装饰图案参数化设计方法研究

装饰图案参数化设计方法研究

摘要：研究产品装饰图案的生成算法，并以递归算法、迭代函数系统算法这两种常见的形式为例，开发UG平台下的装饰图案参数化设计应用。经过添加菜单设计、对话框设计、创建API应用程序等设计阶段，实现了龙纹图案、C曲线递归算法图案的自动绘制，并以龙纹图案为例进行了参数化设计应用分析，提高了图案设计的自动化程度与图案设计效率，也拓展了装饰图案设计方法。

关键词：装饰图案参数化分形递归算法迭代函数系统算法UG软件产品设计

精妙的装饰图案大多采用分形的方法生成。分形图案不仅优美自然而且算法规律，可以依据规律对图案进行编程处理，实现参数化自动绘制。分形图案的生成包括递归算法、迭代函数算法等。其中，递归算法是一个过程间接、直接地调用它自身函数的一种算法；迭代函数算法是将待生成的图案看成是由许多与整体相似的或经过一定变换与整体相似的小块拼贴而成。

1 产品装饰图案设计算法

1.1 递归算法

递归算法产生的分形图形是由生成元（原始图形）或者发生器自由地描画出来，通过对生成元按照一定的规则递归便可得到分形图

案。例如从一条直线出发，然后支起一个90°的角，在角的两条边上再分别支起90°的角，按照此种算法以此类推，便可得到C曲线（图1）。

1.2 迭代函数系统算法

迭代函数算法主要依据仿射变换。它具有自相似性和自仿射性特点，自相似性是通过各个方向上的比率相同的变换来实现；自仿射性通过在不同的方向上变化的比率不同的变换来实现。从直觉上看，相似变换可放大或缩小甚至旋转，但不变形，而仿射变换可能会变形，也就是说相似变换可以看作仿射变换的一种特例。仿射变换数学表达式为：，其中，w代表仿射变换，x和y代表变换前图形的坐标值，x′和y′是变换后图形的坐标值；a，b，c，d，e，f是仿射变换系数。复杂的图形需要多个不同的仿射变换来实现，仿射变换族｛wn｝控制图形的结构和形状，仿射变换的形式是相同，不同的形状取决于仿射变换的系数。如龙纹图案（图2）可以用以下仿射变换表示

2 装饰图案参数化设计过程

Unigraphics（UG）是面向制造行业的CAD/CAM高端软件，它除能够使用户数字化地创建和获取三维产品定义，也提供功能强大的二次开发工具UG/Open。用户可以自行开发所需模块的应用程序，将其加载到UG软件中，以方便实际应用。通过二次开发所建立的装饰图案信息库，可以能够满足用户以菜单、参数输入对话框方式实施参数化设计需求。这主要包括添加设计菜单、对话框设计、应用程序开发等过程。

2.1 添加设计菜单

UG/Open MenuScript是UG/Open中用来设计菜单的专用模块，主要用于创建和编辑下拉菜单和工具栏，可以使用ASCII文件方便灵活的编辑UG系统菜单，新增并定义所需的新菜单。自定义菜单采用Add-on菜单文法，它不仅编辑方便、易于维护、功能强大，而且可以完成自动加载。

2.2 对话框设计

UG/Open提供的UIStyle模块用于可视化制作自定义对话框，自动生成与之相对应的C代码文件，可直接添加修改C代码文件。设计生成的对话框可在MenuScript模块下创建的菜单文件中被调用，使开发的应用程序与UG完全融合。

2.3 创建UG/OpenAPI应用程序

UG/Open API是UG/Open最常用的开发工具，在设计了UG菜单和对话框之后，就可以为其创建应用程序，编写程序代码。以Visual C++6.0环境为编程基础来创建与其对应的UG/Open API应用程序。在完成创建UG/Open API应用程序所必须的基础条件后，在对话框生成的*.c和*.h文件中编写具体的图案程序：编写工程文件*.cpp文件中的函数，主要包括添加UG头文件、应用程序运行环境、应用程序的初始化和终止及菜单按钮行为，以及与菜单按钮行为相关的程序编程；添加对话框的*.h文件的编写，如对话框参数的数据结构、对话框回调函数等；添加对话框*.c文件的编写以及对话框“确定”按钮之后的参数传递和绘图程序编写。

3 装饰图案参数化设计应用

产品的装饰图案可以由参数控制，并且随参数的变化而改变图案样式、复杂程度等。例如，龙纹图案的控制参数包括点数和点的厚度，点数多少确定了图案的逼真程度，由于迭代函数系统算法主要靠绘制

随机点来反映图案样式，点数越多图案越精确、直观（表1），过多的点数会导致长时间计算，因此选择合适数量的点数显得尤为关键。

4 结语

产品设计中，精妙的装饰图案可以美化外观，提高消费者的认知度。参数化设计自动生成复杂的产品装饰图案提高了设计效率、图案的精确度。基于参数化设计工具UG软件，使用VC++编程技术，以递归算法、迭代函数系统算法完成的二次开发及应用，通过参数控制且创新装饰图案，也使得图案设计趋于理性、完整，是图案设计方法的拓展。

参考文献

[1] 高岩.参数化设计——更高效的设计技术和技法[J].世界建筑,2008(5).

[2] 孟祥旭,徐延宁.参数化设计研究[J].计算机辅助设计与图形学报,2002(11).

[3] 邓基园.分形艺术图案生成技术研究及应用[C]//湖南大学,2011.