專利名稱：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助草圖設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的草圖設(shè)計(jì)將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design, CAD)與紙上草圖設(shè)計(jì)各自的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)為草圖設(shè)計(jì)提供更好的支持，從而提高草圖設(shè)計(jì)的效率，甚至激發(fā)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新能力。草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)師的草圖繪制和設(shè)計(jì)思維密切相關(guān)。草圖繪制是設(shè)計(jì)思維的外化或具體化，是草圖方案可視化的手段，是設(shè)計(jì)師感知能力的必要延伸。設(shè)計(jì)思維的變化，直接影響草圖表達(dá)層面上設(shè)計(jì)師的草圖繪制；而草圖表達(dá)層面完成的形象直觀的草圖又直接影響設(shè)計(jì)思維。草圖繪制過程作為草圖設(shè)計(jì)的重要特征，在計(jì)算機(jī)輔助草圖設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)知識(shí)研究等領(lǐng)域都具有很大發(fā)展空間和應(yīng)用價(jià)值，需要研究和探索。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助草圖設(shè)計(jì)以歷史記錄的方式記錄草圖繪制，如畫點(diǎn)、畫線、更改粗細(xì)、更改顏色等，這種記錄方式的優(yōu)點(diǎn)是可以詳細(xì)記錄設(shè)計(jì)師的每一步草圖繪制，設(shè)計(jì)師可以方便地還原某一步歷史操作；但其也有缺點(diǎn)，例如需要記錄大量草圖繪制數(shù)據(jù)，耗費(fèi)了大量的計(jì)算機(jī)資源，同時(shí)沒有對(duì)草圖繪制劃分優(yōu)先級(jí)或關(guān)鍵步驟，不利于設(shè)計(jì)師快速定位到歷史記錄中的關(guān)鍵性繪制。草圖行為是從設(shè)計(jì)表達(dá)方式層面對(duì)草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)師行為的一種描述，可以作為草圖設(shè)計(jì)過程的記錄。設(shè)計(jì)表達(dá)方式總體上可分為兩種，圖形表達(dá)和文字描述，相應(yīng)地，典型的草圖行為包括停頓、移動(dòng)、繪圖、描線加深、注釋等，識(shí)別出這些草圖行為，存儲(chǔ)草圖行為之間的草圖狀態(tài)，可以極大地壓縮草圖操作的歷史記錄，最大程度地概括草圖設(shè)計(jì)過程，記錄設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路。目前已有一些草圖行為識(shí)別的研究，如申請(qǐng)公開號(hào)為CN102184395A的發(fā)明公開了一種基于支持向量機(jī)的核矩陣近似方法來實(shí)現(xiàn)手繪草圖識(shí)別，該方法包括以下步驟:首先基于區(qū)域填充的思想將手繪草圖映射為特征字符串，其次通過支持向量機(jī)基于字符串核對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練，獲得分類器，然后通過訓(xùn)練得到的分類器對(duì)待識(shí)別的草圖進(jìn)行分類和識(shí)別，將模糊、不規(guī)則的手繪草圖映射為精確的幾何形狀。再如申請(qǐng)公開號(hào)為CN101964053B的發(fā)明公開了一種復(fù)合圖形在線識(shí)別方法，首先定義了基于基元構(gòu)成與空間關(guān)系構(gòu)成的復(fù)合圖形特征，該特征為一維組合特征向量，向量的長度為基元種類與空間關(guān)系種類之和，向量的每一位表示該位代表的基元類型或空間關(guān)系類型在該復(fù)合圖形構(gòu)成中的數(shù)目；基于組合特征向量定義了組合特征增量提取方法，并在特征匹配過程中設(shè)計(jì)了空間關(guān)系誤判處理方法。上述研究主要集中在對(duì)草形構(gòu)成的理解，即將設(shè)計(jì)師繪制的自由不規(guī)則草形映射成規(guī)則的幾何形狀，而缺少對(duì)草圖行為的研究，如何從草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)師的所有草圖繪制數(shù)據(jù)中抽象和提取出草圖行為，是目前計(jì)算機(jī)輔助草圖設(shè)計(jì)領(lǐng)域一個(gè)亟待解決且具有重要意義的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法和系統(tǒng)，能夠通過占用較少的計(jì)算機(jī)資源，從設(shè)計(jì)師的草圖繪制數(shù)據(jù)中識(shí)別出草圖行為，以較高抽象層次概括草圖設(shè)計(jì)過程和記錄設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路，為草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)知識(shí)的研究提供支持。一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法，包括以下步驟:(I)依據(jù)草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)劃分草圖行為類別，并提取草圖行為類別的特征。綜合考慮設(shè)計(jì)師使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)過程中草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)對(duì)草圖行為的識(shí)別能力，將草圖行為劃分為移動(dòng)、停頓、繪圖、描線加深和注釋五個(gè)類別，其中，移動(dòng)和停頓屬于非繪制行為，繪圖、描線加深和注釋屬于繪制行為。在繪制草圖過程中，移動(dòng)描述了設(shè)計(jì)師畫筆懸浮移動(dòng)，下筆前摸索和猶豫的行為；停頓描述了設(shè)計(jì)師畫筆停頓不動(dòng)，觀察思考的行為；繪圖描述了設(shè)計(jì)師繪制形態(tài)，表達(dá)方案概念，繪制方案應(yīng)用場景的行為；描線加深描述了設(shè)計(jì)師對(duì)形態(tài)進(jìn)行描線加粗或加陰影的行為；注釋描述了設(shè)計(jì)師寫文字來說明方案的行為。非繪制行為中的移動(dòng)和停頓依據(jù)畫筆狀態(tài)、畫筆移動(dòng)時(shí)間和畫筆停頓時(shí)間進(jìn)行劃分，移動(dòng)即畫筆在相鄰兩筆畫間懸浮移動(dòng)，前一筆畫結(jié)束的位置與后一筆畫開始的位置相距較遠(yuǎn)，且前一筆畫結(jié)束到后一筆畫開始的時(shí)間間隔較長；停頓即畫筆在相鄰兩筆畫間懸浮，前一筆畫結(jié)束的位置與后一筆畫開始的位置相距較近，且前一筆畫結(jié)束到后一筆畫開始的時(shí)間間隔較短。繪制行為中的繪圖、描線加深和注釋的草圖行為特征提取依據(jù)草圖行為所呈現(xiàn)的圖元的幾何(空間結(jié)構(gòu))特征和動(dòng)態(tài)(時(shí)間)特征進(jìn)行，需要選擇足夠數(shù)量的特征以確保區(qū)別出所有的草圖行為，但不能刻畫草圖的具體內(nèi)容信息，同時(shí)保證草圖識(shí)別過程中的計(jì)算復(fù)雜度較低。進(jìn)行繪畫、描線加深和注釋的草圖行為特征提取時(shí)，依據(jù)筆畫自身的特征以及草圖行為筆畫集特征(筆畫之間的相互關(guān)系特征)進(jìn)行提取，筆畫自身的特征對(duì)應(yīng)筆畫的曲線特征，草圖行為筆畫集特征對(duì)應(yīng)草圖行為中所有筆畫構(gòu)成的圖形特征。(2)依據(jù)步驟(I)中提取得到的草圖行為類別的特征建立草圖行為分類器；這里所建立的草圖行為分類器中僅包含繪制行為的草圖行為類別特征，即用于區(qū)分繪圖、描線加深和注釋時(shí)所用的草圖行為特征。(3)記錄草圖繪制數(shù)據(jù)，并將繪制數(shù)據(jù)劃分成若干待識(shí)別的草圖行為筆畫集；草圖的繪制數(shù)據(jù)包括筆畫軌跡數(shù)據(jù)、筆畫繪制時(shí)間數(shù)據(jù)、相鄰筆畫的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)及輸入設(shè)備的使用狀態(tài)數(shù)據(jù)。草圖行為筆畫集是指在草圖設(shè)計(jì)過程中，連續(xù)若干筆畫組成的表示某種草圖行為的筆畫集合，同一草圖行為筆畫集中的筆畫不僅在繪制時(shí)間上相近(通過閾值判定)，而且在空間距離上也相近(通過閾值判定)。(4)依據(jù)草圖行為分類器判定每一個(gè)待識(shí)別的草圖行為筆畫集的草圖行為類別；
(5)合并連續(xù)的同種草圖行為類別的草圖行為，輸出草圖行為序列。(6)依據(jù)相鄰的草圖行為筆畫集的草圖行為類別，修正草圖行為序列中草圖行為筆畫集的草圖行為類別。本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別系統(tǒng)，包括以下處理單元:草圖行為特征提取單元，用于從草圖繪制數(shù)據(jù)中提取草圖行為特征；草圖行為分類器構(gòu)建單元，用于依據(jù)提取得到的草圖行為類別特征建立草圖行為分類器；草圖繪制數(shù)據(jù)記錄單元，用于記錄草圖設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的草圖繪制數(shù)據(jù)；草圖行為識(shí)別單元，用于根據(jù)草圖行為分類器判定每一個(gè)待識(shí)別草圖行為筆畫集的草圖行為類別；草圖行為處理單元，合并連續(xù)的同種草圖行為類別的草圖行為，輸出草圖行為序列。其中，草圖繪制數(shù)據(jù)記錄單元包括:草圖繪制數(shù)據(jù)記錄模塊，用于記錄草圖繪制數(shù)據(jù)；草圖繪制數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)草圖繪制數(shù)據(jù)做預(yù)處理，包括去除缺少繪制時(shí)間信息的筆畫、去除筆畫中的重復(fù)采樣點(diǎn)以及對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝；草圖行為筆畫集劃分模塊，根據(jù)時(shí)間和空間關(guān)系將草圖繪制數(shù)據(jù)所包含的筆畫劃分成若干草圖行為筆畫集；其中，草圖行為識(shí)別單元包括:草圖行為分類器模塊，存儲(chǔ)草圖行為分類器構(gòu)建單元所創(chuàng)建的分類器；草圖行為識(shí)別模塊，通過調(diào)用草圖行為分類器模塊對(duì)待識(shí)別草圖行為筆畫集的草圖行為類別進(jìn)行判定。本發(fā)明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法及系統(tǒng)解決了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師草圖行為識(shí)別的問題，能夠通過占用較少的計(jì)算機(jī)資源，從設(shè)計(jì)師的草圖繪制數(shù)據(jù)中識(shí)別出草圖行為，以較高抽象層次概括草圖設(shè)計(jì)過程和記錄設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路，為草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)知識(shí)的研究提供了支持。


圖1為本發(fā)明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法的流程圖；圖2為本發(fā)明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法中草圖識(shí)別過程的流程圖；圖3為本發(fā)明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法及系統(tǒng)做詳細(xì)描述。如圖1所示，一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法，包括以下步驟:(I)依據(jù)草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)劃分草圖行為類別，并提取草圖行為特征；
依據(jù)草圖行為的幾何特征和動(dòng)態(tài)特征，將草圖行為劃分為移動(dòng)(記為Μ)、停頓(記為L)、繪圖(記為D)、描線加深(記為Ε)和注釋(記為Τ)五個(gè)草圖行為類別，其中，移動(dòng)和停頓屬于非繪制行為，繪圖、描線加深和注釋屬于繪制行為。非繪制行為中的停頓和移動(dòng)通過筆畫時(shí)間間隔閾值h和筆畫距離閾值Cltl進(jìn)行判定。筆畫時(shí)間間隔指相鄰兩筆畫從前一筆畫結(jié)束到后一筆畫開始所經(jīng)歷的時(shí)間，筆畫距離指相鄰兩筆畫從前一筆畫結(jié)束位置到后一筆畫開始位置的距離。確定時(shí)間間隔的閾值h的一種方法為:設(shè)定兩個(gè)參數(shù)，分別為時(shí)間間隔采樣數(shù)X和停頓/移動(dòng)數(shù)y (y〈x，y為停頓和移動(dòng)的總數(shù)量)，從草圖繪制數(shù)據(jù)中選取最開始的χ+1個(gè)筆畫，得到X個(gè)筆畫時(shí)間間隔懷〖2，…，tx。從ν(1彡i’彡X)中找到一個(gè)值t'，使得V中大于t'的個(gè)數(shù)恰好為y，則選定t'為時(shí)間間隔閾值，即Itl = C。若相鄰兩筆畫時(shí)間間隔超過h,則存在停頓和/或移動(dòng)行為，停頓行為與移動(dòng)行為通過筆畫距離閾值Cltl來區(qū)分，筆畫距離閾值可以用當(dāng)前畫筆的尺寸來確定。對(duì)于繪制行為，通過提取特征來識(shí)別，設(shè)提取的草圖行為特征共有η個(gè)，記為If1, f2，…，fn}，對(duì)每個(gè)草圖行為特征進(jìn)行歸一化處理(消除不同草圖行為特征之間的量綱，以便不同草圖行為特征之間的運(yùn)算)，得到變換后的草圖行為特征{f/，f2'，…，f/ }，即特征向量f。給定一個(gè)草圖行為未知的筆畫集，通過下式計(jì)算該筆畫集屬于草圖行為類別c(草圖行為類別c指描線加深(E)和注釋(T))的可能程度V。。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)依據(jù)草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)劃分草圖行為類別，并提取草圖行為類別的特征； (2)依據(jù)步驟(I)中提取得到的草圖行為類別的特征建立草圖行為分類器； (3)記錄草圖繪制數(shù)據(jù)，并將繪制數(shù)據(jù)劃分成若干待識(shí)別的草圖行為筆畫集； (4)依據(jù)草圖行為分類器判定每一個(gè)待識(shí)別的草圖行為筆畫集的草圖行為類別； (5)合并連續(xù)的同種草圖行為類別的草圖行為，輸出草圖行為序列。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟(I)中依據(jù)草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)將草圖行為劃分為移動(dòng)、停頓、繪圖、描線加深和注釋五個(gè)草圖行為類別。
3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法，其特征在于，還包括步驟(6)，依據(jù)相鄰的草圖行為筆畫集的草圖行為類別，修正草圖行為序列中草圖行為筆畫集的草圖行為類別。
4.一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括以下處理單元: 草圖行為特征提取單元，用于從草圖繪制數(shù)據(jù)中提取草圖行為特征； 草圖行為分類器構(gòu)建單元，用于依據(jù)提取得到的草圖行為類別特征建立草圖行為分類器； 草圖繪制數(shù)據(jù)記錄單元，用于記錄草圖設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的草圖繪制數(shù)據(jù)； 草圖行為識(shí)別單元，用于根據(jù)草圖行為分類器判定每一個(gè)待識(shí)別草圖行為筆畫集的草圖行為類別； 草圖行為處理單元，合并連續(xù)的同種草圖行為類別的草圖行為，輸出草圖行為序列。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述草圖繪制數(shù)據(jù)記錄單元包括: 草圖繪制數(shù)據(jù)記錄模塊，用于記錄草圖繪制數(shù)據(jù)； 草圖繪制數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)草圖繪制數(shù)據(jù)做預(yù)處理，包括去除缺少繪制時(shí)間信息的筆畫、去除筆畫中的重復(fù)采樣點(diǎn)以及對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝； 草圖行為筆畫集劃分模塊，根據(jù)時(shí)間和空間關(guān)系將草圖繪制數(shù)據(jù)所包含的筆畫劃分成若干草圖行為筆畫集。
6.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，草圖行為識(shí)別單元包括: 草圖行為分類器模塊，存儲(chǔ)草圖行為分類器構(gòu)建單元所創(chuàng)建的分類器； 草圖行為識(shí)別模塊，通過調(diào)用草圖行為分類器模塊對(duì)待識(shí)別草圖行為筆畫集的草圖行為類別進(jìn)行判定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程中的草圖行為識(shí)別方法及系統(tǒng)，其中識(shí)別方法包括以下步驟(1)依據(jù)草圖行為表達(dá)的特點(diǎn)劃分草圖行為類別，并提取草圖行為類別的特征；(2)依據(jù)步驟(1)中提取得到的草圖行為類別的特征建立草圖行為分類器；(3)記錄草圖繪制數(shù)據(jù)，并將繪制數(shù)據(jù)劃分成若干待識(shí)別的草圖行為筆畫集；(4)依據(jù)草圖行為分類器判定每一個(gè)待識(shí)別的草圖行為筆畫集的草圖行為類別；(5)合并連續(xù)的同種草圖行為類別的草圖行為，輸出草圖行為序列。本發(fā)明方法占用較少的計(jì)算機(jī)資源，從設(shè)計(jì)師的草圖繪制數(shù)據(jù)中識(shí)別出草圖行為，為草圖設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)知識(shí)的研究提供了支持。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103106309SQ20131004722
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者孫凌云, 馮凱旋, 王長路, 向?yàn)? 邵帥, 尤偉濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)