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图纸生成与标注技术,是指基于产品设计成果绘制图纸内容、生成尺寸标注的技术。本文研究的基于三维场景的室内建筑图纸自动生成与标注,是指基于具备完整信息的三维室内建筑场景自动提取场景信息、绘制建筑图纸和生成尺寸标注的全过程。
近年来,随着智能CAD技术研究的深入,图纸生成与标注技术已趋于成熟,并应用于越来越多的领域,如机械工件制造、建筑钢结构设计、工业模具制造、电子布线设计等等。以机械工件标注系统[KXQ01]为代表的众多图纸系统,大大便利了图纸的生成与标注,降低了生产成本和时间。因此,图纸生成与标注技术的研究,对于提高图纸生成与尺寸标注的效率、促进制图工业自动化进程具有重要意义。
然而在室内建筑领域,图纸自动生成与标注技术的研究应用起步较晚。一方面由于缺少室内建筑行业的统一制图标准导致室内建筑图纸的生成方法多种多样,各有优劣,有待统一和改进;另一方面自动化程度还有待提高,标注过程中需要大量人机交互。这两大原因使得现有的室内建筑图纸生成与标注,仍以手工制图或计算机辅助制图为主。
基于这一背景,本文针对基于三维场景的室内建筑图纸自动生成与标注这一问题,对如何从三维场景中提取信息、如何自动生成完备的图纸和标注等问题展开研究,取得了如下研究成果:
1)含图像信息的图纸自动生成方法
现有室内建筑图纸包含两大种类--线型图纸和含图像信息的图纸。线型图纸起源于手工制图,它采用基础的几何点、线等元素表达图纸信息,在绘制过程中工序繁复、耗费人力;含图像信息的图纸基于三维场景模型,从中获取图像信息,结合标注共同表达图纸信息。目前,含图像信息的图纸存在标注简略、类型杂乱等缺陷,尚未成熟。
本文通过对上述两种图纸的总结,结合室内建筑领域的制图需求,将室内建筑图纸按其功能性分类为地面布置图、平面布置图、灯位布置图等类型,从而将室内建筑设计成果分类表达在图纸上,避免造成示意混乱。图纸生成过程中,本文将绘图区域划分为外围标注区域和绘图对象区域,并将绘图对象划分为实体对象、纹理对象和功能性对象。基于以上分治,在外围标注区域进行自动尺寸标注,绘图对象中的实体对象和纹理对象采用图像信息表达,并自动生成表达功能性对象的符号,从而完成图纸的自动生成与标注全过程,生成按需分类、示意明晰的建筑图纸。
上述方法已成功应用于实际的三维室内设计系统中,并通过了用户检验。实验结果表明,该方法可自动生成信息完备、示意简明的室内建筑图纸。
2)快速准确的自动标注方法
图纸的自动标注一直是图纸自动化的关键。图纸自动标注包括了标注生成和标注布局两个方面。本文针对这两个方面进行研究,提出了一种基于标注点的自动标注方法和一种标注布局的网格化方法。
在标注生成方面,基于室内建筑图纸尺寸标注的布局特点,本文采取了一种基于标注点的自动标注方法,先对标注点集合划分子集、处理冗余,再由标注点生成尺寸标注集合,从而提高了标注生成的效率,方便了后续的尺寸布局和处理。
而在标注布局方面,本文提出的网格化优化方法,在标注布局的区域划分、标注布局算法和冗余处理等方面对前人方法进行改进,将“从二维网格布局空间寻找标注位置”的问题转化为“从一维逻辑队列中寻找标注位置”,提高了标注布局的效率。
实验结果表明,本文方法应用于室内建筑图纸领域生成了可行标注方案,并减少了标注图素干涉的现象;而且降低了算法的空间复杂度,提高了标注的效率。