CN102859526B - 计算机辅助设计系统中约束曲线的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种CAD系统、方法和计算机可读介质。该方法包括接收图形模型和对于对称约束的选择。该方法包括接收对所述图形模型的第一曲线和第二曲线的选择，该选择指示在所述第一曲线和第二曲线上的各个点。该方法包括确定用户意图并根据用户意图在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束。该方法包括存储并显示图形模型。

Description

计算机辅助设计系统中约束曲线的系统和方法

技术领域

本发明大体上涉及用在计算机辅助设计、制造、工程、建模和可视化（单独地和共同地使用，“CAD”和“CAD系统”）以及用在产品生命周期管理（product lifecycle management，PLM）和其他系统中的系统和方法。

背景技术

许多制造产品首先在CAD系统中被设计和建模，而PLM系统被制造者、零售者、顾客和其他用户用来管理各种产品的设计、使用和处置。改进的系统是需要的。

发明内容

各种实施例包括CAD系统、方法以及计算机可读介质。一种方法包括接收图形模型和对称约束的选择。该方法包括接收图形模型的第一曲线和第二曲线的选择，该选择指示在第一曲线和第二曲线上的各个点。该方法包括确定用户意图，并根据用户意图在第一曲线和第二曲线之间施加对称约束。该方法包括存储并显示图形模型。

前述已经相当广泛地概括了本公开的特征和技术优点，以便本领域技术人员可更好地理解后面的详细描述。本公开的构成权利要求的主题的附加的特征和优点将在下文中描述。本领域技术人员将意识到，他们可容易地利用所公开的概念和具体实施方式作为基础来修改或设计用来实现本公开的相同的目的的其他结构。本领域技术人员还将意识到，在最广泛形式下的该等同构造未脱离本公开的精神和范围。

在开始描述下面的“具体实施方式”之前，对贯穿本专利文档中所使用的以下一些词或短语的定义进行说明是有益的：词语“包括”和“包含”以及其派生词意为无限制地包括；词语“或”是包容性的，意指“和/或”；短语“与……关联（相关）”和“与其关联”以及其派生短语，可意为包括、被包括在内、与……相联系、包含、被包含在内、连接到或与……相连、耦合到或与……耦合、可与……通信，与……合作、交织、并列、与……接近、束缚至/与……束缚在一起、具有或具有……的特性等；以及词语“控制器”意为控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，而不管这样的设备是以硬件、固件、软件还是以它们中的至少两个的某种组合来实现。应该指明的是，与任何特定控制器相关的功能性可为集中的或分布的，而不管是本地还是远程。贯穿本专利文档提供了某些词和短语的定义，本领域的普通技术人员会理解，这样的定义应用于在现今以及未来使用如此定义的词和短语的许多（即使不是大多数）实例中。而某些词语可包括许多实施例，所附的权利要求书可清楚地将这些词语限制到特定的实施例。

附图说明

为了更全面地理解本公开及其优点，结合附图来参考下面的描述，其中相同的附图标记标识相同的对象，附图中：

图1示出了数据处理系统的框图，在该数据处理系统中可根据所公开的实施例来实现一个实施例；

图2A和图2B示出了两个简单的例子，以解释根据所公开的实施例的典型情况；以及

图3示出了根据所公开的实施例的处理的流程图。

具体实施方式

在本专利文档中下面所讨论的图1至图3以及用来描述本公开的原理的各种实施例仅为了说明，在任何情况下都不应被解释为对本公开的范围的限制。本领域技术人员将理解，本公开的原理可在任何适当布置的设备内实现。将参考示例性的非限制的实施例描述本申请的许多创新的教导。

当在CAD系统或PLM系统中操作模型时，用户经常想要使两条曲线相互对称，其中曲线受其他几何形状的限制。所公开的实施例对于曲线是否对齐或非对齐提供了用户控制，以防止曲线坍缩到零长度，其中坍缩到零长度是已知系统中的典型行为。

在CAD系统中，每一条曲线典型地被保持为具有起点（顶点）和终点。如这里所使用的“对齐（aligned）”表示曲线沿相同的方向延伸（当被认为是从始端到终端的向量时），并且曲线以起点大体上相互邻近或对应（“始端对应始端”）以及终点也大体上相互邻近或对应（“终端对应终端”）的方式对齐。在实体模型中，对齐的面将朝向同一方向。

“非对齐（anti-aligned）””指示相反的，即曲线沿相反的方向延伸（“始端对应终端”）。在实体模型向，非对齐的面一般相互面对。

某些CAD工具包括诸如“镜像（Mirror）”命令等命令，该命令可试图通过创建副本并在原始几何形状与副本之间施加几何约束而对现有的点和曲线进行镜像。在某些情况中，用户可能希望通过使现有的曲线或点关于中心线对称而对现有的几何形状施加相似的对称约束。

使用其他工具，由于所选的曲线频繁地坍缩到零长度（比如缘自在每条曲线上的其他约束的出现），因此，该处理失败。常规的系统不能自动判断两条现有的曲线是否应被对齐或非对齐。

所公开的实施例提供了修改几何模型以正确地施加对称约束的系统和方法。各种实施例解释用户输入以确定用户意图，然后判断所选的曲线是否应被处理为对齐的或非对齐的，以产生正确的解决方案。

图1示出了可实现实施例的数据处理系统（比如，CAD系统）的框图。所示数据处理系统包括连到二级高速缓冲存储器/桥104的处理器102，而二级高速缓冲存储器/桥104又连接到本地系统总线106。本地系统总线106可为比如外围组件互连（peripheral component interconnect，PCI）结构总线。在所示的例子中，连接到本地系统总线的还有主存储器108和图形适配器110。图形适配器110可被连接到显示器111。

诸如局域网（local area network，LAN）/广域网（Wide Area Network）/无线（比如，Wifi）适配器112等其他外围设备，也可被连到本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接到输入/输出（input/output，I/O）总线116。I/O总线116被连接到键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和I/O适配器122。磁盘控制器120可被连到存储装置126，其中存储装置126可为任何适合的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于：诸如只读存储器（read only memories，ROM）或可擦除的、电可编程的只读存储器（erasable，electrically programmable read onlymemorie，EEPROM）、磁带存储装置等非易失性的、硬编码类型介质；以及诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘只读存储器（compact disk read onlymemorie，CD-ROM）或数字多功能光盘（digital versatile disk，DVD）等用户可记录类型介质；以及其他已知的光、电或磁存储设备。

在所示的例子中连接到I/O总线116的还有音频适配器124，扬声器（未示出）可被连接到该音频适配器124以播放声音。键盘/鼠标适配器118为诸如鼠标、轨迹球（trackball）和轨迹指示器（trackpointer）等指示设备（未示出）提供连接。

本领域的普通技术人员将理解，对于特定的实现，图1中所示的硬件可不同。比如，另外还可使用诸如光盘驱动器等其他外围设备或可用该外围设备替代所示出的硬件。仅是为了解释的目的提供了所示出的例子，且所示出的例子并没有限制本公开的结构的意思。

依照本公开的实施例的数据处理系统包括采用图形用户界面的操作系统。该操作系统允许同时在图形用户界面上呈现多个显示窗口，其中每个显示窗口为不同应用或相同应用的不同实例提供界面。在该图形用户界面内的光标可被用户通过指示设备来操作。光标的位置可被改变和/或可以是诸如点击鼠标按钮等为启动想要的响应而产生的事件。

诸如某版本的Microsoft Windows^TM（位于华盛顿州雷蒙德市的微软公司的产品）等各种商业操作系统中的一种可在适当修改之后被采用。该操作系统依照所描述的本公开来修改或创建。

LAN/WAN/无线适配器112可被连接到网络130（不是数据处理系统100的一部分），该网络130可为如本领域技术人员所知的、包括因特网在内的、任何公共的或专用的数据处理系统网络或网络的组合。数据处理系统100可通过网络130与服务器系统140通信，其中服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，但可作为例如分离的数据处理系统100来实现。

图2A和图2B示出了两个简单的例子，以解释典型的情况。

首先，CAD系统中的矩形模型典型地由始端到终端闭合连接的4条线组成，如图2A的矩形200所示。矩形200由始端到终端闭合连接的线202、204、206和208组成（为了解释的目的显示为箭头）。在此情况下，“终端”顶点由箭头的“头”表示，且“始端”顶点表示为箭头的“尾”线。如果使矩形的两条相对的线202和206对称，那么必须使它们以始端对应终端的方式对齐，以获得有用的结果。即线202的起点212相对于线206的终点214被约束。

通用的解决方案是使线202和206的起点相互对称；在明显失败的情形中，一种数学的解决方案将两条线都坍缩到零长度，且该矩形由于连接点随着被坍缩线的移动而变成单条线。由于每个接触曲线对被约束为在所有四个终点处重合，且线被约束为保持垂直/平行，因此曲线通常坍缩。唯一的解决方案是使曲线为零长度。在没有这些其他的约束的情形下，对称约束可通过将对称曲线之一翻转（违背了重合约束或者违背了垂直约束）来解决。

但是，所公开的实施例确定这些线应被作为非对齐来处理，且通过约束与206的终点对称的202的起点（也可以约束与202的终点对称的206的起点）来正确地使它们关于中心线210对称。

其次，考虑彼此邻近放置的两个这样的矩形，如图2B的矩形220和240。矩形220由始端到终端闭合连接的线222、224、226和228（为了解释的目的示为箭头）组成。矩形240由始端到终端闭合连接的线242、244、246和248（为了解释的目的示为箭头）组成。

当使来自矩形220的线226与矩形240的相应线246对称时，由于关于中心线260而被约束，因此，必须以始端对应始端且终端对应终端的方式创建曲线对齐和约束。即，根据线246的终点250来约束线226的终点230，并且线226和246的相应起点被用于其他端点约束。要注意的是，这与上一个情况相反，系统必须执行始端对应始端/终端对应终端的约束（这在图2A的情形中会失败），而不是始端对应终端的约束（这在图2B的情形中会失败）。

如果存在已以某种方式将两条所选的线联系在一起的其他约束，那么始端对应终端的解决方案也可导致几何形状坍缩到零长度（或某种其他的草图损坏）。

要注意的是，在这些例子中，中心线典型地由系统根据各种规则来确定，但可以被实际地显示给用户，或不显示给用户。中心线一般被确定在两条所选的线或曲线之间，但可根据由系统确定的任何其他约束或规则而放在其他位置。

除这些简单例子以外的例子，很难确定通用的解决方案。在一般的情况下计算在两条所选的曲线间的约束是不实际的。在能够大致确定结果之前，需要完全求解线框几何形状和约束。

所公开的实施例通过采用用户对象选择的位置作为用户意图的附加信息来解决这个问题。当选择曲线以施加对称约束时，系统使与两个选择位置最近的两个端点彼此对称。该处理允许用户控制CAD系统施加对称约束的方式。

增加约束的处理在CAD系统的技术领域中广为人知。可通过约束适合的端点对，然后约束这些端点间的曲线来定义对称约束。由于常规系统以始端对应始端/终端对应终端的方式或以始端对应终端的方式增加这样的约束，但却不能智能且有效地在这些可能性间作出抉择，因此在这些系统中不能有效地执行对称约束的增加。

所公开的各种实施例根据用户的选择来确定用户意图，不需要用户在选择曲线时进行任何额外的输入，诸如额外地按压键盘、点击鼠标或进行其他输入。特别地，该系统可基于用户在每条线（或图形模型的其他元素）上进行选择的位置来确定哪些顶点应该被对齐。

在一些实施方式中，系统使用离用户对每条线进行选择的位置最接近的顶点作为待关于彼此进行约束的顶点。在图2B的情形下，当系统接收到用户典型地通过鼠标指示/点击、笔输入或基于被显示模型自身的输入（为了简单起见，一般地描述为“点击”）对线226的选择时，系统确定用户在线226上进行选择的位置。然后系统确定相关曲线的哪个顶点与用户对线进行选择处的点更接近。如果用户通过点击线226的上半部分中的任意点来选择线226，则系统确定终点230是最接近的顶点，并选择终点230作为要被约束的顶点。如果用户通过点击线226的下半部分中的任意点来选择线226，则系统确定起点（与终点230相对）为最接近的顶点，并选择该起点作为要被约束的顶点。

系统根据用户所选择的第二条线以及用户在该线上点击的位置进行类似的确定，由此确定进行约束的第二个顶点。这些顶点相对于彼此进行约束，然后系统使每条曲线的相对顶点相对于彼此进行约束，并且最终，根据端点约束，曲线自身可相对于彼此而被约束。所得到的模型被显示给用户并存储在系统中。

图3示出了根据所公开的实施例的处理的流程图。要注意的是，这里所描述的各步骤可同时执行或以不同的顺序执行。比如，在下面的步骤315中的选择对称约束可在选择一条或多条曲线之前或之后发生。

CAD系统接收图形模型（步骤305）。这里所用的“接收”可包括从存储装置加载或获取、从另一个系统接收、通过与用户交互来接收或形成，或者，包括以上这些方式的组合。图形模型具有多条曲线，且每条曲线具有两个端点顶点。

CAD系统向用户显示图形模型（步骤310）。

CAD系统接收对于对称约束的用户选择（步骤315）。在某些实施例中，该步骤可包括接收对中心线的用户选择，其他曲线应关于该中心线对称。如下所述，在其他实施例中，中心线可由CAD系统自动确定。

通过用户指示图形模型的第一曲线上的点，CAD系统接收对该第一曲线的用户选择（步骤320）。

通过用户指示图形模型的第二曲线上的点，CAD系统接收对该第二曲线的用户选择（步骤325）。

CAD系统指定第一曲线的离第一曲线上的被指示点最近的端点顶点作为第一曲线的第一顶点，并指定第一曲线的相对端点作为第一曲线的第二顶点（步骤330）。

CAD系统指定第二曲线的离第二曲线上的被指示点最近的端点顶点作为第二曲线的第一顶点，并指定第二曲线的相对端点作为第二曲线的第二顶点（步骤335）。

当然，标签“第一顶点”和“第二顶点”是出于解释目的而使用的任意的标签。CAD系统可以用足以指示哪些顶点应该相对于彼此约束的任何其他方式来指定这些顶点。步骤330至335使得CAD系统能够确定对称约束的用户意图。以此方式，可在不依赖曲线的起点和终点（依赖曲线的起点和终点可能导致错误的结果）的情形下指定第一和第二顶点。

CAD系统在第一曲线的第一顶点和第二曲线的第一顶点之间施加对称约束（步骤340）。作为该步骤的一部分，在某些实施例中，CAD系统可确定在第一曲线和第二曲线之间的中心线，并关于该中心线在第一曲线的第一顶点和第二曲线的第一顶点间施加对称约束。

CAD系统在第一曲线的第二顶点和第二曲线的第二顶点之间施加对称约束（步骤345）。作为该步骤的一部分，CAD系统可关于中心线在第一曲线的第二顶点和第二曲线的第二顶点之间施加对称约束。

CAD系统在第一曲线和第二曲线之间施加对称约束（步骤350）。作为该步骤的一部分，CAD系统可关于中心线在第一曲线和第二曲线之间施加对称约束。步骤340至350使系统能根据用户的意图施加对称约束。

然后，在约束被施加之后，CAD系统存储和显示图形模型（步骤355）。

在某些实施例中，轻量级交互模型的对话框被修改，以便用户可选择曲线、标识两条曲线的哪些端应对齐、可能地查看预览、进行任何调整以及按下“是/应用（OK/Apply）”。

在某些实施例中，系统只允许用户界面对话框“锁定（snap）”曲线的端点，以使起点和终点自身被选择，而不是仅与其“接近”。在用户界面对话框中提供指示应使整个曲线对称的设置。然后，系统可使用该被指示的锁定点作为对齐的端。

某些实施例提供额外的对话框工具，以向用户提供不同的解决方案，诸如“循环解决方案”功能、“翻转方向”功能和其他功能。

某些实施例在曲线被选择前或在曲线被选择时提供实时动态预览，以显示根据这里所述的选择和处理而对齐曲线的方式。

无需收集来自用户的输入来解决该问题的其他方法并不成功。这里所公开的实施例不限于防止在应用对称约束时出现坍缩的技术。对于完全不相关的曲线，确定用户意图的方法可采用更极端的解决方案来使已接近对称的曲线对称。这里所描述的技术可使系统能够确定用户意图以翻转线，例如颠倒线的方向。简单地发现“最简单的”解决方案不会允许这种行为。

最终，系统不可能正确地猜测用户想要以何种方式对所选的曲线施加对称约束。即使两条曲线已经关于中心线对称，用户仍可能想要其他的解决方案，其中，一条曲线需要旋转180度，在没有来自用户的输入的情况下，已知的启发式方法不能解决该问题。

但是，所公开的实施例不需要用户执行额外的姿势来传达意图。仅仅通过恰当地选择几何形状，这里所述的处理总是一致且可靠地施加想要的对称约束。

本领域的技术人员应该理解，为了简单和清楚，并未在这里示出或描述适合本公开使用的所有数据处理系统的全部结构和操作，代之，仅示出和描述了本公开所独有的或对于理解本公开必要的数据处理系统部分。数据处理系统100的其余的结构和操作可与本领域已知的各种现有实现和实践方式一致。

重要的是，应注意，虽然本公开包括以完整功能系统为背景的描述，但本领域的技术人员可理解，本公开的至少一部分机制能够以指令的形式分发，其中指令以各种形式中的任意形式包含在机器可用、计算机可用的或计算机可读介质中，并且，不管被用来实际执行该分发的指令或信号装载介质或存储介质的特定类型如何，本公开均适用。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的例子包括：诸如只读存储器（read only memories，ROM）、可擦除的、电可编程的只读存储器（erasable，electricallyprogrammable read only memorie，EEPROM）等非易失性的、硬编码类型的介质；以及诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘只读存储器（compact diskread only memorie，CD-ROM）或数字多功能光盘（digital versatile disk，DVD）等用户可记录类型的介质。

虽然本发明的示例性实施例已被详细描述，本领域的技术人员将理解：可在不脱离本公开的精神和范围的情形下，对这里所公开的内容以最广泛的方式进行各种改变、替代、变型和改进。

本申请的描述不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须被包含在请求保护范围内的必要元素。请求获得专利的主题的范围仅由所附的权利要求书来限定。此外，这些权利要求均未打算援引35USC§112第6款，除非确切的词“装置（means for）”后面跟随有分词形式。

Claims (8)

1.一种用于约束计算机辅助设计系统中的图形模型的方法，该方法包括：

在计算机辅助设计系统中接收图形模型；

由所述计算机辅助设计系统接收对于对称约束的选择；

由所述计算机辅助设计系统接收对所述图形模型的第一曲线的选择，所述选择指示在该第一曲线上的点；

由所述计算机辅助设计系统接收对所述图形模型的第二曲线的选择，所述选择指示在该第二曲线上的点；

由所述计算机辅助设计系统确定用户意图，包括将所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最近的端点指定为所述第一曲线的第一顶点，并将所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最近的端点指定为所述第二曲线的第一顶点；

由所述计算机辅助设计系统根据所述用户意图，在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束，其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：在所述第一曲线的第一顶点和所述第二曲线的第一顶点之间施加对称约束；以及

由所述计算机辅助设计系统存储并显示图形模型，

其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：确定在所述第一曲线和第二曲线之间的中心线。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述用户意图包括：将所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最远的端点指定为所述第一曲线的第二顶点，并将所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最远的端点指定为所述第二曲线的第二顶点。

3.如权利要求2所述的方法，其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：在所述第一曲线的第二顶点和所述第二曲线的第二顶点间施加对称约束。

4.如权利要求1所述的方法，其中确定所述用户意图包括：确定所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最近的端点与所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最近的端点对称。

5.一种用于约束计算机辅助设计系统中的图形模型的装置，该装置包括：

用于接收图形模型的模块；

用于接收对于对称约束的选择的模块；

用于接收对所述图形模型的第一曲线的选择的模块，该选择指示在该第一曲线上的点；

用于接收对所述图形模型的第二曲线的选择的模块，该选择指示在该第二曲线上的点；

用于确定用户意图的模块，该模块执行下述操作：将所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最近的端点指定为所述第一曲线的第一顶点，并将所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最近的端点指定为所述第二曲线的第一顶点；

用于根据所述用户意图在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束的模块，其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：在所述第一曲线的第一顶点和所述第二曲线的第一顶点之间施加对称约束；以及

用于存储并显示图形模型的模块，

其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：确定在所述第一曲线和第二曲线之间的中心线。

6.如权利要求5所述的装置，其中用于确定用户意图的模块执行下述操作：将所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最远的端点指定为所述第一曲线的第二顶点，并将所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最远的端点指定为所述第二曲线的第二顶点。

7.如权利要求6所述的装置，其中在所述第一曲线和第二曲线之间施加对称约束包括：在所述第一曲线的第二顶点和所述第二曲线的第二顶点间施加对称约束。

8.如权利要求5所述的装置，其中用于确定所述用户意图的模块执行下述操作：确定所述第一曲线的离所述第一曲线上的被指示点最近的端点与所述第二曲线的离所述第二曲线上的被指示点最近的端点对称。