CN107590299B - 面化处理方法和信息处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由计算机执行的方法、计算机可读记录介质和信息处理设备。该方法包括：对三维形状进行体素化；生成与三维形状对应的第一体素；指定由所生成的第一体素包围的区域；将所指定的区域设置为体素，以生成第二体素；以及对在第一体素与非体素区域之间或第二体素与非体素区域之间的边界处的第三体素进行面化。

Description

面化处理方法和信息处理设备
技术领域
本文所讨论的实施例涉及面化(facetization)处理方法和信息处理设备。
背景技术
计算机辅助工程(CAE)被称为通过利用计算机技术来支持产品设计、制造和工艺设计的预先检查的技术示例。在CAE领域中，通过基于产品(例如，作为要设计的目标的汽车)的三维形状的形状数据来进行模拟，能够从目标产品的设计阶段起验证装配过程等。
专利文献1：第2006-277672号日本专利早期公开专利公布
然而，在上述传统技术中，存在当从三维形状的形状数据中提取作为要设计的目标的产品的外观(exterior)时处理负荷增加的情况。
例如，在汽车的制造场所等中，存在要结合在产品的外观中的产品的制造被委托给其他公司的情况。在产品被委托给其他公司的这种情况下，提取并提供指示产品的外观的数据。然而，在诸如汽车的产品中，由于指示产品的三维形状的表面元件的尺寸很精细，并且元件的数量增加，因此为了提取指示外观的形状的数据而施加了较大的处理负荷。
因此，本发明的实施例的一个方面的目的是提供能够从三维形状中容易地提取外观的面化处理程序、面片(facet)提取程序、面化处理方法、面片提取方法以及信息处理设备。
发明内容
根据实施例的一方面，一种由计算机执行的方法包括：对三维形状进行体素化(voxelize)；生成与三维形状对应的第一体素；指定由所生成的第一体素包围的区域；将所指定的区域设置为体素，以生成第二体素；以及对在第一体素与非体素区域之间或第二体素与非体素区域之间的边界处的第三体素进行面化(facetize)。
附图说明
图1是示出了根据实施例的信息处理设备的功能配置的示例的框图；
图2是示出了根据实施例的信息处理设备的操作的示例的流程图；
图3是用于说明设置画面的说明图；
图4是用于说明三维形状的体素化的说明图；
图5是用于说明填充包围区域的处理的说明图；
图6是用于说明填充间隙的处理的说明图；
图7是用于说明面化的说明图；
图8是用于说明面化的说明图；
图9是用于说明显示画面的说明图；
图10是用于说明显示画面的说明图；
图11A是用于说明当在进行体素化之后执行面化时的显示画面的说明图；
图11B是用于在进行体素化之后执行面化时的显示画面的说明图；
图11C是用于在进行体素化之后执行面化时的显示画面的说明图；
图12是示出了根据实施例的信息处理设备的硬件配置的示例的框图。
具体实施方式
将参照附图来说明本发明的优选的实施例。在实施例中，相同的附图标记被赋予具有相同功能的部件，并且省略了重复说明。在以下实施例中说明的面化处理程序、面片提取程序、面化处理方法、面片提取方法以及信息处理设备仅是一个示例，并且并不限于这些实施例。另外，下列实施例可在不产生矛盾的范围内适当地相互组合。
图1是示出了根据实施例的信息处理设备的功能配置的示例的框图。作为图1所示的信息处理设备1，例如，可以应用个人计算机(PC)。例如，信息处理设备1接受由在计算机上的三维计算机辅助设计(CAD)创建的产品的三维形状数据。然后，信息处理设备1执行诸如基于所接受的三维形状数据提取产品的外观的处理，并且将处理结果输出到显示器等。
这里，三维形状数据是指示构成产品的部件的形状的数据，并且可以应用边界表示(BREP)、面片等。BREP用相位信息(体、面、环、共边缘(CoEdge)、边、顶点等)和几何信息(基面、基曲线、基点等)表现产品的三维形状。面片用微三角形(体、面、三角形等)的集合表现产品的三维形状。
第一体素化单元10对由产品的三维形状数据指示的产品的三维形状进行体素化，以生成与三维形状对应的体素(第一体素)。
体素用XYZ空间中的微立方体(格子)的集合表现三维形状。以这种方式，由于体素可以通过在XYZ空间中的微立方体的存在或缺失来简单地表现三维形状，因此与诸如BREP和面片的三维形状数据相比，能够抑制各种计算所涉及的处理负荷。
区域指定单元20指定由第一体素化单元10生成的第一体素包围的区域。第二体素化单元30将由区域指定单元20指定的区域设置为体素，并且生成体素(第二体素)。
面化单元40对在由第一体素化单元10生成的第一体素和由第二体素化单元30生成的第二体素与非体素区域之间的边界进行面化，即，对由体素指示的三维形状的外观部分进行面化。
具体地，面化单元40对在第一体素和第二体素与非体素区域之间的边界处的体素进行面化。面化单元40可通过从包括在三维形状数据中的面片中提取与第一体素和第二体素与非体素区域之间的边界相对应的面片，对三维形状的外观部分进行面化。
输出单元50在面化单元40进行面化之后输出处理结果，即，指示三维形状的外观部分的形状的面片。作为示例，输出单元50输出用于基于面片显示三维形状的外观部分的显示数据。结果，用户可以检查由三维形状数据指示的产品的外观部分的形状。
设置单元60是接受来自用户的各种设置的用户接口。例如，设置单元60通过在显示器上显示图形用户界面(GUI)并通过GUI接受来自用户的操作来执行各种设置。作为示例，设置单元60接受用于在第一体素化单元10、区域指定单元20、第二像素化单元30和面化单元40中以体素提取外观的条件设置。设置单元60还接受显示设置，诸如针对要在输出单元50中输出的显示数据的设置。
下面将说明在信息处理设备1中的处理的详情。图2是示出了根据实施例的信息处理设备1的操作的示例的流程图。
如图2所示，当处理开始时，设置单元60基于对设置画面的操作来设置用于以体素提取外观的条件(S1)。
图3是用于说明设置画面的说明图。如图3所示，设置画面200具有设置区域201和202。
设置区域201接受诸如用于提取三维形状的外观部分的方法的条件设置。具体地，设置区域201接受诸如用于对在第一体素和第二体素与非体素区域之间的边界处的体素进行面化的提取方法或者用于提取与边界相对应的面片的提取方法的条件设置。
设置区域202接受用于在第一体素化单元10、区域指定单元20等中执行体素化的条件设置。具体地，设置区域202接受诸如当执行填充间隙的处理时体素化的间距、球体(或立方体)的尺寸(其细节将在后面说明)的条件设置。
在S1之后，第一体素化单元10在S1中设置的条件下对由产品的三维形状数据指示的产品的三维形状进行体素化(第一体素化)(S2)。
图4是用于说明对三维形状的体素化的说明图。如图4所示，第一体素化单元10对由三维形状数据指示的三维形状300进行体素化，以生成与三维形状300相对应的体素301。例如通过使用已知的算法(诸如，将包括在三维形状数据中的面片的每个三角形均通过的区域设置为“1(具有体素)”)来执行该体素化。
然后，区域指定单元20指定由第一体素化单元10生成的体素301包围的区域(S3)。第二体素化单元30将所指定的区域设置为体素，以执行体素化(第二体素化)(S4)。通过S3和S4的处理，第二体素化单元30用体素填充由体素301包围的内部区域。
图5是用于说明填充包围区域的处理(S3和S4)的说明图。具体地，图5表示图4中的体素301沿A-A方向的横截面。
如图5所示，区域指定单元20根据XYZ空间中的体素301的布局指定由体素301包围的区域。随后，第二体素化单元30对由体素301包围的区域的内部进行体素化，并且用体素填充该区域，以获得体素302。
区域指定单元20可指定由体素301包围的区域，该区域包括特定尺寸的球体或立方体连续地经过体素301的区域。因此，区域指定单元20可以填充体素301中的间隙(体素缺失的部分)。
图6是用于说明填充间隙的处理的说明图。如图6所示，假定体素301在区域R1处具有间隙。区域指定单元20沿着体素301连续地移动具有在S1中所设置的尺寸的球体303。结果，区域指定单元20获得球体303连续地经过体素301的延伸区域304。由于在体素301中区域R1处的间隙被延伸区域304填充，因此即使在体素301中存在间隙，区域指定单元20也可以指定由体素301包围的区域。
另外，区域指定单元20从延伸区域304中消除与沿外周方向从体素301延伸的部分相对应的区域，即，消除突出到体素301外部的区域。具体地，区域指定单元20消除了以球体303的半径突出到体素301外部的区域。因此，如在与区域R1相对应的区域R2中所示，在间隙被填充的情况下，能够消除突出到外部的额外区域。
在S4之后，面化单元40对在由第一体素化单元10生成的体素301和由第二体素化单元30生成的体素302与非体素区域之间的边界进行面化，即，对由体素指示的三维形状的外观部分进行面化(S5)。
图7和图8是用于说明面化的说明图。如图7所示，面化单元40指定在体素301和体素302与非体素区域之间的边界上的XYZ空间的坐标。面化单元40随后基于所指定的XYZ空间的坐标来参考包括在三维形状数据中的面片，以提取与所指定的XYZ空间的坐标对应的面片。此外，当三维形状数据具有相位/几何信息(BREP)时，面化单元40还可提取作为所提取的面片的生成元(generator)的相位/几何信息(BREP)。
如图8所示，面化单元40指定在体素301和体素302与非体素区域之间的边界处的边界体素302a。面化单元40随后可通过根据边界体素302a生成面片来执行面化。
作为示例，通过使用诸如移动立方体(Marching Cubes)的已知方法，面化单元40根据边界体素302a执行面化。然而，在基于边界体素302a进行面化的情况下，表面平滑度(平滑)可能损失。因此，面化单元40可对通过移动立方体方法等生成的面片执行已知的平滑处理(例如，λμ平滑)。
在S5之后，输出单元50输出在S5中进行面化的处理结果(S6)。具体地，输出单元50将指示三维形状的外观部分的面片输出到显示画面等。
图9和图10是用于说明显示画面的说明图。应注意的是，图10是图9中的三维形状300和面片305的横截面形状的显示示例。如图9所示，显示画面400包括操作区域401、树显示区域402以及三维形状显示区域403。
操作区域401是具有各种操作按钮的区域，并且接受来自用户的操作指令。树显示区域402是用于以树形式显示在三维形状显示区域403中所显示的显示构件的区域。针对在三维形状显示区域403中所显示的每个显示构件，分支402b和402c被设置在树显示区域402的树402a中。通过勾选/取消勾选分支402b和402c中的复选框，用户可以指示是否在三维形状显示区域403中显示这些显示构件。
在S6中，在三维形状显示区域403中显示指示三维形状的外观部分的面片305。结果，用户可以用面片305确认三维形状的外观部分。此外，通过勾选/取消勾选在树显示区域402中的树402a的分支402b和402c中的复选框，用户可以在三维形状300与面片305之间切换显示。
具体地，如图10所示，通过勾选分支402c的复选框并且取消勾选分支402b的复选框，可以消除三维形状300，并且显示面片305。
尽管图9和图10表示直接根据三维形状300显示面片305的示例，但是信息处理设备1可显示在显示用于检查对三维形状300的体素化的显示画面之后面化的面片305。
图11A至图11C是用于说明当在体素化之后执行面化时的显示画面的说明图。如图11A所示，用户首先通过经由在三维形状显示区域403中显示三维形状300的显示画面400对操作区域401执行操作来进行对体素化的设置。具体地，用户调用设置画面210和220，执行第一体素化单元10、区域指定单元20以及第二体素化单元30中对体素化的条件设置，并且执行对三维形状300的体素化。
因此，对三维形状300执行体素化，并且如图11B所示，与三维形状300对应的体素302显示在三维形状显示区域403中。因此，用户可以确认与三维形状300对应的体素302的状态。然后，用户调用设置画面230，进行面化单元40中对面化的条件设置，并且执行对体素化302的面化。
因此，对体素302的边界执行面化，并且如图11C所示，与三维形状300对应的面片305显示在三维形状显示区域403中。因此，用户可以确认与三维形状300对应的面片305。以这种方式，可采用在用户检查从体素化到面化的每个步骤的同时获得面片305的配置。
如上面所说明的那样，信息处理设备1对三维形状300进行体素化，生成与三维形状300对应的体素301，并且指定由体素301包围的区域。随后，信息处理设备1将所指定的区域设置为体素以生成体素302，并且对在体素301和体素302与非体素区域之间的边界处的边界体素302a进行面化。替选地，信息处理设备1从表现三维形状300的面片中提取与在包括体素301和302的体素与非体素区域之间的边界对应的面片。以这种方式，由于信息处理设备1使用可以简单地表现三维形状的体素301和302来提取三维形状的外观，因此与诸如BREP或面片的三维形状数据相比，能够抑制各种计算所涉及的处理负荷。
另外，所示的设备的部件不一定如所示那样物理地配置。换言之，设备的分布和集成的特定模式并不限于所示的示例，并且设备的全部或部分可以被配置成根据各种负载和使用条件来以任意单元在功能上或物理上分布或集成。
可在中央处理单元(CPU)上(或在诸如微处理单元(MPU)或微控制单元(MCU)的微计算机上)执行由信息处理设备1执行的各种处理功能的全部或任意部分。另外，毋庸置疑的是，各种处理功能的全部或任意部分可在由CPU(或由诸如MPU或MCU的微计算机)分析并执行的程序上执行，或者可通过有线逻辑在硬件上执行。由信息处理设备1执行的各种处理功能可通过云计算与多个计算机协同执行。
顺便提及，在实施例中说明的各种类型的处理可以通过计算机执行准备的程序来实现。因此，下面将说明执行具有与实施例的功能相同的功能的程序的计算机(硬件)的示例。图12是示出了根据实施例的信息处理设备1的硬件配置的示例的框图。
如图12所示，信息处理设备1包括执行各种算术处理的CPU 101、接受数据输入的输入设备102、监视器103以及扬声器104。信息处理设备1还包括从存储介质读取程序等的介质读取设备105、用于连接到各种设备的接口设备106以及用于通过有线或无线连接与外部设备通信的通信设备107。信息处理设备1还包括临时存储各种信息的随机存取存储器(RAM)以及硬盘驱动器109。信息处理设备1的单元(101至109)被连接到总线110。
硬盘驱动器109存储用于执行在实施例中说明的第一体素化单元10、区域指定单元20、第二体素化单元30、面化单元40、输出单元50以及设置单元60中的各种处理的程序111。此外，硬盘驱动器109存储程序111引用的各种数据112(例如，三维形状数据)。例如，输入设备102接受来自信息处理设备1的操作者的操作信息的输入。例如，监视器103显示由操作者操作的各种画面(例如，设置画面200和显示画面400)。例如，接口设备106与打印设备连接。通信设备107连接到诸如局域网(LAN)的通信网络，并且通过通信网路与外部设备交换各种信息。
CPU 101通过读取存储于硬盘驱动器109的中程序、将所读取的程序加载到RAM108中并且执行程序来进行各种处理。程序111不必存储于硬盘驱动器109中。例如，可读取并执行存储于可由信息处理设备1读取的存储介质中的程序111。可由信息处理设备1读取的存储介质对应于例如便携式记录介质(诸如光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多用盘(DVD)和通用串行总线(USB)存储器)、半导体存储器(诸如闪速存储器)和硬盘驱动器。可采用程序111存储在连接到公共线路、互联网或LAN等的设备中、并且信息处理设备1从任一设备读取程序111并且执行程序的配置。
根据实施例，能够容易地从三维形状提取外观。

Claims (6)

1.一种由计算机执行的方法，包括：
对三维形状的数据进行体素化；
生成与所述三维形状的数据对应的第一体素；
指定由所生成的第一体素包围的区域；
将所指定的区域设置为体素，以生成第二体素；以及
从表现所述三维形状的面片中提取与包括所述第一体素和所述第二体素的体素与非体素区域之间的边界对应的面片，并且还提取包括在所述三维形状的数据中的相位/几何信息，
其中，指定区域的步骤包括：指定包括特定尺寸的球体或立方体连续地经过所述第一体素的区域的所述区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，指定区域的步骤包括：从特定尺寸的球体或立方体经过的区域中消除与沿外周方向从所述第一体素延伸的部分对应的区域。
3.一种计算机可读记录介质，其存储有使得计算机执行处理的程序，所述处理包括：
对三维形状的数据进行体素化；
生成与所述三维形状的数据对应的第一体素；
指定由所生成的第一体素包围的区域；
将所指定的区域设置为体素，以生成第二体素；以及
从表现所述三维形状的面片中提取与包括所述第一体素和所述第二体素的体素与非体素区域之间的边界对应的面片，并且还提取包括在所述三维形状的数据中的相位/几何信息，
其中，指定区域的处理包括：指定包括特定尺寸的球体或立方体连续地经过所述第一体素的区域的所述区域。
4.根据权利要求3所述的计算机可读记录介质，其中，指定区域的处理包括：从特定尺寸的球体或立方体经过的区域中消除与沿外周方向从所述第一体素延伸的部分对应的区域。
5.一种信息处理设备，包括：
第一体素化单元，其对三维形状的数据进行体素化，并且生成与所述三维形状的数据对应的第一体素；
区域指定单元，其指定由生成的第一体素包围的区域；
第二体素化单元，其将所指定的区域设置为体素，以生成第二体素；以及
面化单元，其从表现所述三维形状的面片中提取与包括所述第一体素和所述第二体素的体素与非体素区域之间的边界对应的面片，并且还提取包括在所述三维形状的数据中的相位/几何信息，
其中，所述区域指定单元指定包括特定尺寸的球体或立方体连续地经过所述第一体素的区域的所述区域。
6.根据权利要求5所述的信息处理设备，其中，所述区域指定单元从特定尺寸的球体或立方体经过的区域中消除与沿外周方向从所述第一体素延伸的部分对应的区域。
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