基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法与系统

技术领域

本申请涉及纸品结构设计技术领域，特别涉及基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法及系统。

背景技术

纸品加工行业是我国重要的产业之一，无论是包装箱用的瓦楞纸板，还是作为卫生用品的纸巾，均是日常生活中不可或缺的常用品，产品、商品等商品的包装大多是以纸品构成的包装箱来包裹承装的。

由于互联网电商的兴起，多数用户均在商品生产方购买商品，但由于商品生产方上的商品种类繁多，并且有很多种类的商品由于结构特殊性或材料特殊性，在对其进行包装时需除了用纸箱进行整体包装之外，还需要在纸箱内部设置一些内衬件作为商品与纸箱之间的缓冲，避免在运输过程中纸箱由于振动等原因导致商品损坏。

目前在商品包装方面主要是人工通过经验来对不同类型商品进行瓦楞纸包装结构进行设计，一次设计出一种包装结构，并且该包装结构只能够针对单一类型的商品，此种方式难以应对繁多的商品种类的包装需求，自动化程度和便利性均较低。

发明内容

基于此，为了能够自动设计出适配于多种不同类型商品的瓦楞纸包装结构，省去人工对商品进行手动设计，满足对多种商品种类的包装设计需求，本申请公开了以下技术方案。

一方面，提供了一种基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法，包括：

获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

识别出所述体素模型的商品类型信息，基于该信息获取到模型的结构特征；

对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态和加固要素；

基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型；

从外箱模型库中选取出与所述体素模型和所述内衬模型结合后得到的内包装体相适配的包装箱模型。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型，包括：

获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种可能的实施方式中，该方法还包括：

在所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型之前，先对所述点云数据进行分割，获取分割后得到的每个点云区域分别在三轴基准面上的投影，将投影得到的点进行拟合得到投影图形，将所述投影图形的外轮廓在轴向上的最小长度作为所述粒度需求的上限设置依据。

在一种可能的实施方式中，所述识别出所述体素模型的商品类型信息，包括：

计算所述体素模型与体素模型库中各体素模板之间的第一相似度，将第一相似度进行从大到小排序，获取相邻第一相似度之间的差值；

在首位差值不低于差值阈值时，将首个第一相似度对应的体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型，否则获取当前分辨率下第一相似度不低于相似阈值的候选体素模板，提高所述体素模型的分辨率，并计算提高分辨率后所述体素模型与相应分辨率下所述候选体素模板的第二相似度，综合所述第一相似度和所述第二相似度计算所述体素模型与所述候选体素模板之间的整体相似度，将所述整体相似度最高的候选体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型。

在一种可能的实施方式中，所述第一相似度和所述第二相似度的计算方式包括：

分别获取所述体素模型和所述体素模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

对所述体素模型和所述体素模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度。

在一种可能的实施方式中，所述基于该信息获取到模型的结构特征，包括：

基于商品类型信息获取商品的结构组成及其结构关系；

基于所述结构组成对体素模型进行分割，得到相应的体素结构及其功能类型；

基于所述结构关系和所述功能类型生成各体素结构的结构依赖关系。

在一种可能的实施方式中，所述对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态，包括：

在体素结构包含有功能类型为底部平衡的体素结构时，将该体素结构位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的体素结构及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种可能的实施方式中，所述对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的加固要素，包括：

依据所述结构依赖关系和体素模型的重心确定出待加固的目标体素结构；

依据所述商品类型信息确定各目标体素结构的加固要素。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型，包括：

依据所述目标体素结构的尺寸和所述摆放姿态得到所述目标体素结构与体素模型空间范围在各轴向上的距离；

依据所述距离、体素模型的重心以及所述商品类型信息为所述目标体素结构分配加固要素；

获取所述目标体素结构的面几何特征，依据所述面几何特征从内衬模型库中确定出对所述目标体素结构产生的空间位置约束符合相应分配的加固要素的内衬模型。

另一方面，还提供了一种基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计系统，包括：

体素模型建立模块，用于获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

结构特征获取模块，用于识别出所述体素模型的商品类型信息，基于该信息获取到模型的结构特征；

加固要素确定模块，用于对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态和加固要素；

内衬模型选取模块，用于基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型；

箱体模型选取模块，用于从外箱模型库中选取出与所述体素模型和所述内衬模型结合后得到的内包装体相适配的包装箱模型。

在一种可能的实施方式中，所述体素模型建立模块包括：

空间范围获取单元，用于获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

体素尺寸确定单元，用于依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

体素模型生成单元，用于判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种可能的实施方式中，所述体素模型建立模块还包括：

粒度上限确定单元，用于在所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型之前，先对所述点云数据进行分割，获取分割后得到的每个点云区域分别在三轴基准面上的投影，将投影得到的点进行拟合得到投影图形，将所述投影图形的外轮廓在轴向上的最小长度作为所述粒度需求的上限设置依据。

在一种可能的实施方式中，所述结构特征获取模块包括：

差值计算单元，用于计算所述体素模型与体素模型库中各体素模板之间的第一相似度，将第一相似度进行从大到小排序，获取相邻第一相似度之间的差值；

商品类型确定单元，用于在首位差值不低于差值阈值时，将首个第一相似度对应的体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型，否则获取当前分辨率下第一相似度不低于相似阈值的候选体素模板，提高所述体素模型的分辨率，并计算提高分辨率后所述体素模型与相应分辨率下所述候选体素模板的第二相似度，综合所述第一相似度和所述第二相似度计算所述体素模型与所述候选体素模板之间的整体相似度，将所述整体相似度最高的候选体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型。

在一种可能的实施方式中，所述结构特征获取模块计算第一相似度和所述第二相似度的方式包括：

分别获取所述体素模型和所述体素模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

对所述体素模型和所述体素模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度。

在一种可能的实施方式中，所述结构特征获取模块包括：

结构组成获取单元，用于基于商品类型信息获取商品的结构组成及其结构关系；

体素结构获取单元，用于基于所述结构组成对体素模型进行分割，得到相应的体素结构及其功能类型；

依赖关系生成单元，用于基于所述结构关系和所述功能类型生成各体素结构的结构依赖关系。

在一种可能的实施方式中，所述加固要素确定模块包括：

摆放姿态确定单元，用于在体素结构包含有功能类型为底部平衡的体素结构时，将该体素结构位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的体素结构及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种可能的实施方式中，所述加固要素确定模块包括：

目标结构确定单元，用于依据所述结构依赖关系和体素模型的重心确定出待加固的目标体素结构；

加固要素确定单元，用于依据所述商品类型信息确定各目标体素结构的加固要素。

在一种可能的实施方式中，所述内衬模型选取模块包括：

轴向距离获取单元，用于依据所述目标体素结构的尺寸和所述摆放姿态得到所述目标体素结构与体素模型空间范围在各轴向上的距离；

加固要素分配单元，用于依据所述距离、体素模型的重心以及所述商品类型信息为所述目标体素结构分配加固要素；

内衬模型确定单元，用于获取所述目标体素结构的面几何特征，依据所述面几何特征从内衬模型库中确定出对所述目标体素结构产生的空间位置约束符合相应分配的加固要素的内衬模型。

本申请公开的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法与系统，利用体素模型来表达商品形态，并判断出体素模型的结构形态特征，由此获取到商品在打包时需要进行何种方式的加固，然后自动从模型库中选取相应的内衬缓冲模型和包装箱模型，生成商品的包装方案，整个过程全自动化进行，无需人工参与，并且能够针对各种不同类型和形态的商品进行包装设计，使得包装设计智能化、便捷化。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。

图1是本申请公开的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法实施例的流程示意图。

图2是台式机显示器的体素模型M1的示意图。

图3是投影平面图的最小长度截取示意图。

图4是模型之间相似度对比示意图。

图5是体素模型M1采用的一种内衬模型的结构示意图。

图6是体素模型M1采用的另一种内衬模型的结构示意图。

图7是本申请公开的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计系统实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

下面参考图1-图6详细描述本申请公开的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法实施例。如图1所示，本实施例公开的方法包括如下步骤100至步骤500。

步骤100，体素模型建立模块获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型。

当商品生产方或商品代理商为自家售卖的商品进购商品打包所需的瓦楞纸包装时，瓦楞纸生产方首先需要获取到商品的点云数据，点云数据可以是通过激光扫描仪等设备对商品进行扫描而获取到，由于点云数据的获取成本较高，因此本方法对于集成有商品生产方、物流中心和瓦楞纸生产线的公司尤为适用，当公司研发出新产品或作为代理商进购了很多新商品后，可以直接通过公司配备的激光扫描仪对产品或商品进行扫描得到点云数据，并将数据转发给体素模型建立模块，体素模型建立模块获取到商品的点云数据后，构建出商品的体素模型。可以理解的是，体素模型即为需求导入模型，由体素模型产生加固需求进而完成内衬件的选取，最终完成包装箱的适配。

获取到商品生产方或商家发来的点云数据或自家扫描后得到的点云数据后，开始构建体素模型。体素是体积元素（Volume Pixel）的简称，而体素模型就是由多个体素组成的能够表达商品的三维形态的模型。可以理解的是，由于建立商品的体素模型是为了确定出商品需要且适配的瓦楞纸内衬结构，而瓦楞纸结构主要是平板件，不包含曲面的结构，因此采用体素模型，体素模型对精度不是很敏感，但能够满足对商品形态表征的精度需求，同时还能够节约运算时需要的运算资源，并且体素模型的外表面均为平面而不包含曲面，利于在内衬结构适配判断时的计算。具体的，图2为依据台式机显示器的点云数据构建出的体素模型M1的示意图。

步骤200，结构特征获取模块识别出所述体素模型的商品类型信息，基于该信息获取到模型的结构特征。

对体素模型进行分析后，可以确定出该体素模型的商品类型信息，商品类型信息中包括了商品类型，例如商品为D1型号的台式机电脑显示屏，并包括了该型号的台式机电脑显示屏中的各结构组成及其结构连接关系等信息。结构特征指的是能够作为确定商品需要何种加固的依据之一，例如结构特征可以是结构依赖关系，通过结构依赖关系可以得知各个结构组成中哪些结构组成受力较大使得容易收到振动影响而损坏。

步骤300，加固要素确定模块对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态和加固要素。

摆放姿态是商品打包时需要考虑的一个问题，摆放姿态的不同会使得商品在运输过程中的易损坏性不同，打包时采用的内衬纸结构和包装箱结构也会不同。加固要素指的是对目标体素结构的移动约束，主要包括横向移动约束、纵向移动约束和竖向移动约束。通过结构特征分析出摆放姿态和需要施加的加固要素，确定出商品需要进行何种形式的保护。

步骤400，内衬模型选取模块基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型。

内衬模型库中存有多种类型的内衬模型，例如缓冲类模型、减震类模型、支承类模型等等，同一类型的模型中包括了多种适应不同商品形状的模型，例如长方体、两侧带折翼的长方体、“山”形板、对插式网格板等等。体素模型摆放姿态的不同会影响内衬模型的安装位置，例如图2中的显示器模型M1在屏幕朝前的当前姿态下的显示屏顶部缓冲件是固定在纸箱上盖的内侧，但若是在屏幕朝上的姿态下则显示屏顶部缓冲件是固定在纸箱侧壁上。并且由于屏幕朝上的姿态下，底座失去了支撑作用，还需要在屏幕底部增加支撑，因此采用的显示屏顶部缓冲件也可能发生变化，也就是选取的内衬模型会有所变化。

体素模型的尺寸指的就是体素模型在空间范围内占用的空间区域，包括体素模型的各个结构组成的三维尺寸等数据。体素模型尺寸的不同同样会影响内衬模型的选取，因为同形状的内衬模型也会因为尺寸的不同而作为两个不同的内衬模型存在。

步骤500，箱体模型选取模块从外箱模型库中选取出与所述体素模型和所述内衬模型结合后得到的内包装体相适配的包装箱模型。

外箱模型库存有多种样式的外包装箱模型，包括折叠式、粘接式、钉接式等等，不同样式的包装箱模型也具有有多种不同尺寸可以选择，不同尺寸的包装箱模型被视为不同的两个模型。

在给体素模型装配上内衬模型后得到内包装体，由于包含了内衬模型，因此内包装体的空间范围要大于体素模型的空间范围，而为了使包装箱内空间更为紧凑、内衬模型更便于安装，因此将内包装体的空间范围作为包装纸箱的内部空间，由此来对包装箱模型进行设计。例如体素模型M9的空间范围是500*500*400，内衬模型包括左右两侧的缓冲模型和顶部的缓冲模型，因此内包装体的空间范围是540*500*420，因此与该内包装体适配的纸箱也需要具有540*500*420的内部空间。

本实施例利用体素模型来表达商品形态，并判断出体素模型的结构形态特征，由此获取到商品在打包时需要进行何种方式的加固，然后自动从模型库中选取相应的内衬缓冲模型和包装箱模型，生成商品的包装方案，整个过程全自动化进行，无需人工参与，并且能够针对各种不同类型和形态的商品进行包装设计，使得包装设计智能化、便捷化。

在一种实施方式中，体素模型建立模块基于所述点云数据构建该商品的体素模型的方式具体包括以下步骤110至步骤130。

步骤110，空间范围获取单元获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围。

假设点云数据共有500个点，则确定出这500个点在X、Y、Z三个轴上的最大值和最小值，得到Xmax、Xmin、Ymax、Ymin、Zmax、Zmin，其中的最小值限定了体素模型可能存在的一侧的极限位置，最大值限定了体素模型可能存在的另一侧的极限位置，由此得到一个长方体或正方体的三位矩阵作为体素模型的空间范围。图2中示出的构建完成的台式机显示器体素模型中，X、Y、Z三轴方向如图所示，分别对应横向、纵向和竖向。

步骤120，体素尺寸确定单元依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸。

粒度需求限定了体素模型能够达到商品实际形状的真实程度，粒度需求越高，则反映出的商品实际形状的真实程度越低，反之则越高。假设体素模型M的空间范围为(0,0,0,)至(500,200,400)，若粒度需求为10，则每个体素单元（体素模型的最小正方体单位）的尺寸为10*10*10，则空间范围内共有50*20*40个体素单元格，体素单元格为能够仅包含一个体素单元的空间；若粒度需求为2，则每个体素单元的尺寸为2*2*2，则空间范围内共有250*100*200个体素单元格，粒度需求为2时的分辨率明显高于粒度需求为10时的分辨率，因此能够体现出更多的商品形状的细节内容，反映的真实程度更高。

步骤130，体素模型生成单元判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

以粒度需求=10为例，此时的体素模型M包含有50*20*40个体素单元，点云数据中的每个点均位于其中的一个体素单元内，有些体素单元内包含有多个点，有些体素单元则不包含任一个点，将每个包含有一个或多个点的体素单元进行统计，并由这些统计出的体素单元形成与商品形状对应的体素模型。

在一种实施方式中，该瓦楞纸结构设计方法还包括步骤101：体素模型建立模块的粒度上限确定单元在所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型之前，先对所述点云数据进行分割，获取分割后得到的每个点云区域分别在三轴基准面上的投影，将投影得到的点进行拟合得到投影图形，将所述投影图形的外轮廓在三轴向上的最小长度作为所述粒度需求的上限设置依据。

通过对点云数据进行分割，例如采用RANSAC(Random Sample Consensus)或聚类算法等方式进行点云分割，将点云数据划分为不同的点云区域，这些区域分别包含着商品的不同组成部分，而这些组成部分有大有小，有粗有细，有长有短，因此对于每个点云区域，都获取其分别在XY、YZ、XZ三个轴基准面上的投影，得到点云区域的三个投影，每个投影包含有多个点，将该多个点进行连接和拟合，得到投影图形，投影图形中包含一个封闭的外轮廓线以及轮廓内的多个相连的连线。如图3所示，提取出投影图形的外轮廓线，将每个外轮廓线作为一个平面图，分别用X轴和Y轴对外轮廓线进行单一步长地扫掠，图3中的虚线箭头即为轴线逐步在扫掠外轮廓线的过程，而过程中会与外轮廓线相交得到多条线段的，线段在图3中以点画线的形式示出。

假设点云数据分割出10个点云区域，因此会得到30个投影图形，进而得到30个外轮廓线，每个外轮廓线经X、Y双向扫掠后得到一个最小长度线段，将所有30个外轮廓线的最小长度线段进行比较，确定出整个点云数据的最小长度线段，该最小长度线段即为外轮廓线中最“细”或者最“薄”的位置，而这些位置尤其可能需要配置内衬结构来进行加固，若粒度需求过高导致体素模型中的最薄或最细的部位无法真实表达，则最终确定出的内衬模型可能无法合适与实际的商品进行装配，

因此为了使体素模型能够真实地反映出商品在这些位置的形态，因此将粒度需求的上限设置为能够刚好表达出这些位置的形态，例如最薄的位置为5，则粒度需求被设置为依据该粒度需求所确定出的体素单元尺寸不大于5，这样才能真实反映商品的相应位置处的薄度。

可以理解的是，步骤101最终得到的是粒度需求的上限值，而在真实选取粒度需求时，可以选择更低的粒度需求，使得体素模型更加真实，只要体素单元不会大至超出了最薄或最细的位置即可，对于剩余的更厚或更粗的位置，在该粒度需求上限的约束下，体素单元必然能够不失真地进行特征表达。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块识别出所述体素模型的商品类型信息包括以下步骤210至步骤220。

步骤210，结构特征获取模块计算所述体素模型与体素模型库中各体素模板之间的第一相似度，将第一相似度进行从大到小排序，获取相邻第一相似度之间的差值。

体素模型库是针对各类商品预先建立的模板库，通过对体素模型M与模型库中的所有n个体素模板进行第一相似度计算，得到第一相似度序列，将序列中的相似度数值进行从大到小排序，并计算相邻的相似度差值，得到n-1个差值。

步骤220，结构特征获取模块在首位差值不低于差值阈值时，将首个第一相似度对应的体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型。

差值阈值用来判断算出的相似度之间差距有多大，若首位的第一相似度为0.95（1为完全一样，0为完全不一样），第二位的第一相似度为0.85，则首位差值为0.1，超出了差值阈值0.05，说明与体素模型M最相似的体素模板的相似度远超其他体素模板，此时可以确定出体素模型M的商品类型与该最相似的体素模板的商品类型相同。

若首位差值不低于差值阈值，例如第二位、第三位和第四位的相似度依次为0.92、0.91、0.91，则首位差值为0.03，低于0.05的差值阈值，说明前几个体素模板都与体素模型M很相似，因此存在着由于体素模型构建时产生的偏差导致真实应当最相似的体素模板不是首位体素模板，也就是体素模型由于偏差使得与其他体素模板最相似了，此时若直接把最相似的体素模板作为体素模型则可能导致商品类型识别错误，此时需要进一步细化粒度来确定出体素模型的真实商品类型。

具体方式为，结构特征获取模块获取当前分辨率下第一相似度不低于相似阈值的候选体素模板，提高所述体素模型的分辨率，并计算提高分辨率后所述体素模型与相应分辨率下所述候选体素模板的第二相似度，综合所述第一相似度和所述第二相似度计算所述体素模型与所述候选体素模板之间的整体相似度，将所述整体相似度最高的候选体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型。

相似阈值用于筛选出相似达到一定程度的体素模板，由于当前分辨率下的前四个体素模板均与体素模型M很相似，相似度超过了相似阈值的0.9，而第五位的相似度为0.87，因此只有前四位体素模板参与新一轮的相似度计算。然后提高体素模型的分辨率，也就是降低粒度需求，减小体素单元的尺寸，由于模型库中包含了体素模板在不同分辨率下的形态，因此将提高分辨率之后的模型M与该四个体素模板进行第二相似度的计算，此时既有模型M与四个模板在原分辨率下的第一相似度，也有模型M与四个模板在更高分辨率下的第二相似度，则为第二相似度分配相较于第一相似度更高的权重，使相似度乘以相应的权重，得出该四个体素模板的综合分值，将分值最高的体素模板作为与模型M最相似的模板，并将该最相似模板的商品类型作为体素模型M的商品类型，例如商品类型为D1型台式机显示器。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块通过以下步骤A1至步骤A3计算第一相似度和所述第二相似度。

步骤A1，分别获取所述体素模型和所述体素模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置。

外表体素单元指的是从体素模型的外部能够观测到的体素单元，如图2所示，所有能够观测到的体素单元均为外表体素单元，例如显示屏正面一侧的所有体素单元均为外表体素单元。由于第一相似度和所述第二相似度均是在相同分辨率（粒度需求相同）的情况下进行计算的，因此参与相似度计算的体素模型和体素模板的空间范围是相同的。

步骤A2，对所述体素模型和所述体素模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元。

假设当前要对体素模型M和体素模板T1进行比对，则遍历整个空间范围内的所有体素单元格，判断体素单元格内有无体素单元、该体素单元是否为外表体素单元、该外表体素单元的位置，由此统计出同位体素单元的数量和异位体素单元的数量。同位体素单元指的是在同一体素单元格内，模型和模板均具有外表体素单元，或者一方具有外表体素单元而另一方为上、下、左、右、前、后面均有相邻体素单元的内部体素单元，异位体素单元指的是在同一体素单元格内，模型和模板中的一方具有外表体素单元而另一方为空的体素单元格。

可以理解的是，因为有可能出现对比双方中其中一方的外表体素单元在位置和数量及其体素特征方面完全包含了另一方的外表体素单元并且还比另一方多出来一部分外表体素单元的情况，例如图4中，中间位置处的模型M3比左侧的模型M2多出了一个外表体素单元U4，因此U4即为M2和M3之间唯一的一个异位体素单元；右侧的模型M4比M3多出了单元U5、U6、和U7，但少了单元U4，假设M3为体素模型，M4为体素模板，则M3和M4之间的异位体素单元共包括U4至U7四个单元。

步骤A3，基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度。

继续以图4为例，模型M2和M3的同位体素单元有9个，异位体素单元有1个，因此M2和M3的相似度Si(M2,M3)=9/(1+9)=0.9。模型M3和M4的同位体素单元有9个，异位体素单元有4个，因此M3和M4的相似度Si(M3,M4)=9/(4+9)=0.69。模型M2和M4的同位体素单元有9个，异位体素单元有3个，因此M2和M4的相似度Si(M2,M4)=9/(3+9)=0.75。

对于形状几乎一样但在尺寸方面一个模型的大小相对于另一个模型呈等比例略微放大的情况，通过步骤A1至步骤A3算出的相似度会低于0.5，但实际上两者只是尺寸不同而已，因此上述算法不善于应对尺寸比例不同但形状相同的相似度计算，但该算法速度很快，并且由于相比较的模型和模板都是处于同分辨率下，空间范围和体素单元格的数量都是相同的，此时难以发生对同一商品构建的体素模型会有不同尺寸比例的情况，因为若尺寸比例不同，则体素模型的部分位置的厚度、长度等均会发生较大失真，而实际上失真的程度不会达到这种程度，因此本算法既能够快速算出相似度，又能够通过在同分辨率下进行比对来避免受到失真影响。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块基于该信息获取到模型的结构特征包括以下步骤230至步骤250。

步骤230，结构组成获取单元基于商品类型信息获取商品的结构组成及其结构关系。

假设商品类型信息表明体素模型为D1型台式机显示器，则结构特征获取模块自动从系统中提取出该型号的显示器的产品结构数据，如图2所示，图2中的体素模型为M1，包括方形显示屏S1、一端与S1铰接的支撑柱S2、与S2固定连接的盘状底座S3，S1至S3为结构组成，而铰接、固定连接则为结构关系。

步骤240，体素结构获取单元基于所述结构组成对体素模型进行分割，得到相应的体素结构及其功能类型。

在知道结构组成及其结构关系后，可以对应地将体素模型M1的体素单元按照结构组成进行划分，得到方形显示屏S1、支撑柱S2、盘状底座S3的体素结构。在获取到结构组成后即可得到各结构组成的功能类型，而在模型分割之后即能够将功能类型与相应的体素结构配对。功能类型指的是各体素结构（也就是结构组成）功能的所述类型，功能类型可以有多种，例如S1的功能类型为主期望作用，S2的功能类型为直立支撑，S3的功能类型为底部平衡，其中主期望作用指的是能够实现该商品被期望实现的最主要功能，也就是实现显示功能。

步骤250，依赖关系生成单元基于所述结构关系和所述功能类型生成各体素结构的结构依赖关系。

结构依赖关系指的是体素模型在结构上的成立所需要依据的结构搭建次序关系，对于一个机械结构来说，结构搭建次序关系主要包括了力的传导关系，以图2的模型M1为例，M1中S1的成立依赖于S2的支撑，而S2的成立依赖于S3的支撑，因此结构依赖关系为S1->S2->S3，A->B表示A依赖于B，而结构依赖关系即为结构特征获取模块获取到的结构特征。

在一种实施方式中，所述加固要素确定模块对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态包括以下步骤310。

步骤310，摆放姿态确定单元在体素结构包含有功能类型为底部平衡的体素结构时，加固要素确定模块将该体素结构位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的体素结构及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

摆放姿态的确定需要考虑商品是否有专门设置的用于唯一的或有限的多种情况下的摆放位置约束或参考。以图2的显示器模型M1为例，其具有功能类型为底部平衡的盘状底座S3，S3即为该显示器的摆放姿态约束，因此该显示器在打包时的摆放姿态应为使用状态下的姿态，也就是正面朝前来摆放。

有些商品是没有底部平衡功能类型的结构组成或者与其功能类型相似的结构组成，例如瓷碗，其摆放姿态没有被约束，此时的摆放姿态可以根据需要进行选择，而选择方式主要考虑商品的重心，也就是体素模型的重心，由于重心越低，商品越不容易受到振动影响，商品的运输过程也就越稳定，因此依据体素结构的功能类型能够得知各结构组成的估算重量或各结构组成之间的重量比，再通过体素结构的尺寸能够估算出整个体素模型的大致重心位置，将重心最低时的姿态作为模型的摆放姿态。

在一种实施方式中，所述加固要素确定模块对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的加固要素包括以下步骤320至步骤330。

步骤320，目标结构确定单元依据所述结构依赖关系和体素模型的重心确定出待加固的目标体素结构。

以图2中的模型M1为例，其结构依赖关系为S1->S2->S3，而重心的位置在摆放姿态的计算中确定出位于模型M1的中心偏上位置。其中，从结构依赖关系来看，由于最终被依赖的结构为S3，因此盘状底座S3为待加固的目标体素结构；从重心位置来看，重心位于模型最上方的S1内，因此方形显示屏S1同样为待加固的目标体素结构。

可以理解的是，由于瓷碗等商品可能是一体成型并且除了碗体以外没有其他结构方面的特征，因此其不具有结构依赖关系，此时其加固要素就只通过体素模型的重心进行确定，结构依赖关系不作为其加固要素的依据。

步骤330，加固要素确定单元依据所述商品类型信息确定各目标体素结构的加固要素。

由目标体素结构的形状可知，S1为扁平的长方体，S3为扁平的方盘体。由商品类型可知，S1的一侧具有屏幕，因此在垂直于屏幕的轴向上需要进行移动约束，以图2中的模型姿态为摆放姿态的话，则需要进行纵向（Y轴）移动约束，同时由于屏幕除了正面容易发生损坏外，四周的磕碰同样会导致损坏，因此还需要进行横向（X轴）和竖向（Z轴）移动约束。

在一种实施方式中，所述内衬模型选取模块基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型包括以下步骤410至步骤430。

步骤410，轴向距离获取单元依据所述目标体素结构的尺寸和所述摆放姿态得到所述目标体素结构与体素模型空间范围在各轴向上的距离。

以图2的模型M1为例，通过尺寸和上述摆放姿态，确定出M1的S1在顶部、底部、左侧、右侧、前侧、后侧这六个方向上距离空间范围边界面的最近垂直距离，以及确定出S3在该六个方向上距离空间范围边界面的距离。

步骤420，加固要素分配单元依据所述距离、体素模型的重心以及所述商品类型信息为所述目标体素结构分配加固要素。

各加固要素具体施加于哪个目标体素结构，可通过上述距离、重心和商品类型来确定，例如由于S1与重心之间的距离最近，重心在S1内因此两者距离为0，因此优先对与重心距离最近的目标体素结构S1进行加固要素的确定，对于扁平状且正面朝前摆放的S1来说，由于其与顶部和左右两侧的距离最近，利于内衬件的加固实施，因此将加固要素中的横向、竖向移动约束施加到S1上；之后，对与重心之间的距离第二近的目标体素结构S3进行加固要素的确定，对于扁平状且正面朝前摆放的S3来说，其与前后两侧的距离最近，因此加固要素中剩余的纵向移动约束施加到S3上，由此完成了加固要素的分配。

可以理解的是，重心不止对目标体素结构的分配顺序产生影响，还可以对加固要素的分配产生影响，具体的，由于重心在S1内并且S1是三个体素结构中重量占比最大的，因此纵向移动约束也可以施加到S1上，也就是所有加固要素均施加到S1上。

步骤430，内衬模型确定单元获取所述目标体素结构的面几何特征，依据所述面几何特征从内衬模型库中确定出对所述目标体素结构产生的空间位置约束符合相应分配的加固要素的内衬模型。

由于使用内衬纸结构进行加固都是针对面来进行的，通过面接触进行加固，而不是通过线接触和点接触进行加固，因此需要获取S1和S3的面几何特征。面几何特征为S1和S3的外表体素单元的可见面（外露面）经过同平面合并后得到的完整面的形态、位置和尺寸。其中，形态包括普通平面、凹底面（凹槽的内部底面）、凹侧面（凹槽的内部侧面）、凸顶面（凸起的外部顶面）、凸侧面（凸起的外部侧面）。例如图2中，S1的正面（也就是前面）为普通平面，S2的侧面为凸侧面，S3的顶面、左右两侧面和后面为普通平面，S3的正面包括了凹侧面、凹底面和普通平面。

内衬模型库为预先建立的包含有多种类型内衬模型的模型库，基于S1和S3的面几何特征从内衬模型库中对各内衬模型进行筛选，针对各加固要素选择相应的与目标体素结构在结构上匹配的内衬模型。如图5所示（图中未示出纸箱），S1需要被施加横向移动约束，因此需要在S1的左右两个侧面设置抵抗S1移动的内衬结构，例如设置长方体缓冲块R1作为内衬模型；S1需要被施加竖向移动约束，因此需要在S1的顶部设置抵抗S1移动的内衬结构，例如设置长方体缓冲块R2作为内衬模型；S3需要被施加纵向移动约束，因此需要在S3的前后两个侧面设置抵抗S3移动的内衬结构，例如设置长方体缓冲块R3作为内衬模型。长方体缓冲块主要用于对普通平面的缓冲，可通过粘接的方式固定在纸箱内部的适应位置处，R1、R2和R3的形状大小相同，只是安装位置不同，若是对其他形态的面进行，则会从内衬模型库中选用其他更为合适的内衬件。

可以理解的是，若是采用上述的将所有加固要素均施加到S1上的方式，则如图6所示（图中未示出纸箱），S1需要被施加横向、纵向和竖向移动约束，因此采用带有折翼的长方体缓冲块R4和R5作为内衬模型，由折翼部分来代替R3实现纵向移动约束。

下面参考图7详细描述本申请公开的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计系统实施例。本实施例是用于实施前述的基于需求导入模型的瓦楞纸结构设计方法实施例的系统。

如图7所示，本实施例公开的系统主要包括有：

体素模型建立模块，用于获取待包装商品的点云数据，并基于所述点云数据构建该商品的体素模型；

结构特征获取模块，用于识别出所述体素模型的商品类型信息，基于该信息获取到模型的结构特征；

加固要素确定模块，用于对所述结构特征进行分析并确定出该体素模型的摆放姿态和加固要素；

内衬模型选取模块，用于基于所述摆放姿态和该体素模型的尺寸从内衬模型库中选取出与所述加固要素相适配的内衬模型；

箱体模型选取模块，用于从外箱模型库中选取出与所述体素模型和所述内衬模型结合后得到的内包装体相适配的包装箱模型。

在一种实施方式中，所述体素模型建立模块包括：

空间范围获取单元，用于获取所述点云数据在横向、纵向和竖向上的最大坐标和最小坐标，得到体素模型的空间范围；

体素尺寸确定单元，用于依据所述空间范围和体素模型的粒度需求确定出体素单元的尺寸；

体素模型生成单元，用于判断所述点云数据中每个点所在的体素单元，通过包含有点的体素单元生成体素模型。

在一种实施方式中，所述体素模型建立模块还包括：

粒度上限确定单元，用于在所述基于所述点云数据构建该商品的体素模型之前，先对所述点云数据进行分割，获取分割后得到的每个点云区域分别在三轴基准面上的投影，将投影得到的点进行拟合得到投影图形，将所述投影图形的外轮廓在轴向上的最小长度作为所述粒度需求的上限设置依据。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块包括：

差值计算单元，用于计算所述体素模型与体素模型库中各体素模板之间的第一相似度，将第一相似度进行从大到小排序，获取相邻第一相似度之间的差值；

商品类型确定单元，用于在首位差值不低于差值阈值时，将首个第一相似度对应的体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型，否则获取当前分辨率下第一相似度不低于相似阈值的候选体素模板，提高所述体素模型的分辨率，并计算提高分辨率后所述体素模型与相应分辨率下所述候选体素模板的第二相似度，综合所述第一相似度和所述第二相似度计算所述体素模型与所述候选体素模板之间的整体相似度，将所述整体相似度最高的候选体素模板所属的商品类型作为所述体素模型的商品类型。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块计算第一相似度和所述第二相似度的方式包括：

分别获取所述体素模型和所述体素模板的外表体素单元，并获取所述外表体素单元的位置；

对所述体素模型和所述体素模板的各外表体素单元位置进行对比，统计出同位体素单元及异位体素单元；

基于所述同位体素单元的数量以及所述同位体素单元和异位体素单元的数量之和算出相应的相似度。

在一种实施方式中，所述结构特征获取模块包括：

结构组成获取单元，用于基于商品类型信息获取商品的结构组成及其结构关系；

体素结构获取单元，用于基于所述结构组成对体素模型进行分割，得到相应的体素结构及其功能类型；

依赖关系生成单元，用于基于所述结构关系和所述功能类型生成各体素结构的结构依赖关系。

在一种实施方式中，所述加固要素确定模块包括：

摆放姿态确定单元，用于在体素结构包含有功能类型为底部平衡的体素结构时，将该体素结构位于最下位置的体素模型姿态作为摆放姿态，否则依据体素模型的体素结构及其功能类型确定出体素模型的重心，将重心最低的体素模型姿态作为摆放姿态。

在一种实施方式中，所述加固要素确定模块包括：

目标结构确定单元，用于依据所述结构依赖关系和体素模型的重心确定出待加固的目标体素结构；

加固要素确定单元，用于依据所述商品类型信息确定各目标体素结构的加固要素。

在一种实施方式中，所述内衬模型选取模块包括：

轴向距离获取单元，用于依据所述目标体素结构的尺寸和所述摆放姿态得到所述目标体素结构与体素模型空间范围在各轴向上的距离；

加固要素分配单元，用于依据所述距离、体素模型的重心以及所述商品类型信息为所述目标体素结构分配加固要素；

内衬模型确定单元，用于获取所述目标体素结构的面几何特征，依据所述面几何特征从内衬模型库中确定出对所述目标体素结构产生的空间位置约束符合相应分配的加固要素的内衬模型。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。