CN115935530A - 计算机辅助设计和制造中的零件创建的三维表面图案生成 - Google Patents

Abstract

用于通过三维表面图案生成对零件进行计算机辅助设计和制造的包括经介质编码的计算机程序产品的方法、系统和设备包括：接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及向呈现用户界面的显示装置渲染所述三维特征的所述不同副本的可视化。

Description

计算机辅助设计和制造中的零件创建的三维表面图案生成

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2021年10月4日提交的美国临时专利申请号63/252,083的优先权及权益，所述临时专利申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

本说明书涉及计算机图形应用(诸如将使用增材制造、减材制造和/或其他制造系统和技术制造的物理结构的计算机生成动画制作和计算机辅助设计)中的表面建模。

已经开发了计算机辅助设计(CAD)软件并使用它来生成对象的三维(3D)表示，并且已经开发了计算机辅助制造(CAM)软件并使用它来制造这些对象的物理结构，例如使用计算机数控(CNC)制造技术。CAD软件还包括可以用于重新设计和增强对象的3D零件的软件工具。CAD软件已经与增材制造系统和技术以及减材制造系统和技术结合使用。

增材制造(也称为实体自由成形制造或3D打印)是指在一系列层或横截面中由原始材料构建3D对象的任何制造工艺。增材制造的示例包括熔丝制造(FFF)、选择性激光烧结(SLS)和直接金属激光烧结(DMLS)。

减材制造是指其中通过切除库存材料(通常是比3D对象大的“坯件”或“工件”)的部分从库存材料创建3D对象的任何制造工艺。此类减材制造工艺通常涉及在从粗加工操作、任选半精加工操作和精加工操作开始的一系列操作中使用多个CNC机床切削工具。

发明内容

本说明书涉及在可以作为被设计为使用增材制造、减材制造和/或其他制造系统和技术制造的物理结构的零件的计算机辅助设计中制作三维(3D)几何体。此外，所描述的系统和技术也可以在动画制作程序中实施，所述动画制作程序将零件的3D模型渲染为适当的格式以用于诸如通过数字投影仪进行视觉显示。其他应用也是可能的。

如今的消费品和工业零件通常具有人类设计师创建的复杂特征图案，以便遵循整体设计的曲线。这些图案中的一些图案去除材料，从而允许声音、光、抓地力、热传递或气流与装置一起正常起作用。其他图案添加材料，以实现设计的抓地力和美感。设计这些图案中的许多图案可能非常耗时，因为3D设计和制造工具中的典型图案化工具适用于具有有限图案类型的二维(2D)图案。出于这个原因，图案化工具的用户通常满足于比他们理想地创建的图案更简单(例如，分析不那么复杂)、更不美观的图案。

所描述的系统和技术可以促进创建复杂的特征图案，从而允许用户能够创建在2D和3D表面上添加或去除材料的复杂图案。在一些情况下，复杂图案可以更好地与一个或多个制造约束一致。例如，计算机辅助设计程序的用户界面可以促进用户选择要图案化的3D形状，定义要图案化的3D表面，选择图案类型(例如，网格、三角形、六边形、圆形或放射状图案)，在表面上缩放图案，调整图案的旋转，和/或定义外周边并提供偏移值以限制给定表面上的图案范围。响应于用户通过用户界面定义此类选项，计算机辅助设计程序自动生成可以使用计算机辅助设计程序中的设计工具编辑的3D图案。此外，如果表面被设计工具改变或由于制造策略和/或约束的改变而改变，则可以自动重新生成(例如，使用参数3D建模技术重新计算)3D图案。因此，用户对表面的改变会自动对与该表面相关联的3D图案进行适当的改变。

一般而言，本说明书中描述的主题的一个或多个方面可以体现在一种或多种方法中(以及一种或多种非暂时性计算机可读介质中，所述非暂时性计算机可读介质对计算机程序进行有形编码，所述计算机程序可操作以使数据处理设备执行操作)，所述方法包括：通过计算机辅助设计程序接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；通过所述计算机辅助设计程序生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及通过所述计算机辅助设计程序向呈现所述计算机辅助设计程序的用户界面的显示装置渲染所述三维特征的被映射到所述表面的所述不同副本的可视化。

所述方法(或由数据处理设备根据有形地编码在一种或多种非暂时性计算机可读介质中的计算机程序执行的操作)可以包括：接收包括所述函数的变化的输入；以及根据所述函数的所述变化修改所述三维特征的所述方面。所述方面可以是所述三维特征的尺寸，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入(i)改变所述三维特征的最小尺寸而不改变所述三维特征的最大尺寸，或者(ii)改变所述三维特征的最大尺寸而不改变所述三维特征的最小尺寸。所述方面可以是所述三维特征的偏移，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入改变所述三维特征的中心与所述表面之间的偏移。

所述方法(或由数据处理设备根据有形地编码在一种或多种非暂时性计算机可读介质中的计算机程序执行的操作)可以包括：接收将所述图案类型改变为新图案类型的输入；以及响应于接收到将所述图案类型改变为所述新图案类型的所述输入，将所述函数应用于所述新图案类型以修改所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本。所述方法(或由数据处理设备根据有形地编码在一种或多种非暂时性计算机可读介质中的计算机程序执行的操作)可以包括：接收根据所述表面改变所述函数的所述范围的所述至少一部分到所述三维空间的映射的输入；以及响应于接收到改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的输入，相对于所述表面改变所述三维特征的所述不同副本。改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的所述输入改变所述映射的旋转取向，并且所述改变包括调整所述三维特征的所述不同副本的图案相对于所述表面的旋转。改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的所述输入改变应用于所述表面的周边的偏移，并且所述改变包括相对于所述表面重新定位所述三维特征的所述不同副本。

所述三维零件被设计用于制造，所述表面定义三维轮廓，并且所述三维特征的所述不同副本在预定义制造方向上遵循所述表面的所述三维轮廓以用于构建所述三维零件。所述三维零件被设计用于制造，所述表面定义三维轮廓，并且所述三维特征的所述不同副本在增材制造工艺的局部对准中遵循所述表面的所述三维轮廓以用于构建所述三维零件。所述渲染包括向用于数字投影仪的动画文档渲染所述三维特征的映射到所述三维零件的所述表面的所述不同副本的所述可视化。所述方法(或由数据处理设备根据有形地编码在一种或多种非暂时性计算机可读介质中的计算机程序执行的操作)可以包括：使用所述三维特征的所述不同副本为计算机控制的制造机器生成刀具路径规范；以及使用为所述计算机控制的制造机器生成的所述刀具路径规范来制造所述三维零件，其中所述三维特征的所述不同副本被映射到所述三维零件的所述表面。所述生成根据参数3D建模技术来执行，并且所述方法(或由数据处理设备根据有形地编码在一种或多种非暂时性计算机可读介质中的计算机程序执行的操作)可以包括：接收包括正在被设计的所述三维零件的所述表面的变化的输入；以及根据所述参数3D建模技术来根据所述表面的所述变化重新生成所述三维特征的不同副本。

本说明书中描述的主题的一个或多个方面可以体现在一种或多种系统中，所述系统包括：非暂时性存储介质，所述非暂时性存储介质上存储有计算机辅助设计程序的指令；以及一个或多个数据处理设备，所述一个或多个数据处理设备被配置为运行所述计算机辅助设计程序的所述指令以执行由所述计算机辅助设计程序的所述指令指定的操作；其中所述操作包括：接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及向呈现所述计算机辅助设计程序的用户界面的显示装置渲染所述三维特征的被映射到所述表面的所述不同副本的可视化。

本说明书中描述的主题的特定实施方案可以被实施以实现以下一个或多个优点。

所描述的系统和技术改进了计算机辅助设计的技术领域，并通过辅助用户执行设计新零件的技术任务，提供使用基于计算机的工具大幅减少产品设计时间的技术效果。用户界面可以促进用户选择模型表面和3D特征，并使用可易于调整的图案填充3D特征以获得零件的期望结果。用户无需满足于简单的2D图案(例如，通过选择两个轴、圆形图案、沿着平坦表面的图案化、不符合弯曲表面的图案化或具有相同尺寸的特征的图案化)。相反，用户可以快速创建更复杂的图案，所述图案可以通过编程方式绑定到正在被设计的零件的选定表面。所创建的特征图案可以符合并遵循3D表面的轮廓和/或在尺寸、偏移(例如，零件的穿透或深度)、取向、旋转以及表面上的特征的各个方面的组合方面改变，并且这可以响应于用户界面的一些输入而自动实现。例如，可以基于输入值通过用户界面的界面元素自动产生特征图案尺寸的改变。所描述的系统和技术可以避免需要针对特定表面或模型在多个步骤中手动创建复杂图案，并且可以避免要求程序员编写定制的计算机程序(例如，脚本)来创建每个新图案。此外，通过用户界面创建的图案可以符合和/或遵循表面并且完全参数化、可再现或两者兼而有之。通过CAD程序创建的图案可以提供美观(例如，动画角色的详细的和/或细致的外观)和/或功能性(例如，良好的抓地力、热传递、流体流(诸如气流)、声音和/或光通路等)方面，这些方面可以易于快速添加到要制造的零件的设计或要显示的动画。

本说明书中描述的主题的一或多个实施方案的细节阐述于附图及以下描述中。本发明的其他特征、方面及优点从描述、附图及权利要求书中将变得显而易见。

附图说明

图1示出了可用于设计和制造物理结构和/或使用三维表面图案生成计算机动画的系统的示例。

图2是示出用于生成三维表面图案的过程的示例的流程图。

图3是用于三维表面图案生成的用户界面元素的示例。

图4A至图4F是示出使用圆柱体对象在零件的平坦表面上生成图案的示例的图形渲染。

图5A至图5E是示出使用球体对象在零件的轮廓化表面上生成图案的示例的图形渲染。

图6A至图6D是示出使用圆柱体对象在零件的轮廓化顶表面上生成图案的示例的图形渲染。

图7是包括数据处理设备的数据处理系统的示意图，所述数据处理设备可以被编程为客户端或服务器。

图8A至图8E是示出响应于表面变化而重新生成3D图案的示例的图形渲染。

图9A至图9F是示出修改三维特征的穿透的示例的图形渲染。

图10示出了在各种尺寸属性设置下生成3D图案的示例的图形渲染。

在各个附图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了可用于设计和制造物理结构和/或使用三维表面图案生成计算机动画的系统100的示例。计算机110包括处理器112和存储器114，并且计算机110可以连接到网络140，所述网络可以是专用网络、公共网络、虚拟专用网络等。处理器112可以是一个或多个硬件处理器，所述一个或多个硬件处理器可以各自包括多个处理器核心。存储器114可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者，诸如随机存取存储器(RAM)和闪存RAM。计算机110可以包括各种类型的计算机存储介质和装置(其可以包括存储器114)，以存储在处理器112上运行的程序的指令，所述程序包括计算机辅助设计(CAD)程序116，所述CAD程序实施三维(3D)建模函数，包括在3D零件的表面上生成特征图案。

如本文所使用，CAD是指用于设计满足特定设计要求的物理结构的任何合适的程序，而不管所述程序是否能够与特定的制造装备对接和/或控制所述特定的制造装备。因此，CAD程序116可以包括计算机辅助工业设计(CAID)程序、计算机辅助工程设计(CAE)程序、计算机辅助制造(CAM)程序等。CAD程序116可以在计算机110上本地运行、在一个或多个远程计算机系统150(例如，计算机110可经由网络140访问的一个或多个第三方供应商的一个或多个服务器系统)的计算机上远程运行，或者本地和远程地运行。因此，CAD程序116可以是在两个或更多个单独的计算机处理器上协作地操作的两个或更多个程序，其中在计算机110处本地操作的程序可以通过使一个或多个远程计算机系统150上的一个或多个程序执行卸载处理操作来“向云”卸载处理操作。

CAD程序116在计算机110的显示装置120上呈现用户界面(UI)122，所述用户界面可以使用计算机110的一个或多个输入/输出装置118(例如，键盘和鼠标)来操作。注意，尽管在图1中被示为单独的装置，但是显示装置120和/或输入/输出装置118还可以彼此集成和/或与计算机110集成，诸如集成在平板计算机中(例如，触摸屏可以是输入/输出装置118、120)。此外，计算机110可以包括虚拟现实(VR)或增强现实(AR)系统或者是其一部分。例如，输入/输出装置118、120可以包括VR/AR输入手套118a和/或VR/AR头戴式设备120a。

如上所述，CAD程序116实施3D建模功能，这意味着可以使用CAD程序116构建3D模型132。CAD程序116可以在3D零件的表面上生成3D特征的图案以促进构建3D零件的3D模型132。CAD程序116可以通过辅助用户(例如，工程师或设计师)执行生成以编程方式绑定到正在被设计的零件的选定表面的复杂图案的技术任务来使用基于计算机的工具显著减少3D表面图案设计(和重新设计)时间。

CAD程序116可以提供用户界面(UI)122，所述用户界面允许用户选择模型表面和3D特征并使用可易于调整的图案填充3D特征来获得零件的期望输出。CAD程序116可以接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改3D零件的3D特征，以及(iii)正在被设计的3D零件的表面。图案类型的示例包括网格、三角形、六边形、圆形或放射状。3D特征的示例包括圆柱体对象、球体对象、立方体对象、圆锥体对象或棱锥体对象。例如，3D模型132是圆柱体对象的副本的可视化，所述副本被映射到3D矩形主体的平坦表面，以用于修改3D矩形主体(例如，添加到其中或从其中减去)。圆柱体对象已以网格图案类型复制到3D矩形主体的表面上。

CAD程序116可以在定义3D零件的3D空间中生成3D特征的副本。对于3D特征的副本中的至少两个副本(并且任选地对于所有副本)，3D特征的方面(例如，尺寸、取向、旋转、偏移(诸如穿透到零件中)或这些的组合)可以根据应用于图案类型的函数而改变。例如，在3D模型132中，圆柱体对象在中心较大并且尺寸逐渐变小(即，变得更小)，复制的特征就越接近3D矩形主体的表面周边。所述函数可以是连续、离散或分段连续函数。所述函数的范围的至少一部分根据表面映射到3D空间，使得3D特征的副本符合并遵循表面的轮廓。

在一些实施方式中，对于3D特征的副本中的至少两个副本(并且任选地对于所有副本)，3D特征的偏移方面可以根据应用于图案类型的函数而改变。偏移可以被定义为3D特征的中心到3D零件的表面。工业机器或消费品的零件可以包括例如用于农业或食品加工的过滤器或孔，其中用户可能希望改变偏移，例如图案的深度，同时确保3D特征的副本符合3D零件的表面。例如，当使用3D特征切割孔时，3D特征可能会一直穿过3D零件，或者可能不会一直穿过。类似地，当添加3D特征时，用户可能希望控制3D特征相对于表面的位置。CAD程序116可以提供用于配置3D特征的偏移的UI元素，并且偏移可以是统一的或者可以针对3D特征的副本而改变。改变3D特征的偏移方面的更多细节将在下文结合图9A至图9F进行描述。

CAD程序116可以向呈现CAD程序116的UI 122的显示装置120渲染3D特征的映射到表面的不同副本的可视化。例如，用户190可以与CAD程序116的UI 122交互，包括生成圆柱体对象的不同副本的渲染，所述不同副本被映射到3D矩形主体的表面。用户190可以通过UI122构建和修改3D模型132，并且3D模型132可以被存储在3D模型文档130中。在图1的示例中，3D模型132具有3D矩形零件的表面上的圆柱体对象的特定表面图案，但是这仅仅是可以使用本文描述的系统和技术设计的许多可能的3D模型中的一者。可以选择许多不同类型的对象作为3D特征以用于修改3D零件的不同类型的表面(例如，平坦表面或曲面)。

如下文进一步详细描述的，在一些实施方式中，CAD程序116可以接收改变应用于图案类型的函数的输入，并且可以根据函数的变化修改3D特征的方面(例如，尺寸、取向、旋转、偏移或这些的组合)。在一些实施方式中，CAD程序116可以接收输入，所述输入将图案类型改变为新图案类型，根据表面改变函数到3D空间的映射的旋转取向，或改变应用于表面周边的偏移，或这些的组合。作为响应，CAD程序116可以改变特征的副本以生成更新的3D表面图案。

例如，CAD程序116的UI 122可以促进用户在表面上缩放图案，调整图案的旋转，和/或定义外周边并提供偏移值以限制给定表面上的图案的范围。响应于用户通过UI 122定义此类选项，CAD程序116可以使用CAD程序116中的设计工具自动生成可以编辑的3D图案。

在设计零件时，CAD程序116的用户不需要满足于简单的二维(2D)图案。CAD程序116可以促进用户快速创建更复杂的图案，所述图案通过编程方式绑定到正在被设计的零件的选定表面。所创建的特征图案可以符合和/或遵循3D表面的轮廓，并且可以在表面上改变尺寸。该表面图案生成可以响应于对用户界面122的一些输入而自动实现，从而避免需要针对特定表面或模型在多个步骤中手动创建复杂图案。

在一些实施方式中，CAD程序116可以实施制造控制功能。一旦用户190对3D模型132感到满意，3D模型132就可以被存储为3D模型文档130和/或用于生成模型的另一种表示(例如，用于增材制造的.STL文件)。这可以在用户190请求时或者根据用户请求另一个动作(诸如将3D模型132发送到可以如图所示直接连接到计算机110或经由网络140连接的增材制造(AM)机器和/或减材制造(SM)机器170、成型或其他制造机械)来进行。这可能涉及在本地计算机110或云服务上执行的后期处理以将3D模型132导出到制造所依据的电子文档。应注意，电子文档(为了简洁起见将简称为文档)可以是文件，但是不一定对应于文件。可以将文档存储在保存其他文档的文件的一部分中，存储在专用于所讨论的文档的单个文件中，或存储在多个协同文件中。

在任何情况下，CAD程序116都可以向AM和/或SM机器170提供文档160(其具有适当格式的刀具路径规范)以产生与3D模型132的至少一部分相对应的物理结构。AM机器170可以采用一种或多种增材制造技术，诸如颗粒技术(例如，粉末床熔融(PBF)、选择性激光烧结(SLS)和直接金属激光烧结(DMLS))、挤出技术(例如，熔融沉积建模(FDM)，其可以包括金属沉积AM)。在一些情况下，AM机器170直接构建物理结构，并且在一些情况下，AM机器170构建用于铸造或锻造物理结构的模具。因此，零件的制造可能涉及使用成型技术，诸如注塑成型、二次成型、压缩成型、压缩注塑成型和嵌件成型制造工艺。另外，用户190可以保存或传输3D模型132以供后续使用。例如，CAD程序116可以存储包括3D模型132的文档130。

SM机器170可以是在制造工艺中使用的计算机数控(CNC)铣床，诸如多轴、多刀具铣床。例如，CAD程序116可以生成用于机床系统170的CNC指令，所述机床系统包括可用于各种机加工操作的多个刀具(例如，不同尺寸和形状的硬质合金圆刀，以及接收金属嵌件以创建不同切削表面的不同尺寸的嵌件刀具)。因此，在一些实施方式中，CAD程序116向SM机器170提供对应文档160(其具有适当格式的刀具路径规范，例如CNC数控(NC)程序)以用于使用各种切削工具等制造物理结构。

在一些实施方式中，CAD程序116可以提供指令以在第一制造阶段中例如使用直接AM和/或使用锻造和/或铸造方法构建工件，并且CAD程序116还提供指令以在第二制造阶段中对工件进行机加工，例如粗加工和/或精加工操作(例如，在3轴CNC铣削系统中)，以便形成完整的结构。一般而言，可以单独地或组合地采用各种不同的制造系统和技术来产生最终结构，并且CAD程序116可以包括合适的算法以生成刀具路径规范160，以供这些各种系统中的一个或多个系统制造已经使用本申请中描述的系统和技术设计的零件。

在一些实施方式中，CAD程序116可以向用户提供UI工具，所述UI工具使得更容易确保具有所述图案的零件是可制造的。当通过在曲面上制作3D特征的不同副本来创建图案时，CAD程序116可以为用户提供UI工具以基于制造工艺来确定3D特征的副本的取向。3D特征的副本可以直接向下到达或可以取向到曲面上的法线向量，即，3D特征可以取向到给定点处的表面角度。例如，当使用2轴铣削制造零件时，用户可以确定让3D特征直接向下到达表面。作为另一个示例，当使用3D打印或注塑成型来制造零件时，用户可以确定让3D特征在曲面上的点处取向到法线向量。

在一些实施方式中，不涉及物理制造。本文描述的系统和技术适用于任何合适的表面建模软件。动画设计者可以使用CAD程序116来准确且有效地设计符合3D表面的期望图案。因此，在一些实施方式中，CAD程序116可以是动画制作程序，其将3D模型132渲染为适当格式的文档165以用于诸如通过数字投影仪174(例如，用于电影发行的数字影院包(DCP)165)或通过其他高分辨率显示装置进行视觉显示。其他应用也是可能的。

在一些实施方式中，CAD程序116可以生成在计算机模拟和数字原型制作中使用的3D图案。例如，CAD程序116可以自动且有效地生成用于通风的零件的3D图案模型，并且计算机模拟程序可以在流动画、流动分析(例如，计算流体动力学分析)、热分析或这些的组合中使用3D图案的模型，以基于3D图案中的孔的设计和布置方式来确定流动可能如何改变。因此，计算机模拟和/或数字原型制作程序可以通过更好的动画、可视化或对使用CAD程序116创建的3D图案的分析来提供快速且准确的结果。

图2是示出用于生成三维表面图案的过程的示例的流程图。例如CAD程序116接收202输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的三维零件的表面。例如，图案类型可以是网格、三角形、六边形、圆形或放射状图案。正在被设计的零件可以是为制造或动画而设计的零件。

例如，CAD程序116可以接收标识3D特征(例如，圆柱体对象212)的输入，以用于修改三维零件，例如，3D矩形主体210。例如，圆柱体对象212可以用于去除矩形主体210的不同部分。CAD程序116可以接收标识正在被设计的3D零件的表面(例如，3D矩形主体210的平坦顶表面)的输入。CAD程序116可以接收标识图案类型(例如，网格图案类型)的输入。例如，CAD程序116可以包括显示在CAD程序116的显示装置120上的用户界面(UI)元素214，并且UI元素214可以列出各种图案类型，例如，网格、三角形、六边形、圆形。当用户通过UI元素214选择图案类型(例如，网格图案类型216)时，CAD程序116可以接收标识图案类型的输入。

例如CAD程序116生成(204)在其中定义三维零件的三维空间中的三维特征的不同副本。对于三维特征的不同副本中的至少两个副本，三维特征的方面可以根据应用于图案类型的函数而改变。例如，3D特征的方面可以包括尺寸、取向或两者。在一些实施方式中，对于3D特征的所有不同副本，3D特征的方面可以根据应用于图案类型的函数而改变。所述函数可以是连续、离散或分段连续函数。所述函数可以基于表面域中的表面来定义，例如使用具有笛卡尔或径向坐标的UV映射将3D特征放置在曲面上来定义。所述函数可以是线性函数或非线性函数。所述函数的范围的至少一部分可以根据表面被映射到三维空间。因此，3D特征的不同副本可以遵循表面的任何轮廓。

例如，CAD程序116可以在定义3D矩形主体210的3D空间中生成圆柱体对象212的不同副本。使用网格图案类型，CAD程序116可以将圆柱体对象212的副本放置在3D矩形主体210的顶表面上的网格上。图2中示出了圆柱体对象212的不同副本的渲染218。对于3D特征的不同副本中的至少两个副本(或所有副本)，圆柱体对象212的尺寸可以改变。在渲染218中，对于3D圆柱体对象的所有副本，根据使圆柱体对象212的尺寸在中心处较大并且在表面边缘附近较小的函数，改变圆柱体对象212的尺寸。所述函数可以被预编程到CAD程序116中，并且由CAD程序116的UI向用户提供对所述函数的一个或多个控制输入，诸如下文进一步详细描述的。在一些实施方式中，使多于一个函数可用和/或CAD程序116允许用户定义所述函数。所述函数应用于在UI元素214中选择的网格图案类型216。根据3D矩形主体210的顶表面，所述函数的至少一个范围可以被映射到3D空间，并且圆柱体对象的不同副本可以遵循3D矩形主体210的平坦表面的轮廓。

在一些实施方式中，CAD程序116可以确定表面属性。基于表面属性，CAD程序116可以确定应用何种函数。例如，CAD程序116可以确定表面210是平坦的2D表面。如图所示，基于确定表面210是平坦的，CAD程序116可以确定应用线性函数，例如距表面210的中心的径向距离的线性函数。

例如CAD程序116渲染(206)三维特征的不同副本的可视化。例如，CAD程序116可以在显示装置120的UI 122上示出圆柱体对象212的不同副本的渲染220，所述不同副本已被用于从3D矩形主体210去除材料以创建通孔。因此，CAD程序116可以示出已经被3D特征的不同副本修改的3D零件的可视化。修改的示例包括“加入”(例如，将3D特征的副本添加到3D零件)、“剪切”(例如，从3D零件去除3D特征的副本)、“相交”(例如，生成3D特征的副本与3D零件副本的交集)、“新主体”(例如，复制的特征在设计中成为新的3D主体)以及其他可能的修改。图3是用于三维表面图案生成的用户界面(UI)元素300的示例。“操作”UI元素312可以接受标识修改操作的用户输入，诸如“剪切”、“相交”、“加入”、“新主体”。

在一些实施方式中，用户可以选择UI 122(例如，图3中的UI元素300)中的OK按钮，并且CAD程序116可以执行修改，例如，从实体模型去除复制的且不同的特征。例如，CAD程序116可以根据设计图案从正在被设计的零件去除材料。例如，渲染220是3D矩形主体210的可视化，所述矩形主体已被圆柱体对象212的不同副本切割。

图4A至图4F是示出使用圆柱体对象212在零件的平坦表面(例如，3D矩形主体210的平坦顶表面)上生成图案的示例的图形渲染。响应于接收到标识网格图案类型216(例如，三角形图案类型)、圆柱体对象212和3D矩形主体210的平坦顶表面的输入，CAD程序116可以自动产生初始图案并且可以显示具有三角形图案类型的初始图案(如图4A所示)到显示装置120的渲染402，所述渲染作为被映射到零件表面的3D特征(例如，圆柱体对象212)的副本的可视化。初始图案中的3D特征的副本可以具有与3D图案相同的方面，例如，对于圆柱体对象212，尺寸相同。

因为图案已经被映射到实体模型的表面，所以使用计算机辅助设计程序的用户界面控件对该实体模型的选定表面进行的改变可以自动导致对可视化图案进行对应改变。例如，UI 122允许用户使实体模型围绕一个或多个轴旋转以改变实体模型的观察视角。图4B示出了被映射到3D矩形主体的表面的圆柱体对象的副本的不同观察透视图。

在一些实施方式中，CAD程序116的显示装置120可以呈现UI122，其允许用户修改在显示装置120上示出的图案。该UI 122可以包括各种UI元素，诸如几何图案属性对话框，其允许使用输入装置(例如，键盘或鼠标)输入值。

图3是用于三维表面图案生成的用户界面(UI)元素300的示例。UI元素300(例如，也称为“属性对话框”300)可以允许用户输入或改变正在被设计的3D表面图案的一个或多个属性。UI元素300可以包括“表面”元素，其可以接收标识正在被设计的3D零件的表面的输入。用户界面元素300可以包括“对象”元素(例如，球体、圆柱体、框等)和/或由用户定义的“自定义对象”元素，其可以接收标识将用于修改3D零件的3D特征的输入。如上文结合图2所讨论的，用户界面元素300可以包括“分布类型”元素308，其可以接收标识图案类型的输入。用户界面元素300可以包括可以接收标识几何图案属性的输入的一个或多个元素，诸如“取向”302、“旋转对象”303、“尺寸属性”(例如，“尺寸限制1”和“尺寸限制2”304、“扩展”306和“尺寸吸引子”)、“间距类型”、“U距离”、“V距离”、“U对准”、“V对准”、“周边属性”(例如，“偏移周边”和/或“清理周边”310)、“操作”312(例如，修改操作，诸如“剪切”、“相交”、“加入”、“新主体”)、“计算机选项”，等等。

图10示出了在各种尺寸属性设置下例如通过UI元素300中的“尺寸属性”元素生成3D图案的示例的图形渲染。在一些实施方式中，当最大尺寸等于最小尺寸时，例如，当“尺寸限制1”304等于“尺寸限制2”304时，CAD程序116可以生成具有统一尺寸的图案，例如，图案1000。“尺寸吸引子”元素可以定义吸引位置，从所述吸引位置展开尺寸分布。吸引子可以基于边界表示(B-rep)主体或表面、边缘、草图、构造实体或这些的组合。例如，吸引子可以是点、线、曲线等。在一些实施方式中，吸引子可以是用户定义的自定义吸引子。在一些实施方式中，用户可以通过设定“扩展”306的值来定制尺寸的扩展。例如，当“扩展”的值为1.0时，尺寸分布是线性的。当“扩展”的值为负时，CAD程序116可以在确定尺寸分布时反转最小值和最大值。

例如，CAD程序116可以在点1004处使用点吸引子来生成图案1002，其中扩展等于0。CAD程序116可以在曲线1008处使用定制边缘吸引子来生成图案1006，其中扩展等于0。CAD程序116可以在线1012和点1011处使用定制边缘和点吸引子生成图案1010，其中扩展等于0。CAD程序116可以生成图案1014、1016和1018，其中扩展值分别等于10、5和-2。应当理解，提供UI元素的许多变型是可能的，所述UI元素使得用户能够通过改变函数定义的一个或多个部分以及图案类型来容易且快速地定义复杂图案。

返回参考图3，在一些实施方式中，CAD程序116可以在各种对准设置下例如通过UI元素300中的“U对准”和“V对准”元素生成3D图案。对准设置可以基于选定曲面的UV坐标。当图案需要例如在网格图案类型下在表面的一个或多个共享边缘上匹配时，对准设置是有用的。在径向图案类型下，对准设置可能不会影响图案。例如，通过在“U对准”元素中选择三个选项中的一者，用户可以沿着表面的左边缘、沿着U坐标中的表面中心或沿着表面的右边缘对准3D特征的副本。通过在“U对准”元素中选择三个选项中的一者，用户可以沿着表面的顶边缘、沿着V坐标中的表面中心或沿着表面的底边缘对准3D特征的副本。

在一些实施方式中，CAD程序116可以在各种距离设置下例如通过UI元素300中的“U距离”和“V对准”元素生成3D图案。距离设置可以确定附近3D特征的中心之间的距离。取决于选定表面的属性、3D特征或两者的组合，距离可能具有不同含义。距离设置可以包括定义3D特征之间在U方向上的距离的“U距离”元素，以及定义3D特征之间在V方向上的距离的“V距离”元素。例如，图2中的图案218可以在U和V两个方向上具有统一的距离，例如，“U距离”等于0.079英寸，并且“V距离”等于0.079英寸。

在一些实施方式中，CAD程序116可以接受定义3D特征的不同副本在表面上方的分布的用户输入。分布可以将每个3D特征取向到表面的轮廓，或者特征取向可以沿着3D空间中的方向笔直向下。例如，默认情况下，CAD程序116可以生成3D特征的符合弯曲表面的副本。作为另一个示例，CAD程序116可以生成3D特征的遵循自定义方向(例如在3D空间中的x方向、y方向、z方向或旋转方向上)的副本。当要在特定成型方向上制造正被设计的零件时，自定义方向可能是有用的。

在一些实施方式中，用户界面122的UI元素可以包括与在显示器中可视化的图案相关联的图形用户界面(GUI)元素。例如，参考图2，利用由用户创建的图案的可视化呈现在显示装置120上的GUI元素219可以控制图案的放置和/或表面上的3D特征的尺寸。例如，GUI元素219可以用于改变圆柱体的重复图案的高度，因此允许用户将孔(通过在圆柱体与3D模型相交的任何地方自动去除材料而创建的孔)的图案从盲孔轻易改变为通孔。

在一些实施方式中，CAD程序116可以接收包括函数的变化的输入，并且可以根据所述函数的变化修改三维特征的方面。在一些实施方式中，三维特征的方面可以是三维特征的尺寸，并且改变函数的所述输入可以是对用户界面的元素的用户输入，所述用户输入(i)改变三维特征的最小尺寸而不改变三维特征的最大尺寸，或者(ii)改变三维特征的最大尺寸而不改变三维特征的最小尺寸。

在一些实施方式中，CAD程序116可以通过UI元素300上的“尺寸属性”元素接收输入(例如通过接收针对“尺寸限制1”和“尺寸限制2”304中的一个或多个的输入)，所述输入修改3D特征的尺寸。例如，“尺寸限制1”可以是3D特征的最大尺寸。“尺寸限制2”可以是3D特征的最小尺寸。在一些实施方式中，特征的尺寸(例如，最小尺寸和/最大尺寸)可以通过点击并拖动GUI元素中的一者而实时修改和可视化。

例如，参考图4A，渲染402中的初始图案可以具有2.00英寸的最大尺寸(例如，“尺寸限制1”)和2.00英寸的最小尺寸(例如，“尺寸限制2”)，并且因此，初始模式中的圆柱体对象可以具有相同尺寸。图4C示出了在用户修改圆柱体对象的尺寸(例如，将圆柱体对象的最小尺寸改变为0.671英寸，同时保持相同的最大尺寸)之后特征的副本的渲染406。例如，圆柱体对象的最小尺寸可以通过点击并拖动GUI元素(例如，GUI元素405)中的一者来实时修改和可视化。图4D示出了特征的相同副本的与来自另一个取向的渲染406不同的渲染408。将视图的取向改变为直接向下看，更容易看到已在表面上复制的单个特征(例如，圆柱体对象212)如何在中心变大并且尺寸逐渐变小(例如，变得更小)，复制的特征就越接近表面的周边。

在一些实施方式中，CAD程序116可以接收包括函数的变化的输入，并且可以根据所述函数的变化修改三维特征的方面。在一些实施方式中，三维特征的方面可以偏离为三维特征指定的常规位置，并且改变函数的输入可以是对用户界面的元素的用户输入，所述用户输入改变三维特征的中心与表面之间的偏移。偏移可以在三维空间中的一个方向上。在一些实施方式中，3D特征的方面可以是3D特征进入表面的穿透或深度(例如，偏移可以在3D空间的z方向上)，并且偏移可以是3D特征的中心与正在被设计的零件的表面之间的距离。因此，偏移可以确定3D特征的不同副本在符合表面轮廓时在表面上方或下方的深度。3D特征的深度或穿透方面对于一些制造工艺可能很重要，诸如成型，例如塑料成型。CAD程序116可以允许用户例如通过CAD程序116的用户界面122轻易地配置3D特征的穿透，从而提高设计过程的效率并确保正被设计的零件是可制造的。在一些实施方式中，3D特征的方面可以是在U方向或V方向或在3D空间中的方向上的偏移。

图9A至图9F是示出当为反光器设计图案时修改三维特征的穿透的示例的图形渲染。用户可以例如通过UI元素300来选择要用于对零件图案化的3D特征，例如图9A中的自定义单元902。自定义单元902具有棱锥体形顶部904和底部906，并且3D特征的侧视图在图9A中示出。用户可以选择零件的表面，例如，3D主体的球面。CAD程序116可以将自定义单元902的副本添加到3D主体的实体模型的表面。响应于这些选择，CAD程序116可以自动生成初始图案910。初始图案的侧视图在图9C中，并且初始图案的俯视图在图9D中。默认情况下，3D特征的不同副本在表面上的偏移可以是统一的。即，3D特征的中心与零件表面之间的距离可以是相同的值。因为表面是球体形状的弯曲部分，所以当复制的3D特征被放置在表面上时，3D特征的每个棱锥体形顶部904的一部分最终可能位于该球体的表面的下方。这不是反光器的期望图案。

CAD程序116可以接收包括函数的变化的输入，并且可以根据所述函数的变化修改3D特征902的穿透。CAD程序116可以包括根据函数修改偏移的用户界面元素908，所述函数可以用于配置表面上方的穿透偏移。用户可以通过UI元素908提供3D特征的中心与表面之间的最大偏移(例如，UI元素908中的“偏移限制1”元素)、3D特征的中心与表面之间的最小偏移(例如，UI元素908中的“偏移限制2”元素)以及偏移扩展(例如，UI元素908中的“扩展”元素)。用户可以通过UI元素908的“偏移吸引子”来提供用于偏移分布的吸引子。例如，用户可以通过将“偏移限制1”设定为0.0英寸、将“偏移限制2”设定为-0.75英寸、将“扩展”设定为1.4并选择构造平面915作为偏移分布的“偏移吸引子”来定制表面上方的偏移。在配置穿透之后，图案914的侧视图在图9E中，并且图案914的俯视图在图9F中。因此，3D特征902的副本可以对表面具有不同的穿透，使得3D特征的棱锥体形顶部904可以在3D特征的所有不同副本的表面的上方，同时符合表面的轮廓。

在一些实施方式中，CAD程序116可以接收将图案类型改变为新图案类型的输入。响应于接收到将图案类型改变为新图案类型的输入，CAD程序116可以将函数应用于新图案类型以修改三维特征的不同副本中的至少两个副本。在一些实施方式中，CAD程序116可以将函数应用于新图案类型以修改三维特征的所有不同副本。

例如，在尺寸调整之后，如果用户在属性对话框300中选择不同的图案类型(例如，“分布类型”UI元素308)，则图案本身可以改变，同时维持表面上的相同尺寸变化。例如，用户可以在图4A中的初始渲染402中选择网格特征分布类型来代替最初显示的三角形特征分布类型。响应于用户选择网格特征分布类型，CAD程序116可以自动生成图4B中的渲染404。图4E示出了六边形图案类型的渲染410，并且图4F示出了放射状图案类型的渲染412。其它类型的图案分布也是可能的。

在一些实施方式中，CAD程序116可以接收根据表面改变函数的范围的至少一部分到三维空间的映射的输入。响应于接收到改变函数的范围的至少一部分的映射的输入，CAD程序116可以相对于表面改变三维特征的不同副本。在一些实施方式中，改变函数的范围的至少一部分的映射的输入可以改变映射的取向，并且相对于表面改变三维特征的不同副本可以包括调整三维特征的不同副本的图案相对于表面的旋转。

在一些实施方式中，改变函数的范围的至少一部分的映射的输入可以改变应用于表面的周边的偏移，并且相对于表面改变三维特征的不同副本可以包括相对于表面重新定位三维特征的不同副本。

例如，用户界面122可以提供界面元素，例如“偏移周边”UI元素和/或“清理周边”UI元素310，所述界面元素允许用户控制特征图案被允许获得的表面周边的接近程度。例如，用户可以在属性对话框300中选中“清理周边”选项。在点击“清理周边”选项之后，CAD程序116可以去除3D特征的位于3D矩形主体周边附近或外部的不同副本中的某个副本(例如，副本411)。

在一些实施方式中，所述生成可以根据参数3D建模技术执行，并且CAD程序116可以接收包括正在被设计的三维零件的表面的变化的输入，并且CAD程序116可以根据参数3D建模技术来根据表面的变化重新生成三维特征的不同副本。因此，如果表面被设计工具改变或由于制造策略和/或约束的改变而改变，则可以自动重新生成(例如，使用参数3D建模技术重新计算)3D图案。用户对表面的改变可能会自动导致对与该表面相关联的3D图案进行适当的改变。

图8A至图8E是示出响应于表面变化而重新生成3D图案的示例的图形渲染。用户可以例如通过UI元素300来选择要用于对零件图案化的3D特征，例如图8A中的球体对象802。用户可以选择零件的表面，例如，3D主体的椭圆形表面804。CAD程序116可以将球体对象802的副本添加到表面804。响应于这些选择，CAD程序116可以自动生成初始图案。用户可以使用CAD程序116来改变初始图案。例如，用户可以点击并拖动图8B中的GUI元素805(a)以增大3D特征在表面的中间区域中的尺寸(例如，从3mm增大到5mm)，并且可以点击并拖动图8B中的GUI元素805(b)以减小3D特征在表面周边的尺寸(例如，从3mm减小到2mm)，从而产生图8C中的图案808。应当理解，可以在基于文本的UI元素中(例如，在UI元素300、908中)改变的函数方面中的一个或多个方面(或所有方面)可以具有对应的图形UI元素。CAD程序116可以接收包括表面804的变化的输入。表面804可以通过设计工具或由于制造策略和/或约束的改变而改变。例如，表面804的形状可以从椭圆形810变成图8D中的更圆椭圆形811。CAD程序116可以根据表面804的变化重新生成球体表面802的不同副本。CAD程序116可以根据图案的设置(例如，球体对象的尺寸和间距)自动重新生成图8E中的图案812。图案812中的球体对象的数量可以不同于图案808中的球体对象的数量，因为图案化特征自动适应表面的新3D几何形状。

在一些实施方式中，CAD程序116可以向用于数字投影仪的动画文档渲染三维特征的不同副本的可视化。例如，CAD程序116可以向用于数字投影仪(例如，数字投影仪174)的动画文档(例如，DCP165)渲染3D特征的不同副本的至少一部分。

在一些实施方式中，三维零件被设计用于制造，并且表面可以定义三维轮廓。在一些实施方式中，三维特征的不同副本可以在预定义制造方向上遵循表面的三维轮廓以用于构建三维零件。在一些实施方式中，三维特征的不同副本可以在增材制造工艺的局部对准中遵循表面的三维轮廓以用于构建三维零件。

在一些实施方式中，CAD程序116可以使用三维特征的不同副本为计算机控制的制造机器生成刀具路径规范。CAD程序116可以使用为计算机控制的制造机器生成的刀具路径规范来制造三维零件，其中三维特征的不同副本被映射到三维零件的表面。计算机控制的制造机器可以是增材制造机器或减材制造机器，和/或使用其他制造系统和技术的机器。例如，CAD程序116可以使用3D零件的3D模型为计算机控制的制造系统(例如，AM机器和/或SM机器170)生成刀具路径规范，所述3D模型包括被映射到3D零件的表面的三维特征的不同副本。CAD程序116可以使用为制造机器(例如，AM机器和/或SM机器170)生成的刀具路径规范利用计算机控制的制造系统(例如，AM机器和/或SM机器170)制造与建模的3D零件相对应的物理结构的至少一部分。

应注意，图2至图4中的3D表面图案生成只是许多不同类型的表面图案和/或可以使用所描述的系统和技术设计的3D对象的一个示例。可以选择许多不同类型的对象作为用于修改三维零件的三维特征。上述示例适用于具有平坦表面的简单3D矩形主体，但是所描述的系统和技术同样适用于具有复杂轮廓表面的3D主体。

图5A至图5E是示出使用球体对象502在零件的轮廓化表面上生成图案的示例的图形渲染。用户可以例如通过UI元素300来选择要用于对零件图案化的3D特征，例如图5A中的球体对象502。用户可以选择零件的表面，例如，3D主体504的轮廓化表面。CAD程序116可以将球体对象502的副本添加到3D主体504的实体模型的表面。

响应于这些选择，CAD程序116可以自动生成初始图案506并且可以将初始图案506作为被映射到零件表面的3D特征的副本的可视化渲染到显示装置120。因为图案已经被映射到实体模型的表面，所以使用CAD程序116的用户界面控件对实体模型的选定表面进行的改变可以自动导致对可视化图案进行对应改变。例如，用户可以使实体模型围绕一个或多个轴旋转以改变实体模型的观察视角。此外，用户可以改变3D主体504的形状和/或大小，并且图案506将自动将3D特征重新映射到3D主体504的改变的表面。

显示装置120可以在CAD程序116的用户界面122上呈现UI元素(例如，属性对话框或GUI元素)，其允许用户修改示出在显示装置120上的图案。例如，UI元素可以是图3中的属性对话框300，或点击和拖动GUI元素505(a)和/或505(b)。例如，可以点击并拖动GUI元素505(a)以改变表面的中间区域中的特征的尺寸(例如，不改变或基本上不改变表面周边处的特征的尺寸)。可以点击并拖动GUI元素505(b)以改变表面周边处的特征的尺寸(例如，不改变或基本上不改变表面的中间区域中的特征的尺寸)。例如，从图5B中的图案506可以看出，用户可以点击并拖动GUI元素505(a)以增大3D特征在表面的中间区域中的尺寸(例如，从0.25英寸增大到0.277英寸)，并且可以点击并拖动GUI元素505(b)以减小3D特征在表面周边的尺寸(例如，从0.25英寸减小到0.126英寸)，从而产生图5C中的图案508。

在一些实施方式中，用户可以使用属性对话框300中的“扩展”UI元素306(例如，滑块)来将表面上的3D特征的衰减率从较大改变为v小，或从较小改变为较大。例如，从图5C中的图案508可以看出，用户可以拖动“扩展”UI元素306中的滑块以降低衰减率(例如，从1.158降低到1.095)，从而产生图5D中的图案510。其他用户界面元素也是可能的，其控制用于在将特征的副本应用于表面上的图案类型时改变特征的副本的函数。

在一些实施方式中，用户可以选择使用3D特征修改零件的操作。例如，用户可以在“操作”UI元素312中选择“加入”以将3D球体的副本添加到3D主体504。即使在图2和图5的示例中示出了去除(“剪切”)和添加(“加入”)操作，其他操作也是可能的，诸如“相交”和“新主体”(例如，复制的特征变为设计中的新3D主体)。还可以提供其他控制选项，如属性对话框300中所示。

在一些实施方式中，当用户点击属性对话框300中的OK按钮时，CAD程序116可以使用复制的特征的图案来修改实体模型。例如，CAD程序116可以将球体对象502的副本的图案加入到3D主体504，从而产生图5E中的建模零件512。球体的副本的图案可以遵循3D主体504的表面的复杂弯曲轮廓。用户可以在几秒钟的方式完成在图5A至图5E中描绘的整个过程，而使用传统工具将如此多种不同的特征添加到零件的此类复杂表面将是困难的，并且会花费大量时间。

图6A至图6D是示出使用圆柱体对象602在零件606的轮廓化顶表面604上生成图案的示例的图形渲染。用户可以例如通过UI元素300来选择要用于对零件图案化的3D特征，例如图6A中的圆柱体对象602。用户可以选择零件的表面，例如，零件606的轮廓化顶表面604。CAD程序116可以使用圆柱体对象602的副本来修改零件606的实体模型的顶表面604。

响应于这些选择，CAD程序116可以自动生成初始图案608并且可以将初始图案608作为被映射到零件表面的3D特征的副本的可视化渲染到显示装置120。用户可以改变图案类型、调整复制的特征的尺寸以及调整扩展，使得复制的3D特征在其接近选定表面的周边时变得更小。例如，在将图案类型从网格改变为三角形并调整尺寸和扩展之后，CAD程序116可以生成如图6C所示的表面图案610。用户可以在属性对话框300中选择OK按钮，并且CAD程序116可以根据设计的图案从正在被设计的零件606去除材料，例如，从零件606的实体模型去除圆柱体对象602的不同副本，图6D示出了在“剪切”修改之后通过圆柱体对象602的不同副本对零件606的可视化。

图2至图6中的示例表示可以使用所描述的系统和技术对计算机辅助设计程序中的许多不同类型的三维模型进行的改变的类型。所描述的系统和技术可以促进正在被设计的零件的快速和动态图案化(例如，去除材料)，以便允许声音、光、抓地力、热传递、气流或零件的其他方面与待制造零件一起正常起作用。所描述的系统和技术可以促进正在被设计的零件的快速和动态图案化以添加材料，以提供待制造零件的抓地力、美感方面或其他方面。所描述的系统和技术可以通过促进快速创建图案的用户界面向用户提供图案的详细、精细的控制。

图7是包括数据处理设备700的数据处理系统的示意图，所述数据处理设备可以被编程为客户端或服务器。数据处理设备700通过网络780与一个或多个计算机790连接。尽管图7中仅一个计算机被示为数据处理设备700，但是也可以使用多个计算机。数据处理设备700包括各种软件模块，其可以分布在应用程序层与操作系统之间。这些可以包括可执行和/或可解译软件程序或库，包括实施本文所述的系统和技术的一个或多个3D建模程序704的工具和服务。因此，3D建模程序704可以是实施3D表面图案的3D建模功能和生成的CAD程序。

此外，程序704可以实施物理模拟操作(有限元分析(FEA)或其他)、生成设计操作(例如，使用基于水平集的方法进行生成设计)，和/或制造控制操作(例如，生成和/或应用刀具路径规范来执行设计对象的制造)，和/或电影动画制作。所使用的软件模块的数量可能因实施方式而异。此外，软件模块可以分布在由一个或多个计算机网络或其他合适的通信网络连接的一个或多个数据处理设备上。

数据处理设备700还包括硬件或固件装置，包括一个或多个处理器712、一个或多个附加装置714、计算机可读介质716、通信接口718和一个或多个用户接口装置720。每个处理器712能够处理用于在数据处理设备700内执行的指令。在一些实施方式中，处理器712是单线程或多线程处理器。每个处理器712能够处理存储在计算机可读介质716或例如附加装置714中的一者的存储装置上的指令。数据处理设备700使用通信接口718例如通过网络780与一个或多个计算机790通信。用户接口装置720的示例包括显示器、相机、扬声器、麦克风、触觉反馈装置、键盘、鼠标和VR和/或AR装备。数据处理设备700可以将实施与上述程序相关联的操作的指令存储在例如计算机可读介质716或一个或多个附加装置714上，例如硬盘装置、光盘装置、磁带装置和固态存储器装置中的一者或多者。

本说明书中描述的主题的实施方案和功能操作可实施在数字电子电路中，或实现在计算机软件、固件或硬件中(包括本说明书中公开的结构及其等效结构)或它们中的一项或多项的组合中。本说明书中描述的主题的实施方案还可以使用计算机程序指令的一个或多个模块来实施，所述计算机程序指令被编码在非暂时性计算机可读介质上以供数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机可读介质可以是制品，诸如计算机系统中的硬盘驱动器，或通过零售渠道销售的光盘，或嵌入式系统。可以单独地获取计算机可读介质，并且所述计算机可读介质稍后例如在通过有线或无线网络输送计算机程序指令的一个或多个模块之后而被编码有计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基板、存储器装置或它们中的一者或多者的组合。

术语“数据处理设备”涵盖用于处理数据的所有设备、装置和机器，例如包括可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，该设备还可以包括为所讨论的计算机程序产生执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、运行时环境或它们中的一项或多项的组合的代码。此外，该设备可以采用各种不同的计算模型基础设施，例如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。

计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以任何合适形式的编程语言(包括编译语言或解释语言、陈述性或程序性语言)编写，并且它可以任何合适形式(包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序或适于用于计算环境中的其他单元)进行部署。计算机程序不一定与文件系统中的文件相对应。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于正讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机或多个计算机上执行，所述多个计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并由通信网络互连。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行以便通过操作输入数据并生成输出来执行功能。过程和逻辑流程还可以由专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)执行，并且设备还可以被实施为所述专用逻辑电路。

作为示例，适用于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元素是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常，计算机还将包括用于存储数据的一或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或者操作性地耦合以从一或多个大容量存储装置接收数据或将数据传递到一或多个大容量存储装置或这两者。然而，计算机不必具有此类装置。此外，计算机可以嵌入另一个装置中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储装置(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅举几例。适合于存储计算机程序指令和数据的装置包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，包括例如半导体存储器装置，例如，EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)和快闪存储器装置；磁盘，例如，内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或结合在其中。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上执行本说明书中描述的主题的实施方案，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，LCD(液晶显示器)显示装置、OLED(有机发光二极管)显示装置或另一个监视器)以及键盘和指向装置，例如鼠标或轨迹球，用户可以通过所述键盘和指向装置向计算机提供输入。其它种类的装置也可用于与用户交互；例如，提供到用户的反馈可为任何合适形式的感测反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或触觉反馈)；并且来自用户的输入可以按任何合适形式接收，包括声学、语音或触觉输入。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系凭借在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。本说明书中描述的主题的实施方案可以实施在包括以下的计算系统中：后端组件(例如，作为数据服务器)、或中间件组件(例如，应用服务器)、或前端组件(例如，具有图形用户界面或浏览器用户界面的客户端计算机，用户可以通过所述图形用户界面或浏览器用户界面与本说明书中描述的主题的实施方式交互)、或者一个或多个此类后端组件、中间件组件或前端组件的任何组合。系统的组件可以通过任何合适数字数据通信形式或媒介(例如，通信网络)进行互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互联网络(例如，互联网)以及对等网络(例如，自组织对等网络)。

尽管本说明书包含许多实施细节，但这些不应被解释为对正在或可能要求保护的范围的限制，而是对特定于所公开主题的特定实施方案的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方案的背景下描述的某些特征还可以在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的背景下描述的各个特征还可以在多个实施方案中单独地或者以任何适当的子组合来实施。此外，尽管上文可能将特征描述为以某些组合来起作用以及甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或者子组合的变形。

类似地，尽管在图中以特定的次序示出了操作，但是这并不应当被理解为要求此类操作以所示出的特定次序或者以顺序次序来执行，或者执行所有示出的操作来实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上文描述的实施方案中的各种系统组件的分离不应当被理解为在所有实施方案中都要求此类分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常能够一起被集成在单个软件产品中，或者被封装为多个软件产品。

因此，已经描述了本发明的特定实施方案。其它实施方案也在以下权利要求书的范围内。另外，可以以不同的顺序执行权利要求书中叙述的动作，并且仍然实现期望的结果。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

通过计算机辅助设计程序接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；

通过所述计算机辅助设计程序生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及

通过所述计算机辅助设计程序向呈现所述计算机辅助设计程序的用户界面的显示装置渲染所述三维特征的被映射到所述表面的所述不同副本的可视化。

2.如权利要求1所述的方法，其包括：

接收包括所述函数的变化的输入；以及

根据所述函数的所述变化修改所述三维特征的所述方面。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述方面是所述三维特征的尺寸，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入(i)改变所述三维特征的最小尺寸而不改变所述三维特征的最大尺寸，或者(ii)改变所述三维特征的最大尺寸而不改变所述三维特征的最小尺寸。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述方面是所述三维特征的偏移，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入改变所述三维特征的中心与所述表面之间的偏移。

5.如权利要求1所述的方法，其包括：

接收将所述图案类型改变为新图案类型的输入；以及

响应于接收到将所述图案类型改变为所述新图案类型的所述输入，将所述函数应用于所述新图案类型以修改所述三维特征的所述不同副本中的所述至少两个副本。

6.如权利要求1所述的方法，其包括：

接收根据所述表面改变所述函数的所述范围的所述至少一部分到所述三维空间的映射的输入；以及

响应于接收到改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的输入，相对于所述表面改变所述三维特征的所述不同副本。

7.如权利要求6所述的方法，其中改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的所述输入改变所述映射的旋转取向，并且所述改变包括调整所述三维特征的所述不同副本的图案相对于所述表面的旋转。

8.如权利要求6所述的方法，其中改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的所述输入改变应用于所述表面的周边的偏移，并且所述改变包括相对于所述表面重新定位所述三维特征的所述不同副本。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述三维零件被设计用于制造，所述表面定义三维轮廓，并且所述三维特征的所述不同副本在预定义制造方向上遵循所述表面的所述三维轮廓以用于构建所述三维零件。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述三维零件被设计用于制造，所述表面定义三维轮廓，并且所述三维特征的所述不同副本在增材制造工艺的局部对准中遵循所述表面的所述三维轮廓以用于构建所述三维零件。

11.如权利要求1所述的方法，所述渲染包括向用于数字投影仪的动画文档渲染所述三维特征的映射到所述三维零件的所述表面的所述不同副本的所述可视化。

12.如权利要求1所述的方法，其包括：

使用所述三维特征的所述不同副本为计算机控制的制造机器生成刀具路径规范；以及

使用为所述计算机控制的制造机器生成的所述刀具路径规范来制造所述三维零件，其中所述三维特征的所述不同副本被映射到所述三维零件的所述表面。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述生成是根据参数3D建模技术执行的，并且所述方法包括：

接收包括正在被设计的所述三维零件的所述表面的变化的输入；以及

根据所述参数3D建模技术来根据所述表面的所述变化重新生成所述三维特征的不同副本。

14.一种系统，其包括：

非暂时性存储介质，所述非暂时性存储介质上存储有计算机辅助设计程序的指令；以及

一个或多个数据处理设备，所述一个或多个数据处理设备被配置为运行所述计算机辅助设计程序的所述指令以执行由所述计算机辅助设计程序的所述指令指定的操作；

其中所述操作包括：

接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；

生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及

向呈现所述计算机辅助设计程序的用户界面的显示装置渲染所述三维特征的被映射到所述表面的所述不同副本的可视化。

15.如权利要求14所述的系统，所述操作包括：

接收包括所述函数的变化的输入；以及

根据所述函数的所述变化修改所述三维特征的所述方面。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述方面是所述三维特征的尺寸，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入(i)改变所述三维特征的最小尺寸而不改变所述三维特征的最大尺寸，或者(ii)改变所述三维特征的最大尺寸而不改变所述三维特征的最小尺寸。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述方面是所述三维特征的偏移，改变所述函数的所述输入是对所述用户界面的元素的用户输入，所述用户输入改变所述三维特征的中心与所述表面之间的偏移。

18.如权利要求14所述的系统，所述操作包括：

接收将所述图案类型改变为新图案类型的输入；以及

响应于接收到将所述图案类型改变为所述新图案类型的所述输入，将所述函数应用于所述新图案类型以修改所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本。

19.如权利要求14所述的系统，所述操作包括：

接收根据所述表面改变所述函数的所述范围的所述至少一部分到所述三维空间的映射的输入；以及

响应于接收到改变所述函数的所述范围的所述至少一部分的所述映射的输入，相对于所述表面改变所述三维特征的所述不同副本。

20.一种对指令进行编码的非暂时性计算机可读介质，所述指令能够操作以使数据处理设备执行包括以下各项的操作：

接收输入，所述输入标识(i)图案类型、(ii)将用于修改三维零件的三维特征，以及(iii)正在被设计的所述三维零件的表面；

生成在其中定义所述三维零件的三维空间中的所述三维特征的不同副本，其中对于所述三维特征的所述不同副本中的至少两个副本，根据应用于所述图案类型的函数改变所述三维特征的方面，并且所述函数的范围的至少一部分根据所述表面映射到所述三维空间；以及

向呈现计算机辅助设计程序的用户界面的显示装置渲染所述三维特征的被映射到所述表面的所述不同副本的可视化。

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