CN109716276B - 访问三维模型中视觉上被遮挡的元素的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种提供对计算装置的屏幕上的三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问的方法。该方法在计算装置的屏幕上显示三维模型的示出至少一个可见元素的视平面。所述至少一个可见元素至少部分地遮挡所述三维模型的至少一个在视觉上被遮挡的元素。该方法还在屏幕上的与所述三维模型的所述至少一个可见元素相关联的位置处定义一区域。响应于与该区域相关的输入，该方法将所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示叠加在所述视平面上。

Description

访问三维模型中视觉上被遮挡的元素的系统和方法
技术领域
本发明涉及访问显示装置上的三维模型中视觉上被遮挡的元素，并且更具体地，涉及针对使用计算机辅助设计(CAD)创建的三维模型提供这种访问的系统和方法。
背景技术
设计、建设以及管理大规模资本项目(如加工厂(例如，炼油厂和制药厂)、发电厂(例如，燃煤发电设施)、船舶(例如，军用航运、游轮或货船)，以及海上石油平台)需要协调过程和配置数据，其规模比较小的常见项目(例如，建造并销售十间房屋)要大几个数量级。因此，大规模资本项目通常需要更加全面的生产和管理解决方案。
响应于这种需求，本领域技术人员已经开发了综合厂级设计程序(例如，由阿拉巴马州(Alabama)亨茨维尔(Huntsville)的Intergraph公司分销的
Figure BDA0001898743280000011
Enterprise)，其专门针对这种大型资本项目的严格要求进行配置。尤其是，这种类型的厂级设计程序可以被实现为广泛的应用套件，其管理大规模资本项目的大部分或全部阶段，从初始概念到设计、施工、移交、维护、管理，以及退役。
厂级设计程序通常生成其项目的详细3D可视化。令人不快的是，这种可视化通常具有许多在相对较小的监视器(如平板电脑或其它便携式装置上的监视器)上难以看到的组件。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供了一种方法，其提供对计算装置的屏幕上的三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问。该方法在计算装置的屏幕上显示三维模型的示出至少一个可见元素的视平面。所述至少一个可见元素至少部分地遮挡住了该三维模型中的至少一个视觉上被遮挡的元素。该方法还在屏幕上与所述三维模型的所述至少一个可见元素相关联的位置处定义一区域。响应于与该区域相关的输入，所述方法将所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示叠加在所述视平面之上。
在一些实施方式中，所述至少一个视觉上被遮挡的元素包括三维模型中与由(1)所述区域、(2)屏幕上的所述位置以及(3)与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素。
此外，为了叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示，所述方法可以显示在视觉上被所述至少一个可见元素遮挡住的第一元素的表示，并且显示在视觉上被该第一元素遮挡住的第二元素的表示。所述方法可以在所述输入的持续时间超过阈值时段之后，显示所述第一元素的表示；并且在所述输入的持续时间超过接着的第二阈值时段之后，显示所述第二元素的表示。所述方法还可以在屏幕上的所述位置处接收第二输入；并且在所述第二输入的持续时间超过所述阈值时段之后，从显示中去除所述第二元素的表示。
在各种实施方式中，为了叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示，所述方法以直线或圆形配置显示所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
所述方法还可以接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；接收对屏幕上针对所述区域的所述位置的更新；识别出至少一个视觉上被遮挡的元素，所述至少一个视觉上被遮挡的元素(1)联接至所选择的元素并且(2)与由屏幕上的所述区域、更新的位置，以及与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交；以及将至少一个识别出的元素的表示叠加在所述视平面上。所述至少一个视觉上被遮挡的元素可以经由电或管路连接联接至所选择的元素。
为了叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示，所述方法可以在所述三维模型中显示表示一元素联接至至少一个其它元素的图标。所述方法还可以接收对所述图标的选择；并且在所述视平面上叠加联接至与所述图标相关联的元素的元素的至少一个表示。
在一些实施方式中，所述方法接收调节所述区域的位置的指令；将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型中与由(1)所述区域的经调节的位置、(2)所述屏幕上的经调节的位置，以及(23)与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；以及将所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示叠加在所述视平面上。在其它实施方式中，所述方法可以接收调节所述区域的尺寸的指令；将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型中与由(1)经调节的区域和(2)与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；以及将所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示叠加在所述视平面上。
所述方法还可以响应于与所述区域相关的输入，存储与所述视平面垂直的矢量；接收来自用户的指令以改变所述三维模型的视平面的取向；以及基于所存储的矢量来约束对所述视平面的更改。
所述方法还可以接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；以及显示可用于向所选择的元素应用的功能菜单。所述功能菜单可以包括查看所选择的元素的属性、编辑所选择的元素、删除所选择的元素以及显示与所选择的元素相关的元素中的任一项。对于最后一个功能，所述相关的元素可以是电连接或管路连接。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种移动计算装置，该移动计算装置被配置成提供对三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问。所述装置包括触摸屏、处理器以及存储由该处理器执行的指令的存储器。所述触摸屏被配置成接收来自用户的触摸输入，所述触摸屏被配置成显示三维模型的示出至少一个可见元素的视平面，所述至少一个可见元素至少部分地遮挡住该三维模型中至少一个视觉上被遮挡的元素。当所述处理器执行存储在存储器中的指令时，所述处理器使所述移动计算装置，在屏幕上与所述三维模型的所述至少一个可见元素相关联的位置处定义一区域；并且响应于与该区域相关的输入，将所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示叠加在所述视平面上。所述处理器还执行指令以使所述移动计算装置执行本文所述的任何其它功能。
附图说明
结合附图，通过参照下面的详细描述，将更容易理解实施方式的前述特征，在附图中：
图1A和图1B分别描绘了可以在本发明的例示性实施方式中使用的大规模资本项目的一部分和制造项目的一部分；
图2描绘了根据本发明例示性实施方式的提供对计算装置的屏幕上的三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问的示例性方法；
图3描绘了3D模型的示例性视平面；
图4是示范3D模型中的一个元素可以如何在视觉上遮挡该模型的其它元素的示意图；
图5描绘了用于调用用于访问图4的示例性3D模型中视觉上被遮挡的元素的功能的示例性手势；
图6描绘了用于定义3D模型的一部分以供研究的示例性区域；
图7描绘了3D模型中视觉上被遮挡的元素的叠加表示的示例性直线配置；
图8描绘了3D模型中视觉上被遮挡的元素的叠加表示的示例性圆形配置；
图9示意性地例示了在例示性实施方式中随着将新的表示添加至该显示而围绕圆形配置旋转视觉上被遮挡的元素的表示；
图10描绘了在本发明的例示性实施方式中选择元素的表示；
图11描绘了在例示性实施方式中确认选择图10中的元素；
图12描绘了可以应用于所选元素的示例性功能菜单；
图13和图14描绘了在例示性实施方式中选择元素的多个表示；
图15描绘了表示元素联接至其它元素或包括复合对象的示例性图标；
图16描绘了根据例示性实施方式的用于定义3D模型的一部分以供研究的区域的尺寸调整；以及
图17和图18描绘了用于显示3D模型的视平面和视觉上被遮挡的元素的表示的示例性装置。
具体实施方式
厂级设计程序已成为可视化复杂三维(3D)结构的有用工具。通过选择、定位和/或相互关联元素，用户可以创建三维模型(这里也称为“3D模型”)。用户可以通过平移(panning)、倾斜、旋转、缩放或以其它方式操纵模型的视图来观察3D模型的不同视平面。不管怎样，用户都可以在任何给定时间仅观察3D模型的二维表示，并且在任何给定视平面中，仅一些元素对用户可见；其余元素部分或完全在视觉上被遮挡。
为了使用常规方法观察这些被遮挡元素，用户必须修改视平面的取向和位置，以有效地放大和/或围绕3D模型旋转，直到所关注元素变得可见。如果模型复杂或密集，那么导航3D模型可能很困难。而且，由于在视平面中更改模型的比例，用户可能会丢失模型内元素的背景，或者由于失去关于所关注元素与模型的其它元素之间的关系或者元素与整体模型之间的关系的视角。在其它常规方法中，用户可以应用过滤器以从显示中去除遮挡所关注元素的元素。然而，该方法要求程序提供复杂或可扩展图形用户界面，用户操纵这些界面来配置要应用的过滤器。当厂级设计程序或计算机辅助设计(CAD)软件被执行或输出至具有有限尺寸的屏幕的移动计算装置时，在这种程度上显示附加图形可能是不合需要的。
本发明人通过开发将视觉上被遮挡的元素的表示叠加在3D模型的视平面上的系统和方法来解决这些问题。尤其是，本发明的例示性实施方式使用来自用户的规定输入来标识/定位某些关注的视觉上被遮挡的元素以供显示。然后，该系统和方法将被遮挡的元素的表示叠加在视平面上，并准许用户选择这些叠加的元素中的一个或更多个以供进一步研究。以这种方式，如常规系统所要求的，用户可以访问3D模型中视觉上被遮挡的元素而无需以麻烦的方式导航模型本身。
为此，图2示出了根据例示性实施方式的提供对计算装置的屏幕上的三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问的方法。该方法可以由计算装置本身或与计算装置通信的远程服务器(这里也称为“系统”)来实现。
例示性实施方式可以使用诸如厂级设计程序、CAD程序或装配设计程序的设计程序来实现该方法。图1A(以及其它图)总体上示出了可以实现被用于本发明的例示性实施方式中的大规模资本项目10(更一般地说，“资本项目10”)的一个示例的一部分。更具体地说，如本领域技术人员所知，资本项目10通常是为建设、增大、添加或改进高资本密集型项目而进行的长期投资-其需要大量的金融资本和劳动力资本来进行，并且通常需要数年才能完成。资本项目10通常由其相对于需要较少计划和资源(例如，建造房屋或卡车)的其它投资的大规模成本来定义。私营部门和公共部门都可以参与资本项目10。资本项目10的一些例子包括开发和维护炼油厂、发电厂、船舶、海上石油平台、水坝以及工厂。
图1中所示的资本项目10是发电厂，其如本领域技术人员已知的，具有大量不同的组件，它们协作以实现其发电功能。例如，除其它外，该图的发电厂有多个大小建筑物、烟囱、管道、阀门、燃料箱、梯子以及电气系统。实际上，设计、建设以及维护这样一个项目需要大量的规划和协调。在没有仔细的规划和协调的情况下，发电厂可能永远不会建造成或运营。
为此，本领域技术人员已经开发了先前提到的厂级设计程序/产品(“厂级设计程序”)以帮助规划/设计、开发、维护以及退役资本项目10，如图1所示。如上所述，一种如此广泛使用的厂级设计程序已知为
Figure BDA0001898743280000061
Enterprise product(下文中，“
Figure BDA0001898743280000062
产品”)，其由阿拉巴马州亨茨维尔的Intergraph公司分销的。以类似于其它此类产品的方式，
Figure BDA0001898743280000063
产品至少具有以下相互关联的功能和组件：
3D建模和可视化，
工程和示意图，
信息管理，
采购、制造以及建筑，
与其它专有和开放系统开放式集成。
此外，除了大规模的资本项目以外，本发明的例示性实施方式还可以应用于较小规模的不太复杂项目。例如，本文所述主旨可以应用于制造系统，如图1B中示出的系统11。此类项目可以在诸如由Dassault Systèmes SolidWorks Corporation of Waltham,Massachusetts提供的Solidworks或者由Siemens PLM Software of Plano,Texas提供的NX Software的程序中开发。
因此，图2的方法从在计算装置(例如，智能手机或平板电脑)的屏幕上显示三维模型的视平面开始(步骤201)。例如，三维模型可以表示在某个施工阶段期间的发电厂。这样，视平面可以示出至少一个可见元素，其至少部分地在视觉上遮挡三维模型的至少一个其它元素。
作为示例，图3示出了本发明的例示性实施方式可以使用的3D模型的视平面305。为生成视平面(如图3中的视平面)，用户通过平移、倾斜、缩放、旋转或它们的任何组合以常规方式操纵3D模型的视图。该图示出了在这个给定视平面中各种元素有多少可见。然而，这些可见元素可能在视觉上遮挡3D模型的其它元素。例如，图4例示了3D模型中的元素405、410、415和420。尽管这些元素在这个图中都是可见的，但如果从视平面400观看3D模型，那么元素405会在视觉上遮挡住元素410，元素410将至少部分地遮挡元素415，等等。
用户可以应用输入来调用用于访问视觉上被遮挡的元素的功能。例如，用户可以通过按顺时针运动沿弧线旋转他或她的手指来将单指或双指手势404应用于触摸屏，如图4中所描绘的。然而，用户可以生成另一类型的输入，如三击或单指旋转运动。
响应于该输入，系统显示区域605，如图6中的圆圈。区域605圈住(circumscribe)三维模型中的至少一个可见元素。用户操纵区域605，从而将屏幕上的区域定义至系统(步骤205)。通过在所关注元素上尺寸调整和/或定位区域605，用户可以有效地选择3D模型的一部分以供进一步研究。
尽管图6中描绘的区域605是圆形的，但区域605可以是具有任意数量边的多边形形式(例如，三角形、矩形或六边形)，或者用户可以将区域605的边界改变成另一希望的形状因子。在一些实施方式中，也可以使用不规则形状的区域605。而且，区域605可以是用户选择的单个点。因此，对特定区域605的讨论不旨在限制本发明的各种实施方式。
响应于与用于访问视觉上被遮挡的元素的指令相对应的后续用户输入，系统将视觉上被遮挡的元素的视觉表示叠加在视平面上(步骤210)。具体来说，系统尤其是基于区域605来标识一个或更多个视觉上被遮挡的所关注元素。例如，在系统接收到用于访问视觉上被遮挡的元素的指令(在下面更详细地描述)之后，系统可以存储与3D模型的视平面垂直的矢量，并且使用该矢量和区域605来标识用于视觉上被遮挡的所关注元素用于潜在的显示。
图4示出了与视平面400垂直的示例性矢量450，它与区域401对准。为了确定要叠加在视平面400上的内容，系统可以标识3D模型的每个元素405、410、415、420，其至少部分地与由区域401定义的体积460相交。具体来说，该体积460由沿X和Y方向的区域401和由沿Z方向的矢量450定义。因此，该体积460内的所有元素都可以通过上述处理访问，而不管它们是否可见、部分被遮挡或者被一个或更多个元素完全遮挡。在该示例中，元素405、410、415、420都在体积460内，因此可以通过步骤210显示。在一些实施方式中，系统还将定位仅部分处于该体积460内的元素。
另外，用于访问视觉上被遮挡的元素的初始指令可以提示系统仅对该体积460中的元素应用进一步的访问指令。例如，当系统叠加来自该体积460的视觉上被遮挡的元素的附加表示时，用户可能希望进一步探索一个特定元素。用户可以通过旋转和放大3D模型来改变视平面400，使得先前被遮挡的元素可见。因此，改变视平面400改变了垂直矢量450和区域401的位置，但是用户可能还没有结束他或她对体积460内包含的元素的研究。因此，响应于初始指示，即使用户改变视平面以收集有关所关注元素及其邻近元素的进一步信息，系统也可以继续使体积460中的元素成为用户研究的焦点。
在标识与体积460相交的一个或更多个元素之后，系统使用后续输入来确定在视平面400上显示或叠加这些元素中的哪些元素。在一个示例中，后续输入可以是用于显示体积460内的所有元素410、415、420的指令。因此，如果该后续输入应用于图4的3D模型，那么系统将同时或依次将元素410、415和420的表示叠加在视平面400上，从而为用户提供对被元素405遮挡的所有元素410、415、420的访问。在一些实施方式中，系统将表示按线性配置705(例如，幻灯片视图)排列这些表示，如图7中所描绘的。然而，也可以使用其它布置，如平铺布局、圆形配置，或本领域普通技术人员应当清楚的任何其它排序。此外，元素的视觉表示可以采用对用户来说可标识和有意义的任何格式和取向。例如，视觉表示可以是其在三维模型内的表示的精确副本。另选地，视觉表示可以包括不同的形状、更低或更高的细节图、字母、数字或其它视觉标记。
在另一示例中，后续输入可以是这样的指令，即，显示在体积460内的规定或更深的深度处的元素，和/或基于这些元素在由区域401定义的体积460内的相应深度来显示它们。因此，如果该输入应用于图4的3D模型的视图，那么系统可以将体积460定义成包含可见元素405和视觉上被遮挡的元素410、415和420。因此，系统首先将元素410的表示叠加在视平面400上。随着用户继续应用该输入，系统随后叠加元素415的表示，然后是元素420的表示。在一些实施方式中，系统可以存储用于这些表示的预定布局，并且随着用户继续应用输入，系统可以用另一种表示填充布局中的每个位置。该布局可以是上面讨论的任何配置。例如，该布局可以是具有固定位置的圆形布局，如图8中所描绘的。
在一些实施方式中，系统可以将每个连续表示定位在同一位置中，将先前叠加元素的先前表示移动至布局中的其它位置。例如，图9示意性地示出了图4的3D模型中的元素的连续表示以顺时针方式旋转的方式。系统叠加元素405的表示405a，接着分别是元素410和415的表示410a和415a。元素的最近显示的表示定位在元素415的表示415a所在的位置。如箭头905和910所示，随着系统显示其它表示，系统将先前显示的表示按顺时针方向移动一个位置。
在一些示例中，系统可以被配置成限制同时显示的表示的数量。如果表示的数量达到该限制，那么系统从显示中去除最早的表示，即按“先入，先出”(FIFO)次序。
在另一示例中，另一后续输入可以是用于显示在体积460内的更浅深度处的元素的指令。仅当系统被配置成限制同时显示的表示的数量时，该输入才可以应用。例如，当系统不再显示关注特定元素的表示，但用户希望返回至该表示时，该输入可以应用。响应该输入，系统去除元素的最近显示的表示并重新显示元素的最近去除的表示，即，按“后入，先出”(LIFO)次序。
与用于显示在体积460内的更深或更浅深度处的元素的指令相对应的任何后续输入可以是用户连续应用或者多个离散时间应用的输入。例如，针对用于显示在体积460内的更深的深度处的元素的指令的输入可以涉及单指手势，其中，用户以顺时针方向环绕区域605的周界跟踪。在一些实施方式中，当用户以连续方式执行手势时，在手势的持续时间超过另一阈值时段之后，系统叠加在体积460内更深的元素的另一表示。例如，利用图9中描绘的针对3D模型的体积460，如果阈值时段是一秒钟，那么系统可以在用户应用该手势达一秒钟之后显示元素410的表示410a，并且在用户应用该手势达又一秒钟之后显示元素415的表示415a。因为连续应用该手势对于用户来说可能不切实际或不灵活，所以用户可以多次应用手势，并且系统可以在手势的累积持续时间超过另一阈值之后显示另外的表示。另选地，系统可以在每次应用手势之后显示另一表示。
针对用于显示在体积460内的更浅深度处的元素的指令的后续输入可以类似于用于显示在更深深度处的元素的指令。例如，如果更深深度指令需要以顺时针方向旋转的手势，那么更浅深度指令可能需要以相反方向(即，逆时针方向)旋转的手势。然而，就像上面提到的手势一样，这些姿势仅仅是示例性的；该系统可以被配置成，识别针对用于显示在更深或更浅深度处的元素的指令的任何类型输入。例如，输入可以是沿顺时针或逆时针运动的双指旋转。此外，输入不必是触摸屏上的用户手势。用户可以通过其它输入装置(如鼠标器)提供输入。例如，用户可以按下鼠标器上的按钮并以顺时针运动移动对应光标，以指令系统显示在体积460内的更深深度处的元素。另选地，用户可以在他或她的手臂或手上安装虚拟现实、增强现实或混合现实输入装置，并使用该装置向系统输入顺时针运动。
而且，用户可以通过其叠加表示来选择元素以向系统提供进一步的功能。例如，图10描绘了用户对一元素的表示1010的选择，并且图11描绘了用户指令1115，其确认了对表示1010的选择(在一些实施方式中，对选择的附加确认可以是可选的)。响应于该选择，系统显示可用于向所选择元素应用的功能菜单。在图12中描绘了示例性菜单1200。用户可以选择菜单1200中的一个或更多个功能以执行多种功能中的任何功能。例如，用户可以选择功能以编辑元素本身、从3D模型中删除元素、将元素移动至3D模型中的另一个位置、导出元素或查看元素的属性。附加功能可以在3D空间中旋转元素的表示。此外，用户可以选择多个元素1305、1405，如图13和图14中所述描绘的，并且如在一些实施方式中所建议的，来自菜单的多个功能可以同时应用于所选择的元素。
在例示性实施方式中，用户可以移动区域605以查看与特定关注元素有关的元素。例如，在定位并选择特定视觉上被遮挡的元素之后，用户可以移动区域605以查看所选元素以机械方式、以电气方式或者以流体方式联接至的元素。当用户将区域605移动至屏幕上的另一位置时，区域605和与视平面400垂直的矢量450定义3D模型内的另一体积，其中包括其它元素。因为用户从原始体积460中选择了元素，所以系统仅关注新体积中的与所选元素联接的元素。从而，用户可以将该区域/体积移动至3D模型上的其它位置，以跟踪与所选元素连接或相关的元素。在一些实施方式中，用户可以调用针对所选元素的菜单以指定联接的类型。接着，随着用户在屏幕各处移动区域605，系统可以以按用户指定的方式显示联接至所选元素的不同元素的表示。
在一些实施方式中，当元素联接至其它元素或包括复合对象时，系统在该元素的表示附近显示图标，以提醒用户这种关系。例如，图15示出了与管道1510有关的图标1505。通过告知用户该元素的特征，用户可以更有效地导航3D模型。在一些实施方式中，图标1505仅使用户注意到元素可能具有值得注意的特征。
在其它实施方式中，用户可以选择图标1505以命令系统显示联接至管道1510的元素。随后，当用户在屏幕各处移动区域605时，系统显示联接至管道1510的对应体积460中的元素的表示。另选地，响应于用户选择图标1505，该系统叠加了与管道1510既流体连通又物理接触的元素的表示。通过选择这些元素中的一个，用户有效地选择要研究的流体路径。响应于进一步的用户输入(例如，用于显示在3D模型内更深深度处的元素的相同输入，或另一输入(若需要的话))，系统识别出联接至所选元素的元素并将它们叠加在视平面400上。以这种方式，系统可以使得用户能够通过3D模型的一部分来跟随电气连接、管路连接或其它类型的连接。
如果图标1505表示该元素包括较小的复合对象，那么选择图标1505可以使系统在视平面400上叠加每个复合对象的表示。在一些实施方式中，用户可以提供输入，使得系统按照其在体积460内的深度的次序叠加元素的表示。
以类似方式，本发明的各种实施方式准许用户重新定义3D模型的一部分以进行研究。如前所述，当用户应用初始指令来访问视觉上被遮挡的元素时，系统可以标识1)3D模型的每个元素，其至少部分地与由区域605定义的体积460相交，2)区域605在屏幕上的位置，以及3)与3D模型的视平面400垂直的矢量450。在一些实施方式中，如果用户没有改变视平面400的取向、位置或尺寸，那么将区域605移动至屏幕上的另一位置的动作基于新的屏幕位置、该区域以及存储矢量重新定义了体积460。这样，这个新体积460如上所述可以标识该体积460中的新的部分相交元素。
图16示出了重新定义3D模型的其中用户调整区域605的大小的部分的另一方法。用户可以应用手势1605来扩大区域605的尺寸，但可以使用其它手势来减小其尺寸。另选地，用户可以通过输入不同边界(如改变该区域的形状)来重新定义该区域。
此外，用户可以命令系统重置用于研究3D模型的视觉上被遮挡的元素的所有参数(系统可以被配置成将任何给定输入识别为该指令)。作为响应，系统可以删除针对区域605的任何形状因子或位置，以及用户先前相对于视平面400定义区域605时所存储的任何矢量450。用户可以以本文所述的任何方式或者对于本领域普通技术人员显见的方式来改变视平面400，以从其它视角观察3D模型。因此，当用户接下来定义另一区域605以供研究3D模型的视觉上被遮挡的元素时，系统再次存储与当前视平面400垂直的矢量450，并使用矢量450来定义3D模型的用于研究的体积460。
在一些实施方式中，该系统和方法可以被概念化为钻入3D模型中的螺旋钻，其从用户定义的区域605开始并且沿与矢量450(其垂直于视平面400)对准的方向继续。因此，这些实施方式被概念化成钻出贯穿模型的核心920，如图9中所描绘的。随着钻孔穿透3D模型，系统按照概念化螺旋钻遇到元素的次序显示每个元素的表示。以类似的方式，区域605可以被解释为供用户操纵的图形旋钮，以控制视觉上被遮挡的元素的显示。例如，用户可以使用手势沿一个方向转动旋钮以使系统更深地钻入核心920，并且沿相反方向转动旋钮以缩回核心920。
可以在触觉计算装置上实现该系统的各种实施方式。图17示出了可以实现各种实施方式的示例性触觉计算装置1700。触觉计算装置1700包括触摸屏，该触摸屏具有联接至传感器1711的屏幕1709。如本领域技术人员所知，传感器1711响应施加至屏幕1709的部分的压力或其它接触，并将对应于屏幕1709上的位置的信号发送至处理器1715。在执行由存储器1720加载的指令时，处理器1715解释信号以确定对应于触摸输入的指令。触觉装置可以是移动计算装置，如智能电话或平板电脑。另选地，触觉装置可以是大格式装置，例如由华盛顿州(Washington)雷蒙德市(Redmond)的微软公司(Microsoft Corporation)制造的Surface Hub。
然而，其它实施方式也可以在非触觉计算装置上实现，如图18中描绘的装置1800。该计算装置1800包括用户输入装置1811，如鼠标器、键盘、光学装置，或本领域普通技术人员应当清楚的任何其它输入装置。用户控制该用户输入装置1811以在屏幕1809上移动对应光标，由此用户可以输入以供处理器1815解释的指令。
当然，如上所述，应用生成三维模型以实现各种实施方式。该应用可以在本地计算装置上本地执行，或者可以远程执行，如在服务器或其它远程装置上执行。在前一情况下，本地计算装置(例如，移动装置)加载三维模型，接收用户输入，并相应地处理三维模型。在后一情况下，本地计算装置可以有效地用作远程装置的瘦客户端。本地计算装置接收用户指令并将它们发送以供远程装置处理。远程装置加载3D模型并在其上操作，并发送图像数据以在本地计算装置上显示。
本发明的各种实施方式可以至少部分地采用常规计算机编程语言来实现。例如，一些实施方式可以采用过程化编程语言(例如，“C”)，或者采用面向对象编程语言(例如，“C++”)来实现。本发明的其它实施方式可以被实现为预配置的独立硬件元素和/或预编程硬件元素(例如，专用集成电路、FPGA以及数字信号处理器)，或其它相关组件。
在另选实施方式中，所公开的装置和方法(例如，参见上述流程图)可以被实现为供与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这种实现可以包括固定在诸如计算机可读介质(例如，软盘、CD-ROM、ROM或固定盘)的有形非暂时介质上的一系列计算机指令。该系列计算机指令可以具体实施先前参照该系统描述的全部或部分功能。
本领域技术人员应当清楚，这种计算机指令可以采用许多编程语言来编写，以供与许多计算机架构或操作系统一起使用。而且，这种指令可以存储在存储器装置中，如半导体、磁性、光学或其它存储装置，并且可以利用诸如光学、红外、微波或其它传输技术的任何通信技术来传送。
除其它方式之外，这种计算机程序产品可以作为具有附随打印或电子文档(例如，收缩包装软件)的移动介质分发，利用计算机系统预先加载(例如，预先加载在系统ROM或固定盘上)，或者通过网络(例如，因特网或万维网)从服务器或电子公告板分发。实际上，一些实施方式可以在软件即服务模型(“SAAS”)或云计算模型中实现。当然，本发明的一些实施方式可以被实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的组合。本发明的另一些实施方式被全部实现为硬件，或全部实现为软件。
上述本发明的实施方式仅仅是示例性的；许多变型例和修改例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所有这些变化和修改旨在落入任何所附权利要求中定义的本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种移动计算装置，该移动计算装置被配置成提供对三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问，所述装置包括：
触摸屏，该触摸屏被配置成接收来自用户的触摸输入，所述触摸屏被配置成显示所述三维模型的视平面，所述视平面示出至少一个可见元素，所述至少一个可见元素至少部分地遮挡所述三维模型的至少一个视觉上被遮挡的元素；
处理器；以及
存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时，使所述移动计算装置：
在所述触摸屏上的与所述三维模型的所述至少一个可见元素相关联的位置处定义一区域；并且
响应于与所述区域相关的输入，在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示，
其中，所述处理器被配置成执行指令，以将所述至少一个视觉上被遮挡的元素定义成包括所述三维模型的与由所述区域、所述触摸屏上的所述位置以及与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
显示在视觉上被所述至少一个可见元素遮挡的第一元素的表示；并且
显示在视觉上被所述第一元素遮挡的第二元素的表示。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
在所述输入的持续时间超过阈值时段之后，显示所述第一元素的表示；并且
在所述输入的所述持续时间超过接着的第二阈值时段之后，显示所述第二元素的表示。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收在所述触摸屏上的所述位置处的第二输入；并且
在所述第二输入的持续时间超过所述阈值时段之后，从显示中去除所述第二元素的表示。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
按直线或圆形配置显示所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；
接收对所述触摸屏上针对所述区域的所述位置的更新；
识别出至少一个视觉上被遮挡的元素，所述至少一个视觉上被遮挡的元素联接至所选择的元素并且与由所述区域、所述触摸屏上的更新后的位置以及与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交；并且
在所述视平面上叠加至少一个所识别出的元素的表示。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个视觉上被遮挡的元素经由电气连接或管路连接联接至所选择的元素。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以显示表示元素联接至所述三维模型中的至少一个其它元素的图标。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收对所述图标的选择；并且
在所述视平面上叠加与关联于所述图标的元素相联接的元素的至少一个表示。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收调节所述区域的位置的指令；
将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型的与由所述区域的调节后的位置和与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；并且
在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收调节所述区域的尺寸的指令；
将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型的与由调节后的区域和与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；并且
在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
响应于与所述区域相关的输入，存储与所述视平面垂直的矢量；
接收来自用户的指令以改变所述三维模型的所述视平面的取向；并且
基于所存储的矢量来约束对所述视平面的改变。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置成执行指令以：
接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；并且
显示可用于所选择的元素的功能菜单。
14.一种提供对计算装置的屏幕上的三维模型中视觉上被遮挡的元素的访问的方法，该方法包括：
在所述计算装置的所述屏幕上显示所述三维模型的视平面，所述视平面示出至少一个可见元素，所述至少一个可见元素至少部分地遮挡所述三维模型的至少一个视觉上被遮挡的元素；
在所述屏幕上的与所述三维模型的所述至少一个可见元素相关联的位置处定义一区域；以及
响应于与所述区域相关的输入，在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示，
其中，所述至少一个视觉上被遮挡的元素包括所述三维模型的与由所述区域、所述屏幕上的所述位置以及与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示的处理包括：
显示在视觉上被所述至少一个可见元素遮挡的第一元素的表示；以及
显示在视觉上被所述第一元素遮挡的第二元素的表示。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，显示所述第一元素和所述第二元素的表示的处理包括：
在所述输入的持续时间超过阈值时段之后，显示所述第一元素的表示；以及
在所述输入的所述持续时间超过接着的第二阈值时段之后，显示所述第二元素的表示。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
接收在所述屏幕上的所述位置处的第二输入；以及
在所述第二输入的持续时间超过所述阈值时段之后，从显示中去除所述第二元素的表示。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示的处理包括：
按直线或圆形配置显示所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
19.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；
接收对所述屏幕上针对所述区域的所述位置的更新；
识别出至少一个视觉上被遮挡的元素，所述至少一个视觉上被遮挡的元素联接至所选择的元素并且与由所述区域、所述屏幕上的更新后的位置以及与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交；以及
在所述视平面上叠加至少一个所识别出的元素的表示。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个视觉上被遮挡的元素经由电气连接或管路连接联接至所选择的元素。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示的处理包括：显示表示有元素联接至所述三维模型中的至少一个其它元素的图标。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括：
接收对所述图标的选择；以及
在所述视平面上叠加与关联于所述图标的元素相联接的元素的至少一个表示。
23.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
接收调节所述区域的位置的指令；
将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型的与由所述区域的调节后的位置和与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；以及
在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
24.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
接收调节所述区域的尺寸的指令；
将所述至少一个视觉上被遮挡的元素更新成包括所述三维模型的与由调节后的区域和与所述视平面垂直的矢量所定义的体积相交的元素；以及
在所述视平面上叠加所述至少一个视觉上被遮挡的元素的表示。
25.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
响应于与所述区域相关的输入，存储与所述视平面垂直的矢量；
接收来自用户的指令以改变所述三维模型的所述视平面的取向；以及
基于所存储的矢量来约束对所述视平面的改变。
26.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
接收对视觉上被遮挡的元素的表示的选择；以及
显示可用于所选择的元素的功能菜单。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述功能菜单包括查看所选择的元素的属性、编辑所选择的元素、删除所选择的元素以及显示与所选择的元素有关的元素中的任一项。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，显示与所选择的元素有关的元素的处理包括：显示联接至所选择的元素的电气连接或管路连接。
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