BR112014000064B1 - Método implementado por computador para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, método para produzir um elemento de construção definido pelo usuário e sistema de processamento de dados - Google Patents

Abstract

método e sistema para projetar e produzir um elemento de construção de brinquedo definido pelo usuário. a presente invenção refere-se a um método implementado por computador para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário que pode ser conectado com elementos de construção de brinquedo pré-fabricados de um sistema de construção de brinquedo, cada elemento de construção de brinquedo pré-fabricado compreendendo vários elementos de acoplamento para acoplar o elemento de construção de brinquedo pré-fabricado com um ou mais outros elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do dito sistema de construção de brinquedo, o método compreendendo determinar uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento a serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário; gerar, em resposta a entrada por um usuário indicativa de um formato definido pelo usuário, uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, o elemento de construção definido pelo usuário compreendendo os ditos um ou mais elementos de acoplamento nas ditas uma ou mais posições determinadas; proporcionar a representação digital para produção automatizada do dito elemento de construção definido pelo usuário.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao projeto e a produção de elemento de construção de brinquedo definido pelo usuário que pode ser conectado com elementos de construção de brinquedo pré- fabricados de um sistema de construção de brinquedo, cada um dos elementos de construção de brinquedo pré-fabricado compreendendo vários elementos de acoplamento para acoplar o elemento de construção de brinquedo pré-fabricado com um ou mais outros elementos de construção de brinquedos pré-fabricados do dito sistema de construção de brinquedo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Vários tipos de conceitos de modelagem de conjuntos de brinquedo de construção física são conhecidos. Especialmente, conceitos utilizando conceitos modulares ou semimodulares são muito populares. Tipicamente, estes conceitos proporcionam um conjunto de elementos de construção de brinquedo pré-fabricados que podem ser interconectados uns com os outros de algum modo predeterminado. Para este fim, cada elemento de construção de brinquedo compreende um ou mais elementos de acoplamento para interconectar o elemento de construção de brinquedo com outros elementos de construção de brinquedo. Exemplos de tais sistemas de elementos de construção de brinquedo incluem os elementos plásticos de construção de brinquedo disponíveis sob o nome de LEGO.

[003] Apesar de proporcionarem uma grande quantidade de flexibilidade, tais sistemas de modelagem de brinquedo são restritos aos elementos de construção de brinquedo pré-fabricados. Assim, seria desejável para um usuário projetar e fabricar seus próprios elementos de construção definidos pelo usuário que possam ser interconectados com os elementos de construção de brinquedo pré-fabricados de um sistema de construção de brinquedo, assim permitindo aos usuários de um sistema de construção de brinquedo construir uma variedade ainda maior de modelos de construção.

[004] Os processos de produção normalmente referidos como impressão 3D são conhecidos. O termo impressão 3D geralmente se refere a uma tecnologia de fabricação aditiva onde um objeto tridimensional é criado por se depositar sucessivas camadas de material. O processo de impressão 3D geralmente é baseado em um arquivo de computador 3D ou em outra representação digital do volume a ser cheio pelo material.

[005] Os aparelhos para executar tal processo de impressão 3D são normalmente conhecidos como impressoras 3D. As impressoras 3D geralmente são mais rápidas, mais acessíveis e mais fáceis de utilizar do que outras tecnologias de fabricação aditivas. Recentemente, impressoras 3D têm oferecido aos desenvolvedores de produto a habilidade de imprimir partes e montagens feitas de vários materiais com diferentes propriedades mecânicas e físicas em um único processo de construção. Tecnologias avançadas de impressão 3D são utilizadas para produzir modelos que servem como protótipos de produto. Apesar de as impressoras 3D utilizadas no desenvolvimento profissional de produto serem avançadas e caras, recentemente, impressoras 3D menores e mais acessíveis têm sido desenvolvidas, as quais são igualmente adequadas para uso privado.

[006] Para o propósito da presente descrição, o termo produção automatizada é pretendido para incluir impressão 3D e outras tecnologias de produção que permitam uma produção automatizada de objetos 3D baseada em uma representação digital de um objeto gerada por computador. Será apreciado que o termo processo de produção automatizado é pretendido para se referir aos processos de produção que pelo menos em parte são executados por um aparelho de uma maneira automática; entretanto, qualquer processo pode incluir uma ou mais etapas manuais a serem executadas por um usuário, por exemplo, um controle manual do aparelho, uma etapa de acabamento tal como limpeza, polimento, e/ou similares.

[007] É geralmente desejável proporcionar um método e sistema que proporcionem ferramentas para projetar e produzir um item customizado que possa ser utilizado com partes existentes do sistema de construção de brinquedo para construir estruturas de brinquedo customizadas.

[008] Usuários de tais sistemas de construção de brinquedo podem ser de qualquer idade e nível de treinamento. Portanto, é desejável que o método e o sistema não imponham requerimentos especiais em relação ao treinamento ou conhecimentos de projeto dos usuários.

[009] É adicionalmente geralmente desejável que tal método e sistema sejam acessíveis para um usuário normal de um sistema de contrição de brinquedo, e que ele inclua elementos educacionais, de inspiração e/ou de entretenimento.

[0010] É adicionalmente geralmente desejável que os elementos de construção definidos pelo usuário possam ser utilizados em conjunto com elementos de construção pré-fabricados sem a necessidade de esforços envolvidos de encaixe e ajuste pelo usuário.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] Neste documento são descritas concretizações de um método implementado por computador para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário que pode ser conectado com um ou mais elementos de construção de brinquedo pré-fabricados de um sistema de construção de brinquedo, cada elemento de construção de brinquedo pré-fabricado compreendendo vários elementos de acoplamento para acoplar o elemento de construção de brinquedo pré-fabricado com um ou mais outros elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do dito sistema de construção de brinquedo, o método compreendendo: - determinar uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento a serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário; - receber informação de um usuário indicativa de um formato definido pelo usuário; - gerar, a partir de pelo menos a informação do usuário e da uma ou mais posições determinadas, uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, elemento de construção definido pelo usuário compreendendo os ditos um ou mais elementos de acoplamento nas ditas uma ou mais posições determinadas; - proporcionar a representação digital para produção automatizada do dito elemento de construção definido pelo usuário.

[0012] Por consequência, é proporcionado um processo eficiente, amigável ao usuário, que garante compatibilidade do elemento de construção definido pelo usuário resultante com os elementos de construção pré-fabricados de um sistema de construção de brinquedo.

[0013] Concretizações de um processo de produção para produzir um elemento de construção definido pelo usuário baseado em uma representação digital gerada podem assim compreender selecionar tipos de acoplamento e posições de acordo com o sistema de construção, definindo o formato do item na forma digital resultando em uma representação digital do elemento de construção definido pelo usuário, e enviando a mesma para uma impressora 3D ou para outro aparelho para produção automatizada de um objeto 3D. O elemento definido pelo usuário assim produzido pode então ser incorporado em um modelo com itens pré-fabricados.

[0014] A representação digital gerada pode compreender qualquer estrutura de dados adequada para descrever um item 3D. Será apreciado que algumas concretizações do processo podem compreender gerar diferentes tipos de representações digitais do elemento de construção definido pelo usuário, por exemplo, uma primeira representação adequada para exibição do item em um computador, e para permitir a manipulação e a edição do formato 3D pelo usuário por meio de um software de projeto 3D adequado. O processo pode incluir traduzir a primeira representação digital em uma segunda representação digital adequada como uma entrada para um processo de produção automatizado, por exemplo, adequado como uma entrada para uma impressora 3D.

[0015] Em algumas concretizações, a representação digital é indicativa de um volume a ser ocupado por um material, por exemplo, um material plástico ou outro material adequado para o processo de produção automatizado.

[0016] O elemento de construção definido pelo usuário pode possuir qualquer tamanho e formato que possam ser produzidos pelo processo de produção automatizado onde os elementos de acoplamento são de um tipo e são posicionados em posições compatíveis com o sistema de construção de brinquedo. Em particular, o elemento de construção definido pelo usuário pode possuir um formato diferente dos formados dos elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do sistema de construção de brinquedo.

[0017] Os elementos de construção pré-fabricados podem ser quaisquer elementos de construção de brinquedo possuindo elementos de acoplamento que permitam aos mesmos serem interconectados com outros elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do sistema de construção de brinquedo de modo a construir um modelo de brinquedo a partir dos elementos de construção de brinquedo pré- fabricados. Os elementos de acoplamento podem, assim, ser qualquer tipo adequado de elementos de acoplamento permitindo a interconexão de elementos de construção, por exemplo, por forças de fricção, uma função de engate, ou utilizando um princípio de acoplamento diferente. Os elementos de acoplamento podem ser para interconexão que possa ser solta dos elementos de construção de brinquedo de modo a permitir desmontagem fácil de um modelo de brinquedo construído e reutilização dos mesmos elementos em um modelo diferente. Quando os elementos de acoplamento são dispostos de uma maneira uniforme de acordo com um conjunto de regras, por exemplo, localizados nas posições da grade de uma grade 3D uniforme, os elementos de construção de brinquedo podem ser interconectados em uma grande variedade de diferentes modos. Outras regras para dispor elementos de acoplamento podem incluir o posicionamento dos elementos de acoplamento de diferentes tipos em diferentes faces de um elemento de construção, assim, por exemplo, definindo uma face de baixo e uma face de cima de um elemento de construção onde a face de baixo compreende um primeiro tipo de elementos de acoplamento enquanto a face de cima compreende um segundo tipo diferente de elementos de acoplamento, por exemplo, de modo que o segundo tipo de elementos de acoplamento possa ser conectado com o primeiro tipo. De forma similar, os elementos de acoplamento podem possuir uma direção de acoplamento associada com os mesmos, e os elementos de acoplamento podem ser dispostos de modo que as direções de acoplamento de pelo menos um subconjunto de elementos de acoplamento do elemento de construção (por exemplo, elementos de acoplamento na mesma face de um elemento de construção multifacetado) sejam orientadas em uma direção uniforme.

[0018] A geração do formato do processo de projeto definido pelo usuário pode permitir a um usuário livremente projetar o formato, onde o processo garante e/ou verifica que o posicionamento dos elementos de acoplamento está de acordo com as regras para dispor os elementos de acoplamento no sistema de construção de brinquedo. Adicionalmente, o processo pode garantir e/ou verificar que restrições de projeto adicionais sejam observadas. Por exemplo, o processo de produção automatizado pode impor várias restrições de projeto, por exemplo, quanto ao tamanho do item que pode ser produzido, espessura mínima e/ou máxima da parede, um raio de curvatura de bordas mínimo e/ou máximo, e/ou assim por diante. De forma similar, o sistema de construção de brinquedo também pode impor restrições de projeto adicionais. Em particular, cada tipo de elemento de acoplamento pode possuir uma ou mais restrições de projeto associadas de modo a garantir que o elemento de acoplamento possa realmente ser acoplado com outro elemento de acoplamento.

[0019] Pelo menos uma primeira restrição de projeto associada com cada elemento de acoplamento pode compreender definir um primeiro volume associado com cada elemento de acoplamento; e impor a primeira restrição de projeto pode compreender gerar a representação digital para ser indicativa de um volume de elemento compreendendo o primeiro volume. Por consequência, o processo garante que o usuário não remova qualquer parte necessária de um elemento de acoplamento.

[0020] De forma similar, pelo menos uma segunda restrição de projeto pode compreender definir um segundo volume associado com o elemento de acoplamento; e impor a segunda restrição de projeto pode compreender gerar a representação digital para ser indicativa de um volume de elemento excluindo o segundo volume. Por consequência, o usuário é eficientemente impedido de preencher ou bloquear qualquer espaço vazio requerido para o elemento de acoplamento ser conectado com outro elemento de acoplamento.

[0021] Geralmente, impor uma restrição de projeto pode compreender gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, o elemento de construção definido pelo usuário possuindo um formato modificado determinado a partir da entrada pelo usuário e a partir das restrições de projeto e compreendendo os ditos um ou mais elementos de acoplamento nas ditas uma ou mais posições determinadas.

[0022] Em algumas concretizações, o processo pode impor restrições de projeto adicionais ou alternativas. Por exemplo, uma restrição de projeto pode impor um número mínimo de elementos de acoplamento a serem incluídos no elemento de construção. Outro exemplo de uma restrição de projeto pode impor uma distância mínima entre os elementos de acoplamento, onde a distância mínima pode ser em função dos respectivos tipos de elementos de acoplamento. Outras restrições de projeto podem impor restrições alternativas ou adicionais com respeito, por exemplo, ao número de elementos de acoplamento ou em relação à sula colocação relativa. Algumas restrições de projeto podem, por exemplo, baseadas em um peso estimado do elemento projetado, ou em um cálculo de torques fornecidos nos elementos de acoplamento anteriormente colocados. Ainda em outro exemplo, uma restrição de projeto pode impor restrições em relação a em quais superfícies alguns tipos de elementos de acoplamento podem ser colocados. Por exemplo, em uma concretização compreendendo elementos de acoplamento na forma de saliências e de cavidades correspondentes (por exemplo, como descrito em conexão com as figs. 3a até 3c acima), os elementos de acoplamento do tipo saliência e do tipo cavidade podem ser restritos a serem colocados nas superfícies opostas de um elemento de construção, assim definindo uma superfície de cima (por exemplo, direcionada para cima) e uma superfície de baixo (isto é, direcionada para baixo). Por exemplo, saliências podem ser limitadas a serem colocadas em uma superfície de cima enquanto as cavidades podem ser limitadas a serem colocadas nas superfícies de baixo.

[0023] Além da imposição e/ou da verificação de tais restrições de projeto, o grau de liberdade que um usuário pode receber pelo processo implementado por computador pode ser diferente em diferentes concretizações, por exemplo, baseado no nível de conhecimento, na experiência, e/ou na idade dos usuários alvo. Apesar de algumas concretizações poderem permitir um grande grau de liberdade, outras podem limitar os graus de liberdade de vários modos, por exemplo, por restringir a entrada do usuário para selecionar formatos a partir de um conjunto de elementos de gabarito do projeto que podem ser combinados de vários modos predeterminados.

[0024] Em particular, em algumas concretizações, o processo implementado por computador proporciona um conjunto de formatos básicos que podem ser selecionados pelo usuário e ferramentas fáceis e intuitivas para obter um rápido início no processo de projetar. O processo de projeto implementado por computador pode ser suportado pelas diretrizes e verificações automáticas para adesão aos requerimentos formais e regras empregados pelo sistema de construção. A parte criativa do processo de projeto pode ser suportada por meio de inspiração com gabaritos e idéias a partir de projetistas profissionais.

[0025] Será apreciado que a determinação das posições e dos tipos de elementos de acoplamento pode ser executada antes da recepção da entrada do usuário indicativa de um formato definido pelo usuário. Por exemplo, o processo pode inicialmente determinar, por exemplo, pelo menos parcialmente baseado em uma entrada do usuário, as posições e opcionalmente os tipos e/ou as orientações dos elementos de acoplamento em relação a um sistema de coordenadas adequado. Subsequentemente, o usuário pode utilizar uma ferramenta de projeto adequada para projetar o formato do elemento de construção com a colocação selecionada de elementos de acoplamento. Alternativamente ou adicionalmente, o usuário pode inicialmente projetar um formato e subsequentemente o processo pode determinar posições, por exemplo, pelo menos parcialmente baseado em uma entrada do usuário, as posições e opcionalmente os tipos e/ou as orientações dos elementos de acoplamento em relação ao formato projetado. Será adicionalmente entendido que o posicionamento dos elementos de acoplamento pode ser executado durante o projeto do formato definido pelo usuário, por exemplo, como uma parte integrada da etapa de projeto. Por exemplo, o usuário pode receber a oportunidade de alterar uma posição anteriormente selecionada dos elementos de acoplamento.

[0026] A presente invenção pode ser implementada de modos diferentes, incluindo o método descrito acima e no dito a seguir, um sistema de processamento de dados, e um meio de produto adicional, cada um produzindo um ou mais dos benefícios e vantagens descritos em conexão com pelo menos um dos aspectos mencionados acima, e cada um possuindo uma ou mais concretizações preferidas correspondendo ás concretizações preferidas descritas em conexão com pelo menos um dos aspectos mencionados acima e/ou definidos nas reivindicações dependentes.

[0027] É observado que os aspectos do método descrito acima e no dito a seguir podem ser implementados em software e realizados em um sistema de processamento de dados ou em outro meio de processamento causado pela execução de instruções executáveis por computador. As instruções podem ser meios de código de programa carregado em uma memória, tal como uma RAM, a partir de um meio de armazenamento ou a partir de outro computador via uma rede de computadores. Alternativamente, os aspectos descritos podem ser implementados por conjunto de circuitos fisicamente conectados ao invés de software ou em combinação com software.

[0028] Adicionalmente descrito neste documento é um programa de computador compreendendo meio de código de programa para executar todas as etapas do método descrito acima e no dito a seguir quando o dito programa é executado em um computador. O programa de computador pode ser incorporado como um meio de armazenamento legível por computador, como um sinal de dados incorporado como uma onda portadora, ou similares.

[0029] Neste documento é adicionalmente descrito um produto de programa de computador compreendendo meio de código de programa armazenado em um meio legível por computador para executar o método descrito acima e no dito a seguir quando o dito programa de computador é executado em um computador.

[0030] Geralmente, o elemento de construção definido pelo usuário pode ser manipulado, projetado e preparado de forma digital por software especial suportando todas as fases do processo. Tal software pode servir para múltiplos propósitos, e concretizações de tal programa de computador podem proporcionar funcionalidade para: - permitir ao usuário especificar o tipo(s) e a colocação (colocações) do elemento(s) de acoplamento no elemento de construção definido pelo usuário; - permitir ao usuário livremente projetar o formato do elemento de construção definido pelo usuário, e ajudando o usuário no processo; - visualizar o elemento de construção projetado interativamente durante o processo; - explicar e/ou impor regras relevantes do sistema de construção; - incorporar algum tipo de controlador ou outra interface para inter-operar diretamente com um sistema de impressora 3D.

[0031] Neste documento são adicionalmente descritas concretizações de um sistema de processamento de dados para executar as etapas do método descrito neste documento. O sistema de processamento de dados pode compreender uma impressora 3D ou outro aparelho adequado para produção automática de um elemento de construção de brinquedo baseado na representação digital gerada.

[0032] Por consequência, as concretizações do método e sistema descritos neste documento permitem ao usuário testar e ajustar um projeto imediatamente, em ciclos rápidos de repetição. Efetivamente, a produção do item físico é uma parte integrada do processo.

[0033] Adicionalmente, concretizações do método e sistema descritos neste documento proporcionam uma produção acessível de elementos de construção definidos pelo usuário onde o custo para produzir um item é razoável comparado com o preço dos itens pré- fabricados e com os modelos em conjunto com os quais o item será utilizado. Adicionalmente, o custo pode ser mantido razoavelmente baixo de modo a permitir múltiplas repetições para experimentos e ajustes de um projeto de modo a não restringir o processo criativo de projeto.

[0034] Geralmente, concretizações do método descrito neste documento proporcionam um processo que garante que os elementos de construção definidos pelo usuário resultantes encaixe com outros elementos de construção a partir do sistema de construção de brinquedo com respeito aos seus aspectos físicos, em particular, o formato, dimensão e orientação dos acoplamentos. Por exemplo, concretizações do processo garantem colocação relativa de acoplamentos de acordo com qualquer grade modular, etc., definida pelo sistema de construção. Adicionalmente, outras regras empregadas pelo sistema de construção, por exemplo, convenções em relação à orientação de tipos específicos de acoplamentos, podem ser verificadas e garantidas pelas concretizações do processo descrito neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0035] Concretizações da invenção serão explicadas mais amplamente abaixo em conexão com uma concretização preferida e com referência aos desenhos, nos quais: as Figs. 1a e 1b apresentam um sistema de processamento de dados para gerar e manipular uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário; a Fig. 2 apresenta uma interface gráfica com o usuário de um sistema de processamento de dados para gerar e manipular uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário; as Figs. 3a até 3c ilustram exemplos de elementos de construção de brinquedo pré-fabricados e seus elementos de acoplamento; a Fig. 4 apresenta um fluxograma de um processo para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário; as Figs. 5a até 5c e 6a e 6b ilustram uma estrutura de dados hierárquica para de forma digital representar um elemento de construção e facilitar a imposição de restrições do projeto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

[0036] As Figs. 1a e 1b apresentam um sistema de processamento de dados para gerar e manipular modelos legíveis por computador de objetos geométricos.

[0037] A Fig. 1a apresenta uma vista esquemática de um exemplo de um sistema de computador. O sistema de computador compreende um computador adequadamente programado 101, por exemplo, um computador pessoal, compreendendo uma exibição 120, um teclado 121 e um mouse do computador 122, e/ou outro dispositivo apontador, tal como uma superfície sensível ao toque, uma trackball,uma caneta de luz, uma tela sensível ao toque, ou similares.

[0038] O sistema de computador designado por 101 é adaptado para facilitar o projeto, armazenamento, manipulação e emissão de representações digitais de elementos de construção de brinquedo definidos pelo usuário. O sistema de computador 10 pode ser utilizado como um sistema independente ou como um cliente em um sistema cliente/servidor.

[0039] O sistema adicionalmente compreende uma impressora 3D ou outro aparelho adequado para produção automatizada de um objeto 3D conectada com o computador 101. Será apreciado que a impressora 3D também pode ser posicionada em uma localização remota, por exemplo, conectada com outro computador, e a representação digital (ou códigos de controle derivados da mesma) pode ser comunicados para a impressora 3D via uma rede de computadores adequada ou via outro meio de comunicações.

[0040] A Fig. 1b apresenta um diagrama de blocos de um sistema de processamento de dados para gerar e manipular representações digitais de modelos de construção de brinquedo definidos pelo usuário. O computador 101 compreende a memória 102 que pode ser parcialmente implementada como um dispositivo de memória volátil e parcialmente como um dispositivo de memória não volátil, por exemplo, uma memória de acesso aleatório (RAM) e um disco rígido. A memória tem armazenado na mesma o código de programa de computador implementando um aplicativo de projeto 3D 110 para gerar representações digitais de elementos de construção como descrito neste documento quando executado pela unidade central de processamento 103. Adicionalmente, a memória tem armazenado na mesma os Dados do Modelo 111, isto é, um conjunto de estruturas de dados representando uma representação digital de um objeto físico, por exemplo, um elemento de construção de brinquedo definido pelo usuário. Exemplos de um formato de dados para armazenar elementos de construção de brinquedo definidos pelo usuário incluem, mas não estão limitados a qualquer formato de arquivo adequado para armazenar formatos 3D, por exemplo, como malhas, tal como WaveFront OBJ.

[0041] Exemplos adicionais incluem formatos de dados representando o formato 3D como um volume tal como um formato de dados baseado em Voxel (por exemplo, RAW, DAT, OpenQVis, Fields 3D). Adicionalmente, a representação digital do conjunto de construção de brinquedo pode ser armazenada em um formato de dados para armazenar uma representação em árvore de uma Geometria de Construção de Sólido (CSG); isto permite armazenar todo um processo de projeto. Por exemplo, tal formato em árvore pode ser implementado como um formato XML representando uma estrutura em árvore e inclui ponteiros ou outras referências para os respectivos arquivos ou objetos de dados (por exemplo, representado no formato Wavefront OBJ) tendo armazenada a representação dos formatos básicos nos quais a estrutura de árvore CSG é baseada.

[0042] Adicionalmente, a memória tem armazenado na mesma dados descrevendo gabaritos de projeto 107, elementos de acoplamento 108 e restrições de projeto 109.

[0043] O aplicativo de projeto 110 pode compreender funcionalidade para ler e interpretar estruturas de dados definindo um formato físico, por exemplo, um elemento de construção definido pelo usuário. O aplicativo de projeto pode ser operável para ler uma estrutura de dados e para converter tal estrutura de dados em um formato gráfico conhecido para apresentação em uma exibição de computador.

[0044] O aplicativo de projeto adicionalmente compreende funcionalidade para converter a interação de um usuário com uma interface com o usuário em comandos do usuário, por exemplo, para recuperar um formato de gabarito a partir de uma biblioteca de elementos, para colocar um formato selecionado em uma posição selecionada pelo usuário em um ambiente de modelagem, para manipular uma representação digital de um elemento de construção de brinquedo definido pelo usuário, por exemplo, por iniciar uma rotação, modificar o formato do elemento de construção definido pelo usuário, etc. Junto com cada comando, pode estar associado um conjunto de respectivos parâmetros, por exemplo, coordenadas de cursor com respeito ao sistema de coordenadas de exibição, tipos de formatos, etc. O aplicativo de projeto é operável para modificar as estruturas de dados de um formato físico em reposta aos comandos de um usuário. O aplicativo de projeto é adicionalmente adaptado para controlar memória, arquivos, interface com o usuário, etc.

[0045] Um usuário 105 é capaz de interagir com o sistema de computador 101 por meio da interface com o usuário 106, de preferência, compreendendo uma interface gráfica com o usuário exibida em uma tela de computador e um ou mais dispositivos de entrada tais como teclado e/ou dispositivo apontador.

[0046] De modo a carregar, salvar, ou comunicar representações digitais de elementos de construção de brinquedo definidos pelo usuário, ou outros dados, o sistema de computador compreende uma unidade de entrada/saída (E/S) 104, opcionalmente proporcionando múltiplas portas de E/S, por exemplo, uma porta serial, uma porta paralela, uma interface de rede, uma interface sem uso de fios, e/ou similares. A unidade de entrada/saída pode ser utilizada como uma interface para diferentes tipos de meio de armazenamento e diferentes tipos de redes de computadores, por exemplo, a Internet. Adicionalmente, a unidade de entrada/saída (E/S) 104 pode ser utilizada para trocar estruturas de dados com outros usuários, por exemplo, de forma interativa. Adicionalmente, a unidade de entrada/saída pode ser configurada para comunicar dados para um aparelho para produção automatizada de um objeto 3D, por exemplo, para uma impressora 3D. Para este fim, a memória pode ter armazenado na mesma um controlador de dispositivo ou software similar operável para converter uma representação digital gerada pelo aplicativo de projeto em códigos de controle adequados interpretáveis pela produção automática de um objeto 3D.

[0047] A troca de dados entre a memória 102, a unidade central de processamento (CPU) 103, a interface com o usuário (UI) 106, e a unidade de entrada/saída 104 pode ser realizada por meio do barramento de dados 112.

[0048] A Fig. 2 apresenta uma interface gráfica com o usuário de um aplicativo de projeto. A interface com o usuário compreende uma área de exibição 201 apresentando uma vista de um formato 3D 203 representando um elemento de construção de brinquedo definido pelo usuário. O formato é apresentado a partir de um ponto de vista predeterminado. A interface com o usuário adicionalmente compreende um painel de paleta 205 compreendendo uma série de formatos básicos 206 que podem ser selecionados pelo usuário. Por exemplo, um usuário pode clicar em um dos formatos básicos 206 com o mouse, desse modo selecionando este formato, e arrastar o formato selecionado para a área de exibição 201 até uma posição desejada. Adicionalmente, a interface com o usuário pode compreender um ou mais painéis de paleta adicionais, permitindo ao usuário selecionar, por exemplo, exemplos de elementos de acoplamento.

[0049] A interface com o usuário adicionalmente compreende uma barra de menu 207 compreendendo uma série de botões de menu 208 para ativar várias funções ou ferramentas. Por exemplo, a barra de ferramentas pode compreende uma ferramenta de rotação para alterar na posição da câmera virtual, desse modo permitindo ao usuário ver o formato 203 a partir de direções diferentes. A barra de menu pode adicionalmente compreender uma ferramenta de ampliação para ampliação e diminuição do formato 3D. Outros exemplos de ferramentas incluem uma ferramenta de desenho para desenhar um contorno de um formato físico, uma ferramenta do operador de combinação para combinar diferentes formatos, uma ferramenta apagador para apagar partes de um formato selecionadas pelo usuário, etc.

[0050] A barra de menu 207 adicionalmente pode proporcionar funções padrão, tais como funções para salvar uma estrutura de dados, abrir uma estrutura de dados anteriormente salva, imprimir uma imagem de um elemento de construção definido pelo usuário, uma função de ajuda, selecionar uma impressora 3D, iniciar um processo de impressão 3D, etc.

[0051] As Figs. 3a até 3c ilustram exemplos de elementos de construção e de seus elementos de acoplamento.

[0052] A Fig. 3a apresenta uma vista em perspectiva de um elemento de construção 301. O elemento de construção 301 possui uma superfície de cima 302 com oito saliências arredondadas 303a até 303h que podem engatar com os furos correspondentes de outro elemento de construção, por exemplo, furos na superfície de baixo de outro elemento de construção. De forma correspondente, o elemento de construção 301 compreende uma superfície de baixo (não apresentada) com furos correspondentes. O elemento de construção 301 adicionalmente compreende as faces laterais 304 que não compreendem qualquer elemento de acoplamento.

[0053] Geralmente, os elementos de acoplamento podem ser agrupados em diferentes classes de elementos de acoplamento, por exemplo, conectores, receptores, e elementos misturados. Os conectores são elementos de acoplamento que podem ser recebidos por um receptor de outro elemento de construção, desse modo proporcionando uma conexão entre os elementos de construção. Por exemplo, um conector pode encaixar entre partes de outro elemento, dentro de um furo, ou similares. Os receptores são elementos de acoplamento que podem receber um conector de outro elemento de construção. Elementos misturados são peças que funcionam tanto como um receptor e como um conector, tipicamente dependendo do tipo do elemento de acoplamento do outro elemento de construção.

[0054] A Fig. 3b apresenta uma vista em perspectiva de um elemento de construção 310 visto a partir de baixo. O elemento de construção 310 possui uma face de cima e de baixo não retangular. A face de baixo compreende os furos 311, 312 e 313 para receber as saliências arredondas correspondentes de um ou mais outros elementos de construção, por exemplo, o elemento de construção 301 da fig. 3a. Os furos são definidos pelas bordas 314, pelos pinos secundários 315, bem como pelos cantos 316 e 317. Por consequência, as propriedades de todos os elementos acima determinam as propriedades de conectividade da face de baixo do elemento de construção 310.

[0055] A Fig. 3c apresenta dois elementos de construção 331 e 332. O elemento de construção 331 é um bloco possuindo quatro saliências arredondadas 333 em sua face de cima e quatro furos correspondentes na face de baixo (não apresentada). O bloco 332 é um exemplo de um elemento de construção com uma superfície que compreende planos que não são mutuamente ortogonais. Especificamente, o elemento de construção 332 possui uma face inclinada 334. Como é ilustrado na fig. 3c, em suas posições atuais, os elementos de construção 331 e 332 não se conectam, desde que eles não são elementos de acoplamento que na posição apresentada engatam um com o outro.

[0056] É entendido que os elementos de construção acima e seus elementos de acoplamento simplesmente servem como exemplos de possíveis elementos de construção e de possíveis elementos de acoplamento.

[0057] A Fig. 4 apresenta um fluxograma de um processo para produzir um elemento de construção definido pelo usuário. O processo inclui um subprocesso inicial de gerar uma representação digital do elemento de construção definido pelo usuário seguido por uma etapa S404 para produzir o elemento de construção definido pelo usuário baseado na representação digital gerada.

[0058] O subprocesso para gerar a representação digital pode ser implementado em software executado em um sistema de processamento de dados, por exemplo, um computador de propósito geral adequadamente programado.

[0059] O subprocesso para gerar a representação digital compreende uma etapa inicial S401 para selecionar um ou mais elementos de acoplamento a partir de um conjunto de tipos disponíveis de elementos de acoplamento, e selecionar uma posição e orientação para cada um dos elementos de acoplamento selecionados, por exemplo, em relação a um sistema de coordenadas adequado. Por exemplo, o processo pode definir uma grade 3D separada em relação ao sistema de coordenadas. Alguns ou todos os pontos da grade podem representar posições válidas para elementos de acoplamento. Por exemplo, a grade 3D pode possuir a forma de planos paralelos, cada plano compreendendo uma grade 2D, cada grande retangular ou quadrada. As grades 2D dos planos individuais podem ser alinhadas uma com a outras. Será apreciado que a seleção dos elementos de acoplamento, suas posições e/ou suas orientações pode pelo menos parcialmente ser baseada nas respectivas seleções do usuário. Por exemplo, o usuário pode ter a funcionalidade de selecionar um tipo de elemento de acoplamento. Para este fim, o sistema de processamento de dados pode compreende uma base de dados 411 ou outro repositório adequado de representações digitais dos respectivos elementos de acoplamento. A base de dados 411 ou outro repositório pode ser armazenado em uma memória ou em outro dispositivo de armazenamento adequado do sistema de processamento de dados. De forma similar, o usuário pode receber a funcionalidade de selecionar uma posição para colocação do elemento de acoplamento selecionado. O processo pode automaticamente restringir as posições que podem ser selecionadas dos pontos da grande da grade 3D. De forma similar, o usuário pode receber a funcionalidade de selecionar uma orientação dos elementos de acoplamento selecionados. O processo pode automaticamente restringir as orientações, por exemplo, para direções separadas em relação ao sistema de coordenadas. Uma representação gráfica dos elementos de acoplamento selecionados pode ser exibida nas posições selecionadas na área de exibição de uma interface com o usuário do sistema de processamento de dados. Uma representação digital 410 dos elementos de acoplamento, suas posições e orientações, podem ser gerados e armazenados em uma memória ou outro meio de armazenamento do sistema de processamento de dados.

[0060] Geralmente, em algumas concretizações, o processo pode proporcionar funcionalidade para permitir ao usuário inicialmente especificar os acoplamentos que irão conectar o elemento de construção definido pelo usuário com um ou vários elementos de construção pré-fabricados. Isto pode acontecer de vários modos.

[0061] Em algumas concretizações, o usuário pode selecionar uma ou várias instâncias a partir de um grupo, mantido pelo sistema de processamento de dados, de elementos de acoplamento que são conhecidos como funcionando bem em geral com impressões 3D ou especialmente com o sistema de impressão 3D particular disponível. O sistema então pode ajudar o usuário a colocar estes acoplamentos de acordo com qualquer que seja o tipo de grade e de regras que o sistema de construção impõe. Por exemplo, para o sistema de construção modular vendido sob o nome de LEGO, a colocação de acoplamentos irá seguir uma grande horizontalmente e outra verticalmente, e alguns elementos de acoplamento podem ser restrito às orientações específicas, por exemplos, saliências arredondadas sempre voltadas para cima, etc. Alternativamente ou adicionalmente, o usuário pode selecionar um elemento de acoplamento a partir de um grupo de elementos de acoplamento com o qual o elemento de construção definido pelo usuário é para ser conectado. O processo então pode automaticamente selecionar um tipo adequado de elemento de acoplamento associado e permitir ao usuário colocar o elemento de acoplamento associado.

[0062] Alternativamente ou adicionalmente, o sistema de processamento de dados pode proporcionar funcionalidade permitindo a um usuário importar uma representação digital de um modelo de brinquedo construído a partir de elementos de construção do sistema de construção de brinquedo. A representação digital de um modelo de brinquedo pode ser gerada utilizando qualquer método adequado conhecido como tal, por exemplo, o método descrito em W02004/034333. Um exemplo comercialmente disponível de uma ferramenta de modelagem digital adequada está disponível sob o nome de LEGO Digital Designer. Em particular, tal modelo digital pode compreender uma representação das posições e dos tipos de elementos de acoplamento dos elementos de construção a partir dos quais o modelo importado é construído. O modelo impostado então pode representar uma base com a qual o novo elemento de construção definido pelo usuário deve poder ser conectado. Por consequência, o processo pode identificar os elementos de acoplamento expostos do modelo digital importado com os quais os elementos de acoplamento disponíveis para o elemento de construção definido pelo usuário podem ser conectados. O processo então pode proporcionar funcionalidade permitindo ao usuário selecionar um ou mais elementos de acoplamento expostos identificados com os quais o elemento de construção definido pelo usuário deve poder ser conectado. Então, o processo determina os tipos, posições e orientações de elementos de acoplamento que são para poder ser conectados com os elementos de acoplamento identificados pelo usuário do modelo digital importado.

[0063] Um exemplo poderia ser um trem modelo para o qual o usuário deseja criar uma nova frente aerodinâmica; o usuário pode construir toda a locomotiva no LEGO Digital Designer e deixar espaço e saliências arredondas para conexão com a nova frente aberta. Efetivamente, com o LEGO Digital Designer já garantindo a compatibilidade do modelo com as regras do sistema de construção, o conjunto escolhido de acoplamentos já estará alinhado e orientado apropriadamente com respeito às grades e regras relevantes.

[0064] Na etapa S402, o processo proporciona para o usuário a funcionalidade permitindo ao usuário projetar o formato do elemento de construção. Por exemplo, o usuário pode receber a funcionalidade de selecionar um gabarito de um elemento de construção. Para este fim, o sistema de processamento de dados pode compreender uma base de dados 412 ou outro repositório adequando de representações digitais de respectivos gabaritos de projeto de elementos de construção e/ou de partes de elementos de construção. A base de dados 412 ou outro repositório pode ser armazenado em uma memória ou em outro dispositivo de armazenamento adequado do sistema de processamento de dados.

[0065] O processo pode exibir uma representação gráfica do gabarito selecionado e os elementos de acoplamento selecionados na área de exibição de uma interface gráfica com o usuário do sistema de processamento de dados. O processo adicionalmente pode proporcionar funcionalidade permitindo ao usuário modificar o formato, por exemplo, várias ferramentas de desenhos e de projeto conhecidas como tal na técnica. Alternativamente ou adicionalmente, o usuário pode receber a funcionalidade para projetar um novo formato sem inicialmente selecionar um gabarito.

[0066] Geralmente, quando da seleção da colocação dos elementos de acoplamento, o usuário pode receber um alto grau de liberdade para facilmente projetar o formato real do novo elemento de construção de um modo que ele corte os elementos de acoplamento e de modo que eles formem uma única geométrica sólida conectada pronta para impressão. Por exemplo, o processo pode gerar uma estrutura de voxel representando o formato definido pelo usuário. Baseado na estrutura de voxel, o processo então pode determinar (por exemplo, por um algoritmo de colocação) que o formato possui uma única geometria conectada. Adicionalmente, o processo pode utilizar um processo de afinamento ou operação morfológica simular para identificar partes finas/frágeis da geometria. O projeto pode ser um processo de forma livre utilizando técnicas conhecidas como tais na técnica, por exemplo, técnicas conhecidas como tais a partir dos sistemas de Projeto Auxiliado por Computador (CAD) e/ou programas de modelagem. Em algumas concretizações, o processo pode proporcionar um grupo de formatos predefinidos incluindo primitivas básicas de formato (caixas, esferas, toro, cilindros, etc.) bem como gabaritos decorativos e pré-projetados mais detalhados. O usuário deve estar apto a modificar tais itens por colocar, girar, dimensionar e possivelmente alterar o formato de outros modos; o processo pode proporcionar funcionalidade para proporcionar um modo de escultura a mão livre, onde o usuário facilmente manualmente (mouse) pode deslocar, aplainar, expandir, contrair, e/ou de outro modo manipular partes específicas de uma superfície do formato da mesma forma que trabalhando diretamente, por exemplo, em um modelo de gesso. Adicionalmente, o processo pode permitir importar formatos a partir de modelos 3D arbitrários, por exemplo, transferidos a partir da Internet.

[0067] O processo pode adicionalmente proporcionar funcionalidade permitindo ao usuário combinar formato em formatos mais complicados; deste modo, mesmo um usuário não treinado pode rapidamente construir o elemento de construção desejado por combinar o formato básico e predefinido e sem a necessidade de conhecimentos para construir os formatos individuais. Um exemplo de proporcionar uma funcionalidade fácil de utilizar permitindo ao usuário combinar múltiplos subformados em um formato de um elemento de construção será descrito abaixo em mais detalhes.

[0068] O processo pode armazenar uma representação digital modificada 410 do formato modificado e/ou projetado pelo usuário incluindo os elementos de acoplamento selecionados em uma memória ou em outro dispositivo de armazenamento adequado do sistema de processamento de dados.

[0069] Será apreciado que mesmo que, no entanto, as etapas S401 e S402 sejam apresentadas como etapas separadas na Fig. 4, elas podem ser combinadas em uma única etapa ou executadas em uma ordem diferente. Por exemplo, um processo pode permitir a um usuário editar um formato definido pelo usuário tanto antes como após a seleção e o posicionamento dos elementos de acoplamento.

[0070] Durante a etapa S403, o processo verifica se algumas restrições de projeto predefinidas são atendidas. Para este fim, o sistema de processamento de dados pode compreender uma base de dados 413 ou outro repositório adequando de restrições de projeto. A base de dados 413 ou outro repositório pode ser armazenado em uma memória ou em outro dispositivo de armazenamento adequado do sistema de processamento de dados. Se o processo determinar que uma ou mais restrições do projeto não são atendidas, o processo pode informar ao usuário do projeto relevante as restrições e opcionalmente proporcionar orientações de como atender à restrição do projeto relevante. Alternativamente ou adicionalmente, o processo pode automaticamente modificar o formato projetado pelo usuário de modo a impor o atendimento da restrição do projeto. Alterações resultantes de modificações do usuário em reposta a ser alertado sobre restrições do projeto não atendidas e/ou a partir da imposição automática das restrições do projeto resultam em uma modificação da representação digital 410. Adicionalmente, o processo pode exibir uma representação gráfica do formato modificado, opcionalmente com as alterações executadas adequadamente realçadas.

[0071] O processo pode proporcionar funcionalidade para manter o formato projetado pelo usuário, opcionalmente incluindo a opção de voltar e ajustar ou desfazer partes do processo de projeto, bem como manipular os requerimentos mais formais em relação aos acoplamentos escolhidos, os quais em última análise também são parte do formato projetado. Exemplos de restrições de projeto associadas com elementos de acoplamento serão agora descritas em mais detalhes.

[0072] Em algumas concretizações, o processo pode impor um conjunto de restrições de projeto por gerar uma combinação hierárquica de formatos geométricos, representando formatos definidos pelo usuário e/ou selecionados pelo usuário e formatos associados com os respectivos elementos de acoplamento, por exemplo, utilizando conjuntos comuns de operadores de união, de interseção e/ou de diferença, de modo a definir a relação entre um formato e os sub- formados a partir dos quais ele é construído. Para este fim, o processo pode empregar uma técnica conhecida como Geometria de Construção de Sólido (CSG). Geralmente, a CSG permite ao usuário “adicionar" dois formatos ou “subtrair" um formato de outro (utilizando os operadores de união e de diferença e/ou o operador de interseção).

[0073] No dito a seguir, e com referência aos exemplos apresentados nas Figs. 5 e 6, a imposição de restrições de projeto associadas com os elementos de acoplamento será agora ilustrada. Vale a pena observar que as Figs. 5 e 6 apresentam formatos geométricos na forma de seções transversais bidimensionais. Entretanto, será apreciado que os princípios discutidos se aplicam igualmente aos modelos 3D. Adicionalmente, as Figs. 5 e 6 apresentam exemplos específicos de elementos de acoplamento e formatos definidos pelo usuário. Entretanto, será apreciado que o processo de impor restrições do projeto por definir relações estabelecidas entre os formatos e subformatos pode ser aplicado para outros tipos de elementos de acoplamento e/ou formatos definidos pelo usuário.

[0074] No exemplo ilustrado na Fig. 5a, o usuário escolheu adicionar um retângulo básico 501 para uma elipse 502 resultando em um formato sólido mais complexo 503 com bordas tanto curvas como retas. Em 3D, o retângulo pode corresponder a uma caixa, a elipse a um elipsoide e as bordas correspondem às superfícies em 3D.

[0075] O processo pode manter uma estrutura hierárquica, por exemplo, na forma de uma árvore CSG, definindo os formatos básicos originais (e sua colocação, dimensionamento, etc.), e um operador escolhido que combina os mesmos, no exemplo da Fig. 5a, o operador de união.

[0076] Geralmente, concretizações do processo para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário pode assim gerar a representação digital do elemento de construção definido pelo usuário como uma estrutura de dados hierárquica, por exemplo, como uma árvore binária, onde os nós folha da árvore representam formatos geométricos básicos, e onde cada nó representa uma operação estabelecida em seus nós predecessores imediatos. O nós raiz assim representa o elemento de construção final. Será adicionalmente observado que os nós podem ter atributos adicionais associados com os mesmos. Por exemplo, os nós folha representando formatos básicos podem possuir coordenadas associadas com os mesmos indicativas da posição e da rotação do formato.

[0077] No exemplo ilustrado na Fig. 5b, o usuário ao invés disso escolheu subtrair/recortar um retângulo (caixa) 501 a partir de uma elipse (elipsoide) 502 resultando em um formato sólido diferente mais complexo 504.

[0078] Por consequência, operadores de atribuição tal como união e diferença proporcionam um mecanismo fácil de utilizar para o usuário criar, por exemplo, furos redondos ou retangulares dentro ou através dos objetos, ou nivelar a superfície de baixo de um formato rugoso.

[0079] Novamente, internamente, o processo pode simplesmente manter uma pequena estrutura de dados hierárquica, por exemplo, uma árvore CSG, para o novo formato combinado 503 ou 504, ao passo que o processo pode exibir o resultado geométrico direto na tela.

[0080] Uma vantagem das estruturas de dados hierárquicas e dos operadores de atribuição tal como CSG é que eles proporcionam a habilidade de adicionalmente combinar formatos a partir dos quais eles mesmos são construídos de estruturas hierárquicas menores, assim criando estruturas hierárquicas maiores resultando em formatos muito complexos apenas por interativamente adicionar e subtrair os mesmos. Por exemplo, a Fig. 5c ilustra um exemplo onde o usuário escolheu subtrair um cilindro menor 505 do formato inicial 503 criado pela adição de um elipsóide 501 para um caixa 502, desse modo criando uma pequena cavidade 506 na superfície superior do formato resultante 507. Observe que por manter toda a estrutura hierárquica incluindo as operações combinando as mesmas como uma representação interna é fácil posteriormente voltar e desfazer as combinações de formato ou, por exemplo, ajustar a posição da esfera inicial e apenas recalcular o formato final resultante.

[0081] No contexto de concretizações do processo de projeto para gerar representações digitais de elementos de construção definidos pelo usuário descrito neste documento, estruturais hierárquicas tais como árvores CSG podem ser utilizadas para garantir a ordem de combinações de formatos e desse modo efetivamente impor a integridade dos acoplamentos inicialmente colocados, não importando como o usuário define o formato geral do elemento de construção projetado.

[0082] Geralmente, cada elemento de acoplamento pode ser associado com um ou mais primeiros volumes, isto é, uma região no espaço 3D que é para ser preenchida com material bem como um ou mais segundos volumes que devem permanecer vazios.

[0083] Por exemplo, a Fig. 6a ilustra um exemplo de um elemento de construção pré-fabricado 601 compreendendo um elemento de acoplamento 602 na forma de um par de braços salientes, cada um possuindo uma saliência lateral do tipo gancho 604. Um elemento de acoplamento associado é um elemento de construção definido pelo usuário que pode ser conectado com o elemento de acoplamento 602 e pode, por exemplo, ter a forma de um furo cego cilíndrico ou outro formato proporcionando um par de superfícies opostas com respectivos flanges se projetando em direção à outra superfície correspondente. O elemento de construção definido pelo usuário deve assim tanto compreender uma estrutura adequada com a qual o elemento de acoplamento 602 pode conectar como proporcionar espaço suficiente onde o elemento de acoplamento 602 a partir do elemento de construção pré-fabricado pode ser inserido bem como espaço que os elementos do elemento de construção 602 podem precisar para flexionar.

[0084] Para este fim, um elemento de acoplamento do elemento de construção definido pelo usuário pode ser definido por um primeiro volume 605 que é para ser preenchido por material permitindo ao elemento de acoplamento 602 prender sobre o elemento de construção definido pelo usuário, e um segundo volume 606 que deve permanecer vazio permitindo ao elemento de acoplamento 602 deslizar no local, incluindo espaço para flexionar os braços conectores. Será apreciado que dois tipos de volume, isto é, um ou mais volumes que têm que ser cheios com material, e um ou mais volumes que têm que permanecer vazios, também pode ser definidos para outros tipos de elementos de acoplamento.

[0085] O processo então impõe restrições de projeto associadas com elementos de acoplamento por definir os dois tipos de volumes acima para cada tipo de elemento de construção. Um elemento de acoplamento a ser incluído no elemento de construção definido pelo usuário pode assim envolver incluir os dois tipos de volumes como nós folha na estrutura de dados hierárquica representando o elemento de construção definido pelo usuário. O processo pode adicionalmente gerar um nó sucessor combinando os volumes associados com os elementos de acoplamento com os formatos restantes. Em particular, o primeiro volume pode ser combinado por meio de uma operação de união, enquanto o segundo volume pode ser combinado por meio de uma operação de diferença.

[0086] Em particular, os volumes associados com os elementos de construção podem ser colocados próximos à raiz da estrutura em árvore enquanto todos os formatos projetados pelo usuário são colocados em uma subárvore subordinada aos volumes associados com os elementos de acoplamento, desse modo garantindo que nenhum volume sólido adicionado pelo usuário preencha qualquer cavidade requerida pelos elementos de acoplamento. De forma similar, o processo pode garantir que o usuário não recorte qualquer parte do elemento de acoplamento que seja requerida para a função de acoplamento apropriada.

[0087] A Fig. 6b esquematicamente ilustra um exemplo de representação digital na forma de uma estrutura em árvore. A estrutura em árvore compreende as folhas 621, 622, 623, onde a folha 621 representa um formato definido pelo usuário, enquanto as folhas 622 e 623 representam volumes associados com um elemento de acoplamento que pode ser conectado com o elemento de acoplamento 602 de um elemento de construção pré-fabricado 601. A folga 622 representa um primeiro volume que precisa ser sólido, isto é, cheio por material, ao passo que a folha 623 representa um segundo volume que precisa permanecer vazio. Mesmo que, no entanto, o nó 621 seja apresentado como um nó folha, será apreciado que o nó 621 pode ser a raiz de uma subárvore compreendendo múltiplos nós representando combinações dos respectivos formatos parciais, juntos formando o formato definido pelo usuário 621.

[0088] Quando o volume 623 é subtraído do volume 621 (como representado pelo nó 624) e o volume 622 é adicionado para o volume da diferença resultante por uma operação de união (como representado pelos nós raiz 625), o formato resultante tem a forma ilustrada pelo volume 626, garantindo que o elemento de construção resultante possa ser conectado com o elemento de acoplamento 602. Em particular, desde que o formato 621 projetado pelo usuário é subordinado aos volumes 622 e 623 definindo os acoplamentos, o formato 623 sempre obtém o espaço necessário para o elemento de acoplamento estar apto a deslizar para o local, e o formato 622 sempre adiciona material onde necessário para proporcionar as bordas a partir das quais o elemento de acoplamento 602 pode pender.

[0089] Por consequência, em uma estrutura em árvore tal como uma árvore CSG, quando os volumes associados com o elemento de acoplamento são aplicados em nível de raiz, a integridade do acoplamento do formato resultante do elemento de construção definido pelo usuário pode ser garantida.

[0090] Será adicionalmente apreciado que o processo pode incluir um volume associado que representa um modelo base importado para garantir que nenhuma parte do item projetado irá colidir com o modelo para o qual ele foi projetado. Adicionalmente, o processo pode calcular o espaço livre extra necessário para o item deslizar no local nos acoplamento selecionados, efetivamente salvaguardando o usuário de fazer um projeto que encaixa na teoria, mas não pode ser conectado no mundo real.

[0091] Novamente se referindo à Fig. 4, será apreciado que mesmo, no entanto, que a etapa S403 seja apresentada como uma etapa separada na Fig. 4, a verificação e/ou imposição de restrições de projeto pode parcialmente ou completamente ser integrada em uma ou ambas as etapas S401 e S402, por exemplo, como descrito em conexão com a imposição de posicionamento válido dos elementos de acoplamento em relação a uma grade acima.

[0092] Quando o processo de projeto está completo, por exemplo, em resposta a um comando do usuário, o processo pode enviar a representação digital resultante 410 para uma impressora 3D ou para outro dispositivo periférico adequado para produção automática do elemento de construção; caso contrário, o processo pode retornar para a etapa S401 permitindo ao usuário continuar o processo de projeto. Quando o usuário tiver terminado o processo de projeto e estiver pronto para produzir o elemento de construção projetado, o formato exato do elemento de construção é representado no software como uma especificação de geometria sólida, por exemplo, baseado na estrutura de dados hierárquica descrita acima. Será apreciado que o processo pode salvar a representação digital em memória não volátil, em um disco rígido ou em outro meio de armazenamento adequado.

[0093] Antes de enviar o modelo para o sistema de impressora 3D, o software pode executar várias verificações e adaptações junto ao modelo, algumas das quais podem ser requeridas dependendo da tecnologia de impressão 3D real empregada.

[0094] Várias impressoras 3D produzem itens camada por camada tanto de baixo para cima como de cima para baixo. Em ambos os casos, detalhes de ressalto ou de depressão, isto é, detalhes que não estão conectados com o resto do item até que o processo de impressão 3D alcance a camada que conecta os mesmos, podem requerer adaptações do item a ser impresso. Para impedir tal estrutura (temporariamente) segmentada e disjunta, pode ser necessário adicionar estruturas de suporte temporárias para o modelo antes de enviar o mesmo para a impressora - tipicamente colunas minúsculas de material que irá suportar as partes desconectadas da estrutura até que a impressão tenha terminado. Então, o usuário irá manualmente remover estas estruturas de suporte e limpar o item, por exemplo, por cortar ou imprensar os tocos permanecendo a partir das colunas.

[0095] Adicionalmente, pode ser necessário adicionar estruturas de suporte para minimizar a força gravitacional sobre vários detalhes durante o processo de impressão. O processo de software pode fazer estes cálculos físicos em relação ao item antes de imprimir o mesmo, e o processo pode automaticamente ou em cooperação com o usuário, especificar onde e como as estruturas de suporte devem ser incluídas.

[0096] O software também estará apto a executar outras verificações em relação à integridade do item projetado antes de produzir o mesmo, tipicamente por aplicar morfologia matemática para a estrutura geométrica. Tais verificações poderiam incluir verificações (e avisos) para elementos disjuntos e partes muito finas para produzir ou aguentar.

[0097] Além disso, a morfologia matemática pode ser aplicada para introduzir cavidades dentro de volumes sólidos muito grandes - ou para fabricar toda a estrutura sólida dentro de uma representação de casco sem alterar qualquer parte da superfície - de modo a reduzir a utilização de material, utilização de energia, tempo e/ou preço de produção ou para reduzir peso e deformação em relação ao item produzido. Novamente, a necessidades e métodos podem variar dependendo da tecnologia de impressão 3D disponível.

[0098] Adicionalmente, o processo pode enviar a representação digital inalterada ou após a transformação para um formato diferente. O processo do software pode adicionalmente interagir diretamente com a impressora 3D (e com seu software controlador de nível mais baixo acompanhante) incluindo qualquer interação requerida com o usuário (diálogos suportando o processo de configuração manual que pode ser requerido pelo usuário). Isto pode ser vantajoso à medida que um usuário não treinado pode não estar apto a exportar o modelo sólido para um arquivo, possível converter o mesmo para outro formato de arquivo 3D que se adéque à impressora particular e finalmente imprimir o mesmo utilizando algum software de terceiros. Para suportar usuários não treinados e para permitir um ciclo de projeto com repetições rápidas, todo o processo de produção deve ser uma parte integrante do software.

[0099] Finalmente, na etapa S404, o elemento de construção definido pelo usuário é produzido pela impressora 3D ou por outro dispositivo periférico.

[00100] É entendido que os versados na técnica podem, dentro do escopo da invenção, implementar variações do método acima. Por exemplo, a ordem de algumas das etapas acima pode ser alterada, etapas podem ser combinadas, etc.

Claims (15)

1. Método implementado por computador para gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário (626) que pode ser conectado com um ou mais elementos de construção de brinquedo pré-fabricados (601) de um sistema de construção de brinquedo, cada elemento de construção de brinquedo pré-fabricado compreendendo um número de elementos de acoplamento para acoplar o elemento de construção de brinquedo pré- fabricado com um ou mais outros elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do dito sistema de construção de brinquedo, o método compreendendo: - determinar (S401) uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento a serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário; - receber (S402) informação de um usuário indicativa de um formato definido pelo usuário; - gerar (S403), a partir de pelo menos a informação do usuário e de uma ou mais posições determinadas, uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, em que a representação digital é indicativa de um volume do elemento (622) para ser ocupado por um material para que se forme o elemento de construção definido pelo usuário, o elemento de construção definido pelo usuário compreendendo os ditos um ou mais elementos de acoplamento nas ditas uma ou mais posições determinadas; - proporcionara representação digital (S410) para produção automatizada (S404) do dito elemento de construção definido pelo usuário; caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente, para cada elemento de acoplamento, definir uma ou mais restrições de projeto (413) no formato definido pelo usuário associado ao elemento de acoplamento, em que pelo menos uma primeira restrição de projeto associada a um elemento de acoplamento compreende a definição de um primeiro volume associado ao elemento de acoplamento, em que pelo menos uma segunda restrição de projeto associada com um elemento de acoplamento compreende a definição de um segundo volume (623) associado com o elemento de acoplamento; e em que a geração da representação digital compreende impor (S403) as restrições de projeto determinadas; em que impor a primeira restrição de projeto compreende a geração da representação digital para ser indicativa de um volume do elemento que compreende o primeiro volume e, então, impedindo o usuário de remover uma parte necessária para um elemento de acoplamento; e em que impor a segunda restrição de projeto compreende a geração da representação digital para ser indicativa de um volume do elemento excluindo o segundo volume e, então, impedindo o usuário de preencher ou bloquear qualquer espaço vazio exigido para que o elemento de acoplamento seja conectado com outro elemento de acoplamento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que impor as restrições de projeto compreende gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, o elemento de construção definido pelo usuário possuindo um volume modificado ocupado por um material, o volume modificado compreendendo uma união do dito volume definido pelo usuário e do dito primeiro volume.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que impor as restrições de projeto compreende gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário, o elemento de construção definido pelo usuário possuindo um volume modificado por um material, o volume modificado sendo determinado por pelo menos uma diferença (624) do dito volume definido pelo usuário e do dito segundo volume.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3; caracterizado pelo fato de que o método compreende: - obter uma representação digital de um modelo de construção de brinquedo construído a partir de elementos de construção de brinquedo; e - definir uma terceira restrição de projeto no formato definido pelo usuário, em que a terceira restrição de projeto compreende determinar, a partir da representação digital, de um terceiro volume indicativo de um volume associado com pelo menos uma parte do modelo de construção de brinquedo; e - gerar a representação digital para ser indicativa de um volume do elemento excluindo o terceiro volume.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a determinação de uma ou mais posições para a colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário compreende adicionalmente selecionar, para cada um do um ou mais elementos de acoplamento, de respectivos tipos de elementos de acoplamento a partir de um conjunto de tipos de elementos de acoplamento.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que determinar uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário compreende adicionalmente selecionar uma ou mais posições como pontos da grade de uma grade discreta de posições para colocação de elemento de acoplamentos.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a determinação de uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário compreende receber uma entrada do usuário indicativa de uma seleção do usuário de um ou mais elementos de acoplamento e posições correspondentes, e para colocar uma representação dos elementos de acoplamento selecionados em uma vista tridimensional exibida em uma exibição de um sistema de processamento de dados.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que determinar uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário compreende receber uma entrada do usuário indicativa de uma seleção do usuário de uma representação digital de um dentre um número de elementos de construção de gabarito, o elemento de construção de gabarito compreendendo um número de elementos de acoplamento posicionados em respectivas posições predeterminadas.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que determinar uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário compreende: - obter uma representação digital de um modelo de construção de brinquedo construído a partir de elementos de construção de brinquedo; - selecionar um ou mais elementos de acoplamento do modelo de construção de brinquedo obtido para o qual um elemento de construção definido pelo usuário é anexável; - determinar as dita uma ou mais posições para colocação de um ou mais elementos de acoplamento para serem incluídos no elemento de construção definido pelo usuário a partir das posições dos um ou mais elementos de acoplamento selecionados do modelo de construção de brinquedo obtido.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar um tipo de elemento de acoplamento associado com cada posição determinada a partir de um tipo detectado de elemento de acoplamento do um ou mais elementos de acoplamento selecionados do modelo de construção de brinquedo obtido.

11. Método para produzir de um elemento de construção definido pelo usuário conectável a elementos de construção de brinquedo pré-fabricados de um sistema de construção de brinquedo, cada elemento de construção de brinquedo pré-fabricado compreendendo um número de elementos de acoplamento para acoplar o elemento de construção de brinquedo pré-fabricado com outro um ou mais elementos de construção de brinquedo pré-fabricados do dito sistema de construção de brinquedo, o método caracterizado pelo fato de que compreende - gerar uma representação digital de um elemento de construção definido pelo usuário por executar as etapas do método definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10; - produzir (S404) o elemento de construção definido pelo usuário baseado na representação digital.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a representação digital é indicativa de um volume do elemento a ser ocupado por um material de modo a formar o elemento de construção definido pelo usuário, e em que produzir compreende preencher pelo menos o volume do elemento com um material predeterminado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que produzir compreende um processo de impressão 3D.

14. Sistema de processamento de dados (101) caracterizado pelo fato de que compreende um meio de armazenamento (102) tendo armazenado no mesmo um programa de computador que compreende meios de códigos de programa para realizar todas as etapas definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 quando o dito programa é executado no sistema de processamento de dados.

15. Sistema de processamento de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende uma impressora 3D (123) configurada para produzir o elemento de construção definido pelo usuário baseado na representação digital

Images