折疊紙盒包裝CAD研究現(xiàn)狀

1、科 研 訓(xùn) 練 論 文 題 目：折疊紙盒包裝CAD研究現(xiàn)狀分析 學(xué) 校： XXX 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： XXX 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： XXX 折疊紙盒包裝CAD研究現(xiàn)狀分析（XXX機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢）摘要：介紹了當(dāng)前折疊紙盒包裝CAD開發(fā)系統(tǒng)以及國(guó)內(nèi)外典型的紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件，對(duì)當(dāng)前紙盒包裝CAD有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)和了解。關(guān)鍵詞：紙盒包裝CAD、開發(fā)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)軟件前言 隨著人民生活水平和環(huán)保意識(shí)的提高，紙盒、紙箱和紙袋等紙制品包裝的應(yīng)用越來越廣。由于折疊紙盒具有加工成本低、貯運(yùn)、便于銷售和陳列、適于自動(dòng)化包裝、回收利用性好、利于環(huán)境保護(hù)等特點(diǎn)，人們對(duì)折疊紙盒的需求

2、量將不斷增加。同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使市場(chǎng)上同類產(chǎn)品日趨同質(zhì)化，商品的外包裝設(shè)計(jì)成為決定商品是否能贏得顧客和市場(chǎng)的一個(gè)重要因素。商品的外包裝設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝潢設(shè)計(jì)，好的商品外包裝設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)造型與裝潢設(shè)計(jì)的完美組合。近10多年來，我國(guó)紙包裝CAD系統(tǒng)從無到有、從引進(jìn)到自行開發(fā)，軟件功能也日趨完善，其發(fā)展十分迅速。 典型的紙包裝設(shè)計(jì)主要指盒(箱)型設(shè)計(jì)，包括盒型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和拼版設(shè)計(jì)，它是包裝印前制作流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前生產(chǎn)中用于盒型設(shè)計(jì)的軟件主要有通用軟件和專業(yè)軟件兩類。嚴(yán)格來說，通用軟件并不是盒型設(shè)計(jì)軟件，它只是使用FreeHand、Illustrator和CorelDraw等圖形設(shè)計(jì)

3、軟件或AutoCAD等通用CAD軟件完成盒型設(shè)計(jì)。這些通用軟件并沒有考慮到包裝的特殊要求，在使用中往往產(chǎn)生諸多問題。 現(xiàn)從專業(yè)紙盒設(shè)計(jì)CAD 系統(tǒng)的組成與要求出發(fā)，介紹國(guó)內(nèi)外典型的專業(yè)折疊紙盒包裝CAD設(shè)計(jì)軟件，以推動(dòng)紙盒包裝CAD技術(shù)與軟件在國(guó)內(nèi)紙箱紙盒行業(yè)的應(yīng)用。1.專業(yè)盒型設(shè)計(jì)軟件的基本功能及要求 專業(yè)的盒型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件應(yīng)具有以下幾種功能或應(yīng)用模塊：11 盒型庫(kù) 盒型設(shè)計(jì)軟件的盒型庫(kù)里預(yù)先存放了常用的標(biāo)準(zhǔn)盒型供用戶選用。對(duì)于每個(gè)盒型，除了記錄其形狀信息外，還記錄了盒型各部分尺寸之間的約束關(guān)系(即參數(shù)化處理)。其使用程序是：用戶在盒型庫(kù)中查找是否有所需盒型一選定盒型一輸入盒

4、子的關(guān)鍵尺寸(盒子的長(zhǎng)、寬、高和紙板厚度等)一系統(tǒng)生成盒型結(jié)構(gòu)圖一修改與標(biāo)注一完成。由于盒型庫(kù)嚴(yán)格定義了各部分之間的尺寸關(guān)系，因而避免了設(shè)計(jì)中手工調(diào)整帶來的不精確性，保證了盒型的正確性和標(biāo)準(zhǔn)化。 完善的專業(yè)盒型庫(kù)還可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。盒型庫(kù)中沒有的新盒型，用戶可在設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)結(jié)果參數(shù)化，并保存到盒型庫(kù)中，以后再制作只需從庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)盒型即可。除了對(duì)盒型結(jié)構(gòu)建庫(kù)外，還可以將紙盒的典型構(gòu)件(插口、鎖底、襟片等)參數(shù)化以后存入盒型庫(kù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)基于構(gòu)件組裝的快速設(shè)計(jì)。 從發(fā)展趨勢(shì)來看，盒型庫(kù)中不僅要有常用的標(biāo)準(zhǔn)盒型，隨著包裝要求的提高和包裝結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還需逐步加入一些新型的異型盒。一種盒型

5、CAD 軟件是否成功，在很大程度上決定于其盒型庫(kù)數(shù)量是否豐富，樣式是否新穎，查找是否快捷，參數(shù)化處理是否準(zhǔn)確。12 盒型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常盒型的設(shè)計(jì)制作只需調(diào)用盒型庫(kù)即可完成。但有時(shí)也需要用戶自主設(shè)計(jì)新的盒型。因此，盒型CAD系統(tǒng)需擁有功能強(qiáng)大、使用方便的設(shè)計(jì)制圖功能。這一功能與通用的CAD軟件類似，需要支持基本圖形的生成與操作(旋轉(zhuǎn)、鏡像、復(fù)制、倒角、線段分段和截短)為保證作圖時(shí)定位準(zhǔn)確，在鼠標(biāo)操作方式外，需要支持通過鍵盤直接輸入坐標(biāo)值進(jìn)行精確定位的操作方式，同時(shí)背景格、輔助線及捕捉功能也十分重要。對(duì)于盒型設(shè)計(jì)圖樣還應(yīng)有方便快捷的尺寸標(biāo)注功能。作為盒型設(shè)計(jì)專業(yè)軟件，作圖時(shí)必須能夠區(qū)別包裝制作中的多

6、種工藝線條，不同類別的線條能夠區(qū)別顯示并相互轉(zhuǎn)換。13 盒型三維顯示功能 盒型CAD系統(tǒng)的輸出結(jié)果往往是平面結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)者或用戶要想了解盒型的真實(shí)形狀及成型方式，常需要做出樣盒。為縮短設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)者與客戶進(jìn)行快速交流，完善的紙盒CAD系統(tǒng)提供了三維顯示功能，可以通過屏幕演示三維效果的方法展示設(shè)計(jì)效果，供用戶在不同設(shè)計(jì)方案問選擇。顯然，這種屏幕打樣的方式比實(shí)物打樣周期更短，可以大大提高設(shè)計(jì)效率。14 數(shù)據(jù)交換 盒型CAD 軟件必須有足夠的開放性，使其設(shè)計(jì)成果能與包裝印前制作流程中的其他應(yīng)用軟件交換數(shù)據(jù)。首先，能接受其他CAD軟件、通用圖形軟件的設(shè)計(jì)文件，如AutoCAD、FreeHand、C

7、orelDraw等軟件設(shè)計(jì)結(jié)果；其次，將盒型設(shè)計(jì)結(jié)果輸出為其他常用CAD軟件、通用圖形軟件和桌面排版軟件能接受的格式，如DXF、AI、CFF2、HPGL等，以便進(jìn)行作圖、平面設(shè)計(jì)和拼版。15 盒型制作CAM 包裝流程中的一些設(shè)備需要根據(jù)盒型設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行工作，如激光開模機(jī)需要根據(jù)盒型數(shù)據(jù)進(jìn)行開模，彎刀機(jī)需要根據(jù)盒型數(shù)據(jù)制作彎刀，切割機(jī)需要根據(jù)盒型數(shù)據(jù)切出白盒等。為了與這些流程中的包裝設(shè)備接口，盒型CAD軟件必須具備輔助制造(CAM)功能，能夠驅(qū)動(dòng)激光開模機(jī)、彎刀機(jī)、切割機(jī)等設(shè)備工作。此外，盒型CAD軟件還需提供對(duì)盒型輪廓自動(dòng)建模的功能：還要求能夠設(shè)定線條類型，去除重合線條，計(jì)算與設(shè)定切割時(shí)的走

8、刀順序等。16 盒型拼版 單個(gè)包裝盒的版面制作完成后，還需要將多個(gè)包裝盒拼到一個(gè)大版上進(jìn)行印刷和模切，以達(dá)到批量生產(chǎn)和節(jié)省紙張的目的，這個(gè)過程也稱聯(lián)拼或排料。包裝拼版功能是非常關(guān)鍵的，因?yàn)樗軌蛑苯訋椭脩艄?jié)約紙張成本。包裝拼版是按照盒型展開圖進(jìn)行拼排的，盒型展開圖一般都是非矩形的，為節(jié)省材料，包裝拼版要考慮插拼、橫豎拼、套拼等拼法。同時(shí)，包裝拼版還要結(jié)合模切制作的要求，考慮到刀具擺放的工藝，因此，有時(shí)候需要進(jìn)行連刀、共刀的拼法。這要求盒型設(shè)計(jì)CAD軟件具有較強(qiáng)的拼版計(jì)算功能。2幾種常用的CAD開發(fā)系統(tǒng)2.1基于OpenGL的三維紙盒CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)在Windows平臺(tái)上開發(fā)，選用Vis

9、ual c+ 6 0編程環(huán)境 OpenGL可實(shí)現(xiàn)與Visual c+ 6 0無縫連接，保證算法的正確性和可靠性。OpenGL強(qiáng)大的圖形處理功能使它成為開發(fā)這套盒型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的首選，許多計(jì)算機(jī)公司已經(jīng)把OpenGL集成到各種操作系統(tǒng)和窗口系統(tǒng)中。Visual c+ 6 0中的MFC (Microsoft Foundation Class)提供了窗口程序的界面和基本的輸入輸出是開發(fā)Windows程序的有力工具。 OpenGL是一個(gè)性能卓越的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，它是在SI等多家世界聞名的計(jì)算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，以SI的GL三維圖形庫(kù)為基礎(chǔ)制定的一個(gè)通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。它作為一個(gè)性能優(yōu)越的圖形應(yīng)用程序設(shè)

10、計(jì)界面(API Application Programming Interface)，適用于廣泛的計(jì)算機(jī)環(huán)境。它是一個(gè)開放的圖形標(biāo)準(zhǔn) 獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。以0PenGL為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植。其具體功能有幾何建模、顏色模式設(shè)置、光照和材質(zhì)、霧化圖像效果、位圖和圖像、紋理映射實(shí)時(shí)動(dòng)畫、交互技術(shù)等。本系統(tǒng)還應(yīng)用MFC進(jìn)行界面(如對(duì)話框、菜單等)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。2.1.1 繪制紙盒二維線框圖 在這一部分，給用戶提供了設(shè)計(jì)盒型所需要的直線、矩形以及圓弧等一些組件。另外，由于盒子中的尺寸要求較嚴(yán)格所以這些圖元還應(yīng)該具有一些精確定位的功能，比如捕捉端中點(diǎn) 禁止斜

11、線 偏移、旋轉(zhuǎn)等?？傊?，對(duì)于由用戶自行設(shè)計(jì)的二維線框盒坯圖部分，要盡量給用戶提供方便快捷的操作，以便于用戶更準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出盒子的尺寸。 我們采用OpenGL的函數(shù)命令可以直接畫出直線以及矩形，但是需要自行設(shè)計(jì)畫圓弧的函數(shù)這在許多有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的書上都有相關(guān)的介紹。在此我們結(jié)合OpenGL利用繪制多邊形逼近畫圓法來設(shè)計(jì)自己的畫圓弧函數(shù)。但是作為二維線框盒片圖的設(shè)計(jì)組件，必須將它們?cè)O(shè)計(jì)成一個(gè)有著合理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的視類。2.1.2 自動(dòng)搜索盒型面如何使得這個(gè)二維線框盒片圖自動(dòng)成型為三維盒型立體圖非常重要，首先要自動(dòng)搜索出盒型面，從某一線段的某一個(gè)端點(diǎn)開始，按多邊形四周邊線逆時(shí)針方向，找到與此端點(diǎn)相連

12、的其他線段，其中與此線段夾角最小的那條線段即為此面的下一條鄰接邊。此處要注意：由于線段有兩個(gè)端點(diǎn)，所以當(dāng)找到有兩條相連的線段時(shí)應(yīng)判斷一下它們是否是按逆時(shí)針走向的，如果是則繼續(xù)，否則將第一條線段換一個(gè)端點(diǎn)再重新開始搜索(由此可見，在這個(gè)完成的線框圖中應(yīng)該只包含直線段，這就需要我們將矩形 圓弧等組件先分解為直線段)。當(dāng)搜索出所有盒型面后，經(jīng)過OpenGL的函數(shù)處理，就可以生成一個(gè)二維平面盒片圖。2.1.3 盒型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析正如我們所知，紙盒在成型為三維立體盒折疊時(shí)，當(dāng)折疊某一個(gè)面片時(shí)會(huì)連帶著某些其他面一起做折疊運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然在展開時(shí)也一樣會(huì)有盒型面之間的相互約束關(guān)系。所謂盒型的拓?fù)浞治鼍褪墙⒑行兔?

13、折疊線等元素之間的關(guān)系，我們利用盒型面與折疊線之間的聯(lián)系來確定上述相互約束關(guān)系并確定是如何約束的。2.1.4 三維模型的構(gòu)造 我們知道消費(fèi)者在選擇包裝時(shí)三維效果圖往往具有決定性的作用，所以用戶往往希望能看到產(chǎn)品包裝的三維效果圖并且由二維圖形生成三維圖形時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槌叽绲纳晕⑵钜鸫蟮淖兓?，造成盒子結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)不合理造成設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的浪費(fèi)。因此能夠?qū)⒓埡凶詣?dòng)成型為立體盒型，在紙盒CAD軟件中也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。 經(jīng)過上述幾個(gè)步驟此時(shí)我們可將一個(gè)由直線 圓弧等構(gòu)成的二維盒型線框圖構(gòu)造成三維模型，可以通過圖1來形象地說明。其中，左邊是一個(gè)插卡式紙盒的二維線框平面圖，用實(shí)線表示輪廓線虛線表示折

14、疊線。右邊圖中以每個(gè)盒型面為圖的結(jié)點(diǎn)，用字母表示；每條折疊線為圖的邊是無向邊；其中上面的數(shù)字作為權(quán)前者表示盒型面相對(duì)于此折疊線做的折疊角度后者是盒型面折疊的次序。假如我們以盒型面d作為基面，即不需要繞任意折疊線折疊的面，那么此時(shí)Cd面之間邊上的數(shù)字 一目0，1 就表示C面是第一個(gè)折疊的面，且相對(duì)于C、d面之間的折疊線的折疊角度為9O。，負(fù)號(hào)表示相對(duì)于計(jì)算機(jī)屏幕向里折疊。而b、C面之間邊上的權(quán)則是相對(duì)于b面來說的，以此類推即可獲得每一個(gè)盒型面的相對(duì)折疊角度以及次序。需要說明的是，其中的折疊角度和次序需要由用戶來指定，這就需要涉及到OpenGL的選擇和反饋機(jī)制。圖1 二維盒型線框圖構(gòu)成三維模型的數(shù)

15、據(jù)標(biāo)注方法2.1.5 紙盒折疊成型 有了上面的盒型拓?fù)鋱D分析，我們利用這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及OpenGL的堆棧技術(shù)很容易就能得到紙盒折疊成型的方法。 “堆棧 是一個(gè)頂部打開、底部封閉的柱狀物體 存放東西時(shí)依次從頂部存入，然后也只能依次從頂部取出 即先進(jìn)后出 后進(jìn)先出”。OPenGL的矩陣堆棧是內(nèi)存中專門用來存放矩陣數(shù)據(jù)的特殊區(qū)域。它提供了專門的函數(shù)命令：glPushMatrix ()和glPopMatrix()。一般來說 矩陣堆棧常用于構(gòu)造具有繼承性的模型 即由一些簡(jiǎn)單目標(biāo)構(gòu)成的復(fù)雜模型。包裝紙盒的折疊正好有這一特征 例如上述插卡式紙盒由盒體 盒底和盒蓋搖翼構(gòu)成它的繼承性 表現(xiàn)在當(dāng)盒體四個(gè)面旋

16、轉(zhuǎn)成柱時(shí) 相應(yīng)盒體搖翼也跟著旋轉(zhuǎn) 而后 盒底盒蓋 搖翼 插舌完成折疊過程。在本系統(tǒng)中我們基于對(duì)紙盒的折疊繼承性的考慮 提出了采用OPenGL矩陣堆棧技術(shù)來實(shí)現(xiàn)紙盒的自動(dòng)折疊過程。在紙盒折疊過程中 每一個(gè)盒型面所繞的旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)的角度都不盡相同 因此需要充分利用紙盒的平移與旋轉(zhuǎn)函數(shù) 以保證紙盒旋轉(zhuǎn)軸的正確性：需要充分利用進(jìn)出棧函數(shù)，以保證各個(gè)面片旋轉(zhuǎn)能繞某個(gè)固定的軸旋轉(zhuǎn)。我們就可得到基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的包裝盒三維模型構(gòu)造的算法。2.2 利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)了折疊紙盒包裝系統(tǒng) 本程序選擇Microsoft公司的Windows系統(tǒng)作為操作系統(tǒng) 以Visual Basic為主要編程語(yǔ)言。2.

17、2.1 包裝紙盒CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 (1)建立各種盒形的數(shù)據(jù)庫(kù)首先將各種盒形分類，如：管式紙盒 盤式紙盒、管盤式紙盒、異型紙盒等并在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)尺寸規(guī)則。其次對(duì)各類紙盒再進(jìn)行細(xì)分 將其分解成盒干、盒底和盒蓋。這樣，對(duì)于一種盒形，便可以自由的組合不同的盒蓋和盒底來適應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和包裝的需要。 (2)當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立好以后 利用程序的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信、連接。在系統(tǒng)中選擇窗口時(shí)，只需點(diǎn)動(dòng)鼠標(biāo)，便可分類查找所需的盒形通過瀏覽預(yù)視窗口中各種盒子的形狀，便可以直觀地選擇出所需要的合適盒形。 (3)尺寸計(jì)算公式是通過程序來實(shí)現(xiàn)的，這樣解決了尺寸計(jì)算公式隨盒形種類不同的變化。整個(gè)尺寸、細(xì)節(jié)都表現(xiàn)在數(shù)

18、據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)中各盒形采用描述性的字符形式記錄。數(shù)據(jù)庫(kù)記錄了各盒形各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)、各點(diǎn)之間的連線和線型、盒形的名稱及標(biāo)識(shí)符。 (4)當(dāng)盒的一部份數(shù)據(jù)，如盒蓋與盒底不同，對(duì)盒干的長(zhǎng)、寬、高的制造尺寸及各關(guān)鍵點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這些信息可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到。所以當(dāng)盒蓋、盒底不同時(shí) 相對(duì)盒干的尺寸改變不需要設(shè)計(jì)者去計(jì)算，一切工作都由計(jì)算機(jī)依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)來完成。 (5)軟件運(yùn)行環(huán)境中，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中記錄的盒形數(shù)據(jù)不是固定的數(shù)值坐標(biāo)，而是描述性的相對(duì)坐標(biāo)，所以可以隨時(shí)對(duì)已選擇的盒形更改尺寸，更改盒形，使盒形的修改容易方便。 (6)在尺寸標(biāo)注方面更是輕松、方便只需選擇尺寸標(biāo)注菜單再在所要標(biāo)注的直線、平

19、行線，圓弧等處點(diǎn)鼠標(biāo)按鍵，計(jì)算機(jī)就會(huì)在適當(dāng)?shù)奈恢脴?biāo)注正確的尺寸。本軟件支持“所見即所得”技術(shù)打印機(jī)準(zhǔn)確地輸出包裝盒形與尺寸。 (7)系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者對(duì)盒面進(jìn)行簡(jiǎn)單地裝璜設(shè)計(jì)。如在盒面的指定位置、區(qū)域貼一幅圖，在盒面上寫文字等。對(duì)于復(fù)雜的裝璜設(shè)計(jì)軟件可把工作窗口中的盒形圖作為位圖存入磁盤，這樣便可以在一些功能強(qiáng)大的桌面系統(tǒng)中進(jìn)行處理，如Photshop、Freehand，尤其在artpro包裝裝璜軟件中處理后可以直接組版，進(jìn)行印刷。2.2.2 包裝紙盒CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 包裝紙盒CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 包裝紙盒CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其主要模塊功能簡(jiǎn)介如下。(1)MDJFORMI父窗口 包含各項(xiàng)菜

20、單、工具欄、信息欄、狀態(tài)欄、對(duì)各子窗口進(jìn)行控制。(2)工作子窗口 用于顯示盒形、尺寸標(biāo)注等工作的工作區(qū)。(3)新文件對(duì)話框用于重新設(shè)計(jì)紙盒時(shí)，輸入基本尺寸參數(shù)。(4)選擇盒形對(duì)話框用于在輸入尺寸參數(shù)后盒形的選擇。(5)修正系數(shù)對(duì)話框用于更改修正系數(shù)，調(diào)整各具體修正系數(shù)。(6)尺寸更改對(duì)話框用于輸入新的尺寸參數(shù)，刷新繪制盒形。(7)MOUDLE全局模塊用于定義全局變量，存放可以全局范圍調(diào)用的、執(zhí)行特定功能的子程序。主要是圖、顯示、數(shù)據(jù)處理、尺寸標(biāo)注和盒面裝璜等功能子程序。利用奉軟件進(jìn)行包裝紙盒實(shí)際設(shè)計(jì)表明 可大大減化設(shè)計(jì)過程，提高設(shè)計(jì)效率。2.3 以AutoCAD為平臺(tái)基于Visual usP開

21、發(fā)出折疊紙盒結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng) 利用盒素庫(kù)技術(shù)及盒型庫(kù)技術(shù)，以使用Visual LISP語(yǔ)言為匯編語(yǔ)言對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)2.3.1 系統(tǒng)流程圖 折疊紙盒系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流貫穿系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程見圖3 圖3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程2.3.2 變量命名及編碼 對(duì)于紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，幾乎每個(gè)紙盒使用的變量有紙盒的長(zhǎng)度尺寸、寬度尺寸、高度尺寸和紙板厚度。在開發(fā)過程中，使用折疊紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通用的方法，長(zhǎng)、寬、高表示為L(zhǎng)、，編寫代碼時(shí)按照習(xí)慣用小寫字母命名變量-f、b、h、。對(duì)于紙盒結(jié)構(gòu)圖的基點(diǎn)來說，采用p來表示。 系統(tǒng)采用與AutoCAD同樣的坐標(biāo)規(guī)定方法：屏幕所在的二維平面為XY平面，采用笛卡爾平面直角坐標(biāo)系， 坐

22、標(biāo)原點(diǎn)位于屏幕的左下角。 根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想，圖4中紙盒設(shè)計(jì)完成后， 用戶只需要輸入不同的參數(shù)值就可以得到一系列形狀類似而尺寸不同的結(jié)構(gòu)圖。 圖4 紙盒結(jié)構(gòu)平面圖中的各點(diǎn)2.4 利用Java解決包裝紙盒CAD系統(tǒng)用戶選定某個(gè)盒型后，將長(zhǎng)、寬、高、紙厚等參數(shù)賦值，根據(jù)用戶的設(shè)置，先進(jìn)行參數(shù)合理性檢查，然后應(yīng)用服務(wù)器的CADCAM軟件包從盒型庫(kù)中提取相應(yīng)的盒型文件進(jìn)行參數(shù)化，然后將生成的盒型傳送給客戶端的Applet 2D模塊進(jìn)行顯示。用戶對(duì)生成的盒型編輯處理后，將相關(guān)文件存入服務(wù)器相應(yīng)的工程文件目錄下。對(duì)于三維盒型文件，也是由應(yīng)用服務(wù)器的CADCAM 軟件包先渲染生成，然后將生成的整個(gè)場(chǎng)景對(duì)象

23、串行化傳送給客戶端的Applet 3D模塊顯示。用戶的新盒型編輯完成后，將相關(guān)文件存入自己的工程文件目錄下。若用戶想把該新設(shè)計(jì)存入盒型庫(kù)，可以先指定各圖元的變量表達(dá)式，然后設(shè)置盒型的相關(guān)屬性信息，利用數(shù)據(jù)管理模塊完成入庫(kù)操作。2.4.1 盒型顯示模塊的實(shí)現(xiàn) 盒型顯示模塊主要由2D模塊和3D模塊組成。用2D模塊實(shí)現(xiàn)平面CAD的基本編輯功能、參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)功能，3D模塊進(jìn)而可完成二維盒型的可視化。其中參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)功能是服務(wù)器端具有的功能，客戶端只具有基本圖形編輯功能，見圖5圖5 二維包裝設(shè)計(jì)圖2.4.2 2D模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2D模塊主要功能是盒型庫(kù)檢索模塊，主要完成盒型的分

24、類檢索。參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊主要完成盒型各幾何圖元的參數(shù)化生成，自動(dòng)根據(jù)用戶輸入的長(zhǎng)、寬、高、紙厚等參數(shù)生成盒型。 盒型的參數(shù)化設(shè)計(jì)是CAD中模型重用的重要手段。本軟件在參數(shù)化生成幾何圖元日寸，首先根據(jù)用戶設(shè)置的長(zhǎng)、寬、高和紙厚等信息，計(jì)算出圖元的屬性變量，如起點(diǎn)、終點(diǎn)、角度等。然后再組合圖元的裝配點(diǎn)信息，這樣便唯一確定了此幾何圖元。1)用于參數(shù)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在盒型參數(shù)化生成時(shí)，首先對(duì)直線段進(jìn)行參數(shù)化生成，解析變量表達(dá)式以獲得直線起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)。然后對(duì)圓弧進(jìn)行參數(shù)化，根據(jù)圓弧的兩條切線交點(diǎn)和方向矢量以及圓弧半徑計(jì)算出圓弧圓心坐標(biāo)和切點(diǎn)坐標(biāo)，繪制圓弧并重新繪制兩條切線。2)變量表達(dá)式解析。 因?yàn)?/p>

25、變量表達(dá)式符合Java語(yǔ)法，所以可以按照J(rèn)ava文件格式添加文件頭和文件尾，這樣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)生成一個(gè)符合Java文件格式的Calculator類，將變量表達(dá)式包進(jìn)一個(gè)函數(shù)中，加入Calculator類，然后保存為Java文件。然后將Java文件調(diào)入內(nèi)存進(jìn)行編譯，生成class文件，讀入此文件便可以動(dòng)態(tài)獲得Calculator類的一個(gè)實(shí)例。3)盒型零件的裝配。對(duì)于可以由盒蓋、盒體、盒底拼合而成的盒片，為了實(shí)現(xiàn)零件的裝配，在制定盒型各圖元變量的參數(shù)化表達(dá)式時(shí)，都采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系，即規(guī)定以盒體的最上一條壓痕線和最左一條壓痕線的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。這樣，各個(gè)零件在進(jìn)行參數(shù)化生成后，自然的裝配到一起。2.4.3

26、 3D模塊 3D模塊擅長(zhǎng)向用戶展示盒型設(shè)計(jì)的三維效果，可以在盒型表面貼上各種圖像，可以展示紙盒的成型過程。這樣就可以在紙盒生產(chǎn)前，生成虛擬紙盒的三維真實(shí)感圖形，讓盒型設(shè)計(jì)人員和美工人員檢查設(shè)計(jì)效果，同時(shí)該功能對(duì)定制該包裝產(chǎn)品的用戶事先審定設(shè)計(jì)效果是十分有效的方式。 我們采用Java3D技術(shù)顯示三維盒型，因?yàn)镴ava3D利用多邊形逼近曲面，所以首先對(duì)曲線進(jìn)行線段化處理，將曲線用多條直線段逼近。因?yàn)榍懊孢M(jìn)行面提取時(shí)，圍成每個(gè)面的線是按連接順序記錄的，所以很容易按鄰接順序提取圍成每個(gè)面的頂點(diǎn)坐標(biāo)，存儲(chǔ)到Java3D的Geometry Info類對(duì)象中。由于Java3D與二維坐標(biāo)系的差異，還要對(duì)每個(gè)面

27、的各個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行變換，變到Java3D坐標(biāo)系下，經(jīng)過預(yù)處理后，可以將圖像貼到盒形表面，然后對(duì)各個(gè)面施加折疊操作來形成三維實(shí)體。對(duì)于折疊操作的實(shí)現(xiàn)，即一條壓痕線將盒形面分成兩部分，一條邊(壓痕線)將圖分成2個(gè)子樹。沿某一壓痕線將紙盒折疊一個(gè)角度，可以通過保持其中一部分圖形坐標(biāo)不變，而另一部分圖形都沿著此壓痕線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)。在折疊過程中，需要將盒型的外表面面向用戶顯示，常見方法都是先判斷外法線方向，沿著與外法線方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，由于在進(jìn)行面提取時(shí)規(guī)定了直線標(biāo)準(zhǔn)方向，壓痕線與其所在面有固定的順逆時(shí)針位置關(guān)系，根據(jù)這一關(guān)系可以確定旋轉(zhuǎn)角度的正負(fù)取值，無需計(jì)算外法線方向。本文采用深度優(yōu)先遍歷子

28、圖各頂點(diǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)折疊旋轉(zhuǎn)操作，設(shè)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)軸(邊表結(jié)點(diǎn))為RotNow，調(diào)用Traveltree進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，參數(shù)a可以賦值為RotNow所在的任何一個(gè)平面RotNowflagl或者RotNowflag2，如果RotNowflagl與RotNowflag2夾角為e，當(dāng)a賦值為RotNowflagl時(shí)，則選擇旋轉(zhuǎn)角為一e，若賦值RotNowflag2，則選擇旋轉(zhuǎn)角為e。3 幾種典型的紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件 目前國(guó)外開發(fā)的紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件已有上百種主要以Artios CAD、lmpact CAD、Barco公司的包裝紙盒CAD系統(tǒng)為代表：國(guó)內(nèi)主要有方正Epack和包裝魔術(shù)師兩款紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件。

29、3.1 Artios CAD軟件由ESKO公司開發(fā)，是目前全球使用率最高的紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件。該軟件除了具備紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、印刷加工設(shè)置以及3D模擬演示等功能外，還配備了如StyleMaker ReportMaker等其他專業(yè)工具，要求使用者對(duì)整個(gè)紙盒的生產(chǎn)流程有比較深入的了解。 3.2 英國(guó)Arden公司開發(fā)的Impact CAD軟件在市場(chǎng)上的占有率略低于ArtiosCAD軟件。在軟件性能方面其除了具備一些基本功能(如紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、拼版設(shè)置以及3D模擬演示等)之外 還具有自動(dòng)運(yùn)算補(bǔ)償、驅(qū)動(dòng)打樣系統(tǒng)等功能更加注重與印刷工藝之間的連接。 3.3 Barco是一家比利時(shí)公司，它提供了包裝設(shè)計(jì)與制作的

30、全套解決方案，包括盒型結(jié)構(gòu)CADCAM軟件AritosCAD、用于盒型外觀裝潢設(shè)計(jì)和拼大版的PackEdge軟件以及防偽設(shè)計(jì)軟件SecuSeal，除軟件以外，Barco公司還提供配套的切割機(jī)等硬件設(shè)備。在該系統(tǒng)中，AritosCAD軟件提供了包裝紙箱、紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)碼打樣的解決方案，而PackEdge軟件是包裝印前領(lǐng)域發(fā)展歷史最久的包裝裝潢設(shè)計(jì)軟件，具有開放性、可編輯性、補(bǔ)漏白、壓印的色彩精確預(yù)視等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)結(jié)果可以打樣。 3.4 方正Epack軟件是我國(guó)第一款專業(yè)的紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件，由北大方正自主研發(fā)。由于該軟件的設(shè)計(jì)符合國(guó)內(nèi)包裝企業(yè)設(shè)計(jì)人員的使用習(xí)慣 因而在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上具有較高的占有率。

31、方正Epack以基礎(chǔ)的紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、3D模擬演示以及拼版等功能為核心通過增加盒型零件庫(kù)等特殊工具提高了紙盒設(shè)計(jì)的效率。 3.5 包裝魔術(shù)師軟件是由廣州中為計(jì)算機(jī)有限公司與武漢大學(xué)合作開發(fā)的，其具備基本的盒型庫(kù) 拼版以及3D模擬演示等核心功能 還可通過增加零件貼圖功能、快捷鍵顯示等設(shè)置簡(jiǎn)化軟件操作 優(yōu)異的3D模擬演示功能也為其增彩不少。4 結(jié)語(yǔ) 目前國(guó)內(nèi)外總共有紙盒包裝軟件三百多款，其中不乏像Artios CAD、lmpact CAD、Barco公司的包裝紙盒CAD系統(tǒng)等知名軟件，這些軟件各有千秋，他們的廣泛使用使得紙盒包裝行業(yè)得到快速而強(qiáng)勁的發(fā)展。而其開發(fā)平臺(tái)也是多種多樣，例如Visual c

32、+ 6 0編程環(huán)境、OpenGL平臺(tái)、Visual Basic編程語(yǔ)言、Visual LISP語(yǔ)言、甚至ADS、ARX、VB、VBA、Visual、Java平臺(tái)等。開發(fā)者可以根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的平臺(tái)開發(fā)出適合實(shí)際需求的折疊紙盒包裝CAD軟件。 國(guó)內(nèi)的折疊紙盒包裝CAD軟件起步較晚，國(guó)內(nèi)主要有方正Epack和包裝魔術(shù)師兩款紙盒CAD設(shè)計(jì)軟件。他們的應(yīng)用為國(guó)內(nèi)的紙盒包裝行業(yè)做出了杰出的貢獻(xiàn)，但由于技術(shù)等方面的原因與國(guó)外的紙盒包裝CAD軟件還有一定的差距。在無數(shù)科學(xué)工作者默默無聞的努力下，這種差距正在逐步的縮短，作為祖國(guó)未來的希望，我們需要更加努力，更加勤奮的學(xué)習(xí)和工作，擔(dān)當(dāng)起趕超世界先進(jìn)紙盒包裝CAD軟件的大任。參考文獻(xiàn)：1. 王梅 趙榮麗 李克天 基于OpenGL的三維紙盒CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10013563(2008)020102032. 和克智 馬春娟 包裝紙盒CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究 西安理工大學(xué)3. 陳黎敏 蔡惠平 包裝紙盒CAD系統(tǒng) 北京印刷學(xué)院包裝工程系4. 段瑞俠 成世杰 孫誠(chéng) 基于AutoCAD開發(fā)折疊紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的