CN109558624A

CN109558624A - 生成代表机械部件的2d绘图

Info

Publication number: CN109558624A
Application number: CN201811124191.7A
Authority: CN
Inventors: R·罗拉托
Original assignee: Dassault Systemes of America Corp
Current assignee: Dassault Systemes of America Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: EP3460760A1; EP3460760B1; CN109558624B; JP2019075103A; US20190096120A1; JP7235462B2; US10650572B2

Abstract

本发明特别涉及一种用于生成表示机械部件的2D绘图的计算机实现的方法。该方法包括提供表示机械部件的3D形状的3D建模对象。该方法还包括确定连续的3D曲线，每个3D曲线表示在3D形状上定义的反射线的预定的一组视觉特性的相应实例。该方法还包括将确定的连续的3D曲线投影在2D平面上。该方法提供了一种改进的解决方案，以生成表示机械部件的2D绘图。

Description

生成代表机械部件的2D绘图

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，并且更具体地涉及用于生成表示机械部件的2D绘图的方法、系统和程序。

背景技术

市场上提供了许多用于对象设计、工程和制造的系统和程序。CAD是计算机辅助设计的首字母缩写，例如它涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的首字母缩写，例如，它涉及用于模拟未来产品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的首字母缩写，例如，它涉及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在这种计算机辅助设计系统中，图形用户界面在技术效率方面起着重要作用。这些技术可以嵌入在产品生命周期管理(PLM)系统中。PLM指的是一种业务战略，它可以帮助公司分享产品数据，应用通用流程，并利用企业知识从概念到生命结束，在扩展企业的概念上开发产品。DassaultSystèmes(商标为CATIA，ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了组织产品工程知识的工程中心、管理制造工程知识的制造中心以及实现企业集成和连接到工程中心和制造中心的企业中心。所有这些系统一起交付了一个开放对象模型，将产品、流程和资源联系起来，以实现动态的、基于知识的产品创建和决策支持，其推动优化的产品定义、制造准备、生产和服务。

这种系统可以包括工程2D绘图解决方案。设计2D绘图的目标可以是向用户提供由线、箭头、数字和文本组成的2D绘图，以便描述机械部件的形状。该描述的语法由众所周知的标准(ISO、ANSI、JIS、BS、AA、DIN)提供。工程绘图的艺术是以机械部件的非模糊和非冗余描述为最终目标。

在此上下文中，需要一种改进的解决方案来生成表示机械部件的2D绘图。

发明内容

因此，提供了一种用于生成表示机械部件的2D绘图的计算机实现的方法。该方法包括：提供表示机械部件的3D形状的3D建模对象，确定连续的3D曲线，以及在2D平面上投影所确定的连续的3D曲线。这种方法允许根据3D建模对象生成表示机械部件的2D绘图，该3D建模对象表示机械部件的3D形状。

在示例中，连续的3D曲线可以各自表示在3D形状上定义的反射线的预定的一组视觉特性的相应实例。这允许生成2D绘图，其表示反射信息，并因此表示和/或允许理解机械部件的3D形状。在示例中，该预定的一组视觉特性可包括以下中的任何一个或其任何组合：末端、零阶不连续性、切线不连续性、高于预定阈值的曲率，和/或包括高于预定阈值的曲率的部分的边界。

在示例中，连续的3D曲线可以在3D形状上定义，并且包括一个或多个轮廓曲线(例如，每个轮廓曲线可以包括一个或多个连续的3D曲线片，例如，一个或多个轮廓曲线是分段连续的)和/或相对于3D形状的表面的以下类型的曲线中的一个或任何组合任何：奇异曲线-例如包括诸如边界曲线(如果表面是开放表面)和/或(表面)切线不连续性曲线的尖锐曲线，和/或包括非尖锐奇异曲线(表面)，例如切线连续性但是(表面)曲率不连续曲线-，和/或平滑曲线-即非尖锐曲线，例如包括(表面)曲率连续性曲线和/或(表面)曲率不连续曲线但是(表面)切线连续性-其遵循与局部曲率变化相关的预定标准。预定标准可以例如构成局部(表面)曲率变化相对较高和/或高于预定阈值的要求。局部曲率变化可以是曲线上或曲线界定的部分中的曲率变化。这允许生成2D绘图，其以简单的方式表示和/或允许理解机械部件的3D形状。

实际上，在这些示例中，3D表面几何形状可以对应于光反射，使得：

-轮廓曲线可以表示反射线的末端或零阶不连续性，以及

-对于不属于轮廓的部分：

·边界曲线和/或切线不连续性曲线各自可表示反射线的零阶不连续性，

·切线连续性但曲率不连续末端曲线可各自表示反射线的切线不连续性，和/或

·曲率连续性曲线可各自表示高于对应于预定标准的预定阈值的反射线的曲率，和/或表示包括高于对应于预定标准的预定阈值的曲率的反射线的一部分的边界。

因此，确定的连续的3D曲线表示反射信息。

在所有示例中，3D建模对象可以是包括边的边界表示(B-Rep)。B-Rep可能是由设计师设计的。在这些示例中，可以在B-Rep的边中确定被确定为要投影的连续的3D曲线的至少一部分。这允许3D曲线的简单地确定，例如简单地包括B-Rep的边的选择。所述连续的3D曲线的至少一部分可以包括所有确定的曲线除了轮廓曲线，和/或所述连续的3D曲线的至少一部分可以包括表示反射线的零阶不连续性、反射线的切线不连续性、高于预定阈值的反射线的曲率，和/或包括高于预定阈值的曲率的反射线的一部分的边界的所有确定的曲线3D曲线。设计者可能已经设计了B-Rep，包括添加边以表示反射线的这种视觉特性，例如，任何这种视觉特性的每个实例至少有一个B-Rep边。这可以允许用于设计者的高效和自然的设计。在这种情况下，该方法可以利用这一事实通过利用表示反射信息的可用边来有效地执行连续的3D曲线的确定。

在示例中，并非选择B-Rep的所有边。这允许降低生成的2D绘图中多余2D线的风险。在示例中，所有尖锐边-例如包括所有边界边(如果B-Rep是开放的表皮)和所有切线不连续性边-以及可选地所有其他奇异但非尖锐的边，例如所有切线连续性但是曲率不连续边-可以被选择。在这样的和其他示例中，也可以选择非尖锐(即平滑)边(即，在曲率连续性边之中并且可选地在曲率不连续性但是切线连续性边之中)，但不是所有这些边都使得并非是B-Rep的所有边都被选中。例如，所选择的平滑边可以限于那些遵循与局部曲率变化相关的预定标准的平滑边。换句话说，不选择不遵循预定标准的平滑边。这允许简单且高效地生成2D绘图，该2D绘图形成机械部件的非模糊且非冗余的描述，其中结果中没有或几乎没有多余的2D线。

该方法可以包括以下中的一个或多个：

-确定连续的3D曲线包括确定曲率连续性曲线，该曲率连续性曲线限定两个相邻面之间的边界，跨该边界，曲率的变化高于预定阈值；

-相应面相对于相应边界的曲率是相应面与相应边界相交的曲线的一个或多个点处的曲率的函数；

-相应面与相应边界相交的曲线与相应边界正交相交和/或在相应边界的中点处相交；

-相应面是参数表面的一部分，并且相应面与相应边界相交的曲线是参数曲面的p曲线；

-相应面与相应边界相交的曲线中的一个或多个点包括相应面与相应边界相交的曲线与曲线的相应边界和/或中点相交的点；

-预定阈值对应于制造机械部件的过程中使用的最大半径；

-制造机械部件的过程是冲压过程，并且最大半径是大于10mm和/或小于50mm的值，例如大约30mm；

-制造机械部件的过程是铸造过程，并且最大半径是大于1mm和/或小于10mm的值，例如大约3mm；和/或

-机械部件是钣金件。

还提供了一种计算机程序，包括用于执行该方法的指令。

还提供了一种计算机可读存储介质，其上记录有计算机程序。

还提供了一种系统，包括耦合到存储器和图形用户界面的处理器，该存储器上记录有计算机程序。

附图说明

现在将通过非限制性示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

-图1示出了该方法的示例的流程图；

-图2示出了表示机械部件的2D绘图的示例；

-图3-图4显示了投影的示例；

-图5示出了反射线概念；

-图6示出了系统的图形用户界面的示例；

-图7示出了系统的示例；

-图8-图12示出了B-Rep格式；

-图13-图18示出了机械部件；以及

-图19-图34示出了该方法的示例。

具体实施方式

参考图1的流程图，提出了一种用于生成表示机械部件的二维(2D)绘图的计算机实现的方法。该方法包括提供S10三维(3D)建模对象。3D建模对象表示机械部件的3D形状，例如其外表面(或表皮)或其占用体积。该方法还包括确定S20连续的3D曲线。每条连续的3D曲线表示预定的一组反射线的视觉特性的相应实例，该反射线被定义在3D形状上。换句话说，每条连续的3D曲线表示预定组之一的相应出现。因此，连续的3D曲线位于3D形状上，例如，在机械部件的外表面上。该方法还包括将在S20处确定的连续的3D曲线投影S30在2D平面上。可以在确定S20完全结束之后开始投影S30，或者可替代地可以交替投影S30和确定S20。这种方法提供了一种改进的解决方案，以生成表示机械部件的2D绘图。

值得注意的是，该方法根据表示机械部件的3D建模对象生成2D绘图。换句话说，该方法将3D设计与工程2D绘图联系起来。这要归功于对应于3D建模对象的连续的3D曲线的2D平面上的投影。连续的3D曲线的投影产生2D线，2D线可以形成2D绘图的至少一部分。生成的2D线确实形成机械部件的2D视图。因此，该方法属于3D CAD领域，并且允许在提供机械部件的3D建模对象之后，例如在已经例如使用3D CAD软件对其进行设计之后，输出2D绘图。现在，因为每条连续的3D曲线代表反射线的视觉特性，所以2D线也代表反射线的这种视觉特性。由该方法生成的2D绘图由此提供反射信息，从而提供关于机械部件的3D形状的视觉信息，例如，以2D视图表示机械部件的3D形状，例如，即使没有任何阴影、纹理和/或照片级真实感图像。

该方法可以包括在投影S30之后或与投影S30并行地将元素添加到2D绘图(除了表示反射线的特性的2D线之外)。这些附加元素可以包括标准特征，例如尺寸、边界线、标题块、箭头、数字和/或文本。2D绘图可以使得它不包括任何高级图形特征，例如阴影、纹理或照片级真实感图像。2D绘图可以仅由白色背景上的黑色线条组成。2D绘图可满足以下众所周知的标准中的任何一个或任何组合：ISO、ANSI、JIS、BS、AA和/或DIN。图2示出了可以通过该方法输出的机械部件的这种2D绘图的示例。

可以根据任何透视图来执行投影S30。该透视图包括提供2D平面和视点(即观察者的位置)的位置的信息。透视图可以例如是圆锥形透视图或圆柱形透视图。2D平面可以与3D建模对象分开，即3D形状和2D平面之间没有交叉。投影S30可以例如对应于以下中的任一个：左、右、顶部、底部或轴测2D视图，例如，关于与3D建模对象相关联的参考帧。可以利用不同的投影S30重复该方法，以便产生机械部件的多视图2D绘图。多视图2D绘图可以根据预定的一组视点来表示机械部件的几何形状。

该方法可以包括移除隐藏在透视图中的3D建模对象的几何形状。可以在投影S30之前、之时或之后执行移除，例如和/或在确定S20之前、之时或之后执行移除。确定S20可以仅在可见几何内执行，即在透视图中可见的反射线内执行。在S20处确定的所有连续的3D曲线在这种情况下可以是可见的。移除的输入可以是3D建模对象和透视图定义(即包括观察者的位置)。移除的目的可以包括消除对观察者隐藏的几何形状。

图3示出了3D建模对象的圆锥形透视图。图4示出了3D建模对象的圆柱形透视图。

现在讨论确定S20。

在机械部件的3D形状上限定的反射线是在机械部件的外表面上限定的线，并且其相对于视点，表示形成直线的光源的反射。光源线是从其发射光并且可以是有限的或无限的位置线。

参考图5，以下提供了在被定义为观察者的有限位置的视点的情况下的形式定义，并且其可以以直接的方式扩展到观察者无限位置的情况。在3D空间中，考虑参数化表面线和点Q。原理是将直线L视为光源并计算它在从位置Q处的观察者看到的表面S上的反射。光源的这种反射被称为反射线。方程式如下。注意N(u,v)是表面S的法向量。笛卡尔光学原理表明，首先，向量L-S和N之间的角度余弦与向量Q-S和N之间的角度余弦相同，其次，三个矢量L-S、Q-S和N是共面的，如图5所示。结果，反射线是v(w))的曲线，其中映射和由两个方程隐式定义：

det(L(w)-S(u,v),Q-S(u,v),N(u,v))＝0

在S20处考虑的一组反射线可以包括在3D形状上定义的任何一组反射线或由其组成。该组反射线可以例如包括根据其执行投影S30的在透视图中可见的一组反射线或由其组成。在所述透视图中可见的所述一组反射线可包括相对于透视视点定义的并且对应于无限光源线的部分或全部反射线或者由其组成。

在S20处确定的连续的3D曲线表示反射线的视觉特性。因此，对于一个或多个相应的反射线(例如，经过该点的所有反射线)，相应的连续的3D曲线的每个点表示由相应的连续的3D曲线表示的视觉特性实例的出现。3D建模对象表示机械部件的3D形状，并且反射线呈现相对应的视觉特性，例如，根据3D形状的几何特征。该组所有反射线形成全部在3D形状上定义的线网络。由于材料连续性，网络的相邻反射线倾向于在相邻位置呈现相同的视觉特性。这是因为反射是物理和物质方面的连续现象。因此，呈现所述实例的网络的反射线上的每个视觉特性实例对应于在3D形状上定义的连续的3D曲线。现在，确定S20不一定需要确定反射线，只要向投影S30提供正确的连续的3D曲线即可。在稍后讨论的示例中，该方法实际上不确定任何反射线，而是仅执行几何计算以直接确定S20连续的3D曲线。

反射线的视觉特性是视觉上可识别的反射线的任何位置，即反射线的视觉奇点。当网络的反射线包括这样的视觉特性时，所述视觉特性形成视觉上可识别的3D连续曲线。该方法确定S20所述3D连续曲线以将它们投影S30，使得2D绘图代表3D形状。

预定的一组视觉特性可以例如包括以下视觉特性中的任何一个或任何组合(例如，至少包括末端特性和可选的零阶不连续特性，并且另外可选地包括切线不连续性特性)或由其组成：末端(即反射线的末端点)，零阶不连续性，也更简单地称为“不连续性”(即反射线的一对位置属于反射线的两个不相交的片段的相对应末端，例如反射线可能仅是分段连续的，例如，如果反射线穿过尖锐的折痕)，切线不连续性(即反射线的位置，其中反射线是连续的但不是切线连续)，曲率高于第一预定阈值(即反射线的曲率连续并且反射线的曲率高于所述第一预定阈值的反射线的位置)，和/或包括高于第二预定阈值的曲率的部分的边界(即反射线的一对位置中的一个，该一对位置界定反射线的一部分，该反射线的一部分包括至少一个位置，在该至少一个位置反射线是曲率连续的并且反射线的曲率高于所述第二预定阈值，例如，第一和第二预定阈值不同或相同)。这种视觉特性对于在2D中进行平移以便理解机械部件的3D形状特别有用。在示例中，约束确定S20，因为所有确定的连续的3D曲线表示这种预定集合的一个实例。换句话说，在确定的曲线中没有表示其他特性，使得最终的2D绘图不包括多余的2D线。

反射线的末端可以对应于根据视点的3D形状的轮廓。所确定的视觉特性的实例可包括反射线的末端和视觉特性的其他实例。例如，该方法可以在S20处根据透视图(例如，通过基于透视图的计算)确定3D形状的轮廓并且在S30处投影它。3D形状的轮廓可以对应于一个或多个连续轮廓3D曲线或一个或多个分段连续3D轮廓曲线，每个分段连续3D轮廓曲线包括若干连续的3D曲线。在该示例中，该方法可以进一步确定表示除了轮廓之外的视觉特性的实例的其他连续的3D曲线。这些其他连续的3D曲线可以例如在B-Rep边中确定。轮廓曲线可包括与任何B-Rep边不同的至少部分。

该方法是计算机实现的。这意味着该方法的步骤(或基本上所有步骤)由至少一个计算机或任何类似的系统执行。因此，该方法的步骤由计算机执行，可能是完全自动的，或半自动的。在示例中，可以通过用户-计算机交互来执行对方法的步骤中的至少一些的触发。所需的用户-计算机交互水平可能取决于预见的自动化水平，并与实现用户意愿的需求保持平衡。在示例中，该水平可以是用户定义的和/或预定义的。值得注意的是，确定S20和投影S30可以完全自动地执行，例如，在用户输入常规设置后。

方法的计算机实现的典型示例是利用适用于此目的的系统来执行该方法。该系统可以包括耦合到存储器的处理器和图形用户界面(GUI)，该存储器上记录有包括用于执行该方法的指令的计算机程序。存储器还可以存储数据库。存储器是适用于这种存储的任何硬件，可能包括若干物理不同部分(例如，一个用于程序，并且可能一个用于数据库)。

该方法通常操纵建模对象。建模对象是由例如存储在数据库中的数据定义的任何对象。通过扩展，表达“建模对象”指定数据本身。根据系统的类型，可以通过不同种类的数据来定义建模对象。该系统实际上可以是CAD系统、CAE系统、CAM系统、PDM系统和/或PLM系统的任何组合。在那些不同的系统中，建模对象由相对应的数据定义。因此可以说CAD对象、PLM对象、PDM对象、CAE对象、CAM对象、CAD数据、PLM数据、PDM数据、CAM数据、CAE数据。然而，这些系统不是彼此排他的，因为建模对象可以由对应于这些系统的任何组合的数据来定义。因此，系统可以是CAD和PLM系统，如从下面提供的这种系统的定义中可以明显看出的。

所谓CAD系统，另外意味着至少适于基于建模对象的图形表示(例如CATIA)来设计建模对象的任何系统。在这种情况下，定义建模对象的数据包括允许表示建模对象的数据。CAD系统可以例如使用边或线来提供CAD建模对象的表示，在某些情况下具有面或表面。线、边或表面可以以各种方式表示，例如，非均匀有理B样条(NURBS)。具体地，CAD文件包含可以根据其生成几何形状的规范，几何形状继而允许生成表示。建模对象的规范可以存储在单个CAD文件中或多个CAD文件中。表示CAD系统中建模对象的文件的典型大小在每个部件一兆字节的范围内。并且建模对象通常可以是数千个部件的组件。

在CAD的上下文中，建模对象通常可以是3D建模对象，例如，代表产品，例如部件或部件的组件，或者可能是产品的组件。“3D建模对象”是指由允许其3D表示的数据建模的任何对象。3D表示允许从所有角度观察部件。例如，当进行3D表示时，3D建模对象可以围绕其任何轴或围绕显示表示的屏幕中的任何轴处理或转动。这尤其不包括未经3D建模的2D图标。3D表示的显示有助于设计(即，增加设计者统计上完成其任务的速度)。这加速了工业中的制造过程，因为产品的设计是制造过程的一部分。

所谓PLM系统，它还意味着适于管理表示物理制造产品(或待制造的产品)的建模对象的任何系统。因此，在PLM系统中，建模对象由适合于制造物理对象的数据进行定义。这些通常可以是尺寸值和/或公差值。为了正确制造物体，拥有这样的值确实更好。

所谓CAM解决方案，它还意味着适用于管理产品的制造数据的任何解决方案、硬件的软件。制造数据通常包括与要制造的产品、制造过程和所需资源有关的数据。CAM解决方案用于规划和优化产品的整个制造过程。例如，它可以向CAM用户提供关于制造过程的可行性、持续时间或可以在制造过程的特定步骤中使用的诸如特定机器人的资源的数量的信息；并且因此允许对管理或所需投资作出决定。CAM是CAD过程和潜在CAE过程之后的后续过程。这种CAM解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。

所谓CAE解决方案，它还意味着适用于分析建模对象的物理行为的任何解决方案、硬件的软件。一种众所周知且广泛使用的CAE技术是有限元方法(FEM)，其通常涉及将建模的对象划分为可以通过方程计算和模拟物理行为的元素。此类CAE解决方案由DassaultSystèmes以商标提供。另一种不断增长的CAE技术涉及复杂系统的建模和分析，复杂系统由来自不同物理领域的多个组件组成而没有CAD几何数据。CAE解决方案允许模拟，从而优化、改进和验证要制造的产品。此类CAE解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。

PDM代表产品数据管理。PDM解决方案是指适用于管理与特定产品相关的所有类型数据的任何解决方案、硬件的软件。PDM解决方案可供参与产品的生命周期的所有参与者使用：主要是工程师，但也包括项目经理、财务人员、销售人员和买家。PDM解决方案通常基于面向产品的数据库。它允许参与者共享其产品的一致数据，并且因此防止参与者使用不同的数据。此类PDM解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。

图6示出了系统的GUI的示例，其中系统是CAD系统。该示例的GUI可以用于设计3D建模对象和/或在S10处提供它。

GUI 2100可以是典型的类似CAD的界面，具有标准菜单栏2110、2120，以及底部和侧面工具栏2140、2150。这样的菜单栏和工具栏包含一组用户可选择的图标，每个图标与如本领域中已知的一个或多个操作或功能相关联。这些图标中的一些与软件工具相关联，适于编辑和/或处理GUI 2100中显示的3D建模对象2000。软件工具可以被分组为工作台。每个工作台都包含软件工具的子集。特别地，其中一个工作台是版本工作台，适用于编辑建模产品2000的几何特征。在操作中，设计者可以例如预先选择对象2000的一部分然后通过选择适当的图标启动操作(例如，改变尺寸、颜色等)或编辑几何约束。例如，典型的CAD操作是在屏幕上显示的3D建模对象的打孔或折叠的建模。GUI可以例如显示与所显示的产品2000相关的数据2500。在该图的示例中，显示为“特征树”的数据2500及其3D表示2000涉及包括制动钳和盘的制动器组件。GUI还可以示出各种类型的图形工具2130、2070、2080，例如用于促进对象的3D定向，用于触发对编辑的产品的操作的模拟或渲染所显示的产品2000的各种属性。光标2060可以由触觉设备控制以允许用户与图形工具交互。

图7示出了该系统的一个例子，其中该系统是客户端计算机系统，例如，用户的工作站。

该示例的客户端计算机包括连接到内部通信总线1000的中央处理单元(CPU)1010、也连接到总线的随机存取存储器(RAM)1070。客户端计算机还被提供有图形处理单元(GPU)1110，其与连接到总线的视频随机存取存储器1100相关联。视频RAM 1100在本领域中也称为帧缓冲器。大容量存储设备控制器1020管理对诸如硬盘驱动器1030的大容量存储器设备的存取。适合于有形地体现计算机程序指令和数据的大容量存储器设备包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；CD-ROM盘。前面的任何一个都可以由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充或并入其中。网络适配器1050管理对网络1060的访问。客户端计算机还可以包括触觉设备1090，诸如光标控制设备、键盘等。在客户端计算机中使用光标控制设备以允许用户选择性地将光标定位在显示器1080上的任何期望位置。此外，光标控制设备允许用户选择各种命令，并输入控制信号。光标控制设备包括多个信号发生设备，以用于向系统输入控制信号。通常，光标控制设备可以是鼠标，鼠标的按钮用于生成信号。可选地或另外地，客户端计算机系统可以包括敏感垫和/或敏感屏幕。

该计算机程序可以包括可由计算机执行的指令，该指令包括用于使上述系统执行该方法的单元。该程序可以记录在任何数据存储介质上，包括系统的存储器。该程序可以例如在数字电子电路中实现，或者在计算机硬件、固件、软件或它们的组合中实现。该程序可以实现为装置，例如有形地体现在机器可读存储设备中以用于由可编程处理器执行的产品。方法步骤可以由执行指令程序的可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行该方法的功能。因此，处理器可以是可编程的并且被耦合以从数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，并将数据和指令发送到数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备。如果需要，应用程序可以用高级过程或面向对象的编程语言实现，或者用汇编语言或机器语言实现。在任何情况下，语言可以是编译或解释语言。该程序可以是完整安装程序或更新程序。在任何情况下，程序在系统上的应用产生用于执行该方法的指令。

该方法可以包括在制造过程中，该制造过程可以包括在执行该方法之后产生对应于机械部件的物理产品。在任何情况下，建模对象可以表示制造对象。因此，建模对象可以是建模实体(即，表示实体的建模对象)。制造对象可以是产品，例如部件或部件组件。因为该方法改进了建模对象的设计，所以该方法还改善了产品的制造，从而提高了制造过程的生产率。

可以在S10处将3D建模对象提供为包括边的B-Rep。这种格式被设计者广泛用于表示机械部件的3D形状。此外，设计者通常使用边来设计B-Rep以表示看起来对应于反射线的视觉特性的实例的几何形状(除了对应于轮廓的反射线的末端)。因此，可以至少部分地(例如，对于除了与轮廓相对应的连续的3D曲线之外的所有其他连续的3D曲线)在B-Rep的边之间高效地执行确定S20。

众所周知，B-rep模型包括拓扑实体和几何实体。拓扑实体是：面、边和顶点。几何实体是3D对象：表面、平面、曲线、直线、点。根据定义，面是表面的有界部分，称为支撑表面。边是曲线的有界部分，称为支撑曲线。顶点是3D空间中的一个点。它们彼此相关如下。曲线的有界部分由位于曲线上的两个点(顶点)定义。表面的有界部分由其边界限定，该边界是位于表面上的一组边。面边界的边通过共享顶点连接在一起。通过共享边将面连接在一起。根据定义，如果两个面共享边，则它们相邻。类似地，如果两个边共享一个顶点，则它们是相邻的。这样的信息足以用于该方法的输入数据。

图8和9示出了圆柱形槽80的B-rep模型，其可以在S12处提供并且由在图中编号为1、2和3的三个面构成：顶部平面1和两个侧面圆柱面2和3。图8示出了槽80的透视图。图9示出了所有面的分解图。重复的数字表示边和顶点共享。面1是平面的有界部分。面1的边界包括边4和5，它们中的每一个由顶点10和11界定。它们都具有相同的支撑圆。面2由边6、8、5和13界定，所有这些边都位于无限圆柱形表面(即面2的支撑表面)上。面1和2是相邻的，因为它们共享边5。面2和3是相邻的，因为它们共享边8和13。面1和3是相邻的，因为它们共享边4。

图10示出了槽80的B-rep模型的“受限于”拓扑关系。较高层101的节点是面，中间层103的节点是边，而下层105的节点是顶点。图11和图12示出了拓扑实体(面、边、顶点)和支撑几何形状(无限圆柱、无限平面、无限直线、点)之间的关系。在CAD系统中，B-rep模型在适当的数据结构中收集“受限于”关系以及拓扑实体和支持几何之间的关系，以及支持几何图形的数学描述。换句话说，图20和图21中所示的数据结构是该示例的拓扑数据的一部分，其包括到几何数据的几何实体的链接(这是图11)和拓扑实体之间的链接(这是图10)。

当且仅当所有边都由两个面共享时，B-Rep模型表示闭合的表皮。在CAD系统中，厚的部分可以由固体表示，其是闭合的表皮。相反，如果至少一个边是仅一个面的边界边，则它表示开放的表皮，这意味着它不被另一个面共享。这样的边是命名的边界边。由两个面共享的边被称为内边。在CAD系统中，薄的部件，如钣金件，可以由开放的表皮表示，厚度值是相关联的数字参数。

可以以任何方式在B-Rep的边当中执行确定S20。例如，确定S20可以包括应用一个或多个选择标准，例如测试B-Rep的边中的至少一部分的每一个是否满足一个或多个选择标准，并输出测试为正的边。一个或多个选择标准可以涉及测试的边处的表面曲率。

一个或多个选择标准可以包括第一类别的一个或多个选择标准。第一类别可以包括是曲率和切线不连续性曲线(即，B-Rep表面在边处曲率不连续并且切线不连续性，例如因为边是B-Rep的边界，边界是开放表面，或边对应于B-Rep的尖锐折痕)并且任选地是曲率不连续性和切线连续性曲线(即B-Rep表面在边处是切线连续但曲率不连续)，例如是至少曲率不连续曲线。第一类别可以以任何方式实现。例如，在S10处提供的B-Rep格式已经包括满足指示其的第一类别信息的边，例如指示边是“尖锐”边的信息，例如，经由“尖锐边”标志或“边界边”。第一类别允许检测对应于表面几何奇点的B-Rep边。这种几何奇点在视觉上是可观察的，使得在最终的2D绘图中表示它们是相关的。

3D建模对象表示在例如利用CAD软件解决方案或CAD系统完成其虚拟设计之后在现实世界中制造的产品的几何形状，产品是机械部件(其包括部件的组件，作为部件的组件可以被视为机械部件本身，或者该方法可以独立地应用于组件的每个部件，或者更一般地，任何刚性的主体组件，例如移动机构)。CAD软件解决方案允许在各种以及无限的工业领域设计产品，所述无限的工业领域包括：航空航天、建筑、建造、消费品、高科技设备、工业设备、运输、海洋和/或海上石油/天然气生产或运输。因此，该方法的3D建模对象可以代表工业产品，其可以是任何机械部件，例如地面车辆的一部分(包括例如汽车和轻型卡车设备、赛车、摩托车、卡车和马达设备、卡车和公共汽车、列车)、飞行器的一部分(包括机身设备、航空航天设备、推进设备、国防产品、航空设备、空间设备)、海军车辆的一部分(包括海军设备、商船、海上设备、游艇和工作船、船用设备)、一般机械部件(包括工业制造机械、重型移动机械或设备、安装设备、工业设备产品、金属制品、轮胎制品)、机电或电子部件(包括例如，消费电子产品、安全和/或控制和/或仪器产品、计算和通信设备、半导体、医疗设备和装备)、消费品(包括例如家具、家庭和园艺产品、休闲用品、时尚产品、硬商品零售商的产品、软商品零售商的产品)、包装(包括食品和饮料和烟草、美容和个人护理、家用产品包装)。

机械部件可以使得B-Rep具有相对多的尖锐边。机械部件可以例如是通过车削、开槽、钻孔和/或铣削制造工艺获得的部件。在这种情况下，确定S20可以包括计算轮廓并选择所有尖锐边(例如包括任何边界边)而不选择B-Rep的其他边。图2表示这种部件的示例，并且示出了在这种情况下的结果允许理解部件的3D形状。这是因为诸如孔、凹槽、凹洞之类的功能细节由尖锐边定位，例如尖锐边是由材料去除造成的。可替代地，确定S20可以包括计算轮廓并选择B-Rep的所有边。所生成的2D绘图在2D线中保持非多余，因为预期的机械部件的B-Rep可包括在投影S30之后将变得多余的少量平滑边(即，平滑边是B-Rep表面曲率连续性边，并且可选的是切线连续性边)。

然而，机械部件可以替代地是钣金件，和/或对应于制造过程，该制造过程是冲压和/或铸造过程。冲压钣金件的情况可能与图2中的不同。它们可能不会自然地具有与功能细节相邻的尖锐边，例如因为它们是通过材料变形获得的，而不是材料去除。图13-图18说明了这个方面。图13-图14特别示出了典型的钣金件。图15-图17示出了用于汽车工业的典型金属冲压件。图18示出了白色组装部件的典型主体。

如果仅绘制B-Rep和轮廓曲线的尖锐边(包括边界边(如果有的话))，则可能无法正确解释钣金3D形状。相反，显示B-Rep的所有平滑边可能导致其中许多是不必要的。多余的平滑边可能源于CAD系统的拓扑选择，而不是功能动机。图19示出了钣金件的所有边的投影。3D形状是可以理解的，但许多平滑的边是多余的。图20示出了仅具有边界边和轮廓曲线的相同部分，使得可变半径表面难以察觉。显然，仅绘制冲压钣金件的轮廓曲线和尖锐边(包括边界边，如果有的话)无助于理解其实际形状。相反，绘制代表部件的B-Rep的所有边是更好的，但提供了许多多余的边。对于用户的后果是花费大量时间用手擦除无用的边直到绘图正确：没有太多的边和3D形状可以被理解。这种清洁时间是生产力的损失。

因此，该方法在一个示例中可以在S20处确定平滑边并且仅确定有助于理解部件形状的那些平滑边。显示这些边，以及轮廓曲线和尖锐边(包括边界边，如果有的话)，提供了不需要任何进一步清洁并且使部件的形状可以理解的绘图。因此，当通过使用该方法来计算绘图时，不需要手动清洁。节省时间是提高生产力。通过该方法执行的附加计算不会增加CAD系统提供整个绘图的总时间。这使得实现从计算时间的角度来看是透明的。此外，在第一次拍摄时计算正确的绘图允许相关性。这意味着修改输入部分并更新会生成同一绘图的新版本。这样，可以通过自动过程依次更新重新使用绘图的下游应用。图21示出了该方法的这种示例的流程图。可以仅基于表面曲率考虑来执行示例的确定S20。

现在讨论在S10提供的3D建模对象是B-Rep的方法的示例。

在该示例中，在S20处确定并且在S30处投影的连续的3D曲线是以下且仅以下曲线：

i.根据投影S30的视角，对应于3D建模对象的轮廓的所有连续的3D曲线；

ii.在类别i中尚未确定的B-Rep(如果有的话)的所有尖锐(或非平滑)边，例如B-Rep的所有边界边(如果有的话)和B-Rep的所有折痕边(如果有的话)；

iii.可选地，在类别i中尚未确定的B-Rep的所有切线连续但曲率不连续边(如果有的话)；以及

iv.在类别i中(并且可选地在类别iii中)尚未确定的B-Rep的所有可见平滑边(如果有的话)，其中当平滑边遵循与局部曲率变化相关的标准时，认为平滑边是“可见的”。

在该示例中，对于类别iv，确定S20可以包括确定平滑边，该平滑边限定两个相邻面之间的边界，跨过该边界曲率的变化高于预定阈值。这允许掌握可见的平滑边，如稍后将描述的。

在该示例中，相对于这样的相应边界平滑边的相应面的曲率可以是相应面与相应边界平滑边相交的曲线的一个或多个点处的曲率的函数。这允许高效确定S20，如稍后将描述的。相应面与相应边界相交的曲线可以与相应边界平滑边正交地和/或在相应边界平滑边的中点处相交。可选地或另外地，相应面与相应的边界平滑边相交的曲线中的一个或多个点(并且相应面相对于这样的相应边界平滑边的曲率是其函数)可以包括相应面与相应边界相交的曲线与相应的边界平滑边和/或曲线的中点相交。这提供了准确的结果。

在该示例中，B-Rep的面可以被处理为参数表面的一部分，并且其上的曲线可以被处理为p曲线(就处理的数据结构而言)。这允许计算的效率。

现在讨论根据该示例的确定S20的示例实现方式。

轮廓曲线、尖锐边、平滑边

在示例实现中，平滑边是具有两个相切相邻面的内边。尖锐边是边界边或具有两个非切线相邻面的内边。轮廓点是视图方向D和B-Rep法线向量之间的标量积的符号改变的位置。正式定义如下。注意N(P)在点P处B-Rep的法向量。然后，如果对于任意小的ε＞0，存在B-Rep的两个点Y和Z，使得‖X-Y‖≤ε,‖X-Z‖≤ε,<N(Y),D>＞0and<N(Z),D>＜0，则B-Rep的点X是轮廓点。该定义包括位于尖锐边上的轮廓点，其中未定义法线向量。

轮廓曲线是由所有轮廓点组成的曲线。图22-图23说明了每种情况。

共享边的平滑度匹配

考虑由其两个相邻面F₁和F₂共享的边E。计算机辅助设计环境中，三种类型的匹配平滑度是相关的：切线不连续性、切线连续和曲率连续。设计者可以使用反射线来分析匹配平滑度。该过程提供了一种模拟物理反射现象的可视和直观的工具。

反射线比表面平滑度低一倍。这意味着在匹配是连续但不是切线连续的情况下，反射线不连续(图24)，其中匹配是切线连续而不是曲率连续(图25)，反射线不是切线连续的(它表征尖锐点)并且匹配是曲率连续的(图26)，反射线是切线连续的。

高曲率变化

另一种类型的连接几何形状与示例实现相关。确定S20可以直接确定轮廓和所有尖锐边，从而掌握图24和图25中表示的反射线的视觉特性，并允许它们在S30处投影。现在，平滑边(对应于图26)有时可能与在S30处投影有关。这是它们被称为“可见”的时候。确定S20可以如下检测这种可见性。

考虑三个面F₁、F₂和F₃，使得F₂和F₁之间的匹配以及F₂和F₃之间的匹配都是曲率连续的。尽管曲率是连续的，但是可以检测到连接面F₂上的突然曲率变化。实际上，示例性实现方式能够在薄曲率连续连接(图27)和宽曲率连续连接(图28)之间产生差异。与宽曲率连续连接相反，薄曲率连续连接产生所述突然曲率变化，这产生了柔和的曲率变化。在机械绘图的情况下，可以显示薄连接的边(即，示例中的面F₂的边界边)，并且可以不显示宽连接的边。

三维曲线的曲率

示例实现方式可以利用3D曲线的曲率值。考虑3D空间中的平滑曲线其曲率k(t)由关于弧长的二阶导数定义，如M.P.do Carmo的论文Differential Geometryof curves and surfaces，Prentice-Hall，1976的第16页所述。然而，它可以通过使用下面的公式来在没有明确的弧长的情况下进行评估，其中C′(t)和C″(t)分别是C(·)的一阶导数和二阶导数。

k(t)＝‖<U(t)|V(t)>U(t)-V(t)‖

计算p曲线方向

参数表面是映射符号表示为点(u,v)∈[a,b]×[c,d]处的表面S的切平面是由偏导数矢量和生成的通过点的平面。根据定义，在S的参数空间中，表面S的p曲线是映射(α,β):[a′,b′]→[a,b]×[c,d]。符号是该p曲线通过链接定义3D曲线。

示例实现方式基于表面的切平面中的3D矢量来计算p曲线的方向。p曲线计算是用于计算表面上曲线的有效方法。考虑表面S上的点和M₀处的表面S的切平面中的矢量问题是在表面S上从方向T的M₀开始定义曲线。由于M₀在S上，存在(u₀,v₀)∈[a,b]×[c,d]使得S(u₀,v₀)＝M₀。现在的问题是计算系数λ和μ，使得

T＝λS_u(u₀,v₀)+μS_v(u₀,v₀)

这定义了两个未知数λ和μ以及三个方程的过约束线性系统。通过使用标准代数，解是

Δ＝‖S_u‖²‖S_v‖²-<S_u|S_v>²

然后，p曲线解决了这个问题。实际上，3D曲线显然在表面S上并且使得C(0)＝S(u₀,v₀)＝M₀和C′(0)＝λS_u(u₀,v₀)+μS_v(u₀,v₀)＝T。这在图29中示出。

选择可见的平滑边

平滑边选择是示例实现方式的关键点。

这允许捕获对应于反射线的以下视觉特性的边(如果有的话)：

反射线切线不连续性，

反射线曲率高于预定阈值，以及

包括反射线曲率高于预定阈值的部分的边界

设E是表示机械部分的表皮模型的平滑边，而F₁，F₂是E的相邻面。注意M₀是E的中点，而P是在M₀处面F₁和F₂共用的切平面。注意T₀是M₀处E的切向量。对于i＝1,2，注意T_i是在垂直于T₀的平面P中指向F_i方向的方向。注意C_i是面F_i中的从方向T_i上从M₀开始的曲线。曲线C_i是通过使用前一段的具有面F_i的支撑表面的公式获得的。最后，M_i是曲线C_i的中点，其中i＝1,2。这在图30中示出。

点M处的曲线C的曲率表示为k(C,M)。现在考虑曲率k(C₁,M₀),k(C₂,M₀),k(C₁,M₁)和k(C₂,M₂)。考虑

以及

然后，如果满足以下条件，则选择平滑边E用于可视化

其中R＞0是阈值半径值。该值取决于部件，并且可以如下计算。考虑部件的所有圆形和圆角表面的相应半径值R_i,i＝1,…,n，并设定R＝ρmax{R_i,i＝1,…,n}。系数ρ略大于1，并且用于在曲率变化等于max{R_i,i＝1,…,n}时避免数值不稳定。典型值是ρ≈1.1。冲压件的数量级为R＝30mm，而铸造件的数量级R＝3mm。

预定阈值通常可以对应于在制造机械部件的过程中使用的最大半径R。例如，如果制造机械部件的过程是冲压过程，则R可以是大于10mm和/或小于50mm的值，例如大约30mm。如果制造机械部件的过程是铸造过程，则R可以是大于1mm和/或小于10mm的值，例如大约3mm。这允许通过整合制造过程的相关知识来掌握相关边。

通过使点M₁和M₂远离边E，该方法能够选择实现真正的曲率变化的曲率连续平滑边E。如所预期的，示例实现方式公开了部件的3D形状，同时绘制了更少数量的边。例如，图31中的边E使得k(C₂,M₀)＝k(C₂,M₂)＝0，因为C₂是直线，因为C₁是具有半径R₀的圆。由于可见地，R₀＞R，那么意味着边E未被选择。

图32示出了钣金件的所有边。图33示出了所有边界边和轮廓边。图34示出了所有边界和轮廓边以及通过该方法选择的平滑边。请注意，在3D形状仍然不可理解的情况下，删除了多余的边。

Claims

1.一种用于生成表示机械部件的2D绘图的计算机实现的方法，所述方法包括：

-提供表示所述机械部件的3D形状的3D建模对象；

-确定连续的3D曲线，其中，每个连续的3D曲线表示在所述3D形状上定义的反射线的预定的一组视觉特性的相应实例；以及

-将确定的连续的3D曲线投影在2D平面上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定的一组视觉特性包括：

■末端，

■零阶不连续性，

■切线不连续性，

■高于预定阈值的曲率，和/或

■包括高于预定阈值的曲率的部分的边界。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述3D建模对象是包括边的B-Rep，表示零阶不连续性、切线不连续性、高于所述预定阈值的曲率和/或包括高于所述预定阈值的曲率的部分的边界的所述连续的3D曲线是在所述B-Rep的边之间确定的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，确定连续的3D曲线包括确定曲率连续性曲线，所述曲率连续性曲线限定两个相邻面(F₁,F₂)之间的边界，跨所述边界，曲率(k₁ ^max,k₂ ^max)的变化高于预定阈值

5.根据权利要求4所述的方法，其中，相对于相应边界(E)的相应面(F_i)的曲率(k_i ^max)是所述相应面与所述相应边界(E)相交的曲线(C_i)中的一个或多个点(M₀,M_i)处的曲率的函数(max{k(C_i,M₀),k(C_i,M_i)})。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述相应面与所述相应边界(E)相交的曲线(C_i)与所述相应边界正交地相交和/或在所述相应边界的中点(M₀)处相交。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述相应面是参数表面(S)的一部分，并且所述相应面与所述相应边界(E)相交的曲线(C_i)是所述参数表面的p曲线

8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其中，所述相应面与所述相应边界相交的曲线中的一个或多个点包括点(M₀)，在所述点(M₀)处，所述相应面与所述相应边界相交的曲线与所述相应边界和/或所述曲线的中点(M₁)相交。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中，所述预定阈值对应于在制造所述机械部件的过程中使用的最大半径(R)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，制造所述机械部件的过程是冲压过程，并且所述最大半径是大于10mm和/或小于50mm的值，例如大约30mm。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，制造所述机械部件的过程是铸造过程，并且所述最大半径是大于1mm和/或小于10mm的值，例如大约3mm。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述机械部件是钣金件。

13.一种包括用于执行如权利要求1至12中任一项所述的方法的指令的计算机程序。

14.一种其上记录有如权利要求13所述的计算机程序的计算机可读存储介质。

15.一种包括耦合到存储器的处理器的系统，所述存储器上记录有如权利要求13所述的计算机程序。