基于虚拟现实的家具三维设计与体验系统研究

1、摘要 基于虚拟现实的家具三维设计与体验系统研究摘要知识经济在全球范围内兴起，对我国传统的家具、窗帘行业提出了新的挑战。一方面，多样化、质量好、功能完善、造型优美、设计周期短、生产效率高等新特点大大提高了企业产品生产要求。手册加图板等传统的设计方法很难满足上述要求，基于虚拟现实技术的计算机辅助设计成为不可缺省的手段，企业对定制化软件的需求越来越迫切；另一方面，不管对于板式家具还是窗帘，业主都希望能够自行参与设计，使设计出的产品更好地体现自己的个性风格，而一套使用方便，具有良好三维体验效果的板式家具、窗帘搭建系统能够很好地满足业主这样的愿望。目前市场主流家具、窗帘的设计软件，品种繁多，但这些软件要

2、么对用户要求太高，用户短时间内无法精通，要么在二维状态下进行操作，三维体验效果不佳。本文针对上述背景，研发了一套方便快捷、基于虚拟现实技术的三维板式家具、窗帘设计与体验系统，很好地满足了市场需求。文中论述的主要内容如下：1 将面向对象程序设计思想引入到三维板式家具设计与体验系统的设计与开发中。根据板式家具特点，将该系统划分为四个子系统：造型设计子系统、编辑修改子系统、工程图与报价产生子系统以及效果展示子系统，详细介绍了各个子系统的设计思想、具体算法以及开发过程。2 采用群组设计思想，研发了一套便捷的三维窗帘设计与体验系统。该系统可让用户方便地选择不同类型的帘头、帘身、帘杆、帘纱等部件，快速搭建

3、窗帘的三维整体效果，并可对窗帘整体旋转、移动，可实时替换窗帘的各个部件。3 介绍了如何将设计完成的板式家具与窗帘融合到“三维之家”家居设计软件中，从而让业主体验板式家具与窗帘摆放在家中整体搭配的效果。关键词：三维板式家具设计，三维窗帘搭建，虚拟现实技术，面向对象 IAbstractAbstractAs the development of knowledge economy around the world, the traditional furniture and curtains industry is meeting a big challenge in China. On the o

4、ne hand, the industry of panel furniture and curtains is meeting more and more high requirements such as the diversity of products, high quality, more functional, short design cycle and high production efficiency. It is difficult for traditional methods which use handbooks and drawing boards to meet

5、 the above requirements, CAD methods have become indispensable and now companies have a great desire to own customized softwares. On the other hand, regardless of panel furniture or curtains, the owners want to participate in the design with themselves, so that the product can better reflect their p

6、ersonal styles. As a result, a design system that is easy-to-use and with good 3D effect will meet the desire of the owners. Nowadays,The softwares of furniture and curtains which are widely used on the market are sundry , but they are either too difficult for users to learn that users can not be pr

7、oficient in a very short period of time or the operations of which are under two-dimensional state that have a poor 3D effect. In the case above, this paper finally proposes a more functional, more convenient and easier operated 3D Computer-aided panel furniture and curtains design system based on V

8、irtual reality technology, which well satisfies the requirements of the market. The paper main content was given as follows:1 The paper firstly addresses the object-oriented programming method briefly, and applies it to the design and development of 3D design and experienced system of panel furnitur

9、e. According to the characteristics of the panel furniture, the paper divides the system into four subsystems: design subsystem, edit subsystem, drawings and quotes subsystem and 3D effect display subsystem. Also the paper gives details of design ideas, specific algorithms, and development process o

10、f each subsystem.2 The paper proposes a 3D design and experienced system of curtains with group design ideas. With the system, users can easily pick curtain components like curtain head, curtain body, curtain rod and curtain muslin of different types to build a 3D curtain, and then do some operation

11、s on the 3D curtain such as moving, rotating, changing the texture in real time.3 In the end, the article discusses in detail about how to display the panel furniture which was designed in the 3D furniture system and the curtain which was designed in the 3D curtain system in the “3D home” which is a

12、 software for 3D virtual home design, so that owners can experience the actual effect after placing panel furniture and curtains at visual home.Keywords：3D panel furniture design, 3D curtains design, Virtual reality technology, object-orientedI目录目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1. 课题背景11.2. 目前主要家具、窗帘设计软件介绍21

13、.3. 本课题研究的内容与意义31.4. 论文的结构4第二章 三维板式家具设计与体验系统的设计与开发52.1. 板式家具概念52.2. 系统需求分析52.2.1. 系统性能需求52.2.2. 系统功能要求62.3. 面向对象的系统设计思想62.3.1. 面向对象一些基本概念62.4. 系统设计72.4.1. 造型设计子系统的研究与设计82.4.2. 编辑修改子系统的研究与设计362.4.3. 工程图与报价产生子系统的研究与设计392.4.4. 效果展示子系统的研究与设计452.5. 系统开发平台及实例展示482.5.1. 系统开发平台482.5.2. 设计实例482.6. 本章小结50第三章

14、三维窗帘设计与体验系统的设计与开发513.1. 市场主流二维窗帘设计软件介绍513.2. 系统需求分析513.3. 系统设计523.3.1. 窗帘相关类的设计523.3.2. 窗帘拼搭633.4. 本章小结67第四章 基于“三维之家”设计软件的板式家具、窗帘设计系统684.1. 三维之家软件简介684.2. 板式家具在“三维之家”设计软件的三维重现684.2.1. 方案提出684.2.2. 方案实现684.2.3. 具体实现过程704.3. 窗帘系统在与“三维之家”设计软件的融合724.4. 本章小结74第五章 总结与展望755.1. 全文工作的总结755.1.1. 本文主要完成的工作755.

15、2. 未来工作的展望75致谢76参考文献77攻读硕士期间发表的文章79I第一章 绪论第1章 绪论1.1. 课题背景 家具是人类不可缺少的日常生活用品，随着人民生活水平的提高，人们对家具的需求越来越强烈1。根据意大利米兰国际工业研究中心的数据结论，2009年世界家具市场总产值为3760亿美元，发达国家家具产量占全球65%，发展中国家家具产量占全球35%。7个主要的工业化国家（按家具产值排名为美国、意大利、德国、日本、法国、加拿大、英国）的总产值为1590亿美元，中国、波兰、越南这3个国家家具的产值在迅速提升2。近10年来，国外的家具工业发生了巨大的变化，家具生产企业由大型企业转向专业化和小型化。

16、日本平均每个家具厂只有13人，芬兰32人，美国平均50人，联邦德国100人。这些小厂技术并不落后，经营灵活，易于变换产品，能适应市场的激烈竞争3,4。与企业专业和小型化趋势并存的是产品国际化。为了适应现今社会需求，家具生产有两个鲜明特点：机械化程度高与生产自动化。上世纪70年代，发达国家的家具生产就已经往这两个方面发展，就目前来说，它们的技术已经相当成熟，新工艺、新设备与新技术广泛地被当今世界家具工业使用，例如计算机数控机床（CNC）、高度智能的机械手与多种先进的饰面和封边技术。通过对国际家具零售商的分析，现今家具工业发展主要呈现5个特点5，具体体现在货品全，资金多，周转快，库存少，销售途径多

17、。上述5个特点，将对目前商品流通的供应链产生巨大的变革，促进信息、物流、金融三大配套系统的快速升级，目前国际贸易的运营模式相信在不久也会发生变化。在我国，家具行业是高速发展的行业之一7，虽然国际金融危机对行业产生一定的冲击，但整体走势仍然呈乐观态势。自从我国已加入世界贸易组织，家具关税下调降至18，这为国际和国内家具业都提供了更有利的市场契机。在人民生活水平迅速提高，住宅建设飞速发展的情况下，市场容量巨大，行业的平均利润率远高于社会平均利润率，因此家具业是各行业中资本投入和规模扩充最为突出的一个。根据行业协会数据8，从1988至2007年，中国家具行业产值增长130倍，家具出口额增长了294倍

18、，年增长34.9%。2007年全行业总产值近5400亿元，占当年全球家具行业总产值的25%，出口额226.2亿美元，占全球家具贸易额的22.6%。2009年全行业总产值近7300亿元。中国的家具行业经历了迅速发展的成长期，正在向成熟期过渡，在这个过程，家具行业的发展面临着诸多问题的考验9。据调查，国外家具企业全员劳动生产率普遍高达50-100万元，发达国家家具人均劳动生产率更是高达200万元以上。而中国家具企业人均产值不过10万元，最先进的企业也不过20-30万元。资料显示，目前我国大小家具品牌有数万个，但至今尚无统领行业的领导型品牌。不少家具生产企业重制造、轻设计，同质化严重，差异化程度低，

19、因此出口家具存在档次不高、附加值较低等问题，产品质量与发达国家相比存在极大差距，直接影响了我国家具企业的国际地位。而前期央视曝光家具厂商“达芬奇”为假洋品牌及部分产品质量不合格事件10，折射出在目前国内家具制造中小企业众多、行业自主创新能力相对较弱、家具业标准执行力度不严等现状。中国家具在品牌建设和产品研发等核心竞争力上的落后不利于推动产业转型升级，将影响我国家具出口长远发展11。总的来讲，在现代企业制度、生产方式、产业链的完善程度、产品的原创性、品牌建设、营销模式、人才建设、企业创新、企业效率等方面，中国与世界发达国家的家具产业差距较大，因而中国还不能算世界家具生产强国12,13。近年来，随

20、着人民生活水平不断提高，窗帘这个原本在家纺市场里并不起眼的行业开始逐步登堂入室，成为了家庭生活中必不可少的一员14。现如今，窗帘的花色更加齐全，窗帘的款式也由老式单一的平拉，演化出了垂幔、波浪、挽结、半悬式和上下开启式等许多种款式15。如今的窗帘与其说是一个单纯的遮光工具倒不如说是房屋中必不可少的装饰品。随着竞争越来越激烈，窗帘行业的发展越来越依赖于资金密集度和技术密集度的提升16，具体表现为对科学技术的应用和对市场的快速反应能力。而另一方面，随着消费者对品牌认知程度日益加深，消费者往往首先考虑的是产品质量其次才是价格，建立在品牌智商的文化、技术等因素在竞争中的作用日益明显，故经营品牌、提升品

21、牌成为窗帘企业建立核心竞争力不可忽视的一环。此外，建立有效的营销网络，传播产品的差异性特质，获取市场信息，充分发挥品牌的市场影响力，成为企业提高盈利能力和市场快速反应能力的有力保障17,18。“虚拟现实”是二十世纪末出现的一种综合性信息技术。它是用计算机对现场真实环境进行仿真，生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，用户可以走进这个环境，可以控制浏览方向，并操纵场景中的对象进行人机交互，从而产生身临其境的感受和体验。 近几年来，随着网络和多媒体技术的发展、虚拟现实技术的不断成熟与普及，虚拟现实技术逐渐应用于多媒体

22、展示方面。基于虚拟现实技术的展示手段通过创建和表现虚拟物体与虚拟空间，使信息的展示方式有了新的途径和形式，让信息更直观、更高效的传递。随着人们对这种展示技术的逐渐了解和关注，它的应用与发展也愈加广泛和迅速。虚拟现实与传统行业的结合应用，是当今世界科学技术发展的亮点和热点，是各个行业未来信息化必然目标。目前在经济全球化日益加剧的大背景下，家具企业需创新营销思维，提升行业竞争力。基于虚拟现实技术的家具展示设计手段能有效弥补了传统展示设计被动观察的缺陷，使展示视觉语言有了一个纵深地扩展。而虚拟现实家具展示设计最重要，也是最诱人之处就是实时性和交互性。实时性使我们在进行展示时不仅仅从一个固定的角度来展

23、示作品，不再把作品的欣赏角度强加给参观者，从而具有更强的展示表现力;而虚拟的人机交互性使展示的商品信息有了一种更为先进、高效、灵活的多媒体传播手段。在这样的经济形态下，越来越多的虚拟现实技术会运用到传统的家具、窗帘制造业中。不论是家具行业还是窗帘行业，企业要想立于不败之地，必须加大技术的投入。我们可以看到企业对基于虚拟现实技术的定制化软件的需求越来越迫切，市场上越来越多的计算机辅助设计软件应运而生。从业主角度来看，不管对于板式家具还是窗帘，业主都希望能够自行参与设计，设计出的产品更好地体现自己的个性与风格，而一套使用方便，具有良好三维体验效果的板式家具、窗帘搭建系统能够很好地满足业主这样的愿望

24、。目前市场上主流家具、窗帘的设计软件，品种繁多，但这些软件要么对用户要求太高，用户短时间内无法精通，要么在二维状态下进行操作，三维体验效果不佳，在产品生产出来之前用户不能对产品有一个直观的认识，更不能在家居整体环境中体验搭配效果。本文的主要工作就是研发一套方便快捷的基于虚拟现实技术的家具、窗帘三维设计体验系统，该系统可以方便地可视化定制让业主满意的产品，更可以借助“三维之家”家装设计软件，让业主体验三维整体家居环境中家具和窗帘产品的设计效果。1.2. 目前主要家具、窗帘设计软件介绍国内家具行业的软件方面起步晚、发展慢，可靠性及商品化等方面都有待完善和提高。目前主流的专业软件有：广州圆方技术有限

25、公司开发的圆方家具设计系统、中望公司开发的中望家具设计系统、中南林学院开发的CADF家具与室内设计系统与重庆大学的家具计算机辅助设计系统等20。全部文件请参考:完美毕业网,Qq8191040作为中国第一家具设计软件品牌的圆方家具设计系统是为满足国内大中型家具企业的需求，为家具企业量身定做的设计软件21。其设计基本模块采取了全新的参数化设计，提高了设计效率，简化了设计流程，免去了传统模式的试产环节，缩短周期，在设计过程中即可看到造型效果，且图纸修改方便，极大地提高了工作效率22。智能化的生产基本模块，使设计师如虎添翼，令设计更准确、高效。对于涉足家具行业的各类型企业，如生产厂家、商场、专卖店、家

26、具代理等，根据不同类型企业，可以任意组合功能模块，最大程度的满足客户的需求，给客户提供完善的解决方案。国内的窗帘设计软件种类没有家具软件多，目前市场上流行有家居魔术师、布歌设计软件、四维星窗帘设计软件。用户在二维状态下可方便自己搭建、编辑，并可即时生成效果图，打印输出。此外，一些不单单针对家具或者窗帘行业的设计软件，因其良好的制图效果在家具窗帘行业使用也很广泛，具有代表性的为AutoCAD与3DS MAX。AutoCAD（Auto Computer Aided Design）23是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设

27、计。它最大的优势是绘制工程制图，它专业性强，绘图精度高，几乎可以满足机械制图中的所有精度要求24。除此之外，AutoCAD三维建模的能力也相当强，建绝大部分形体都很方便，这一特点使其在家具窗帘行业中的应用相当广泛，如上面提到的一些家具专业设计软件如中望建筑设计软件，圆方室内设计系统都是以AutoCAD为内核开发的。3D Studio Max25，简称为3DS Max，是Autodesk公司开发的全功能的三维动画渲染和制作计算机图形软件，运行在Win32和Win64平台上。近几年，随着3DS MAX 版本的不断升级，可堆栈的建模步骤，使制作模型有非常大的弹性。3DS Max应用领域广阔，主要应用

28、于游戏动画、建筑动画、室内设计、影视动画和虚拟的运用等。在家具窗帘行业，设计师可以利用3DS MAX制作相应的家具窗帘模型，因其强大的渲染效果，制作出来的模型非常逼真，但对于计算机水平普通的经销商来说，熟练使用该软件难度较大。1.3. 本课题研究的内容与意义家具设计软件，正如前面提到的，种类繁多，其中不乏精品。从调研结果来看，中小型家具生产商一般使用AutoCAD居多，而大一点的生产商往往会购买圆方家具设计软件或其他国内主流家具设计软件。但是，不管是AutoCAD还是圆方家具设计软件，它们的使用对象往往是接受过专业培训的设计师，而家具经销商与业主因为其自身接受的教育和计算机水平有限，往往要等到

29、专业的设计师设计完成之后才能看到效果图。本文根据市场需求研发出一套方便快捷、基于虚拟现实技术的三维板式家具设计体验系统，该系统的使用对象定位为计算机水平不是很高的家具厂商业务员以及经销商。目前经销商与客户交流时，往往根据客户的描述，用笔大致绘制出家具草图向客户展现其定制的家具，这样的草图比较抽象，客户很难真正地想象出家具的立体形状，很多细节较难达成一致，而恰恰是这些细节往往导致生产出来的家具不符合客户的需求，提高了家具的返工率，增加了生产成本。由于经销商的计算机水平有限，一般不可能熟练操作AutoCAD、3DS MAX、圆方家具软件等上述软件，即使经销商能够熟练操作上述软件，由于上述软件操作复

30、杂，渲染时间较长，给经销商与客户的互动交流带来不便，且生成质量很高的效果图也不是经销商与客户交流的主要目的。利用本文研发的三维板式家具，虽然不能够出非常逼真的效果图，但是经销商可以方便地根据客户的要求快速出三维效果图以及实时生成准确报价，让家具在生产之前，经销商与客户都做到心中有数，从而降低了工厂生产的出错率，变相地降低了生产成本。当前市场流行的窗帘设计软件大多是由用户在二维状态下搭建，原理跟Photoshop相似，最终搭建出来的窗帘是一张张图片，没有三维立体效果。现如今，随着电脑和互联网的三维数字化技术，人们生活到处都能见到电脑制作的数字化的3D模型、动画与仿真。人们也越来越习惯于“3D立体

31、”的虚拟体验而不是以往的“2D平面”。而本文研发的三维窗帘设计系统是在三维下由用户自行搭建：用户可以选择窗帘的不同部件模型，利用组合功能，快速搭建三维窗帘；并可整体移动、旋转、替换所搭建的三维窗帘，方便用户从各个角度进行观察，从而对窗帘的细节，整体的样式有更直观的了解。本文研发的三维家具与窗帘设计体验系统，最后都已经整合到“三维之家”家居设计软件中。“三维之家”26,27是一款快捷的三维家装设计软件，设计师可以借助该软件快速地向业主展示业主房型的三维整体设计方案，业主也可以自行替换瓷砖、地板、壁纸、家具等家居产品，实时直观体验未来“家”的三维设计效果。借助本系统创建的三维板式家具与窗帘均可以直

32、接放置到“三维之家”设计软件搭建的三维设计方案中，让业主从整体上对家具、窗帘与家中其他装饰的搭配有直观了解。1.4. 论文的结构本论文的结构如下： 第一章首先分析了国内外家具、窗帘发展现状，分析了虚拟现实技术在我国家具、窗帘行业的发展方向；介绍了目前市场主流的家具、窗帘设计软件的发展现状；最后论述了本文的研究内容及意义。第二章首先介绍了面向对象程序设计的基本思想，并将其引入到三维板式家具设计与体验系统的设计与开发中。文章将三维板式家具设计与体验系统分为四个子系统，并详细地介绍了四个子系统的设计与开发过程。第三章介绍了三维窗帘设计与体验系统的开发背景，并结合窗帘经销商的需要列出了系统具体需求，从

33、窗帘相关类的设计与窗帘拼搭两个角度详细论述了系统的开发过程。第四章介绍了如何将设计完成的板式家具与窗帘融合到“三维之家”家居设计软件中，从而让业主体验板式家具与窗帘摆放在家中的整体搭配效果，并以实例展示了具体操作过程。第五章对全文工作做了一个总结，介绍了已经取得的成果，分析了还存在的不足，并就未来工作进行了展望。23攻读硕士期间发表的文章第2章 三维板式家具设计与体验系统的设计与开发2.1. 板式家具概念 板式家具即人造板家具28，即指以人造板为主要基材、以板件为基本结构的拆装组合，配以各种贴面，经封边修饰而制成的家具，如图2-1所示：图2-1 常见的板式家具纵观整个市场，虽然红木、实木家具现

34、在受到市场热捧，但价格要比板式家具高出好几倍，其主要针对的是一些高端消费人群。而普通的消费者仍以选购板式家具为主，尤其对于一些年轻的消费群体来说，板式家具轻快、简洁、混搭的风格更符合年轻人的个性。相对于实木家具，板式家具除了在价格上占有一定的优势，在外形设计上也有其独特的优势，其颜色和质地主要依靠贴面效果29，因此外形富于变化，选择范围较大；材质稳定不易变形，形变比实木小很多，质量得到保证；部件的结合通常采用各种金属五金件，装配和拆卸都十分方便。因为这些优点，板式家具格外受到消费者青睐1。在未来几年里，板式家具仍然会是目前市场上的主流家具。鉴于板式家具在目前并且在将来一段时间仍是家具市场的主流

35、家具，本文提出的家具体验系统的主要对象为板式家具。2.2. 系统需求分析该板式家具体验系统是专门为扬州昊格系统家居公司定制的，通过多次和厂方设计师与经销商的交流，加上对整个家具企业进行了深入调查后，得到了板式家具体验系统的需求分析。2.2.1. 系统性能需求1) 传统的家具设计，设计人员通常需要花费较多的精力进行板块尺寸和空间位置的设计，这其中包含了许多重复劳动。因此该系统应能够将家具设计人员从繁重的计算和绘图工作中解放出来。2) 传统技术下的板式家具设计生产，人为干预因素比较多，容易出错，生产出来的板式家具质量偏低，返工率高，变相提高了生产成本。采用该系统应能够提高家具产品的设计生产质量，降

36、低家具产品的生产成本，提高其市场竞争能力。3) 由于我国家具企业的设计人员和经销商素质普遍不高，对计算机的操作并不是很熟练。因此要求该系统界面友好，操作简捷实用，容易学习上手。4) 家具设计人员进行家具设计，一般有其成熟的、较固定的行业习惯和约定俗成的规则，该系统应遵从他们的设计习惯。2.2.2. 系统功能要求1) 提供多种类型板材如背板、侧板、顶板、底板、层板、隔板、异形板等，以及常用的零部件模型如抽屉、衣架、裤架、门等。2) 提供丰富多样、实用方便的编辑修改工具如板块尺寸大小修改、空间快速定位、材质更改、柜体部分与整体缩放等功能。3) 报价的同步导出以及生成工程图的功能。4) 能从主视图、

37、左视图、右视图、俯视图创建板式家具，并在三维视图中三维动态显示。2.3. 面向对象的系统设计思想本系统的早期版本设计思想是面向过程的，由于需求不明确，侧重点在于图形的显示上。例如显示一套板式家具，就是显示该板式家具中的每块板，而每块板实际就是由多个顶点和多根线组成，最终就是点与线的显示，对用户的命令最终也就转化成对点与线的操作。因此，系统处理的家具并不是现实世界的家具实体，而是一个个几何实体，设计师不能够像对待家具实体那样在几何实体中添加家具的材料、加工、价格等属性，并且与家具实体相关的一系列特性和操作在系统中并不是一个整体，各种数据缺乏统一整体。当后期厂方提出报价、材质替换、整体缩放与局部缩

38、放等功能时，因为很难将这些本该属于家具实体的属性添加到几何实体中，故系统扩展这些功能十分困难。再者，由于板式家具板块与各种配件较多，搭配多样，因而整个系统比较复杂，采用传统的面向过程的设计方法很难描述这种复杂的过程。实践证明，面向过程开发出来的软件，维护时其费用和成本很高，可修改性差，导致可维护性差，从根本上很难满足客户需求。因此，我们采用面向对象思想来重新设计该系统，将家具包括组成家具的每块板材与每个配件都看成一个个对象，在通过提炼与抽象，完成相关类的设计。类是对象的抽象，它封装了数据（属性）与作用于数据的操作（行为），比如对于家具类，它包含了尺寸、材质、价格等属性，同时用户对家具进行三维体

39、验时，往往需要对其进行移动、旋转、缩放等操作，如家具类还应包括移动、旋转、缩放等操作方法。因为采用面对对象的思想进行分析和设计，得到的结果与客观世界比较接近，故而系统更加科学、可重用性更强、可维护性更好、更能满足用户的需求2.3.1. 面向对象一些基本概念面向对象（Object-Oriented，OO）设计的基本思想就是方法认为世界是由各种各样具有自己的运动规律和内部状态的对象所组成的，其分析对象就是以现实世界客观存在的事物，与人们的思维方式相似30,31，因此分析和设计的结果与客观世界比较接近，容易被人接受。相对于面向过程的设计方法，面向对象的设计方法实用性更强，现已经成为计算机界关注的重点

40、，并渐渐成为现今软件开发的一种重要方法32。下面介绍一些有关面向对象的基本概念：1. 对象与类在面向对象的系统中，对象是基本运行时的实体，它既包括数据（属性），也包括作用于数据的操作（行为）33。所以，一个对象把属性和行为封装为一个整体。面向对象思想中的对象就是现实世界中的某个具体的物理实体在计算机世界中的映射和体现。例如：一套复杂板式家具是由多块板材拼搭而成，我们可以将每一块板材都看成一个对象，它既包括长宽高、面积、材质、价格等数据属性，也包括计算长宽高、计算面积、计算价格等一系列作用于数据的操作行为。类是一个抽象的概念，是一个不存在的实体，它描述了一组有相同特性（属性）和相同行为（方法）的

41、对象33。板式家具有多块板材组合而成，每块板材都是一个对象，通过对这些对象摆放位置的分析，我们可以分为两类：水平摆放的板材与竖直摆放的板材。于是我们就可以在此基础上创建水平板材类与竖直板材类。而通过对竖直放置的板材进一步的分析，发现有些板材是带有倒角的，于是在竖直板材类的基础上，又可以创建带倒角功能的隔板类。2. 封装封装是一种信息隐蔽技术，实现数据与数据处理相结合，其目的是使对象的使用者和生产者分离34。例如用户对设计完成的板式家具进行三维体验，只需按键盘上的某个方向键，屏幕中的板式家具就按照某个方向旋转。对于用户来讲，他们不需要知道系统究竟做了什么使得场景中的板式家具旋转，因为板材类已经封

42、装了旋转这个操作方法，这个操作的具体实现，用户并不可见，当然用户也不需要知道，用户只需知道要按下某个键，场景中的板式家具旋转就可以了。此外，封装特性还体现在可以限制外部类对象中数据和操作的访问权限，从而将属性“隐藏”在对象内部，对外只呈现一定的外部特性和功能。3. 继承继承是父类和子类之间共享数据和方法的机制33,34。这是类之间的一种关系，在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。我们对比“侧板类”与“背板类”时，可以发现它们有很类似的地方，如它们都有8个顶点，都有尺寸、价格等属性，都有移动、旋转、缩放等

43、功能，于是我们可以提取两个类相似的属性与操作方法，并将其放到一个新类“板材类”中，并让“侧板类”与“背板类”继承“板材类” ，通过“板材类”的定义，大大简化了“侧板类”与“背板类”的定义，它们在类的定义中只需加入独有的数据和操作即可。继承在类的设计过程中是一个非常有用的方法。4. 多态多态性指的是同样一个消息被不同对象接收时产生不同的结果。系统提供的这种机制主要用在具有继承关系的类体系中。一个类体系中的不同对象可以用不同方式响应同一消息，并产生不同结果，实现“同一接口，多种方法”33。例如，“板材类”派生出了“侧板类”与“隔板类” ，对于“板材显示”这样一个操作，侧板只是普通一个长方体的显示，

44、而隔板可能带有倒角，那它的显示方法则要复杂的多。2.4. 系统设计根据板式家具特点以及在前面的需求分析的基础上，通过面向对象思想进行分析，我们将板式家具体验系统具体划分为四个子系统：造型设计子系统、编辑修改子系统、工程图与报价产生子系统以及效果展示子系统。系统结构框图如下图所示：图2-2 三维板式家具设计与体验系统结构框图1 造型设计子系统造型设计子系统的具体功能是完成家具整体外形设计。具体分为三个部分：第一部分，根据板材在家具中的位置、摆放方向、形体等特点，将板材细分为多个类，采用面向对象的思想，完成相关类的设计；第二部分，完成家具配件类的设计；板式家具的设计过程其实就是板材之间，板材与配件

45、之间空间位置确定的过程，通过什么样方式进行空间位置的确定对于用户来说操作最方便，设计效率最高是这一部分的主要内容。2 编辑修改子系统编辑修改子系统针对家具在设计过程中或设计完成之后对部分与整体的修改功能。该子系统主要工作有四个部分：第一部分，对板材的编辑修改，如对几何尺寸、材质纹理、折扣等诸多属性的修改；第二部分，对配件的编辑修改，如配件的几何尺寸、价格等方面的修改；第三部分，对于板材与板材之间、板材与配件之间、柜体之间的空间位置关系做适当的调整；第四部分，对于一些结构类似，尺寸不同的柜体，为避免重新设计，只需对原有柜体做整体或部分缩放，节省了时间，提高了效率。3 工程图与报价产生子系统该家具

46、体验系统的对象不仅包括普通业务人员与经销商，也包括厂方设计师与生产工人。对于生产工人而言，完善的工程图是生产加工的指导；对于经销商，都希望能够在产品设计完成后同步地拿到产品报价单。所以在工程图与报价产生子系统中，能够自动生成各个视图中的效果图，产生工程图以及报价单。4 效果展示子系统该系统不仅是一套板式家具辅助设计系统更是一套板式家具三维体验系统。对于普通用户，带有纹理贴图的家具三维效果图要比CAD的三维框图来得更生动更形象。在该子系统中，用户可以在不同视图中体验家具三维效果，对其具体样式有个整体的把握。2.4.1. 造型设计子系统的研究与设计板式家具的造型设计就是它的外观设计，它在家具设计中

47、占着十分重要的作用。由于家具的款式多种多样，我们不可能事先准备很多家具的款式让用户来选用，而且考虑到家具的造型设计过程正好给了设计人员一个发挥其想象力和创造力、设计出自己风格家具的绝好环境。因此，我们通过板材与配件的组装来进行板式家具的造型设计。 图2-3 板式家具板块拼搭板材与部件组装是指用一系列的独立板块和家具配件来组成家具的实际造型。如上图所式，一个典型家具的形体是由左旁板、右旁板、底板、顶板、隔板、层板和异形板等板块以及家具配件（包括门、抽屉、挂衣杆、裤架等）组成的，设计人员可以先设计每块板材与配件的形状与大小，再通过板块和配件的空间拼搭来确定组合后形成的家具造型。2.4.1.1. 板

48、式家具相关类的设计1 板材基类的设计从图2-3我们可以看到，一套板式家具由许多不同种类的板材拼搭而成，虽然这些板材种类不同，如底板与顶板，但是不考虑在板式家具中因为位置的差异而人为区分的因素，本质上它们都是一块板材。它们具有一系列共同的属性，因此我们设计了板材基类Cplate，而诸如底板类、顶板类均是由板材基类派生而来。通过分析，我们不难得到板材基类Cplate主要的属性与操作方法：属性：Ø 类型属性：板式家具搭建过程中，需要不同类型的板材。为了区别不同的板材，板材基类需要一个类型属性来唯一标识。Ø 定点列表：每块板材都有自己的顶点，通过顶点计算我们可以知道板材具体的长、宽

49、、高。故板材基类需要提供一个顶点存放列表。Ø 材质属性：根据面向对象设计思想，每块板材不单单是一个几何实体，故材质属性是必要的。Ø 尺寸属性：每块板都有长宽高，板材基类需要提供尺寸信息。Ø 空间位置属性：在板式家具设计过程中，用户经常需要移动、旋转、缩放板材，因此板材基类需要提供一个三维平移向量、三维旋转向量与三维缩放向量。Ø 价格相关属性：系统实时产生报价，最终的计算都是落实到每块板的计算上，故板材类还需具有面积、单价、折扣与价格属性。Ø 视图属性：根据市场调查，主要流行的板式家具有“一”字型、“L”型与“U”型，而设计“L”与“U”型家具时

50、需要在多个视图中分别绘制，本系统提供主视图、左视图、右视图三个视图进行柜体绘制，故一块具体的板材还得需要一个属性来标识其所属的视图。Ø 显示模式属性：用于加工生产的工程图一般采用框图，而用户体验的三维效果图则需要纹理贴图，故每块板材有两种显示模式，需要一个属性符来区分板材当前显示模式。操作方法：Ø 根据板材的顶点，板材基类需要提供一个操作方法来计算出该板块的长宽高。Ø 根据板块的长宽高，板材基类需要提供一个操作方法计算出该板块的面积。Ø 根据板块的单价、面积、折扣属性，需要一个操作方法得出该板块的价格。Ø 板材应能平移、旋转、缩放。Ø

51、 板材应该能够正确显示。根据以上讨论，板材基类CPlate的基本结构下图所示：图2-4 板材基类结构示意图2 层板类与隔板类的设计 有了板材基类，其它的板材类都可以从它派生而来，大大简化了其他板材类的设计。如图2-5所示，根据板材在板式家具中三种典型的放置方向，我们从板材基类派生出竖直板材类Cvplate，水平板材类Chplate与背板类Cbeiban。图2-5 三种不同放置方向的板材类顶板一般放置在柜体上端，底板一般放置在柜体下端，而层板一般放置在柜体内部，并且层板有倒角功能。顶板类与底板类比较简单，这里不做详细说明。下面详细介绍一下层板类Ccengban的设计过程，经过分析我们可以得到层板

52、类独有的属性与操作方法下：属性：Ø 倒角属性：需要一个属性来区分当前层板是90度倒角还是180度倒角。Ø 倒角位置属性：如果当前层板为90度倒角，还需要一个属性来区分是该层板左侧需要倒角还是右侧需要倒角，还是两侧均需要倒角。Ø 180度倒角圆心属性：当倒角180度时，半径系统可以自动计算出，但需要提供圆心位置。Ø 90度倒角半径属性：如果倒角90度，需要提供左侧倒角半径与右侧倒角半径，圆心经过半径系统可以自动计算出来，故不需要圆心属性。操作方法：Ø 倒角180度时，系统提供自动计算半径的方法。Ø 倒角90度时，系统提供自动计算左右两侧

53、的圆心位置。Ø 倒角时，很多倒角上的点是需要计算出来压入顶点列表的，故还需提供这些的点的计算方法。Ø 倒角的层板显示更为复杂，需要重写显示函数。根据以上讨论可以得到层板类Ccengban的结构图：图2-6 层板类结构示意图 因为层板类相对于水平板材类添加了倒角的功能，下面列举出层板类中相关倒角功能实现的主要方法：首先，根据根据基本板材类的成员变量存放8个顶点的容器m_RealPointList，以及倒角的半径，系统可以计算出圆心值：/Compute()函数主要功能是针对层板带有倒角时，计算出倒角所对应的圆心值。void CcengBan:Compute() /180度的情况

54、if(m_nangle=1)switch(m_nWhichView)/主视图中的情况case SS_MAINVIEW:m_Center.x=m_RealPointList2.x+m_fLength/2;m_Center.y=m_RealPointList2.y;m_Center.z=m_RealPointList2.z-m_fLength/2;break;/左视图中的情况case SS_LEFTVIEW: /右视图中的情况case SS_RIGHTVIEW:/90度的情况else if(m_nangle=0)switch(m_nWhichView)case SS_MAINVIEW:/90度的情

55、况，上角或者上下两角都倒角的情况，计算上角圆心if(m_nCorner=0|m_nCorner=2)m_Center1.x=m_RealPointList2.x+m_Radius1;m_Center1.y=m_RealPointList2.y;m_Center1.z=m_RealPointList2.z-m_Radius1;/90度的情况，下角或者上下两角都倒角的情况，计算下角圆心if(m_nCorner=1|m_nCorner=2)m_Center2.x=m_RealPointList6.x-m_Radius2;m_Center2.y=m_RealPointList6.y;m_Center2.z=m_RealPointList6.z-m_Radius2;break;case SS_LEFTVIEW:case SS_RIGHTVIEW: 计算出圆心之后，系统还需要计算出圆弧边上点，对于180度的倒角，系统将其等分为99份，算上起始与终止点，共计100个点，系统将这个100个点连接起来模拟这段圆弧，而对于90度倒角，系统等分为49份，共计50个点，来模拟这段圆弧。下面是实现的主要代码：/CaculatePointlist()主要功能是计算出倒角圆弧上的点，以便绘制。主要分180度倒角