纸结构模型范文

纸结构模型范文（精选5篇）

纸结构模型 第1篇

关键词：纸结构模型,制作方法,杆件连接,荷重比,结构优化

0 引言

大学生结构设计类相关竞赛是面向土木工程专业学生所举办的科技创新类竞赛, 因其与实际工程的紧密联系同时能够较好的培养学生结构创新意识、动手能力, 而被誉为“大学生八大赛事”之一。木材、纸张以其环保、廉价易得、承载强度高等优点而成为比赛的主要选材[1]。对于纸质材料, 遇水及胶后易收缩变形从而影响其强度、承载能力以及美观性。除此之外, 杆件的连接方式会直接影响结构的整体稳定和荷重比。

现有文献多侧重于纸结构的截面选型以及承载能力, 王志刚做了有关纸质材料在静态荷载作用下的力学性能探究[2], 秦武等研究了纸质材料承载力受纹路、宽度、厚度、湿度影响[3]。文献中对杆件的制作方法以及节点连接方式涉及较少。

本文以“河南省第二届结构设计大赛”为背景, 并且结合实际的制作经验, 对整个在制作过程中遇到的问题做出了一定的探究。

1 比赛命题分析

本次竞赛要求使用白卡纸 (保定产175 g/m2~186 g/m2) 和白乳胶 (顶立牌) 制作出一个房屋结构模型, 要求屋面外轮廓的投影面积能够覆盖内部容纳的600 mm×400 mm×250 mm的试块。模型加载时采取结构顶部中心加载, 加载板尺寸为300 mm×200 mm, 加载上限为30 kg。

考虑结构的整体美观与荷重比, 经过前期的结构设计、理论分析、模型制作, 从最初的几种方案中选出优化空间较大的设计方案并进行后期的模型优化 (见图1) 。

2 杆件制作工艺的评价指标

作为结构模型的重要组成部分, 纸质杆件的重量大小、制作工艺以及连接方式将直接影响结构整体的荷重比及整体美观[4]。对于制作工艺相关的评价指标, 目前还没有明确的定义。但在实际制作过程中, 由于操作不当可能会出现如下缺陷:

1) 杆件卷的不密实且在风干后会出现气泡;

2) 杆件风干之后发生收缩弯曲 (见图2) ;

3) 杆件在制作过程中发生纸张的褶皱 (见图3) ;

4) 杆件制作完成后表面不整洁、较脏;

5) 杆件制作成功率较低。

在不影响结构整体美观以及其受力性能的前提下, 对于纸质杆件而言, 好的制作工艺就是:制作花费时间少, 成功率高, 在制作完成后杆件内部密实, 表面整洁且在风干后不发生弯曲变形。

3 杆件制作工艺实际探究

市场上的该种纸大致可分为两种类型:一种单位面积质量小于180 g, 这种纸吸水性强, 吸水变形量大;另一种单位面积质量大于180 g, 这种纸吸水性相对较弱且吸水后变形量小。在制作圆截面杆件时, 前一种纸较后一种纸更易发生前面所述的现象。所以, 在保证所做杆件符合各项要求的条件下, 不同类型的纸采用不同的制作方法:

1) 单位面积质量小于180 g。

此类材质偏软, 在卷杆过程中不会产生因纸张顺逆纹而造成的褶皱现象, 但是制作完成后, 在风干的过程中表面水分蒸发速率的不同极易导致杆件弯曲, 所以在卷杆工作完成后可以将杆件留在工具上待其风干后再取出。为提高制作成功率与制作质量此类杆件截面最好为多边形 (见图4) 。

2) 单位面积质量大于180 g。

此类材质本身硬度高, 若在卷杆时不注意纸质的顺逆纹, 很容易导致所卷杆件出现褶皱与空隙, 从而影响其承载能力, 故避免逆纹卷纸 (可用弯曲纸张感觉阻力大小来判断纹理走向) 。实际制作时, 此类杆件截面形状以圆形为宜, 且在纸张一边用砂纸打磨提高粘结力。

卷杆时先将纸张起始处折起宽度为5 mm左右的纸边, 用硬卡片沿纸边将其与卷杆工具紧密相贴, 确定纸张与工具贴紧并无相对滑动后开始卷杆 (此时先不涂胶, 卷纸15次~20次使纸张产生纸痕以方便后期压密) 。涂抹过程中用胶要适量, 涂抹要均匀全面, 防止出现局部含胶量不均匀造成的2中1) , 3) 现象。制作完成后用纸片来回按压纸杆提高内部密实度 (见图5) 。

4 节点连接方式的探究

实际结构中, 节点的受力较为复杂。在大量模型加载试验中, 结构破坏较多的地方就是杆件的连接处。就结构的荷重比以及整体美观而言, 节点处理的方式更显重要。构件全部组装完成后质量有较大的增加, 经过分析, 增加的质量主要集中在连接件和多余的纸带上。

4.1 节点连接方式

就本次结构设计竞赛而言, 其加载上限仅为30 kg, 因此模型结构在设计时采用的就是减少多余约束的个数, 提高节点连接的强度。

构件节点连接时的方法大致分为以下三类:

1) 通过连接件连接 (见图6) , 这种连接方式适应杆件截面形状的范围广且强度基本都能满足受力要求, 缺点是影响结构整体的美观, 质量较重;

2) 构件自身经过一定处理后形成节点 (见图7) , 这种连接方式满足美观要求的同时, 质量 (多余质量为涂胶和固定纸带质量) 最轻, 但需要依照杆件截面的不同而做出不同的设计, 对制作人员的创造力有一定要求;

3) 根据杆件截面的形状设计出相关的嵌入连接方案并且通过注胶提高节点强度 (见图8, 图9) , 这种连接方式较美观, 但杆件连续弯折部分较大的接触应力要求杆件壁厚不能太小, 否则在接触部位会发生接触变形, 这就在某种程度上增加了结构整体的质量。

本次结构模型设计竞赛主要受力杆件截面形状选定为圆形, 连接方式采用嵌入注胶 (见图9) 。

4.2 杆件连接的蒙皮工艺

纸张的受拉性能要强于其受压性能, 其所能承受拉力的大小随着纸带横截面积的增大而增大。当纸带受拉时, 往往会因为强度、粘结以及不均匀受拉问题产生破坏[5]。为满足受力需要, 往往需要增加纸带的层数, 而过厚的纸带层数不但不利于纸带与杆件之间的粘结, 反而会因为含胶量的增加减弱其受力性能。以图1所示结构模型为例, 方案改进前受拉构件全部以纸带连接, 尽管后期承载力达到了要求, 纸带对杆件的剪力极易导致杆件的受剪以及纸带自身的破坏 (见图10) , 可将受拉纸带改进为单层蒙皮 (见图11) 。

采用蒙皮工艺不仅提升了结构整体的美观, 减轻了结构的整体质量, 也在很大程度上增加了结构的整体稳定。与杆件较宽的接触面积将原有的拉力均匀的分布在整个杆件之上, 避免了杆件的受剪破坏。最终优化结构如图11所示, 总重143 g。

5 结语

通过总结分析参赛队员在参加“河南省第二届结构模型设计大赛”制作纸模型过程中所遇到的问题, 得出了针对不同纸质条件下杆件的制作方法, 与不同杆端截面下节点处理方式等关键问题的一些创新型做法, 与此同时又引入了注胶与蒙皮这两种能够提高模型承载力与稳定度的制作方法。填补并发展了不同条件下纸模型制作工艺。

参考文献

[1]王立彬, 李靓.纸质构件力学性能实验研究[J].力学与实践, 2010, 32 (6) :88-91.

[2]王志刚, 穆建春.纸质材料在静态荷载作用下力学性能的实验探究[J].广西轻工业, 2009, 25 (6) :25-26.

[3]秦武, 郑云霄.纸质材料力学实验分析[J].南昌大学学报 (理科版) , 2007, 31 (5) :266-269.

[4]于洋, 姜峰.关于结构设计竞赛中模型的设计与制作方法[J].科技资讯, 2008 (2) :201-202.

纸飞机模型作文 第2篇

课上，汪老师拿来一架非常帅气的飞机模型，而且还要教我们制作。

首先我们被分成两个小组，我们这个小组有我、翁驰骋还有郑为文。老师拿来两副未组装的飞机模型材料分给我们。我们迫不及待的开始制作了，偷偷看了一眼另一队拿出一根木棍，很熟练地将机身套上去了，可是我们怎么塞也塞不进去，急得我们就像热锅上的蚂蚁团团转。最后还是老师大显神威，才把我们的机身给装好。接下来，我们开始装机尾了。拿出双面胶贴在尾翼上，可是翁驰骋太心急了，把尾翼给装反了。我现在真的是气得都发都要竖起来啦。老师在一边，告诉我们要沉住气，慢慢地来，这样才能做好，才不会出错。慢慢地，我们三个人团结一致，想办法解决难题。终于，飞机做好了。我们高兴地欢呼起来！

没等老师宣布完比赛的规则，我们就带着各自的作品冲下楼去准备比赛。比赛主要比谁的飞机飞得高、飞得远！老师在比赛前说：“你们每一队都要给你们的飞机起个好听的名字！”我们这组的飞机叫“三人号”，因为这是我们三个人合作出来的作品。正式比赛之前，老师让我们试飞一下，为的是让飞机以最好状态参加飞行比赛。经过几次试飞，我们才真正地开始比赛。我们队先派翁驰骋去参赛，而那边派出张君昊比赛。他们拿起飞机，一掷！飞机落下了，平局。第二局是我和戴宁哲比赛，我的飞机刚起飞就撞到老师身上，再起飞还是撞在老师身上，连着两次失败。我沉住气，在第三次才赢了他。最后比赛中郑为文赢了周丁冉。三局两胜，我们取得了最终的胜利，高兴得我们跳了起来。

纸结构模型 第3篇

一、影响因素的选择

所谓职能法就是将企业内部要素按照职能进行分类的方法。职能法将企业的内部要素分成营销职能要素, 财务会计职能要素、生产经营及技术职能要素、人员职能要素、管理职能要素五类。

1. 云景林纸市场营销

根据公司的产品特点及现代化的营销理念、方法等, 公司不断对市场、产品进行细分, 实施差异化的营销战略, 同时, 公司按照“市场先行”的指导思想, 积极推进市场营销和品牌建设工作, 采取委托加工和在厂内选址临时布点加工等策略让产品提前上市。现公司产品包括若雅、思景两个品牌的卷纸、抽纸、手帕纸共三个纸种、6大系列、25个单品于2013年底全部在普洱、西双版纳、临沧上市销售。截止目前, 累计销售成品生活用纸19000件 (约200吨) , 实现销售收入200多万元, 其中:传统渠道销售已在普洱、版纳、临沧三个样板市场销售发货近18000件, 成功铺入近400多家商超及终端零售店;特通渠道已与9家客户签订销售合同近900件。

2. 云景林纸的技术和产品制造

公司2003年成立研发部, 专门负责产品开发、技术研究等工作。随后又通过整合其他技术资源, 成立企业技术中心, 每年研究开发投入达年销售收入的3%以上。通过多年的运行, 公司技术中心已具备种苗培育、林木种植、制浆基础研究、制浆开发、检测等能力, 被认定为云南省企业技术中心, 公司同时被认定为云南省创新型试点企业、云南省技术创新示范企业等。公司制浆产品涵盖针叶浆、桉木浆、竹浆及其他阔叶木浆, 品种齐全、长短纤维搭配合理, 为公司实施产业链衍生、上建生活用纸、包装纸、卷烟纸、特种纸等项目提供了坚实的基础, 具备生产和发展任何纸种的条件。

3. 云景林纸的财务状况分析

云景林纸通过严格科学的管理, 取得了良好的经济效益, 主营业务收入逐年上升, 下表是公司2009-2011年的经营情况。

而截至5月底, 2014年累计销售纸浆7.45万吨, 加权平均销售价格为4098元/吨。累计发生期间费用9658万元。实际主营业利润亏损8361万元, 考虑到营业外收入后, 模拟合并利润亏损6887万元。

4. 云景林纸人力资源状况分析

通过十多年建设发展, 云景林纸培养了一批制浆造纸、营林造林、生产经营、项目管理等方面的管理和专业人才。公司现有员工1400多名, 平均年龄36岁, 90%以上具有中专以上学历, 其中具有本科和硕士学历170余人, 取得高级职称1人。总体上具有文化素质高、专业性强、吸收能力快的人力资源优势, 为林浆纸产业发展打牢了坚实基础, 成为云南省林浆纸产业发展的基础和平台。公司熟练掌握了制浆造纸技术及营林技术, 培育了云南省面积最大的原料林, 近年来全国新建的大中型制浆造纸企业基本上都到公司来进行学习培训, 邀请公司派员指导开机调试。

5. 云景林纸环境保护

在发展过程中, 云景林纸高度重视生态环保工作, 始终把生态及环境保护看作企业的生命线, 严格履行环境保护与生态建设的责任和义务, 执行更加严格的环保标准;目前, 云景林纸污染物排放和能源消耗指标均优于国家和行业最新标准要求, 实际排放浓度仅为国家规定排放标准的1/3至1/4, 优于国际同行, 被省环保厅命名为云南省环境教育示范基地, 成为国内同行环境保护的先进典范。同时, 云景林纸通过荒山荒地造林、采伐迹地造林、低产林改造等, 加快人工速丰生产林建设和对人工林的开发利用, 不但为企业生产提供了充足的原料保障, 更保护了天然林和公益林, 促进了当地的生态改善, 提高了森林覆盖率和林地生产率及林分质量, 使景谷县森林覆盖率从1997年的62%提高到现在的74.7%。

下表是环保目标取得的有效性结果。

二、内部因素定量评价矩阵IFE

内部因素评价矩阵 (Internal Factor Evaluation Matrix, IFE矩阵) , 是一种对内部因素进行分析的工具, 其做法是从优势和劣势两个方面找出影响企业未来发展的关键因素, 根据各个因素影响程度的大小来确定权数, 再按企业对各关键因素的有效反映程度对各关键因素进行评分, 最后算出企业的总加权分数。通过IFE, 企业就可以把自己所面临的优势和劣势汇总, 来刻划出企业的全部引力。

1.列出在内部分析过程中确定的关键因素。采用10-20个内部因素, 包括优势和弱点两方面的。要尽可能具体, 要采用百分比、比率和比较数字。

2.给每个因素以权重, 其数值范围由0.0 (不重要) 到1.0 (非常重要) 。权重标志着各因素对于企业在产业成败中的影响的相对大小。无论关键因素是内部优势还是弱点, 对企业绩效有较大影响的因素就应当得到较高的权重。所有权重之和等于1.0。

3.为各因素进行评分。1分代表重要弱点;2分代表次要弱点;3分代表次要优势;4分代表重要优势。值得注意的是, 优势评分必须为4或者3, 弱点的评分必须为1或者2。评分以公司为基准, 权重以产业为基准。

4.用每个因素的权重乘以它的评分, 即得到每个因素的加权分数。

5.将所有因素的加权分数相加, 得到企业的总加权分数。

无论IFE矩阵包含多少因素, 总加权分数的范围都是从最低的1.0到最高4.0, 平均分为2.5.总加权分数大大低于2.5的企业的内部状况是处于劣势, 而分数大大高于2.5的企业的内部状况则处于强势。

从上面内部因素定量评价矩阵IFE, 可以看出:

第一, 可以分析出U1、U2、U3、U8、U9、U10是云景林纸的优势, 而U4、U5、U6、U7是它的主要弱点。

第二, 总加权分数2.7表明云景林纸股份有限公司的总体内部优势高于平均水平, 可以得出云景林纸自身内部环境比较好, 有许多内在的优势, 对其发展比较有利。

三、结语

本文基于职能模型, 对云景林纸的内部因素进行定性分析, 再利用IFE矩阵对这些因素进行定量分析, 得出了技术能力、制造能力、产品质量、营销网络、品牌、产品份额等十个影响云景林纸内部环境发展的主要因素。并且通过IFE分析发现, 技术能力、制造能力、产品质量、财务资产规模、人事政策效果、环保是其优势, 环保则是其公司发展的重要优势。而就目前来看, 营销网络、品牌、产品市场份额、财务控制能力则是它的弱势。

最后, 我们应当继续发扬云景林纸技术与制造、人力资源、环保优势, 改善提高市场营销及财务管理状况。

参考文献

[1]GerryJohnson.ExploringCorporateStrategy[M].PrenticeHall.1998:68.

[2]李遵义.面向未来的抉择[M].企业管理出版社, 1999:15.

[3]冯建民.国有企业改革回眸与前瞻[J].黑龙江人民出版社, 2000:230.

[4]王志杰、李志健.中国造纸工业可持续发展之路探索[J].西南造纸, 2000:12-14.

[5]Gary Hamel.Competing For the Future[M].Harvard BusinessSchool Press.1997:54-55.

纸结构模型 第4篇

碎纸自动拼接技术是计算机图像识别领域的一个较新、较典型的应用。对于规则的碎纸拼接主要由计算机图像预处理、图像特征提取和图像匹配三个部分组成。碎纸拼接技术在司法物证复原、历史文献修复以及军事情报获取等领域中有着非常关键的作用。目前,国际上欧洲等国家对于破碎文件的自动修复技术进行了相当长时间的研究。但由于专业技术壁垒,国内的研究成果并不多见诸报道[1]。传统上,对于碎纸拼接过程还是过分依赖人为干涉。当碎纸图像较多、内容较复杂时,不但耗费大量人力和时间,还可能对纸张信息造成损害。因此,以提高拼接复原效率为目的,研究开发一种高效碎纸图像自动拼接技术是十分必要的。

前东德情报机构官员将大量绝密文件碎成6 亿多块碎纸并丢进16 000 个垃圾桶,史学家们预计采用人为干预的方式将花费400 年的时间对文件进行恢复[2]。现在国内外专家对于碎纸自动拼接技术的研究主要聚焦在以下两个方面: 图像特征值提取和图像匹配。图像值提取包括对图像背景的提取、图像边缘检测、图像中文字内容的轮廓提取等。国外专家对于这方面进行了大量的研究。文献[3]中提出了一种利用轮廓采样点曲率为图像特征,以动态规划为匹配算法的二维碎片拼接方法; 文献[4]中对原始轮廓曲线进行逼近,对简化逼近曲线进行弹性匹配的碎片自动拼接算法。图像匹配则是指依照图像提取获得的特征值对图像进行排序,关键技术主要表现为大量碎纸图像排序的最优化搜索技术。文献[5]提出了一种遍历搜索算法,对于壁画碎片进行匹配。文献[6]在文献[5]的基础上,利用遍历搜索算法用兵马俑碎片进行匹配计算。该方法具有一定的普适性,但是效率不高。

本文主要对既纵切又横切的碎片图像数据进行拼接问题进行研究。研究对象为规范化切割,提取轮廓作为特征值信息量不大。为此,针对碎纸中文内容和英文内容不同的情况,给出两种不同的特征值提取方法。在拼接过程中,首先建立聚类模型对碎纸图像中提取的图像特征值进行K-mean聚类得到属于同一行的碎片集合; 然后建立旅行商优化数学模型,以拼接方案特征值误差平方和最小为目标函数,实现同一行碎片集合的排序,形成完整一行的图像; 再次利用优化数学模型实现不同行图像的排序。

本文所采用的碎纸恢复技术采用了图形图像处理技术和优化技术,能够实现无人工干预的全自动拼接。

1 图像信息提取数学模型

由于本文的研究对象为规范化切割,提取轮廓作为特征值信息量不大。因此,需要对图像内容进行特征提取。考虑到中文内容和英文内容两种不同环境,本节对字符提取原理和模型进行介绍。

1. 1 中文与英文图像的显示原理

黑白文档中的碎纸图像,在进行自动拼接前首先要经过预处理,即将碎纸图像扫描进入计算机中。扫描完成以后的图像包含了黑白之间的所有灰度色调,图像中的每个像素点都有一个灰度值( 0 表示黑色,255 表示白色) 。整个碎片变成了一个灰度值矩阵。以本文仿真为例: 每张碎纸图像的像素为180 ×72,扫描后的图像便具有180 × 72 的二维灰度矩阵。通过MATLAB软件中的imread命令,可以读取图像中的灰度矩阵。

扫描过程中,图像的边缘颜色会发生变化,即灰度改变。根据灰度变化的具体情况,通常将边缘划分为阶跃型边缘和屋脊型边缘两种类型。阶跃型边缘两边的灰度值变化明显,而屋脊型边缘位于灰度值增加与减少的交界处。两种类型的灰度值变化如图1、图2 所示。

f为灰度值变化的函数,z为灰度值。图像边缘常常在灰度突然发生变化的部位,两边为不同的灰度级。阶跃型边缘中,f函数图像的起点即为图像边缘; 屋脊型边缘中,虚线位置即为图像边缘。

假设研究对象文字边缘颜色的变化是渐进的,即灰度值的突变不会很大,因此文字边缘为屋脊型边缘,从黑色渐变为白色,再从白色渐变为黑色。对纸片进行规则切割,将切割处视为一条直线,该直线正好通过文字边缘( 突变点) 的概率极小,切割在文字中间( 即灰度值变化较小) 的概率很大。

1. 2 中文碎纸图像信息提取模型

本文研究既纵切又横切的碎片图像数据进行拼接问题。这样得到的碎纸图像信息要远小于仅纵切的碎纸图像信息。引入Ui= ( uimn)180 ×72表示第i张碎纸图像的灰度值矩阵,0 ≤ uimn≤255 表示第m行第n列的像素值,0 ≤ uimn≤255 。针对中文字体的特点,可以引入以下特征值,如图3 所示。

第i张碎纸图像的上特征值可以用Ai表示。其中,Ai> 0 表示第i张碎纸图像上第一行像素点的灰度值全为255,即全部为白色像素点; Ai< 0 表示第i张碎纸图像上第一行像素点的灰度值不全为255,即为某汉字的一部分。计算公式如下所示:

当Ai> 0 时,| Ai|表示第i张碎纸图像中第一行开始连续全白行向量的数量; 当Ai< 0 时,| Ai|表示第i张碎纸图像中第一行开始连续非全白行向量的数量。

第i张碎纸图像的下特征值可以用Bi表示。其中,Bi> 0 表示第i张碎纸图像上最后一行像素点的灰度值全为255,即全部为白色像素点; Bi< 0 表示第i张碎纸图像上最后一行像素点的灰度值不全为255,即为某中文汉字的一部分。每张碎纸图像具有L行像素( 在本文的仿真过程中,每张图片为180 × 72 像素,L = 180 ) ,计算公式如下所示:

当Bi> 0 时, |Bi|表示第i张碎纸图像中最后一行开始向上连续全白行向量的数量; 当Bi< 0 时, Bi表示第i张碎纸图像中最后一行开始向上连续非全白行向量的数量。

为拼接得到原纸张图像,除需获得每张碎纸图像的上、下特征值之外,还需知道一个普通印刷文字的高度h,以及两行文字之间的行距s ( 其图像说明见图4) 。

在中文文档中,中文行与行之间会空白像素行,这些空白像素行的数量即为行距。行距s的函数表达式如下:

式中kab代表碎纸图像中的不同部分出现连续空白像素行的数量,其表达式如下:

将每张碎纸图像的灰度值矩阵Ui代入公式,可以得到图片中两行汉字之间的行距s 。

在中文碎纸图像中,如果从第一像素行开始出现多行连续空白行,则可以认为与汉字最接近空白像素行的下一行为汉字顶部; 同理,如果在汉字下方出现多行连续空白行,则可认为与汉字最接近空白行的上一行为汉字底部。可以得到汉字高度的函数表达式:

式中jab代表碎纸图像中的不同部分出现连续非空白像素行的数量,其表达式如下:

将每张碎纸图像的灰度值矩阵Ui代入公式,可以得到图片中汉字高度h 。

1. 3 英文碎纸图像信息提取模型

由于英文字符的高度并不是一个定值,如英文字母o与y的字符高度便不同。因此,不能简单将中文碎纸图像特征应用于英文碎纸图像特征提取过程中,造成英文碎片图像特征提取比中文碎片图像提取困难得多。

本文引入新的英文碎纸图像特征值: αi表示第i张碎纸图像中灰度值矩阵的最左列向量出现灰色( 非白非黑) 像素点的次数,即出现在碎纸图像最左端灰度值在0 ~ 255 之间像素点的次数。因此,可以给出 αi的函数表达式:

βi表示第i张碎纸图像中灰度值矩阵的最右列向量出现灰色( 非白非黑) 点的次数,即出现在碎纸图像最左端灰度值在0 ~ 255之间像素点的次数。因此,其函数表达式如下:

Wij表示第i张碎纸图像灰度值矩阵的最左列向量中第j个灰色点出现的位置,取灰色点最上端的位置作为Wij的值:

此时i、j、k间满足( aik- ai,k -1- 1) ( aik- j) = 0 。

Vij表示第i张碎片中灰度值矩阵的最右列向量中第j个灰色点出现的位置,取灰色点最上端的位置作为Vij的值:

此时i、j、k间满足( bik- bi,k -1- 1) ( bik- j) = 0 。

通过该方法可以很快找出位于第一列的所有碎纸片,从中随机取一张( 设其编号为i) 。然后将剩下来的所有未被选择的碎纸片与其逐一进行匹配,若碎片i' 满足以下两个条件,则认为碎片i' 为碎片i的最佳匹配碎片。

两碎片拼接的匹配条件:

( 1) 需要比较边缘灰色像素点出现次数,要满足左边碎片的灰色像素点出现次数等于右边碎片的灰色像素点出现次数,即满足以下条件:

( 2) 还要比较其对应灰色像素点的位置,还要满足左边碎片各对应灰色像素点位置与右边碎片对应灰色像素点位置相差不大,即满足以下条件:

两碎片拼接约束条件:

( 1) 当无法找到匹配碎片时,匹配停止。即找不到碎片满足上面两个匹配条件时,该组拼接到此处停止,不再继续拼接。

( 2) 当匹配到最后一块碎片的右侧灰色块出现次数为0时,匹配停止。

此时认为编号为i' 的碎片与编号为i的最佳匹配碎片。显然,这样可以在很大程度上排除相似碎片的影响,却也有极小可能出现非真正匹配碎片也满足该条件,即出现多种匹配结果。此时,就需要加以人工干预。

2 图像匹配数学模型

在提取特征后,结合每张碎纸图像的上特征值和下特征值,通过字高以及行距将全部的碎纸图片进行K-mean聚类,即同一行的碎片划分为一类; 然后,通过旅行商优化算法计算同一类碎片之间的排序和行与行之间的排序,从而获得原始图像。根据以上信息,碎片图像拼接流程如图6 所示。

确定碎纸图像特征值后,需要对碎纸图像进行分类,即将处于同一行的碎纸图像归为同一类。由于碎片图像是通过规则的纵横裁切得到,同一行碎片的各个字所在的高度基本相等的,位于同一水平线上。为此,以上、下特征值作为聚类指标,以本文仿真的209 张碎纸图像为例( 将1 张完整纸张切成11 × 19 的小纸片,每张小纸片的像素为180 × 72) ,运用SPSS软件对这11 ×19 张碎纸图片进行K-mean聚类分析,将11 × 19 张碎纸图片聚类成11 类,每类包括19 张图片。

将属于同一行的碎纸图片聚类完成后,需要将同一行的碎纸图片进行拼接。此时将问题转化为对11 组碎片进行自动拼接问题。由于各碎纸图像的纵向长度较小,如果依次匹配边界偏差绝对值最小的碎片,会造成较大偏差。因此,本文类比旅行商设计问题: 将属于同一行的19 块碎片类比为19 个待访问的站点,碎片之间的偏差绝对值即为有向距离值。从全白的左端碎片开始拼接到第19 块碎片,再拼接一块全白的右端碎片,类比为从起始点出发,访问19 个站点,然后返回起始点,寻找使拼接结果的总绝对偏差值最小的拼接方法。

据此,本文建立误差最小旅行商优化模型,目标函数为:

约束条件为:

其中,Sij表示碎纸图像i和碎纸图像j是否能够拼接在一起,是0 - 1 变量。Dij表示碎纸图像i和碎纸图像j的有向距离值。

采用LINGO软件进行求解,得到全局最优解,即碎片拼接的最佳方案。之后对已完成行内拼接的碎片,利用该方法,再进行行间拼接。最有对拼接好的内容,通过上、下特征值和行距的定义及其关系,对相邻行之间进行验证( 防止发生整段文字位置交换的情况发生) 。

3 结果分析

一个算法的质量优劣将影响到算法乃至程序的效率。本文提出的数学模型计算量为n3。由于实际应用中,碎片图像会有颜色失真、灰度偏离等现象的发生,干扰文本碎片拼接。

为了衡量本文建立的文本碎片自动拼接模型的稳定性,对于图片模拟噪声进行灵敏度分析。通过计算机对部分碎片的灰度值进行随机修改,观察在不同干扰程度下,模型拼接结果的变化情况,依次评价碎片失真程度对拼接结果的影响情况。

首先通过计算机模拟实际生活中的噪声产生[7],对碎片图片随机选择点,修改其灰度值为一随机值。随噪点比例增加,图像的辨识难度增加。在增加图片噪点比例的同时,分别使用建立的模型对文本碎片进行拼合处理,记录模型拼接方案发生错误的时的噪点比例,作为模型对噪点比例的敏感情况。记录结果如表1 所示。

由表1 分析可知,在拼接碎片相同的情况下,所建立的模型对噪点比例的敏感程度较低,能完成一定碎片图像失真情况下的拼接任务。

4 结语

本文对中文碎纸图像和英文碎纸图像特征值提取进行了深入分析,并给出了图像匹配的TSP优化数学模型。尤其是对于规则的纵切横切碎纸自动拼接问题给出了普适的求解方法。在文章的最后进行仿真分析,对于209 张中英文碎纸图像,应用本文提出的数学模型可以实现碎纸的全自动拼接,无需人为干预。

摘要：碎纸自动拼接算法是计算机图形图像应用的一个热点领域。对于碎纸拼接主要由计算机图像预处理、图形图像特征提取和图像匹配三个过程组成。针对中文内容碎纸和英文内容碎纸的区别,给出了两种不同的图像特征提取方法。首先建立聚类模型对碎纸图像中提取的图像特征值进行K-mean聚类得到属于同一行的碎片集合;然后建立旅行商优化数学模型,以拼接方案特征值误差平方和最小为目标函数,实现同一行碎片集合的排序,形成完整一行的图像;最后利用优化数学模型实现不同行图像的排序。实验结果显示:该拼接算法可以给出准确的拼接方案,且求解迅速,无需进行人工干预,实现真正的全自动拼接。

关键词：图像拼接,系统聚类,旅行商最优化

参考文献

[1]汤燕彬,许榕生.基于Tanimoto系数的JPEG碎片数据识别方法[J].计算机应用与软件,2011,28(9):80-81,92.

[2]王蓉,李伟,王斌君.碎片图像字符特征提取方法研究[J].科学技术与工程,2014,14(2):183-186.

[3]方贤勇,潘志庚,徐丹.图像拼接的改进算法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2003,15(11):1362-1365.

[4]何鹏飞,周宗潭,胡德文.基于蚁群优化算法的碎纸拼接[J].计算机工程与科学,2011,33(7):67-73.

[5]罗智中.基于线段扫描的碎纸片边界检测算法研究[J].仪器仪表学报,2011,32(2):289-294.

[6]罗智中.基于文字特征的文档碎纸片半自动拼接[J].计算机工程与科学,2012,48(5):207-210.

儿童纸抽创意结构造型设计初探 第5篇

一、目前市面纸抽盒特点

目前市面上的抽纸盒让我们眼花缭乱, 很多抽纸盒过于华丽但是却缺少了大方, 有的大方却不美观, 大多数都是长方体的纸盒显得样式单一, 或者因为没有正确的设计纸张的出口, 不能保证纸张自由取出。

1、环保角度

纸巾是我们生活的必需品, 是一种卫生用品, 既然是卫生用品, 那么我们就必须首先保证纸巾的卫生, 抽纸盒的材质直接决定着纸巾的卫生与否, 市场上很多纸抽盒都是塑料制作的, 塑料是食品健康大忌, 塑料大部分都含“毒素”, 如聚氯乙烯塑料就是有毒的品种, 其原材料虽无毒性, 但在制作塑料的过程中加入了有毒的增塑剂, 增塑剂是塑料加工助剂中产能和消费量最大的品种。另外, 有些塑料制品加入了稳定剂, 而这些稳定剂主要是硬脂酸铅, 也有毒性, 并且这种铅盐极易析出, 铅可以通过呼吸道、消化系统或皮肤进入人体, 滞留、存积在肝脏、肠胃、肺、骨骼等器官或组织中不易排出, 一旦进入人体就会造成积蓄性铅中毒。塑料抽纸盒是直接与纸巾接触并完全的把纸巾包在里面, 而纸巾又是直接与我们皮肤接触, 我们可想而知纸巾是否真的还卫生。所以对于这种塑料纸抽盒对环境造成了大量污染, 不利于环保。

首先, 废旧塑料包装物混在土壤中, 影响农作物吸收养分和水分, 将导致农作物减产, 塑料类垃圾在自然界停留的时间也很长, 一般可达100-200年;第二, 抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物, 被动物当作食物吞入, 导致动物死亡 (在动物园、牧区和海洋中, 此类情况已屡见不鲜) ;第三, 混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理:填埋处理将会长期占用土地, 混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理, 分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用, 我国塑料产量为519万吨, 当年全国塑料消费总量约1100万吨, 其中包装用塑料达211万吨, 据调查, 北京市生活垃圾的3%为废旧塑料包装物, 每年总量约为14万吨;上海市生活垃圾的7%为废旧塑料包装物, 每年总量约为19万吨。天津市每年废旧塑料包装物也超过10万吨。

所以我采用瓦楞纸壳作为原材料, 无毒无味, 材质不具有危险性。

2、使用的便利性

从形状方面来说, 因考虑到抽纸的形状, 目前市场销售的抽纸盒90%以上被设计为方形, 偶尔出现圆形, 其他造型更是凤毛麟角, 难得一见。这种方形或圆形的单调造型设计大大降低了抽纸盒作为摆设物品的艺术性, 搁置在桌面上会显得很突兀, 不能点缀或合理利用空间, 也不能满足使用者的个性需求, 尤其是儿童。而且有好多种抽纸盒的抽纸口设计的非常不合理, 存在着很多安全隐患不能让我们很方便的把纸抽不来, 有的甚至会在抽纸的过程中把纸抽断, 那份着急用纸的心情我想大家一定深有体会。我们不要小看这个问题, 我们设想一下, 如果是大人在抽纸的过程中把纸抽断也许不会出现什么情况, 但是如果是孩子那就会具有一定的危险性, 当把纸抽断以后孩子一定会想办法把剩下的纸弄出来, 孩子可能会把手伸进抽纸孔去拿, 我们众所周知抽纸孔有多大, 孩子的手很可能卡在里面, 如果纸抽盒的材料是纸盒到没有什么危险, 但如果是塑料的呢?那将造成我们意想不到的后果……我相信没有人希望发生这样的事情吧!而且很多材料的棱角非常的锋利, 由于孩子爱玩的天性很可能在大人不注意的时候拿着纸抽盒玩耍, 如果不小心被棱角划到也是非常危险的!所以, 纸质盒是首选。

3、开启方式及重复利用

在开启方式上我们常见的无非就是揭盖式, 揭盖式过于简单, 没有新意, 不能很好的吸引孩子的眼球, 而且盛纸部分不能很好的与盖部衔接, 在儿童挪动纸抽盒时由于不够细心很容易使盛纸部分与盖部分离, 使纸巾散落在地上。纸质抽纸盒经常在赠品中作为抽纸的包装盒被使用, 但通常选用的都是单层茶板纸, 以达到降低成本的目的。这种茶板纸抽纸盒因为过于单薄, 而不能经受长时间的重复使用, 所以多为一次性产品。

4、价位

目前市面上的纸抽采用的原材料成本高, 要经过很多的专业人员的设计又要经过很多道工序的加工才能在市场上销售, 当纸抽盒到我们手上的时候, 已经经过了很多商家的一次次增加价钱我们自然要花费高价才能买回来。

二、儿童创意抽纸盒的设计思路

爱玩是孩子的天性, 既然是为儿童设计的纸抽盒, 我首先考虑到的是安全问题, 产品是否具有安全隐患是重中之重!其次是儿童处于智力开发阶段, 我想设计一款有助于儿童智力开发的纸抽盒。我是从以下几方面考虑的。

1、选材方面

瓦楞纸排列密度大、承压力高, 能够保证产品的重复使用次数。而且瓦楞纸板表面平整, 适于印刷, 可以根配合造型在上面印制各种颜色和图案。相对于塑料、木质、布艺、玻璃等材质而言, 不仅可以大幅度降低生产成本, 而且更易于造型, 更绿色环保。瓦楞纸材质比较软, 即使孩子的手真的被卡在里面也不会具有危险性, 纸盒具有无毒性, 他不会放射有毒性物质, 无论挡在客厅、电脑桌、办公室等地都不会对我们的健康产生危害。是我们真正的可以安全放心使用。而且瓦楞纸板比较厚, 可以重复使用。由于材料随处可见, 方便制作, 所以价格合理, 消费者容易接受。

2、纸抽盒的造型结构设计方面

若抽纸孔过小可能存在卡住手的危险性, 过大又不利于保证纸巾的卫生。纸壳的材质比较软, 即使小孩子的手真的被卡在里面也不会具有危险性, 所以我们将采用抽屉式样式, 装纸巾的部分与外包装以抽屉的方式可以分离出来, 我们完全不必担心纸巾被抽断后如何拿出来, 也可以很好地做到更方便的把纸巾放入抽纸盒内, 真正做到安全可靠。

三、儿童创意抽纸盒的设计过程

材料有厚0.3cm瓦楞纸板、包装纸、双面胶、1.8cm宽透明胶带、电线、0.8cm厚瓦楞纸25.5cm×13cm。

四、结论

此款儿童创意纸抽外形新颖、造型独特、价格合理, 既能开发孩子的智力又具有很强的安全性, 不会对孩子的健康产生威胁, 而且方便儿童使用。我们可以很容易的找到原材料, 便于我们的制作, 相信这样一款抽纸盒一定会深受孩子们的喜爱并且会有很好的市场前景。

摘要：抽纸作为一种常见的卫生清洁用品, 常常被摆放在餐桌、办公桌、收银台等随手可及的地方, 更是被餐饮、娱乐、保险、汽车等各种行业作为赠品或促销品提供给消费者。一款构思巧妙、绿色环保、开启简便的抽纸盒会让使用者眼前一亮。本文分析现有市场纸抽盒的特点, 发现针对于儿童的纸抽, 造型单一, 存在安全隐患, 为了适应儿童的需求我设计制作出此种更适应儿童的新型纸抽盒。