CN101836238A - 对非可展曲面三维物体进行预切部分或镂花建模以及辅助将二维图案转移到该物体上的方法及设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法和设备旨在辅助将二维图案转移到非可展曲面三维物体上，这从所述三维物体的建模(305)以及所述二维图象在所述三维物体的所述建模上的投影出发。第一阶段包括用多个可展曲面为所述三维物体的所述建模的至少一部分建模(310)。第二阶段包括所述二维图案的所述投影的至少一部分转移到所述多个可展曲面的至少一个可展曲面上，所述可展曲面组适于在所述三维物体上定位以用于转移所述二维图案。

Description

对非可展曲面三维物体进行预切部分或镂花建模以及辅助将二维图案转移到该物体上的方法及设备

技术领域

本发明涉及三维物体的装饰，特别涉及对非可展曲面三维物体进行预切部分或镂花建模以及辅助将二维图案转移到该物体上的方法及设备。

背景技术

二维图像在三维物体上的投影被非常普遍用在许多装饰这些物体的工业中。该问题的复杂性根据三维物体的特性和投影表面的特性而不同。因此，虽然在诸如易拉罐外表面这样小体积的连续表面上的二维图像投影不造成特别的问题，在一架飞机外表面上投影标志、符号或名字造成很多问题。尤其是，投影表面形状的复杂性，复制图像与原始图像之间比例系数以及某些特定元件的存在，在上面需要涂上或不要涂上待复制的二维图像的某一部分，例如舷窗，这使得任务非常困难。

飞机装饰通常目的是为了承载航空公司商业图像而且经常包括应该被完美实现出来的名字、符号及标志的图像。航空公司的模型与每一架飞机的特定外形间的匹配通常基于经验和经验分析。这一匹配的正确性经常关系到模型的实现。

当二维图案在三维物体上的投影确定时，则需要将该投影转移到实体上。这存在几种办案。

欧洲专利EP 0593340公开了一种三维物体装饰辅助方法和设备。该方法在于表示一个由装饰图装饰的物体的三维模型。它还在于根据三维模型在物体上定位所述装饰图的至少某些特征点，以确定例如装饰界限的胶带、或镂花模板、或预切的装饰元件等......的位置。本发明尤其被运用在通过在飞机外表的特色标志、字母或符号来对飞机进行装饰上。

图1描述了使得在飞机外表面复制二维图像的锥形投影的一个例子。图像100自投影点105开始在飞机110的垂直尾翼上的投影显示了与在诸如垂直尾翼与机身之间连接部分等飞机外表面活动部分上的锥形投影有关的问题。而且，这样一种方法并不容易付诸实施。

可替换的是，有可能使用镂花模板，其定位可通过使用诸如舷窗位置等飞机的某些方位标(repère)来实现。然而，由于飞机表面复杂外形的原因，镂花模板通常具有一个非可展形状，换而言之这些镂花模板不能具有一个扁平形状。这是由于设计、制造及大量储存的难度及成本所造成的。而且，镂花模板通常难以定位并且经常需要在使用它的过程中使用特定方位标。

发明内容

因此存在一种有效地将二维图案转移至具有复杂表面的三维物体上的需要。

本发明可以解决前述的至少一个问题。

本发明因此旨在提供一种对非可展曲面三维物体的至少一部分根据所述三维物体的建模进行预切部分或镂花建模的方法，该方法包括以下步骤：

-将所述三维物体的所述至少一部分分解成多个曲面；和

-对于所述多个曲面的每一个曲面，用一个可展曲面近似(approximation)所述三维物体的所述建模的所述曲面。

根据本发明的方法因此可以微弱的成本容易地实现预切部分或镂花。根据本发明的方法还可以保留能够在今后被使用并且/或者用于不同图案的转移的预切部分和镂花的模型。

根据一种具体的实现方式，本发明此外还包括一个测量在所述三维物体的至少一个所述可展曲面与所述三维物体的所述模型之间的至少一个误差的步骤，并且如果所述至少一个被测量出的误差超出了一个预定阈值，重复将所述三维物体的所述至少一部分分解为多个曲面的所述步骤和用所述可展曲面近似所述三维物体的所述建模的所述曲面的步骤。根据本实现方式，是有可能控制预切部分和镂花在三维物体上的调整精度。

优点在于，所述三维物体的所述建模是所述三维物体的一个近似建模，所述建模考虑到了通过可展曲面对三维物体建模所带来的误差。

还是根据一种具体的实现方式，所述用一个可展曲面近似所述三维物体的所述建模的所述部分的一个曲面的步骤包括在所述三维物体的所述建模上确定第一和第二参考曲线的步骤，所述可展曲面是由所述第一和第二参考曲线确定的调校曲面。

所述第一和第二参考曲线的至少其中一条可通过所述三维物体的所述建模的曲面与预定平面相交获得。替代情况或在补充方式下，所述第一和第二参考曲线的至少一条由投影至所述三维物体上的二维图案的特征确定。所述第一和第二参考曲线可以是平行的。

根据一种具体实现方式，本方法此外包括在至少一个所述可展曲面上转移所述三维物体的所述建模的至少一个特征点的步骤。定位(pose)的精确性因此可以使得三维模型图案在三维实体上，尤其是在复杂曲面区域中的一个忠实的复制。

本发明还旨在提供一种辅助二维图案转移到非可展曲面三维物体上的方法，这从所述三维物体的建模以及所述二维图案在所述三维物体的所述建模上的投影出发，该方法特征在于包括以下步骤，

-根据前述方法用多个可展曲面为所述三维物体的所述建模的至少一部分进行预切部分和镂花建模；并且

-转移所述二维图案的至少一部分所述投影到至少一个所述可展曲面，所述至少一个所述可展曲面适于被在所述三维物体上定位用以转移至少一部分所述二维图案到所述三维物体上。

根据本发明的方法因此可以简化二维模型向三维物体上的转移程序并且减少定位预切部分和镂花的误差的风险。而且，根据本发明的方法可以免去一个验证有效性的步骤，根据该步骤必须创建实体模型。

本发明还旨在提供一种包括适于使前述方法的每一步骤付诸实施的装置的设备，以及一种包括适于使前述方法的每一步骤付诸实施的指令的计算机程序。

附图说明

本发明的其它的优势、目标及特征在下列结合附图作为非唯一性例子的详细描述中更加显现出来，其中：

-图1描绘可以在飞机外表面上复制二维图象的锥形投影的一个例子；

-图2显示可实施本发明的设备的例子；

-图3描绘使得根据本发明方法的第一部分付诸实施以便用一组可展曲面为三维物体建模的算法的某些步骤；

-图4描绘用于从一个由可展曲面构成的三维物体模型及一个二维图案出发获得一组预切部分和镂花的算法的某些步骤；

-图5至8示出了表示在图3和图4上的某些步骤的说明。

具体实施方式

下列描述基于对飞机外部进行装饰的例子，但应该包括根据本发明的应用于从装饰的一个二维表示出发对所有三维物体进行装饰的方法及设备。

图2描绘适于实施本发明的设备200的一个例子。设备200例如是能够连接或不能够连接到通信网络的微型计算机或工作站。设备200包括通信总线210，其最好连接于：

-中央处理单元215例如一个微处理器，标为CPU；

-只读存储器220，能够承载可执行本发明的程序，标为ROM；

-随机存取存储器225，它在加电后包含根据本发明的方法的可执行代码以及适于存储执行本发明所需的变量和参数的寄存器，标为RAM；和

-连接于一个通信网络的一个通信接口230，该接口适于传送和接收数据。

在另一可选方案下，设备200还可以具有以下元件：

-显示屏240，能够可视化数据并且/或者充当与用户的图形接口，用户能够与根据本发明的程序进行互动，借助一个完整或非完整的键盘245或借助其它任何指向设备，例如鼠标，光笔或还可以是触摸屏；

-硬盘250或诸如闪存卡的存储卡，可以承载根据本发明的程序以及在执行本发明时所使用或所生成的数据；和

-软盘阅读器255(或其它任何的可移动数据载体)，根据本发明它适于接收一张软盘260并在上面读取或在上面写入处理过或待处理的数据。

通信总线使得设备200中所含或与之相连的不同元件之间的通信和协同运作成为可能。总线的图示没有限制并且，特别是，中央单元能够直接或以设备200的另一个元件为媒介发送指令给设备200的任何元件。

软盘260可被替换为任何信息载体例如，可擦写或不可擦写光盘(CD-ROM)，ZIP盘或存储卡，并且在通常情况下，替换为一个信息存储装置，可由微型计算机或由微处理器读取，集成或不集成在该设备中，必要时可移动并适于存储一个或多个程序，执行这些程序即可执行根据本发明的方法。

使得设备可以执行本发明的可执行代码可以不同方式储存于只读存储器220上、硬盘250上或可移动数字载体上，例如如前所述的软盘260上。根据一种变化情况，这些程序的可执行代码可以通信网络经由接口230被接收，以便在执行前被存储到设备200的其中一个存储装置中，例如硬盘250中。

中央单元215适于命令和指挥根据本发明的程序或程序的软件代码的一部分或指令的执行，指令被存储在其中一个前述存储装置中。当施加电压时，该程序或这些程序被存储在一个非易失存储器中，例如在硬盘250上或只读存储器220上，它们被转移到包含了根据本发明的这个或这些程序的可执行代码的随机存取存储器225上，以及用于存储执行本发明所需的变量和参数的寄存器中。

应该注意的是包括根据本发明的设备的设备同样可以是一个可编程设备。该设备因而包括这个或这些信息程序的代码，例如被固化到一个特定用途集成电路(Application Specific Integrated Circuit或ASIC)中。

根据本发明的本方法可被分解成两个阶段。第一阶段旨在用一组可展曲面为三维物体建模，换而言之，三维曲面可不变形地展示在一个平面上。第二阶段旨在将二维图案转移至已建模的可展曲面上。

第一阶段对于每个三维物体模型仅需要实现单独一次，而第二阶段对于每个应被转移至该三维物体上的二维图案(例如对于每个颜色)以及对于每个三维物体应被重复一次或多次。

图3描绘实施根据本发明的方法的第一部分以便用一组可展曲面为三维物体建模的一个算法例子的某些步骤。在创建出待建模物体的三维模型以后，第一个步骤在于确定待建模的部分(步骤300)，换而言之这里是二维图案应被转移到其上的那部分。物体的三维模型来源于例如计算机辅助设计软件(CAD)，例如由达索系统公司开发并由IBM有限公司销售的Catia软件(Catia是商标)。该步骤可考虑到三维物体的对称性。因此，例如，对于一个二维图案应该转移到其上的一架飞机，有可能根据中垂平面确定的纵切面只选择一部分飞机，如图5所绘。同样有可能用可展曲面的建模将三维物体分解成几部分，每一部分和与之相关联的曲面的复杂性有关系。

当三维模型的一部分被选定时，一个新的曲面，被叫做建模曲面，被确定以实现近似三维模型(步骤305)。建模曲面被用在待建模三维物体曲面的位置以便考虑用可展曲面来建模三维物体所带来的误差，换而言之以便考虑起始理论曲面与可展曲面之间长度的差别。建模曲面是一个位于三维物体曲面的外部并与三维物体平行的曲面。建模曲面与三维物体真实曲面之间的距离根据待建模三维物体的类型进行选择。特别的情况下，若待建模三维物体是一架飞机，建模曲面与飞机真实曲面之间的距离根据飞机的类型、面板接合处以及飞机理论轮廓的位置的类型和数量来选择。例如，对于一架空客A320选定的距离是2毫米而对一架空客A340选定距离是3.5毫米。然而，本方法最好是迭代的，该距离可被自动确定。

当建模曲面被确定时，一组可展曲面根据建模曲面被确定(步骤310)。每一个可展曲面由建模曲面的两条参考曲线确定，可展曲面由与两条曲线垂直的一整组线段构成，而线段的端点属于这两条曲线，构成一个调校曲面。更为通常的做法，可展曲面可由在一个或多个曲线上施加一个线段的任何类型的扫描构建成。建模曲面的参考曲线当然可以由平面与建模曲面的相交或由要自我投影的二维图案的形状确定。例如，图5描绘了包括由平行平面510-1和510-2与建模曲面500相交获取的两条曲线505-1和505-2的一个建模曲面500。由曲线505-1和505-2生成的可展曲面是曲面515。这里应该注意的是参考曲线之间的距离最好根据待建模曲面的复杂性确定。根据一种有利的实现模式，两条相邻参考曲线之间的缺省距离被使用，该距离会以递归(récursive)的方式减少，只要建模曲面与两条参考曲线生成的可展曲面之间的距离大于预定阈值(步骤315)。因此，如果建模曲面与由所用的两条参考曲线生成的可展曲面之间的距离大于一个预定阈值，所用的两条参考曲线之间的距离被减少并且一个新的可展曲面被计算(步骤310被重复)。

建模曲面与可展曲面之间的最大距离这里应该至多2毫米。自然地，该数值可被减小或增大以改善或减弱精确度。

相反地，如果建模曲面与由所用的两条参考曲线生成的可展曲面之间的距离小于一个预定阈值并且如果建模曲面还未完全由可展曲面完成建模，两条新的参考曲线被选定，或者如果第二条与之前选取的相对应则仅选定一条，用以确定一个新的可展曲面。如虚线箭头所示，该程序重复执行直至所有选定曲面都由可展曲面建模。

另一可能情况是，两条参考曲线之间的距离可以是规则并且预定的。

为了图示，图5至8上所示的可展曲面自来源于垂直于飞机纵轴的垂直平面的相交的参考曲线生成。这些平面因此这里是平行的并且生成带状的可展曲面。

当三维物体选定部分的整组可展曲面被建立起来，有可能通过使用某些对称性为尚未选择的其它部分建模。例如，图6上所示的飞机一半驾驶舱的建模可被用于用可展曲面为整组飞机驾驶舱建模。这样一种延伸由简单的几何性完成。

随后有利的是报告在可展曲面上三维物体的某些特征点以便今后在三维物体上易于放置预切部分或镂花(步骤320)。特殊地，例如构成飞机的面板的轨迹、舷窗轮廓及舱门轮廓等特征曲线在每一个可展曲面上被投影。这样一种投影根据例如前面引用过的专利中提到的传统方法获得。

由图3所示算法得到的结果因此是一组可展曲面，其最好包括特征点。该组可展曲面可被直接用于转移二维图案或可以信息文件的形式被存储以便今后使用或在今后被用于转移其它二维图案。当整组可展曲面以信息文件的形式被存储，这样一个文件可包括，例如，一组这些可展曲面的轮廓，其各自位置以及特征点清单最好与其相关联。这些可展曲面可以三维曲面的形式或平面曲面的形式被存储，换而言之可展曲面根据标准几何变形被展开。

图4描绘了用于从一个由可展曲面构成的三维物体模型和一个二维图案出发获得一组预切部分或镂花的一个算法例子的某些步骤。

三维物体模型根据一种例如在前述专利中所述的标准投影算法被用于投影二维图案(步骤400)。三维图案的投影则以与三维物体特征点被转移到可展曲面(图3的步骤320)同样的方式被转移到可展曲面(步骤405)上。

可展曲面则最好被展开和定位在同一平面以便方便创建可被用于制作预切部分或镂花的轮廓线文件。图7表示一整组包括特征点和二维图案投影的可展及展开曲面。这些文件的创建构建了一个把关联于每个可展曲面的精确和最终数据传送给预切部分或镂花制造商的有效手段。这样的文件同样可以保留预切部分或镂花的表示以便今后直接使用，例如，以便重绘飞机装饰。

从之前确定的信息出发，有可能制作预切部分或镂花(步骤410)。预切部分或镂花的格式根据待复制二维图案以及根据使得定位预切部分或镂花的特征参考来确定。根据一个具体实现方式，预切部分或镂花的制作最好包括以下步骤：

-在用于预切部分或镂花的载体上定划(tracage)可展和展开曲面的轮廓；

-借助之前定划的轮廓切割可展曲面；并且

-在切割的展开曲面上定划特征点，以用于在三维物体和图案上定位预切部分或镂花。

预切部分或镂花的制作最好在能够定线和切割例如胶带或聚酯薄膜预切部分或其它任何适于保证在三维物体上进行定划和掩蔽的载体的粘胶物的机器上进行。

三维物体上的应用随后根据预先确定的安排被实现，以便遵循一个逻辑和组织顺序，而无需寻求例如尺寸数字或其他方位标等额外帮助。该安排最好依照飞机区域根据能够放置预切部分或镂花的参照物的数量和类型来实现。应该注意的是一旦至少两个参照物在一个元件上可用时，一个预切部分或一个镂花可被定位，一个可沿着飞机X轴定位而另一个可沿着飞机Z轴定位。在实际应用中，如同控制装置一样有着在每一个预切部分或镂花上定线的参照，则从左到右以及从上到下的定位可以毫无困难地逐个定位所有元件。这可以掌握定位的误差并且如果有误差可在每一个元件之间将其重新分配。因此不需要借助特别工具来执行这些预切部分或镂花的定位。图8描绘自可展曲面出发构成的预切部分的定位，其包括用于它们定位的特征点。在图8上表示的可展曲面被定位并且包括可使它们转移到三维物体上的二维图案的投影。

自然而然地，为了满足特定需要，在本发明领域的一位称职技术人员将能够实施在前面描述范围中的修改。

Claims (10)

1.一种对非可展曲面三维物体的至少一部分根据所述三维物体的建模(305)进行预切部分或镂花建模的方法，其特征在于包括以下步骤：

将所述三维物体的所述至少一部分分解成多个曲面；和

对于所述多个曲面的每一个曲面，用一个可展曲面(310)近似所述三维物体的所述建模的所述曲面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括测量在所述三维物体的至少一个所述可展曲面和所述三维物体的所述模型之间的至少一个误差的步骤(315)，并且其特征还在于如果测出的所述至少一个误差大于预定阈值，重复进行所述将所述三维物体的所述至少一部分分解成多个曲面的步骤和所述用所述可展曲面近似所述三维物体的所述建模的所述曲面的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述三维物体的所述建模是所述三维物体的一种近似建模。

4.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述用可展曲面近似所述三维物体的所述建模的所述部分的一个曲面的步骤包括在所述三维物体的所述建模上确定第一参考曲线和第二参考曲线的步骤，所述可展曲面是由所述第一参考曲线和第二参考曲线确定的调校曲面。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述第一参考曲线和第二参考曲线中的至少一个由所述三维物体的所述建模的一个曲面与一个预定平面相交而获得，或者由一个待投影于所述三维物体上的二维图案的一个特征获得。

6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其特征在于所述第一参考曲线和第二参考曲线是平行的。

7.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于还包括在至少一个所述可展曲面上转移所述三维物体的所述建模的至少一个特征点的步骤。

8.一种辅助将二维图案转移到非可展曲面三维物体上的方法，这根据所述三维物体的建模、所述二维图案在所述三维物体的所述建模上的投影来进行，所述方法的特征在于包括以下步骤：

根据上述任一项权利要求所述的方法，由多个可展曲面为所述三维物体的所述建模的至少一部分进行预切部分或镂花的建模；并且

转移(405)所述二维图案的所述投影的至少一部分到至少一个所述可展曲面上，所述至少一个所述可展曲面适于在所述三维物体上定位，以便转移所述二维图案的至少一部分到所述三维物体上。

9.一种设备，包括适于实施根据上述任一项权利要求所述的方法的每个步骤的装置的。

10.一种计算机程序，包括适于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤的指令。

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