CN1161675C

CN1161675C - 一种将二维装饰图案施加到三维对象表面上的方法

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Publication number: CN1161675C
Application number: CNB008009449A
Authority: CN
Inventors: M・A・A・沙拉里格; M·A·A·沙拉里格
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: CN1306635A; WO2000060426A1; EP1092178A1; ES2223473T3; EP1092178B1; JP2002541540A; DE60012646T2; DE60012646D1

Abstract

本发明提供了一种将二维装饰图案应用到一个三维的对象的表面上的方法，该方法包括以下步骤：使用映射函数确定对象的表面的形状，它将所述表面上位置的三维坐标限定为二维表面坐标对的函数；将所述装饰图案定义为按照二维图案坐标对限定的一系列点；通过首先将二维表面坐标对指定到装饰图案的每个点，然后使用映射函数将对应的三维坐标指定到每个上述的二维表面坐标对，来将装饰图案的每个点指定到所述对象的表面的位置上。

Description

一种将二维装饰图案施加到三维对象表面上的方法

技术领域

本发明与销售个性化产品的方法相关，并与将装饰应用到对象中例如家用电器外壳的过程相关。

背景技术

像家用电器或剃须刀这样的消费者产品通常是被大量生产的，因此这种产品作为同一产品系列之一被提供销售。然而，可以预见到的是购买者想要购买独特的、个性化的产品，要不同于其他人所购买的产品。例如，当购买剃须刀或家用电器时，购买者想要获得个性化的产品。购买者想要一个产品能表达其个人的某些东西并将他与其他人区别开。

独特产品的设计和制造与大量生产的需求以及与如低成本和一致的质量控制等优点相抵触。结果是，通常当产品被提供销售时，或者作为同一产品系列中的一员以合理的低价位被销售，或者，购买者不得不以相当高的价格定购单独为他/她生产的独特的个性化的产品。如果可能提供给购买者这种定购生产他的或她的独特的、个性化产品的权利，那么只有能保留大量生产的基本优点时，一个有意义的需求才能被满足。

通过在其表面应用独特的装饰可以制造出独特的个性化的产品。装饰三维产品的一个熟知的制造技术包括将两维装饰粘贴到产品表面上(产品本身是刚性的非平面的三维对象)。例如，一种应用在陶瓷上的装饰方法在C.K.Chua，W.Hoheisel，G.Keller和E.Werling的题名为“在陶瓷餐具中使用装饰图案”的文章中被公开，该文章被发表在“计算机与控制工程杂志”上(1993年10月，209页～217页)。这篇文章讨论了所谓“decal”(贴花釉法)被粘贴到盘子等对象上的带有装饰图案的被印制好的摹绘的设计和制造。装饰图案由基本图案的复制品组成。该文章集中于符合对象形状的复制和改编的生成。这些改编包括调整基本图案比例以便沿对象的周边出现整数倍的基本图案，以及改编获取基本图案在对象表面的周边位置等。

可以看出，装饰的应用需要熟悉对象的形状并精通于改编平面装饰使其适应对象的形状。在这种熟知的方法中，这些必需由专门的技术人员完成，这些技术人员要熟知设计过程和对象形状。向打算定购独特的、个性化产品的购买者提供这种专门技术人员的服务与低成本的产品设计和制造的要求是不相容的。

而且，这种熟知的方法局限于在基本上是平面的表面上应用装饰，这为了让它们能被展开在平面上。装饰不能简单地(以低成本)被用在其它具有复杂曲率的表面上。对对象曲率的适应被局限于围绕对象表面弯曲装饰平面。如果对象表面在装饰将被应用的某一表面位置上在多于一个方向上被弯曲时，例如鞍形表面，这样就会出现问题。在这种情况下，图案不能附随在表面上而不出现变形，如装饰中线条之间夹角的变化。要适用在这种具有两个方向曲率的表面上，可以通过将装饰投影到表面上的方法实现，这就好像经由一架投影仪，表面的图案位置由表面和透过投影仪上图案的光线的交点确定。然而，在具有两个方向曲率的表面中，同样也会导致非期望的变形存在，例如在奇点的邻近区域内，此处光线以大法向角与表面相交。

所需的就是一种方法，它能向个人产品的购买者提供个性化的产品，在某种程度上允许与大量生产相容的价格。

发明内容

因此，本发明的一个目的是使供应这种购买者要求的带有个性化装饰的对象成为经济可行的。

本发明的另一个目的是提供一种能以尽量少变形将装饰应到在多于一个方向上弯曲的表面上的处理过程。

本发明的另一个目的是简化不同装饰图案在相同形状表面上的应用。

本发明的另一个目的是使供应按定货装饰的对象成为可能，因为定货是在表面确定之后接到的，而对象的生产早已处于进行中。

根据本发明，提供了一种将二维装饰图案应用到一个三维的对象的表面上的方法，该方法包括以下步骤：使用映射函数确定对象的表面的形状，它将所述表面上位置的三维座标限定为二维表面座标对的函数；将所述装饰图案定义为按照二维图案座标对限定的一系列点；通过首先将二维表面座标对指定到装饰图案的每个点，然后使用映射函数将对应的三维座标指定到每个上述的二维表面座标对，来将装饰图案的每个点指定到所述对象的表面的位置上。

该方法还可以包括以下步骤：制作全都具有上述限定的形状的对象作为一系列产品的部件；通过公众交换网络提供对象以供销售；设定计算机以从所述公众交换网络接收对象的定货，该定货还使用户可以限定将使用于所述对象的装饰图案；通过计算机接收定货和相应的装饰图案；将所述装饰图案根据在所述指定步骤中确定的位置应用到所述对象的表面；根据定货将对象发送给买方。

该方法还可以包括以下步骤：使用映射函数限定上述对象的表面的形状，上述映射函数允许上述表面在至少两个横向方向上围绕上述表面上的一个位置弯曲；制造包含根据上述映射确定形状的对象；在上述指定步骤中，扫描该图案中一串位置；在上述指定步骤确定的表面上的相互连续的指定位置相互定位一个表面修正工具和上述表面；在所述的相互连续的指定位置使用上述表面修正工具修正所述表面以将装饰图案施加到所述表面。

其中所述定货可以包括对装饰图案映射到所述表面上的位置的选择，所述映射函数根据该位置的选择而被确定。

所述定货可以包括对所述图案相对于用于限定所述形状的二维表面座标的原点的位置的选择。

其中，所述映射根据非一致有理B样条函数来限定上述表面的形状。所述相对位置从连续位置所映射到的三维位置坐标被计算出来，所述三维位置坐标相对于上述位置上的表面法线方向沿着预定的方向取向。所说的扫描沿着预定的独立于图案内容的扫描线进行，相对位置独立于所说的图案内容被计算出来。

所说的图案包括表面被均匀修改时所沿的线，所说的扫描就沿着上述线相对位置依赖于图案被计算出来。

其中，对所说图案的限定独立于表面的形状被实现。对所说图案的限定在包含所说表面的对象被制造之后被执行。

销售对象的方法包括：设计产品刚性三维曲面的形状；作为产品系列的一部分制造产品，使所有产品具有设计形状；通过公共交换网络提供待销售的产品；安装计算机以便通过公共交换网络接收产品定货，定货包括修饰图案，被购买者指定为两维坐标的函数；用计算机接收与图案相结合的定货；根据被确定为对象设计形状函数的映射函数将两维坐标映射到相应的曲面位置上；将图案应用到产品上，就好像被映射函数所映射；向购买者供应产品以响应定货。

这样，购买者有机会通过使用交换网络，例如互联网，具体指定装饰。通过使用产品形状定义，装饰可被自动地映射到并被应用到对象表面上。对于某一对象系列，形状被设计成共同的，映射由计算机自动地实现，这样可允许制造和设计以接近大量生产的成本进行。

这样，表面上的点与两维中不同的点所被映射到的点位于相同的相对位置上。参数的应用使得易于确定映射图案中的位置到表面上的点。

用于形成表面的映射被再一次用于将图案的点指定给表面上的位置，以便于对应用装饰的操作进行控制。这也避免了奇点问题。已发现这样作减少了恼人的变形。优选地，NURBS函数(非一致有理B样条函数)被用于定义对象形状。这种函数将表面位置坐标向量R定义为两维表面坐标(u，v)的函数。被指定给表面坐标(u，v)的图案值被映射到具有坐标向量R的位置上。

优选地，用于确定表面形状的映射被再次用于计算位置和法线方向，用于确定对象和表面修改工具彼此相对的位置。对象相对于表面修改工具的移动可独立于对象沿扫描线进行。根据图案，表面的修改被模块化。在这种方式下，这种移动对所有的位置可一次计算出来。或者另一种情况，移动也可沿着构成图案的线条进行。这样最小化了所需的移动次数，付出的代价是要计算各不同图案的相对位置。使用该发明，对象系列的制造可在已知被应用到对象系列的图案之前起动。图案独立于对象形状被接收。这使得销售如家用电器和个人保护用品等具有个性化设计的产品成为经济可行的。购买者定购这种产品并提出他或她的个性化装饰作为图像说明。这些说明被送到工厂，在那里通过保持对象相对装饰应用工具位置图案被应用到产品上，以便能依据设计坐标控制相对位置。

本发明的这些和其它的有利方面将借助下面的图通过图解说明的方式而并非本发明的详尽的实施例而被说明。

附图说明

图1表示了对象和用于修改对象表面性质的工具。

图2表示了用于控制表面性质修改的系统的图解。

图3表示了修改表面性质的方法的流程图。

具体实施方式

图1中表示出了对象10，它具有一个在两个方向上弯曲的表面。例如，表面上的位置L是鞍点，表面在此处的一个方向上具有凸曲率，在垂直于此方向的另一个方向上具有凹曲率。

图1中也示意性地表示出了工具12，相对对象10被定位以便能修改对象10表面的性质。例如，工具12可能是激光，在位置L处沿着对象10表面的法向被定位，离位置L为预先设定的距离。其他例子，如该工具也可以是钻头、电火花腐蚀头、喷墨印刷头等。这些工具可优选地被送到预先设定的位置上，方向指向到对象将被修改的表面L点。例如，激光被用于从表面L处去除材料或用于引发表面L点上光敏层中的反映。

图2表示了用于控制对象10表面性质修改的系统图解。该系统包括设计工作站20，对象成形工作站22，表面修改工作站24，图案输入工作站28和表面修改控制工作站26。

设计师使用设计工作站设计对象表面的形状。表面形状由将表面坐标R指定到两维表面坐标对(u，v)上的函数确定。这种函数的一个优选例是用于定义NURBS表面的函数。NUBRS通过两维表面坐标(u，v)的函数定义了表面上点的坐标R，该函数为：

R＝Sum Pi*Fi(u，v)

这里，Pi是所谓的控制点的坐标，控制点作为定义表面形状的参数。R的表达式将R的值指定到了表面坐标(u，v)的各个值上，并且被指定到表面坐标(u，v)的连续集合中的R值定义了三维空间中的表面。

表面设计形状被发送到对象成形工作站，在那里被用于制造具有设计形状表面的对象系列。尽管对象成形工作站被表示成一个独立的工作站，它通常要经过不同时期的设备操作组合得到实现，例如NC控制车床利用设计形状参数加工对象的模子，而浇铸机械在模子中浇铸对象系列。

图案输入工作站28独立于实际的成形过程接收图案输入。这是描述两维图像的信息，例如以位图的格式，其中图像中的像素(点)集合具有颜色和/或亮度值，或以大量线参数的格式，这些线在二维平面中共同构成了图像。大量格式中的任何一种都可用于提供这种信息，例如附录格式(TM)或JPEG等。

图案输入从图案输入工作站28被传送到表面修改控制工作站26中。

各种类型的工作站都能被用作图案输入工作站28。例如，图案输入工作站28可以是一台PC机(个人电脑)，其上图案通过扫描仪扫描图像产生，或用画图程序生成。图案可通过互联网被传递给表面修改控制工作站26。

表面修改控制工作站26可能包括设备组合，例如环球网服务器，带有www网页，它允许用户定购带有个性化装饰的家用电器和个人用品(电动剃须刀等)。www网页为建立交易而提供，在交易中用户授予制造商交付对象的权利，并提交应被应用到对象上的图案。在交易结束时，表面修改控制工作站中就包括了这一图案。

或者有另一种情况，表面修改控制工作站26可能包括一个位于零售店内的终端，在此用户可以提交图案并定购他/她的对象。在这种情况下，零售商处理交易并将图案发送到表面修改控制工作站，例如也通过互联网实现，但也可以使用点对点调制解调器线路或人工递送服务。

表面修改控制工作站26接收图案，并用它来控制表面修改工作站24。在这一过程中，图案上的位置被映射到对象上的位置。为了这一目的，描述给对象成形工作站22中的对象定义形状的函数的信息被再次使用。图案中点P的坐标(xp，yp)被指定到两维表面坐标(up，vp)上(例如，使用线性关系：(up，vp)＝(u0+a*x+b*y，v0+c*x+d*y))，而且图案中的点P与被指定到表面坐标(up，vp)上的位置L的坐标R相关联。

对象10被夹持在一个可移动的夹持器(未表示出)上，以便对象10的位置相对于工具12能在表面修改控制工作站的控制下被改变，也便于了解工具12和对象10表面之间相互作用位置的坐标R。另一种情况是，工具12相对对象10可被移动或者两者相对彼此是可移动的。

工具12相对于对象10表面的对应于坐标R的位置L而被定位，以便位置L成为对象10和工具12的相互作用点。例如，这可以通过使用点L处的表面法线的向量分量实现。这些向量分量通过将三维坐标指定到二维表面坐标(u，v)的函数进行微分而被计算出来。在此例中，对象被移动以便法线能被对准在工具的轴线上(例如，在使用激光工具时处于光束上)，而位置L在该轴线上与离工具为预先设定距离(例如在激光光学系统的焦点上)。表面在位置L通过启动工具(例如通过照射表面)被修改。

已发现，这种将图案映射到表面的方法提供了一种不干扰变形的固有的映射方法，尤其是当NUBRS表面被用于定义对象形状时。

工具12和对象10彼此相对地依次地被定位在一系列相对位置上，以便对应于图案中点序列的位置L能连续地被作为工具12和对象10的相互作用点。在各个位置L上表面被按图案修改。

如果图案是由大量线条组成的，那么对象和工具可以被连续地定位，以便对应于线上连续点P(t)的位置L(t)能连续地成为相互作用点。这样，表面修改工作站24沿着对象10的表面追踪线条。点P(t)的坐标(x(t)，y(t))被映射到表面坐标(u(t)，v(t))上，用于确定表面形状的函数被再次用于计算连续相互作用点的坐标R＝F(u(t)，v(t))。

另一种情况是，表面修改控制工作站26连续地将对象10和工具12移动到相对位置上，且与图案的内容无关，并沿着对应于表面坐标对序列(ui，vi)(i＝0....)的位置序列L。例如通过在该表面上扫描。连续的坐标对被用于找出位置(ui，vi)处的图案内容I(u，v)，当被指定给坐标(ui，vi)的位置L位于相互作用点时，内容I(u，v)被用于调整工具和对象10表面之间的相互作用。

根据本发明，图3概括了方法的步骤。在第一步31中，函数的参数将两维表面坐标与三维坐标联系起来。在第二步32中，对象被制造出来，具有根据此函数而确定的形状。在第三步33中，图案被接收。在第四步34中，图案中的点与对象中的位置相互联系起来，通过下面方法实现：将图案中的点映射到两维表面坐标(u，v)上，根据确定对象表面形状的函数，将三维坐标R指定给这些坐标(u，v)。在第五步35中，对象表面的性质根据从函数中确定的位置处的图案被修改，按此函数确定了对象表面的形状。

Claims

1.一种将二维装饰图案应用到一个三维的对象(10)的表面上的方法，该方法包括以下步骤：

使用映射函数确定对象(10)的表面的形状，它将所述表面上位置的三维座标(R)限定为二维表面座标对(u，v)的函数；

将所述装饰图案定义为按照二维图案座标对(xp，yp)限定的一系列点(P)；

通过首先将二维表面座标对(u，v)指定到装饰图案的每个点(P)，然后使用映射函数将对应的三维座标(R)指定到每个上述的二维表面座标对(u，v)，来将装饰图案的每个点(P)指定到所述对象(10)的表面的位置上。

2.根据权利要求1的方法，该方法还包括以下步骤：

制作全都具有上述限定的形状的对象(10)作为一系列产品的部件；

通过公众交换网络提供对象(10)以供销售；

设定计算机以从所述公众交换网络接收对象(10)的定货，该定货还使用户可以限定将使用于所述对象(10)的装饰图案；

通过计算机接收定货和相应的装饰图案；

将所述装饰图案根据在所述指定步骤中确定的位置应用到所述对象的表面；

根据定货将对象(10)发送给买方。

3.根据权利要求1的方法，该方法还包括以下步骤：

使用映射函数限定上述对象(10)的表面的形状，上述映射函数允许上述表面在至少两个横向方向上围绕上述表面上的一个位置弯曲；

制造包含根据上述映射确定形状的对象(10)；

在上述指定步骤中，扫描该图案中一串位置；

在上述指定步骤确定的表面上的相互连续的指定位置(L)相互定位一个表面修正工具(12)和上述表面；

在所述的相互连续的指定位置(L)使用上述表面修正工具(12)修正所述表面以将装饰图案施加到所述表面。

4.根据权利要求1的方法，其中所述定货包括对装饰图案映射到所述表面上的位置的选择，所述映射函数根据该位置的选择而被确定。

5.根据权利要求2的方法，其中所述定货包括对所述图案相对于用于限定所述形状的二维表面座标(u，v)的原点的位置的选择。

6.根据权利要求3的方法，其中所述映射根据非一致有理B样条函数来限定上述表面的形状。

7.根据权利要求3的方法，其中所述相对位置从连续位置所映射到的三维位置坐标被计算出来，所述三维位置坐标相对于上述位置上的表面法线方向沿着预定的方向取向。

8.根据权利要求3的方法，其中所说的扫描沿着预定的独立于图案内容的扫描线进行，相对位置独立于所说的图案内容被计算出来。

9.根据权利要求3的方法，其中所说的图案包括表面被均匀修改时所沿的线，所说的扫描就沿着上述线相对位置依赖于图案被计算出来。

10.根据权利要求1或3的方法，其中对所说图案的限定独立于表面的形状被实现。

11.根据权利要求10的方法，其中对所说图案的限定在包含所说表面的对象被制造之后被执行。

12.根据权利要求10的方法，其中所述图案通过公共交换网络被传输。