CN102971734B - 具有构造几何的数据处理系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种CAD系统、方法和计算机可读介质。用于对拓扑结构建模的方法包括接收拓扑结构的定义。该方法还包括接收构造元素的定义和接收该构造元素和该拓扑结构的元素之间的几何关系。该方法还包括接收对该拓扑结构的改变，以及响应于该改变，根据该几何关系来改变该第一构造元素。

Description

具有构造几何的数据处理系统

技术领域

本公开大体上涉及计算机辅助设计、制造、使用、建模和可视化（单独地和共同地，“CAD”和“CAD系统”）以及在产品生命周期管理（productlifecycle management,PLM）和其他系统中使用的系统和方法。

背景技术

许多制造的产品首先在CAD系统中被设计和建模，并且制造者、零售商、客户和其他使用者使用PLM系统来管理各种不同的产品的设计、使用、维护和处置。期望出现改进的系统。

发明内容

各实施例包括数据处理系统、方法和计算机可读介质。用于对拓扑结构建模的方法包括接收拓扑结构的定义。该方法还包括接收构造元素的定义，以及接收构造元素和拓扑结构的元素之间的几何关系。该方法还包括接收对拓扑结构的改变，并且响应于该改变，根据该几何关系来改变第一构造元素。

前述已经列出了本公开的相当广泛的特征和技术优点，使得本领域技术人员可以更好地理解下面的详细说明。其后，将描述形成权利要求的主题的本公开的另外的特征和优点。本领域技术人员将意识到他们可以容易地使用所公开的作为修改或设计实现本公开的相同的目的的其他结构的基础的概念和特定的实施例。本领域技术人员还将认识到这种等价的结构不会超出以最广泛的形式的本公开的精神和范围。

在进行下面的“具体实施方式”之前，有利于提出在本专利文件使用的固定词汇或短语的定义：术语“包括（include）”和“包含（comprise）”，和其引申义，表示包括但不限制；术语“或（or）”是包括的，表示和/或；短语“与关联（associated with）”和“与其关联（associated therewith）”和其引申义可以表示包括、被包括在内、相互连接、包含、被包含在内、连接到或与之连接、耦合到或与之耦合、与之通信、与之合作、插入、并列、邻接、被绑定到或与之绑定、具有、或者具有…性质等；以及术语“控制器（controller）”表示控制至少一种操作的任何装置，系统或其中的部件，无论所述设备是以硬件、固件、软件或至少两种的组合而实现。要注意的是，与任何特定的控制器相关的功能装置可以被本地或远程地集中或分散。在本专利文件中提供了固定词汇和短语的定义，因此本领域的普通技术人员将理解，在许多（如果不是大多数）示例中，这样的定义适用于之前或将来这样定义的词汇和短语的使用。虽然一些术语可包括各种各样的实施例，附加的权利要求可确切地把这些术语限制到特定的实施例。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考下文结合附图的说明，其中，相同的附图标记表示相同的对象，在附图中：

图1示出了可以实现实施例的数据处理系统的框图；

图2示出了拓扑结构；

图3示出了根据本公开的拓扑结构和构造元素；

图4示出了根据本公开的另一个拓扑结构和构造元素；以及

图5A-5D示出了根据本公开的一种方法。

具体实施方式

下面讨论的图1-图5D和用来描述本专利文件中的本公开的原理的各实施例仅仅是说明性的，并且不应该被以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，可以在任何适当布置的装置中实现本公开的原理。将参考示例性的非限制性的实施例来描述本申请的创新性的教示。

图1示出了实施例可以实现为例如配置成进行本文中所描述的方法的CAD或PLM系统的数据处理系统100的框图。数据处理系统100包括连接到两级缓存/桥104的处理器102，该两级缓存/桥104又连接到本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外围部件互连（peripheralcomponent interconnect，PCI）结构总线。还连接到示出的示例中的本地系统总线106的是主存储器108和图形适配器110。图形适配器110可以连接到显示器111。

诸如局域网（local area network,LAN）/广域网/无线（例如，WiFi）适配器112的其他外围部件也可连接到本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接到输入/输出（I/O）总线116。I/O总线116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可以连接到存储器126，该存储器126可以是任何适合的机器可用或机器可读的存储介质，其包括但不限于诸如只读存储器(read onlymemory，ROM)或可擦除的电可编程只读存储器(electricallyprogrammable read only memory，EEPROM)、磁带存储器的非易失性的硬编码类型介质和诸如软盘、硬盘驱动和光盘只读存储器(compact diskread only memory，CD-ROM)或数字多媒体盘(digital versatile disk,DVD)和其他已知的光、电或磁存储设备的用户可记录类型介质。

还连接到示出的示例中的I/O总线116的是音频适配器124，扬声器（未示出）可连接到音频适配器124以播放声音。键盘/鼠标适配器118为诸如鼠标、跟踪球、跟踪指向器等的指向设备（未示出）提供连接。

本领域技术人员将明白，图1中所示出的硬件可以根据特定的实施方式而改变。例如，除了所示出的硬件外或者替代所示出的硬件，还可使用诸如光盘驱动等其他外围设备。提供示出的示例仅仅为了解释的目的，并不表示对于本公开的架构限制。

根据本公开的实施例的数据处理系统包括使用图形用户界面的操作系统。该操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，每一显示窗口将接口提供给不同的应用或相同应用的不同实例。图形用户界面中的光标可以由用户通过指向设备来操作。光标的位置可以被改变和/或产生诸如点击鼠标按钮等的事件以激励期望的响应。

如果适当修改的话，可以使用诸如坐落在华盛顿州的雷德蒙（Redmond,Wash）的微软公司的产品的微软Windows^TM版本的各种商用操作系统中的一种。该操作系统可以根据如上述的本公开来修改或创建。

LAN/WAN/无线适配器112可以连接到网络130（不是数据处理系统100的一部分）,该网络130可以是本领域技术人员已知的任何公共的或专用的数据处理系统网络或网络的组合（包括因特网）。数据处理系统100可以通过网络130与也不是数据处理系统100的一部分但是可以实施为例如单独的数据处理系统100的服务器系统140通信。

数据处理系统100可以修改成作为CAD或PLM系统来工作，并且配置成进行本文所描述的方法。这样的CAD和PLM系统提供了诸如图2中示出的长方体200的拓扑结构的建模。长方体200可被建模为实心体或由各薄片面组成的体。

长方体200被称为拓扑结构，这是因为随着长方体200的面被移动、弯曲或拉伸，长方体200的面和边的连接性保持不变。例如，顶面204通过在其边界处的边而被连接到正面202、右侧面206、背面和左侧面（图2中都不可见）。如果在Z方向上移动顶面204，则边208、210和212（和背面和左侧面之间的不可见的边）将被拉长或缩短以保持长方体200的拓扑不变。同样地，如果沿着X和/或Y方向移动顶面204，可改变面202和206的底边与边208、210和212形成的角度，并且面202和206可以变为平行四边形，以再次保持长方体200的拓扑不变。

CAD元素包括面、边和线。在拓扑结构中，通过数据处理系统100，拓扑不变量被自动提供并且保持为不变量。这样的拓扑不变量不能被覆盖（overridden），以产生拓扑无效体。但是，对将产生拓扑无效体的对拓扑体的改变使得数据处理系统100生成具有一组新的拓扑不变量的新的拓扑体。

图3示出了具有更复杂形状的拓扑结构300。体300包括面302、304、306、308、310和312，以及两个不可见的背侧面和两个不可见的底侧面（其可被共同称为结构300的主体301）。当在主体301上进行变化的编辑（诸如移动、弯曲和/或拉伸等）时，数据处理系统100将保持主体301的拓扑有效性。

然而，根据本公开，结构300包括另外的构造元素。构造面314和316以与主体301的各元素成几何的而不是拓扑的关系而被添加到结构300中。构造面314包括在其边界处的构造边328、318、320和330。构造面316包括在其边界处的构造边322、324、326和330。构造面314和316具有相互的拓扑关系，该拓扑关系具体化为构造边330。

下面的几何关系是为构造面314和316而定义的：

●构造面314的表面和主体面312的表面具有重合关系；这两个表面是重合的。

●片构造边（laminar construction edge）318由主体面302的表面和构造面314的交线来定义。

●片构造边320和322分别由构造面314和316与主体面304的表面的+10单位的偏移的交线来定义。

●片构造边324由构造面316与主体面306的-10单为的偏移的交线来定义。

●片构造边326和328由构造面316和314与主体面308的表面的交线来定义。

在对主体301的变化的编辑下，维持这些几何关系。

●如果沿着+Y方向移动主体面302，则构造面314扩展其边界，并且边318保持在主体面302“上”。

●如果沿着-X方向使主体面312偏移，则构造面314被偏移以保持与主体面312的重合，并且构造面314和316之间的拓扑关系使得构造边330保持与构造面314和316重合。

●如果增加混合面316的半径：使用构造面316和主体面306的指定偏移来重新调整构造边324，构造边330保持与构造面316和314重合，构造边322和326被重新调整以与构造边324和330相汇，并且构造面314可移动以维持与构造面316的正切关系。

●如果使构造面314旋转，以维持构造面314和主体面312的表面的重合关系的方式来进行该旋转，则构造面316旋转以维持构造面316和314之间的正切关系，构造边330连同构造面316和314一起被调整，并使用其相关的构造面的表面来重新调整构造边318-328。

●如果移动主体面308，则相应地重新调整构造边326和328。

图4示出了根据本公开的构造元素的使用的示例。图4呈现了定义的拓扑主体402的侧视图，其包括面404、406、408、410和412（在图4中作为线出现）。如果例如向下移动面408，则面410和406被扩展以维持主体402的拓扑有效性。构造面414（在图4中，垂直于纸面，并且作为线出现）被定义为平行于面410，并且在相对于面410的指定的-Y偏移处。面412被定义为具有指定的半径并且从面404的边界边416延伸到构造面414上的线418处的混合面。面410的边界边420被定义为面410和412的交线。如果使构造面414相对于面410移动，则线418随其一起移动，并且边界边412和面410被相应地重新调整。如果改变面404的宽度、构造面414上的线418的位置或面412的半径，则面412和边界边410被重新调整以维持主体402的拓扑有效性。

构造元素和主体元素之间的关系被称为几何的关系，这是因为它们表示点、线和表面之间的空间关系。由于当对主体的元素作出变量变化时各几何关系被保持同步，因此，这样的几何关系也可被称为伪拓扑。用户可在构造面之间建立指定的拓扑关系，但是这样的关系不能由数据处理系统100自动地生成。此外，构造元素不能被融合到主体拓扑或成为主体拓扑的形式部分。

作为构造拓扑的管理的部分，数据处理系统100被修改，以避免未连接到主体元素的未使用的构造元素的建立。为此，维持对构造元素的引用的系统，并且当不存在对构造元素的引用时，移除构造元素。例如，当主体以移除与构造元素具有几何关系的所有主体元素的方式被改变时，可能出现这样的引用不存在。

在相应的构造和主体元素之间增加持久的重合关系使数据处理系统100保持这些元素在几何上相同，并且正确地更新依赖于任一元素的任何事物，从而使数据处理系统100保持同步。通过提供与另一相交表面的关联来增加对在构造面或主体面中存在的片边（laminar edge）的控制，使得能够以灵活的方式来控制片边，并且通过随后的操作来帮助保持合理的形式。相交表面本身可以用任何程式化或变量化的方式来定义，并且因此不需要是模型中的直接表面。例如，其可是模型面中的表面的偏移。

为了信息或为了选择和操作，数据处理系统100可以用在图形上区分构造元素的方式将它们显示给最终用户。在主体元素上的操作可以使相关的构造元素相应地更新，并且在构造元素上的操作可以使相关的主体元素和其他的构造元素相应地更新。根据由用户建立的构造元素和主体元素之间的几何关系和用户在构造元素之间建立的几何和拓扑关系来进行这样的更新。产生对其他元素更新的操作包括但不限于：选择、移动、旋转、变换、替代、变形、逐渐变细、偏移、维度编辑、模式编辑和外壳编辑。

图5A-5D示出了根据本公开的方法。在步骤505中，数据处理系统100接收拓扑结构的定义。拓扑结构的定义可包括拓扑结构的一个或更多个结构元素的定义。在步骤510中，数据处理系统100接收第一构造元素的定义。在步骤515中，数据处理系统100接收第一构造元素和拓扑结构的一个或更多个结构元素中的一个之间的第一几何关系。

在步骤515之后，数据处理系统100可返回步骤505以重新定义多个结构元素中的第一个，其中，该重新定义引用多个结构元素中的第二个和第一构造元素。在其他的情形中，在步骤515之后，数据处理系统100可返回到步骤510以接收第二构造元素的定义，接下来在步骤515中，接收在第二构造元素和第一构造元素（或拓扑结构的元素）之间的几何关系。在其他的情形中，在步骤515之后，数据处理系统100可返回到步骤510以重新定义第一构造元素，或返回到步骤515，以重新定义第一构造元素和拓扑结构的各结构元素中的一个之间的几何关系（或定义第一构造元素和另一构造元素之间的几何关系）。

当第一或第二构造元素是构造面时，相关的几何关系可包括构造面和拓扑结构的面之间的重合关系。在构造面和拓扑结构面之间可建立的其他的几何关系包括偏移、对称、同中心的、相切和其他的适当的关系。

在第一或第二构造元素是构造边时，第一构造元素的定义可包括构造面和拓扑结构面之间的交线。在构造边和拓扑结构面之间可建立的其他的几何关系包括偏移和其他适当的关系。

在步骤515之后，数据处理系统100可进行到步骤530（图5B）、步骤545（图5C）或步骤555（图5D）。在这些处理完成时，该方法返回到步骤520，在步骤520中，数据处理系统100存储拓扑结构和构造元素。在步骤525中，数据处理系统100显示拓扑结构和构造元素。

在步骤530（图5B）中，数据处理系统100接收对拓扑结构的改变。在步骤535中，如果第一几何关系这样地提供，则响应于该改变，数据处理系统100根据第一几何关系来改变第一构造元素。在步骤540中，如果存在具有与第一构造元素的几何关系的第二构造元素，并且如果第二几何关系这样地提供，则响应于步骤535中对第一构造元素的改变，数据处理系统100根据第二几何关系来改变第二构造元素，。

在步骤540之后，数据处理系统100进行到节点C。从节点C，数据处理系统100可进行步骤505以接收另外的拓扑结构的定义或对先前在步骤505中接收到的拓扑结构的定义的修改。替代地，从节点C，数据处理系统100可进行到步骤510或步骤520，以接收对先前接收到的构造元素的定义或几何关系的修改，或接收另一构造元素的定义和相关的几何关系。作为另一替代方案，从节点C，数据处理系统可进行到步骤530（图5A）、步骤545（图5B）或步骤555（图5C）。

在步骤545（图5B）中，数据处理系统100接收对第一（或其它）构造元素的改变。在步骤550中，如果相关的几何关系这样地提供，则响应于该改变，数据处理系统100根据几何关系来改变拓扑结构。在步骤550之后，数据处理系统100返回到节点C。

在步骤505中，拓扑结构的定义可以已经被修改，以重新定义多个结构元素中的第一个，从而引用多个结构元素的第二个和第一（或其他）构造元素。在这样的情形下，在步骤555（图5C）中，数据处理系统100可接收对第二结构元素或第一（或其他）构造元素的改变。响应于该改变，数据处理系统100可根据所接收到的改变来改变第一结构元素。

根据各实施例，除非另外特定地说明或声明，与图5相关的所描述的一个或多个处理或步骤可以被替选地、同时地、重复地或以不同的顺序进行。在本文中使用的“接收（receiving）”可包括：从存储器中下载，例如通过网络从另一数据处理系统中接收，通过与用户的交互来接收，它们的组合或本领域的技术人员认识到的其他方式。

本领域的技术人员将认识到，为了简单和清楚，在本文中未示出或描述适合于本公开使用的所有数据处理系统的全部结构和操作。相反地，只示出和描述了数据处理系统的对于本公开特有的结构和操作或理解本公开的所必需的结构和操作。数据处理系统100的其余构造和操作符合本领域中已知的各种目前的实施和实践。

要特别注意的是，虽然本公开包括对于在全部功能系统的上下文中的说明，但是，本领域中的技术人员将明白，本公开的至少部分机制能够以指令的形式分发，该指令被包含在任何各种形式的机器可用、计算机可用或计算机可读的介质中，并且无论用于实际执行该分发的、指令或信号承载介质或存储介质的特定类型如何，本公开均可以同样地应用。机器可用/可读或计算机可用/可读的介质的示例包括：诸如只读存储器（ROM）或可擦除的电可编程的只读存储器（EEPROM）的非易失、硬编码类型的介质和诸如软盘、硬盘驱动和光盘只读存储器（CD-ROM）或数字多媒体盘（DVD）的用户可记录类型的介质。

虽然已经详细描述了本公开的示例性实施例，本领域技术人员将理解的是，在不超出以最宽泛形式的本公开的精神和范围下，可对本文所公开的作各种改变、替代、变型和改进。

本申请中的说明不应解读为意味着任何特定的元件、步骤或功能是必须包含在权利要求范围中的基本元素：所请求保护的主题的范围仅仅由所允许的权利要求来定义。此外，除非精确的词汇“……的装置（means for）”后跟着分词，这些权利要求并非旨在调用35USC§112的第六段。

Claims (14)

1.一种对拓扑结构建模的方法，所述方法包括：

在数字处理系统中接收拓扑结构的定义；

在所述数字处理系统中接收第一构造元素的定义；

在所述数字处理系统中，接收所述第一构造元素和所述拓扑结构的元素之间的几何关系，所述几何关系包括由所述构造元素的面与所述拓扑结构的面的偏移之间的交线定义的片构造边；

在所述数字处理系统中，接收对所述拓扑结构的第一改变；以及

响应于所述第一改变，在所述数字处理系统中，根据所述几何关系来改变所述第一构造元素。

2.如权利要求1所述的方法，还包括:

在所述数字处理系统中，接收第二构造元素的定义；

在所述数字处理系统中，接收在所述第二构造元素和所述第一构造元素之间的第二几何关系；以及

响应于改变所述第一构造元素，在所述数字处理系统中，根据所述第二几何关系来改变所述第二构造元素。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述数字处理系统中，接收对所述第一构造元素的第二改变；以及

响应于所述第二改变，在所述数字处理系统中，根据所述几何关系来改变所述拓扑结构。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一构造元素是构造面，并且所述几何关系是所述构造面和所述拓扑结构的面之间的重合关系。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一构造元素是构造边，并且所述第一构造元素的定义是构造面和所述拓扑结构的面之间的交线。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述拓扑结构的定义包括所述拓扑结构的第一结构元素的定义，所述拓扑结构的第一结构元素的定义引用所述拓扑结构的第二结构元素和所述第一构造元素。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

在所述数字处理系统中，接收对所述第二结构元素和所述第一构造元素中的一个的第二改变；以及

响应于所述第二改变，在所述数字处理系统中根据所述第二改变来改变所述第一结构元素。

8.一种数字处理系统，所述数字处理系统包括处理器和可访问的存储器，所述数字处理系统特定地配置为进行以下步骤：

接收拓扑结构的定义；

接收第一构造元素的定义；

接收所述第一构造元素和所述拓扑结构的元素之间的几何关系，所述几何关系包括由所述构造元素的面与所述拓扑结构的面的偏移之间的交线定义的片构造边；

接收对所述拓扑结构的改变；以及

响应于对所述拓扑结构的改变，根据所述几何关系来改变所述第一构造元素。

9.如权利要求8所述的数字处理系统，所述数字处理系统还配置成进行以下步骤：

接收第二构造元素的定义；

接收所述第二构造元素和所述第一构造元素之间的第二几何关系；以及

响应于改变所述第一构造元素，根据所述第二几何关系来改变所述第二构造元素。

10.如权利要求8所述的数字处理系统，所述数字处理系统还配置成进行以下步骤：

接收对所述第一构造元素的改变；以及

响应于对所述第一构造元素的改变，根据所述几何关系改变所述拓扑结构。

11.如权利要求8所述的数字处理系统，其中，所述第一构造元素是构造面，并且所述几何关系是所述构造面和所述拓扑结构的面之间的重合关系。

12.如权利要求8所述的数字处理系统，其中，所述第一构造元素是构造边，并且所述第一构造元素的定义是构造面和所述拓扑结构的面之间的交线。

13.如权利要求8所述的数字处理系统，其中，所述拓扑结构的定义包括所述拓扑结构的第一结构元素的定义，所述拓扑结构的第一结构元素的定义引用所述拓扑结构的第二结构元素和所述第一构造元素。

14.如权利要求13所述的数字处理系统，所述数字处理系统还配置成进行以下步骤：

接收对所述第二结构元素和所述第一构造元素中的一个的第二改变；以及

响应于所述第二改变，根据所述第二改变来改变所述第一结构元素。