CN107885902B

CN107885902B - 用于生成和显示分解视图的计算机实现的方法

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Publication number: CN107885902B
Application number: CN201710891159.0A
Authority: CN
Inventors: C·德尔菲诺; G·戴德; J·德舍拉德德蒙布龙; S·蒂克西埃; F-X·多尔博
Original assignee: Dassault Systemes SE
Current assignee: Dassault Systemes SE
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: EP3301652A1; US20180089362A1; US10872181B2; CN107885902A; JP2018055688A; JP7109171B2

Abstract

一种用于生成和显示零件(01、02、03)构成的组装件(A)的三维模型的分解视图的计算机实现的方法，该三维模型具有包括多个层级的分层结构，该方法包括以下步骤：a)显示组装件的未分解视图；b)显示图形工具(GT)，该图形工具(GT)表示组装件的结构的层级以及针对每个层级的分解率；c)接收用于选择层级和分解率的输入，并且使用图形工具来显示该层级和分解率；d)显示组装件的分解视图，其中，仅与比所选择的层级高的层级相关联的零件组被拆分开。一种用于执行这种方法的计算机程序产品、非易失性计算机可读数据存储介质、以及计算机系统。

Description

用于生成和显示分解视图的计算机实现的方法

技术领域

本发明涉及用于生成和显示零件构成的组装件的三维模型的分解视图的计算机实现的方法。本发明应用于计算机图形领域，以及更具体地应用于三维(3D)内容可视化领域。本发明特别适合于允许对通过计算机辅助设计(CAD)生成的3D模型进行可视化和探查。本发明还允许出于说明目的而生成分解视图。

背景技术

分解视图用于显示组装件的零件的关系和安装次序，并且用于使隐藏的零件可见。在分解视图中，组装件的零件彼此分离并且悬浮在周围空间中，好像这些零件被源自组装件内部的分解推开。

许多图形软件工具允许生成和显示分解视图。大多数情况下，这需要手动选择要分解的多个子组装件，对不同零件的移位方向和分解率进行定义，分解率表示单独的零件从其初始位置移动的距离。例如，图1示出了径向飞行器引擎A的部分分解视图，其中，传动轴(shaft)和与其相关联的一些部件沿轴向分解。这只允许非常局部地了解引擎的结构。如果径向取向的汽缸也要被分解，则必须手动地选择这些径向取向的汽缸，并且针对其中的每一个汽缸来定义移位方向和分解率。作为结果，创建分解视图经常是耗时且繁琐的操作。此外，将已分解的组装件折叠回去是非常困难的，因为这需要对所执行的用于生成分解视图的不同操作手动地保持跟踪，以便于以相反的次序来反转这些操作。出于同样的原因，难以确保分解操作的再现性。使用常规工具来生成其中组装件被渐进地分解的动画——这对于了解组装件的结构极其有用——也是非常复杂的。

一些软件工具(例如，申请人的3DPlay)允许同时分解组装件A的所有零件，如图2所示。此外，每个零件沿其移动的方向是预先确定的。用户只需要设置分解率，例如，使用滑动条SL(在图2的底部可见)。分解的再现性得以确保，并且易于将组装件折叠回去或者获得渐进的分解。然而，这种方法也有显著的缺点。首先，这种方法不允许生成“部分”分解——其中，一些子组装件分解而其它子组装件不分解：只能获得“完全”分解，导致非常拥挤的表示，这会难以了解和隐藏零件之间的安装关系。此外，将组装件的所有零件同时分解在计算资源方面要求非常高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的这些缺点中的至少一些缺点。更具体地，本发明旨在提供一种用于在对用户而言负担最小并且高效使用计算资源的情况下创建零件构成的组装件的部分或总体分解视图的方法。本发明还旨在使分解的组装件易于折叠回去和/或获得渐进分解，并且旨在确保所生成的分解视图的再现性。

为了实现这些目的，本发明开发待分解组装件的三维模型的分层结构。实际上，在计算机辅助设计领域中公知的是，通常使用分层数据结构(典型地，树)来表示组装件。例如，图3A非常示意性地示出了由以下六个零件构成的组装件A的模型的分层结构：P11、P12、P21、P22、P23、以及P30。零件P11和P12属于第一子组装件SA1，而零件P21、P22、P23属于第二子组装件SA2。零件P30不属于任何子组装件(可替代地，可以认为P30本身构成单零件式的子组装件)。图3B以树形图的形式表示相同的分层结构：组装件A本身构成结构的最高阶(零阶)层级；子组装件SA1、SA2、以及零件P30构成第一阶，而零件P11、P12、P21、P22、以及P23构成第二层级和最低层级。

本发明使用图形工具来允许用户选择分层模型的特定层级，并且生成分解视图，其中层级高于所选择的层级的子组装件被拆分开，而所选择的层级的子组装件被视为基本零件。例如，图3C示出了1级部分分解，其中组装件A被拆解为其构成物SA1、SA2、以及P30，而后者未被进一步分解。选择层级2，将获得总体分解，其使单独的基本零件P11-P30分离。有利地，图形工具还允许选定分解率。

然后，本发明的目的在于一种用于生成和显示零件构成的组装件的三维模型的分解视图的计算机实现的方法，该三维模型具有包括多个层级的分层结构，组装件的每个零件或零件组与一个层级相关联，分层结构的最高阶层级对应于整个组装件，该方法包括以下步骤：

a)在三维场景中显示组装件的未分解视图；

b)显示图形工具，该图形工具表示组装件的分层结构的层级以及针对每个层级的分解率；

c)接收用于选择组装件的分层结构的层级以及分解率的用户输入，并且使用图形工具来显示所选择的层级和分解率；

d)显示组装件的分解视图，其中，与比所选择的层级高的层级相关联的零件组被拆分开，而与所选择的层级或更低层级相关联的零件组不被拆分开。

根据该创造性方法的特定实施例：

-在步骤d)中，与所选择的层级相关联的零件或零件组可以从其初始位置根据预先确定的方向被移位作为所选择的分解率的增长函数的距离；而与更高层级相关联的零件被移位对应于所述层级的最大分解率的距离。

-在步骤c)处接收到的用户输入是由用户通过作用于图形工具而提供的。

-图形工具可以包括滑动条，滑动条包括多个区段，每个区段与分层结构的层级相关联，并且区段内的每个位置与分解率相关联。

-方法还可以包括在步骤d)之后执行的以下步骤：

e)接收用于选择分解视图中的、与所选择的层级或更高层级相关联的零件或零件组(01)并且用于在三维场景内移动该零件或零件组(01)的用户输入。

-该方法还可以包括在步骤d)之后执行的以下步骤：

f)接收用于选择分解视图中的零件组(01)的用户输入；

g)将所选择的零件组作为组装件来执行步骤a)至d)。

-该方法还可以包括预备步骤，该预备步骤用于对零件构成的组装件的三维模型的分层结构进行简化，以使得该分层结构包括2至10之间个层级。

本发明的另一目的在于一种计算机程序产品，其存储在非易失性计算机可读数据存储介质上，包括用于使得计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。

本发明的另一目的在于一种非易失性计算机可读数据存储介质，其包含用于使得计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。

本发明的另一目的在于一种计算机系统，其包括处理器，该处理器耦合到存储器和图形用户接口，存储器存储用于使得计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。

附图说明

从下面的描述中，结合附图，本发明的附加特征和优点将变得显而易见，其中：

-上面描述的图1和图2涉及现有技术；

-同样在上面描述的图3A、图3B、以及图3C示出了零件构成的组装件的模型的分层结构(图3A、图3B)及其由本发明的使用(图3C)；

-图4A和图4B示出了径向飞行器引擎的三维模型的分层结构；

-图5表示在本发明的实施例中使用的以多区段滑动条形式的图形工具，并且示出了滑动条的区段与图4A、图4B的组装件的分层结构之间的关系；

-图6A、图6B、以及图7示出了图5的图形工具的功能；

-图8A-图8D示出了图4A、图4B的组装件的渐进分解，其根据本发明的实施例使用图5-图7的图形工具获得；

-图9至图12示出了本发明的附加的有利特征；

-图13示出了利用触摸屏的本发明的替代实施例；以及

-图14和图15是适于执行根据本发明的不同实施例的方法的相应计算机系统的框图。

具体实施方式

在下文中，“三维”(或“3D”)模型是允许三维(3D)图形表示的物理对象在计算机系统中的数字表示。3D表示允许从所有角度查看零件。例如，当3D表示时，3D建模对象可以被处理并且围绕其轴中的任一个轴转动，或者在显示该表示的屏幕中围绕任何轴转动。三维场景由布置在三维空间中的多个3D建模对象构成。“组装件”是由多个几何连接的部件(或“零件”)构成的建模对象。组装件模型可以具有多层级的分层结构，在这种情况下，零件中的一些零件可以是子组装件，即，较低层级的(较简单的)零件的组。

图4A示出了零件构成的组装件A，其构成径向飞行器引擎(参见图1)。图4B是其分层结构的树表示。结构的顶部(零阶)层级包括组装件本身。第一层级由三个子组装件“03”、“02”、以及“01”构成。子组装件“03”具有隐藏的分层内部结构；子组装件“02”包括两个第二层级的零件“02_零件1”和“02_零件2”，“02_零件1”由处于第三且最低分层层级的基本零件“02_零件1_几何体1”和“02_零件1_几何体2”构成，“02_零件2”不具有进一步的子结构；子组装件“01”由五个第二层级的零件“01_P1”、“01_P2”、“01_P3”、“01_P4”、以及“01_P5”构成；其中“01_P1”由八个第三层级的零件“cyl_top”、“活栓”、“传动轴”、“汽缸”、“Weeble”(两个)、“活塞”、以及“连杆(Rod)”构成。

有时，分层结构非常深，具有多于十个分层层级。在这种情况下，本发明的实现方式将过于复杂，导致对于用户而言可能会困惑的结果。然后，建议对结构进行简化。例如，当节点具有单个孩子时，能够将该节点合并，而不会损失任何信息。在一些其它情况下，有必要“人为地”合并节点，以将模型的复杂度保持在可管理的水平，即使这涉及到一些信息损失。有利地，分层结构的层级的数量不超过10，并且优选为6。

图5示出了分层拆解的原则。从左到右表示为：

-未分解组装件A；

-其第一层级分解，其中第一层级子组装件彼此分离；

-其第二层级分解，其中第一层级子组装件被拆分开，并且第一层级子组装件的第二阶元件彼此分离；以及

-其第三层级分解，其中所有子组装件被拆开。

将图形工具GT叠加到三维场景，以便于显示组装件被分解到的阶。在图5至图12的实施例中，图形工具以由多个区段S1-S3(一个区段针对分层结构的除了零阶层级之外的每个层级，零阶层级对应于未分解组装件)构成的滑动条和光标CR的形式。当显示组装件的第一阶分解时，光标CR放置在区段S1上或区段S1附近；当显示组装件的第二阶分解时，光标CR放置在区段S2上或区段S2附近；并且当显示组装件的第三阶分解时，光标CR放置在区段S3上或区段S3附近。此外，在图5至图12的实施例中，光标在每个区段上的位置与分解率有关。例如，光标在区段上放置地越往右，在组装件结构的对应分层层级处的分解率(并且因此，零件的相对距离)越高。这在图7中示出。图形工具(滑动条)的区段的锥形形状象征性地表示该分解率。当然，图形工具可以具有任何其它合适的形状，例如，旋转控制旋钮的形状。

有利地，图形工具不仅用于向用户提供指示分解在哪个层级执行和分解率的反馈，并且还用于选择这些层级和率。例如，如图6A、图6B所示，指针PT(例如，由鼠标、操纵杆、触摸板、或轨迹球进行控制)可以用于移动光标CR——例如，从区段S1的左侧(对应于具有非常小或甚至为零的分解率的第一层级部分分解)到区段S3的右侧(对应于具有最大分解率的完全(第三层级)分解)。然后，组装件的三维图像平滑地演变以符合所选择的分解层级和率。

图8A和图8D是通过从左向右逐渐移动光标获得的渐进分解的快照。图8A对应于初始(未分解)状况。随着光标开始朝向右侧在滑动条的区段S1的上方或区段S1上移动，第一层级的子组装件开始彼此远离(图8B)。然后，光标到达区段S2的上方或区段S2上：第一层级的子组装件停止彼此远离(其质心保持固定的相对位置)，但是开始进行分解，并且其第二层级的子组装件分离(图8C)。类似地，当光标到达区段S3的上方或区段S3上时，第二层级的子组装件停止彼此远离并且进行分解，并且第三阶元件开始拉出(图8D)。

对渐进分解进行复原是极其容易的：用户只需简单地将光标向左移动。

为了移动光标CR，可能使用指针PT对光标CR进行拖放。更简单地，可能在区段(例如，如图9中的区段S2)上点击，并且光标将优选地以平滑、逐渐的方式从其初始位置(例如，在同样的图9中的区段S1的左侧)向其中间移动。

如涉及在不同层级进行的分解的图10A和10B所示，用户能够使用指针PT通过点击并拖动3D场景内的元件来移动该元件。在图10A的情况下，使用图形工具选择的层级是第一层级，因此如果指针放置在汽缸上，则对构成分层结构的对应的第一层级的元件的整个星形汽缸体01进行选择和移位。相反，在图10B的情况下，“当前”层级是第二层级，并且因此所选择并移位的是单独的汽缸01_P4。有利地，当元件已经被移动时，一旦用户再次与图形工具进行交互，该元件就会迅速返回到其原始位置。

如图11A-图11C所示，用户还可以例如通过使用指针PT在子组装件上双击来选择特定的子组装件，例如，星形汽缸体01(图11A)。然后，将所选择的元件放在所显示的视图的中心，而其它元件表示为不那么突出的阴影或“水印”(图11B)。图形工具GT被新的图形工具GT'替代，GT'仅表示所选择的元件的分层层级。然后，用户能够通过使用新的图形工具GT'对所选择的元件进行分解来探查所选择的元件的结构(图11C)。有趣的是注意到，新的图形工具GT'不一定比原来的图形工具简单。实际上，如上面参考图5所解释的，为了保持图形工具GT的复杂度可管理，可能需要通过合并其节点中的一些节点来简化组装件的分层结构——以及对应的分层层级。当仅选择子组装件时，这些节点可能是未合并的，并且对应的分层层级被恢复。因此，对隔离的子组装件的探查可以比对整个组装件的探查更加详细。

位于滑动条附近的“后退”按钮BK允许移回先前的表示(图12)。

图13涉及本发明的替代实施例，其中图形工具GT仅用于显示所选择的分解层级和率，该选择以不同的方式来执行。在该实施例中，3D场景在触摸屏上显示，并且使用三个手指捏合手势来命令进行分解。例如，当手指接触点FC彼此远离时，分解率增加到其最大值；如果接触点继续向外移动，则激活下一层级的分解等。

该创造性方法能够由合适地编程的通用计算机或计算机系统来执行，可能包括计算机网络，其将合适的程序以非易失的形式存储在计算机可读介质(例如，硬盘、固态盘、或CD-ROM)上，并且使用其(多个)微处理器和存储器来执行所述程序。

参考图14描述适于执行根据本发明的示例性实施例的方法的计算机。在图14中，计算机包括中央处理单元(CPU)P，其执行上述方法步骤，同时运行存储在存储器设备(例如，RAM M1、或ROM M2、或硬盘驱动器(HDD)M3、DVD/CD驱动器M4)中或者远程地存储的可执行程序，即，一组计算机可读指令。此外，定义组装件的三维模型的一个或多个计算机文件也可以存储在存储器设备M1至M4中的一个或多个上或者远程地存储。

所要求保护的发明不限于其上存储该创造性过程的计算机可读指令和/或数字文件的计算机可读介质的形式。例如，指令和文件能够存储在CD、DVD上，存储在闪速存储器、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、硬盘、或计算机与其进行通信的任何其它信息处理设备(例如，服务器或计算机)中。程序和文件能够存储在同一存储器设备上或者存储在不同的存储器设备上。

此外，适于执行该创造性方法的计算机程序能够被提供为实体应用、后台守护程序、或操作系统的组件、或者其组合，其与CPU P和操作系统(例如，Microsoft VISTA、Microsoft Windows 8、UNIX、Solaris、LINUX、Apple MAC-OS、以及本领域技术人员已知的其它系统)相结合地执行。

CPU P可以是来自美国Intel的Xenon处理器或者来自美国AMD的Opteron处理器，或者可以是其它处理器类型，例如，来自美国Freescale公司的Freescale ColdFire、IMX、或ARM处理器。可替代地，如本领域普通技术人员将认识到的，CPU能够是诸如来自美国Intel公司的Core2 Duo的处理器，或者能够在FPGA、ASIC、PLD上实现或使用分立逻辑电路来实现。此外，CPU能够被实现为多个处理器协同工作以执行上述创造性过程的计算机可读指令。

图14中的计算机还包括网络接口NI(例如，来自美国Intel公司的Intel以太网PRO网络接口卡)，其用于与诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等的网络相接。计算机还包括显示控制器DC(例如，来自美国NVIDIA公司的NVIDIA GeForce GTX图形适配器)，其用于与显示器DY(例如，Hewlett Packard HPL2445w LCD监视器)相接。通用I/O接口IF与键盘KB和定点设备PD(例如，滚球、鼠标、触摸板等)相接。显示器、键盘、以及定点设备与显示控制器和I/O接口一起形成图形用户接口，图形用户接口由用户用于提供输入命令——例如，移动指针，并且由计算机用于显示三维场景和图形工具。

磁盘控制器DKC对HDD M3和DVD/CD M4与通信总线CBS进行连接，通信总线CBS能够是ISA、EISA、VESA、PCI、或类似物，其用于互连计算机的部件中的全部。

为了简洁起见，这里省略了对显示器、键盘、定点设备、以及显示控制器、磁盘控制器、网络接口、和I/O接口的一般特征和功能的描述，因为这些特征是已知的。

图15是适于执行根据本发明的不同示例性实施例的方法的计算机系统的框图。

在图15中，可执行程序EXP和定义组装件的三维模型的计算机文件存储在连接到服务器SC的存储器设备上。存储器设备以及服务器的整体架构可以与上面参考图14所讨论的相同，除了服务器中可以缺少显示控制器、显示器、键盘、和/或定点设备。

然后，服务器SC经由网络NW连接到管理员系统ADS和终端用户计算机EUC。

管理员系统的整体架构和终端用户计算机的整体架构可以与上面参考图14所讨论的相同，除了管理员系统和终端用户计算机的存储器设备不存储可执行程序EXP和/或定义组装件的三维模型的计算机文件。然而，终端用户计算机存储设计用于与服务器的可执行程序协作的客户端程序，如下面将讨论的。

如能够认识到的，网络NW能够是诸如互联网的公共网络、或诸如LAN或WAN网络的私有网络、或者其任何组合，并且还能够包括PSTN或ISDN子网络。网络NW还能够是有线的(例如，以太网)，或者能够是无线的(例如，包括EDGE、3G、以及4G无线蜂窝系统的蜂窝网络)。无线网络还能够是Wi-Fi、蓝牙、或已知的任何其它无线通信形式。因此，网络NW仅是示例性的，并且不以任何方式限制本改进的范围。

存储在终端用户计算机的存储器设备中并且由终端用户计算机的CPU执行的客户端程序经由网络NW访问数据库DB，数据库DB由服务器SC存储，并且包含定义组装件的三维模型的文件。这允许终端用户打开并且可能修改这种文件，以对组装件的图形表示进行参数化，并且创建如上面所描述的一个或多个分解视图。服务器执行如上面所描述的处理，并且再次使用网络NW向终端用户计算机发送图像文件，该图像文件对应于包括组装件的分解视图的场景的期望表示。

虽然仅示出了一个管理员系统ADS和一个终端用户系统EUX，但是系统能够支持任何数量的管理员系统和/或终端用户系统，而没有限制。类似地，多个服务器也能够在系统中实现，而不脱离本发明的范围。

应当将本文描述的任何方法步骤理解为表示模块、段、或代码部分，其包括用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令，并且替代实现方式包括在本发明的示例性实施例的范围内。

Claims

1.一种用于生成和显示零件构成的组装件(A)的三维模型的分解视图的计算机实现的方法，所述三维模型具有包括多个层级的分层结构，所述组装件的每个零件(P11-P30)或零件组(SA1、SA2；01、02、03)与一个层级相关联，所述分层结构的最高阶层级对应于整个组装件，所述方法包括以下步骤：

a)在三维场景中显示所述组装件的未分解视图；

b)显示图形工具(GT)，所述图形工具(GT)表示所述组装件的所述分层结构的层级以及针对每个层级的分解率，其中，所述图形工具包括滑动条，所述滑动条包括多个区段(S1-S3)，每个区段与所述分层结构的层级相关联，并且区段内的每个位置与分解率相关联；

c)接收用于选择所述组装件的所述分层结构的层级以及分解率的用户输入，并且使用所述图形工具来显示所选择的层级和分解率；

d)显示所述组装件的分解视图，其中：

-与比所选择的层级高的层级相关联的零件组被拆分开，而与所选择的层级或更低层级相关联的零件组不被拆分开；

-与所选择的层级相关联的零件或零件组从其初始位置根据预先确定的方向被移位作为所选择的分解率的增长函数的距离；以及

-与更高层级相关联的零件被移位对应于所述层级的最大分解率的距离。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，在步骤c)处接收到的所述用户输入是由所述用户通过作用于所述图形工具而提供的。

3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在步骤d)之后执行的以下步骤：

e)接收用于选择所述分解视图中的、与所选择的层级或更高层级相关联的零件或零件组(01)并且用于在所述三维场景内移动所述零件或零件组(01)的用户输入。

4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在步骤d)之后执行的以下步骤：

f)接收用于选择所述分解视图中的零件组(01)的用户输入；

g)将所选择的零件组作为所述组装件来执行步骤a)至d)。

5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括预备步骤，所述预备步骤用于对零件构成的组装件的分层结构三维模型进行简化，以使得其包括2至10之间个层级。

6.一种用于生成和显示零件构成的组装件(A)的三维模型的分解视图的装置，包括用于执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法的单元。

7.一种非易失性计算机可读数据存储介质(M1-M4)，其包含用于使得计算机系统执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法的计算机可执行指令(EXP)。

8.一种计算机系统，其包括处理器(P)，所述处理器(P)耦合到存储器(M1-M4)和图形用户接口(KB、PD、DC、DY)，所述存储器存储用于使得所述计算机系统执行根据权利要求1至5中的任一项所述的方法的计算机可执行指令(EXP)。