形成幾何圖案的面的組的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于設(shè)計三維建模對象的計算機實現(xiàn)方法。該方法包括提供(S10)建模對象的邊界表示；確定(S20)面的集合的子集，對于面的集合的子集來說，面是另一個的副本；在子集內(nèi)形成(S30)第一組面，所述第一組面形成幾何圖案；以及關(guān)聯(lián)(S40)至少一個第二組面到第一組面，對于第二組的每個面，其鄰近第一組的各自面，以及對于第二組的每對面，其符合剛性運動，所述剛性運動將成對面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換成另一個。這樣的方法改進了3D建模對象的設(shè)計。
【專利說明】形成幾何圖案的面的組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機程序和系統(tǒng)領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用于設(shè)計三維建模(3D)模型化對象的方法、系統(tǒng)和程序。
【背景技術(shù)】
[0002]市場上提供了用于設(shè)計、管理和制造對象的許多系統(tǒng)和程序。CAD是計算機輔助設(shè)計的首字母縮寫詞，例如，它涉及用于設(shè)計對象的軟件解決方案。CAE是計算機輔助工程的首字母縮寫詞，例如，它涉及用于模擬未來產(chǎn)品的物理行為的軟件解決方案。CAM是計算機輔助制造的首字母縮寫詞，例如，它涉及用于定義制造流程和操作的軟件解決方案。在這樣的系統(tǒng)中，圖形用戶界面(⑶I)對于該技術(shù)的效率起著重要的作用。這些技術(shù)可嵌入在產(chǎn)品生命周期管理(PLM)系統(tǒng)內(nèi)。PLM是指幫助企業(yè)跨越擴展企業(yè)的理念而共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)，運用一般流程，并權(quán)衡用于從構(gòu)思到它們使用壽命結(jié)束的產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)知識的商業(yè)策略。
[0003]由Dassault系統(tǒng)(商標CATIA、EN0VIA和DELMIA)提供的PLM解決方案提供了工程中心、制造中心、以及企業(yè)中心，所述工程中心組織產(chǎn)品工程知識，所述制造中心管理制造工程知識、所述企業(yè)中心能夠使得企業(yè)整合和連接到工程和制造中心。該系統(tǒng)一起提供了鏈接產(chǎn)品、流程、資源的開放對象模型，以實現(xiàn)動態(tài)的、基于知識的產(chǎn)品產(chǎn)生和驅(qū)動優(yōu)化的產(chǎn)品限定、制造準備、生產(chǎn)和服務(wù)的決策支持。
[0004]許多CAD系統(tǒng)現(xiàn)在允許用戶基于提供給用戶的建模對象的邊界表示(B-Rep)來設(shè)計3D建模對象。B-Rep是包括面的集合的數(shù)據(jù)格式，每個面被定義為各個支持表面的邊界部分。用戶可以通過修改現(xiàn)有的面、創(chuàng)建新面、刪去一些面、和/或定義面上和/或面之間的限制、或由CAD系統(tǒng)在使用時提供的任何行動而作用于面的集合。在這種情況下，為了效率，立體的歷史通常對用戶不可用。
[0005]發(fā)展中的這樣的3D設(shè)計的方面之一被稱為“圖案識別”。術(shù)語“圖案”是指相同的幾何特征的副本的正常布局。識別圖案在設(shè)計期間允許將這樣的圖案處理為單個元素，從而拓寬了一系列的設(shè)計可能性。舉例來說，并非逐個修改圖案的元素，得益于先前的圖案識另O，用戶例如可以用單個動作而全局執(zhí)行圖案修改。圖案識別涉及CAD的不同領(lǐng)域，諸如機械設(shè)計、消費品、建筑結(jié)構(gòu)、航天或其他領(lǐng)域。
[0006]圖案識別可涉及特征識別。特征識別對識別給定的3D對象(通常是表示機械部件的立體)上的特征形狀有幫助。機械設(shè)計關(guān)注的特征形狀例如包括孔、擠壓墊、擠壓凹處、圓角或圓、外卷墊和/或外卷凹處。識別特性形狀相當(dāng)于通過更好的語義層面來識別其規(guī)格，例如擠壓或外卷形狀的輪廓、外卷形狀的旋轉(zhuǎn)軸、圓和圓角的半徑值、擠壓方向、和/或擠壓深度。該信息或者用于例如通過編輯擠壓輪廓而修改形狀，或者用于饋送到下游工序，例如加工工序。
[0007]通過以下步驟可在商用CAD系統(tǒng)中使用特征識別能力。用戶可選擇特征的類型以進行識別。然后，任選地，用戶選擇立體上特征的一個或多個面，以便初始化搜索。系統(tǒng)執(zhí)行識別并得到識別出特征的規(guī)格。[0008]當(dāng)意圖局部改變輸入立體的形狀時，也可使用“直接編輯”能力。這項技術(shù)(也稱為“無歷史建?！?由CAD編輯晉升為歷史設(shè)計的替代物。目標是通過僅使用其B-Rep而容易地改變立體的形狀。為了從用戶角度來看使得編輯簡單，“直接編輯”技術(shù)必須識別立體的局部形狀。例如，該系統(tǒng)必須保持孔的圓柱形狀(并不將圓柱改變?yōu)樽杂尚问奖砻?，保持凹處的壁的垂直方向，和/或維持形狀的外卷或擠壓特性。因此，即使在“直接編輯”領(lǐng)域，特征識別也是不可避免的。
[0009]傳統(tǒng)的特征識別一次處理一個特征。它不識別給定特征的多個副本，并且它不識別這些副本的布局。至于圖案識別，該主題仍在開發(fā)中，但現(xiàn)有解決方案似乎需要很多的用戶干預(yù)。
[0010]因此，現(xiàn)有解決方案缺乏效率，特別是從用戶利用的觀點和窮舉的觀點來看。在此背景下，仍然有必要設(shè)計一種用于3D建模對象的改進的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)一個方面，因此提供一種用于設(shè)計3D建模對象的計算機實現(xiàn)方法。該方法包括提供建模對象的邊界表示。邊界表示包括面的集合，每個集合被定義為各自支持表面的邊界部分。該方法還包括:確定所述邊界表示的面的集合的子集，對于所述子集，面是另一個的副本。該方法還包括形成所述子集中的第一組面，所述第一組面形成幾何圖案。并且所述方法包括關(guān)聯(lián)至少一個第二組面到所述第一組面。對于所述第二組的每個面，所述第二組的面鄰近所述第一組的各自面。對于所述第二組的每一對面，所述第二組面也符合剛性運動，所述剛性運動將成對的面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換成另一個。
[0012]該方法可以包括下列一項或多項:
[0013]-對于關(guān)聯(lián)，當(dāng)所述剛性運動還將對應(yīng)于一對面的支持表面轉(zhuǎn)換成另一個時，至少在該對面鄰近第一組的各個面的區(qū)域中，該對面被評估為符合將該對面所鄰近的第一組的各個面轉(zhuǎn)換為另一個的剛性運動；
[0014]-第二組面的數(shù)量大于第一組面的數(shù)量減去預(yù)定閾值；
[0015]-所述方法還包括關(guān)聯(lián)至少一組面的塊到第一組面，對于每個塊，所述至少一組面的塊是鄰近所述第二組的各自的面的連接面的集合，以及對于每對塊，所述至少一組面的塊符合所述剛性運動；
[0016]-所述方法被迭代，在迭代中包含于所述第一組且關(guān)聯(lián)到所述第一組的面針對下一迭代而被丟棄；
[0017]-在所述子集內(nèi)形成第一組面包括:測試幾何圖案的預(yù)定集合之一的發(fā)生是否存在于子集內(nèi)；
[0018]-該幾何圖案的預(yù)定集合包括循環(huán)定義的圖案的集合:
[0019]-所述循環(huán)地定義的圖案的集合包括一維圖案和/或網(wǎng)格圖案，所述一維圖案包括線性圖案和/或圓形圖案，所述網(wǎng)格圖案包括矩形網(wǎng)格圖案和/或圓形網(wǎng)格圖案；
[0020]-測試包括根據(jù)優(yōu)先級次序瀏覽幾何圖案的預(yù)定集合；
[0021]-該幾何圖案的預(yù)定集合包括:圓形網(wǎng)格圖案、矩形網(wǎng)格圖案、圓形圖案，以及然后線性圖案；和/或
[0022]-測試包括根據(jù)優(yōu)先級次序瀏覽幾何圖案的預(yù)定集合，所述優(yōu)先級次序從最高優(yōu)先級到最低優(yōu)先級排序圓形網(wǎng)格圖案、矩形網(wǎng)格圖案、圓形圖案，以及然后線性圖案。
[0023]此外提出一種包括用于執(zhí)行上述方法的指令的計算機程序。該計算機程序適合于被記錄在計算機可讀存儲介質(zhì)上。
[0024]此外提出一種其上記錄有上述計算機程序的計算機可讀存儲介質(zhì)。
[0025]此外提出一種包括耦合到存儲器和圖形用戶界面的處理器的CAD系統(tǒng)，所述存儲器其上記錄有上述計算機程序。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]現(xiàn)在將通過非限制性示例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0027]圖1示出該方法的示例的流程圖；
[0028]圖2示出圖形用戶界面的示例；
[0029]圖3示出客戶端計算機系統(tǒng)的示例；以及
[0030]圖4-61示出該方法的示例。
【具體實施方式】
[0031]圖1顯示了用于設(shè)計3D建模對象的計算機實現(xiàn)方法的流程圖。該方法包括提供SlO建模對象的邊界表示。該邊界表示包括面的集合。每個面被定義為各自支持表面的邊界部分。該方法還包括:確定S20邊界表示的面的集合的子集，對于該子集，面是另一個的副本。該方法還包括形成S30子集中的第一組面，所述第一組面形成幾何圖案。以及該方法包括關(guān)聯(lián)S40至少一個第二組面到第一組面。對于第二組面的每一個，第二組的面鄰近所述第一組中的各自面。以及對于第二組的每一對面，第二組的面符合剛性運動，所述剛性運動將成對面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換成另一個。
[0032]這樣的方法構(gòu)成用于設(shè)計3D建模對象的改進解決方案。通過形成S30構(gòu)成幾何圖案的第一組面，該方法識別幾何圖案，從而向用戶開放基于圖案的設(shè)計功能。通過以該方法的具體方式關(guān)聯(lián)S40至少一個第二組面到第一組面，該方法允許識別圖案的適當(dāng)擴展，以更好地把握所需圖案并更佳地利于設(shè)計。因為該方法工作于面的級別，并包括涉及面的特征識別，所述面例如是彼此的副本并符合具有給定剛性運動的成對的面，該方法可以被容易地實現(xiàn)并因此自動化，從而以詳盡和快速的方式識別有意義的圖案。這在下面的討論中全被詳細描述。
[0033]建模對象是由存儲在計算機系統(tǒng)的存儲器中的數(shù)據(jù)所定義的任何對象。推而廣之，表述“建模對象”指定數(shù)據(jù)本身?！霸O(shè)計3D建模對象”指定作為精細制作3D建模對象的至少部分過程的任何動作或動作序列。因此，該方法可以包括:從頭開始創(chuàng)建3D建模對象。可替換地，所述方法可包括提供先前創(chuàng)建的3D建模對象，然后修改該3D建模對象。
[0034]3D建模對象可以是CAD建模對象或CAD建模對象的一部分。在任何情況下，由該方法設(shè)計的3D建模對象可以表示CAD建模對象或它的至少一部分，例如由CAD建模對象占用的3D空間。CAD建模對象是由存儲在CAD系統(tǒng)的存儲器中的數(shù)據(jù)所定義的任何對象。根據(jù)系統(tǒng)的類型，該建模對象可由不同類型的數(shù)據(jù)來定義。CAD系統(tǒng)是至少適用于基于建模對象的圖形表示設(shè)計建模對象的任何系統(tǒng)，諸如CATIA。因此，定義CAD建模對象的數(shù)據(jù)包括:允許表示建模對象的數(shù)據(jù)(例如，幾何數(shù)據(jù)，例如包括空間中的相對位置)。[0035]該方法可以包括在制造過程中，其可包括:在執(zhí)行該方法之后，例如根據(jù)通過該方法識別出的幾何圖案(在這種情況下，向制造過程饋送關(guān)于所述幾何圖案的信息)，而產(chǎn)生對應(yīng)于所述建模對象的物理產(chǎn)品。在任何情況下，由該方法設(shè)計的建模對象可以表示制造對象。因此，建模對象可以是建模立體(即表示立體的建模對象)。制造對象可以是產(chǎn)品，諸如部件或部件的組件。因為該方法改進了建模對象的設(shè)計，該方法還改進了產(chǎn)品的制造，從而提高了制造過程的生產(chǎn)率。該方法可以使用CAM系統(tǒng)(諸如DELMIA)來實現(xiàn)。CAM系統(tǒng)是至少適用于定義、模擬和控制制造過程和操作的任何系統(tǒng)。
[0036]該方法是計算機實現(xiàn)的。這意味著:該方法可以在至少一臺計算機或者任何類似系統(tǒng)上執(zhí)行。例如，該方法可以在CAD系統(tǒng)上實現(xiàn)。因此，該方法的步驟由計算機執(zhí)行，可能全自動地或半自動地執(zhí)行(例如由用戶觸發(fā)的步驟和/或涉及用戶交互的步驟)。值得注意的是:提供SlO和/或確定S20可以由用戶來觸發(fā)。形成S30和/或關(guān)聯(lián)S40可自動(即無需任何用戶干預(yù))或半自動(即涉及例如輕微的用戶干預(yù)，例如用于驗證結(jié)果或向/從組添加/刪除用戶確定的元素)執(zhí)行。
[0037]該方法的計算機實現(xiàn)的典型示例是使用適用于該目的的系統(tǒng)來執(zhí)行所述方法。該系統(tǒng)可以包括存儲器，其上記錄有用于執(zhí)行該方法的指令。換句話說，軟件已經(jīng)準備在存儲器上，用于立即使用。該系統(tǒng)因而適于無需安裝任何其他軟件而執(zhí)行該方法。這樣的系統(tǒng)還可以包括和存儲器耦合的用于執(zhí)行指令的至少一個處理器。換句話說，該系統(tǒng)包括在耦合到處理器的存儲器上編碼的指令，所述指令提供用于執(zhí)行該方法的手段。這樣的系統(tǒng)是用于設(shè)計3D建模對象的有效工具。
[0038]這樣的系統(tǒng)可以是CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以是CAE和/或CAM系統(tǒng)，并且CAD建模對象也可以是CAE建模對象和/或CAM建模對象。當(dāng)然，CAD、CAE和CAM系統(tǒng)不是彼此排斥的，因為建模對象可以由對應(yīng)于這些系統(tǒng)中的任何組合的數(shù)據(jù)來定義。
[0039]該系統(tǒng)可以包括至少一個⑶I，用于例如由用戶啟動指令的執(zhí)行。值得注意的是:Gn可以允許用戶觸發(fā)提供SlO的步驟，然后，如果用戶例如通過啟動特定功能(例如，名為“圖案識別”)而決定這樣做，以觸發(fā)確定S20。然后，可以自動或半自動地執(zhí)行形成S30，以及然后執(zhí)行關(guān)聯(lián)S40。
[0040]3D建模對象是3D(即三維)的。這意味著，建模對象是由允許其3D表示的數(shù)據(jù)來定義的。值得注意的是=B-Rep的面是3D的，以及支持表面是3D表面(即，以3D定義它們，以至于所有支持表面的聯(lián)合可以是非平面的)。3D表示允許從所有角度觀看表示。例如，當(dāng)3D表示時，建模對象可以被處理并圍繞它的任何軸或圍繞在其上顯示表示的屏幕中的任何軸轉(zhuǎn)動。這尤其不包括2D圖標(其不是3D建模)，即使當(dāng)它們以2D立體圖表示某物時。3D表示的顯示便于設(shè)計(即，增加設(shè)計者統(tǒng)計上完成他們的任務(wù)的速度)。因為產(chǎn)品設(shè)計是制造過程的一部分，這加快了工業(yè)中的制造過程。注意的是:即使附圖的一些示例以2D表示，但關(guān)于該方法的3D特征的論述也適用。必須理解:這些示例僅用于理解本方法的目的。
[0041 ] 圖2示出典型的CAD系統(tǒng)的⑶I的示例。
[0042]⑶12100可以是典型的類CAD的界面，其具有標準的菜單欄2110、2120、以及底部和側(cè)面工具欄2140、2150。如本領(lǐng)域已知的，這種菜單和工具欄包含一組用戶可選擇圖標，每個圖標與一個或多個操作或功能相關(guān)聯(lián)。這些圖標中的一些和軟件工具關(guān)聯(lián)，適用于編輯和/或作用于⑶12100中顯示的3D建模對象2000。軟件工具可以被分組到工作臺中。每個工作臺包括軟件工具的子集。具體而言，工作臺中的一個是編輯工作臺，適于編輯建模產(chǎn)品2000的幾何特性。在操作中，設(shè)計者例如可以預(yù)先選擇對象2000的一部分，然后通過選擇適當(dāng)?shù)膱D標來啟動操作(例如，造型操作，或如改變維度、顏色等的任何其他操作)或編輯幾何限制。例如，典型的CAD操作是對屏幕上顯示的3D建模對象的沖壓或折疊的建模。
[0043]⑶I例如可以顯示涉及所顯示的產(chǎn)品2000的數(shù)據(jù)2500。在圖2的示例中，數(shù)據(jù)2500 (顯示為“特征樹”)以及它們的3D表示2000涉及包括制動鉗和盤的制動組件。⑶I還可以示出各種類型的圖形工具2130、2070、2080，例如用于利于對象的3D定向，用于觸發(fā)所編輯產(chǎn)品的操作的模擬或呈現(xiàn)所顯示產(chǎn)品2000的各種屬性。光標2060可以由觸覺設(shè)備控制，以允許用戶與圖形工具交互。
[0044]圖3示出了作為客戶端計算機系統(tǒng)(例如，用戶工作站)的系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的示例。
[0045]客戶端計算機包括連接到內(nèi)部通信總線1000的中央處理單元(CPU) 1010，也連接到BUS的隨機存取存儲器(RAM) 1070?？蛻舳擞嬎銠C還配備有圖形處理單元(GPU) 1110，該圖形處理單元1110與連接到總線的視頻隨機存取存儲器1100相關(guān)聯(lián)。在本領(lǐng)域中，視頻RAMl 100已知為幀緩沖器。大容量存儲設(shè)備控制器1020管理對于大容量存儲設(shè)備(諸如硬盤驅(qū)動器1030)的訪問。適合于有形地體現(xiàn)計算機程序指令和數(shù)據(jù)的大容量存儲設(shè)備包括所有形式的非易失性存儲器，例如包括半導(dǎo)體存儲器設(shè)備，如EPROM，EEPROM和閃存設(shè)備；磁盤，諸如內(nèi)部硬盤和可移動磁盤，磁光盤，以及CD-ROM盤1040。任何前述可由專門設(shè)計的ASIC(專用集成電路)補充，或者并入專門設(shè)計的ASIC中。網(wǎng)絡(luò)適配器1050管理對于網(wǎng)絡(luò)1060的訪問?？蛻舳擞嬎銠C還可以包括觸覺設(shè)備1090，諸如光標控制設(shè)備，鍵盤等。光標控制設(shè)備用于客戶端計算機中，以允許用戶在屏幕1080上的任何期望的位置選擇性地定位光標，正如參考圖2所提及的。通過屏幕，
[0046]它是指在其上執(zhí)行顯示的任何支持件，例如計算機顯示器。此外，光標控制設(shè)備允許用戶選擇各種命令，并輸入控制信號。光標控制設(shè)備包括許多信號生成設(shè)備，用于將控制信號輸入到系統(tǒng)。典型地，光標控制設(shè)備可以是鼠標，鼠標的按鈕被用來生成信號。
[0047]為了使得該系統(tǒng)執(zhí)行所述方法，提供了一種包括用于由計算機執(zhí)行的指令的計算機程序，所述指令包括用于此目的的手段。該程序例如可以在數(shù)字電子電路中、或者在計算機硬件、固件、軟件或它們的組合中實現(xiàn)。本發(fā)明的裝置可以實施在有形地體現(xiàn)在機器可讀存儲設(shè)備中的計算機程序產(chǎn)品中，用于由可編程處理器執(zhí)行；以及本發(fā)明的方法步驟可以由執(zhí)行指令程序的可編程處理器來執(zhí)行，以通過操作輸入數(shù)據(jù)并生成輸出而執(zhí)行本發(fā)明的功能。該指令可以有利地在一個或多個計算機程序中執(zhí)行，該計算機程序可在可編程系統(tǒng)中執(zhí)行，該可編程系統(tǒng)包括:至少一個可編程處理器，其被耦合以從數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)和指令，并且將數(shù)據(jù)和指令發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)；至少一個輸入設(shè)備；以及至少一個輸出設(shè)備。該應(yīng)用程序可以用高級過程語言或面向?qū)ο蟮木幊陶Z言實現(xiàn)，或如果希望的話則用匯編或機器語言來實現(xiàn)；且在任何情況下，該語言可以是編譯或解釋語言。該程序可以是完整的安裝程序或更新程序。在后一種情況下，程序?qū)F(xiàn)有的CAD系統(tǒng)更新到其中所述系統(tǒng)適合于執(zhí)行該方法的狀態(tài)。
[0048]現(xiàn)在討論提供S10。[0049]該方法包括提供SlO建模對象的B-R印。所述提供SlO可由工作于建模對象上(這種情況下，工作于它的邊界表示)的設(shè)計者產(chǎn)生，或者可由該方法可應(yīng)用于已存在的B-R印(例如在現(xiàn)有庫中取回的)這一事實產(chǎn)生。在任何情況下，建模對象在SlO處被提供為B-R印。邊界表示是用于根據(jù)3D對象的包絡(luò)(即它的外表面)建模3D對象的眾所周知的格式。B-Rep從而指定可以包括幾何數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)的特定格式的數(shù)據(jù)。幾何數(shù)據(jù)是提供幾何實體的數(shù)據(jù)，幾何實體是根據(jù)3D位置描述的實體。拓撲數(shù)據(jù)是提供拓撲實體的數(shù)據(jù)，拓撲實體是根據(jù)對幾何實體的引用和/或與其他拓撲實體的關(guān)系(例如相對定位)描述的實體。典型地，該關(guān)系可以包括使拓撲實體與其他拓撲實體相關(guān)聯(lián)的“被劃界(is boundedby) ”關(guān)系，通過該關(guān)系，它們被拓撲地劃界。
[0050]提供SlO可以排除任何歷史數(shù)據(jù)。換句話說，在SlO處提供的建模對象可以是無歷史的。這意味著，所建模的對象與指示其設(shè)計歷史的任何數(shù)據(jù)不相關(guān)聯(lián)，而是僅通過包括B-Rep的聲明數(shù)據(jù)。因此，該方法在設(shè)計者不占有建模對象的歷史的背景下工作，這尤其暗示在建模對象上設(shè)計的幾何圖案不像在SlO所提供的建模對象上一樣被定義。
[0051]在該方法的情況下，(例如，幾何的)數(shù)據(jù)至少包括所謂的“支持表面”，例如參數(shù)化表面(即，根據(jù)與定義2D域的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的3D位置建模的3D表面)。支持表面典型地可以是Nurbs表面，而且可以是平面的、規(guī)范化的或程序上的曲面。(例如，拓撲的)數(shù)據(jù)至少包括面的集合，每個面被定義為(以幾何數(shù)據(jù)提供的)各自的支持表面的有界部分。因此，面對應(yīng)于修整表面。所述支持表面因此是在其上以任何方式、通過修整操作定義面(從而“支持”面)的表面。
[0052]盡管眾所周知，但現(xiàn)在進一步通過可在SlO提供的建模對象的示例討論B-R印的概念。然而，對于至少一些拓撲實體，本方法可以設(shè)想B-Rep的其他示例，例如具有不同于“被劃界”關(guān)系的關(guān)系。
[0053]正如已經(jīng)提到的，建模對象的B-R印可包括拓撲實體和幾何實體。幾何實體可以包括作為表面(例如平面)、曲線(例如線)和/或點的3D對象。表面可被提供為兩個參數(shù)的函數(shù)。曲線可以簡單地被提供為一個參數(shù)的函數(shù)。點可以被提供為3D位置。該拓撲實體可以包括面、邊和/或頂點。通過它的定義，面對應(yīng)于各個表面的邊界部分，命名為“支持表面”。術(shù)語“面”可因此中立地指定表面的這種邊界部分或2D域的相應(yīng)邊界部分。類似地，邊對應(yīng)于曲線的邊界部分，例如命名為“支持曲線”。術(shù)語“邊”因此可指定曲線或其域的邊界部分。頂點可以被定義為到3D空間中的點的鏈接。這些實體如下地彼此相關(guān)。曲線的邊界部分由位于曲線上的2個點(頂點)定義。表面的邊界部分由它的邊界定義，該邊界是位于表面上的邊的集合。面的邊界的邊通過共享頂點連接在一起。面通過共享邊連接在一起。通過定義，如果兩個面共享一條邊，則它們是相鄰的。類似地，如果兩條邊共享一個頂點，則它們是相鄰的。表面、曲線和點可以通過它們的參數(shù)化而鏈接在一起。例如，定義曲線的參量函數(shù)的參數(shù)值可以被提供以限定邊界頂點。類似地，將曲線參數(shù)鏈接到表面的兩個參數(shù)的函數(shù)可以被提供以限定邊界邊。然而，B-Rep的這種拓撲數(shù)據(jù)的非常詳細的結(jié)構(gòu)超出本說明的范圍。
[0054]圖4和圖5示出可以是在SlO提供的建模對象并且在附圖中由編號為1、2和3的三個面(頂部平面I和兩個側(cè)圓柱面2和3)組成的圓柱槽80的B-Rep模型。圖4示出槽80的立體圖。圖5示出所有面的分解圖。重復(fù)的數(shù)字說明共享的邊和頂點。面I是平面的有界部分。面I的邊界包括邊4和邊5，它們中的每個由頂點10和11劃界。它們都具有相同的支持圓。面2由全位于無限圓柱表面(即面2的支持表面)上的邊6、8、5和13劃界。面I和2是相鄰的，因為它們共享邊5。面2和面3是相鄰的，因為它們共享邊8和邊13。面I和面3是相鄰的，因為它們共享邊4。
[0055]圖6示出槽80的B-Rep模型的“被劃界”拓撲關(guān)系。較高層101的節(jié)點是面，中間層103的節(jié)點是邊，而較低層105的節(jié)點是頂點。圖7和圖8圖示了拓撲實體(面、邊、頂點)和支持的幾何形狀(無限圓柱體、無限平面、無限線、點)之間的關(guān)系。在CAD系統(tǒng)中，B-Rep模型以合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聚集“被劃界”關(guān)系及拓撲實體和支持幾何形狀之間的關(guān)系，以及支持的幾何形狀的數(shù)學(xué)描述。換句話說，顯示在圖6和7中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是本示例的部分拓撲數(shù)據(jù)，其中包括幾何數(shù)據(jù)的幾何實體的鏈接(這是圖7)和拓撲實體之間的鏈接(這是圖6) ο
[0056]現(xiàn)在討論方法的其他動作(即步驟S20-S40)。
[0057]例如當(dāng)用戶觸發(fā)時，該方法包括確定S20邊界表示的面的集合的子集，對于所述子集，面是另一個的副本。面的子集因此是作為彼此的副本的面的集合，或者換句話說，是是彼此在幾何上等同的，或者是其他的幾何復(fù)制。該子集可以在S20根據(jù)普通技術(shù)人員所希望的任何實現(xiàn)方式來確定。例如，所述方法可以包括執(zhí)行成對的面之間的比較，該面被按任意次序瀏覽。這樣的比較可以以任意方式來進行。稍后提供示例。此外，如CAD領(lǐng)域已知的，涉及數(shù)值計算的任何決定須受到由系統(tǒng)應(yīng)用的所需數(shù)值逼近。在目前的情況下，盡管它們在理論上略有不同，面可以在S20被確定為彼此的副本。因此，該方法實際上可在S20確定實質(zhì)上是另一個的副本的面的子集。然而，實施逼近的方式不是本討論的主題，因而“實質(zhì)上是另一個的副本”和“是另一個的副本”未在以下進行區(qū)別。實際上只考慮:該方法遵循用于區(qū)分兩個面是否是另一個的副本的預(yù)定標準。
[0058]該方法然后包括在形成幾何圖案的子集內(nèi)形成S30第一組面。當(dāng)在S30形成時，第一組面(為方便起見，被稱為“第一”)是子集的面的集合，因而是作為另一個的副本的面的集合。通過“形成”組，意思是:數(shù)據(jù)被添加到建模對象，以便指示所述組的存在。例如，創(chuàng)建組名，并將所述組的面和組名之間的鏈接添加到(數(shù)據(jù)定義的)建模對象。將元素連接在一起的這種方式也可以被實施用于確定S20。雖然在形成S30的情況下，組的形成意味著存儲在永久性存儲器上的新數(shù)據(jù)，或?qū)τ谟脩糇饔糜趲缀螆D案來說至少足夠長，而這不一定是用于指示在確定S20中創(chuàng)建的子集的新數(shù)據(jù)的情況，該新數(shù)據(jù)被創(chuàng)建主要是用于執(zhí)行形成S30的目的。這些只是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的實施事項。
[0059]此外，該方法選擇面以形成第一組，使得它們形成幾何圖案。表述“幾何圖案”指的是第一組的面構(gòu)成以可預(yù)測方式(即根據(jù)預(yù)定的規(guī)則)定位其元素(即第一組的面或面的集合)的幾何結(jié)構(gòu)，從而排除了完整的隨機性。通過形成S30構(gòu)成幾何圖案的面的組，該方法開始識別在建模對象內(nèi)的幾何圖案。因為幾何圖案的面被首先選擇為另一個的副本，該方法識別具有根據(jù)設(shè)計意圖的意思的幾何圖案。這允許更容易地設(shè)計。首先，這允許稍后向用戶展示幾何圖案。因此，用戶可以把握設(shè)計者的意圖。如前所述，這也允許在幾何圖案上全局執(zhí)行的以后設(shè)計的動作(即，以自動統(tǒng)一的方式)。例如，用戶可用單一的“拖放”動作來平移整個幾何圖案?；蛘撸脩艨赏ㄟ^選擇圖案并且然后僅為其元素輸入一次新的尺寸而增加幾何圖案的所有元素的尺寸。這些僅僅是示例。該方法可包括任何或一些這樣的后來的設(shè)計動作。這一般在CAD的領(lǐng)域中是有用的，因為該方法允許用較少的用戶動作來實現(xiàn)涉及幾何圖案的一些特定設(shè)計。這在機械設(shè)計領(lǐng)域中特別有用，當(dāng)建模對象表示產(chǎn)品時，在這種情況下，屬于全球性的工業(yè)過程的方法需要其所有階段的時間優(yōu)化。該方法還可以包括向制造過程饋送所識別出的幾何圖案。
[0060]形成S30可以包括測試幾何圖案的預(yù)定集合之一的發(fā)生是否存在于子集內(nèi)。換言之，該方法基于幾何圖案的類型的預(yù)定集合，其可能是預(yù)定的或用戶定義的，例如存儲在永久性存儲器上，而對于形成S30，該方法測試在S20處確定的子集是否包括遵守/構(gòu)成屬于預(yù)定集合的幾何圖案的面。根據(jù)預(yù)期的設(shè)計的任何領(lǐng)域，在這種預(yù)定集合上工作允許盡可能高效地執(zhí)行該方法。值得注意的是:預(yù)定集合可以是可修改的。預(yù)定集合可包括2D圖案(即平面布局)和/或3D圖案(即非平面分布)。
[0061]幾何圖案的預(yù)定集合可包括循環(huán)定義圖案的集合。這些圖案通常用在機械設(shè)計領(lǐng)域中，因此它們的識別是特別有用的。循環(huán)定義圖案是這樣定義的圖案:通過一個或多個初始幾何元素(例如面，例如一個或兩個初始面)，并通過用于從初始元素和/或從先前生成的元素中生成其他元素的一個或多個規(guī)則。當(dāng)規(guī)則被全局定義并且不附連到循環(huán)的特定索引時(該規(guī)則被定義用于通用索引，例如:n或2n和2n+l,或3n和3n+l和3n+2,即不是用于特定的值)，任何循環(huán)定義圖案可以是規(guī)則的。因此，為了形成S30第一組，該方法可以包括在S20確定的子集內(nèi)測試是否存在根據(jù)對應(yīng)于所考慮的幾何圖案的規(guī)則而已生成的面的集合。這可以通過瀏覽預(yù)定圖案集合的圖案而被重復(fù)多次。換句話說，根據(jù)測試的幾何圖案，該方法可以包括定義一個或幾個面(取決于圖案是否具有一個或幾個初始元素)，然后檢查根據(jù)向定義的初始面應(yīng)用圖案規(guī)則而是否出現(xiàn)幾何圖案的發(fā)生。稍后提供循環(huán)定義圖案和測試其發(fā)生的方式的示例。
[0062]當(dāng)在S30形成第一組時，無論幾何圖案識別出什么以及無論過程為其使用何物，該方法然后包括關(guān)聯(lián)S40面的所謂“第二組”到面的第一組。
[0063]換句話說，就像在S30，在S40創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)，該新的數(shù)據(jù)包括第一組和已不在第一組中的B-R印的其他面之間鏈接。因此，關(guān)聯(lián)S40將所識別出的幾何圖案“擴展”到新的面。因此，表達“幾何圖案”可以指定以下初始幾何圖案的該擴展版本。在下文中，由該方法識別的任何幾何圖案因而至少包括是另一個的副本的“第一組”面，以及遵守如下解釋的某些約束的“第二組”面。
[0064] 第二組面是在SlO提供的B-R印的面的整個集合的子集的面的集合。第二組面具有特異性/約束，對于第二組的每個面，第二組面鄰近第一組的各自面。換句話說，第二組的每個面和第一組的面共享一條邊。在下文中，該第一組面被設(shè)計成“‘各自的’第一組面”，以表明其與相鄰的第二組面的關(guān)系。第二組面的另一特異性/約束在于:對于第二組的每對面，它們符合特定的剛性運動。面可以被看作是點集(并由此像這樣由該方法處理)，即三維空間R3的子集。剛性運動是在兩個點集合之間由D (X) = Rx+T定義的映射D =R3 — R3,其中R是旋轉(zhuǎn)向量，而T是平移向量(可能為空)。剛性運動是可逆的，因為y = D(X)等價于1 = = R-1Y-R^1T0因為第一組面是另一個的副本，給定第一組的兩個面，通過施加剛性運動，一個可能源自另一個。現(xiàn)在，對于將成為在S40關(guān)聯(lián)到第一組的部分面的鄰近面，該方法需要它們是兩個兩個地符合剛性運動，所述剛性運動將它們各自的第一組的鄰近面轉(zhuǎn)換為另一個。這可能意味著:這樣的剛性運動用于例如由該方法實施的特定測試中，以確定鄰近第一組面的面是否可以添加到第二組。
[0065]符合的概念意味著:第二組的面經(jīng)由所述特定的各自的剛性運動而兩個兩個地幾何鏈接，但是它們不必然使用所述特定的各自的剛性運動從另一個中導(dǎo)出(即，在這種情況下，該標準比“是副本”標準更“松散”)。這可由技術(shù)人員可以設(shè)想的任何方式來實現(xiàn)。例如，當(dāng)剛性運動還將相應(yīng)于成對的面的支持表面轉(zhuǎn)換成另一個時，至少在成對的面與第一組各自的面鄰近的區(qū)域中，該方法可評估成對的面符合特定的剛性運動(即，將成對的面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換成另一個的剛性運動)。鄰接區(qū)域?qū)嶋H上可以是第二組的面上鄰接邊的預(yù)定鄰域(即由兩個相鄰的面共享的邊)。鄰域的尺寸可以以技術(shù)人員可設(shè)想的任何方式來定義。它可以被限制到各個支持表面的一部分。通過將一個各自的第一組的面轉(zhuǎn)換成另一個的剛性運動，該方法然后可評估:支持表面是否是在鄰近區(qū)域中另一個的副本。通過將第一組的面轉(zhuǎn)換為另一個的剛性運動，另一個示例是評估:鄰接邊是否(只是)另一個面的副本(這個不一定，即使第一組的面是另一個的副本，因為表面衍生的一些信息可以被附加到相鄰邊，例如，如稍后所討論的，附加到以邊為界的潛在第二組面的本地軸系統(tǒng))?？商鎿Q地，如果剛性運動還將整個各自的支持表面轉(zhuǎn)換為另一個，則該方法可以評估成對的面符合特定的剛性運動。在任何情況下，對于關(guān)聯(lián)S40(相比于形成S30)的松散的幾何比較標準允許更頻繁地擴展幾何圖案，利用已經(jīng)存在的信息:基于更嚴格的標準，在S30已經(jīng)確定幾何圖案存在。此外，結(jié)果更易于由用戶處理(因為用戶例如可以刪除在S40關(guān)聯(lián)的幾何圖案的一些元素，如果它們對用戶而言不是幾何圖案的一部分，這與增加對他而言已經(jīng)忘記的元素更容易)。
[0066]因此，通過基于面定義來執(zhí)行簡單的幾何計算，并通過識別是另一個的副本并形成幾何圖案的第一組面，然后通過適當(dāng)?shù)匾韵噜徝鏀U展第一組，該方法有效地識別可能是復(fù)雜的(比一次只一面的圖案更詳盡)幾何圖案，而不需要用戶識別(即預(yù)先選擇)用于幫助識別的建模對象上的任何特定面或位置。該方法實際上可以排除由用戶做出的這種識另IJ。因此，該方法允許適于建模對象的邊界表示的圖案的有效識別。該方法不需要任何用戶的幾何結(jié)構(gòu)視覺分析。該方法通過系統(tǒng)地分析輸入的幾何結(jié)構(gòu)而集中對復(fù)制幾何結(jié)構(gòu)的配置。因為用戶不直接參與處理，因此節(jié)約時間用于其它任務(wù)。此外，如后面所解釋，該方法可以用于產(chǎn)生復(fù)制的幾何結(jié)構(gòu)的所有配置作為最終結(jié)果。這是一個一次性過程。因此，本發(fā)明縮短了用于圖案識別所花費的時間，并提供最佳的可能結(jié)果。
[0067]現(xiàn)在，注意的是:該方法可以被迭代。執(zhí)行該迭代，使得迭代中在S30的第一組中包括的面或在S40處關(guān)聯(lián)于第一組的面被丟棄，用于下一個迭代。值得注意的是:該方法可以包括如上所述的一個初始提供SlO (B-Rep實際上最初被提供，但隨后存在至少直到方法結(jié)束)。然后該方法可包括用戶執(zhí)行觸發(fā)步驟以啟動圖案識別。然后，該方法可以例如自動地(即無需任何用戶干預(yù))迭代確定S20、形成S30和關(guān)聯(lián)S40，直到識別所有圖案(可由本方法識別的所有圖案)。在每次迭代中，“已使用”的任何面(包括形成第一組的部分的面以及關(guān)聯(lián)于第二組的面，以及屬于后面討論的所謂的“面的塊”的面)可以被擱置(即丟棄)，以便它不會在接下來的迭代中使用。這是為了保持圖案識別簡單，并且具有最多屬于一個幾何圖案的給定面。
[0068]由于這種迭代，該方法可以以具有最少用戶干預(yù)的窮舉方式來識別足夠詳細/精細的幾何圖案。在這里注意的是:第一確定S20可以確定是另一個的副本的面的所有子集，然后每個迭代的確定S20包括在這些最初確定的子集之間的選擇?？梢愿鶕?jù)本方法的其他動作的迭代來修改最初子集，如稍后參考本方法的示例討論的。還應(yīng)當(dāng)指出:可以一次又一次迭代地交替該方法的步驟S30和S40，或可替換地執(zhí)行形成S30的幾個迭代以及然后執(zhí)行關(guān)聯(lián)S40的僅僅幾個迭代。其中該方法的步驟被重復(fù)的精確次序?qū)τ趫D案識別的詳盡性是沒有必要的。稍后提供如何在每次迭代執(zhí)行所述方法的步驟的方式的示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可實現(xiàn)的任何變化都在當(dāng)前討論的范圍內(nèi)。
[0069]因此，該方法允許自動尋找在輸入對象內(nèi)的幾何特征的所有副本，以及所有這些副本的各自配置。在輸入對象上(典型地，立體的B-R印)執(zhí)行該任務(wù)，無需任何用戶選擇。該算法根據(jù)需要輸出圖案以描述所有的復(fù)制特征。在示例中，該方法首先考慮輸入立體作為獨立面的集合。在示例的第一步驟中，以相同的剛性運動為模的面聚集成子集。這使得面的初始集合被分割為不相交的子集。粗略地說，給定同一個子集中的任意兩個面a，b，存在剛性運動D，使得b = D(a)。在示例的第二步驟中，在面的每個子集內(nèi)，該算法識別所有的特性圖案。如在后面提供的示例描述的，一維圖案是等距間隔對象的線性或環(huán)狀序列，二維圖案是矩形網(wǎng)格或同心和圓形配置。本示例的第三步驟是擴展圖案特征。
[0070]在提供一些定義之后，現(xiàn)在討論方法的示例。
[0071]給定點集X，如果存在剛性運動使得Y = {D (X)，X e X}(簡短表示為Y = D (X))，則點集Y是X的“復(fù)制品”。
[0072]“定向點集”是二元組(X，ux)，其中X:c R3是點集，而Ux是映射ux:X — S2，其中S2是R3的單位向量的集合。換言之，在任意點X e X，定義單位向量ux(x)。
[0073]如果Y是保存定向的X的復(fù)制品，則定向點集(Y，Uy)是定向點集(X，Ux)的“副本”。更精確地說，對于所有X e X，在該復(fù)制品上的對應(yīng)點D(X)的單位向量是在點X處的X的旋轉(zhuǎn)單位向量。正式地說，對于所有X e X，uY(D(x)) = Rux(X),表示如下示圖是可交換的。
[0074]
【權(quán)利要求】
1.一種用于設(shè)計三維建模對象的計算機實現(xiàn)方法，包括: 提供(SlO)建模對象的邊界表示,所述邊界表示包括面的集合,每個被定義為各自支持表面的邊界部分； 確定(S20)所述邊界表示的所述面的集合的子集，對于該子集，所述面是另一個的副本； 形成(S30)所述子集中的第一組面，所述第一組面形成幾何圖案；以及關(guān)聯(lián)(S40)至少一個第二組面到所述第一組面，對于所述第二組的每個面，其鄰近所述第一組的各自面，對于所述第二組的每一成對的面，其符合將所述成對的面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換成另一個的剛性運動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于所述關(guān)聯(lián)(S40)，當(dāng)所述剛性運動還將對應(yīng)于一對面的支持表面轉(zhuǎn)換成另一個時，至少在該對面鄰近第一組的各自面的區(qū)域中，該對面被評估為符合將該對面所鄰近的第一組的各自面轉(zhuǎn)換為另一個的剛性運動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述第二組面的數(shù)量大于所述第一組面的數(shù)量減去預(yù)定閾值。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其中所述方法還包括:關(guān)聯(lián)至少一組面的塊到所述第一組面，對于每個塊，所述至少一組面的塊是鄰近所述第二組的各自的面的連接面的集合，以及對于每對塊，所述至少一組面的塊符合所述剛性運動。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的方法，其中所述方法被迭代，在迭代中包含于所述第一組且關(guān)聯(lián)到所述第一組的面針對下一迭代而被丟棄。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的方法，其中在子集內(nèi)形成(S30)第一組面包括:測試幾何圖案的預(yù)定集合中的一個的發(fā)生是否存在于所述子集內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述幾何圖案的預(yù)定集合包括循環(huán)定義的圖案的集口 ο
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述循環(huán)定義的圖案的集合包括一維圖案和/或網(wǎng)格圖案，所述一維圖案包括線性圖案和/或圓形圖案，所述網(wǎng)格圖案包括矩形網(wǎng)格圖案和/或圓形網(wǎng)格圖案。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述測試包括:根據(jù)優(yōu)先級次序瀏覽所述幾何圖案的預(yù)定集合。
10.如權(quán)利要求6-8中任意一項所述的方法，其中所述幾何圖案的預(yù)定集合包括:圓形網(wǎng)格圖案、矩形網(wǎng)格圖案、圓形圖案以及線性圖案。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述測試包括:根據(jù)優(yōu)先級次序瀏覽幾何圖案的預(yù)定集合，所述優(yōu)先級次序從最高優(yōu)先級到最低優(yōu)先級排序所述圓形網(wǎng)格圖案、所述矩形網(wǎng)格圖案、所述圓形圖案以及所述線性圖案。
12.一種包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1-11的任意一項所述的方法的指令的計算機程序。
13.一種其上記錄有權(quán)利要求12所述的計算機程序的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。
14.一種包括耦合到存儲器和圖形用戶界面的處理器的CAD系統(tǒng)，所述存儲器其上記錄有如權(quán)利要求12所述的計算機程序。
【文檔編號】G06T15/00GK103914865SQ201310757405
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】R·羅拉托 申請人:達索系統(tǒng)公司