基于用户交互界面的个性化橱柜订制中国科学技术大学本科毕业论文

中国科学技术大学本科毕业论文中国科学技术大学本科毕业论文题目基于用户交互界面的个性化橱柜订制英文PERSONALIZEDCABINETCUSTOMIZATION题目BASEDONUSERINTERFACE院系少年班学院姓名董智超学号PB11000634导师刘利刚教授日期二一五年五月中国科学技术大学本科毕业论文致谢光阴似箭日月如梭，转眼间我在科大已经度过了四年的时光。在四年里，科大朴实严谨的学风不断影响并鼓舞着我，让我能一步一步踏实的向前进。衷心的感谢刘利刚老师在近两年内以及我毕设期间对我的谆谆教诲，使我的毕设能够顺利完成。刘老师是我在计算机图形学这一领域的启蒙者，是他为我打开了这扇大门，让我从零基础开始一步步走到现在对计算机图形学有了初步的认识和浓厚的兴趣。刘老师学术方面有着很敏锐的洞察力，总会有一些很棒的点子，每次与老师讨论完都会觉得受益匪浅。在毕设期间刘老师能够尽职尽责的与我交流毕设进度，经常提出好的建议和意见，以他的亲和力和耐心帮助我完成了我的毕设。还要感谢GCL实验室一起学习的同学们给予我的帮助，在这个学期中的朝夕相处，共同探讨问题，让我学习到了许多新的知识。能够与你们互相学习互相帮助共同进步真的十分愉快。另外还要感谢我的家人，朋友，室友，十分感激你们生活中对我的关心和帮助。最后，要感谢所有关心我的亲人朋友，希望你们能够一同分享我本科毕业的喜悦。中国科学技术大学本科毕业论文目录中文内容摘要1英文内容摘要2第一章绪论31引言32介绍4第二章橱柜设计51用户交互52数据结构73选择隔间84添加隔板85选择隔板86移动隔板97删除隔板9第三章橱柜制造101更新隔板关系102榫卯结构103计算隔板形状114隔板摆放125抽屉制作136切割隔板147说明书生成15第四章结论与展望171结果展示172结论183未来展望18参考文献19中国科学技术大学本科毕业论文1摘要随着时代进步，人们对日用品的需求不再局限于优质与廉价，物品个性化制造的需求在日益增加，而橱柜作为日常应用十分广泛的家具，其个性化订制的需求高有一定价值。激光切割机的操作简便，切割精确，在平面结构物体的制造方面性能十分优越，如对其合理利用可以很大程度上满足人们对于物体个性化制作的需求。榫卯结构是我国古代劳动人民智慧的结晶，被广泛应用于建筑与家具制造中，合理的榫卯结构能使物体制造时不需要其他物品加固就可牢固的组装在一块。本论文通过对橱柜的结构特征，榫卯结构以及激光切割机功能做了充分的分析及利用，设计出合适的数据结构，鲁棒的算法和合适的榫卯结构，通过让用户进行友好且便于操作的用户界面辅助用户进行个性化橱柜的设计，进而制造出拼装橱柜所需的原件，并通过生成说明书对用户进行橱柜拼装的指导，从而完成橱柜的个性化定制。最后我们展示了几个通过文中的算法以及交互程序所设计并制造出的小型橱柜样品。关键词用户界面，激光切割机，榫卯，橱柜，个性化，订制中国科学技术大学本科毕业论文2ABSTRACTITISUNIVERSIALLYACKNOWLEDGEDTHATCONSUMERSOCIETYHASBEENDEVELOPEDWITHMATERIALPROSPERITY,WHERECONSUMERSHAVEEASYACCESSTOHIGHQUALITYANDLOWPRICEDAILYNECESSITIESTHEREFORE,FURNITURESWITHIMAGINATIONANDCREATIVITYARESUPERIORTOCONGENERICPRODUCTSINMEETINGCONSUMERSNEEDSLASERCUTTERSAREWIDELYUSEDBECAUSEOFITSOPERATIONALEASEANDPRECISIONMORTISEANDTENONJOINTHASBEENUSEDFORTHOUSANDSOFYEARSBYWOODWORKERSINOURCOUNTRYTOJOINPIECESOFWOODINTRADITIONALCHINESEARCHITECTURE,WOODCOMPONENTSWEREMADETOINTERLOCKWITHPERFECTFIT,WITHOUTUSINGFASTENERSORGLUESTHISPAPERREGARDCABITSASEXAMPLE,TRYINGTOANALYSEANDUSETHESTRUCTUREOFCABINET,MORTISEANDTENONJOINTANDTHEFUNCTIONOFLASERCUTTER,DESIGNINGROBUSTALGORITHM,APPROPRIATEDATASTRUCTUREANDMORTISEANDTENONJOINTFORFABRICATINGCABINETWEALSODESIGNEDAFRIENDLYUSERINTERFACETOHELPUSERSTODESIGNPERSONALIZEDCABINETTHENWECANCREATECOMPONENTSOFCABINET,ANDPRODUCETHEINSTRUCTIONOFASSEMBLINGAPERSONALIZEDCONBINETATTHEENDOFTHISPAPER,WEPROVIDESOMEPERSONALIZEDCABINETSAMPLESWHICHAREBASEDONMENTIONEDALGORITHMANDUSERINTERFACEPROGRAMKEYWORDSUSERINTERFACE,LASERCUTTER,MORTISEANDTENONJOINT,CABINET,PERSONALIZED,CUSTOMIZATION中国科学技术大学本科毕业论文3第一章绪论1引言近年来制造业的飞速发展使家具的个性化订制成为了可能，私人制造已经成为一种发展趋势12，用户对于家具的需求不再局限于家具的质量和价格等方面，家具的外形和功能结构的个性化越来越被用户所关注，家具的个性化订制需求也日益增加。如今从网络获取3D模型十分便利3，用户已经可以通过下载喜欢的家具3D模型来进行家具订制4。他们通过对一类家具的部分个体结构进行分析，然后当用户再次输入该类家具的3D模型时，根据之前分析得到的结果，自动生成组装家具需要的部件与连接器。这种方法已经大幅度的提升了用户个性化订制家具的空间。但由于现有的3D模型有限而3D建模对于一般用户来讲难度较大，因此用现有的家具模型并不能很大程度的满足用户个性化的需求。我们希望能够设计简单的建模方式，通过让用户直接建模来进行家具的个性化订制，这样就能在更大的程度上满足用户个性化订制的需求。2D建模难度要大大低于3D建模，因此我们希望通过简单的2D交互来进行用户的家具个性化定制，使得包括小孩在内的所有用户能够设计出个性化的家具。2D的建模虽然较3D建模简单许多，但由于少了一个维度的信息，因此2D建模对象的结构需要较为简单。结构具有对称性的家具是2D建模的主要目标。橱柜在日常生活中被人们用来储存，摆放已经整理物品，其应用十分广泛，是相当有实用性的家具。针对不同人对不同物品摆放和储存时的需要，橱柜的尺寸，外形和结构分布是完全不同的，因此橱柜是真正需要个性化定制的家具。而且橱柜虽然是三维的模型，但对于一般橱柜而言其设计可抽象到一个平面，即橱柜的主视图已经可以囊括橱柜结构除深度以外的所有信息。因此橱柜的个性化订制需求度高，实用性与可行性强，因此我们决定做橱柜订制相关的课题。至于橱柜的设计和建模则是基于用户交互界面的。用户交互界面是系统与用户进行信息交换的媒介，能够实现信息的内部形式与用户能够接受的形式之间的互相转换。好的用户交互界面不但能令用户感觉舒适，易于操作，而且能够将用户的设计意图准确的传输，处理并将结果形象的反馈给用户，使得整个橱柜设计的过程简洁，明了，高效，而且大大减小用户设计与建模的难度，准确的实现用户的设计意图。中国科学技术大学本科毕业论文4家具的个性化制造过程中，拼装也是重要的部分。过去的家具制造中各部分的连接处都是用钉子，螺丝等外物进行连接固定。在个性化订制橱柜的过程中，为了使用户更加方便的进行橱柜个人制作，我们将中国古代劳动人民智慧的结晶榫卯结构应用于橱柜制造中。榫卯是在两个木构件上所采用的一种凹凸结合的连接方式，广泛应用于建筑和家具中，已有六千多年的历史。榫卯结构的应用方便了橱柜部件的制造以及用户对橱柜的拼装。2介绍个性化橱柜订制的主要步骤分为两大部分，第一步即为用户通过交互界面来进行橱柜的设计，第二步即为橱柜隔板的制作以及指导用户拼装橱柜的说明书的生成。其中用户所需要做的首先是设定橱柜的尺寸，即长宽高。接下来用户在用户交互界面中通过鼠标的操作来实现橱柜中隔板的添加与定位以及橱柜隔间是否加抽屉的操作，通过这些操作进行橱柜的结构设计，以达到用户对橱柜功能及样式的需求。最后用户要设定制作橱柜所用到材料（如木板或亚克力板）的厚度以及尺寸以及隔板接合处开口的宽度（用来调节隔板接合的松紧）。接下来的工作就是程序来计算出隔板的尺寸形状，然后利用激光切割机对材料进行切割，得到拼装橱柜所需要的隔板。之后程序自动生成指导装配的说明书，说明书简洁明了通俗易懂，使用于绝大多数年龄段的用户，用户只需通过说明书的指导将隔板拼接在一起就能做出成型的橱柜了。为了实现上述个性化橱柜制作流程，我们的工作是设计出友好的用户界面，该用户界面是结合橱柜的结构特征所设计的，各种操作符合用户对橱柜的理解，便于用户的设计与建模。然后我们将用户设计的橱柜通过我们设计的公式精确地分解为数块带有榫卯结构的隔板，并将隔板的数据信息转化为能够使用激光切割机切割隔板的数据文件。之后我们有设计出了对所有橱柜都适用的橱柜拼装流程，之后将其可视化即得到了简明易懂的橱柜组装说明书。以上三部分即为本论文中主要的工作，另外还有一些细节的工作如将隔板紧凑的排放在材料板上以节省材料，在隔板上用激光切割机标记序号方便用户拼装，以及橱柜的抽屉设计等。中国科学技术大学本科毕业论文5第二章橱柜设计第一章中提到我们想要通过用户利用在交互界面的操作来实现个性化橱柜的设计。本章的主要内容就是介绍用户交互界面，用户进行橱柜设计时需要的操作，以及和橱柜设计相关的所有算法与数据结构。1用户交互由于是基于交互界面操作来实现用户设计的，交互界面的设计需要对用户尽可能友好。界面的友好性体现于界面简洁明了，交互简单易于用户操作。下面介绍一下我们的交互界面及其操作。我们的界面分为边框区，隔板区，隔间区，绘制区四个区域。边框区用户能够设置橱柜尺寸；隔板区用户能够添加橱柜内部的隔板并设定其位置；隔间区用户能够设置隔间属性，即是否加入抽屉；绘制取就是用户具体来进行橱柜设计并实时观察橱柜形状的区域。具体可见图1中程序界面即为我们的交互界面。图1用户交互界面当用户打开交互界面后，具体的操作流程如下。首先用户需要在边框区中长宽高处输入橱柜的长宽高，单位为厘米，点击生成即可在绘制区得到一个矩形，中国科学技术大学本科毕业论文6即为橱柜的正视图。然后用户点击隔板区的竖直或水平按钮，然后用鼠标在绘制区中期望的位置点击来添加其需要的隔板。添加完隔板后如果用户需要对隔板进行调整，点击隔板区的选择按钮，并在绘制区点击用户想调整的隔板就会选中该隔板，此时位置栏会显示选中隔板的位置。值得注意的是位置栏中显示的隔板位置是以绘制区中橱柜边框矩形左上角为原点，水平向右为X轴正向，竖直向下为Y轴正向得到的坐标位置，单位为厘米。之后可以在位置栏输入数值并按重置按钮进行定量的隔板位置设置，也可以直接以鼠标拖拉的的方式来控制隔板的位置。如果用户有想要删除的隔板，只需选中该隔板点击删除按钮即可。接下来是设置隔间的属性，即设置橱柜中安装抽屉的位置。在隔间区点击选择按钮后在绘制区用鼠标进行对隔间的选择，之后隔间属性栏就会显示隔间的属性，即是否有抽屉。之后通过隔间属性栏下拉菜单的选择可以更改隔间是否有抽屉的选项来在预期位置添加橱柜的抽屉。以上的操作包含了所有的橱柜设计操作，在用户完成橱柜设计后界面显示如图2，之后点击分解按钮，就会自动生成用户所需拼装橱柜的隔板图纸以及向用户展示拼装过程的说明书。图2用户完成交互操作后的界面中国科学技术大学本科毕业论文72橱柜的数据结构橱柜设计的最重要的部分在于储存橱柜的数据结构的构造，必须满足在橱柜订制过程中添加隔板，选择隔板，选择隔间等功能。我们知道橱柜的每块隔板都位于一个隔间中，从而能将隔间分成左右两个子隔间或上下两个子隔间。因此我们选择一种类似二叉树的数据结构来储存橱柜的数据。首先我们来定义两个在储存橱柜信息过程中需要用到的数据结构隔板与隔间。隔板的数据结构中需要储存的信息有隔板的方向，即水平或者竖直；隔板的端点位置；隔板两端所依附的隔板；隔板上所附着的隔板。隔间的数据结构中需要储存的信息有隔间顶点所处位置；围成隔间的四条边所属的隔板；将隔间分为两个子隔间的隔板（将其称为子隔板）；隔间的子隔间；隔间属性。接下来我们定义一个二叉树来储存橱柜的信息，该二叉树的节点即为上述隔间，二叉树的根为橱柜边界所围成的隔间。在橱柜的设计过程中，用户每次添加隔板均将隔板位于的隔间一分为二，同时该隔间所代表的节点也相应的分出与其子隔间对应的左子树与右子树。具体的分割过程如图3所示。如此操作，即可把所有组成橱柜的隔板信息全部储存在二叉树中，同时二叉树的结构也利于橱柜设计过程中的搜索与改变橱柜的隔板与隔间。图3此图为一个橱柜的完全分割图。图中左上角为橱柜，图中的每个矩形表示一个隔间，隔间中红色线段表示其子隔板，每个有子隔板的隔间被子隔板分割成两个子隔间，从隔间指出的箭头分别指向其两个子隔间。中国科学技术大学本科毕业论文83选择隔间选择隔间的算法是非常重要的，因为用户交互过程中的对隔板的添加，选择，移动以及删除操作都是在选择隔间的基础上发展得到的。由于储存橱柜信息的数据结构为二叉树，因此在搜索时使用迭代递归的算法会是很不错的选择。要得到鼠标的坐标位于哪个隔间，我们从二叉树的根来开始进行检索。首先判断鼠标的坐标是否位于根节点所对应的隔间内，由于隔间的顶点坐标信息均储存在节点中，我们很容易判断鼠标在隔间位置矩形的内部还是外部。如果是外部则返回结果鼠标不在任何隔间内并停止检索，否则按照如下算法继续进行检索1判断当前隔间内是否有子隔板；2若无隔板，返回当前隔间，即为鼠标所在隔间；3若有隔板，判断鼠标所在位置位于当前隔间的左（上）子隔间还是右（下）子隔间；4将鼠标位于的隔间设为当前隔间，返回步骤1重复整个过程。按照上述递归算法即可得到鼠标的坐标所位于的隔间。4添加隔板添加隔板时我们会将隔板直接添加到希望它所位于的隔间中，因此需要使用到上一小节的选则隔间的算法。我们首先判断出鼠标所在位置处于的隔间是哪个隔间，隔板的端点位置以及所依附的隔板也可由当前隔间的边界信息所得到。将隔板添加至当前隔间，并将隔间分为两个新建的子隔间，子隔间的顶点所处位置以及围成子隔间的四条边所属的隔板信息都可由当前隔间中的信息以及隔板信息得到，另外新建的子隔间内的隔板与子隔间均为空，将新建的两个子隔间添加在数据结构中。如此便完成了添加隔板的操作。5选择隔板选择隔板时我们将距离鼠标位置最近且与鼠标距离小于5个像素点的隔板作为我们选定的隔板。与添加隔板相同，选择隔板首先也要进行选择隔间，假定我们现已找到了鼠标所在的隔间。分别比较当前隔间的四条边所属的隔板与鼠标的距离，找到距离鼠标最近的隔板，若该隔板与鼠标距离小于5个像素点，则该隔板即为选定的隔板，否则任中国科学技术大学本科毕业论文9何隔板均不被选定。6移动隔板在选定隔板后，用户可以进行移动隔板的操作，移动隔板可以通过直接拖拉隔板，也可以输入精确数值进行定量控制来对橱柜精确设计。由于隔板之间的相互依附关系以及隔板都位于特定的隔间中，隔板的移动范围会受到相应的约束，在移动隔板前需要对选定的隔板进行移动范围的确定。隔板移动范围的确定我们仍用迭代递归的方法来进行。首先制约隔板移动的是其所在隔间的边界，另外还有该隔间的下属隔间中的与选定隔板所平行隔板也可能制约选定隔板的移动。选定隔板是水平或竖直的情况并无太大区别，在此假设选定隔板为竖直的。隔板移动范围的最大值最小值的确定方法基本一致，因此设计确定隔板移动范围最小值的算法即可，移动范围最大值可用类似的方法得到。首先要做的依然是确定选定隔板所处的隔间，并记录隔间左边界位置作为目前的范围最小值。计算隔板在左子隔间中移动范围最小值与作比较。若大于，则将更新为。而计算隔板在左子隔间的移动范围最小值如下1将左子隔间设为当前隔间，将参考值定为当前隔间的左边界；2若当前隔间中无子隔板，停止并将参考值作为输出；3若当前隔间中有子隔板，分别计算隔板在当前隔间的两个子隔间中的移动范围最小值（计算方法同当前所述方法一致），并与参考值作比较，将三者中的最小值作为输出；找出隔板的移动范围之后，接下来要做的就是对隔板进行移动。移动隔板要做的是首先将隔板的位置信息更新为当前位置，然后更新隔板所在隔间的两个子隔间的信息。由于隔板的移动并不会改变隔板间的附着关系，因此隔板与隔间的信息更新只需更新隔板位置与隔间顶点位置即可。隔间的顶点位置更新只需从其父隔间中即可获取信息，且更新隔间时，需将隔间的子隔间信息同时更新。7删除隔板删除隔板只需将隔板所在隔间代表的二叉树的节点的子树删除即可，同时仍需删除该隔板，将该隔板原所在隔间中子隔板及子隔间设为空。中国科学技术大学本科毕业论文10第三章橱柜制造第二章中我们完成了橱柜的设计，接下来到了制造橱柜的步骤。橱柜的制造过程为将拼接橱柜所需要的隔板利用激光切割机切割出来，然后再根据我们生成的说明书来按照一定顺序将隔板拼接成橱柜。1更新隔板依附关系我们在拼装橱柜时采取的插入式的榫接方式，因此需要把隔板依附其余隔板的边上设置凸出，并且在隔板有其他隔板附着的位置挖空，使其能与其他隔板的凸出榫接在一起。因此在切割隔板前需要更新隔板间的依附关系来确定隔板的凸出与挖空所在的位置。更新隔板依附关系需在橱柜设计完成后，此时所有隔板的两端所依附的隔板信息已在添加隔板时记录在隔板的数据结构中，接下来只需根据此信息将隔板上所附着的隔板信息记录入隔板中即可。更新隔板依附关系的算法即遍历整个二叉树中的隔板更新信息。从橱柜二叉树的根节点，即橱柜边界所在的隔间开始，将隔间内的隔板添加到它两端所依附的隔板的附着隔板列表中，然后对二叉树的左子树与右子树做同样的操作，即可遍历二叉树，从而使所有隔板的依附信息得到更新。2榫卯结构榫卯结构是在两个部件上使用一种凹凸结合的连接方式，广泛应用于建筑和家具制造中。榫卯结构中凸出的部分叫做榫头，凹进的部分叫做榫槽，榫头和榫槽咬合从而起到连接的作用。这种连接方式优点在于不需要外物进行固定简单方便，而且符合视觉的审美以及结构合理牢固。我们在橱柜制造中将橱柜设计为榫卯结构的可以方便用户对橱柜的拼装。同时为了榫卯结构的制作，我们使用的榫卯结构也十分简单，即榫头榫槽均为矩形并且插入方式是垂直插入的榫卯结构，如图4。ABC图4（A）（B）为一些榫卯结构实例，图片来自网络；（C）为本文中所使用的榫卯结构中国科学技术大学本科毕业论文113计算隔板形状计算隔板形状即计算隔板边上榫头的位置以及搁板内部的榫槽位置。为了避免依附在一个隔板两边的隔板由于位置接近导致的榫槽位置重叠，我们把隔板间的榫接结构设计成不对称的，即隔板边上的榫头一边为两个榫头，另一边为一个榫头，如图5。对于水平的隔板，其左边榫头为两个，右边榫头为一个；竖直的隔板下边榫头为两个，上边榫头为一个。与其对应的，隔板中的榫槽，并排两个榫槽应插入右边或上边依附的隔板；单独一个的榫槽应该插入左边或下边依附的隔板。图5隔板设计图假设对于某个水平隔板P，其长度为L，橱柜深度为D，附着在其上方的隔板P1，P2在P上的相对位置为D1，D2，附着在其下方的隔板P3在P上的相对位置为D3。用于切割隔板的木板厚度为T，隔板内榫槽处宽度为H。则隔板的形状设计应该为以上下两边长为（LT）左右两边长为D的矩形。矩形左边对称位置有两个长为（D/5）宽为T的榫头，其中心分别在左边的（D/5）处与（4D/5）处。矩形右边中央有一个长为（D/5）宽为T的榫头，其中心位于右边的中心。在矩形内部共有五个小矩形作为榫槽，其长均为长为（D/5）宽均为H。若以矩形左下角为坐标原点，水平方向向右为X轴正向，竖直方向向上为Y轴正向，那么小矩形的中心坐标分别是11/2，1/5；21/2，24/5；33/2，3/2；42/2，4/5；52/2，54/5。图6中标注了以上所有数据。中国科学技术大学本科毕业论文12图6隔板设计图尺寸详解4隔板摆放为了节省材料并且减少操作次数，我们将隔板优化摆放在一块或几块大的木板上并使木板上空隙尽可能少。每块隔板基本上可以看做一个矩形，因此这个问题可以抽象为一个矩形包装的问题。对此我们借鉴一种针对矩形包装问题的启发式贪婪算法9，在其基础上对其进行一些修改得到以下算法。图7在木板R中放入一个矩形后将R分割为R1和R2两个子木板的两种方式在木板R的左下角放入一个隔板后木板R分割为R1与R2两部分（如图7），由此可将原问题化为两个子问题。这样，我们包装矩形的方法就是先将待包装矩形中能够放入木板的面积最大的矩形放入木板，再对于两个子木板与剩下的矩形做相同包装处理，直到所有矩形都被包装或某次分割后所有子木板无法包装剩下中国科学技术大学本科毕业论文13的矩形。这样得到了一种包装方式。由于矩形的包装方向，子木板的填充顺序与子木板的分割方式（如图7）均会影响包装结果，因此将所有因素考虑后贪婪式的将所有包装方式进行比较选取包装后木板上矩形间隙最小的方式作为最优包装方式。若木板R填充待包装矩形后仍有矩形剩余，那么另选取新的木板继续包装剩余矩形，直到所有矩形均被包装如木板为止。下面有实体的隔板包装入木板后的图8。图8图中隔板为图2中设计的橱柜所对应的隔板摆放，其中橱柜长宽高分别为20厘米，15厘米，12厘米，切割隔板所用木板是边长为为40厘米的正方形。图左边为一张木板上摆放的隔板，填满一张后只剩余图中右边的一块隔板。5抽屉制作在第二章第一节的用户橱柜设计流程中提到，用户在选择隔间后可以改变隔间属性，在该隔间中添加抽屉。制作抽屉需要的参数只有隔间的长宽，橱柜深度，木板厚度以及隔板榫接处榫槽宽度。这些参数在用户设计橱柜时均已得到。在最后切割隔板以前，我们遍历橱柜所有的隔间，找到属性为添加抽屉的隔间，制造其所对应的抽屉。对于某隔间其上下边长为L，左右边长为W，橱柜深度为D，木板厚度为T，榫接处榫槽宽度为H。制作该隔间内部的抽屉，只需切割五块板子进行拼装即可中国科学技术大学本科毕业论文14拼装出一个抽屉。抽屉的前板是上下边长为L，左右边长为W的矩形。矩形左边有长为（W/3），宽为H的竖条榫槽，榫槽的中心位置为（TH/2，W/2）。矩形右边对称位置有相同的竖条榫槽。在矩形下边有长为（L/3）宽为H的横条榫槽，榫槽的中心位置为（L/2，TH/2）。另外在矩形正中央有一个圆形挖空，用来后期再抽屉上安装把手。抽屉的左板与右板对称，因此完全一致，均为上下边长为D，左右边长为（W3T）的矩形。矩形左边有长为（W/3T）宽为H的竖条榫槽，其中心位置为（TH/2，W/23T/2）。矩形右边有长为（W/3）宽为T的榫头。其中心位置位于距下边（W/2TH）处。抽屉的后板是上下边长为（L2T），左右边长为（W2T）的矩形。矩形左边有长为（W/3T）宽为T的榫头，其中心位置为距后板下边（W/2T/2）处。矩形右边对称位置处有相同榫头。矩形下边有长为（L/34T/3）宽为T的榫头，其中心位置为距后板左边（L/22T）处。抽屉的下板是上下边长为D，左右边长为（L2T）的矩形。矩形左边有长为（L/34T/3）宽为H的竖条榫槽，其中心位置为（TH/2，L/2T）。矩形右边有长为（L/3）宽为T的榫头，其中心位置为距下边（L/2T）处。以上五块板做好后，便可拼装出恰好吻合于隔间的抽屉，并能保证相邻隔间之间的抽屉不会有冲突。抽屉的展示图可见图9。图9左图为拼装抽屉的五块板子的形状，右图为对应的成型抽屉实物图6切割隔板切割木板时我们用到了激光切割机，它是利用激光产生高温烧穿木板或亚克力板来将其切割成特定的形状。中国科学技术大学本科毕业论文15由于激光切割时会将材料烧掉部分，因此隔板榫接部分的榫槽宽度要比隔板厚度略小才能使隔板插紧，而榫槽宽度太小又会导致隔板无法插入，因此榫槽宽度需由实验得出一个榫接松紧合适的数值。且这个数值会受到切割机机器与隔板材料影响。另外，我们的方法并不仅限于利用激光切割机来切割木板生产橱柜，由于我们输出是隔板的平面图，我们仍可以利用数控机床，甚至手工加工木板来得到我们需要的隔板，这样对于橱柜的大小与木板厚度并不需要做严格的限制了。但由于本实验室的硬件局限，我们只使用激光切割机和木板制做了较小尺寸的橱柜，得到了不错的结果。在切割隔板时，我们会将每块隔板上标上序号，在切割的同时在隔板上扫描出对应的序号，这样在生成说明书知道用户拼装橱柜时更加的清晰明了。7说明书生成说明书的生成即是对橱柜拼装的顺序进行描述。由于橱柜的二叉树构造，其拼装过程十分简洁明了。图10橱柜拼装的说明书首先我们要拼装橱柜，只要将橱柜内部的隔板拼装完成，最后将橱柜边界的中国科学技术大学本科毕业论文16四块隔板从四个方向安装上即可完成整个橱柜拼装。接下来，想要完成橱柜内部的隔板。我们知道橱柜边界围成的隔间被其子隔板分为两个子隔间，因此我们只要将两个子隔间内的隔板拼装完成，然后从橱柜边界围成的隔间的子隔板两边插入，即可得到完整的橱柜内部的隔板。由于每个隔间内的隔板的拼装都可以用相同的方法，即先拼装其两个子隔间内部隔板，在插入其子隔板两边完成拼装，我们得到了一个递归的方法完成整个的拼装过程。我们将每块隔板用一条线段代表，并在线段旁边标注隔板的序号，用箭头来标注隔板的插入方向。对于每个有子隔板且该子隔板被其他隔板附着的隔间，我们用一幅图来演示其内部隔板的拼装过程。随后拼装橱柜边界的隔板时，用两幅图分别演示拼装左右边界隔板与上下边界隔板的过程。这样便得到完整的说明书如图10。中国科学技术大学本科毕业论文17第四章结论与展望1结果展示通过前面的橱柜设计以及橱柜制造，我们已经得到了全部的拼装橱柜所需的隔板与指导拼装的说明书，接下来对隔板进行拼装即可得到图11中几个橱柜成品。其中（A）橱柜是非定量设计的橱柜，它的所有隔板并没有精确地设定位置。（B）橱柜添加了两个抽屉，抽屉的推拉都很方便而且由于抽屉尺寸设计合适，抽屉之间并不会相互碰撞。（C）橱柜是完全定量设计的，它的设计即为前文中的示例，可以看出（C）橱柜外形十分规则美观。所有的橱柜在拼接过程中都没有用到胶水来加固，榫卯结构已经能够很好的固定橱柜的各个隔板。但如果为了让橱柜更加结实，用户也可以在隔板榫接处用胶水进行加固。ABCD图11（A）（B）（C）分别是三个拼装好的橱柜，其中（C）为图2中所设计橱柜的成品；（D）为制造橱柜过程中得到的隔板中国科学技术大学本科毕业论文182结论本文通过对橱柜的结构进行分析，结合对激光切割机功能的体验以及对榫卯结构的了解，完成了以下工作1设计出了能够储存橱柜信息的数据结构，该数据结构能够高效且准确地进行橱柜的构建，修改以及输出。2设计出符合用户对橱柜设计理念的用户界面，便于用户对橱柜的设计建模，能准确的将用户的橱柜设计转换为橱柜的信息数据并形象的反馈给用户。3设计出了针对橱柜各类操作的鲁棒算法，该算法包括对橱柜结构的构造与修改，橱柜部件的生成，以及橱柜组装过程的生成。4构造出适合橱柜拼接的榫卯结构，该结构不仅方便制造，而且能够使橱柜拼装过程中不借助外物固定，仅需榫卯结构本身即可使橱柜拼装牢固。5通过改进现有算法实现橱柜制造过程中对隔板位置的合理排布，节省了制造时间和制造材料。6设计出简单明了形象的橱柜装配说明书，能够清晰的指导用户完成对橱柜的拼装。通过以上的工作，我们能够做到从橱柜的设计到部件制造再到最后橱柜拼装，完成了个性化橱柜订制的全线流程。3未来展望未来的工作可以