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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林佳偉
研究生(外文):Lin, Jia-Wei
論文名稱:利用3D建築模型建立立體書紙建築設計圖樣
論文名稱(外文):Constructing the Paper Architecture Planar Layout for Pop-Up Books from 3D Mesh Models
指導教授:林炳賢
指導教授(外文):Lin, Ping-Hsien
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:紙建築機關書立體書設計圖樣
外文關鍵詞:paper architectureMechanical booksplanar layoutpop-up bookcomputer artComputer-Aided Design
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紙建築(paper architecture)是一種流行的紙藝術形式,特別在兒童文學中深受兒童們喜愛。本論文中提出利用電腦計算能力由3D模型建構紙建築的方法。利用3D網格模型做為輸入,透過分析紙設計師的操作模式,評估輸入模型的3D結構,利用平面之間的連結關係與夾角等資訊,決定各平面在立體紙模型中的連結方式,模擬輸出可以做出可開合的結構,並輸出該結構裁剪拼合的設計圖樣;以及在電腦中模擬紙建築的運動情況。經過對紙建築的觀察分析,在模型中的各種結構應用相對應的技巧,以規劃出一個合理且漂亮的立體紙建築。
The Pop-Up Book is a kind of fashionable paper arts, which is especially beloved by kids in children’s literature. This study proposes methods to construct paper architecture by employing computerized calculation with 3D construction models. 3D grid models are used for the input. Through analyzing paper designers’ operation, one could connect each surface based on its linking superiority. The simulated output is one with an open and close structure. People could also produce the cutting and piecing of the design graphic and simulate the movement of paper architecture in computers. Through the analysis of paper architecture and the alignment of the structures in the model, one is able to create reasonable and beautiful 3D paper architecture.
目錄
中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 文獻探討 4
電腦輔助設計 5
第三節 貢獻 7
第二章 紙建築幾何 8
第一節 摺疊 8
第二節 對壓 11
對壓平面的變形 12
不確定位置的對壓平面 14
選擇對壓平面 15
第三節 摺疊系統與等價摺疊 15
第三章 研究方法 20
第一節 結構 21
第二節 產生基礎連結 23
決定壓縮方向 23
挑選連結 25
第三節 強化聯結 28
挑選配對 29
從拓墣結構中找出配對 30
配對平面演算法 32
配對平面演算法及範例: 32
不確定平面 37
再連結 38
第四節 產生摺線 40
配對對壓平面 40
計算摺線 41
摺疊系統 41
計算摺線位置 43
分割摺疊 46
第五節 輸出動畫 47
轉動模擬 47
虛擬連結 48
旋轉角度計算 48
對壓平面的旋轉角度 51
摺疊平面的旋轉角度 52
第六節 產生設計圖樣 54
第四章 成果與討論 56
第一節 成果 56
第二節 與V-style比較 64
第三節 討論 68
第四節 建議 68
建築物模型的簡化機制 68
摺疊碰撞避免 68
設計圖樣的最佳化 69
減少不必要的摺疊 69
特殊的配置 69
模型的貼圖 70
參考文獻 71

圖目錄
圖1- 1- 1 機關書(Mechanical books) 1
圖1- 1- 2 輪狀表(Volvelle) 2
圖1- 1- 3 隧道書(Tunnel book) 2
圖1- 1- 4 艾莉絲夢遊仙境 3
圖1- 2- 1 Jun Mitani 與 Suzuki 用方格資料建構的階梯式紙建築。 5
圖1- 2- 2 Xian-Ying Li 利用3D模型製作的階梯式立體書實品。 5
圖1- 2- 3 Satoshi Iizuka,用編輯系統建立紙建築。 6
圖1- 2- 4 Xian-Ying Li V-style紙建築 6
圖2- 1- 1 摺疊區域 9
圖2- 1- 2 平行的摺疊區域 9
圖2- 1- 3 摺疊平面選擇不同的連接邊。 10
圖2- 2- 1 四面體的壓縮。 11
圖2- 2- 2 摺疊結構的切割性 12
圖2- 2- 3 對壓平面結構 13
圖2- 2- 4 不確定位置的對壓平面 14
圖2- 3- 1 摺疊系統的等價摺疊 16
圖2- 3- 2 摺疊限制 16
圖2- 3- 3 平行摺線限制 17
圖2- 4- 1 會破裂的結構 18
圖2- 4- 2 不能展開的結構。 19
圖3- 0- 1 流程圖 20
圖3- 0- 2 示範用模型。左右後方的視角 21
圖3- 1- 1 模型簡化 22
圖3- 2- 1 主結構的摺線與底面的摺線對齊 23
圖3- 2- 2 長方體底面的壓縮方向選擇 24
圖3- 2- 3 挑選壓縮方向 24
圖3- 2– 4 挑選不同壓縮方向產生的不同效果的紙建築。 25
圖3- 2- 5 模型的連結方向 27
圖3- 2- 6 範例模型的planar Graph 27
圖3- 2- 7 (a)連結圖 (b)連結方向圖 28
圖 3-3- 1 強化連結的差異 29
圖 3-3- 2 雙路徑(path)與形成的環(loop) 30
圖 3-3- 3 一個環表示一個裂縫 30
圖 3-3- 4 摺疊系統邊界交點 30
圖 3-3- 5 連結資訊圖 31
圖 3-3- 6 配對平面step 2.1 33
圖 3-3- 7 配對平面step 2 34
圖 3-3- 8 配對平面step 3,對plane D做step 2 35
圖 3-3- 9 配對平面最後的標記結果 35
圖 3-3- 10 無法一次全部拜訪道的情況。 36
圖 3-3- 11 不確定平面。程式畫面。 37
圖 3-3- 12 不確定平面配對的可能摺疊。 38
圖 3-3- 13 強化連結。藍色虛線是準備連結的連結邊 39
圖3- 4- 1 強化連結後的新連結圖。 40
圖3- 4- 2 各摺疊系統中的摺疊平面和它的對壓平面組。 42
圖3- 4- 3 山摺線壓平 44
圖3- 4- 4 谷摺線壓平 44
圖3- 4- 5 山摺線與谷摺線的位置 45
圖3- 4- 6 當plane a b c有交點時山摺線的情況 45
圖3- 4- 7 有交點時谷摺線的情況,本圖後面結構被省去。 46
圖3- 4- 8 摺疊的計算方式 46
圖3- 5- 1 旋轉的樹狀結構 47
圖3- 5- 2 虛擬連結 48
圖3- 5- 3 平面在壓縮方向的分量 49
圖3- 5- 4 平面所占空間 50
圖3- 5- 5 平面所占的寬度(a)原始位置。(b) 在變化後的新位置。 51
圖3- 5- 6 摺疊系統中有三摺疊平面,以中間的黃色平面為例。 53
圖3- 5- 7 計算摺疊平面的位置。 53
圖3- 5- 8 摺疊平面所要求的三個旋轉角度的位置。 53
圖3- 6- 1 模型正向展開成設計圖樣。 54
圖3- 6- 2 設計圖樣。原模型顏色。 55
圖4- 1- 1 不對稱鐘樓小房 56
圖4- 1- 2 傾斜結構台北101 57
圖4- 1- 3 有孔的85大樓直壓縮 58
圖4- 1- 4 有孔的85大樓橫壓縮 59
圖4- 1- 5 屋頂必須多摺的煙囪小屋 60
圖4- 1- 6 不對稱小屋 61
圖4- 1- 7 城堡 62
圖4- 1- 8 凱旋門 63
圖4- 2- 1 V-style的成果(摘自[5]) 64
圖4- 2- 2 類似結構的全覆式的成果 64
圖4- 2- 3 V-style的成果(摘自[5]) 65
圖4- 2- 4 類似的輸入模型 65
圖4- 2- 5 全覆式的結果 65
圖4- 2- 6 對照表 66
圖4- 2- 7 V-style 對壓分析摘自[5] 67
圖4- 4- 1 屋頂上可避免產生的摺線。 69
圖4- 4- 2 會破裂但可處理的結構 70


參考文獻
[1] MITANI, J., AND SUZUKI, H. 2004. “Computer aided design for origamic architecture models with polygonal representation.” In CGI ’04: Proceedings of the Computer Graphics International, IEEE Computer Society, Washington, DC. USA, 93–99.
[2] Xian-Ying Li C.-H. Shen, S.-S. Huang, T. Ju, and S.-M. Hu, “Popup: automatic paper architectures from 3D models,” ACM Transactions on Graphics, Vol.29, No.4, 2010, Article No. 111, pp.1-9
[3] 王淑芬,“立體書55招” 2005
[4] Satoshi Iizuka, Yuki Endo, Jun Mitani, ”An interactive design system for pop-up cards with a physical simulation”, Springer-Verlag 2011
[5] Xian-Ying Li, Tao Ju, Yan Gu, Shi-Min Hu,”Geometric Study of V-style Pop-ups: Theories and Algorithms” ,SIGGRAPH 2011.
[6] Yu-Zhi Zhang,” A Computer-Aided Design System for Origamic Architecture”,2006
[7] COHEN, J., OLANO, M., AND MANOCHA, D. 1998. Appearancepreserving simplification. In SIGGRAPH ’98: Proc. 25th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, ACM, New York, NY. USA, 115–122.
[8] Ravish Mehra, Qingnan Zhou, Jeremy Long,"Abstraction of Man-Made Shapes",ACM SIGGRAPH Asia 2009
[9] Jonathan Cohen, Amitabh Varshney, Dinesh Manocha, "Simplification Envelopes",1996 ACM-0-89791-746-4/96/008.
[10] 青林國際出版 pop-up book http://www.pop-upbook.com.tw/about01.htm
[11] Ingrid Siliakus - Paper architect/artist . http://ingrid-siliakus.exto.org/

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