CN103049592A - 拟真式空间变化 - Google Patents

Abstract

一种计算设备用于创建产品的至少一部分的空间模型，空间模型包括关于产品中的至少一个部件的可能条件的范围。空间模型用于创建用于产品的一组几何形状，几何形状是产品的至少一部分的表示，其中每个几何形状中都对应于一个或多个条件。提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

Description

拟真式空间变化

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，更具体地，涉及表示拟真式空间变化的系统、方法和计算机可读介质。

背景技术

具有多个零件和/或部件的产品的组装会导致表现出源于部件制造和产品组装的零件和/或部件的空间变化(即，布置、定向、间距等方面的差异)的不同产品构造。空间变化不仅影响视觉外观和相邻零件或部件的结构关系，而且还会影响产品的总体特性和质量。对空间变化的研究可称为空间变化分析(DVA)。

尽管永远不能消除空间变化，特别是关于诸如车辆的大而复杂的产品，但可以在期望的范围内控制空间变化。例如，零件中使用的材料类型、零件的期望空间范围、零件附接于产品结构的方式以及其他因素可以影响零件可贡献的空间变化。因此，空间变化可以被建模，以测试产品设计，使得最终用于制造和组装的产品设计导致具有通常落在可接受范围内的空间变化的产品。

遗憾的是，目前还缺乏用于视觉地表示可能空间变化的机构。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种系统，包括：计算机，包括处理器和存储器，存储器存储所述处理器可执行的指令，用于：创建产品的至少一部分的空间模型，空间模型包括关于所述产品中的至少一个部件的可能条件的范围；使用空间模型来创建用于产品的一组几何形状，几何形状是产品的至少一部分的表示，其中，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：在具有处理器和存储器的计算设备中创建产品的至少一部分的空间模型，空间模型包括关于产品中的至少一个部件的可能条件的范围；使用空间模型创建用于产品的一组几何形状，几何形状是产品的至少一部分的表示，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

优选地，条件包括产品中的所述至少一个部件的可能位置。

优选地，该方法还包括：参照虚拟坐标系创建虚拟环境；在根据虚拟坐标系的虚拟环境中包括(a)产品的虚拟模型，虚拟模型表示几乎全部的产品；和(b)至少第一个几何形状；以及接收代替第一个几何形状显示第二个几何形状的输入。

优选地，该方法还包括：将物理空间映射到虚拟坐标系；以及显示物理空间中的物体的表示作为虚拟环境的一部分。

优选地，该产品是车辆。

优选地，该方法还包括：在显示第二个几何形状的同时接收请求第三个几何形状的输入；以及提供所请求的第三个几何形状的显示。

优选地，该方法还包括在至少一个显示设备上显示至少一个几何形状。

优选地，创建所述空间模型所使用的参数包括与车辆组装处理相关的因素、部件定位策略、输入公差、输出测量和输出公差中的至少一个。

优选地，该方法还包括根据第一影像以及还根据第二影像显示至少一个几何形状。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读介质，计算机可读介质有形地体现计算机处理器可执行的一组指令，指令包括用于以下操作的指令：创建产品的至少一部分的空间模型，空间模型包括关于产品中的至少一个部件的可能条件的范围；使用空间模型创建用于产品的一组几何形状，几何形状是产品的至少一部分的表示，其中，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

优选地，该指令还包括用于以下操作的指令：参照虚拟坐标系创建虚拟环境；在根据虚拟坐标系的虚拟环境中包括(a)产品的虚拟模型，虚拟模型表示几乎全部的产品；和(b)至少第一个几何形状；以及接收代替第一个几何形状显示第二个几何形状的输入。

优选地，指令还包括用于以下目的的指令：将物理空间映射到虚拟坐标系；以及显示物理空间中的物体的表示作为虚拟环境的一部分。

优选地，条件包括产品中的所述至少一个部件的可能位置。

优选地，指令还包括用于根据第一立体图以及还根据第二立体图显示至少一个几何形状的指令。

优选地，创建所述空间模型所使用的参数包括与车辆组装处理相关的因素、部件定位策略、输入公差、输出测量和输出公差中的至少一个。

根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：在具有处理器和存储器的设备中创建包括产品中的可能条件范围的空间模型；使用空间模型创建用于产品的一组几何形状，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及根据一组几何形状显示第一产品几何形状，然后显示第二产品几何形状。

附图说明

图1示出了用于提供拟真式虚拟现实环境的示例性系统。

图2示出了图1的系统的进一步示例性细节，包括用于提供用来支持空间变化分析的评价的视觉表示的元件。

图3A和图3B分别示出了外部车辆表面几何形状和内部车辆表面几何形状。

图4示出了示例性车辆结构网格。

图5示出了示例性空间变化分析(DVA)网格。

图6示出了用于创建和使用包括变化的几何形状的评价的拟真式虚拟环境的示例性处理。

具体实施方式

I.系统综述

图1示出了用于提供拟真式虚拟现实环境的示例性系统100。系统100包括虚拟现实服务器105，其生成例如单像或立体格式的虚拟世界，包括虚拟现实环境和诸如虚拟车辆110的虚拟产品。可以通过使用显示设备115向用户提供虚拟世界的影像，从而可以与包括虚拟车辆110的虚拟世界交互。虚拟世界可以被映射到物理环境中。

在一种实施方式中，虚拟现实服务器105可以允许用户基于关于部件材料和制造处理的假设以各种组合观察虚拟车辆110的各种元件或部件。例如，诸如车身的发动机罩板和侧板的车辆部件可以表示在虚拟车辆110上。另外，通过利用输入设备来选择选项，用户能够在部件的各种可能结构(例如，第一结构和第二结构)之间进行转换或切换，其中，第一结构基于关于材料和制造处理的一组假设示出了彼此之间具有第一空间量的发动机罩板和侧板，第二结构基于关于材料和制造处理的第二组假设示出了彼此之间具有第二空间量的发动机罩板和侧板。以这种方式，大量潜在结构可以例如一次一个或者并列地被建模或者显示给用户。

图1示出了单个服务器105和单个显示设备115。然而，在一些实施方式中，这里划归于服务器105的操作通过多于一个的计算机服务器来执行。因此，图1所示的服务器105可以表示单个虚拟现实服务器105或者可以共同地表示虚拟现实服务器105。

类似地，尽管在图1中示出了一个显示设备115，但系统100也可以包括多个显示设备115。因此，系统100可以被配置成经由不同的显示设备115呈现虚拟世界的不同全景。例如，第一显示设备115可以呈现车辆105前方的影像，而第二显示设备115可以呈现车辆105侧面的影像。对于另一个示例，第一显示设备115可以是用户配戴的头部安装显示器并且呈现车辆的立体图，而第二显示设备115可以是两个计算机监控器，每个监控器都呈现通过头部安装显示器提供的两个立体显示中的一个。通常，显示设备115可以是呈现立体图(可能还有音频)的头部安装虚拟现实显示设备。可选或附加地，显示设备115可以是CAVE(CAVE自动虚拟环境)、Powerwall(即，用于投影大计算机生成图像的大高分辨率显示墙)、诸如高清电视(HDTV)的计算机监控器、膝上型计算机或平板电脑等。

图2示出了系统100的进一步示例性细节，包括用于提供用来支持空间变化分析的评价的视觉表示的元件。在对车辆中的一些或全部进行建模的背景下，例如经由虚拟车辆110来描述系统100，但是应当理解，当前公开的系统和方法应用于许多不同产品的设计和制造处理并且不限于车辆制造。

系统100使用来自各种数据存储器的车辆几何信息(诸如车辆表面几何形状205和车辆结构网格数据210)来生成用于空间变化分析的表示感兴趣车辆结构的几何模型或DVA网格215。DVA网格215用于根据DVA配置参数225生成DVA模型220。如下面更详细论述的，DVA配置参数225包括关于以下内容的因素：车辆组装处理、零件定位策略(即，用于在车辆结构中安装零件的规则)、输入公差(即，包括在DVA网格215中的相应零件和部件的空间变化范围)、输出测量(即，车辆上的相邻部件之间的变化将在DVA模型220中仿真和报告的位置和定向)以及还有描述相邻车辆部件之间的可允许变化的范围的输出公差。一旦生成，DVA模型220就包括用于不同的可能车辆几何形状的规则和参数，即，车辆零件和部件的布置和关系。

系统100还使用DVA网格215生成有限元分析(FEA)模型230，并且还生成用于生成DVA模型220的至少一些参数，诸如涉及车辆组装处理和定位策略的因素。通常，例如，由于零件由柔性、可延展或可弯曲材料制成，所以FEA模型考虑零件可能的内部空间变化可根据材料的特性(例如，杨氏模量(也称为拉伸模量)、泊松比(横向应变与纵向应变之比)等)而变化。

变化几何形状引擎235使用DVA模型220和FEA模型230来生成变化几何形状240。DVA模型220通常可应用于大量的不同方案，即，可以在变化几何形状240中用几何方式表示车辆的零件和/或部件之间大量的各种空间变化。

虚拟世界生成器245将变化几何形状242映射于通常设置在虚拟环境中的车辆虚拟模型，但有时候映射到物理环境。因此，除变化几何形状240之外，虚拟世界生成器245还可以接收来自物理环境映射器250、虚拟模型生成器255和/或虚拟环境生成器260的输入。

拟真式表示生成器270例如根据包括在拟真式表示生成器270中的程序指令使用由虚拟世界生成器245生成的虚拟世界以及由虚拟控制选择器265提供的虚拟控制来提供虚拟世界中的定位和定向，从而向用户提供来自用户视野的车辆的拟真式视觉表示。

另外，拟真式表示生成器270可以根据例如经由虚拟控制选择器265的用户选择提供虚拟世界的不同用户影像。例如，用户可以根据用户的不同虚拟高度而提供有虚拟世界的不同影像。即，可以向用户给定6英尺1英寸高的人所具有的虚拟世界的影像，然后根据虚拟控制选择器265的选择，以5英尺4英寸高的人所具有的虚拟世界的影像开始。提供不同用户影像的能力有利地允许用户根据具有不同虚拟特性的人的影像体验虚拟世界和虚拟世界中的车辆。

II.系统部件

A.表面几何形状

图3A和图3B分布示出了外部车辆表面几何形状305和内部车辆表面几何形状310。通常，表面几何形状限定可见产品(例如，车辆)表面的形状、形式和尺寸。诸如图3A和图3B所示的A类表面几何形状表示美学上令人满意的曲率、相切和反射质量的特性。表面几何形状通常使用市售的计算机辅助设计(CAD)或者可在普通计算机上执行的数字建模软件来形成。可在形成表面几何形状中使用的市售CAD或数字建模应用程序的实例包括：加利福利亚圣拉斐尔欧特克有限公司的子公司Alias Systems的AutoStudio、法国达索系统的ICEM Surf以及德国的Siemens PLM的NX。

诸如几何形状305和310的表面几何形状一般存储在包括计算机服务器上的数据库系统的有时所称的产品数据管理(PDM)系统中。市售PDM系统的实例包括：Siemens PLM的TeamCenter Engineering、马萨诸塞州尼德姆的参数技术公司的Windchill以及Dessault Systemes的ENOVIA。

形成表面几何形状一般是车辆的几何形状形成中的第一步骤。对应车辆部件的生产设计源自于由表面几何形状限定的边界内的各个部件的局部形式或各个部件的位置和尺寸中的表面几何形状。

B.结构网格

图4示出了示例性车辆结构网格405。网格405有时称为有限元分析(FEA)网格。结构网格405限定了车辆的结构部件的物理和材料特性，与表面几何形状305和310相反，其限定了车辆和车辆部件的表面特性。车辆结构网格405通常使用市售的FEA预处理软件来形成。在形成网格405中使用的市售FEA预处理软件应用的实例包括密歇根州特洛伊的AltairEngineering公司的Hypermesh和Siemens PLM的Femap。

C.空间变化分析网格

图5示出了示例性空间变化分析(DVA)网格215。如上所述，车辆表面几何形状205和车辆结构网格数据210可以用来生成DVA网格215，DVA网格215是表示用于空间变化分析的感兴趣车辆结构的空间模型。类似于车辆结构网格405，网格215通常是有限元分析(FEA)网格。

DVA网格215可以在DVA模型220中用于仿真诸如车辆的产品中的柔性(即，非刚性)部件的行为。DVA网格215限定柔性部件的物理和材料特性，并且将表面几何形状305和/或310的几何外观特性与适合于拟真式虚拟现实评价的网格密度结合起来。DVA网格215通常利用计算机系统上的市售FEA预处理软件应用来形成，诸如Altair Engineering公司的Hypermesh和Siemens PLM的Femap。

D.空间变化分析模型

DVA模型220是用于预测公差累积影响(即，零件位置、劲度、与其他零件的相互作用等的影响)的机械系统的基于计算机的表示。可以使用计算机系统上的市售公差分析软件应用来创建DVA模型220，诸如SiemensPLM提供的VA(变化分析)软件。

在分层结构中限定DVA模型220。DVA模型220可以包括机械系统的部件的几何信息、与公差累积相关的部件特征的几何信息、与公差累积相关的机械系统的部件特征的公差极限、与组装机械系统相关的操作顺序、用于在机械系统内定位和约束部件的组装操作、含有用于机械系统的部件的位移和反作用力信息的线性静态FEA结果数据文件以及用于计算关于机械系统内的部件的特征的变化和对变化的贡献的测量操作。

DVA模型220的生成开始于在计算机系统上创建VA模型文件。在VA模型文件的分层结构内创建机械系统的部件。然后，VA模型内的每个部件都与包含部件的几何数据集合(例如，用于该部件的CAD数据)的存储文件相联系。

接下来，对于机械系统内的每个部件，识别与公差累积相关的属性。这些属性通常可分为两种类型中的一种：定位/约束属性或测量属性。定位/约束属性用于创建机械系统内的部件之间的联系。测量属性用于公差累积的测量。

接下来，识别定位和约束机械系统内的部件的组装操作。这些约束建立机械系统内的部件之间的公差路径联系。

最后，识别测量操作以针对感兴趣的特定区域计算产品元件之间的变化和对变化的贡献，例如产品部件之间(诸如侧板与侧板、前照灯与通气栅等)的重叠。如下面进一步所论述的，所得到的DVA模型220(包括公差累积属性、测量属性、组装约束以及源自测量操作的变化和对变化的贡献)可用于产生变化的几何形状235。

E.有限元分析模型

有限元分析(FEA)模型230可利用市售FEA预处理软件应用程序(诸如Altair Engineering的Hypermesh)来生成。FEA模型230可用于运行DVA网格215的FEA仿真以产生线性静态FEA结果数据文件。线性静态FEA结果数据文件包含几何形状和约束信息，即，关于边界条件(约束)处的节点位移(几何形状)和反作用力的信息。线性静态FEA结果数据用于仿真DVA模型中的顺从零件(compliant part)相对于边界条件、物理特性和零件的材料特性的弯曲和扭曲行为。

创建FEA模型230执行的操作可以如下。DVA网格215利用计算机系统被输入Hypermesh模型文件。首先创建一组边界条件。这一组边界条件是用于以六个自由度约束DVA网格215的原理定位器。后续负载集合被创建为表示进一步定位或过约束DVA网格215的附加约束的单位力。接下来创建的是相对于边界条件的单位力的对应负载集合的对应负载情况。对于每一个对应负载情况，可以选择选项以输出用于每个负载情况的位移和反作用力。可以从Hypermesh中导出FEA模型230，作为例如已知的FEA输入文件格式的NASTRAN(NASA结构分析)ASCII(美国信息交换标准代码)批量数据文件。

如下所述，然后，NASTRAN文件可用于运行FEA模型230，以提供可在运行DVA模型220时使用的结果文件。例如，使用计算机系统上的市售FEA解决方案处理软件应用程序(如加利福利亚的圣安娜的MSC软件公司的NASTRAN)来执行运行FEA模型的处理。

FEA模型230通常利用线性静态解决方案处理来运行。运行FEA模型230的操作可以包括下列操作。例如，可以选择诸如可从上述Hypermesh导出的FEA输入文件。可以调用运行命令，由此创建偏微分方程，并且针对模型中的节点位移以及由模型指定的边界条件处的反作用力确定该偏微分方程的近似解。一旦所有的等式被求解，就完成了求解处理，并且诸如NASTRAN的软件应用程序生成存储在计算机系统上的线性静态FEA结果数据文件。该文件可以如下所述地在运行DVA模型220时使用。

F.配置参数

可以提供各种DVA配置参数125作为生成DVA模型120时的输入，包括将在下面更加详细论述的那些参数。

1.组装处理

“组装处理”是指组装顺序和用于组装诸如车辆的产品中的部件的组装工具。组装顺序是部件被组装的次序。组装顺序可以以部件处理流程图的形式及它们被组装的次序被归档。通常利用市售的计算机软件应用程序(诸如华盛顿州雷德蒙德的微软公司的Powerpoint、Excel或Visio)形成处理流程图。处理流程图通常以数据文件格式存储在计算机服务器或PDM上。组装顺序还可以以设施和工具布局图的形式来归档。通常使用诸如AutoDesk的AutoCAD的市售计算机辅助设计(CAD)应用程序来形成设施和工具布局图。

组装工具包括几何形状设定固定装置、算子加载辅助装置、结合设备和紧固设备。呈组装工具设计形式的组装工具通常利用诸如达索系统的Catia、Siemens PLM的NX或AutoDesk的AutoCAD的市售CAD应用程序或者利用一些其他软件应用程序来形成。

2.定位策略

定位策略是指用于如部件在诸如车辆的产品中被组装来定位和约束该部件的部件特征。被识别作为定位策略的一部分的特征被组装工具接合，或者被已经组装于车辆的相邻部件特征接合。定位策略可以以普通标准定位策略或车辆特定部件定位策略的形式被归档。

普通标准定位策略通常使用诸如微软公司的Powerpoint或Visio的市售计算机软件应用程序来归档。普通标准定位策略通常是形成车辆特定部件定位策略的基础。

通常使用诸如达索系统的Catia或Siemens PLM的I-DEAS的市售CAD应用程序或者一些其他的软件应用程序来形成车辆特定部件定位策略。

3.输入公差

输入公差描述了相对于部件定位策略针对部件特征指定的容许变化的极限、针对部件特征之间的空间指定的容许变化的极限和/或处于组装处理的多个阶段的部件定位特征之间指定的容许变化的极限。通常根据纽约州纽约市的ASME(作为“美国机械工程师协会”而创立)发布的ASME Y14.5尺寸和公差标准来归档和表示输入公差。根据ASME Y14.5标准，可以以几何公差、极限公差或正负公差的形式来表示容许变化的极限。

输入公差可以以应用于特定车辆部件设计的普通标准来归档，或者明确地在CAD模型上被归档作为用于该特定车辆部件的注释。普通标准的输入公差通常使用诸如微软公司的Excel或Word的市售计算机软件应用程序来归档。通常使用诸如达索系统的Catia或Siemens PLM的I-DEAS的市售CAD应用程序来形成CAD模型上作为注释的输入公差。

4.输出测量

输出测量描述诸如车辆的产品上的相邻部件之间的位置和定向，其中在DVA模型220中仿真和报告变化。可以通过将车辆和/或车辆零件设置到XYZ坐标系中来提供输出测量。输出测量通常利用计划文件来限定。例如，外部坐标剖面(CCP)绘图和内部CCP绘图可用于在XYZ坐标系中归档车辆上的相邻部件之间的位置和定向，其中在DVA模型220中仿真和报告变化。CCP还可以用于与部件测量计划以及预生产和生产检查计划相关的其他目的。CCP绘图通常利用诸如微软公司的Powerpoint或Visio的市售计算机软件应用程序或者诸如达索系统的Catia或Siemens PLM的I-DEAS的市售CAD应用程序来形成。

5.输出公差

输出公差描述了相邻部件特征之间指定的容许变化的极限。与描述部件中的可能变化或组装处理期间的部件位置的可能变化的输入公差相比，输出公差描述了参照XYZ坐标系的期望变化范围。即，输入公差可以相对于能够影响部件的各种因素(例如，部件变化、位置等)进行累积，然后与输出公差进行比较，以确定由输入公差测量的变化是否在容许范围内。

输出公差极限通常使用正负公差值来表示。外部输出公差可使用诸如表面要求图示文档的系统要求文档来形成。表面要求图示文件通常使用诸如微软公司的Powerpoint或Excel的市售计算机软件应用程序来形成。内部输出公差可以使用可称为配合与粗糙度文档的文档来形成。配合与粗糙度文档通常使用诸如微软公司的Powerpoint或Excel的市售计算机软件应用程序来形成。表面要求图示文档以及配合与粗糙度文档描述了诸如车辆的产品的各种位置处的容许变化，例如，发动机罩与侧板之间的间隙可以是4.5毫米±2毫米等。

G.变化几何形状和变化几何形状引擎

变化几何形状引擎235接受DVA模型220和FEA模型230作为输入，以生成多个变化几何形状240。多个变化几何形状240源自于在变化几何形状引擎235中运行DVA模型220。每个变化几何形状240都表示相对于诸如车辆的产品的一组可能条件。例如，变化几何形状引擎235可以针对包括在DVA模型220中的不同车辆部件选择不同的公差值，以生成各种变化几何形状240。通常，由变化几何形状240提供的仿真通过在由各种车辆部件的DVA模型220提供范围内的值的公差范围内应用Monte Carlo(即，随机数)生成技术而生成。如下所述，变化几何形状240被提供作为虚拟世界生成器245的输入。

DVA模型220可以通过诸如Siemens PLM的VA的计算机系统上的市售公差分析软件应用程序来运行。DVA模型220通常通过变化的仿真(即，部件可以在位置上变化多少)和贡献的仿真(即，部件对零件或产品的总体位置变化的贡献是多少)来运行。如上所述，可以使用Monte Carlo技术执行变化的仿真以向所有公差特征应用随机变化。

因此，运行DVA 220模型可以包括下面的操作。DVA模型220可以被导入用于运行模型220的适当软件应用程序中，例如上述VA。可以进行选择来运行Monte Carlo仿真。一旦调用运行命令，软件应用程序通常初始化包括FEA结果数据文件中的读取信息的模型220以创建用于模型中的柔性部件的劲度矩阵。然后，以下内容中的一些或全部可用来计算机械系统内的部件的特征的变化或对变化的贡献：劲度矩阵、关于公差累积的部件特征的几何信息、关于公差累积的机械系统的部件特征的公差极限、关于组装机械系统的操作顺序、用于在机械系统内定位和约束部件的组装操作以及测量操作。

在样本针对限定为用于导出非标称几何形状的条件的测量操作产生结果的变化仿真期间，导出非标称几何形状，即作为变化几何形状240。即，运行模型220的软件应用程序可以被配置成根据关于特定零件的特定变化范围和给定范围内的特定数量的变化等的条件来生成变化几何形状240。运行模型220的目标是生成大量的变化几何形状240以允许产品制造时可能变化的有意义的评价，但是不生成关于太靠近而不能用或者太多而不能评价的当前变化的如此多的变化几何形状240。在任何情况下，非标称几何形状存储在DVA模型220作为变化几何形状240运行的计算机系统上。

H.虚拟世界生成器

除变化几何形状240之外，虚拟世界生成器245还接收来自物理环境映射器150、虚拟模型生成器155和虚拟环境生成器260的输入。虚拟世界生成器245又提供虚拟现实环境给拟真式表示生成器270，其允许用户基于变化几何形状240利用虚拟控制选择器265提供的控制选择诸如车辆的产品的不同影像。如本文其他地方所提到的，在本说明书中公开的特定元件可以根据存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令来实现。例如，本段描述的一些或所有元件(诸如虚拟世界生成器245)可以根据在虚拟现实服务器105上存储和执行的计算机可执行指令来提供。

I.物理环境映射器

物理环境映射器250是用于将虚拟现实坐标系注册到现实世界(即，物理对象)的可选部件。例如，车辆模型可以设有诸如座椅、仪表盘、转向盘、仪表板等的各种点。因此，为了允许显示设备115的用户与虚拟世界生成器245和拟真式表示生成器270提供的虚拟世界进行交互，物理环境映射器250可用于将车辆的物理模型中的点映射到虚拟世界生成器245所使用的坐标系。例如，点可以相对于地面定向，并且可以包括基于车辆尺寸(例如，车辆距地面的高度、车门的高度、各个点的内部宽度等)的车辆点。另外，物理环境映射器250所使用的坐标系可以包括用于缩放虚拟世界以适当地映射到用于物理世界的坐标系的机构。

J.虚拟模型生成器

虚拟模型生成器255提供诸如车辆的产品的虚拟模型，使得可以在虚拟世界生成器240生成的虚拟世界中提供完整的产品模型。即，变化几何形状240通常仅关注产品上的特征区域(即，产品的子集)，而对于完整的虚拟现实体验，期望提供基本完整的产品渲染。虚拟模型生成器255利用有时所称的标称几何形状，即，提供诸如车辆的产品的全部基本元件的几何形状。另外，虚拟模型生成器255可以使用有时所称的外观数据库，即，可应用于诸如车辆的产品的各种纹理、材质等的数据存储。例如，车辆可以利用皮革座椅和棕褐色内饰、织物座椅和黑色内饰等来建模。众多不同的车辆部件可以具有不同的纹理、颜色等。此外，标称几何形状包括用于各种产品部件的坐标信息。

K.虚拟环境生成器

虚拟环境生成器260用于生成除产品(例如，车辆)表示之外的虚拟世界的多个方面。例如，虚拟环境生成器260接收关于虚拟世界中的照明的输入，示出阴影和反射并提供影像。关于照明，光线跟踪(计算多少光从一个表面弹到另一个表面)可能是重要的，并且可以增强视觉表示。关于影像，虚拟环境生成器260可以提供具有特定高度的人的影像。如上所述，拟真式表示生成器270可以在虚拟环境中形成可用的不同影像。

此外，虚拟环境生成器260可以控制有时所称的变化映射。即，不同的变化几何形状240可以被选择应用于虚拟模型生成器255所创建的虚拟模型。另外，不同的虚拟模型(例如，根据不同的标称几何形状)可以由虚拟模型生成器255提供并映射到不同的变化几何形状240。

L.虚拟控制选择器

虚拟选择控制器265提供用于选择可用于选择虚拟世界生成器245所提供的虚拟世界中的各种情况的输入设备(例如，键盘、鼠标、指向设备等)的控制的机构。例如，键盘的各种键可以映射以切换虚拟世界中不同的变化几何形状的显示。第一变化几何形状可以表示诸如侧板的产品部件的第一定位，而第二变化几何形状可以表示侧板的第二定位。键盘的键可以被选择以在第一变化几何形状和第二变化几何形状之间进行切换，从而允许虚拟现实系统100的用户评价由第一变化几何形状和第二变化几何形状所表示的产品外观的差异。

L.拟真式表示生成器

考虑到虚拟世界内的用户位置以及物理世界中用户的视野的连续更新位置和定向，拟真式表示生成器270将虚拟世界生成器245提供的虚拟世界与虚拟控制选择器270提供的虚拟控制结合，以提供诸如车辆的产品的拟真式表示。因此，用户例如使用显示器115可以体验所生成的虚拟世界，并且可使用所提供的虚拟控制来控制虚拟世界的多个方面。表示之所以描述为拟真式，是因为除系统100提供的虚拟世界的影像之外，用户通常没有其他的视觉体验。

III.处理流程

图6示出了用于创建和使用包括变化几何形状240的评价的拟真式虚拟环境的示例性处理600。

处理600开始于步骤605，其中，通过表面几何形状205与结构网格210的组合创建DVA网格215。如上所述，DVA网格215通常表示诸如车辆的产品的一部分，如车辆的侧部、前端、内部的一部分或者感兴趣的一些其他区域或部件集合。

接下来，在步骤610中，利用配置参数225根据DVA网格215创建DVA模型220。如上所述，DVA模型220包括例如车辆的产品的至少一部分的空间模型，并且包括关于产品中的至少一个部件、通常为多个部件的可能条件的范围。

接下来，在步骤615中，DVA网格215用于创建FEA模型230。

接下来，在步骤620中，变化几何形状引擎235用于使用FEA模型230运行DVA模型220，以创建变化几何形状240。因此，DVA模型220所表示的空间模型用于为产品创建一组几何形状(例如，变化几何形状240)，其中变化几何形状240是产品的至少一部分的表示，每个几何形状都对应于如上所述包括在DVA模型220中的一个或多个条件。

接下来，在步骤625中，虚拟模型生成器255用于创建例如车辆的产品的虚拟模型。即，如上所述，DVA模型220通常仅包括车辆的一部分，因此，虚拟模型生成器215用于创建虚拟世界中使用的完整车辆模型。

接下来，在步骤630中，虚拟环境生成器260用于创建可包括步骤625中创建的模型的虚拟环境。

接下来，在步骤635中，虚拟控制选择器265用于创建在观察车辆的虚拟模型时所使用的虚拟环境控制(有时称为拟真式控制)。

接下来，在步骤640中，物理环境映射器250用于匹配与步骤630中创建的虚拟环境相关联的物理世界。即，坐标系被施加于具有可映射到虚拟环境的点的物理环境。

接下来，在步骤645中，物理环境映射器250将物理世界映射到虚拟环境。注意，如上所述，将虚拟环境映射到物理环境是可选的，并且在一些实施方式中可以省略。

接下来，在步骤650中，虚拟世界生成器245排列包括在虚拟世界中的所有数据。例如，在物理世界映射到虚拟环境之后，关于步骤625论述产生的虚拟模型必须被置于虚拟环境中。另外，用于切换虚拟世界中的各种影像的拟真式控制必须映射到坐标和与拟真式控制相关联的变化几何形状240。

接下来，在步骤655中，拟真式表示生成器270生成可由显示器115和/或虚拟现实服务器105的用户体验的拟真式表示，其中服务器105包括诸如上述用于跟踪位置和/或定向的那些指令的指令。例如，生成器260可以提供车辆的视觉表示，包括如上所述在步骤620中生成的第一个变化几何形状240，然后，在接收到请求如上所述在步骤620中生成的第二个变化几何形状240的输入时，可以显示所请求的第二个变化几何形状240。

在步骤655之后，处理600结束。

IV.结论

诸如虚拟现实服务器105等的计算设备可以使用本领域技术人员所公知的大量计算机操作系统中的任一种，这些计算机操作系统包括但不限于：微软操作系统的已知版本和/或类型、Unix操作系统(例如加利福利亚红木海岸的Oracle公司发布的操作系统)、纽约Armonk国际商用机器公司发布的AIX UNIX操作系统、Linux操作系统、苹果OS-X操作系统和/或移动操作系统。计算设备可以包括本领域技术人员所公知的大量计算设备中的任一种，这些计算设备包括但不限于：计算机工作站、台式机、笔记本、膝上型计算机、平板电脑、智能手机、或者手持计算机、或者本领域技术人员公知的一些其他计算设备。

诸如以上所述的计算设备通常均包括能够由诸如以上所列的一个或多个计算设备执行的指令。计算机可执行指令可以根据利用本领域技术人员公知的大量编程语言和/或技术创建的计算机程序来编译或解译，单独或组合地，这些语言和/或技术包括但不限于JavaTM、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl等。通常，处理器(例如，微处理器)接收例如来自存储器、计算机可读介质等的指令并执行这些指令，从而执行一个或多个处理，这些处理包括本文描述的一个或多个处理。这种指令和其他数据可以利用大量已知的计算机可读介质来存储和发送。

计算机可读介质包括参与提供可由计算机读取的数据(例如，指令)的任何介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包括光盘或磁盘以及其他永久存储器。易失性介质包括通常构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括含有耦合于处理器的系统总线的线。传输介质可以包括或传输声波、光波和电磁发射，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间所产生的那些。计算机可读介质的常见形式例如包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪存EEPROM、任何其他的存储芯片或存储盒、如下面描述的载波、或者计算机可读取的任何其他介质。

关于本文描述的处理、系统、方法、启发等，应当理解，尽管这些处理的步骤等描述为根据特定排序的序列而发生，但这些处理可以以除本文描述的顺序以外的顺序执行的描述步骤来实践。应当进一步理解，特定步骤可以同时地执行，可以添加其他步骤，或者本文描述的某些步骤可以省略。换句话说，提供本文的处理描述是为了示出特定实施例的目的，并且绝不应理解为限制要求保护的本发明。

因此，应当理解，上面的描述意在是示例性而不是限制性的。在阅读了上面的描述之后，除所提供的示例以外的很多实施例和应用对本领域技术人员将是显而易见的。本发明的范围不应参照上面的描述确定，而是应当参照所附权利要求连同这些权利要求的等同物的完整范围一起确定。期望并意在使将来的发展变化出现在本文所论述的领域内，并且所公开的系统和方法将结合到这种将来的实施例中。总之，应当理解，本发明能够进行修改和变型，并且仅由所附权利要求限制。

除非文中进行了明确的相反说明，否则权利要求中使用的所有术语都意在被给定如本领域技术人员所理解的其最广泛的合理解释及其普通的含义。特别地，诸如“一个”、“该”、“所述”等单数冠词的使用应当理解为指定所指元件中的一个或多个，除非权利要求指定了明确的相反限制。

Claims (12)

1.一种系统，包括：

计算机，包括处理器和存储器，所述存储器存储所述处理器可执行的指令，用于：

创建产品的至少一部分的空间模型，所述空间模型包括关于所述产品中的至少一个部件的可能条件的范围；

使用所述空间模型来创建用于所述产品的一组几何形状，几何形状是所述产品的至少一部分的表示，其中，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及

提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述条件包括所述产品中的所述至少一个部件的可能位置。

3.根据权利要求1所述的系统，所述指令还包括用于以下操作的指令：

参照虚拟坐标系创建虚拟环境；

在根据所述虚拟坐标系的虚拟环境中包括(a)所述产品的虚拟模型，所述虚拟模型表示几乎全部的所述产品；和(b)至少所述第一个几何形状；以及

接收代替所述第一个几何形状显示所述第二个几何形状的输入。

4.根据权利要求3所述的系统，所述指令还包括用于以下操作的指令：

将物理空间映射到所述虚拟坐标系；以及

显示所述物理空间中的物体的表示作为所述虚拟环境的一部分。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述产品是车辆。

6.根据权利要求1所述的系统，所述指令还包括用于在显示所述第二个几何形状的同时接收请求第三个几何形状的输入以及提供所请求的第三个几何形状的显示的指令。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括显示至少一个几何形状的至少一个显示设备。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，创建所述空间模型所使用的参数包括与车辆组装处理相关的因素、部件定位策略、输入公差、输出测量和输出公差中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的系统，所述指令还包括用于根据第一影像以及还根据第二影像显示至少一个几何形状的指令。

10.一种方法，包括：

在具有处理器和存储器的计算设备中创建产品的至少一部分的空间模型，所述空间模型包括关于所述产品中的至少一个部件的可能条件的范围；

使用所述空间模型创建用于所述产品的一组几何形状，几何形状是所述产品的至少一部分的表示，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及

提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

11.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质有形地体现计算机处理器可执行的一组指令，所述指令包括用于以下操作的指令：

创建产品的至少一部分的空间模型，所述空间模型包括关于所述产品中的至少一个部件的可能条件的范围；

使用所述空间模型创建用于所述产品的一组几何形状，几何形状是所述产品的至少一部分的表示，其中，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及

提供第一个几何形状的显示，然后，在接收到请求第二个几何形状的输入时，提供所请求的第二个几何形状的显示。

12.一种方法，包括：

在具有处理器和存储器的设备中创建包括产品中的可能条件范围的空间模型；

使用所述空间模型创建用于所述产品的一组几何形状，每一个几何形状都对应于一个或多个条件；以及

根据所述一组几何形状显示第一产品几何形状，然后显示第二产品几何形状。

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