一種三維自鎖多面體的生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三維自鎖多面體的生成方法，包括：獲取待建立三維自鎖結(jié)構(gòu)的多面體；建立相鄰板塊的非正交連接頭模型；基于所述非正交連接頭模型構(gòu)造所述多面體的若干個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)，每一局部自鎖結(jié)構(gòu)中僅有局部鑰匙板塊能夠移動(dòng)；將全局的三維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，通過(guò)在相鄰局部自鎖結(jié)構(gòu)間建立依賴關(guān)系獲得該多面體的全局三維自鎖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明公開(kāi)的方法可以快速地生成給定多面體的三維自鎖結(jié)構(gòu)；三維自鎖結(jié)構(gòu)中的每個(gè)板塊可通過(guò)激光切割的方法快速制造出來(lái)；構(gòu)造出的三維自鎖多面體的實(shí)際應(yīng)用包括作為大物體的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)等。
【專利說(shuō)明】
一種三維自鎖多面體的生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三維設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維自鎖多面體的生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維自鎖多面體（Interlocking Polyhedron)是由多個(gè)平面板塊組成的、可組裝 和拆解的三維幾何結(jié)構(gòu)。這些平面板塊可使用激光切割的方法快速制造出來(lái)。當(dāng)所有板塊 組裝在一起時(shí)，板塊通過(guò)其邊緣的連接頭相互自鎖連接在一起構(gòu)成穩(wěn)固的多面體結(jié)構(gòu)。
[0003] 三維自鎖多面體具有以下特征：當(dāng)所有板塊組裝在一起時(shí)，只有一個(gè)板塊可以移 動(dòng)(稱為鑰匙板塊），其他所有板塊以及板塊的組合都不可以移動(dòng)。組裝好的自鎖多面體可 以重復(fù)拆解和組裝，因而便于其存儲(chǔ)、運(yùn)輸、和維護(hù)。不同于一般的三維自鎖物體模型，多面 體的特別之處在于相鄰板塊之間的夾角（也即二面角）可以是直角，也可以是銳角或鈍角， 且多面體中所有板塊構(gòu)成一個(gè)封閉的三維幾何結(jié)構(gòu)。多面體的這些特征使得已有的構(gòu)造三 維自鎖模型的方法不適合直接應(yīng)用于構(gòu)造三維自鎖多面體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種三維自鎖多面體的生成方法，可以根據(jù)給定的多面體模 型，快速地生成相應(yīng)的三維自鎖多面體結(jié)構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種三維自鎖多面體的生成方法，包括：
[0007] 獲取待建立三維自鎖結(jié)構(gòu)的多面體；
[0008] 建立相鄰板塊的非正交連接頭模型；
[0009] 基于所述非正交連接頭模型構(gòu)造所述多面體的若干個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)，每一局部自 鎖結(jié)構(gòu)中僅有局部鑰匙板塊能夠移動(dòng)；
[0010] 將全局的三維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，從而基于選定的局 部自鎖結(jié)構(gòu)61建立與其他局部自鎖結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，以獲得該多面體的全局三維自鎖結(jié) 構(gòu)，且該全局三維自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙板塊為所述局部自鎖結(jié)構(gòu)6 1的局部鑰匙板塊。
[0011] 所述非正交連接頭模型包括:套榫連接頭模型與榫槽連接頭模型，及其變體形式。
[0012] 所述套榫連接頭模型包括:一個(gè)設(shè)有榫頭的板塊與一個(gè)設(shè)有卯眼的板塊；
[0013] 假設(shè)兩個(gè)板塊垂直連接，則卯眼的寬度等于榫頭的厚度;這兩個(gè)板塊共有一條鄰 邊i，設(shè)有卯眼的板塊的外法相為叾，則設(shè)有卯眼的板塊能夠繞著鄰邊i旋轉(zhuǎn)，并且能夠沿著 垂直于鄰邊i且與5夾角變化幅度不超過(guò)|3?-2 α|的方向取出榫頭所在的板塊;其中，α為兩 個(gè)板塊之間的二面角；
[0014] 假設(shè)兩個(gè)板塊非垂直連接，則卯眼的寬度s至少為s = T( |cosa|+l)/sina，TS_* 的厚度。
[0015]建立局部自鎖結(jié)構(gòu)依賴關(guān)系包括:兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)&與&至少共享兩個(gè)板塊，且 其中一個(gè)共享的板塊是局部自鎖結(jié)構(gòu)&的局部鑰匙板塊；當(dāng)兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)建立依賴關(guān) 系以后，這兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)合并成一個(gè)新的局部自鎖結(jié)構(gòu)，且新的局部自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙 板塊是合并之前的局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的局部鑰匙板塊。
[0016] 所述將全局的三維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，從而基于選定 的局部自鎖結(jié)構(gòu)61建立與其他局部自鎖結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，以獲得該多面體的全局三維自鎖 結(jié)構(gòu)包括：
[0017] 首先，選定的局部自鎖結(jié)構(gòu)61，將其一個(gè)頂點(diǎn)作為起始點(diǎn)來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局 部自鎖;具體為:將局部自鎖結(jié)構(gòu)6:中的頂點(diǎn)?作為起始點(diǎn)，并查找與頂點(diǎn)?相鄰的且不屬 于局部自鎖結(jié)構(gòu)&的頂點(diǎn)石，如果頂點(diǎn)石所在的局部自鎖結(jié)構(gòu)G 2的局部鑰匙板塊是局部自鎖 結(jié)構(gòu)Gi中的非局部鑰匙板塊，則將局部自鎖結(jié)構(gòu)61與62合并為一個(gè)新的局部自鎖結(jié)構(gòu)，其鑰 匙板塊為局部自鎖結(jié)構(gòu)6 1的局部鑰匙板塊；
[0018] 繼續(xù)采用上述方式以頂點(diǎn)5或者5來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局部自鎖，直到所有局部 自鎖結(jié)構(gòu)全部合并完畢且多面體的所有板塊都被包含在這些局部自鎖結(jié)構(gòu)中，合并之后的 自鎖結(jié)構(gòu)則為該多面體的全局三維自鎖結(jié)構(gòu)。
[0019] 所述全局三維自鎖結(jié)構(gòu)中除了最后的兩個(gè)被取走的板塊，其余任何一個(gè)板塊至少 和兩個(gè)板塊相鄰，則一個(gè)板塊上的所有的連接頭須保證該板塊能沿著一個(gè)方向被移出；關(guān) 于板塊的移出方向包括：
[0020] 若板塊上的連接頭都是套榫連接頭模型中的卯眼，則這個(gè)板塊只能沿著與周圍面 都垂直的方向被移出；
[0021 ]當(dāng)相鄰板塊連接部分是榫槽連接頭模型時(shí)，板塊只能沿著榫槽連接頭模型共有邊 的方向移動(dòng);則，若板塊的一邊采用榫槽連接頭模型時(shí)，該板塊上的其余邊的連接頭只能采 用變形的連接頭設(shè)計(jì)才能保證該板塊沿著該共有邊的方向被移出；
[0022] 若板塊的兩條邊都采用變形的榫槽連接頭模型時(shí)，則通過(guò)沿著該板塊的這兩條邊 的中間方向移走該板塊。
[0023] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過(guò)基于非正交連接頭模型和頂點(diǎn)局部 自鎖的三維自鎖構(gòu)造算法，可以快速地生成三維自鎖的多面體結(jié)構(gòu)；構(gòu)造出的三維自鎖多 面體中的每個(gè)板塊可通過(guò)激光切割的方法快速制造出來(lái);三維自鎖多面體的實(shí)際應(yīng)用包括 作為大物體的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)等。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維自鎖多面體的生成方法的流程圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的非正交連接頭模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的連接頭模型的變體形式示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的讓一個(gè)頂點(diǎn)附近三個(gè)鄰面局部自鎖的方案示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的在多面體頂點(diǎn)周圍構(gòu)造局部自鎖結(jié)構(gòu)從而生成全局三 維自鎖多面體的方案示意圖；
[0030] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的板塊連接頭類型與其移出方向示意圖；
[0031] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的三維自鎖多面體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維自鎖多面體的生成方法的流程圖。如圖1所 示，其主要包括如下步驟：
[0034]步驟11、獲取待建立三維自鎖結(jié)構(gòu)的多面體。
[0035]步驟12、建立相鄰板塊的非正交連接頭模型。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例中，所述非正交連接頭模型包括:套榫連接頭模型與榫槽連接頭模 型，及其變體形式。本發(fā)明實(shí)施例采用這兩種連接頭模型，是因?yàn)樗鼈兛梢允褂贸Ｓ玫募す?切割的方法加工出來(lái)，而且允許兩個(gè)拼好的板塊只能沿著某個(gè)特定的方向被拆開(kāi)。
[0037]如圖2所示，為非正交連接頭模型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2a_圖2b為套榫連接頭模 型；圖2c-圖2d為榫槽連接頭模型；而圖2b與圖2d均包含左右兩部分，左邊為組裝前的狀態(tài)， 右邊為組裝后的狀態(tài)。
[0038]以套榫連接頭模型為例，如圖2a所示，所述套榫連接頭模型包括:一個(gè)設(shè)有榫頭的 板塊與一個(gè)設(shè)有卯眼的板塊。假設(shè)兩個(gè)板塊垂直連接，則卯眼的寬度等于榫頭的厚度;假設(shè) 兩個(gè)板塊非垂直連接，則卯眼的寬度S至少為s = T( |cosa |+l)/sina，T為榫頭的厚度，α為兩 個(gè)板塊之間的二面角。
[0039] 而對(duì)于榫槽連接頭模型，若要支持兩個(gè)板塊非垂直連接，則需要同時(shí)增大兩個(gè)平 面板塊狹縫的寬度。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例中，連接頭模型限制板塊拆卸或安裝方向的原理如下:如圖2a-圖2b 所示，這兩個(gè)板塊共有一條鄰邊ξ.設(shè)有卯眼的板塊的外法相為L(zhǎng)則設(shè)有卯眼的板塊能夠繞 著鄰邊?旋轉(zhuǎn)，并且能夠沿著垂直于鄰邊i且與?夾角變化幅度不超過(guò)卜_2α |的方向取出榫 頭所在的板塊；由于移出方向是相對(duì)另一個(gè)板塊的法相擺動(dòng)一個(gè)角度，因此需要區(qū)別對(duì)待 有榫頭或卯眼的板塊。
[0041] 對(duì)于由榫槽連接頭模型連接的兩個(gè)板塊，同樣可以將其中一塊板塊繞著?旋轉(zhuǎn)，與 套榫連接頭模型的情況不同，此時(shí)只能沿著i的方向?qū)蓚€(gè)板塊分開(kāi)。
[0042] 此外，還可以通過(guò)修改連接頭的幾何形狀得到兩種類型連接頭的變體形式，便于 我們更加靈活的在板塊上設(shè)計(jì)連接頭。
[0043]如圖3所示，圖3a中，在套榫連接頭中削去水平板塊的部分榫頭(最大允許70度）； 圖3b中，在榫槽連接頭中切掉水平板塊的部分榫槽(最大允許20度）。
[0044] 步驟13、基于所述非正交連接頭模型構(gòu)造所述多面體的若干個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)，每 一局部自鎖結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)局部鑰匙板塊能夠移動(dòng)。
[0045] 在消除了鏡像反射和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的情況后，可以找到了七種局部自鎖的可能選擇項(xiàng) (可以讓三塊板塊在一個(gè)頂點(diǎn)周圍相互自鎖）。如圖4所示，三個(gè)板塊中只有一塊(P1)是可以 被移走的。我們用兩種標(biāo)志代表兩種不同類型的連接頭，圖中的箭頭表示板塊插入的方向， 便于我們區(qū)分榫頭和卯眼。我們發(fā)現(xiàn)圖4中被框住的兩種局部自鎖可能會(huì)因?yàn)橹圃煺`差導(dǎo) 致整個(gè)多面體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，故我們?cè)跇?gòu)造自鎖多面體時(shí)排除這兩個(gè)選項(xiàng)。最后，對(duì)于繞 一個(gè)頂點(diǎn)有四個(gè)板塊的局部自鎖，發(fā)現(xiàn)一個(gè)用15種可能的局部自鎖情況。
[0046] 步驟14、將全局的三維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，從而基于 選定的局部自鎖結(jié)構(gòu)。:建立與其他局部自鎖結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，以獲得該多面體的全局三維 自鎖結(jié)構(gòu)，且該全局三維自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙板塊為所述局部自鎖結(jié)構(gòu)6 1的局部鑰匙板塊。
[0047] 本發(fā)明實(shí)施例中，建立局部自鎖結(jié)構(gòu)依賴關(guān)系包括:兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)仏與&至少 共享兩個(gè)板塊，且其中一個(gè)共享的板塊是局部自鎖結(jié)構(gòu)h的局部鑰匙板塊；當(dāng)兩個(gè)局部自 鎖結(jié)構(gòu)建立依賴關(guān)系以后，這兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)合并成一個(gè)新的局部自鎖結(jié)構(gòu)，且新的局 部自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙板塊是合并之前的局部自鎖結(jié)構(gòu)6 1的局部鑰匙板塊。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例中，基于上述依賴關(guān)系的原理來(lái)建立全部自鎖結(jié)構(gòu);其過(guò)程如下：
[0049] 首先，選定的局部自鎖結(jié)構(gòu)61，將其一個(gè)頂點(diǎn)作為起始點(diǎn)來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局 部自鎖;具體為:將局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi*的頂點(diǎn)ξ作為起始點(diǎn)，并查找與頂點(diǎn)相鄰的且不屬于 局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的頂點(diǎn)€，如果頂點(diǎn)ζ所在的局部自鎖結(jié)構(gòu)6 2的局部鑰匙板塊是局部自鎖結(jié) 構(gòu)&中的非局部鑰匙板塊，則將局部自鎖結(jié)構(gòu)&與62合并為一個(gè)新的局部自鎖結(jié)構(gòu)，其鑰匙 板塊為局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的局部鑰匙板塊；
[0050] 繼續(xù)采用上述方式以頂點(diǎn)5或者^(guò)來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局部自鎖，直到所有局部 自鎖結(jié)構(gòu)全部合并完畢且多面體的所有板塊都被包含在這些局部自鎖結(jié)構(gòu)中，合并之后的 自鎖結(jié)構(gòu)則為該多面體的全局三維自鎖結(jié)構(gòu)。
[00511如圖5所示，圖5a為給定的多面體，圖5b中，以頂點(diǎn)(^為起始點(diǎn)；圖5c中，查找頂點(diǎn)C1 的相鄰點(diǎn)C 2，建立頂點(diǎn)C1所屬局部自鎖結(jié)構(gòu)與頂點(diǎn)C 2所屬局部自鎖結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系（即合并 兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)）；然后，重復(fù)這些過(guò)程，繼續(xù)查找頂點(diǎn)^或者(32的相鄰點(diǎn)C3~ C5(如圖5d ~圖5f)，最終獲得全局三維自鎖結(jié)構(gòu)(如圖5g)。
[0052] 在上述頂點(diǎn)遍歷過(guò)程中，實(shí)際上并不需要遍歷所有的頂點(diǎn)。但是，我們將盡可能多 的頂點(diǎn)周圍的板塊構(gòu)造成一個(gè)個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)組，從而使得整個(gè)多面體模型的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn) 定。完成這個(gè)迭代過(guò)程之后，除了第一個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的鑰匙板塊（也稱為全局鑰匙板 塊)可以移動(dòng)，所有其他板塊的運(yùn)動(dòng)都被它周圍的板塊通過(guò)構(gòu)造的連接頭限制住了。
[0053] 當(dāng)利用上述迭代的方法生成自鎖多面體時(shí)，會(huì)遇到大量可能的選擇，包括局部鑰 匙板塊的選擇、每個(gè)板塊的移出方向、頂點(diǎn)的選取等等。因此，下面所述的方法用于指導(dǎo)整 個(gè)迭代過(guò)程。
[0054] 首先，希望全局鑰匙板塊的面積盡可能大。而且我們偏好于從上往下的方向作為 全局鑰匙板塊的放入方向，以防止因重力的原因?qū)е妈€匙板塊從模型上滑落。這些選擇也 可以依據(jù)用戶的喜好來(lái)自定義，用戶不僅可以選擇任意一個(gè)板塊作為鑰匙板塊，還可以自 定義放入鑰匙板塊的方向。
[0055] 此外，連接頭的變體形式為我們提供了廣闊的選擇空間，來(lái)確定板塊的運(yùn)動(dòng)方向。 所述全局三維自鎖結(jié)構(gòu)中除最后的兩個(gè)被移走的板塊，其余任何一個(gè)板塊至少和兩個(gè)板塊 相鄰。為此，需要一個(gè)板塊上的所有連接頭能保證該板塊能沿著某個(gè)特定的方向被移出（也 即不能出現(xiàn)移出方向自相沖突的情況）。如圖6所示，關(guān)于板塊的移出方向1我們考慮以下 幾種可能的情況：
[0056]如圖6a所示，若板塊上的連接頭都是套榫連接頭模型中的卯眼，則這個(gè)板塊只能 沿著與周圍面都垂直的方向（通常是該板塊的法向方向）被移出；
[0057]如圖6b所示，當(dāng)相鄰板塊連接部分是榫槽連接頭模型時(shí)，板塊只能沿著榫槽連接 頭模型共有邊的方向移動(dòng);則，若板塊的一邊采用榫槽連接頭模型時(shí)，該板塊上的其余邊的 連接頭只能采用變形的連接頭設(shè)計(jì)才能保證該板塊沿著該共有邊的方向被移出；
[0058] 如圖6c所示，若板塊的兩條邊都采用變形的榫槽連接頭模型時(shí)，則通過(guò)沿著該板 塊的這兩條邊的中間方向移走該板塊。
[0059] 當(dāng)然，某些時(shí)候不能在板塊之間構(gòu)造任何連接頭，例如，圖6b的板塊P和它的兩個(gè) 相鄰板塊。因?yàn)榘鍓K安裝順序的原因，如果一個(gè)板塊放入方向是向著與其相鄰但拆卸順序 在其之后的另一個(gè)板塊的一條邊，則不能在這條邊上構(gòu)造兩個(gè)板塊的連接頭結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的 遍歷策略會(huì)導(dǎo)致多面體上過(guò)多的邊無(wú)法構(gòu)造連接頭，而這將損害整個(gè)多面體模型的結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性。為了避免這種情況，可以考慮兩種策略：1)我們選擇頂點(diǎn)和局部鑰匙板塊時(shí)，盡量選 擇能減少與未安裝的板塊相鄰的情形;2)我們盡量選取一些不容易造成板塊上沒(méi)有連接頭 情況的板塊的目標(biāo)移出方向，比如用一些基本連接頭設(shè)計(jì)的變體形式，如圖6c所示。
[0060] 使用連接頭連接的板塊的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該被限定在一個(gè)狹窄的范圍之內(nèi)。然而，這個(gè)范 圍總是會(huì)被制造過(guò)程中人為設(shè)置的制造公差所放大，導(dǎo)致有些連接頭的連接變得不那么牢 靠，如圖7b所示。為此，提出以下策略來(lái)增強(qiáng)三維自鎖多面體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如圖7a所示。首 先，傾向于使用榫槽連接頭而不是套榫連接頭，因?yàn)殚静圻B接頭能提供更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)限制約 束。其次，傾向于多重自鎖結(jié)構(gòu)，當(dāng)整個(gè)模型的依賴關(guān)系圖包含了所有板塊，還是繼續(xù)生成 更多的局部自鎖結(jié)構(gòu)，直至不能再增加為止。最后，根據(jù)板塊上的連接頭設(shè)計(jì)來(lái)估計(jì)其可能 的運(yùn)動(dòng)方向，以此來(lái)估計(jì)自鎖模型中該板塊的穩(wěn)定性。如果在構(gòu)造自鎖多面體過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 了穩(wěn)定性較低的板塊，我們將重新選擇頂點(diǎn)和設(shè)計(jì)連接頭結(jié)構(gòu)直到不存在穩(wěn)定性較低的板 塊。
[0061] 總之，這個(gè)在多面體的板塊上迭代構(gòu)造連接頭的過(guò)程是一個(gè)回溯的貪心算法。它 采用頂點(diǎn)遍歷的方法，迭代地生成了圍繞頂點(diǎn)的板塊間的局部自鎖結(jié)構(gòu)，局部鑰匙板塊和 連接頭結(jié)構(gòu)。該方法最后輸出的結(jié)果是一系列帶連接頭的板塊模型，板塊的安裝與拆解順 序，以及每個(gè)板塊拆解時(shí)的移出方向。這些帶連接頭的板塊模型可通過(guò)激光切割的方法快 速制造出來(lái)，然后按照計(jì)算好的板塊安裝順序和運(yùn)動(dòng)方向組裝成穩(wěn)固的三維自鎖多面體。
[0062] 通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到上述實(shí)施例可 以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谶@樣的理解， 上述實(shí)施例的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在一個(gè)非易 失性存儲(chǔ)介質(zhì)（可以是CD-R0M，U盤，移動(dòng)硬盤等）中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè) 備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。
[0063] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ維自鎖多面體的生成方法，其特征在于，包括： 獲取待建立Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)的多面體； 建立相鄰板塊的非正交連接頭模型； 基于所述非正交連接頭模型構(gòu)造所述多面體的若干個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)，每一局部自鎖結(jié) 構(gòu)中僅有局部鑰匙板塊能夠移動(dòng)； 將全局的Ξ維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，從而基于選定的局部自 鎖結(jié)構(gòu)Gi建立與其他局部自鎖結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系，W獲得該多面體的全局Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)，且 該全局Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙板塊為所述局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的局部鑰匙板塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非正交連接頭模型包括： 套禪連接頭模型與禪槽連接頭模型，及其變體形式。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述套禪連接頭模型包括:一個(gè)設(shè)有禪頭的板塊與一個(gè)設(shè)有卯眼的板塊； 假設(shè)兩個(gè)板塊垂直連接，則卯眼的寬度等于禪頭的厚度;運(yùn)兩個(gè)板塊共有一條鄰邊ζ， 設(shè)有卯眼的板塊的外法相為?，則設(shè)有卯眼的板塊能夠繞著鄰邊i旋轉(zhuǎn)，并且能夠沿著垂直 于鄰邊苗且與5夾角變化幅度不超過(guò)|η-2α|的方向取出禪頭所在的板塊;其中，α為兩個(gè)板 塊之間的二面角； 假設(shè)兩個(gè)板塊非垂直連接，則卯眼的寬度S至少為s = T(|cosa|+l)/sina，T為禪頭的厚 度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，建立局部自鎖結(jié)構(gòu)依賴關(guān)系包括:兩個(gè)局 部自鎖結(jié)構(gòu)Gi與Gj至少共享兩個(gè)板塊，且其中一個(gè)共享的板塊是局部自鎖結(jié)構(gòu)Gj的局部鑰 匙板塊；當(dāng)兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)建立依賴關(guān)系W后，運(yùn)兩個(gè)局部自鎖結(jié)構(gòu)合并成一個(gè)新的局 部自鎖結(jié)構(gòu)，且新的局部自鎖結(jié)構(gòu)的鑰匙板塊是合并之前的局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的局部鑰匙板 塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述將全局的Ξ維自鎖問(wèn)題轉(zhuǎn)化成基 于局部自鎖的頂點(diǎn)遍歷問(wèn)題，從而基于選定的局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi建立與其他局部自鎖結(jié)構(gòu)的 依賴關(guān)系，W獲得該多面體的全局Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)包括： 首先，選定的局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi，將其一個(gè)頂點(diǎn)作為起始點(diǎn)來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局部自 鎖;具體為:將局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi中的頂點(diǎn)S作為起始點(diǎn)，并查找與頂點(diǎn)弓相鄰的且不屬于局 部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的頂點(diǎn)與，如果頂點(diǎn)寫所在的局部自鎖結(jié)構(gòu)G2的局部鑰匙板塊是局部自鎖結(jié)構(gòu) Gi中的非局部鑰匙板塊，則將局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi與G2合并為一個(gè)新的局部自鎖結(jié)構(gòu)，其鑰匙板 塊為局部自鎖結(jié)構(gòu)Gi的局部鑰匙板塊； 繼續(xù)采用上述方式W頂點(diǎn)耳或者?來(lái)構(gòu)造與相鄰板塊的局部自鎖，直到所有局部自鎖 結(jié)構(gòu)全部合并完畢且多面體的所有板塊都被包含在運(yùn)些局部自鎖結(jié)構(gòu)中，合并之后的自鎖 結(jié)構(gòu)則為該多面體的全局Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述全局Ξ維自鎖結(jié)構(gòu)中除了最后的兩個(gè) 被取走的板塊，其余任何一個(gè)板塊至少和兩個(gè)板塊相鄰，則一個(gè)板塊上的所有的連接頭須 保證該板塊能沿著一個(gè)方向被移出;關(guān)于板塊的移出方向包括： 若板塊上的連接頭都是套禪連接頭模型中的卯眼，則運(yùn)個(gè)板塊只能沿著與周圍面都垂 直的方向被移出； 當(dāng)相鄰板塊連接部分是禪槽連接頭模型時(shí)，板塊只能沿著禪槽連接頭模型共有邊的方 向移動(dòng);則，若板塊的一邊采用禪槽連接頭模型時(shí)，該板塊上的其余邊的連接頭只能采用變 形的連接頭設(shè)計(jì)才能保證該板塊沿著該共有邊的方向被移出； 若板塊的兩條邊都采用變形的禪槽連接頭模型時(shí)，則通過(guò)沿著該板塊的運(yùn)兩條邊的中 間方向移走該板塊。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK106097438SQ201610418176
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日 公開(kāi)號(hào)201610418176.8, CN 106097438 A, CN 106097438A, CN 201610418176, CN-A-106097438, CN106097438 A, CN106097438A, CN201610418176, CN201610418176.8
【發(fā)明人】宋鵬, 劉利剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)