專利名稱：用于三維圖像的跟隨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維計算機模型領(lǐng)域，更具體地說，涉及使得用戶能夠與三維圖像進 行交互的基于計算機的方法和軟件。
背景技術(shù)：
當(dāng)然，有很多不同的操作三維模型或圖像以執(zhí)行各種任務(wù)的計算機應(yīng)用程序所使 用的工具。在一些應(yīng)用程序中，可以使用指針來跟隨表面。例如，在由共同受讓人Seemage 公司研發(fā)的應(yīng)用程序中，“頂尖(toy top)”形狀的指針或光標(biāo)表示在其上指針正在移動的 表面的法向。該“頂”指針可以用來對將垂直于指針的軸放置的工具(例如，割面)進行定 位，或者沿著指針的軸對觀察點進行定位。盡管這些方法是與三維計算機模型和圖像進行交互的非常有用的方法，但是這些 應(yīng)用程序假設(shè)對指針停留其上的部件的觀察不受位于用戶希望跟隨或者交互的部件前面 的其他部件或組件的阻礙或妨礙。更具體地說，在如上所述的方法中，當(dāng)所述“頂尖”指針遇 到指針位于其上的所選擇部件的前面或者阻擋所選擇部件的另一部件的表面時，所述指針 “跳”至妨礙觀察最初所選擇部件的部件或組件的表面，并且不保留在原來部件的表面上。對諸如管道的三維對象進行觀察的當(dāng)前方法還包括使用二維圖形以試圖跟隨整 個管線。然而，當(dāng)存在很多線或者有其他障礙時，跟隨特定的線將不再具有現(xiàn)實可能性。Matsui等人在專利號為5，182，775的美國專利中公開了一定程度上相關(guān)的另一 種方法，該方法包括對管道的放射影像進行差別分析以檢測管道焊接中的缺陷。然而，在許 多其他差別中，該方法不是交互式的并且使用差別分析以產(chǎn)生缺陷的圖片。其他可能相關(guān)的專利包括專利號為5，467，441 ；5，617，114 ；5，729，704以及 5，818，455的美國專利以及號碼為EP 0 636 971 Bl的歐洲專利說明書。例如，這些專利中 的第一個公開了一種用于操作從其已經(jīng)產(chǎn)生了第一圖像的基于對象的模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方 法，其中所述基于對象的模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)生具有被添加、被取代或被刪除對象的第二 圖像。在后面的例子中，能夠刪除對象以另外顯示被隱藏的對象。第二個專利涉及具有能 夠由其他工具組成的點進(click-through)工具的用戶界面。所述工具包括具有可視過濾 器(visual filter)的點進按鈕。還參考了系列號為10/532，305的共同受讓的待審的申請，出于所有的目的通過 引用的方式將其合并于此。該專利申請公開了一種使得新定義的屬性能夠“被鎖定”的設(shè) 備，以使得這些屬性在隨后的相機位置改變期間被保持。所述設(shè)備有利地裝備有“跟隨模 式”，當(dāng)改變相機位置時利用該“跟隨模式”使得二維范圍內(nèi)的影響區(qū)域跟隨被鎖定的對象。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，所述方法為用戶提供了交互式地在整 體中觀察所選擇部件或者觀察部件的零件的能力，尤其當(dāng)其他對象、部件或者組件已經(jīng)妨 礙了這種觀察時以及在穿過所述部件的區(qū)域的一部分或者全部而跟隨所述部件時。應(yīng)理解，僅提取所述部件并且使得所述部件的周圍物體不可見不是這里要解決的基本問題的合 適的方法。關(guān)于這一點，通常需要提供與所選擇部件相關(guān)的環(huán)境或者背景以便使得能夠馬 上識別并且立刻知道組件中的所選擇部件的位置。此外，在嘗試穿過部件的區(qū)域而跟隨部 件時將出現(xiàn)特殊問題，因為可能遇到新的妨礙觀察的對象，另外，可能到達了屏幕邊界，阻 止了進一步跟隨所述部件。如下所述，本發(fā)明的實施例能夠用在許多類型的領(lǐng)域和平臺中。對于表面型三 維模型來說，實施例能夠用于AEC中所有類型的模型(例如，NURBS、其他b-rep定義的 表面、多邊型模型等)，實施例用來例如使得用戶能夠跟隨建筑物中的管道、水管、通氣管 道以及布線。對于航天技術(shù)和離散型制造應(yīng)用來說，實施例使得用戶能夠跟隨作為裝備 (harnesses)部件的水壓導(dǎo)管和氣動導(dǎo)管、水管、電纜、電布線等。在石油勘探、石油開發(fā)、化 工生產(chǎn)中以及對于諸如煉油廠和化工廠的應(yīng)用來說，本發(fā)明的實施例使得能夠跟隨被其他 管道、處理單元或者其他結(jié)構(gòu)擋住的管道。對于體模型來說，本發(fā)明的實施例能夠用于挖掘應(yīng)用，其中使得用戶能夠跟隨豎 井、通風(fēng)孔以及巖脈；在如上提到的石油勘探和油田開發(fā)中，其中使得用戶能夠跟隨鉆井軌 跡、巖層以及地質(zhì)構(gòu)造的邊界；在醫(yī)療應(yīng)用中，其中實施例使得用戶能夠跟隨例如靜脈、動 脈、淋巴、膽管、神經(jīng)系統(tǒng)以及器官的表面。其他使用是在使用標(biāo)量場或者向量場的應(yīng)用中跟隨流體(例如，液體流等)。而另 一種使用是跟隨諸如一系列的焊接點或者焊接線的系列。本發(fā)明的實施例還使得能夠結(jié)合物理對象觀察三維模型或者圖像，所述物理對象 由所述模型制成或者由某個物理對象衍生出來的模型制成。這能夠通過現(xiàn)場直接觀察或者 通過遠程觀察來完成。實施例還使得用戶能夠觀察所述物理對象以及模型，并且決定將采 取的任何行動。這種特征在包括例如消防、化工、安全應(yīng)用、維護與修理以及內(nèi)科和外科手 術(shù)的許多領(lǐng)域中非常有用。簡單的示例包括確定從建筑物的外部在墻的什么位置打孔以觀 察到特定對象(管道、電器盒等)，或者確定在什么位置進行挖掘以觀察到被埋對象。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在包括部件的三維計算機模型中跟隨所選 部件的幾何特征的方法，所述模型顯示在計算機屏幕上，并且所述方法包括下列步驟從三維計算機模型中選擇部件；以及沿著所述部件的幾何特征跟隨所述部件，同時(i)同時地并且自動地去除在所述三維模型中阻礙觀察所述部件的任何障礙物，以便在跟隨所述部件時允許觀察所述部 件，并且(ii)在所述計算機屏幕上重新定位所述模型，以便顯示先前沒有被顯示并且位于 所述部件正在被跟隨的方向上的所述模型的另一部分，從而使得沿著所述方向能夠進一步 跟隨所述特征。優(yōu)選地，所述部件的選擇包括最初自動地從所述三維模型中去除阻礙觀察所選 擇部件的任何障礙物。在一個優(yōu)選實施例中，從所述三維模型中選擇所述部件包括使用光 標(biāo)選擇所述部件。在另一優(yōu)選實施例中，從所述三維模型中選擇所述部件包括從目錄樹結(jié) 構(gòu)中選擇所述部件。在另一優(yōu)選實施例中，從所述三維模型中選擇所述部件包括過濾出所 述三維模型的除了包含所述部件的層之外的所有層。在有利的實現(xiàn)中，所述跟隨所述部件 的步驟包括以用戶選擇的預(yù)定速度自動地跟隨所述部件。優(yōu)選地，所述跟隨所述部件的步驟包括在顯示所述三維圖像的屏幕上使用光標(biāo)跟隨所選擇部件。在一個優(yōu)選實施例中，其中通過參數(shù)化曲線模型來表示所述部件，在與所述曲線 模型相切的直線垂直的觀察平面中設(shè)置用于觀察所述曲線模型的觀察點。有利地，針對所 述曲線模型的幾何形狀的每個改變，設(shè)立新的切線。在另一優(yōu)選實施例中，計算與所選擇部件的所選表面垂直的平面，并且相對于所 述垂直平面定義從其觀察在所述三維計算機模型中的所選擇部件的觀察點。優(yōu)選地，所述跟隨所選擇部件的步驟包括沿著所選擇部件移動光標(biāo)，同時將所述 光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上。有利地，在將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上的期 間，只要所述光標(biāo)的所述移動的分量在所選擇部件的范圍以內(nèi)，用于控制所述光標(biāo)的輸入 設(shè)備的移動就會造成所述光標(biāo)的移動。在一個優(yōu)選實施例中，所選擇部件包括由多個子部件構(gòu)成的組件。 有利地，在一個 實現(xiàn)中，通過合并操作來定義由多個子部件構(gòu)成的組件。在另一有利實現(xiàn)中，由多個子部件 構(gòu)成的組件基于所述多個子部件的共有屬性。在另一優(yōu)選實施例中，所選擇部件包括單個 離散的部件。在一個優(yōu)選實施例中，其中所述三維計算機模型包括體模型，使用光標(biāo)來跟隨所 選擇部件，并且使用標(biāo)量場、向量場以及張量場中的一個內(nèi)的值來將所述光標(biāo)的移動限制 在所選擇部件上。在一個有利實現(xiàn)中，結(jié)合所選擇部件的所述跟隨，使用音頻輸出。在一個優(yōu)選實施 例中，在跟隨所選擇部件期間使用光標(biāo)，并且只要所述光標(biāo)正在跟隨所選擇部件，所述音頻 輸出就包括產(chǎn)生的連續(xù)聲音。在另一實現(xiàn)中，其中使用音頻輸出，使用被限制在所選擇部件上的光標(biāo)來跟隨所 述部件，并且其中，使用所述音頻輸出來在沒有跟隨所選擇部件時提供指示。優(yōu)選地，所述 音頻輸出包括在沒有跟隨所選擇部件時產(chǎn)生的聽得見的警告。在另一優(yōu)選實施例中，所述音頻輸出包括對在所述跟隨所選擇部件的步驟期間遇 到的異常(incongruity)做出響應(yīng)而產(chǎn)生的聽得見的警告。在一個優(yōu)選實現(xiàn)中，使用一系列的點來表示所選擇部件的所述幾何特征。如下所 討論，該實現(xiàn)在跟隨一系列焊接點等時是有用的。優(yōu)選地，改變顯示給用戶的所述三維模型的所述觀察點的定向，使得在與視圖方 向一致的直線和所述幾何特征的切線之間定義的角度保持不變。在一個優(yōu)選實施例中，其中所述幾何特征是所選擇部件的表面，在與所述視圖方 向一致的直線和與所述表面垂直的直線之間的角度保持不變。優(yōu)選地，當(dāng)所選擇部件的連續(xù)性發(fā)生改變時，將所述計算機模型立即從在所述連 續(xù)性的改變之前的定向移動至新的定向。當(dāng)發(fā)生所述連續(xù)性的改變時，優(yōu)選地提供警告給 用戶。在另一優(yōu)選實施例中，在跟隨所選擇部件的期間使用在觀察所述三維模型的觀察 窗(viewport)內(nèi)移動的光標(biāo)，并且當(dāng)所述光標(biāo)移動至位于所述觀察窗的邊界處的點時平 移所述觀察窗，以便使得所述光標(biāo)能夠繼續(xù)跟隨所選擇部件。在一個有利的實施例中，還將基于相對于所選擇部件進行的計算的信息顯示給用 戶。以下將更為詳細地討論該特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于使得能夠在屏幕上穿過三維圖像跟隨所述 三維圖像的所選擇部件的基于計算機的方法，所述方法包括下列步驟在觀察屏幕上選擇 包括在三維圖像中的部件；去除包括在所述三維圖像中的阻礙觀察所選擇部件的任何障礙 物；沿著所選擇部件移動光標(biāo)，同時將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上；以及在移動 所述光標(biāo)的同時，在所述屏幕的所選擇區(qū)域中，自動地去除在沿著所述部件移動所述光標(biāo) 的期間出現(xiàn)在所述部件前面的阻礙觀察所述部件的任何進一步的障礙物，使得所述光標(biāo)能 夠跟隨所述部件的幾何形狀，從而在跟隨所述部件的幾何形狀時的所述光標(biāo)的所述移動期 間，在所述屏幕的所述所選擇區(qū)域中將所選擇部件的未受阻礙的視圖提供給用戶。在一個優(yōu)選實施例中，所選擇區(qū)域包括包含所述三維圖像的一部分的所述屏幕的所選擇部分。或者，所選擇區(qū)域包括所述屏幕的全部。在一個優(yōu)選實施例中，使用樹結(jié)構(gòu)來選擇所選擇部件。在另一優(yōu)選實施例中，通過 使用與所述部件相關(guān)的標(biāo)識符進行過濾來選擇所選擇部件。在一個實現(xiàn)中，所述標(biāo)識符包 括所選擇部件的名稱?；蛘?，所述標(biāo)識符包括所選擇部件的屬性。優(yōu)選地，在所述自動去除步驟中，將被去除的障礙物從所述屏幕上完全去除。在可 替代的優(yōu)選實施例中，在所述自動去除步驟中，將被去除的障礙物在所述屏幕上保留為虛 幻像(ghost image)。優(yōu)選地，所選擇區(qū)域跟隨所述光標(biāo)在所述部件的幾何特征上的投影。在一個優(yōu)選 實現(xiàn)中，所述幾何特征包括表面曲率、邊緣以及頂點中的一個。在一個優(yōu)選實施例中，所選擇區(qū)域包括以與出現(xiàn)在所選擇部件的曲線幾何特征上 的選擇線的最接近的點為圓心的圓。在一個優(yōu)選實施例中，在觀察所述圖像期間將靜態(tài)觀察點提供給所述用戶。在可 替代的優(yōu)選實施例中，在用戶觀察所述圖像期間將一直集中在所述光標(biāo)上的觀察點提供給 所述用戶。在另一可替代的優(yōu)選實施例中，在所述用戶觀察所述圖像期間將所述光標(biāo)接近 觀察區(qū)域的邊界時會改變的觀察點提供給所述用戶。如上所述，所選擇部件可以包括多個子部件，S卩，可以是由多個子部件構(gòu)成的組 件，而不是單個離散的部件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于跟隨在包括鍵盤的計算機設(shè)備的觀察屏幕 上顯示的三維計算機模型中的所選擇部件的幾何特征的方法，所述方法包括下列步驟響應(yīng)于按下所述鍵盤的第一鍵，通過去除在所述三維模型中阻礙觀察所述部件的 任何障礙物來觀察到要選擇的部件；使用第二鍵選擇所述部件；沿著所選擇部件的幾何特征移動光標(biāo)，以跟隨所述幾何特征；以及在移動所述光標(biāo)的同時，自動地去除在沿著所述部件移動所述光標(biāo)的期間出現(xiàn)在 所述部件前面并且阻礙觀察所述部件的任何進一步的障礙物，使得所述光標(biāo)能夠跟隨所述 部件的所述幾何特征，從而在所述光標(biāo)的所述移動期間將所選擇部件的未受阻礙的視圖提 供給所述用戶。其中，在移動所述光標(biāo)時，改變顯示在所述屏幕上的所述模型的所述視圖，以便顯 示位于光標(biāo)移動方向上的、先前沒有被顯示的所述模型的另一部分。優(yōu)選地，在跟隨所述幾何特征期間，當(dāng)所述光標(biāo)被移動至所述觀察屏幕的邊界時改變所述視圖，并且移動設(shè)置在所述觀察屏幕上的所述模型的所述視圖，使得所述模型的所述另一部分是先前處于在所述光標(biāo)移動方向上所述邊界之外的所述模型的一部分。有利地，每次所述光標(biāo)被移動至邊界時改變所述視圖，并且移動顯示在所述屏幕 上的所述模型的所述視圖以及在所述屏幕上的所述光標(biāo)的位置，使得在所述屏幕上的所述 光標(biāo)的位置返回至所述屏幕的中央?yún)^(qū)域，從而在跟隨所述幾何特征期間從所述中央?yún)^(qū)域開 始繼續(xù)所述光標(biāo)的進一步運動。優(yōu)選地，所述去除進一步的障礙物的步驟包括以虛幻線(ghost line)顯示所述 障礙物，以便使得能夠穿過所述障礙物觀察所述部件。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在下面的優(yōu)選實施例的具體描述中進行闡述或者變 得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的跟隨方法的流程圖；圖2(a)和圖2(b)是在解釋跟隨操作的各個方面時所使用的觀察窗和所選擇部件 的高度示意性的正視圖；圖3(a)和圖3(b)是在解釋跟隨操作的其他方面時所使用的與圖2 (a)和圖2(b) 中的觀察窗和所選擇部件類似的高度示意性的正視圖；圖4是在解釋跟隨操作的另一方面時所使用的高度示意性的俯視平面圖；圖5是在解釋另一操作特征時所使用的高度示意性的透視圖；圖6 (a)、6 (b)以及6 (c)是示出了其他操作方面的高度示意性的透視圖；圖7(a) ,7(b)以及7(c)是在解釋本跟隨方法的三種不同實現(xiàn)或?qū)嵤├龝r所使用 的高度示意性的透視圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的跟隨方法的流程圖。
具體實施例方式如上所表明，根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，提供一種基于計算機的方法，該方法使 得能夠穿過三維圖像或計算機模型跟隨所選擇部件或組件。作為最初步驟，用戶選擇待跟 隨或待觀察的預(yù)期部件。在優(yōu)選實施例中，為了使得能夠觀察預(yù)期部件，所述方法用于自動 地去除阻止直接觀察所述部件的其他對象、層或其他障礙物或障礙。例如，如果待跟隨的部 件是建筑物中或建筑物一部分中的特定的布線導(dǎo)管、管道或者輸送管，所述方法用于從用 戶的觀察點或視點(perspective)觀察到的圖像中去除諸如墻壁、隔層等的所有對象。這 使得用戶最初能夠觀察并且然后直接在三維表示中跟隨所選擇部件。在跟隨所述部件期 間，隨著跟隨所述部件，自動地去除阻礙觀察所選擇部件的其他對象和障礙物。在優(yōu)選實 施例中，對阻礙觀察所述部件的障礙物和阻礙物的去除限于通過將觀察點或選擇的視點投 影至所選擇部件之上所定義的中心點周圍的區(qū)域。如上所表明，所述方法還可以用來跟隨 由多個單獨部件構(gòu)成的組件。所述方法可以實現(xiàn)為單獨的工具或模式，或作為與其他建模 工具應(yīng)用程序結(jié)合的非排他式模式，其中由所述應(yīng)用程序提供的導(dǎo)航工具(navigational tool)受到了所述方法的限制。參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法的方塊流程圖。下面將討論本發(fā)明的方法的不同優(yōu)選實施例和實現(xiàn)，其中省略或修改了圖1中所示的這些步驟，或采 用不同的步驟。在示出的方法中，用戶在屏幕上觀察結(jié)構(gòu)、對象或其他組件的三維圖像或模 型，且如同所討論的一樣，能夠采用許多不同領(lǐng)域中的許多不同圖像或模型。如圖1所示，在第一步驟10中，用戶在三維圖像中選擇特定的預(yù)期部件或者由多 個部件構(gòu)成的組件，以及用戶期望穿過三維圖像而進行跟隨的路線、過程或區(qū)域。用戶可以 通過使用幾種不同技術(shù)中的一種來選擇預(yù)期部件。例如，在一個實施例中，用戶通過利用設(shè) 置在觀察屏幕上的光標(biāo)或者其他選擇圖標(biāo)來手動地以及交互式地選擇部件。用戶還可以通 過使用菜單或目錄樹結(jié)構(gòu)來選擇部件。在本實施例中，包含在圖像中的每個部件或由多個 部件構(gòu)成的組件設(shè)置有相關(guān)標(biāo)識符，該相關(guān)標(biāo)識符包括在目錄樹結(jié)構(gòu)中，并且與屏幕上的 三維圖像的部件相關(guān)。在選擇部件期間，用戶從目錄樹中選擇與期望部件或組件相關(guān)的標(biāo) 識符。在另一實施例中，用戶通過過濾出非期望部件來選擇期望部件。例如，通過使用目錄 樹，用戶可以選擇過濾器特征以除去在三維圖像中包含的用戶不希望跟隨的部件、部件種 類或其他組件。如上所表明，在表面3D模型中，不是選擇單個離散的部件，對于用戶來說另 一選擇是選擇由多個部件構(gòu)成的組件，即，該被選擇“部件”實際上可以是由多個子部件構(gòu) 成的組件。該組件能夠通過利用所述選擇的共有屬性或使用其他方法，通過合并操作來定 義。如方框或步驟12所表明，在優(yōu)選實施例中，當(dāng)選擇期望部件時， 在最初步驟中自 動去除了其他部件。被去除的部件可以完全消失或者可以以虛幻像(ghost)的形式保留在 屏幕上，使得用戶未受阻礙地觀察所選擇部件，還可以在環(huán)境中觀察所選擇部件，即，與相 鄰部件或者周圍環(huán)境相對照地觀察所選擇部件。此外，被去除部件可以僅是在屏幕的被選 定或所選擇區(qū)域中在所選擇部件前面的那些部件，或者可以是屏幕上的所有部件。因此，在 前一種情況下，用戶可以選擇所選擇部件前面的、在其中障礙物或障礙將被去除的圖像的 區(qū)域的尺寸，使得能夠觀察與所選擇部件對應(yīng)的區(qū)域。一旦用戶選擇了待跟隨的部件，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用戶可以選擇在 屏幕上觀察并且顯示模型的視點或者觀察點。優(yōu)選地，用戶可以使用幾種不同模型或者選 擇。例如，在一種模式中，觀察點不自動地改變。在另一模式中，使用光標(biāo)并且觀察點一直 集中在光標(biāo)上。在使用光標(biāo)的另一模式中，當(dāng)光標(biāo)接近所提供的當(dāng)前視圖的邊界時改變觀 察點。在圖1的實施例中，用戶通過沿著部件移動光標(biāo)來手動地跟隨部件。在可替代實 施例中，提供有自動跟隨選項。通過選擇自動跟隨選項，用戶從選定的視點或者觀察點來觀 察圖像或者動畫，并且穿過三維圖像來自動地跟隨該部件。在本實施例中，優(yōu)選地提供使得 用戶能夠控制跟隨速度、暫停所述過程等的控制。如同下面具體所討論的，如果選擇了手動 (光標(biāo))選項，則優(yōu)選地將光標(biāo)的移動限制在待跟隨的所選擇部件上。如上所討論，在一個優(yōu)選實施例中，在第一步驟中自動去除了在三維圖像中阻礙 觀察所選擇部件的任何障礙物。在一個實現(xiàn)中，按照從用戶最初選擇的觀察點和視點所確 定的，沿著所選擇部件，去除任何阻礙觀察的障礙或者對象。觀察區(qū)域可以跟隨光標(biāo)或者其 他指針在感興趣的部件的幾何形狀(即，表面、曲線、邊緣或者頂點)上的投影。例如，對于 曲線，所選擇的觀察區(qū)域可以是以該曲線上最接近于拾取線的點為圓心的圓。在選擇了部件之后，在接下來的步驟中，如步驟14所示，用戶沿著所選擇部件移動光標(biāo)、指針或者一些其他圖標(biāo)(在下文中稱為光標(biāo))，以穿過三維圖像或模型來跟隨所述部件。如上所表明，所提供的觀察區(qū)域或觀察窗可以包括屏幕的一部分或者整個屏幕。如步驟16中所示，如果在如步驟14所示的該移動光標(biāo)期間，三維圖像中的其他障礙物阻擋了對所選擇部件的觀察，或者在用戶沿著所選擇部件移動光標(biāo)的同時阻礙了對所 選擇部件的觀察，則自動去除阻礙觀察所選擇部件的障礙物。這使得用戶在沿著所選擇部 件移動光標(biāo)的同時能夠觀察所選擇部件。如上所表明，在一個優(yōu)選實施例中，仍然可以以虛 幻線顯示“被去除”的障礙物。同樣如方框16所示，重新定位屏幕圖像顯示，以顯示位于光標(biāo)移動方向上并且先 前沒有被顯示的模型的另一部分，以便使得光標(biāo)能夠跟隨在初始屏幕顯示范圍之外的圖 像。在下面將結(jié)合圖8具體地討論該特征和該特征的其他方面。在去除或者除去阻擋觀察所選擇部件的障礙物時，可以使用各種已知的方法。例 如，一種方法涉及通過使用通常被稱為ζ-緩沖器，即，深度ζ的緩沖存儲器，來測量在所選 擇部件周圍的區(qū)域中的像素的深度。通過使用具有圖像二維尺寸的存儲器容量，使用Z-緩 沖器技術(shù)允許當(dāng)所選擇部件被隱藏時顯示所選擇部件。因此，在3-D圖像上，只有在存儲器 中的先前ζ值(深度值)大于被測量像素的當(dāng)前ζ值的情況下，才取代當(dāng)前被測量的像素。 該過程通常稱為深度測量。返回圖1所示的優(yōu)選實施例的步驟14，在本實施例中，如上所述，將光標(biāo)限制在所 述部件上，即，將在屏幕上的光標(biāo)移動限制為僅在所選擇部件上和沿著所選擇部件移動，并 且當(dāng)控制設(shè)備(鼠標(biāo))提供離開該部件的移動時光標(biāo)消失或者不能移動。因此，在優(yōu)選的 實現(xiàn)中，當(dāng)用戶移動光標(biāo)時，僅能夠沿著待跟隨的預(yù)期部件并且在待跟隨的預(yù)期部件以內(nèi) 移動光標(biāo)。例如，在跟隨管道期間，如果將光標(biāo)定位于管道中間的管道上，且將光標(biāo)的移動 限制于管道，則因此光標(biāo)將能夠向左或者向右移動至管道的末端，并且向上或者向下移動 范圍是管道的半徑。此外，在優(yōu)選實施例中，在跟隨所選擇部件期間，只要(即，僅當(dāng))輸入 設(shè)備的移動的分量產(chǎn)生了光標(biāo)在管道的限制以內(nèi)的移動，則諸如鼠標(biāo)的相關(guān)輸入或者控制 設(shè)備的移動將應(yīng)用于光標(biāo)的位置，即，如果光標(biāo)的這種移動將超出管道的限制之外，則鼠標(biāo) 的移動不會導(dǎo)致光標(biāo)的移動。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，設(shè)置了在沿著所選擇部件移動光標(biāo)時連續(xù)發(fā)聲并且當(dāng)不再 跟隨部件時終止的音頻輸出。當(dāng)光標(biāo)沒有被直接限制至該部件或者沒有結(jié)合這種限制時能 夠使用這種特性。換句話說，在一個優(yōu)選實施例中，通過警告用戶光標(biāo)已經(jīng)移出了所選擇 部件，將音頻輸出用來限制光標(biāo)的移動。關(guān)于這一點，如果光標(biāo)移出了該部件，則能夠提供 簡單的音頻警告。在另一實現(xiàn)中，只要光標(biāo)碰到不連續(xù)或者發(fā)生異常的情況，就提供音頻警告。應(yīng)理解在一些示例中，一系列點就足夠描述部件的幾何形狀。例如，在焊接部件之 間的點期間，針對車輛上的參考點以及過程的路徑，一系列的點就足夠。在待跟隨的部件具有小截面的情況下(例如，其中部件是導(dǎo)線、血管或其他細長 的形狀)，幾何形狀可以利用參數(shù)化曲線模型來定義(通過χ = f (t)，y = f (t)，z= f (t) 表示)。在這些情況下，根據(jù)一個有利的實施例，為了確定觀察平面，確定所述曲線模型的切 線，并且將觀察平面定義為垂直于所述切線的平面。因此用戶的觀察點將包括在所述觀察 平面中。
在諸如管道的所選擇部件足夠大的情況下，能夠直接計算從用戶觀察點到所選擇部件的表面的垂直線。因此，有很多不同的方式來表示所選擇部件，并且有很多不同方式能 夠用來確定用戶的觀察點。在優(yōu)選實施例中，使用曲線模型來定義所述部件，以使得視圖或者觀察點與曲線 的切線之間的角度保持不變的方式來移動計算機模型的定向。優(yōu)選地，在待跟隨的所選擇 部件的幾何形狀為表面的情況下，保持觀察點和該表面的垂直線之間的角度。另一方面，在 所選擇部件的幾何形狀簡單地是一個點的情況下，視圖不會自動改變?？紤]提供給用戶的視圖的定向和位置改變的范例，且再次參考管道的范例，考慮 在觀察時向左跟隨管道并且在管道中具有遠離用戶的90度的彎曲或者轉(zhuǎn)向的情況(例如， 90°的直角彎曲)，在光標(biāo)在所述彎曲附近移動時模型將向右旋轉(zhuǎn)，并且在完成了 90度的 旋轉(zhuǎn)后終止所述旋轉(zhuǎn)。當(dāng)遇到不連續(xù)時同樣調(diào)整觀察點。例如，當(dāng)在導(dǎo)管或管道中遇到90度的轉(zhuǎn)向時， 模型的定向?qū)漠?dāng)前定向快速移動至新定向。在一個優(yōu)選實施例中，通過音頻信號或者屏 幕上的警告來警告用戶有不連續(xù)，以便警告用戶需要做出決定，從而幫助用戶做出正確的 決定。在優(yōu)選實現(xiàn)中，如果發(fā)生了不連續(xù)并且其中正跟隨的部件劃分為或者分成多個部 件或者路徑(例如，其中電線電纜分成三個較小的電纜)，則將具有可能的選擇的餅形圖疊 加在該不連續(xù)上，以便使得用戶能夠決定跟隨哪一個部件或者路徑。如上所述，在優(yōu)選實施例中，當(dāng)光標(biāo)到達位于觀察區(qū)域的邊界邊緣處的點時，顯示 的觀察區(qū)域?qū)⒆詣拥卣{(diào)整為使得圖像或模型的接下來相鄰的部分進入視圖。因此，參考圖 2(a)和2(b)，在圖2(a)中在觀察區(qū)域或者觀察窗22之外用虛線示出了待跟隨的曲線部 件20，并且在觀察孔22內(nèi)用實線示出了部件20。如圖2(b)所示，在跟隨部件時觀察窗22 將沿著部件20向左平移。在22’示出了沿著部件20移動的觀察窗的新(“η”)位置。因 此，在這些實施例中，當(dāng)光標(biāo)接近或者到達觀察窗的左邊界處的點時，視點或者觀察點向左 平移。圖3 (a)中針對不同部件24，即，不同曲率的部件，示出了觀察窗22的類似的平移， 以及圖3(b)中針對類似的部件26，但是如圖所示，視線垂直于部件26。圖4是示出了沿著所選擇部件30在第一位置(左邊)和新“η”位置之間觀察窗 28的移動的平面圖，以便使得能夠觀察到部件30的兩個不同部分。再次用實線示出這些部 件。圖5示出了立方模型32并且說明了觀察窗34的位置如何從立方模型32的第一 面32a的前面、以34a表示的第一位置突然改變至模型32的相鄰面34b的前面、以34b表 示的第二位置。在如上所述的實施例中，當(dāng)光標(biāo)到達模型32的面32a的右邊緣(如圖5中 所觀察到的)時將發(fā)生這種情況。在優(yōu)選實施例中，使用光標(biāo)，在邊緣的情況下，模型的定向跟隨由位于光標(biāo)點處的 兩個面所形成的“角”的平分面。對于頂點不連續(xù)的情況，在一個實現(xiàn)中，當(dāng)光標(biāo)接近頂點時，通過頂點上的限制和 鼠標(biāo)或者其他控制光標(biāo)的控制設(shè)備的移動的交集來確定光標(biāo)的移動。所選擇的面或者邊緣 將是最接近鼠標(biāo)的移動的面或者邊緣。在只有一個面可見并且其他面隱藏的情況下，將進行例外處理，并且在頂點外遠離該可見面的移動將被解釋為朝向相鄰隱藏的面中的一個移 動。所選擇的面將是具有所述移動的最大不受限制的分量的那一個面?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到關(guān)于在提供3D圖像時所使用的相機的校準(zhǔn)的示例，并且尤其是關(guān)于這種相機所提供的視圖的定位和視圖的定向的改變，假設(shè)C代表由世界坐標(biāo)系(WCS)表示的 相機的坐標(biāo)系。所以Cx是相機視圖的X軸，Cy是相機視圖的y軸以及Cz是相機的觀察方 向(視圖的ζ軸)。在WCS中，C確定觀察點和觀察方向。應(yīng)了解，相機的投影可能是透視 或者正射的。另外，假設(shè)P代表拾取線(穿過光標(biāo)畫出的三維線中的線)以及Up代表世界 的絕對垂直線。現(xiàn)在考慮R點，在三維坐標(biāo)中通過(R. Vx, R. Vy和R. Vz)定義所選擇部件的曲線上 的一點，R. Origin定義為在該曲線上最接近于Cz軸的點，以及R. Vx等于T，這里T是曲線 在R. Origin處的切線。如果T與Up重合，則R. Vy是不與T重合的任意的軸，否則，R. Vy是 Up。R. Vz是向量積(R. Vx, R. Vy)?？紤]在光標(biāo)附近所計算的三維坐標(biāo)系Rcursor，Rcursor. Origin是在該曲線上最接近于P的點；Rcursor. Vx等于Tcursor，這里Tcursor是該曲線在 Rcursor. origin處的切線。如果Tcursor與Up重合，貝1J Rcursor. Vy是不與Tcursor重合 的任意軸。否則，Rcursor. Vy 等于 Up。Rcursor. Vz 是向量積(Rcursor. Vx, Rcursor. Vy) 為了計算跟隨曲線的相機的新位置，使用下列方法進行搜索，以計算WCS表示 的、定義了跟隨曲線所必需的相機位置的三維坐標(biāo)系Cnew。Ctemp是由世界坐標(biāo)系向R坐 標(biāo)系轉(zhuǎn)換的C。現(xiàn)在Ctemp被認為以Rcursor表示，并且計算“逆”變換來以世界坐標(biāo)系表 示Ctemp。因此，在從Rcursor轉(zhuǎn)換為WCS時，Cnew等于Ctemp。Ccursor確定了在世界坐 標(biāo)系中的新的觀察點以及視圖的新定向。在另一實施例中，位移是“平滑的”，并且考慮在該曲線上的在R. Origin和 Rcursor. Origin之間的中間點。在所述部件的幾何形狀是表面時，該方法是一樣的，除了由 接近光標(biāo)的面的垂直線N取代T?，F(xiàn)在參照圖6 (a)和6 (b)，并且首先參考圖6 (a)，提供了三維圖像或者計算機模型 36的透視圖，以曲線38的形式示出了待跟隨部件，以及當(dāng)前觀察點40和觀察窗或者屏幕 42。在圖6(a)中，沒有啟用跟隨系統(tǒng)時，所選擇部件，換言之是曲線38，對于用戶來說是不 可見的。在圖6(b)中，跟隨系統(tǒng)被啟用，并且通過觀察窗42的屏幕，三維圖像或者計算機 模型中的所選擇部件38是可見的。在本實施例中，該曲線在整個屏幕42上是可見的。此 夕卜，如與上面圖5所述類似的圖6(c)所示，視圖僅相對于用戶的定向而跟隨光標(biāo)。參照圖7(a)和7(b)，示出了三個不同的實施例，其中跟隨系統(tǒng)被啟用。圖7 (a)至 7(b)與圖6(a)和6(b)類似，并且對相同的元件賦予了相同的參考標(biāo)號。在圖7(a)中，屏 幕42的視圖40從第一位置(在右邊)跟隨光標(biāo)至“η”位置，并且在整個屏幕42上曲線38 都是可見的。在圖7(b)的實施例中，再次啟用跟隨系統(tǒng)，但是視圖40不在屏幕42上跟隨光標(biāo)。 替代地，在光標(biāo)沿著部件36移動時，屏幕42上的切割區(qū)域(cutaway area) 44跟隨光標(biāo)，使 得在屏幕40上通過相關(guān)的切割44示出了部件38的不同部分。在圖7(c)的實施例中，再次啟用跟隨系統(tǒng)，并且與圖7(a) —樣，視圖40跟隨光 標(biāo)，使得視圖從第一位置(在右邊)改變至“η”位置，如圖7(c)所示，但是與圖7(a)相比， 部件(曲線)38僅在切割區(qū)域44中可見。
參考圖8，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的跟隨方法的流程圖。在該實施例中， 在第一步驟50中，通過去除在部件或者對象前面的障礙物(例如，其他部件或者對象)，使 用監(jiān)視器鍵(例如，TAB鍵)來觀察到要選擇的部件或者對象(例如，管道)，以便允許觀察 所述部件。在接下來步驟，步驟52中，使用另一監(jiān)視器鍵來選擇部件，并且如步驟54所示，通 過沿著部件移動光標(biāo)來始終跟隨部件的特征(例如，部件的區(qū)域)。如方框56所示，在沿著部件移動光標(biāo)的同時，去除或者取消出現(xiàn)在部件前面的阻 止觀察部件的任何障礙物，以便使得能夠連續(xù)地觀察并跟隨所述部件。如上所述，障礙物的 這種去除或者取消能夠通過下述任一方式來實現(xiàn)或者完全從屏幕圖像中實際去除所述障 礙物，或者通過虛幻線或偽影(Phantom)線示出所述障礙物，從而使得能夠穿過所述障礙 觀察到所述部件。優(yōu)選地，如果在沿著該特征連續(xù)地移動光標(biāo)時，所述障礙物在光標(biāo)的區(qū) 域中不再阻礙觀察部件，則與以前一樣恢復(fù)并且再現(xiàn)所述障礙，即，作為真實的部件或者對 象。根據(jù)本實施例的另一特征，在跟隨部件時，改變視圖，即，監(jiān)視器屏幕上的模型的 圖像，以沿著光標(biāo)移動的方向顯示整個模型的更多部分，使得能夠連續(xù)地跟隨所述部件。在 一個優(yōu)選實施例中，如方框58所示，當(dāng)沿著部件移動光標(biāo)時，改變顯示在屏幕上的模型的 視圖以便顯示先前沒有被顯示并且位于光標(biāo)移動方向上的模型的另一部分。此外，同樣如 方框58所示，在一個優(yōu)選實施例中，在跟隨特征期間，當(dāng)光標(biāo)移動，即，重新定位至屏幕的 中央?yún)^(qū)域時，重新定位視圖。在一個實施例中，當(dāng)光標(biāo)遇到屏幕邊緣(例如，監(jiān)視器屏幕的 一個邊緣)時，發(fā)生這種重新定位。換句話說，當(dāng)光標(biāo)到達屏幕邊緣時，在屏幕上重新定位 (例如，回到中心位置)光標(biāo)，使得能夠進行連續(xù)光標(biāo)移動并且將從該新的、更中央的位置 開始繼續(xù)光標(biāo)的移動。在一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)光標(biāo)沿著特定的方向移動時，光標(biāo)的重新定 位或者重新回到中心位置與視圖的重新定位(重新回到中心位置)將同時且自動地發(fā)生， 并且視圖和光標(biāo)的這種重新定位并不取決于遇到了屏幕的邊緣的光標(biāo)。根據(jù)一些優(yōu)選實施例的另一特征，在跟隨操作操作期間，S卩，在所選擇部件被跟隨 的同時，顯示感興趣的信息。典型地，在空間xyz坐標(biāo)中而不是在曲線坐標(biāo)系中執(zhí)行測量。 在一個有利的實施例中，計算并且顯示在表面上的曲線的長度，或者邊緣的長度。例如，測 量管道的長度，或者測量管道的從管道入口點直到管道里可能已經(jīng)出現(xiàn)了障礙物的位置這 一部分的長度。在另一實現(xiàn)中，沿著所選擇部件提供例如示出了沿著管道或者表面至每個特定點 的曲率的長度的標(biāo)志。將再次顯示這些信息。根據(jù)另一有利的特征，在3-D場景中設(shè)置跟隨標(biāo)記以啟用跟隨操作，即，判斷什么時候啟用跟隨系統(tǒng)以及什么時候禁用所述系統(tǒng)。例如，可以在場景中生成諸如布置在曲線 上的特定位置處的3D環(huán)之類的3D或者2D標(biāo)記?？梢栽谇€的不同橫坐標(biāo)處布置相對大 數(shù)量的標(biāo)記，或者將這些標(biāo)記直接放置在3D面或者3D點上。例如，在一個實現(xiàn)中，如果當(dāng) 光標(biāo)在標(biāo)記上時用戶按壓左邊鼠標(biāo)按鈕，則跟隨系統(tǒng)相對于所鏈接的幾何形狀(即，該標(biāo) 記下面的曲線或者表面)啟用，并且當(dāng)用戶釋放左邊鼠標(biāo)按鈕時，跟隨系統(tǒng)被禁用，并且轉(zhuǎn) 移該標(biāo)記至一新的位置以便以后的使用。優(yōu)選方法的其他特征包括基于上述計算來計算表面的測量值以及部件的其他方面。在一個有利的實施例中，該方法可以使用曲線測量來計算距離和長度。在使用標(biāo)記的另一有利的實現(xiàn)中，用戶還可以應(yīng)用標(biāo)記至特定的點，以計算所選 擇點之間的距離。用戶可以在不同曲線橫坐標(biāo)處生成標(biāo)記，或者然后直接放置至三維面或 者點上。例如，如果當(dāng)光標(biāo)在標(biāo)記上時用戶按下左邊鼠標(biāo)按鈕，則在鏈接的幾何形狀(該標(biāo) 記下的曲線或者表面)上啟用跟隨，當(dāng)用戶釋放左邊鼠標(biāo)按鈕時，禁用跟隨機制，并且將該 標(biāo)記轉(zhuǎn)移至一新的位置以便以后的使用。如上所示，可以從整個屏幕上或者屏幕的一部分上去除阻礙跟隨所選擇部件的障 礙物。對于用戶來說優(yōu)選地規(guī)定了從其去除障礙或者障礙物的區(qū)域的大小和形狀。因此， 盡管區(qū)域可以是整個屏幕，但是根據(jù)應(yīng)用和用戶的希望可以將所述區(qū)域限于所選擇部件周 圍的受限制區(qū)域。根據(jù)另一特征，跟隨路徑可以用來生成動畫或者AVI。同樣，能夠如下面將具體討 論一樣將跟隨與GPS系統(tǒng)結(jié)合起來。在優(yōu)選實施例中，用戶能夠使用筆記本電腦或者便攜式PC，使用跟隨系統(tǒng)來實時 和實地地跟隨所選擇部件，從而例如允許用戶跟隨被埋的管道或者布置在墻里的管道。在 本示例中，當(dāng)所述管道是可觀察到時，執(zhí) 行復(fù)位為“零”以便提供在3D圖像上“讀出“的實 際位置作為(i)管道的位置以及(ii)管道被埋的深度。如上所討論，能夠在跟隨建筑物 中的輸送管、煉油廠或者化學(xué)工廠中的管道以及很多其他情況中使用類似的應(yīng)用。同樣如上所討論，在優(yōu)選實施例中，能夠?qū)⒛Ｐ娃D(zhuǎn)向或者旋轉(zhuǎn)以便跟隨在所選擇 部件中的轉(zhuǎn)向或者彎曲(例如，管道或者電導(dǎo)線中的90度直角彎曲)。在這種情況下，屏幕 上的三維圖像將使得用戶能夠利用用戶的物理空間坐標(biāo)來參考模型的當(dāng)前觀察坐標(biāo)。跟隨系統(tǒng)還可以與以局部坐標(biāo)或者整體坐標(biāo)提供了位置和定向的標(biāo)識的六自由 度設(shè)備一起使用。諸如由Pohlhemus制造的這些設(shè)備能夠用來提供六個局部自由度。還能 夠以其他方式來提供整體坐標(biāo)，例如，耦合GPS至三軸加速計。根據(jù)跟隨系統(tǒng)的另一有利的特征，提供了對模型和用來實現(xiàn)該模型的物理對象兩 者的組合觀察。在一個實現(xiàn)中，平板PC安裝了跟隨系統(tǒng)，并且使用測量值來控制軟件的觀 察窗。能夠在固定的距離(例如，手臂長度)處固定該平板PC，并且該軟件的觀察窗將覆蓋 所選擇部件(例如管道)的被障礙視圖的觀察，并且現(xiàn)場提供所選擇部件的視圖。在另一有利的實現(xiàn)中，在觀察者的一個眼睛附近安裝一個小顯示器。該眼睛接收 例如部件的模型的沒有被妨礙的視圖的圖像，而肉眼利用視差差異觀看被妨礙的視圖。在另一實現(xiàn)中，每個眼睛都從獨立的顯示器接收各自的圖像。適當(dāng)?shù)匮a償為每個 眼睛所生成的圖像以提供正確的配準(zhǔn)，使得模型的感知圖像與物理對象的感知圖像在位置 和定向上一致。例如，通過使用具有半反涂層的光學(xué)元件能夠?qū)⒛Ｐ偷奶摂M圖像和物理圖 像混合。在一些實施例中，當(dāng)模型進行轉(zhuǎn)向以跟隨例如管道中的90度的直角彎曲時，在屏 幕上設(shè)置三維參考對象，所述參考對象使得用戶能夠利用用戶的物理空間坐標(biāo)來參考模型 的當(dāng)前觀察坐標(biāo)。在另一實施例中，定位割面以便切割所選擇部件，S卩，提供所選擇部件的截面圖。 例如，這在大的管子中布置有多個管道時將很有用。該割面垂直于用戶的觀察點，并且該割 面的定位將會如上針對先前實施例所述的一樣跟隨光標(biāo)的移動等。
盡管已經(jīng)結(jié)合多個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是應(yīng)理解已經(jīng)描述的特定 方法和系統(tǒng)僅示意性描述了本發(fā)明不同方面和原理，并且在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的 情況下可以對描述的方法和系統(tǒng)作出 各種變型。
權(quán)利要求
一種用于在包括部件的三維計算機模型中跟隨所選擇部件的幾何特征的方法，所述模型顯示在計算機屏幕上，并且所述方法包括下列步驟從三維計算機模型中選擇部件；以及沿著所述部件的幾何特征跟隨所述部件，而且同時地且自動地去除在所述三維模型中阻礙觀察所述部件的任何障礙物，以便在跟隨所述部件時允許觀察所述部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述計算機屏幕上重新定位所述模型，以便 顯示先前沒有被顯示并且位于所述部件正在被跟隨的方向上的所述模型的另一部分，從而 使得沿著所述方向能夠進一步跟隨所述特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述部件的所述選擇包括最初，自動地從所述 三維模型中去除阻礙觀察所選擇部件的任何障礙物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述三維模型中選擇所述部件包括使用光標(biāo) 選擇所述部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述三維模型中選擇所述部件包括從目錄樹 結(jié)構(gòu)中選擇所述部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述三維模型中選擇所述部件包括過濾出所 述三維模型的除了包含所述部件的層之外的所有層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述跟隨所述部件的步驟包括以所述用戶選擇 的預(yù)定速度自動地跟隨所述部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述跟隨所述部件的步驟包括在顯示所述三維 圖像的屏幕上使用光標(biāo)跟隨所選擇部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過參數(shù)化曲線模型來表示所述部件，并且在與 所述曲線模型相切的直線垂直的觀察平面內(nèi)設(shè)置用于觀察所述曲線模型的觀察點。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，針對所述曲線模型的幾何形狀的每個改變，設(shè) 立新的切線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算與所選擇部件的所選表面垂直的平面，并 且相對于所述垂直平面定義從其觀察在所述三維計算機模型中的所選擇部件的觀察點。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述跟隨所選擇部件的步驟包括沿著所選擇 部件移動光標(biāo)，同時將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在將所述光標(biāo)的所述移動限制在所選擇部件 上的期間，只要所述光標(biāo)的所述移動的分量在所選擇部件的范圍以內(nèi)，用于控制所述光標(biāo) 的輸入設(shè)備的移動就會造成所述光標(biāo)的移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所選擇部件包括由多個子部件構(gòu)成的組件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，通過合并操作來定義由多個子部件構(gòu)成的所 述組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，由多個子部件構(gòu)成的所述組件基于所述多個 子部件的共有屬性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所選擇部件包括單個離散的部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述三維模型包括體模型，其中，使用光標(biāo)跟隨 所選擇部件，并且其中，使用位于標(biāo)量場、向量場以及張量場中的一個內(nèi)的值來將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，結(jié)合所選擇部件的所述跟隨，使用音頻輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在跟隨所選擇部件期間使用光標(biāo)，并且只要所 述光標(biāo)正在跟隨所選擇部件，所述音頻輸出就包括產(chǎn)生的連續(xù)聲音。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，使用被限制在所選擇部件上的光標(biāo)來跟隨所 述部件，并且其中，使用所述音頻輸出來在沒有跟隨所選擇部件時提供指示。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述音頻輸出包括在沒有跟隨所選擇部件時 產(chǎn)生的聽得見的警告。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述音頻輸出包括對在所述跟隨所選擇部件 的步驟期間遇到的異常做出響應(yīng)而產(chǎn)生的聽得見的警告。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用一系列的點來表示所選擇部件的所述幾何 特征。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變顯示給用戶的所述三維模型的觀察點的定 向，使得在與視圖方向一致的直線和所述幾何特征的切線之間定義的角度保持不變。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述幾何特征是所選擇部件的表面，并且其 中，在與所述視圖方向一致的直線和與所述表面垂直的直線之間的角度保持不變。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)所選擇部件的連續(xù)性發(fā)生改變時，將所述模 型立即從在所述連續(xù)性的改變之前的定向移動至新的定向。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，當(dāng)發(fā)生所述連續(xù)性的改變時，提供警告給用戶。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，在跟隨所選擇部件的期間使用在觀察所述三 維模型的觀察窗內(nèi)移動的光標(biāo)，并且其中，當(dāng)所述光標(biāo)移動至位于所述觀察窗的邊界處的 點時平移所述觀察窗，以便使得所述光標(biāo)能夠繼續(xù)跟隨所選擇部件。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將基于相對于所選擇部件進行的計算的信息顯 示給用戶。
31.一種用于使得能夠在屏幕上穿過三維圖像跟隨所述三維圖像的所選擇部件的基于 計算機的方法，所述方法包括下列步驟在觀察屏幕上選擇包括在三維圖像中的部件；去除包括在所述三維圖像中的阻礙觀察所選擇部件的任何障礙物；沿著所選擇部件移動光標(biāo)，同時將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上；以及在移動所述光標(biāo)的同時，在所述屏幕的所選擇區(qū)域中，自動地去除在沿著所述部件移 動所述光標(biāo)的期間出現(xiàn)在所述部件前面的、阻礙觀察所述部件的任何進一步的障礙物，使 得所述光標(biāo)能夠跟隨所述部件的幾何形狀，從而在跟隨所述部件的幾何形狀時所述光標(biāo)的 所述移動期間，在所述屏幕的所述所選擇區(qū)域中將所選擇部件的未受阻礙的視圖提供給用 戶。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，所述所選擇區(qū)域包括包含所述 三維圖像的一部分的所述屏幕的所選擇部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，所述所選擇區(qū)域包括所述屏幕 的全部。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，使用樹結(jié)構(gòu)來選擇所選擇部件。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，通過使用與所述部件相關(guān)的標(biāo) 識符進行過濾，來選擇所選擇部件。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的基于計算機的方法，其中，所述標(biāo)識符包括所選擇部件的 名稱。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的基于計算機的方法，其中，所述標(biāo)識符包括所選擇部件的屬性。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，在所述自動去除步驟中，將被去 除的障礙物從所述屏幕上完全去除。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，在所述自動去除步驟中，將被去 除的障礙物在所述屏幕上保留為虛幻像。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，所述所選擇區(qū)域跟隨所述光標(biāo) 在所述部件的幾何特征上的投影。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的基于計算機的方法，其中，所述幾何特征包括表面曲率、邊 緣以及頂點中的一個。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的基于計算機的方法，其中，所述所選擇區(qū)域包括以與出現(xiàn) 在所選擇部件的曲線幾何特征上的選擇線的最接近的點為圓心的圓。
43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，在觀察所述圖像期間，將靜態(tài)觀 察點提供給所述用戶。
44.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，在觀察所述圖像期間，將一直集 中在所述光標(biāo)上的觀察點提供給所述用戶。
45.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，在觀察所述圖像期間，將所述光 標(biāo)接近所述觀察區(qū)域的邊界時會改變的觀察點提供給所述用戶。
46.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于計算機的方法，其中，所述所選擇部件包括多個子部件。
47.一種用于跟隨在包括鍵盤的計算機設(shè)備的觀察屏幕上所顯示的三維計算機模型中 的所選擇部件的幾何特征的方法，所述方法包括下列步驟響應(yīng)于按下所述鍵盤的第一鍵，通過去除在所述三維模型中阻礙觀察所述部件的任何 障礙物，來觀察到要選擇的部件； 使用第二鍵選擇所述部件；沿著所選擇部件的幾何特征移動光標(biāo)，以便跟隨所述幾何特征；以及 在移動所述光標(biāo)的同時，自動地去除在沿著所述部件移動所述光標(biāo)的期間出現(xiàn)在所述 部件前面并且阻礙觀察所述部件的任何進一步的障礙物，使得所述光標(biāo)能夠跟隨所述部件 的所述幾何特征，從而在所述光標(biāo)的所述移動期間將所選擇部件的未受阻礙的視圖提供給 用戶，其中，在移動所述光標(biāo)時，改變顯示在所述屏幕上的所述模型的所述視圖，以顯示位 于光標(biāo)移動方向上的、先前沒有被顯示的所述模型的另一部分。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，當(dāng)在跟隨所述幾何特征期間所述光標(biāo)被移動 至所述觀察屏幕的邊界時改變所述視圖，并且移動設(shè)置在所述觀察屏幕上的所述模型的所 述視圖，使得所述模型的所述另一部分是先前處于在所述光標(biāo)移動方向上所述邊界之外的部分。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，每次所述光標(biāo)被移動至邊界時改變所述視圖， 并且其中，響應(yīng)于所述光標(biāo)移動至所述邊界，移動顯示在所述屏幕上的所述模型的所述視 圖和所述光標(biāo)的位置，使得所述屏幕上的所述光標(biāo)的位置返回至所述屏幕的中央?yún)^(qū)域，從 而在跟隨所述幾何特征期間從所述中央?yún)^(qū)域開始繼續(xù)所述光標(biāo)的進一步移動。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述去除進一步的障礙物的步驟包括以虛幻 線顯示所述障礙物，以便使得能夠穿過所述障礙物觀察所述部件。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，當(dāng)所述障礙物不再阻礙觀察所述部件時，恢復(fù) 已經(jīng)被去除的所述進一步的障礙物。
全文摘要
一種基于計算機方法，其使得能夠穿過三維圖像跟隨屏幕上的三維圖像中的所選擇部件。在一個實施例中，所述方法包括在圖像中選擇部件，去除包括在所述圖像中的阻礙觀察所述部件的任何障礙物，沿著所述部件移動光標(biāo)，同時將所述光標(biāo)的移動限制在所選擇部件上，并且在移動所述光標(biāo)的同時，在所述觀察屏的所選擇區(qū)域中自動地去除在移動所述光標(biāo)期間出現(xiàn)的阻礙觀察所述部件的任何進一步的障礙，使得所述光標(biāo)能夠跟隨所述部件的幾何形狀。因此，在跟隨所述部件的幾何形狀時，在所選擇區(qū)域?qū)⑽词茏璧K的視圖提供給用戶。
文檔編號G06T15/00GK101816020SQ200780037791
公開日2010年8月25日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者E·皮秋祖, J·杜格拉斯, J-j·格里莫 申請人:達索系統(tǒng)公司