本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們知識(shí)修養(yǎng)和整體文化素質(zhì)的提高，人們消費(fèi)觀念及對(duì)住房、用品的要求正在悄然發(fā)生著變化。當(dāng)今時(shí)代人們?cè)谶x購(gòu)住房、用品尤其是那些有規(guī)則結(jié)構(gòu)形狀的用品時(shí)，越來(lái)越看中產(chǎn)品的藝術(shù)性、實(shí)用性、使用便捷性和宜人性，

概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性設(shè)計(jì)的思維階段，在這一過(guò)程中，設(shè)計(jì)師將構(gòu)思快速轉(zhuǎn)化為草圖是一種相當(dāng)復(fù)雜的行為。因?yàn)橐粋€(gè)好的設(shè)計(jì)方案既要有合理的功能結(jié)構(gòu)、美觀的造型、簡(jiǎn)便的操作，同時(shí)還要富有創(chuàng)新性。創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)是一個(gè)涵蓋設(shè)計(jì)界、計(jì)算機(jī)科學(xué)界、管理學(xué)界、認(rèn)知界的多學(xué)科交叉性研究領(lǐng)域，是目前國(guó)際國(guó)內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

軟構(gòu)件是計(jì)算機(jī)軟件業(yè)提出的一個(gè)重要概念，其基本思想是借鑒硬件技術(shù)的成功范例，將計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)件化以增強(qiáng)其可復(fù)用性，以實(shí)現(xiàn)軟件生產(chǎn)過(guò)程的硬件化。軟構(gòu)件為促進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件業(yè)的發(fā)展和提高軟件生產(chǎn)效率做出了重要貢獻(xiàn)。

在設(shè)計(jì)業(yè)，通常人們所面對(duì)的是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然而不管設(shè)計(jì)目標(biāo)有多么樣的不同，它們總可以細(xì)分為小到一定程度的具有一定獨(dú)立性的組成部件，且這些組成部件需要具有可重用性，各組成部件間具有可連接和裝配的特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，把計(jì)算機(jī)科學(xué)中的軟構(gòu)件思想應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)具有非常重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

目前，三維建筑模型主要依靠設(shè)計(jì)人員采用cad軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)人員要求很高。設(shè)計(jì)人員在利用cad軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要用人腦和手工工具進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，然后再利用計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)以形成最終產(chǎn)品，基本上是一個(gè)在設(shè)計(jì)方案基本定型之后的概念化繪圖工具。

現(xiàn)有的三維建筑模型構(gòu)建方法極大的倚賴設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)模型都是在人腦中生成以后，再通過(guò)設(shè)計(jì)工具再現(xiàn)，不僅對(duì)設(shè)計(jì)人員要求高，而且設(shè)計(jì)速度慢，不支持設(shè)計(jì)構(gòu)件重用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法。該方法在現(xiàn)有產(chǎn)品外形的基礎(chǔ)上，采用遺傳算法生成新穎的建筑設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，保存在設(shè)計(jì)構(gòu)件庫(kù)中，在本系統(tǒng)中集成為三維建筑設(shè)計(jì)造型，為設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供支持，使設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之前，就能看到建筑的三維建筑模型，加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。

本發(fā)明的一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法，包括：

從建筑設(shè)計(jì)圖紙中提取二維建筑設(shè)計(jì)部件，進(jìn)而生成用數(shù)學(xué)函數(shù)表示的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

提取二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓中的特征點(diǎn)而構(gòu)建出二叉樹(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

拉伸優(yōu)化后的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓的厚度，生成與其相對(duì)應(yīng)的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，并保存到設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中；

調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

進(jìn)一步的，利用遺傳算法優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓的具體過(guò)程為：

預(yù)設(shè)遺傳算法執(zhí)行的次數(shù)，執(zhí)行遺傳算法的交叉、變異及選擇操作來(lái)優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓。

遺傳算法中包括交叉和變異操作，操作的豐富多樣化可以提高產(chǎn)品的新穎性。

進(jìn)一步的，該方法還包括：將生成的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件通過(guò)矩陣排列的方式進(jìn)行組裝形成組合建筑設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，也存儲(chǔ)至設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中。

這樣能夠減少組裝的時(shí)間，提高建筑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的速度。

進(jìn)一步的，調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件之前，還包括：

根據(jù)優(yōu)化的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓，構(gòu)建與建筑設(shè)計(jì)圖紙中建筑相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品樹(shù)。

進(jìn)一步的，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，順序調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，最終生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

產(chǎn)品樹(shù)中包含任意相鄰兩個(gè)設(shè)計(jì)軟構(gòu)件之間的關(guān)系，具體關(guān)系包括位置、方向、距離以及角度關(guān)系。這樣能夠提高建筑模型的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明還提供了一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建系統(tǒng)，包括：

二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓生成模塊，其用于從建筑設(shè)計(jì)圖紙中提取二維建筑設(shè)計(jì)部件，進(jìn)而生成用數(shù)學(xué)函數(shù)表示的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓優(yōu)化模塊，其用于提取二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓中的特征點(diǎn)而構(gòu)建出二叉樹(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件生成模塊，其用于拉伸優(yōu)化后的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓的厚度，生成與其相對(duì)應(yīng)的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，并保存到設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中；

三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件調(diào)取模塊，其用于調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

進(jìn)一步的，在所述二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓優(yōu)化模塊中，預(yù)設(shè)遺傳算法執(zhí)行的次數(shù)，執(zhí)行遺傳算法的交叉、變異及選擇操作來(lái)優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓。

進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括：三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件組裝模塊，其用于將生成的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件通過(guò)矩陣排列的方式進(jìn)行組裝形成組合建筑設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，也存儲(chǔ)至設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中。

進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括：還包括：

產(chǎn)品樹(shù)生成模塊，其用于根據(jù)優(yōu)化的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓，構(gòu)建與建筑設(shè)計(jì)圖紙中建筑相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品樹(shù)。

進(jìn)一步的，在所述三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件調(diào)取模塊中，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，順序調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，最終生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崛〕墒斓亩S建筑設(shè)計(jì)部件輪廓和數(shù)學(xué)函數(shù)生成的輪廓作為種子，通過(guò)基于樹(shù)結(jié)構(gòu)的遺傳算法派生，能產(chǎn)生一些新穎、獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)外觀造型，為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供輔助設(shè)計(jì)，提高了建筑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的速度；

(2)遺傳算法中包括交叉和變異操作，操作的豐富多樣化可以提高產(chǎn)品的新穎性；

(3)本發(fā)明的設(shè)計(jì)軟構(gòu)件集成方法，可以適用于由設(shè)計(jì)輪廓線通過(guò)拉伸創(chuàng)建的部件組裝形成的各類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明中一棵設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)的分層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(a)是本發(fā)明中一棵數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)及交叉操作示意圖；

圖4(b)是本發(fā)明中另一棵數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)及交叉操作示意圖；

圖5(a)是交叉操作的父輩和后代對(duì)應(yīng)的二維曲線實(shí)施例一示意圖；

圖5(b)是交叉操作的父輩和后代對(duì)應(yīng)的二維曲線實(shí)施例二示意圖；

圖5(c)是交叉操作的父輩和后代對(duì)應(yīng)的二維曲線實(shí)施例三示意圖；

圖5(d)是交叉操作的父輩和后代對(duì)應(yīng)的二維曲線實(shí)施例四示意圖；

圖6是本發(fā)明中交叉操作的父輩和后代對(duì)應(yīng)的三維圖像示意圖；

圖6(a)是圖5(a)對(duì)應(yīng)的三維圖像示意圖；

圖6(b)是圖5(b)對(duì)應(yīng)的三維圖像示意圖；

圖6(c)是圖5(c)對(duì)應(yīng)的三維圖像示意圖；

圖6(d)是圖5(d)對(duì)應(yīng)的三維圖像示意圖；

圖7(a)是本發(fā)明中一棵父輩樹(shù)進(jìn)行變異操作的子樹(shù)的示意圖；

圖7(b)是本發(fā)明中一棵樹(shù)進(jìn)行變異操作的子樹(shù)的示意圖；

圖8(a)是本發(fā)明中圖7(a)對(duì)應(yīng)的算術(shù)運(yùn)算后父輩對(duì)應(yīng)的二維曲線示意圖；

圖8(b)是本發(fā)明中圖7(b)對(duì)應(yīng)后代對(duì)應(yīng)的二維曲線示意圖；

圖9是本發(fā)明中組合設(shè)計(jì)軟構(gòu)件界面示意圖；

圖10是本發(fā)明的組合設(shè)計(jì)軟構(gòu)件分塊設(shè)計(jì)的示意圖；

圖11是本發(fā)明的組裝為建筑立面的實(shí)例示意圖；

圖12是本發(fā)明的選擇不同的頂部和建筑立面組裝會(huì)展中心的實(shí)例示意圖；

圖13是本發(fā)明的為選定的會(huì)展中心模型實(shí)例示意圖；

圖14是本發(fā)明的設(shè)計(jì)人員受選定的模型啟發(fā)設(shè)計(jì)的會(huì)展中心圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明的一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法，包括：

從建筑設(shè)計(jì)圖紙中提取二維建筑設(shè)計(jì)部件，進(jìn)而生成用數(shù)學(xué)函數(shù)表示的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

提取二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓中的特征點(diǎn)而構(gòu)建出二叉樹(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

拉伸優(yōu)化后的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓的厚度，生成與其相對(duì)應(yīng)的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，并保存到設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中；

調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型，如圖2所示。

具體地，本發(fā)明的基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建方法中：

(1)數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)

一棵數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)是一個(gè)數(shù)學(xué)操作數(shù)及二元數(shù)學(xué)操作符的組成的有限節(jié)點(diǎn)集，該集是空集或者是由根及兩棵互不相交的稱為左、右子樹(shù)的二叉樹(shù)組成。二叉樹(shù)的中序遍歷序列是一個(gè)合法的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

樹(shù)的節(jié)點(diǎn)可以是終端節(jié)點(diǎn)(操作數(shù))或者是中間節(jié)點(diǎn)(操作符)。操作數(shù)可以是變量也可以是常量，操作符包括基本運(yùn)算符+、-、*、/、^,基本數(shù)學(xué)函數(shù)sqrt()、exp()、log()，三角函數(shù)sin()、cos()、tan()、asin()、acos()、atan())，以及雙曲函數(shù)sinh()、cosh()、tanh()、asinh()、acosh()、atanh()等。

這里我們采用了matlab中數(shù)學(xué)函數(shù)的表示方法(本環(huán)境采用matlab作為數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算及圖形、圖像生成的支持軟件)。

(2)交叉操作

分別在父輩樹(shù)上隨機(jī)選擇一個(gè)交叉點(diǎn)，并交換以交叉點(diǎn)為根的兩棵子樹(shù)，產(chǎn)生兩個(gè)后代。如果新產(chǎn)生的樹(shù)不能映射為合法的數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者無(wú)法用計(jì)算機(jī)展現(xiàn)生成的形狀，則被淘汰。

(3)變異操作

在單父輩樹(shù)上隨機(jī)選擇一個(gè)變異點(diǎn)，然后用一棵隨機(jī)產(chǎn)生的子樹(shù)替換以變異點(diǎn)為根的子樹(shù)。如果產(chǎn)生的后代樹(shù)不能映射為合法的數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者無(wú)法用計(jì)算機(jī)展現(xiàn)生成的形狀，則被淘汰。

(4)特征

特征fi是一個(gè)三元組(fiid，ti，vi)，其中fiid是特征fi的特征名,ti是特征類(lèi)型，vi是特征值。特征值可以是數(shù)值，字符串，數(shù)組，函數(shù)，表達(dá)式以及文件等。

(5)特征向量

特征向量fv＝<f1,f2,…,fn>，其中fi是一個(gè)特征，i＝1,2,…,n。

(6)特征樹(shù)

特征樹(shù)ft＝(d,c),d＝{fvi}∪domain(fvi)∪(nil),其中fvi是一個(gè)特征向量而且是特征樹(shù)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，c＝{ci(fi),fi∈fvi}是對(duì)于特征的限制集，限制包括形狀限制，尺寸限制等。

(7)設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)

設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)pt＝(productid,pd,pr,pc),其中pd＝{fti}∪domain(fti)∪{nil},fti是一棵特征樹(shù)，同時(shí)又是設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；pr＝{pri＝<fti1,fti2>,fti∈pd}是一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)上節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系組成的集合，pc＝{ci(pri),pri∈pr}是設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)上節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系之間的限制集合。關(guān)系pri表示兩個(gè)設(shè)計(jì)軟構(gòu)件之間的關(guān)系，包括位置，方向，距離以及角度關(guān)系。位置關(guān)系＝{left,right,front,back,top,bottom,middle,ontop,onbottom}.

方向關(guān)系是兩個(gè)設(shè)計(jì)軟構(gòu)件的相對(duì)定向關(guān)系，由一個(gè)二元組(orientation,angle)表示,例如：(front-to-back,30^。),(left-to-right,60^。)等。

限制{c1(pri),c2(pri),…cn(pri)}表示限制位置變量之間的偏移。

一棵設(shè)計(jì)產(chǎn)品樹(shù)的分層結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

以會(huì)展中心的建筑造型設(shè)計(jì)為例：如圖2所示，首先初始化種群，并設(shè)置默認(rèn)操作次數(shù)，種群的產(chǎn)生方式有兩種：

1、通過(guò)在操作數(shù)和操作符集中隨機(jī)選擇形成的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)生成，同時(shí)檢查產(chǎn)生的數(shù)學(xué)表達(dá)式是否是一個(gè)有效的數(shù)學(xué)表達(dá)式及表達(dá)式中的括號(hào)是否平衡，

2、為了從外部抽取成功設(shè)計(jì)的特征，使用掃描儀和數(shù)碼相機(jī)，取得一些流行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)構(gòu)件輪廓，并利用數(shù)學(xué)函數(shù)逼近的方式，獲得輪廓中指定曲線的近似數(shù)學(xué)函數(shù)，產(chǎn)生一些個(gè)體，具體過(guò)稱為：(1)使用掃描儀或數(shù)碼相機(jī)獲取設(shè)計(jì)草圖文件；(2)利用圖像轉(zhuǎn)換軟件，從圖像中抽取曲線所對(duì)應(yīng)的近似數(shù)學(xué)函數(shù)。

然后，把生成的表達(dá)式作為字符串，根據(jù)運(yùn)算順序，用解析算法構(gòu)造數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)。

接著對(duì)種群執(zhí)行交叉、變異和選擇的操作。

圖4(a)和圖4(b)分別對(duì)應(yīng)一棵數(shù)學(xué)表示二叉樹(shù)。它們對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)分別為(x*x*(0.8*x))和sin(x/2)*sin(x+0.5)*(x-1.5)*(1.9-x)，分別利用隨機(jī)生成和數(shù)學(xué)函數(shù)逼近曲線的方法得到的。

交叉操作：

分別在父輩樹(shù)上隨機(jī)選擇一個(gè)交叉點(diǎn)，并交換以交叉點(diǎn)為根的兩棵子樹(shù)，產(chǎn)生兩個(gè)后代。如果新產(chǎn)生的樹(shù)不能映射為合法的數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者無(wú)法用計(jì)算機(jī)展現(xiàn)生成的形狀，則被淘汰。

以圖3中的兩棵樹(shù)作為父輩樹(shù)，選擇交叉點(diǎn)‘a(chǎn)’實(shí)施交叉操作，得到的父輩樹(shù)(上部?jī)蓚€(gè)二維曲線)如圖5(a)和圖5(b)所示，及后代(下部?jī)蓚€(gè)二維曲線)如圖5(c)和圖5(d)所示。對(duì)產(chǎn)生的曲線執(zhí)行拉伸操作后產(chǎn)生的三維圖像如圖6(a)-圖6(d)所示。

變異操作：

在單父輩樹(shù)上隨機(jī)選擇一個(gè)變異點(diǎn)，然后用一棵隨機(jī)產(chǎn)生的子樹(shù)替換以變異點(diǎn)為根的子樹(shù)。如果產(chǎn)生的后代樹(shù)不能映射為合法的數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者無(wú)法用計(jì)算機(jī)展現(xiàn)生成的形狀，則被淘汰。圖7(a)和圖7(b)分別為以圖4(a)和圖4(b)所示的右樹(shù)作為父輩樹(shù)和一棵子樹(shù)進(jìn)行變異操作示意圖。圖8(a)和圖8(b)為圖7(a)和圖7(b)對(duì)應(yīng)的曲線圖。

若默認(rèn)操作次數(shù)未達(dá)到，則對(duì)個(gè)體繼續(xù)執(zhí)行基于樹(shù)結(jié)構(gòu)的交叉、變異和選擇操作；

選定的設(shè)計(jì)軟構(gòu)件被保存到設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中。

下面介紹設(shè)計(jì)軟構(gòu)件組裝過(guò)程：

1.預(yù)組裝

預(yù)組裝就是把規(guī)則矩形、三角形、圓形等設(shè)計(jì)軟構(gòu)件通過(guò)排列形成組合設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，以減少組裝的時(shí)間。

對(duì)于直接通過(guò)排列形成的組合設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，我們稱為建筑立面，并提供了按整個(gè)行或列的操作，如：行(列)凸(凹)，即使一行(或一列)向外凸出(或向內(nèi)凹進(jìn))一定的幅度；行(列)展(縮)，即使一行展寬(或變窄)，或使一列增高(或變低)；行(列)改變顏色；行(列)改變透明度等。為進(jìn)一步提高操作效率，我們還提供了循環(huán)式的行(列)操作，即從第n行(列)開(kāi)始，每隔m行(列)對(duì)k行(列)進(jìn)行凸(凹)或展(縮)操作。

操作界面如圖9所示。對(duì)于復(fù)雜的建筑立面，我們可以先分塊或分側(cè)面設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行拼裝，如圖10所示。

2.根據(jù)建筑設(shè)計(jì)組裝樹(shù)中需要的構(gòu)件，從設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)選取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件；

3.根據(jù)構(gòu)件之間的關(guān)系和限制進(jìn)行組裝。

圖11所示為組裝為建筑立面的實(shí)例，圖12為選擇不同的頂部和建筑立面組裝會(huì)展中心的實(shí)例，圖13為選定的會(huì)展中心模型，圖14為設(shè)計(jì)人員受選定的模型啟發(fā)設(shè)計(jì)的會(huì)展中心。

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于軟構(gòu)件的三維建筑模型構(gòu)建系統(tǒng)，包括：

(1)二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓生成模塊，其用于從建筑設(shè)計(jì)圖紙中提取二維建筑設(shè)計(jì)部件，進(jìn)而生成用數(shù)學(xué)函數(shù)表示的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

(2)二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓優(yōu)化模塊，其用于提取二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓中的特征點(diǎn)而構(gòu)建出二叉樹(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓；

在所述二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓優(yōu)化模塊中，預(yù)設(shè)遺傳算法執(zhí)行的次數(shù)，執(zhí)行遺傳算法的交叉、變異及選擇操作來(lái)優(yōu)化二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓。

(3)三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件生成模塊，其用于拉伸優(yōu)化后的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓的厚度，生成與其相對(duì)應(yīng)的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，并保存到設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中；

(4)三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件調(diào)取模塊，其用于調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

在所述三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件調(diào)取模塊中，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，順序調(diào)取設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，最終生成建筑設(shè)計(jì)圖紙中相對(duì)應(yīng)的三維建筑模型。

該系統(tǒng)還包括：三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件組裝模塊，其用于將生成的三維設(shè)計(jì)軟構(gòu)件通過(guò)矩陣排列的方式進(jìn)行組裝形成組合建筑設(shè)計(jì)軟構(gòu)件，也存儲(chǔ)至設(shè)計(jì)軟構(gòu)件庫(kù)中。

該系統(tǒng)還包括：還包括：

產(chǎn)品樹(shù)生成模塊，其用于根據(jù)優(yōu)化的二維建筑設(shè)計(jì)部件輪廓，構(gòu)建與建筑設(shè)計(jì)圖紙中建筑相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品樹(shù)。

本發(fā)明利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崛〕墒斓亩S建筑設(shè)計(jì)部件輪廓和數(shù)學(xué)函數(shù)生成的輪廓作為種子，通過(guò)基于樹(shù)結(jié)構(gòu)的遺傳算法派生，能產(chǎn)生一些新穎、獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)外觀造型，為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供輔助設(shè)計(jì)，提高了建筑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的速度；

遺傳算法中包括交叉和變異操作，操作的豐富多樣化可以提高產(chǎn)品的新穎性；

本發(fā)明的設(shè)計(jì)軟構(gòu)件集成方法，可以適用于由設(shè)計(jì)輪廓線通過(guò)拉伸創(chuàng)建的部件組裝形成的各類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。