目的的艺术性创意设计。
当设计师的设计理念和创意思维明朗后就可进入实际性的概念设计阶段。系统可首先调用产品选择模块根据产品平面展开图的型号和长，宽，高等参数，从展开图库中选取相对应的式样，也可抖通过式样设计模块初步给定长，宽，高等参数这里的参数不需要很精确，因为下面的步骤中可抖很方便的修改，来创造展开图库中所没有的式样。然后包装展示模块根据展开图中各面的坐标，调用OpenGL的纹理映射函数完成展开图中各面到立体视图的贴图工作，抖立体图的方式显示。
在接下来的概念设计过程中，系统必须支持抖下两个功能：1.可在无特征无数字约束的状态下在立体图中拖动鼠标来动态改变结构参数，达到满意的效果。2可抖在立体图中选定要操作的面后，通过文本输入模块输入给定字体字型、字号、颜色的文本，并把文本贴图到选定平面也可在立体图中选定要操作的面上，利用画图工具画图，如果对画完的图，2两娜益存公1盛11招11图赛贴图哥溯通面概念设计完成后，就进入了详细设计阶段。首先根据概念设计所得的模板在屏幕上显示二维展开图，同时建立该产品的展开图对象和体视图对象再利用OLE技术将展开图图元文件嵌入oIelDRAW绘环境进行平面设计，设计告段落后，将平面设计结果W24位位图的方式传回主系统。包装展示模块根据该位图中展开图各面的坐标和体视图中对应的面的坐标，调用OpenGL的纹理映射函数完成展开图中各面到立体视图的贴图工作，W立体图的方式显示此时可抖对设计对象进行平移。缩放和绕不同轴旋转等基本几何操作。
还可抖从平台库和背景库中选取各种环境变量进行合成展示若在某环节对设计的作品不满意巧可W返回oIelDRAW重新设计劝果满意，贝阿W将作品存入成品图库，完成设5.1包装盒的图形数据结构如图2所示，包装盒的H维立体视图是个立方体，顶点分别是ABGDEEGE对图形数据结构在时间和空间上的矛盾加权衡，同时兼顾到般性，我们采用2 veItexedgefaeH个层次的数据结构。其具体定义如下：2包装皇立体视国加0伪62]/硕点的设备坐标vertexprev/顾点的前趋指针vertexnext/顶点的后继指针voidgetWorldPoint/到顶点的世界坐标edgenext/想的后继指针1994与1少技久短盈见面的标畜知始》化村1810贴6.封班18巧86仍61虹巧:// 6啦61证136/面的开始边faenext/厢的后继指针5.2包装盒面的直接选取由于本系统要实现直接交互式维设计功能，因此如何在包装盒立体视图上用鼠标直接选取要操作的平面就成为首先要解决的问题。由包装盒的图形数据结构可知，vertex类的51.邮加口脚是存放点的世界坐标，也就是几何形体通过化何变换或视见变换后的在；维世界坐标系的点坐标，而巧如6化山1[2阀是存放点的设备坐标，也就是世界坐标系的点坐标经投影变换巧窗口视图变换后所得到的在二维设备坐标系的点坐标包装盒本身是吉维立方体，从定的视点来看，总是有的面是可见的，有的面是不可见的。因此用鼠标单击要操作的平面时，首先要剔除不可见的面，只有可见的面才有可能被选取。至于如何判断面的可见性，因为立方体的相对的两个面之间至多只有个面是可见的，所抖可抖在两个相对的面各取它们的中也、点和视点构成个角形，例如在图取面ABD和面EFGH的中屯、点和视点构成个S角形，然后判断视点和任中也、点的连线与两中如点的连线之间是否为角关系，若是忡角关系，则此中屯、点所在的平面是可见面若否，则两个平面均不可见。此功能在函数618山6中实现。对包装盒的组相对的平面均进行上述判别，则可抖分别给定六个面的可见性。
特定区域对鼠标的限制在立体图中选定要操作的面后，然后利用图工具哩图，应当限制鼠标于此面上移动，而不能越出面的边界，抖此保证画图操作的有效性。由于包装盒上的每个面经投影变换抖后，在设备坐标系上都是个平行四边形。实际上鼠标的移动和点取都是相对于兰维包装盒的投影平面进行的，因此只要保证当前鼠标所在的点坐标是在此平行四边形之内即可。在Visual任中的Onouseove函数是相应鼠标移动事件的函数，所在此函数中判定鼠标的坐标是否在给定平行四边形之内是比较合适的。旦判定鼠标的坐标不在给定平行四边形之内，就把鼠标坐标强制回到上个值下面给出个判定某点是否在多边形之内的算法。在凸多边形中，各顶点沿轮廓范围，依逆时针排列。假如在该凸多边形内有个点，则从各顶点与户1连线，形成与边数相等的多个角形。如果这些云角形的命名均科户开头，其余两个字符依*初标定的顺序，依次排列，则为公，户公，0，公￡，户1必如图3所示，各个兰角形走向与当初设定的凸多边形走向致，在本国中均为逆时针走向设有另外个巧点在凸多边形之外，仍从2向各顶点连线构成多个=角形仍科2.角毕进ita窥督哮se的顺唐霞成把iH：2公，巧a，巧公￡，户2￡从图4可知，所形成的H角形走向并不完全致，至少有个顺时针走向的，即至少有个与原来设定的凸多边形的走向不致。
按照这个思路，可抖建立起套判断给定点在凸多边形界内还是界外的程序。抖点为基准，看看不同的线使得这个点处于该线的正半平面，还是负半平面。如果凸多边形的各条线都使得这个点处于它们的正半平面之内，即远些线把送个点围在中间。如果所有的边线使得该点处于它们的负半平面之内，无非是凸多边形的走向换个方向，仍然是把该点围起来。
唯有当该给定点对于组线构成的判别方向的值，既有正又有负的时候，那么这个点定是在该凸多边形之外，送样来，只要该给定点为基准，把它逐个代入代表凸多边形各边的函数中去，利用求点到直线距离的方法，计算下所得数据，并查看它们是正值还是负值就可抖了。如果都是同符号的值都为正值，或都为负值均可，则表示该点在凸多边形之内。如果出现异号的值不在界内。凸多边形各边的函数为/，3；=肿；1片2扣片；尤1少1，其中而，肿表示给定点的坐标尤1，3；1和；2，表示巧多边形中某边的两个顶点的坐标。只要对凸多边形的所有边计算出的/片，；；同号，则该给定点就定在该凸多边形中。
6结果和展望笔者经在Windows95f，使用Visual5.庶成了包装创意设计系统的开发工作，实现了从模板选择至邮念设计二维绘制虽居维展示基本满足了设计师的要求，设计师可利用本系统进行某个作品的完整设计。本系统的特色是有极强的建模能力和直观简单的特点，支持在无特征无数字约束的状态下用鼠标拖动定性建模修改，发散与初步收敛并行，使设计师有动手制作，边做边想的感觉，强大的；维展示功能，设计师可抖从任意角度观察设计方案，并能配抖光照背景，具有较强的真实感效果。
但系统在模板库的扩充，背景库的生成化及设计方案的图纸输出等方面都有待开发。另夕K在软件产品化的过程中，还有很多具体问题需要处理。
问绩潘化触触盖《狱。占埘琴法潘怯[味吴刚，杨农林。交互式维动画系统的面向对象实现[.计算机应用，19典，12：23王义豹。计算机图形原理与编程[1].天津：天津科技出版社，1典3.
(完)
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