问题：[题]

题目：支持概念设计的三维建模中笔式交互技术的研究与实现

概念设计位于设计过程的早期阶段，是一项带有创造性的工作；它对产品性能和总体成本具有决定性的影响。在概念设计阶段，设计者的创作意图往往表现为抽象的、稍纵即逝的灵感；其包含的信息是模糊的、非精确的。能否及时捕捉并记录创作灵感对于概念设计过程来说是至关重要的。目前，占据主导地位的三维CAD系统采用了WIMP方式的交互界面，具有强大的三维精确建模功能。但是，在这种界面中，人的交互意图被人为地“分割”和“组织”为一系列离散的、基于单词的交互命令，这就需要用户付出较多的认知努力；它还需要用户输入完整、具体而精确的几何数据，而这些数据只有等到设计结束时才能得到；另外，该界面需要用户不断地在鼠标、按钮、菜单和键盘之间频繁地跳转以显式切换交互的上下文，这严重阻碍了设计者创作思路的流畅表达。总之，传统的三维CAD系统是从计算机系统的角度出发，而不是从用户的认知角度出发设计的，因而难以有效支持概念设计。长期以来，人们仍然采用纸笔方式进行概念设计。这种表达方法简单、自然，但具有较大的局限性：它不便于反复修改、保存、组织和查询，也不便于进行交互，更无法实现与详细设计过程的无缝连接。笔式用户界面是Post-WIMP界面的重要表现形式，它通过纸和笔的交互隐喻，采用自由勾画、手势等交互方式，用户可以实现自然而高效的交互。本文基于笔式用户界面，针对概念设计阶段的三维建模过程进行了深入研究。笔式三维建模技术支持用户以更加自然、高效的方式表达设计意图，而系统则会及时依据交互的上下文解析用户的交互信息，并推测用户的交互意图，完成相应的三维建模过程。笔式三维建模技术将传统的纸笔交互方式与三维精确建模技术结合起来，使设计者集中精力从事设计工作。本文的研究工作与研究成果主要包括了如下几个方面：（1） 笔式用户界面从笔式用户界面的发展背景入手，明确阐述了笔式用户界面的基本概念，给出了笔式用户界面的交互特征，分析了笔式用户界面的交互范型，讨论了隐式交互技术，从而为构造笔式用户界面提供理论指导。（2） 支持概念设计的草图技术从分析草图的本质及其功能特性入手，深入探讨了概念设计过程的设计活动及其思维特征，重点讨论了支持概念设计过程的草图技术，对支持概念设计过程的笔式三维建模技术进行了深入的剖析，为基于手绘草图的三维建模技术提供理论和方法的指导。（3） 笔式草图的增量识别笔式草图的识别作为笔式三维建模系统的关键技术，对于系统的性能具有决定性的影响。本文基于特征建模技术，结合笔式草图的信息特征，提出了笔式草图的增量识别方法，采用实时、逐笔处理的方式将二维笔划信息逐步识别为二维基本图元、二维组合图元，最后依据二维图元的拓扑关系以及交互的上下文将二维图元组合为特征手势，为后续的三维建模过程提供数据准备。（4） 笔式用户界面中的手势交互资源研究针对笔式用户界面中手势管理与应用之间的耦合度问题，提出了一种手势资源模型。该模型将手势作为一种独立的资源进行管理，在具体的应用中，手势以引用的方式加以应用，从而有效降低了手势管理与应用之间的耦合度，提高了手势管理与应用的灵活性。（5） 笔式三维建模技术从笔式三维建模技术的基本原理出发，重点讨论了笔式三维建模技术的关键技术，其中包括了二维草图与三维模型的集成，基于笔输入的特征建模技术与自由建模技术，从二维草图到三维模型的映射机制，为基于二维笔式草图的三维建模技术提供了比较完整的解决方案。（6） 笔式三维建模系统PenSketch3D从几何造型平台ACIS及其开发技术入手，着重介绍了基于ACIS开发的笔式三维建模系统PenSketch3D。给出了PenSketch3D的系统结构以及数据结构，并以实例的方式介绍了PenSketch3D的功能，最后，与相关的研究工作进行了比较，剖析了PenSketch3D的特点，并对笔式三维建模技术的未来进行了展望。关键词：笔式用户界面，手势交互，手势资源，特征建模，草图设计，概念设计