一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法及其應(yīng)用，其特征是按如下步驟進(jìn)行：1建立數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間；2定義單根纖維和數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；3在數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的上表面生成位置、方向和長度服從隨機(jī)分布的單根纖維；4利用粒子沉淀規(guī)則判斷單根纖維是否允許沉淀到所在的切面上；5在單根纖維所在的切面中計(jì)算單根纖維的底層纖維在Z軸方向上的形變；6完成所有單根纖維的生成和形變從而完成數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成。本發(fā)明能賦予數(shù)字紙張以三維纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為數(shù)字紙張展現(xiàn)與紙張相同的墨水表達(dá)效果和手寫力表達(dá)效果提供技術(shù)支持。
【專利說明】一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]紙張是由不規(guī)則纖維隨機(jī)分布形成的三維纖維網(wǎng)絡(luò)，該三維纖維網(wǎng)絡(luò)具有“整體一致，局部隨機(jī)”的特點(diǎn)，纖維之間交織交錯形成了纖維交叉點(diǎn)和纖維間空隙，纖維交叉點(diǎn)對墨水具有吸收作用，纖維間空隙形成了毛細(xì)管，毛細(xì)管的毛細(xì)作用力對墨水具有吸引作用，會把墨水從一個地方帶到另一個地方，當(dāng)墨水中的油墨粒子大小不均勻的時(shí)候，大于纖維間空隙的油墨粒子就會被纖維阻擋而形成一個顏色比較深的區(qū)域；紙張?jiān)诖怪狈较蚴艿绞謱懥r(shí)會發(fā)生形變，從而紙張的厚度減小。
[0003]數(shù)字紙張，又稱為電子文檔，是指通過借助于計(jì)算機(jī)環(huán)境下的軟硬件技術(shù)，用數(shù)字化的方式逐步替代物質(zhì)紙張的存儲、傳輸、閱讀等功能，同時(shí)賦予其更強(qiáng)的功能。
[0004]目前具有代表性的數(shù)字紙張有Adobe公司推出的PDF文件和微軟公司Office系列，尤其是Office系列中的Word。而對PDF文件和Word文件的使用和研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的數(shù)字紙張只關(guān)注內(nèi)容的輸入、表達(dá)和存儲，忽略了紙張為纖維網(wǎng)絡(luò)的根本特點(diǎn)，導(dǎo)致數(shù)字紙張不能真實(shí)地展現(xiàn)墨水表達(dá)和手寫力表達(dá)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法及其應(yīng)用，賦予數(shù)字紙張以三維纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為數(shù)字紙張展現(xiàn)與紙張相同的墨水表達(dá)效果和手寫力表達(dá)效果提供技術(shù)支持。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:
[0008]步驟1、建立數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間；
[0009]以三維空間中的任意一點(diǎn)為原點(diǎn)0，建立空間直角坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，以所述原點(diǎn)O為起點(diǎn)，分別沿著X軸、Y軸和Z軸的正方向延伸，建立長、寬、高分別為X、y、z的數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間；設(shè)定所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的底面為A ;所述底面A的Z軸坐標(biāo)值為O ;
[0010]分別沿著與所述X軸、Y軸和Z軸平行的方向?qū)λ鰯?shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行均勻分割獲得細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，以所述細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中最小單元為一個單位細(xì)胞；
[0011]步驟2、定義單根纖維和數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
[0012]假設(shè)有f根單根纖維記為L= ΙΛ，12，…，Ip，…，lf}，p e (l，f)，lp表示第P根單根纖維；所述單根纖維是由若干個纖維粒子組成，設(shè)定所述單根纖維的纖維粒子個數(shù)為所述單根纖維在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中占用的單位細(xì)胞的個數(shù)；設(shè)定所述單根纖維的寬度為一個纖維粒子，厚度為M個纖維粒子，將所述M個纖維粒子厚度的單根纖維分為底層纖維、中層纖維和頂層纖維，定義所述底層纖維和頂層纖維的厚度分別為I個纖維粒子，則所述中層纖維的厚度為M-2個纖維粒子；定義所述低層纖維和頂層纖維中的纖維粒子個數(shù)均為n，則中層纖維的粒子個數(shù)為(M-2) Xn，定義所述單根纖維的長度為η ；
[0013]所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由f根單根纖維L逐根沿著Z軸負(fù)方向沉淀到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中而形成；
[0014]定義所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底面即為數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的底面A，所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的厚度為f根單根纖維沉淀到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間后沿著Z軸正方向的沉積高度；由所述單根纖維沿著Z軸負(fù)方向沉淀對所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行切割，形成單根纖維所在的切面；所述單根纖維所在的切面的寬度為所述單根纖維的長度η ;所述單根纖維所在的切面的高度為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的高度Z ;所述單根纖維所在的切面的方向是由所述單根纖維的底層纖維所占用的單位細(xì)胞在所述空間直角坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)值獲得的；
[0015]步驟3、令 P = I ;
[0016]步驟4、在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的上表面生成位置、方向和長度服從隨機(jī)分布的第P根單根纖維Ip ；
[0017]步驟5、利用式(I)所示的粒子沉淀規(guī)則判斷所述第P根單根纖維Ip是否允許沉淀到所在的切面上；若式(I)成立，則表示允許沉淀，并執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟4，重新生成第P根單根纖維Ip ;
[0018]hp ≤ a XHp(I)
[0019]式(I)中，hp為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中第P根單根纖維Ip所在的切面上所有單根纖維在Z軸方向上沉積高度的平均值；α為常量，a e [0,1] ;HP為所有p-1根單根纖維沉積到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中所形成的在Z軸方向上沉積高度的平均值；
[0020]并有:

【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: 步驟1、建立數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間； 以三維空間中的任意一點(diǎn)為原點(diǎn)O，建立空間直角坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，以所述原點(diǎn)O為起點(diǎn)，分別沿著X軸、Y軸和Z軸的正方向延伸，建立長、寬、高分別為x、y、z的數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間；設(shè)定所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的底面為A ;所述底面A的Z軸坐標(biāo)值為O ;= 分別沿著與所述X軸、Y軸和Z軸平行的方向?qū)λ鰯?shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行均勻分割獲得細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，以所述細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中最小單元為一個單位細(xì)胞； 步驟2、定義單根纖維和數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 假設(shè)有f根單根纖維記為L = (I1,12,…，lp，…，lf}，P e (I, f)，Ip表示第p根單根纖維；所述單根纖維是由若干個纖維粒子組成，設(shè)定所述單根纖維的纖維粒子個數(shù)為所述單根纖維在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中占用的單位細(xì)胞的個數(shù)；設(shè)定所述單根纖維的寬度為一個纖維粒子，厚度為M個纖維粒子，將所述M個纖維粒子厚度的單根纖維分為底層纖維、中層纖維和頂層纖維，定義所述底層纖維和頂層纖維的厚度分別為I個纖維粒子，則所述中層纖維的厚度為M-2個纖維粒子；定義所述低層纖維和頂層纖維中的纖維粒子個數(shù)均為n，則中層纖維的粒子個數(shù)為(M-2) Xn，定義所述單根纖維的長度為η ； 所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由f根單根纖維L逐根沿著Z軸負(fù)方向沉淀到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中而形成； 定義所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底面即為數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的底面A，所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的厚度為f根單根纖維沉淀到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間后沿著Z軸正方向的沉積高度；由所述單根纖維沿著Z軸負(fù)方向沉淀對所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行切割，形成單根纖維所在的切面；所述單根纖維所在的切面的寬度為所述單根纖維的長度η ;所述單根纖維所在的切面的高度為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的高度z ;所述單根纖維所在的切面的方向是由所述單根纖維的底層纖維所占用的單位細(xì)胞在所述空間直角坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)值獲得的； 步驟3、令ρ = 1; 步驟4、在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的上表面生成位置、方向和長度服從隨機(jī)分布的第P根單根纖維Ip ; 步驟5、利用式(I)所示的粒子沉淀規(guī)則判斷所述第P根單根纖維Ip是否允許沉淀到所在的切面上；若式(I)成立，則表示允許沉淀，并執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟4，重新生成第P根單根纖維Ip ; hp^ a XHp(I) 式(I)中，hp為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中第P根單根纖維Ip所在的切面上所有單根纖維在Z軸方向上沉積高度的平均值；α為常量，a e [0,1] ;HP為所有p-1根單根纖維沉積到所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間中所形成的在Z軸方向上沉積高度的平均值； 并有: η =丄 χ1>,(2)
n 式(2)中，匕為β點(diǎn)處數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高度；所述β點(diǎn)為組成所述第P根單根纖維Ip的底層纖維中第i個纖維粒子所占用的一個單位細(xì)胞在底面A上形成的正投影點(diǎn)；1 ≤ i ≤ η ; 式(I)中Hp為:
m.式(3)中，m為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中上表面的單位細(xì)胞的個數(shù)，I ≤ j ≤ m ；Hj為所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中上表面的第j個單位細(xì)胞所在位置處的數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高度； 步驟6、在所述第P根單根纖維Ip所在的切面中計(jì)算所述第P根單根纖維Ip的底層纖維在Z軸方向上的形變； 步驟6.1、定義所述第P根單根纖維Ip所在的切面中的每個單位細(xì)胞的狀態(tài)為“空”、“形變”或“完成”；“空”以“O”值表征，“形變”以“-1”值表征，“完成”以“P”值表征，所述“空”是指單位細(xì)胞處沒有纖維粒子，所述“形變”是指所述單位細(xì)胞處存在形變中的纖維粒子，所述“完成”是指所述單位細(xì)胞處的纖維粒子已經(jīng)完成形變； 步驟6.2、令i = I ; 步驟6.3、利用式(4)判斷t時(shí)刻組成所述第P根單根纖維Ip的底層纖維中第i個纖維粒子是否允許發(fā)生形變，若式(4)成立，表示允許形變，則所述底層纖維中的第i個纖維粒子向Z軸負(fù)方向沉淀一個單位細(xì)胞的高度；否則，表示不允許形變，則所述底層纖維中的第i個纖維粒子所在的單位細(xì)胞保持t時(shí)刻的狀態(tài)； Z1-Zj(4) 式(4)中，Zi表示所述底層纖維中第i個纖維粒子在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的Z軸方向上的高度值表示與所述第P根單根纖維Ip的底層纖維中第i個纖維粒子相鄰的第q個纖維粒子在所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)空間的Z軸方向上的高度值；F為所述第P根單根纖維Ip的底層纖維的最大形變量，其取值范圍為[1，M)； 步驟6.4、將i+1的值賦給i ; 步驟6.5、判斷i < η是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟6.3 ;否則將t+Ι賦值給t，并執(zhí)行步驟6.2，直到所述第P根單根纖維Ip的底層纖維中每個纖維粒子的狀態(tài)都為“完成”為止，從而完成所述第P根單根纖維的沉淀； 步驟7、將p+1的值賦給P ; 步驟8、判斷P < f是否成立，若成立，則執(zhí)行步驟4，否則，完成所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成。
2.一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的屬性獲取方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: 步驟1、相關(guān)屬性與存儲矩陣的定義 設(shè)定所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中具有相同X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)的單位細(xì)胞為測量單位； 定義所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與墨水表達(dá)的相關(guān)屬性為: 在所述測量單位中單根纖維與其他單根纖維之間的交叉點(diǎn)數(shù)目G、所述測量單位與其相鄰的其他測量單位之間存在同一根單根纖維的數(shù)目R以及在所述測量單位中單根纖維與其他單根纖維之間的空隙數(shù)目S ； 定義所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與手寫力表達(dá)相關(guān)的物理屬性為: 在所述測量單位中數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的厚度U ； 設(shè)定存儲所述交叉點(diǎn)數(shù)目G的矩陣為bondedNum[X] [y];設(shè)定與所述測量單位相鄰的其他測量單位個數(shù)為w ;則存儲所述同一單根纖維數(shù)目R的矩陣為connectingFiberNum[x][y] [w]； 設(shè)定存儲所述空隙數(shù)目S的矩陣為poreNum [x] [y];存儲所述厚度U的矩陣為thickness[x][y]； 步驟2、相關(guān)屬性的獲取 所述矩陣bondedNum[x] [y]中任一元素的值是通過所述測量單位中所包含的狀態(tài)為“完成”的單位細(xì)胞的總數(shù)除以M獲得的； 所述矩陣connectingFiberNum[x] [y] [w]中任一組的w個值分別為所述測量單位與其相鄰的w個測量單位中相同“p”值的個數(shù)； 所述矩陣poreNum[x] [y]中任一元素的值為所述測量單位中所包含的狀態(tài)為“空”的單位細(xì)胞個數(shù)； 所述矩陣thicknessk] [y]中的任一元素的值為所述測量單位中數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的厚度。
3.一種數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的屬性存儲方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: 步驟1、基于XML Schema定義所述數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的屬性的文件存儲結(jié)構(gòu)為XSD文件；所述XSD文件包括:屬性名稱、數(shù)據(jù)類型和限制條件； 步驟2、存儲所測量的數(shù)字紙張纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與墨水表達(dá)和手寫力表達(dá)相關(guān)的屬性值到符合所述XSD文件所定義的文件存儲結(jié)構(gòu)的XML文件中，從而獲得包含有相關(guān)屬性值的XML文件。
【文檔編號】G06T7/00GK104200526SQ201410482738
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】吳仲城, 溫國華 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院