CN117932796A - 角部连接元件在三维模型中的传播 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角部连接元件在三维模型中的传播，具体涉及一种使角部连接元件在具有多个角部的3D建模对象中自动传播的方法，该角部具有多个结构角部构件。接收角部的列表和种子角部的选择。将模型中的目标角部识别为与种子角部拓扑相似。在种子角部处收集第一连接元件的参考数据。将第一连接元件的参考数据复制和定向到目标角部。创建与第一连接元件相同的第二连接元件，并将与第一连接元件相同的第二连接元件应用于目标角部。

Description

角部连接元件在三维模型中的传播

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)环境中的设计工具，更具体地，涉及钢结构和木结构的设计。

背景技术

钢结构和木结构的设计包括结构构件(包括竖直、水平和倾斜支撑件)的创建。两个或更多个这种构件相交的位置被称为角部或接头。如图1所示，结构100可以包括多个角部121、122。

在CAD环境的上下文中，CAD系统的用户为建模结构的每个角部限定了“修整”。在此，用户选择并适当地修整角部处的一个或多个角部构件的端部(限定了角部处的一个或多个角部构件的端部的几何形状)，以创建所需的角部构件位置和角部构件取向。用户以各种方式(例如，对构件取向和/或修整平面的组合进行操纵)修整角部构件。角部修整通常涉及用户指定修整顺序，该修整顺序限定了在角部处修整角部构件的相继顺序。

通过在包含大量角部的结构中为每个单独角部指定修整选项和顺序来实现所需的修整几何形状通常是耗费大量时间和精力的乏味任务。

结构可以通过一系列构件将结构的载荷转移到地面。如图7A至图7C所示，这通过将连接元件700设计成在角部处的接合构件来实现。连接元件的示例包括但不限于螺栓连接件、L形夹子、角撑板和细板等。在包含大量角部的结构中为每个单独角部布置连接元件可能是耗费大量时间和精力的乏味任务。因此，需要解决行业中的上述问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于使角部连接元件在3D模型中传播的方法。简要地描述，该方法使角部连接元件在具有多个角部的3D建模对象中自动传播，该角部具有多个结构角部构件。接收角部的列表和种子角部的选择。将模型中的目标角部识别为与种子角部拓扑相似。在种子角部处收集第一连接元件的参考数据。将第一连接元件的参考数据复制和定向到目标角部。创建与第一连接元件相同的第二连接元件，并将与第一连接元件相同的第二连接元件应用于目标角部。

在研究以下附图和详细描述之后，本发明的其他系统、方法和特征对于本领域普通技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。意图是使所有这种附加系统、方法和特征包括在本说明书中，在本发明的范围内并且由所附权利要求保护。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图中的部件不一定是按比例绘制的，而是将重点放在清楚地说明本发明的原理上。附图示出了本发明的实施例，并且附图与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是示出具有多个角部的示例性建模结构的示意图。

图2A是用于3D建模结构的复杂角部的示意图。

图2B是图2A的复杂角部的分解示意图。

图3是用于自动识别3D模型的拓扑相似角部的方法的第一实施例的流程图。

图4是详细说明图3的识别步骤的流程图。

图5是详细说明图3的应用步骤的流程图。

图6是具有角部的建模结构的示意图，该角部具有平行构件和反平行构件。

图7A是示例性第一角部连接元件的示意图。

图7B是示例性第二角部连接元件的示意图。

图7C是示例性第三角部连接元件的示意图。

图8是示出用于执行本发明的功能的系统的示例的示意图。

图9是用于在CAD系统的上下文中将连接元件从建模结构的第一角部复制到建模结构的拓扑相似第二角部的方法的示例性第二实施例的流程图。

图10是由图9参考的示例性建模结构的示意图。

图11是示出修整工具的第一示例的示意图。

图12是示出修整工具的第二示例的示意图。

图13是示出共享共用连接表面的两个连接元件的示意图。

具体实施方式

以下限定对于解释应用于本文所公开的实施例的特征的术语是有用的，并且仅意味着限定本公开中的元件。

如本公开中所使用的，“自动归类”是指计算机执行一系列步骤，而不是用户手动(通过CAD环境用户界面)执行各个步骤。虽然通常在CAD环境中进行的所有动作都是计算机实施的，但在此自动化是指将相关步骤分组为任务，以减少执行所需任务的用户-计算机交互。所涉及的用户-计算机交互的水平可能取决于所预见的自动化水平，并与指定的用户偏好相平衡。

如本公开中所使用的，“建模对象”或“建模结构”是指物理结构的计算机渲染表示，例如，来自机械和/或电气工程领域的真实世界产品。通常，建模对象由存储在经由CAD系统操纵的数据结构中的数字数据来表示，该CAD系统可以被称为CAD环境，在CAD环境中，建模对象可以由CAD环境用户界面来表示，例如，以二维或三维图形和/或经由零件/部件列表等来表示。

如本公开中所使用的，表述“机械结构”指代呈现机械骨架或主框架的对象或组件。在此，机械结构包括连接在一起的结构构件(即，细长固体，可选地刚性固体)。如果两个结构构件彼此接合或接触，则这两个结构构件被称为连接在一起。

如本公开中所使用的，“角部”是指机械结构的多个结构构件(“角部构件”)连接的位置。连接可以是任何类型，例如机械的(例如，经由紧固件(或者可替代地仅接触)来实现)、化学的(例如，通过粘贴来实现)和/或热的(例如，使用热能(例如经由焊接)来实现)。通常，连接可以阻止/锁定所有自由度，并且使该连接具有刚性以将构件固定在一起，并且在不允许任何运动的情况下为结构提供强度。在焊接连接情况的示例中，焊接可以禁止所连接的结构构件中的一个结构构件相对于另一个结构构件的任何运动。该方法的机械结构的结构构件可以包括直结构构件和/或弯曲结构构件。机械结构可以相对于与竖直轴线对准的主轴线来限定。在这种情况下，结构构件可以包括水平结构构件(也可以被称为“梁”)和/或竖直结构构件(也可以被称为“柱”)。

机械结构可以是任何类型的机械结构，例如金属结构。可以由通过该方法设计的3D建模对象表示的金属结构的示例包括(但不限于)：

机器框架，结构构件例如是形成机器的机械框架的杆，机器是任何类型的机器(诸如测量和/或生产机器)，

基于一个或多个铝挤压型材的结构系统，结构构件例如是可选地呈现全部相同型材或可替代地呈现至少两个不同型材的铝挤压件，

钢结构，结构构件例如是钢梁、钢筋杆和/或钢柱，结构构件可选地支撑建筑物或任何类型的构造，角部例如用螺栓连接的接头来实现，

焊接结构，角部例如用结构构件之间的焊接接头来实现，结构构件可以是杆(注意，钢结构和焊接结构可以以相同的方式设计)，或者

车辆结构，结构构件例如形成车辆的支撑框架，例如，车辆可以是任何类型的车辆(例如诸如汽车或卡车的陆地车辆、诸如船或轮船的水上车辆、诸如飞机或直升机的空中车辆)。

如本公开中所使用的，“角部类型”是指基于包括在角部中的结构构件的数量(“构件计数”)以及结构构件是否/如何在角部处终止(具有“末端”)对角部的归类。例如，“简单角部”是正好连接两个结构构件的角部，两个结构构件中的一个结构构件不位于该结构构件的末端处(例如，两个结构构件中的一个结构构件的末端到达另一个结构构件的不处于所述另一个结构构件的末端的位置)。“双构件角部”是正好连接两个结构构件的角部，两个结构构件都位于这两个结构构件的末端处(即，两个结构构件中的一个结构构件的末端到达另一个结构构件的末端)。复杂角部是严格连接两个以上结构构件的角部(例如，两个或更多个结构构件的末端到达第三结构构件，例如位于第三结构构件的末端处或可替代地位于第三结构构件的非末端位置处)。

如该位置中所使用的，“角部位置”是指角部的单个点相对于模型的原点位置的位置。模型的每个角部具有唯一的角部位置。图2A示出了具有沿坐标系250的x轴的第一结构构件210、沿y轴的第二结构构件220和沿z轴的第三结构构件230的复杂角部200。角部结构构件210、220、230在角部位置201处相交。角部取向由角部的每个构件的方向来限定。图2B示出了角部200的分解形式，在该角部中，第一结构构件210具有第一角部相交位置211，第二结构构件220具有第二角部相交位置221，第三结构构件230具有第三角部相交位置231，在该角部中，第一角部相交位置211、第二角部相交位置221和第三角部相交位置231中的每一个对应于角部位置201(图2A)。在此，第二相交位置221对应于第二结构构件221的末端，第三角部相交位置231对应于第三结构构件230的末端，而第一相交位置211对应于第一结构构件210的中间部分。

如本公开中所使用的，“相同的角部”共享相同数量的构件(具有相等的“构件计数”)和相同的构件几何形状，但具有不同的角部位置。

如本公开中所使用的，如果建模对象中的第一角部和第二角部是如下所述的情况，则建模对象中的第一角部和第二角部被称为“拓扑相似角部”，

(1)第一角部和第二角部是相同的角部，

(2)第一角部和第二角部除旋转变换之外是相同的，或者

(3)第一角部和第二角部是镜像的。

如本公开中所使用的，角部的“修剪”或“修整”是指限定了在角部处终止的每个结构构件的端部几何形状。如果第一角部和第二角部是拓扑相似的，则可以将第一角部的修整应用于第二角部。

如本公开中所使用的，“修整工具”是当两个或更多个构件在角部处相交时，将从一个或多个其他构件切除相交/干涉材料的构件。图12示出了角部1200，在该角部中，水平构件1211从角部1200的其他角部构件1212、1213修整(减去材料)。如本公开中所使用的，“参考”是指描述CAD模型的几何特征的数据结构。角部参考包括结构的角部的数据，例如，来自用于限定角部的位置和取向的连接元件和结构构件的角点的坐标、方向和平面的根点。

如本公开中所使用的，“参数化角部”是指角部的结构构件的列表和角部处的结构构件的特征(例如，几何参数)。CAD系统维护模型中的每个参数化角部的列表。用户可以选择参数化角部特征来应用角部修整。

如本公开中所使用的，模型的一部分的“指示”是指所指示部分的图形增强，例如，增强的轮廓(例如，加厚的或着色的轮廓)、指针元件或高对比度的颜色表示。

如本公开中所使用的，“连接元件”是指在角部处接合构件的材料和/或装置。连接元件的示例包括但不限于螺栓连接件、L形夹子、角撑板和细板等。

现在将详细参照本发明的实施例，附图中示出了本发明的实施例的示例。在附图和说明书中，尽可能使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。

本发明的示例性实施例涉及一种用于识别计算机建模结构中的拓扑相似角部并且将拓扑相似角部分类为组的方法。可以通过应用多级检查来将角部归类为拓扑相似角部或拓扑不同角部。第一级检查包括将角部的多个参数(例如但不限于角部构件的数量(“构件计数”)和角部构件的横截面几何形状)进行比较。第二级检查可以包括将如下所述的相应的角部构件的相对取向进行比较。如果两个角部构件满足这些检查的标准，则这两个角部构件被归类为相同角部。然后，计算机建模结构的相同角部可以被分组以用于后续操作，例如，显示一组相同角部以及将种子角部(seed corner)的用户修整应用于一组拓扑相似角部等。

对建模系统中的拓扑相似角部进行用户识别可能是耗时且易于出错的。对已被归类为拓扑相似角部的角部进行自动识别和/或分组提供了该技术问题的技术方案，从而使得能够一起操纵和/或修改这些组，从而减少对角部进行设计/实施的时间，并且减少建模对象中的错误和遗漏。例如，对于CAD系统用户来说，从显示的视角来看在视觉上看起来可能是相似的角部可能被用户错误地识别为是相似的。同样，显示的视角可能会使相似的角部看起来是不相似的。此外，仅视觉识别可能导致丢失具有旋转取向的相似角部，或者反平行(镜像)元件。因此，实施例不仅仅便于节省时间，还代表了对用于识别相似角部并相应地传播角部修整和/或角部连接元件的先前方法的实际改进。

图3是用于通过用户与基于特征的CAD系统的交互来设计3D建模对象的计算机实施方法的第一实施例的流程图。3D建模对象表示机械结构。机械结构包括结构构件和多个角部，每个角部还具有在角部处连接在一起的多个结构构件。该方法自动地识别模型的拓扑相似角部。

应当注意，流程图中的任何过程描述或方框应理解为表示模块、片段、代码部分或步骤，这些模块、片段、代码部分或步骤包括用于在过程中实施特定逻辑功能的一个或多个指令，且替代实施方式包括在本发明的范围内，在该范围内，如本发明的领域中具有合理技能的人员所理解的，根据所包含的功能性，可以不以所示出的或所讨论的顺序(包括基本上同时地或相反地顺序)执行功能。

如方框310所示，接收表示机械结构的3D建模对象的多个角部的参数化特征列表。每个角部包括角部位置和在角部处连接在一起的结构构件(“角部构件”)的构件计数。每个角部构件的参数化特征包括横截面形状和尺寸和角部构件位置，该角部构件位置包括构件终止位置221、231(图2B)(用于在角部处终止的角部构件)或构件中间位置211(图2A)(用于在角部处不终止的角部构件)。其他角部构件特征包括相对于其他角部构件中的每一个角部构件的相对取向。

如方框320所示，接收多个角部中的第一角部的选择。第一角部的选择可以是用户选择(例如经由CAD系统的图形用户界面(graphical user interface，GUI))或者可以是任意的(例如在模型中的所有角部被归类和/或分组的情况下)。如方框330所示，对模型中的与第一角部拓扑相似的第二角部进行识别。如方框340所示，接收第一角部的修整的用户限定。如方框350所示，将修整限定自动应用于第二角部。

图4更详细地示出了方框330的识别。对模型中的与第一角部拓扑相似的第二角部进行识别包括将第一角部与第二角部进行比较。如方框410所示，将第一角部和第二角部的构件计数进行比较。如方框420所示，对角部构件对进行识别，每个角部构件对具有与第一角部的角部构件对应的第二角部的角部构件。如方框425所示，将成对的角部构件的横截面尺寸和形状进行比较。如方框430所示，将成对的角部构件的角部位置进行比较。检查所匹配的角部构件对是平行的还是反平行的。如方框470所示，如果方框410、420、430、440中的所有检查是肯定的，则第一角部和第二角部是拓扑相似的(是基本上相同的)。

如果方框410、420、430是肯定的，但是成对的构件既不平行也不反平行，则方框450检查所有的第一成对构件和第二成对构件相对于其相应的角部是否具有相同的取向。图6示出了具有平行和反平行的角部构件的结构。

如方框470所示，如果所有的第一成对角部构件和第二成对角部构件具有相同的相对取向，则第一角部和第二角部是拓扑相似的。如方框460所示，如果所有的第一成对构件和第二成对构件不具有相同的相对取向，则检查第一角部和第二角部是否是镜像的。如方框470所示，如果第一角部和第二角部是镜像的，则第一角部和第二角部是拓扑相似的。

如果第一角部和第二角部被认为是拓扑相似的，则CAD系统的用户界面可以例如通过在模型的图形表示中突出显示、勾勒、圈出第二角部来可视地指示第二角部。

一旦角部的比较通过了初始标准(对应的构件计数(方框410)、角部构件的形状/尺寸(方框420)、构件角部位置(方框430))，但是对应的构件对中的至少一个既不平行也不反平行(方框440)，该方法检查两个角部的构件的相对取向(方框450、460)。在高级别处，该方法循环访问第一角部和第二角部的成对构件，从而计算刚性主体变换矩阵，该刚性主体变换矩阵在应用于对应构件的位置时使第一角部和第二角部的成对构件重合。该方法将变换应用于成对第二构件的每个角部构件位置/方向，以确定第一/第二角部构件相对于相应角部的位置和方向是否重合。

为了确定两个给定的角部是否是拓扑相似的，则执行以下数学运算。通过将构件方向中的每一个构件方向的归一化矢量相加来计算每个角部的所有构件方向的角平分线。角平分线是与构件方向矢量中的每一个构件方向矢量成相等角度的线。通过从构件的相对端部上的第二3D端点减去第一3D(x，y，z)角点并使结果矢量归一化来计算构件方向矢量。例如，对于图1，左角部121的角平分线矢量是{-0.31，-0.9，0.31}，右角部122的角平分线矢量是{-0.42，-0.9，-0.1}。

计算3D变换矩阵。将3D变换矩阵与右角部的角平分线矢量相乘使得右角部与左角部的角平分线矢量重合。矩阵包括平移分量和旋转分量。例如，表1示出了计算的用于图1的角部121、122的3D变换矩阵。

X轴	Y轴	Z轴	平移
				0.98	-0.13	0.14	3.18
0.07	0.92	0.39	2.23
				-0.2	-0.37	0.91	10.54
0	0	0	1

表1：用于图1的角部121、122的角平分线变换矩阵

如下所述，考虑每个角部的构件方向，从而处理左角部的构件方向和右角部的构件方向。

·使用角点(所有角部构件相交的地方)作为根点并且使用左角部的角平分线矢量作为法线来创建参考平面。

·将角平分线变换(表1)与右角部构件矢量方向相乘。

·根据左角部计算的角部构件矢量方向和根据左角部计算的变换构件矢量方向被投影到参考平面上。计算这些所投影的矢量方向之间的角度。

·使用两个所投影的矢量之间的角度来计算旋转变换。旋转变换用于使所投影的矢量方向对准。

表2示出了计算的3D变换矩阵。

X轴	Y轴	Z轴	平移
				0.61	0.37	0.69	-10.54
-0.13	0.91	-0.37	2.23
				-0.78	0.13	0.61	-3.82
0	0	0	1

表2：旋转变换矩阵

将角平分线变换(表1)和旋转变换(表2)相乘以计算最终变换以使两个角部121、122对准。表3示出了最终变换。

X轴	Y轴	Z轴	平移
				0.5	0.0	-0.87	0.0
0.0	1.0	0.0	0.0
				0.87	0.0	0.5	0.0
0	0	0	1

表3：最终变换

虽然上述描述已经大致描述了将第一角部与第二角部进行比较，但是实施例适用于将第一角部与模型中的多个角部进行比较。给定与模型中的角部的数量对应的角部计数“n”，使用以下逻辑来识别模型的n个角部中的每个角部中的拓扑相似角部和对应匹配构件。

该方法考虑n个角部，将每个角部与每个另一角部进行比较，其中每个角部可以包含两个或更多个角部构件。第一角部和第二角部之间的比较包括：

■从第一角部的第一角部构件开始，通过从构件的另一3D端点减去3D(x，y，z)角点并使结果矢量归一化来计算每个角部构件的单位方向矢量。

■类似地，该方法计算第二角部的角部构件中的每一个角部构件的单位方向矢量。

■如上所述，该方法计算3D变换矩阵。当应用变换矩阵时，该变换矩阵使第一角部的构件的方向矢量与第二角部的对应构件的方向矢量重合。

■将3D变换矩阵与其他角部的所有角部构件的方向矢量相乘，并且将所得到的方向矢量与第一角部的角部构件的方向矢量进行比较。

■如果在第一角部中为另一角部的每个角部构件找到匹配的角部构件，则这些角部被识别为是拓扑相似的。

返回到图4，方框460，以下过程用于确定第二角部是否是第一角部的镜像。首先，使用由对第一角部和第二角部的角部位置点进行接合的线的中点构造的镜像平面来计算镜像变换。线的方向垂直于镜像平面。其次，由于先前已经确定了第一角部和第二角部具有相同数量的角部构件(参见图4，方框410)，则将镜像变换应用于每个角部构件对的第二角部的角部构件，并且对每个角部构件对的对应的第一角部的角部构件进行检查。该检查确定第一角部的角部构件的位置和方向是否与变换的第二角部的角部构件的位置和方向相同。如果通过应用镜像变换可以使第一角部的每个角部构件与第二角部的角部构件重合，则这些角部被归类为拓扑相似角部。

图5更详细地示出了第一角部修整限定在第二角部上的自动应用(图3，方框350)，在此参考图11进行描述。如方框610所示，将第一角部的修整的用户限定复制到第二角部。角部修整数据可以例如包括但不限于间隙值、平面修整类型、角部修整类型、斜接角度和平面修整模式。对于匹配的角部构件对，角部构件修整顺序和单个角部间隙值从第一角部复制到第二角部。

如方框620所示，对第一角部1100是否具有一个或多个被指定为修整工具的角部构件进行检查。如方框630所示，如果第一角部1100具有一个或多个被指定为修整工具的角部构件1112、1113，则将第二角部的对应角部构件找到并指定为修整工具表面1121、1122。将当确定第一角部和第二角部是拓扑相似的时所计算的变换矩阵与第一角部1100的修整工具表面1121、1122上的点的空间坐标相乘，并且将变换的点用于定位第二角部上的对应修整工具表面。如方框640所示，根据第一角部1110的修整的用户限定来修整第二角部。

在第二示例性实施例中，用户可以从建模结构的种子角部选择种子连接元件，并且种子连接元件是重复的并被布置在一个或多个拓扑相似角部处。根据种子角部，将重复的连接元件布置并定向在拓扑相似角部处。重复的连接元件可以是种子连接元件的旋转或镜像。

图9是用于在CAD系统的上下文中将连接元件从建模结构的第一(种子)角部复制到建模结构的拓扑相似第二(目标)角部的方法的示例性第二实施例的流程图900。图10是在图9的描述中参考的示例性建模结构1000的示意图。如方框330所示，如图4所示并且如上详细描述的，对模型中的与第一角部拓扑相似的第二角部进行识别。CAD系统的用户界面1060可以指示建模结构1000的一个或多个拓扑相似角部1030，例如，作为文本列表和/或作为图形表示。如方框910所示，收集参考以将连接元件1010布置在种子角部(在此，第一角部)处。所收集的参考数据取决于连接元件类型。例如，点集用于表面参考，平面法线和根点用于平面参考，方向和根点用于轴参考。

如方框920所示，该方法检查第二角部是否有匹配参考来布置连接元件。例如，可以使用应用于使用种子连接元件创建的数据集的变换来找到匹配参考。L形夹子的两个外表面可以与种子角部中的结构构件表面重合，因此该方法可以从目标角部中找到重合的结构构件表面，以同一取向布置L形夹子。

如图13所示，种子L形夹子A使用表面1001、1002作为用于布置的重合表面。根据L形夹子A图案化的目标L形夹子B使用表面1001和1003作为用于布置的重合表面。在此，夹子A和B共享一个共用结构构件，因此表面1001对于夹子A和B是共用的。

如方框930所示，如果没有找到匹配参考，则连接元件不应用于第二角部。如方框940所示，对种子连接元件进行复制，并且将所复制的连接元件定向为在第二角部处应用。如方框950所示，将所复制的连接元件应用于第二角部。

如果两个角部是拓扑相同的，则可能存在第一角部的连接元件可能不应用于第二角部的情况。通过相对于结构构件施加三个约束来完全限定连接元件。如果没有正确地施加任何约束，则连接元件将不会相对于结构构件固定或定向。在某些情况下，例如，如果由于不同的修整选项或任何其他的建模操作而在目标角部处找不到对应的表面或点或平面，则可能找不到匹配参考，使得连接元件将不会在目标角部处被图案化。

虽然上面描述了使用第一角部处的种子连接元件来在第二角部处创建相似的连接元件，但是同一过程可以用于在两个或更多个角部(例如，在一组所识别的拓扑相似角部1030中的所有角部)处创建相似的连接元件。在一些实施方式中，CAD系统可以提供相似角部的列表，并且用户可以为相似的连接元件选择一个或多个(或所有)角部。CAD系统可以提供应用于拓扑相似角部处的连接元件的显示1020，并且可以进一步以图形或文本方式指示跳过的相似角部1040。

用于执行上文详细描述的功能的本系统可以是计算机，图8的示意图示出了该计算机的示例。系统500包含处理器502、存储设备504、存储器506(该存储器具有存储在存储器中的限定上述功能的软件508)、输入和输出(I/O)设备510(或外围设备)以及本地总线或本地接口512(本地总线或本地接口使得能够在系统500中通信)。如本领域已知的，本地接口512可以是例如但不限于一条或多条总线或其他有线或无线连接。本地接口512可具有为了简单起见而省略的附加元件(诸如控制器、缓冲器(高速缓冲存储器)、驱动器、中继器和接收器)以使得能够通信。进一步地，本地接口512可以包括地址、控制和/或数据连接，以使得能够在前述组件之间适当的通信。

处理器502是用于执行软件的硬件设备，该软件特别是存储在存储器506中的软件。处理器502可以是任何定制的或商用的单核或多核处理器、中央处理单元(CPU)、与本系统500相关联的多个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组为形式)、宏处理器或通常用于执行软件指令的任何设备。

存储器506可以包括易失性存储元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存储元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)中的任何一个或组合。而且，存储器506可结合电子的、磁的、光学的和/或其它类型的存储介质。注意，存储器506可以具有分布式体系结构，其中各个部件被定位成彼此远离，但可以由处理器502访问。

根据本发明，软件508限定由系统500执行的功能。存储器506中的软件508可以包括一个或更多个单独的程序，这些程序中的每一个包含用于实现系统500的逻辑功能的可执行指令的有序列表，如下所述。存储器506可以包含操作系统(O/S)520。操作系统实质上控制系统500中程序的执行，并且提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管理以及通信控制和相关服务。

I/O设备510可以包括输入设备，例如但不限于键盘、鼠标、扫描仪、麦克风等。此外，I/O设备510还可以包括输出设备，例如但不限于打印机、显示器等。最后，I/O设备510可以进一步包括经由输入和输出两者进行通信的设备，例如但不限于调制器/解调器(调制解调器；用于访问另一设备、系统或网络)、射频(RF)或其他收发器、电话接口、网桥、路由器或其他设备。

当系统500在操作中时，处理器502被配置为执行存储在存储器506中的软件508，以向存储器506传送数据和从存储器506传送数据，且通常依据软件508控制系统500的操作，如上述所解释的。

当系统500的功能在操作中时，处理器502被配置为执行存储在存储器506中的软件508，以向存储器506传送数据和从存储器506传送数据，且通常依据软件508控制系统500的操作。操作系统520由处理器502读取，或许在处理器502中缓冲，并且然后执行。

当系统500通过软件508实现时，应当注意，用于实现系统500的指令可以存储在任何计算机可读介质上，以供任何计算机相关的设备、系统或方法使用或与该设备、系统或方法结合使用。在一些实施例中，这样的计算机可读介质可以对应于存储器506或存储设备504中的任一者或两者。在本文件的上下文中，计算机可读介质是电子的、磁的、光学的或其他物理设备或装置，电子的、磁的、光学的或其他物理设备或装置可以包含或存储计算机程序以供计算机相关的设备、系统或方法使用或与该设备、系统或方法结合使用。用于实现系统的指令可以体现在任何计算机可读介质中，以供处理器或其他此类指令执行系统、仪器或设备使用或与处理器或其他此类指令执行系统、仪器或设备结合使用。尽管通过示例的方式提到了处理器502，但是在一些实施例中这样的指令执行系统、仪器或设备可以是任何基于计算机的系统、包含处理器的系统或者可以从该指令执行系统、仪器或设备获取指令并且执行指令的其他系统。在本文的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以存储、通信、传播或传输程序的任何装置，该程序供处理器或其他此类指令执行系统、仪器或设备使用或与处理器或其他此类指令执行系统、仪器或设备使用结合使用。

这样的计算机可读介质可以是例如但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外或半导体系统、仪器、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括如下：具有一个或多个电线的电连接(电子的)、便携式计算机磁盘(磁的)、随机存取存储器(RAM)(电子的)、只读存储器(ROM)(电子的)、可擦除可编程只读存储器(EPROM、EEPROM或闪存)(电子的)、光纤(光学的)和便携式光盘只读存储器(CDROM)(光学的)。注意，计算机可读介质甚至可以是纸或其上打印有程序的的另一合适的介质，因为程序可以例如经由光学扫描纸或其他介质来被电子捕获，然后被编译、解释或者如果需要以合适的方式进行处理，并且然后存储在计算机存储器中。

在替代实施例中，在系统500通过硬件实现时，系统500可以用以下技术中的任何一种或组合来实现，这些技术中的每一种在本领域中都是众所周知的：具有用于对于数据信号实现逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当组合逻辑门的专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等。

上述实施例通常操纵建模对象，并提供具有改进的人体工程学的结构设计。

建模对象是由例如存储在数据库中的数据限定的任何对象。通过扩展，表述“建模对象”指代数据本身。建模对象可以根据系统的类型由不同类型的数据来限定。系统可以是CAD系统、CAE系统、CAM系统、PDM系统和/或PLM系统的任意组合。在这些不同的系统中，建模对象由对应的数据来限定。因此，人们可以说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，这些系统中的一个系统不排斥另一个系统，因为建模对象可以由与这些系统的任意组合对应的数据来限定。因此，系统可能既是CAD系统又是PLM系统。

CAD系统还指至少适用于基于建模对象的图形表示来设计建模对象的任何系统(例如CATIA^TM或SOLIDWORKS^TM)。在这种情况下，限定建模对象的数据包括使得能够表示建模对象的数据。CAD系统可以例如使用边或线(在某些情况下使用面或表面)提供CAD建模对象的表示。线、边或表面可以用各种方式(例如非均匀有理B样条(non-uniform rationalB-splines，NURBS))来表示。具体地，CAD文件包含可以从其中生成几何图形的规格，这反过来又允许待生成的表示。建模对象的规格可以存储在单个CAD文件或多个文件中。在CAD系统中，表示建模对象的文件的典型大小在每个零件一兆字节的范围内。建模对象通常可能是由数千个零件组成的组件。

在CAD的上下文中，建模对象通常可以是3D建模对象。“3D建模对象”是指如下任何对象：该对象通过能够实现其3D表示的数据来建模。3D表示使得能够从所有角度观察机械结构。例如，当如此表示时，3D建模对象可以被处理并围绕该3D建模对象的任何轴线旋转，或者围绕显示该表示的屏幕中的任何轴线旋转。这明显排除了不是3D建模的2D图标。3D表示的显示有助于设计(即，提高设计者统计地完成设计者的任务的速度)。这加快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。此外，3D建模对象描述了机械结构的3D形状/几何形状，换言之，描述了真实世界中的机械结构的材料组成的空间分布。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明的结构进行各种修改和变型。鉴于前述内容，本发明意图是覆盖本发明的修改和变型，只要这些修改和变型落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (7)

1.一种用于通过用户与基于特征的CAD系统的交互来设计3D建模对象的计算机实施方法，所述3D建模对象表示机械结构，所述机械结构包括结构构件，所述机械结构还包括多个角部，每个角部还包括模型的在所述角部处连接在一起的多个结构构件，所述方法将连接元件自动插入到拓扑相似角部，包括以下步骤：

接收所述多个角部的参数化特征列表；

接收所述多个角部中的第一角部的选择；

对所述模型中的与所述第一角部拓扑相似的第二角部进行识别；

在所述第一角部处收集第一连接元件的参考数据；

将所述第一连接元件的参考数据复制到所述第二角部；

将所复制的所述第一连接元件的参考数据定向到所述第二角部；

创建与所述第一连接元件相同的第二连接元件；以及

将所述第二连接元件应用于所述第二角部。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一角部处接收所述第一连接元件的用户选择的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，除了所述角部构件的相对取向之外，所述第一角部和所述第二角部是相同的，所述方法还包括计算所述第一角部和所述第二角部之间的刚性主体变换的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括将所述刚性主体变换应用于所述第一连接元件以产生第二连接元件的参考的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二角部是所述第一角部的镜像，所述方法还包括围绕在对所述第一角部和所述第二角部的角部位置点进行接合的线的中点处构造的镜像平面来计算镜像变换的步骤，其中，所述线的方向垂直于所述镜像平面。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括将所述镜像变换应用于所述第一连接元件以产生所述第二连接元件的参考的步骤。

7.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：

经由CAD系统的图形用户界面提供所述第二角部的指示；以及

在所述第二角部处提供所述第二连接元件的图形表示。