CN109542302A - 一种显示对象的数字模型化组件的子集的由计算机实施的方法 - Google Patents
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Abstract
一种显示对象(O1，O2，O3)的数字模型化组件(A)的子集的由计算机实施的方法，所述方法包括以下步骤：a)在三维场景(3DSC)中生成并显示所述组件的三维图形展现；b)使用图形工具(PT)从所述三维图形展现中选择所述组件的一个或多个对象；c)确定所选的一个或多个对象的中心点(CP)，并计算所述组件的每个对象与所述中心点的距离；以及d)通过隐藏与所述中心点的距离超过阈值的对象或降低其可见度，修改显示的所述组件的三维图形展现。用于执行这种方法的一种计算机程序产品、一种非暂时性计算机可读数据存储介质以及一种计算机辅助设计系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示对象的数字模型化组件的方法，并且更具体地涉及显示这种组件的子集的方法。本发明还涉及用于执行这种方法的一种计算机程序产品、一种非易失性计算机可读数据存储介质以及一种计算机辅助设计(CAD)系统。
本发明应用于计算机图形学领域，并且更具体地应用于计算机辅助设计(CAD)和创作的子领域。本发明尤其适用于制作技术插图、营销演示、组件图、培训材料等。
在所有上述应用中，需要以示出通常隐藏在组件内部的零件的方式来展现数字模型化对象的组件。例如，可能需要提供汽车的展现，其中发动机或其它机械机构是可见的而不是被汽车车身隐藏。
背景技术
文献US 7250947公开了一种方法，其包括选择组件的三维图形展现的一个区域，并且改变所选区域内的对象或该对象的部分的显示属性。改变显示属性可以具体包括使“最外面的”对象透明，从而仅展现具有超过阈值的“深度”的对象。换句话说，组件的“外层”被“剥离”，使得否则被隐藏的部分可见。
C.Pindat等人的论文“Drilling into Complex 3D Models with Gimlenses”，VRST'13：第19届ACM虚拟现实软件和技术研讨会，2013年10月，新加坡，新加坡，pp.223-230，2013公开了一种类似的方法。
至少对于某些应用来说，该方法并不完全令人满意。实际上，用户可能想要关注组件的某些特定对象，但是位于更大“深度”处的所有其它对象可能形成拥挤且混乱的背景。
文献EP 3168813公开了一种方法，其中选择了组件的三维图形展现的一个区域，并且在所述区域内仅显示先前标记为“可显露”的对象。作为后果，通常被“不可显露”对象隐藏的“可显露”对象变得可见。由于所有要显露的对象必须这样具体地指定，因此执行该方法可能是麻烦的。
手动选择要隐藏的对象(即图形展现要被抑制的对象)也是已知的。可以通过在组件的三维展现中点击对象执行该选择，或者通过选择相应组件树的相应分支。该方法非常灵活并且允许例如通过仅保持一些感兴趣的对象可见而隐藏所有其它对象来“过滤”组件的展现。然而，该方法的实现可能非常持久且麻烦，其需要大量的点击并且可能需要旋转组件的三维展现以使对象可获取。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的这些缺点。更具体地，本发明旨在提供一种用于“探索”组件的简单且有效的方法——即显露其内部结构或该结构的部分——在来自用户的干预最小的情况下。
允许实现本发明的本发明的一个目的是一种显示对象的数字模型化组件的子集的由计算机实施的方法，该方法包括以下步骤：
a)在三维场景中生成并显示组件的三维图形展现；
b)使用图形工具从所述三维图形展现中选择所述组件的一个或多个对象；
c)确定所选的一个或多个对象的中心点，并计算组件的除所选的一个或多个对象以外的每个对象距所述中心点的距离；以及
d)通过隐藏除所选的一个或多个对象以外的与中心点的距离超过阈值的对象或降低其可见度，修改所显示的组件的三维图形展现。
根据本方法的具体实施例：
-该方法可以进一步包括在所述步骤d)之前执行的步骤d')，该步骤d')使用图形控制元件来输入所述阈值的值。更具体地，步骤d')可以包括使用所述图形控制元件来选择组件的要隐藏的对象的总数目的份额，并且作为所选份额的函数确定所述阈值的值。
-所述步骤d')和d)可以以动态方式迭代地执行。
-第二图形控制元件可以是滑块。
-步骤c)可以包括将组件的除所选的一个或多个对象以外的每个对象与所述中心点的所述距离计算为该中心点与该对象的所有点之间的最大距离。
-所述距离可以是欧几里德(Euclidian)距离。
-步骤c)可以包括将三维包络的中心确定为所述中心点，该三维包络具有预定形状并且在完全包括所选的一个或多个对象的同时包围最小体积。具体地，所述预定形状可以是球形。
-步骤b)可以包括选择多个对象，并且步骤d)还可以包括隐藏与中心点的距离超过阈值的所选对象，或者降低其可见度。
-步骤b)至d)可以迭代地执行。
本发明的另一个目的是一种存储在非易失性计算机可读数据存储介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括使计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。
本发明的又一个目的是一种非暂时性计算机可读数据存储介质，其包含使计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。
本发明的再一个目的是一种计算机系统，其包括联接到存储器和图形用户界面的处理器，该存储器存储引起计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。
附图说明
本发明的附加特征和优点从后续描述结合附图将变得明显，附图示出：
-图1，对象的数字模型化组件的三维图形展现；
-图2，选择所述组件的对象；
-图3、图4和图5，组件的经修改的图形展现，其中隐藏了距离所选对象最远的对象，使先前被隐藏的其它对象可见；
-图6和图7，组件的另一个经修改的图形展现，其中选择了第二对象并且距离所选对象之间的中点最远的对象被隐藏；
-图8，根据本发明的一个实施例的方法的流程图；
-图9和图10，适合于执行根据本发明的一个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”)对象将是允许三维(3D)展现的对象——或其数字模型。3D展现允许从所有角度对部分的观察。例如，当被3D展现时，3D对象可以被处理并绕其任何轴线或绕其上显示该展现的屏幕中的任何轴线转动。
“组件”由具有预定的几何关系(例如固定的相互位置)的多个对象组成。
对象的“数字模型”是一个数据结构或一组数据结构，其可以由计算机处理并且包含计算机生成对象或组件的2D或3D展现所需的所有信息。数字模型还可以包含其它信息项，例如，表示物理参数的数据，但是本发明不需要这些信息项。
图1示出了对象A(在这种情况下为玩具汽车)的三维数字模型化组件(例如在计算机屏幕上)在3D场景3DS中的图形展现。组件A包括多个对象或部分：汽车车身、轮、变速器和悬架的部件等。产生和显示(例如在计算机屏幕上)这种图形展现构成本发明方法的第一步骤a)。
如图2所示，在本发明方法的下一个步骤b)中，选择组件A的特定对象O1，该对象O1在图1的展现上至少部分可见。使用图形选择工具PT来执行该选择，在此处考虑的特定实施例中，图形选择工具PT是鼠标控制的指针。优选地，如图所示，所选对象被突出显示并且变得完全可见，即使其之前被另一个对象(在该情况下是汽车车身)部分地隐藏。
该方法的下一个步骤c)包括两个子步骤。
首先，识别所选对象O1的“中心点”CP。中心点可以是对象的重心(通常通过假设恒定密度来确定)，但是优选地将中心点定义为包含整个对象的最小球体的中心。更广泛地说，中心点可以被定义为被缩放到允许其包含整个对象的最小可能尺寸的预定形状(例如立方体)的包络的重心。中心点位置可以是对象的预定属性或者其可以在运行中计算出。在图3至图6中，中心点CP由十字标识；然而其不一定必须实际显示在3D场景上。
随后，计算组件的每个对象距中心点CP的距离。更确切地说，计算中心点CP与每个对象(除所选对象之外)的表示点之间的距离。组件的一般对象的该表示点可以是该对象的中心点——例如，定义为所选对象O1的中心点——但是优选地，表示点是距离CP最远的点。换句话说，在本发明的优选实施例中，“对象与中心点CP的距离”是CP与对象的任何点之间的最大距离。
在步骤c)的第二子步骤期间计算的“距离”优选地是基本几何形状的常规“欧几里德”距离，但是该距离也可以以不同的方式定义。例如，也可以使用Chebyshev度量——定义为两个点之间沿着任何坐标维度的最大距离。
步骤d)包括通过隐藏与中心点CP的距离(步骤c)中计算的)超过阈值的所有对象来修改组件的图形展现。可替代地，可以使这些对象较低程度地可见(例如通过提高其透明度)，而不是完全隐藏。还可以将随着距离增加的透明度值指定给它们，以这种方式，距离刚好超过阈值的对象保持可见，尽管是以减弱的方式。
如图3所示，可以考虑描绘球体S，该球体S具有等于距离阈值的半径R并且以CP为中心。表示点在球体外的所有对象都被隐藏或减弱。如果将对象的表示点定义为其距离CP最远的点，则仅显示完全包含在球体S内的对象。
使用球形表面作为被展现对象和被隐藏对象之间的边界对选择“欧几里德”度量来计算对象和CP点之间距离起辅助作用。更一般地，该边界将由“等距离(iso-distance)”表面限定，该表面的形状取决于所选择的度量——例如，Chebyshev度量定义了立方等距离表面，这对于某些应用可能是感兴趣的。
重要的是要理解球体或通用等距离表面不需要被实际显示或者甚至不需要被计算。它们仅是用于理解本发明的基本原理的概念性工具。
有利地，本发明方法还包括在步骤d)之前执行的输入阈值的步骤d')。在本发明的一个优选实施例中，使用诸如图3至图6的滑块SL的图形控制元件(或“微件”)执行该步骤。
在图3至图6还示出的本发明的尤其有利的实施例中，图形控制元件允许用户选择要隐藏的对象的总数的份额——或者相反地不被隐藏的对象的总数的份额。随后，作为所选份额的函数计算阈值。可替代地，可以使用例如键盘直接输入要隐藏(或不隐藏)的对象的份额或者阈值。
例如，图3示出了一种情况，其中光标定位在滑块SL上在该滑块SL长度从左到右的80％处。随后，阈值R被自动设定为使得组件的80％的对象包含在球体S内的值，并且因此从显示的图形展现中隐藏组件的20％的对象。在图4的情况下，60％的对象包含在球体内并且40％被隐藏。并且在图4的情况下，只有40％的对象包含在球体内并且60％被隐藏。
有利地，步骤d')和d)以迭代和动态的方式执行。换句话说，用户可以通过作用于图形控制元件SL来随意改变R的值，并且所述展现实时或接近实时地自动调节。这允许用户精确地调整以所选对象为中心的要被显示的“感兴趣区域”的大小。用户还可以简单地通过逐渐“收缩”球体S从组件的外侧朝向所选对象O1“行进”。
在该方法的开始处，仅可以选择从组件外侧至少部分可见的对象。可以通过允许用户在执行步骤d)期间的任何时间改变所选对象来克服该限制。这样，对可视化围绕最初不可见的对象的组件的子集感兴趣的用户将首先选择最近的可见对象，逐渐减小距离阈值(并且因此减小所显示的组件的子集的大小)，然后在真实目标可见时立即取消选择最初所选对象并且选择该对象的真实目标。来自用户的所需动作的数量仍然非常有限。
另一种可能性在于同时选择几个对象，在这种情况下，中心点位于它们之间。可以组合这两种方法。例如，图6示出了从图4的情况开始并且使用指针PT来选择第二对象O2而可以实现的情况，不取消选择O1则该第二对象O2最初不可见。随后，将新的中心点CP'定义为同时包含O1和O2的最小球形包络E(或者更一般地，等距离表面，这取决于所选择的度量)的中心。在图6的示例中，中心点CP'落在最初不可获取的第三对象O3内部。
在图7中，以点CP'为中心的球体S已经收缩使得只有20％的对象——那些紧密围绕O3的对象——仍然可见。可以理解，根据本发明，从图1的展现开始获得图7的展现需要来自用户的非常少的动作：点击O1以选择它，在滑块SL上动作直到O2被显露，通过第二次点击选择O2并再次在滑块上动作。如在现有技术中那样，通过一次移除一个对象来“挖掘”整个组件会花费更长的时间并且需要来自用户的更多努力。
有趣的是注意到，在图7中，即使对象O1和O2位于球体S外也显示对象O1和O2。这对于帮助用户将所显示的组件的子集置于背景中可能是有用的，但不是必需的。可替代地，它们可以被隐藏，或者它们的可见性可以降低。
图8是上述参考图1至图7描述的方法的流程图。可以注意到第一循环，涉及步骤d')和d)，其对应于动态改变距离阈值的可能性，以及第二循环，涉及步骤b)至d)，其展现在该方法的实现期间选择一个或多个对象的可能性。
本发明方法可以通过适当编程的通用计算机或计算机系统执行，所述通用计算机或计算机系统可能包括计算机网络，以非易失性的形式将合适的程序存储在计算机可读介质(例如硬盘、固态盘或CD-ROM)上，以及使用其微处理器(多个微处理器)和存储器执行所述程序。
参考图9描述了一种计算机——更确切地是一种计算机辅助设计站——适于执行根据本发明的一个示例性实施例的方法。在图9中，计算机包括执行上述过程的中央处理单元(CPU)P。该过程可以被存储为可执行程序，即在存储器(例如RAM M1或ROM M2)中、或在硬盘驱动(HDD)M3、DVD/CD驱动M4上或者可以被远程存储的一组计算机可读指令。形成组件的对象的三维数字模型也存储在存储装置M1至M4中的一个或多个上，或者被远程存储。
所要求保护的发明不受限于其上存储有本发明过程的计算机可读指令和/或数字模型的计算机可读介质的形式。例如，指令和数据库可以存储在CD、DVD、FLASH存储器、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、硬盘或与计算机辅助设计站通信的任何其它信息处理装置上，例如服务器或计算机。程序和模型可以存储在同一存储装置上或不同存储装置上。
此外，适合于执行本发明方法的计算机程序可以被提供为工具应用程序、后台守护进程或操作系统的部件或者它们的组合，与CPU 800和操作系统(例如Microsoft VISTA、Microsoft Windows 7、UNIX、Solaris、LINUX、Apple MAC-OS以及本领域技术人员已知的其它系统)结合执行。
CPU P可以是来自美国的Intel的Xenon处理器或来自美国的AMD的Opteron处理器，或者可以是其它处理器类型，例如来自美国的Freescale Corporation的FreescaleColdFire、IMX或ARM处理器。可替代地，CPU可以是例如来自美国的Intel Corporation的Core2Duo的处理器，或者可以在FPGA、ASIC、PLD上或使用离散逻辑电路实现，如本领域普通技术人员将认识到的。此外，CPU可以实现为协同工作的多个处理器以执行上述本发明过程的计算机可读指令。
图9中的计算机辅助设计站还包括网络接口NI，例如来自美国的IntelCorporation的Intel Ethernet PRO网络接口卡，用于与例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等的网络对接。计算机辅助设计站还包括显示控制器DC，例如来自美国的NVIDIACorporation的NVIDIA GeForce GTX图形适配器，用于与例如Hewlett Packard HPL2445wLCD监测器的显示器DY对接。通用I/O接口IF与键盘KB和指针装置PD(例如滚球、鼠标、触摸板等)对接。显示器、键盘和指针装置与显示控制器和I/O接口一起形成图形用户界面。
磁盘控制器DKC将HDD M3和DVD/CD M4与通信总线CBS连接，通信总线CBS可以是ISA、EISA、VESA、PCI或类似物，用于互连计算机辅助设计站的所有部件。
为简洁起见，由于这些特征是已知的，因此本文中省略了对显示器、键盘、指针装置以及显示控制器、磁盘控制器、网络接口以及I/O接口的一般特征和功能的描述。
图10是适合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10中，可执行程序EXP和对象的三维数字模型存储在连接到服务器SC的存储器装置上。除了在服务器中可能缺少显示控制器、显示器、键盘和/或指针装置之外，服务器的整体架构和存储器装置可以与上面参考图9所讨论的相同。
随后，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。
管理员系统和终端用户计算机的总体架构可以与上面参考图8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装置不存储可执行程序EXP和/或三维数字模型。然而，终端用户计算机确实存储了设计成用于与服务器的可执行程序协作的客户程序，如下面将讨论的。
如可以理解的，网络NW可以是公共网络，例如互联网或私人网络(如LAN或WAN网络)或其任何组合，并且网络NW还可以包括PSTN或ISDN子网络。网络NW也可以是有线的(例如以太网)或者可以是无线的(例如包括EDGE、3G、4G无线蜂窝系统的蜂窝网络)。所述无线网络还可以是Wi-Fi、蓝牙或已知的任何其它无线通信形式。因此，网络NW仅仅是示例性的并且决不限制本发明的范围。
存储在终端用户计算机的存储器装置中并且由后者的CPU执行的客户程序经由网络NW访问由服务器SC存储并且包含不同对象的三维数字模型的数据库MDB。这允许终端用户创建要显示和探索的对象的组件。它还允许终端用户参数化组件的图形展现，例如通过设定一个观察点。服务器执行如上所述处理，并再次使用网络NW向终端用户计算机发送对应于组件的期望展现的图像文件。
虽然仅示出了一个管理员系统ADS和一个终端用户计算机EUC，但是系统可以无限制地支持任何数量的管理员系统和/或终端用户系统。类似地，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以在系统中实现多个服务器、模型数据库。
本文中描述的任何过程应被理解为代表包括用于实现该过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且替代实施方式包括在本发明的示例性实施例的范围内。
Claims (14)
1.一种显示对象(O1，O2，O3)的数字模型化组件(A)的子集的由计算机实施的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在三维场景(3DSC)中生成并显示所述组件的三维图形展现；
b)使用图形工具(PT)从所述三维图形展现中选择所述组件的一个或多个对象；
c)确定所选的一个或多个对象的中心点(CP，CP')，并计算所述组件的除了所选的一个或多个对象以外的每个对象与所述中心点的距离；以及
d)通过隐藏除了所选的一个或多个对象以外的与所述中心点的距离超过阈值(R)的对象或降低其可见度修改所显示的所述组件的三维图形展现。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述步骤d)之前执行的步骤d')，所述步骤d')使用图形控制元件(SL)输入所述阈值的值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述步骤d')包括使用所述图形控制元件来选择所述组件的要隐藏的对象的总数目的份额，并且作为所选份额的函数确定所述阈值的值。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述步骤d')和d)以动态的方式迭代地执行。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述第二图形控制元件(SL)是滑块。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤c)包括将所述组件的除所选的一个或多个对象以外的每个对象与所述中心点的所述距离计算为所述中心点与所述对象的所有点之间的最大距离。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述距离是欧几里德距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述步骤c)包括将三维包络(E)的中心确定为所述中心点(CP')，所述三维包络(E)具有预定形状并且在完全包括所选的一个或多个对象的同时包围最小体积。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定形状是球形。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述步骤b)包括选择多个对象并且所述步骤d)还包括隐藏与所述中心点的距离超过阈值(R)的所选对象或降低其可见度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述步骤b)至d)迭代地执行。
12.一种计算机程序产品，其存储在非易失性计算机可读数据存储介质(M1-M4)上，包括计算机可执行指令以引起计算机系统执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。
13.一种非暂时性计算机可读数据存储介质(M1-M4)，其包含计算机可执行指令(EXP)以引起计算机系统执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
14.一种计算机系统，其包括联接到存储器(M1-M4)的处理器(P)和图形用户界面(KB，PD，DC，DY)，所述存储器存储计算机可执行指令(EXP)以引起计算机系统执行根据权利要求1至11中的任一项所述的方法。
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