DE102007021697A1

DE102007021697A1 - System und Verfahren für Gitter- und Körperhybridmodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten

Info

Publication number: DE102007021697A1
Application number: DE102007021697A
Authority: DE
Inventors: Seock Hoon Cupertino Bae; Dong Hoon Lee; Doo Soo Kim; Young Kwan Kim; Sung Wook Cho
Original assignee: Inus Technology Inc
Current assignee: Inus Technology Inc
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2007-11-15
Also published as: CN101071451A; KR20070110198A; JP4791411B2; JP2007305132A; CN100595768C; KR100898138B1; US7613539B2; US20070265727A1

Abstract

Ein Mechanismus wird diskutiert, um einem Benutzer zu ermöglichen, Modellbereiche (114, 116, 118) von 3-D-Abtastdaten als Oberflächenkörper zu behandeln, um so das Erfordernis zu eliminieren, Modellbereiche in parametrische Oberflächen zu konvertieren als eine Voraussetzung, Teilkörpermodellierungsoperationen durchzuführen. Während CAD-Remodellieren werden Roh-3-D-Abtastdaten (104) importiert. Die vorliegende Erfindung erlaubt einem Benutzer, einen Bereich direkt als ein Eingabeargument für eine Teilkörpermodellierungsoperation (108) zu benutzen, solange wie ein Sheetkörper (Oberflächenkörper) als ein Modellierungseingabeargument anwendbar ist. Wenn irgendwelche Bereiche, welche in der Körpermodellierung benutzt werden, durch den Benutzer modifiziert werden, werden zusätzlich Oberflächen, welche von den Anpassbereichen erzeugt worden sind, auch erneut berechnet und das Körpermodell wird automatisch aktualisiert. Die Modifizierung eines Bereichs kann passieren, wenn der Benutzer mehr Abtastdaten in den Bereich aufnimmt, Abtastdaten von dem Bereich ausschließt, Geometrie glättet oder andere Editierfunktionen benutzt.

Description

Zugeordnete Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität einer US-Provisional Application, betitelt "System and Method for Mesh and Body Hybrid Modeling Using 3D Scan Data", Anmeldungsnummer 60/767,516, eingereicht am 9. Mai 2006.
Gebiet der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen CAD (computerunterstützter Entwurf) und insbesondere die direkte Benutzung von 3D-Abtastdaten in einer CAD-Teilkörpermodellierungsoperation.
Hintergrund
Anwendungen eines computerunterstützten Entwurfs (CAD) werden benutzt, um Computermodelle von zwei- und dreidimensionalen Objekten als Teil eines Produktionsprozesses für ein physikalisches Objekt, welches modelliert wird, zu erzeugen. Die Modelle umfassen häufig mehrere Teilkörper, welche individuell entworfen werden müssen. Ein Teilkörper ist ein Computermodell, welches durch eine CAD-Anwendung benutzt wird, um eine Raumgeometrie oder Schichtgeometrie (offener Körper mit einer Dicke von Null) zu halten. Wenn der Entwerfer mit dem Entwurf zufrieden ist, kann ein tatsächliches physikalisches Objekt unter Benutzung des CAD-Modells erzeugt werden.
3D-Abtasten erfasst physikalische Geometrieinformation für ein dreidimensionales Objekt durch Erfassen von hochaufgelösten Punkten, welche die Form des abgetasteten dreidimensionalen Objektes repräsentieren. Die 3D-Abtastdaten können entweder durch einen Satz von Punkten oder dichte triangulare (oder anders geformte) Gitter repräsentiert werden, welche kumulativ ein Modell des abgetasteten Objekts bilden. Das Modell kann in mehrere Gruppen segmentiert werden, welche als Bereiche bezeichnet werden. In einem Gittermodell ist der Bereich ein Gitterbereich, welcher ein Satz von triangularen Facetten ist, welche beliebig durch einen Benutzer definiert werden können oder automatisch durch ein Computerprogramm identifiziert werden können. Das Computerprogramm kann auch dazu ausgelegt sein, planare, zylindrische, kreisförmige, kegelförmige, toroidale oder Freiformgitterbereiche durch Abschätzen und Verfolgen der Krümmungsinformation zu detektieren und zu gruppieren. Wenn die Roh-3D-Abtastdaten erfasst sind, können sie in ein CAD-Teilmodell für weitere Verarbeitung konvertiert werden, um den Entwurf des dreidimensionalen Objektes zu replizieren oder zu modifizieren. Diese Prozedur, 3D-Abtastdaten für ein dreidimensionales Objekt zu erfassen, um sie einer CAD-Anwendung bereitzustellen, so dass das Objekt repliziert oder wieder entworfen werden kann, wird reverse Konstruktion genannt.
Remodellieren eines 3D-CAD-Teilkörpers unter Benutzung von 3D-Abtastdaten erfordert zeitaufwendige Tätigkeiten. Eine der Komplexitäten kommt von der Tatsache, dass ein Teilkörper nur durch andere Teilkörper bearbeitet werden kann. Zum Beispiel kann ein Benutzer eine Boolesche Operation benutzen, um zwei Teilkörper zu vereinigen, aber herkömmlicherweise gibt es keinen Weg, um einen CAD-Teilkörper und ein 3D-Abtastdatenmodell zu vereinigen. Der Benutzer ist gezwungen, als einen Zwischenschritt einen CAD-Raum- oder Flächenkörper zu entwerfen, welche einen Bereich von Abtastdaten replizieren, bevor der Benutzer zu weiteren regulären CAD-Modellierungsprozeduren voranschreiten kann.
Kurze Zusammenfassung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen computerisierten Prozess bereit, welcher mit einem CAD-System arbeitet, welches einem Benutzer erlaubt, Punktwolkemodelle oder Gittermodelle, welche von Rohabtastdaten erzeugt sind, für CAD-Teilkörperoperationen zu benutzen, ohne eine vorherige Konversion der Abtastdaten in einen CAD-Teilkörper zu erfordern. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "Gitter" im Sinne von "Netz" oder "Masche" benutzt sein. Der computerisierte Prozess ermöglicht einem Benutzer, Modellbereiche als Oberflächenkörper zu behandeln, um so das Erfordernis zu eliminieren, Modellbereiche in parametrische Oberflächen als eine Voraussetzung, um CAD-Teilkörpermodellierungsoperationen auszuführen, zu konvertieren. Während CAD-Remodellieren werden Roh-3D-Abtastdaten, welche ein Modell bilden, importiert. Die vorliegende Erfindung erlaubt einem Benutzer, direkt einen Modellbereich als ein Eingabeargument für eine Teilkörpermodellierungsoperation zu benutzen, solange ein Schichtkörper (Oberflächenkörper) als ein Modellierungseingabeargument anwendbar ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben einem Benutzer auch, einen Körper durch einen Bereich zu schneiden (cut), bevor dieselbe Prozedur ausgeführt wird. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "schneiden" im Sinne von "zerschneiden" oder "ausschneiden" benutzt sein. Wenn irgendwelche Bereiche, welche in der Körpermodellierung benutzt werden, durch den Benutzer modifiziert werden, werden zusätzlich Oberflächen, welche durch Anpassen von Bereichen erzeugt worden sind, auch erneut berechnet und das Körpermodell wird automatisch aktualisiert. Die Modifikation eines Bereichs kann geschehen, wenn der Benutzer mehr Daten in den Bereich aufnimmt, Daten von dem Bereich ausschließt, eine Geometrie glättet oder andere Editierfunktionen benutzt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellieren unter Benutzung von 3D-Abtastdaten den Schritt eines Bereitstellens einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objekts repräsentiert. Die 3D-Abtastdaten bilden ein Modell, welches das dreidimensionale Objekt repräsentiert. Das Verfahren stellt auch ein CAD-System bereit, welches dazu benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper zu remodellieren und das Modell in mehrere Gitterbereiche zu segmentieren. Zusätzlich wählt das Verfahren Daten von mindestens einem Bereich aus. Die ausgewählten Daten werden dazu benutzt, um programmtechnisch einen Oberflächenkörper zu implizieren, welcher den Bereich repräsentiert. Der Oberflächenkörper wird als ein Eingabeargument für eine CAD-Teilkörpermodellierungsoperation benutzt. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "implizieren" im Sinne von "innewohnen" benutzt sein. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "programmtechnisch" im Sinne von "programmgesteuert" oder "programmatisch" benutzt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten eine Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objekts repräsentiert. Die 3D-Abtastdaten bilden ein Modell, welches das dreidimensionale Objekt repräsentiert. Das System umfasst auch eine CAD-Anwendung, welche dazu benutzt ist, zumindest einen CAD-Teilkörper mit einer Teilkörpermodellierungsoperation zu remodellieren. Die Teilkörpermodellierungsoperation erlaubt die Benutzung eines Oberflächenkörpermodellierungseingabearguments. Zusätzlich umfasst das System mindestens einen identifizierten Bereich in dem Modell, welcher einem Teil der 3D-Abtastdaten zugeordnet ist. Das System umfasst auch eine Benutzerschnittstelle, welche die Auswahl der Daten ermöglicht, welche dem identifizierten Bereich zugeordnet sind. Die ausgewählten Daten werden dazu benutzt, um programmtechnisch einen Oberflächenkörper zu implizieren, welcher den Bereich repräsentiert, welcher als ein Eingabeargument für die CAD-Modellierungsoperation eines Teilkörpers benutzt wird.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellieren unter Benutzung von 3D-Abtastdaten den Schritt eines Bereitstellens einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objekts repräsentiert, welche kumulativ ein Modell des dreidimensionalen Objekts bildet. Das Verfahren wählt auch mindestens einen Bereich in dem Modell aus und errechnet eine implizierte Oberfläche für den mindestens einen Bereich. Die implizierte Oberfläche wird als ein Eingabeargument für eine CAD-Modellierungsoperation eines Teilkörpers verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird besonders in den angehängten Ansprüchen ausgebreitet. Die Vorteile der Erfindung, welche oben beschrieben sind, sowie weitere Vorteile der Erfindung, können besser durch Bezug auf die folgende Beschreibung verstanden werden, wobei sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:
1 eine Umgebung illustriert, welche geeignet ist, eine Ausführungsform der Erfindung zu praktizieren;
2 ein Flussdiagramm einer Sequenz von Schritten ist, welche verfolgt werden können durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um direkt 3D-Abtastdaten von einem Modellbereich in Modellierungsoperationen eines Teilkörpers zu benutzen;
3A eine Benutzerschnittstelle illustriert, welche Segmentierungs- und Polygonauswahlwerkzeuge bereitstellt;
3B Modellbereiche illustriert, welche mit verschiedenen Auswahlwerkzeugen ausgewählt sind;
3C den Nettoeffekt eines Löschens einer Auswahl von einer anderen Auswahl illustriert;
3D die Benutzung von Volumenauswahlwerkzeugen illustriert;
4 das Hinzufügen von Gitterauswahlen zu einem Gitterbereich illustriert;
5A und 5B die Auswahl und das Hinzufügen eines weiteren Gitterbereichs zeigen;
5C und 5D die Auswahl und das Vereinigen von zwei Gitterbereichen illustrieren;
5E und 5F die Auswahl von Polygonen und ihr nachfolgendes Vereinigen mit einem Gitterbereich illustrieren;
6A und 6B die Benutzung des Linienauswahlwerkzeuges und des "Teilen"-Befehls;
7A und 7B die Benutzung des Rechteckauswahlwerkzeuges und des "Entfernen"-Befehls illustrieren;
8A bis 8C einen Gitterbereich und seine nachfolgendes Verkleinern und Vergrößern unter Benutzung der Werkzeuge der vorliegenden Erfindung illustrieren;
9A die Auswahl eines Gitterbereichs illustriert;
9B eine Benutzerschnittstelle illustriert, welche die Auswahl von Oberflächenanpassparametern für den Gitterbereich, welcher in 9A ausgewählt ist, ermöglicht;
9C die resultierende Anpassoberfläche illustriert;
10A bis 10C das erneute Anpassen einer Oberflächenanpassung illustriert, welches dem Editieren eines Gitters, auf welchem die Oberflächenanpassung basiert, folgt;
11A bis 11C die Auswahl und Operation eines "Extrudiere bis Oberfläche"-Parameters illustrieren;
12A bis 12C die Auswahl und Operation eines "Extrudiere bis Bereich"-Parameters;
13A bis 13C die automatische Wiederberechnung einer Teilkörperoperation illustriert, welche darauf folgt, dass ein Benutzer einen Gitterbereich editiert, welcher als ein Eingabeargument für die Operation benutzt wird;
14A und 14B die Benutzung eines "Drehe bis Bereich"-Befehls illustriert mit Gitterdaten, welche das Eingabeargument zuführen; und
15A und 15B die Benutzung der implizierten Oberfläche eines Gitterbereichs illustrieren, um eine CAD-Schneideoperation durchzuführen.
Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einem Benutzer, welcher reverse Konstruktion unter Benutzung von 3D-Abtastdaten durchführt, Werkzeuge bereit, welche die direkte Benutzung von 3D-Abtastdaten während CAD-Modellierungsoperationen eines Teilkörpers erlauben. Die implizierten Oberflächen, welche in benutzerausgewählten Gitterbereichen vorhanden sind, sind programmtechnisch berechnet/approximiert unter Benutzung von Techniken, wie etwa Oberflächenanpassung oder Oberflächeninterpolation. Die implizierte Oberfläche wird dann CAD-Modellierungsoperationen eines Teilkörpers bereitgestellt, welche Oberflächenkörpeeingabeargumente akzeptieren. Die Möglichkeit, direkt Abtastdaten zu benutzen, ohne einen Zwischen-CAD-Teilkörper von den 3D-Abtastdaten zu erzeugen, bevor eine Modellierungsoperation eines Teilkörpers durchgeführt wird, repräsentiert eine erhebliche Zeit- und Aufwandsersparnis für den Entwerfer. Benutzeränderungen an Bereichen des Modells, welche vorher in den CAD-Modellierungsoperationen eines Teilkörpers benutzt worden sind, lösen eine automatische erneute Berechnung der implizierten Oberfläche und der Modellierungsoperation des Teilkörpers aus, welche die neu wiederberechnete implizierte Oberfläche benutzt.
1 illustriert eine Umgebung, welche geeignet ist, eine illustrative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu praktizieren. Ein Rechengerät 102 umfasst eine Kollektion von Roh-3D(dreidimensional)-Abtastdaten 104 für ein abgetastetes dreidimensionales Objekt. Die Roh-3D-Abtastdaten 104 können von einem 3D-Abtaster 103 gesammelt worden sein, welcher in Kommunikation mit dem Rechengerät 102 ist oder können eine vorher gespeicherte Kollektion von Abtastdaten sein. Das Rechengerät 102 beherbergt auch eine CAD-Anwendung 106 und eine Hybridmodellierungseinrichtung 110. Das Rechengerät 102 kann eine Arbeitsstation, ein Server, ein Laptop, ein Mainframe-Computer, ein PDA, ein Cluster von Geräten, welche zusammenarbeiten, ein virtuelles Gerät oder ein anderes Rechengerät sein, welches dazu in der Lage ist, die CAD-Anwendung 106 und eine Hybridmodellierungseinrichtung 110, welche hierin diskutiert ist, zu unterstützen. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 ist ein ausführbarer Softwareprozess oder eine Anwendung, welche weiter unten im Detail diskutiert wird. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 kann als einer oder mehrere Anwendungsprozesse implementiert sein, als eine oder mehrere Anwendungs-Plug- Ins oder als eine alleinstehende Anwendung. In einer Implementation der vorliegenden Erfindung ist die Hybridmodellierungseinrichtung 110 in die CAD-Anwendung 106 als ein Softwarewerkzeug integriert. In einer anderen Implementation ist die Hybridmodellierungseinrichtung 110 in Kommunikation mit der CAD-Anwendung 106, aber ist nicht Teil der CAD-Anwendung. Die CAD-Anwendung 106 umfasst mindestens eine Teilkörpermodellierungsoperation 108, welche Oberflächenkörper als Modellierungseingabeargumente akzeptiert. Die Teilkörpermodellierungsoperation 108 wird in weiterem Detail unten diskutiert.
Die Rohabtastdaten 104 sind eine Kollektion von hochaufgelösten Punkten in drei Dimensionen, welche die Form eines abgetasteten Objekts repräsentiert. In einer Implementation, sind die Rohabtastdaten 104 ein Satz von triangularen Gittern, aber die Benutzung von anderen Formen von Abtastdaten wird auch als innerhalb des Geltungsbereiches der vorliegenden Erfindung betrachtet. Zum Beispiel können die Rohabtastdaten 104 Punkte, triangulare Gitter, viereckige Gitter, Tetraeder-Gitter oder Hexaeder-Gitter sein. Kollektiv bildet der Satz von Gittern ein Gittermodell, welches die Oberfläche des abgetasteten Objekts repräsentiert. Alternativ können die Roh-Abtastdaten in ein Punktwolkemodell gebildet sein, welches die Oberfläche des abgetasteten Objekts repräsentiert. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erzeugt eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) 132 auf einer Anzeige 130, welche einem Benutzer erlaubt, das Modell 112 manuell oder programmtechnisch in Gitterbereiche oder Punktwolkemodellbereiche 114, 116 und 118 zu segmentieren. Die GUI 132 ermöglicht einem Benutzer 120, einen bestimmten Bereich 114, 116 oder 118 in dem Modell 112 und eine Teilkörpermodellierungsoperation 108 auszuwählen, für welche der Benutzer die Daten als Eingabe benutzen möchte. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 analysiert die Rohabtastdaten 104, wie weiter unten ausgeführt wird, und berechnet eine approximative implizierte Oberfläche für den ausgewählten Bereich. Die berechnete implizierte Oberfläche wird als ein Eingabeargument für die Teilkörpermodellierungsoperation 108 bereitgestellt ohne das Erfordernis, den Bereich zuerst als ein separates CAD-Teilkörpermodell zu repräsentieren. Beispielhafte CAD-Teilkörpermodellierungsoperationen umfassen Extrudieren zu einer Oberfläche und Beschneiden einer Oberfläche oder eines Bereiches und Ersetzen von Flächen in einem Oberflächenkörper mit einem neuen Oberflächenkörper.
2 ist ein Flussdiagramm einer Folge von Schritten, welche durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfolgt werden kann, um direkt 3D-abgetastete Daten in Teilkörpermodellierungsoperationen zu benutzen. Die Folge von Schritten beginnt mit der Bereitstellung einer Kollektion von Roh-3D-Abtastdaten 104 (Schritt 210). Die Roh-3D-Abtastdaten 104 können unmittelbar vor einem Durchführen einer Teilkörpermodellierungsoperation erfasst worden sein. Alternativ können die Roh-3D-Abtastdaten 104 vorher gespeicherte Abtastdaten sein. Ein Modell 112 wird von den Abtastdaten 104 erzeugt (Schritt 212). Das Modell kann ein Gittermodell sein. Es sollte bemerkt werden, dass in einer alternativen Implementation ein Punktwolkemodell anstatt eines Gittermodells erzeugt werden kann, und dass die Techniken, die hierin diskutiert sind, welche sich auf ein "Gittermodell" beziehen, auch unter Benutzung eines Punktwolkemodells praktiziert werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Modell 112 wird in verschiedene Bereiche 114, 116 und 118 entweder manuell als ein Resultat eines Benutzerbefehls oder programmtechnisch (Schritt 214) segmentiert. Ein Benutzer 120, welcher das Modell 112 auf der Anzeige 130 betrachtet, benutzt eine GUI 132, um einen oder mehrere Bereiche 114, 116 und/oder 118 und eine Teilkörpermodellierungsoperation 108 auszuwählen, für welche der Benutzer wünscht, dass die Hybridmodellierungseinrichtung 110 eine Approximation des Oberflächenwerts berechnet (Schritt 216). Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 analysiert dann die Rohabtastdaten 104 für den ausgewählten Bereich 114, 116 und/oder 118, wie weiter unten ausgeführt ist, um einen implizierten Oberflächenkörper für den ausgewählten Bereich zu berechnen (Schritt 218). Der implizierte Oberflächenkörper wird als ein Eingabeargument für die ausgewählte Teilkörpermodellierungsoperation 108 bereitgestellt, welche dann ausgeführt wird (Schritt 220).
Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erzeugt eine GUI, welche einem Benutzer erlaubt, einen Typ einer Teilkörpermodellierungsoperation 108 und einen Gitterbereich (oder einen Bereich eines Punktwolkemodells) 114, 116 oder 118 auszuwählen, um die Eingabe für die ausgewählte Teilkörpermodellierungsoperation bereitzustellen. 3A illustriert eine beispielhafte Benutzerschnittstelle 300, welche durch die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erzeugt werden kann. Es wird von den Fachleuten der Technik geschätzt werden, dass andere Benutzerschnittstellen anstatt der in 3A gezeigten GUI 300 benutzt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die GUI 300 umfasst manuelle Bereichssegmentierungswerkzeuge, wie etwa Hinzufügen 301, Entfernen 302, Vereinigen 303, Teilen 304, Vergrößern 305, Verkleinern 306 und Bereinigen 307. Das Bereinigen-Werkzeug 307 kann dazu benutzt werden, unnötige Gitterbereiche zu entfernen, welche eine kleine Zahl von Dreiecken oder eine relativ kleine Fläche haben. Die Hybridmodellierungseinrichtung kann auch eine automatische Segmentierungsfunktion 308 bereitstellen, welche die Abtastdaten automatisch in Bereiche segmentiert. Zusätzlich stellt die durch die Hybridmodellierungseinrichtung 312 erzeugte GUI 300 dem Benutzer Auswahlwerkzeuge bereit, um bestimmte Felder in einem Bereich auszuwählen und zu editieren. Beispielhafte Auswahlwerkzeuge umfassen Linie 311, Rechteck 312, Kreis 313, Polyline 314, Freihand 315, Farbpinsel 316, Flutfüllen 317, Schachtel 318, Zylinder 319 und Kreis 320. Die Auswahlwerkzeuge können wiederholt und mit Unterbrechungen benutzt werden. Unter dem Ausdruck "Polyline" wird in dieser Anmeldung eine Kurve verstanden, die mehrere Liniensegmente umfasst.
Die Felder des Modells, welche mit den Auswahlwerkzeugen ausgewählt sind, können kombiniert werden, um verschiedene Teile eines Gittermodells, wie in 3B gezeigt, auszuwählen. In 3B ist das Modell 330 mit verschiedenen Modellfeldern angezeigt, welche durch einen Benutzer unter Benutzung von verschiedenen Auswahlwerkzeugen ausgewählt sind. Zum Beispiel zeigt das Modell 330 ein bezeichnetes Feld 331, welches unter Benutzung eines Linienauswahlwerkzeuges 311 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 332, welches unter Benutzung eines Rechteckauswahlwerkzeugs 312 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 333, welches unter Benutzung eines Kreisauswahlwerkzeuges 313 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 334, welches unter Benutzung eines Polyline-Auswahlwerkzeuges 314 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 335, welches unter Benutzung eines Freihand-Auswahlwerkzeuges 315 ausgewählt worden ist und ein bezeichnetes Feld 336, welches unter Benutzung eines Farbpinsel-Werkzeuges 316 ausgewählt worden ist.
Die verschiedenen Auswahlwerkzeuge können in Kombination benutzt werden, um vorher ausgewählte Felder zu löschen, wie in 3C gezeigt. In 3C ist ein Modell 350 gezeigt, welches ein bezeichnetes Feld 351 zeigt, welches ursprünglich unter Benutzung eines Rechteck-Auswahlwerkzeuges 312 gewählt wurde. Innerhalb des bezeichneten Feldes 351 ist ein zusätzliches bezeichnetes Feld 352, welches unter Benutzung eines Farbpinsel-Auswahlwerkzeuges 316 gelöscht worden ist.
Das Flutfüll-(flood fill)-Auswahlwerkzeug 317 benutzt eine Keimfläche und wählt alle Polygone aus, welche an der Keimfläche angebracht sind. Die GUI 300 stellt dem Benutzer auch Werkzeuge bereit, um 3D-Volumen zu bearbeiten. Während viele Auswahlwerkzeuge an Oberflächen agieren (das ist: Ausmalen der Oberfläche, um Gitterpolygone unter Benutzung des Farbpinsel-Auswahlwerkzeuges 316 auszuwählen), werden die Box 318-, Zylinder 319- und Kreis 320-Auswahlwerkzeuge dazu benutzt, um 3D-Volumen in dem Modellfenster zu erstellen. Teile des Gitters, welche innerhalb des erstellten Volumens lokalisiert sind, werden ausgewählt. Die Box 318-, Zylinder 319- und Kreis 320-Auswahlwerkzeuge erlauben dem Benutzer, Volumen im Raum auszuwählen. Wenn das Gitter innerhalb dieser Volumen fällt, wird der Bereich ausgewählt. 3D stellt eine beispielhafte Benutzung der Volumenwerkzeuge dar. Ein Gittermodell 370 umfasst ein bezeichnetes Feld 371, welches unter Benutzung eines Schachtel-Auswahlwerkzeuges 318 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 372, welches unter Benutzung eines Zylinder-Auswahlwerkzeuges 319 ausgewählt worden ist, ein bezeichnetes Feld 373, welches unter Benutzung eines Kreis-Auswahlwerkzeuges 320 ausgewählt worden ist.
4 stellt die Benutzung einer beispielhaften GUI 400 dar, um eine Gitterbereichsgruppe 404 zu einem Modell 402 hinzuzufügen, nachdem Gitterauswahlwerkzeuge benutzt worden sind. Wenn der Benutzer den Gitterbereich 404 unter Benutzung der Schachtel 318-, Zylinder 319- und Kreis 320-Auswahlwerkzeuge ausgewählt hat (wie in 3D gezeigt), kann der Benutzer ein "Hinzufügen"-Befehl 401 drücken, um die Gitterbereichsgruppe 404 hinzuzufügen. Gitterbereichsgruppen können unterschiedlich farblich gestaltet sein, abhängig von der Bereichsgruppe, von welchen sie ein Mitglied sind. Zum Beispiel kann die erste Bereichsgruppe eine violette Gruppe sein. Alternativ können andere Kennzeichner, welche nicht von einer Farbe abhängen, benutzt werden, um die Gitterbereichsgruppe zu kennzeichnen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer ein Auswahltool in der GUI einsetzen, um Polygone auszuwählen und dann verschiedene Befehle benutzen, welche anwendbar sind, um Bereiche zu erzeugen (hinzuzufügen). Ein Benutzer kann auch Bereiche auswählen oder sonst Polygone und Bereiche auswählen. Wenn der Benutzer Polygone und Bereiche auswählt, werden zusätzliche Befehle anwendbar, wie etwa Befehle um zu "Vereinigen", "Vergrößern", "Verkleinern", "Entfernen", "Vereinigen" und "Teilen". Zum Beispiel stellt 5A den Benutzer 20 dar, welcher ein Polyline-Gitter-Auswahlwerkzeug 314 benutzt, um das bezeichnete dreieckige Feld 504 in dem Modell 500 auszuwählen. Das Modell 500 umfasst auch einen zuvor ausgewählten Bereich 502. In einer Ausführungsform kann das ausgewählte dreieckige Feld 504 in rot oder in einer anderen Farbe gezeigt sein, während der vorher ausgewählte Bereich 502 in einer verschiedenen Farbe, etwa violett, gezeigt sein kann. Durch Benutzen des "Hinzufügen"-Befehls von der GUI kann der Benutzer eine andere Bereichsgruppe zu dem Modell 500 hinzufügen. 5B zeigt die Wirkung der Benutzung des Hinzufügen-Befehls auf das Modell 500 mit der Darstellung des ausgewählten dreieckigen Bereichs 504, welcher sich ändert, um anzuzeigen, dass er nun eine andere Bereichsgruppe in dem Modell ist. Die zusätzliche Bereichsgruppe kann dadurch gekennzeichnet werden, dass das ausgewählte dreieckige Feld sich in eine neue Farbe, wie etwa pink (von einer ursprünglichen Farbe, wie etwa rot) ändert und kann als die Pink-Gruppe benannt werden, während der ursprüngliche Bereich 502 als die "violette Gruppe" benannt werden könnte.
Durch Benutzen eines "Bereichsauswahlwerkzeugs", welches durch die GUI bereitgestellt ist, ist der Benutzer in der Lage, darauf zu zeigen und und zu klicken, um zwei getrennte Bereiche auszuwählen, wie etwa den Pink-Bereich und den Violett-Bereich, wie oben diskutiert. Die ausgewählten Bereiche können in irgend einer Weise für den Benutzer hervorgehoben werden, wie etwa durch Hinzufügen von roten Punkten. Der Auswahl der Bereiche mit dem Bereichsauswahlwerkzeug folgend kann der Benutzer einen "Vereinigen"-Befehl benutzen, um die zwei ausgewählten Bereiche in einen Bereich zu vereinigen. Zum Beispiel zeigt 5C die Auswahl mit dem Bereichsauswahlwerkzeug der zwei Bereiche 502 und 504 in dem Modell 500. Die ausgewählten Bereiche können zusammen 506 mit irgend einer Art von visuellem Kennzeichner angezeigt werden, welcher auf die beiden Bereiche angewendet wird, um anzuzeigen, dass die Bereiche beide ausgewählt worden sind. Wenn sie ausgewählt sind, kann ein Benutzer den Vereinigen-Befehl auswählen, um die zwei Bereiche zu vereinigen. 5D stellt die Verschmelzung des visuell bezeichneten Feldes 506 (welches von den Bereichen 502 und 504 herrührt) in ein neues vereinigtes Modellfeld 508 dar.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt die GUI dem Benutzer auch, Polygonauswahlen und Bereichsauswahlen zu mischen und dann die zwei Auswahlen zu vereinigen, um einen vereinigten Bereich zu erstellen. 5E illustriert die Auswahl von Polygonen 520 und einem Bereich 522. 5F illustriert die Wirkung, wenn ein Benutzer die ausgewählten Polygone 522 und den ausgewählten Bereich 520 in einen einzelnen vereinigten Bereich 524 unter Benutzung eines Vereinigen-Befehls vereinigt.
Ein zusätzliches Tool, welches durch die GUI 132, welche durch die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erzeugt ist, bereitgestellt ist, ist das Linienauswahlwerkzeug 311. 6A illustriert eine Polygonauswahl 602, welche unter Benutzung des Linienauswahlwerkzeuges 311 gemacht worden ist, welche einen Bereich 604 halbiert. Ein Benutzer kann einen "Teilen"-Befehl 304 auswählen, welcher dazu führt, dass der Bereich 604 entlang der Polygonlinienauswahl 602 geteilt wird. Die Wirkung des Teilen-Befehls ist, einen anderen Bereich 606 zu erzeugen, wie in 6B gezeigt. Wie vorher bemerkt, können die verschiedenen Bereiche und Auswahlen mit verschiedenen Farben gekennzeichnet werden, wie etwa durch Anzeigen einer violetten Linie 602 durch einen pinken Bereich 604 in 6A und getrennte orange 602 und violette Bereiche 604 in 6B.
Ein Entfernen-Befehl kann auch durch die GUI angesteuert werden. 7A stellt die Benutzung eines Rechteckauswahlwerkzeuges 312 dar, um eine rechteckige Auswahl 702 in einem Modell 700 zu machen. Die rechteckige Auswahl 702 überlappt mit zwei Bereichen 704 und 706 in dem Modell 700. Die GUI 132 erlaubt einem Benutzer, einen Entfernen-Befehl auszuwählen und auf die rechteckige Auswahl 702 anzuwenden. Die Wirkung der Anwendung des Entfernen-Befehls ist es, die rechteckige Auswahl und die überlappenden Bereiche der anderen Bereiche 704 und 706 zu entfernen. 7B stellt das Modell 700 und die reduzierten Bereiche 704 und 706 nach Anwendung des Entfernen-Befehls auf das rechteckige Feld 702 dar.
Die GUI 132 kann auch Auswahlwerkzeuge zum Verkleinern und Vergrößern eines Gitters einem Benutzer bereitstellen.
8A zeigt einen am Anfang ausgewählten Bereich 802 eines Gittermodells 800. 8B zeigt den Bereich der 8A nach einer oder mehreren Anwendungen eines "Verkleinern"-Befehls. Die Wirkung der Anwendung des Verkleinern-Befehls ist, einen kleineren Unterbereich 804 des am Anfang ausgewählten Bereichs 802 der 8A auszuwählen. Es wird geschätzt werden, dass das Ausmaß des Verkleinerns des am Anfang ausgewählten Bereichs 802, welches durch Auswahl des "Verkleinern"-Befehls erfolgt, ein vorbestimmtes statisches Ausmaß sein kann. Alternativ kann das Ausmaß eines Verkleinerns, welches durch die Auswahl des "Verkleinern"-Befehls erfolgt, durch den Benutzer über die GUI 132 oder in irgend einer anderen Weise konfigurierbar sein. 8C zeigt einen vergrößerten Bereich 804, welcher nach einer oder mehreren Anwendungen eines "Vergrößern"-Befehls ausgewählt ist. Wie mit dem "Verkleinern"-Befehl, kann das exakte Ausmaß eines Vergrößerns, welches erfolgt, ein statisches Ausmaß oder ein benutzerkonfigurierbares Ausmaß sein. Die GUI 132 stellt somit einem Benutzer einen einheitlichen Weg bereit, um schrittweise die Größe des Bereichs bis zur Zufriedenheit des Benutzers zu verändern. Es sollte bemerkt werden, dass, obwohl die Beschreibung der vorliegenden Erfindung die Namen von verschiedenen Befehlen benutzt, welche durch die Hybridmodellierungseinrichtung angeboten werden, die Namen der Befehle nicht essentiell für die vorliegende Erfindung sind und andere Befehle mit verschiedenen Namen, welche dieselbe Funktionalität umfassen, für diese hierin beschriebenen ersetzt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Bereichsgruppen, welche unter Benutzung der Werkzeuge in der GUI 132 ausgewählt und erzeugt werden, können in CAD-Modellierung benutzt werden. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erlaubt dem Benutzer, Oberflächen an diese Bereichsgruppen anzupassen mit einer Kontrolle über die Oberflächenanpassparameter, wie etwa UV-Achse und die Zahl von Kontrollpunkten. Die Oberflächen können in CAD-Umgestaltungsprozessen in Feldern benutzt werden, wie etwa Beschneiden mit einer Oberfläche und Extrudieren bis zu einer Oberfläche. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 ermöglicht auch, dass die Oberflächen durch einen Bereich impliziert werden, wenn CAD-Remodellierungsprozesse ausgeführt werden. Zum Beispiel impliziert mit der Hybridmodellierungseinrichtung 110 ein Bereich eine Oberfläche (entweder unter Benutzung eines voreingestellten oder benutzergewählter Oberflächenanpassungsparameter), wodurch einem Benutzer erlaubt wird, einen Bereich auszuwählen und CAD-Operationen durchzuführen (welche typischerweise eine Oberfläche erfordern), wie etwa eine "Extrudiere bis Bereich"-Operation (unter Benutzung der Oberfläche, welche durch die Bereichsauswahl impliziert ist). Zum Beispiel kann in dem "Extrudieren"-Befehl eine "bis zu Bereich"-Option verfügbar sein, wie auch eine "bis zu Oberfläche/Fläche"-Option. Eine Oberfläche kann durch die Hybridmodellierungseinrichtung 110 durch Anpassen des Bereichs in die am besten geeignete parametrische Oberflächenform berechnet werden. Ein spezifiziertes 2D-Entwurfsprofil kann dann bis zu der berechneten Oberfläche extrudiert werden. Die von dem Bereich implizierte Oberfläche kann automatisch aktualisiert werden, wenn sich der Bereich ändert. Zum Beispiel kann eine von einem Bereich implizierte Oberfläche, welche extrudiert worden ist, aktualisiert werden, wenn ein "Vereinigen"-Befehl oder ein "Entfernen"-Befehl auf dem Bereich ausgeführt wird. Geometrische oder topografische Änderungen in den Rohabtastdaten werden auch auf eine implizierte Oberfläche propagiert. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "propagieren" im Sinner von "weiterreichen" benutzt sein. Wenn zum Beispiel ein "Glätten"-Befehl für einen Bereich ausgewählt wird, wird die Position jedes Punktes in dem Bereich geändert und die von dem Bereich implizierte Oberfläche wird dann automatisch aktualisiert.
Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 wendet eine G1 (Tangente)- oder höhere Ordnung (G2, etc.)-Ausweitung (Voreinstellung ist G1) an, wenn der extrudierte Entwurf nicht die originale Größe der implizierten Oberfläche, welche auf das Gitter angepasst ist, schneidet. Zum Beispiel zeigt 9A ein Modell 900, von welchem ein ursprünglicher Gitterbereich 902 ausgewählt worden ist. 9B stellt eine Benutzerschnittstelle 910 dar, welche von der Hybridmodellierungseinrichtung 110 bereitgestellt ist, von welcher der Benutzer eine Funktion zum Erstellen einer Oberfläche benutzen kann, um Oberflächenanpassungsparameter auszuwählen. Die Benutzerschnittstelle 910 stellt auch eine Vorschau 920 der Oberflächenanpassung für den ausgewählten Bereich bereit. Die Benutzerschnittstelle 910 kann dem Benutzer erlauben, die Oberflächenanpassungsparameter, wie etwa die Zahl von U-Kontrollpunkten 912 und Zahl von V-Kontrollpunkten 913 zu kontrollieren. Die Benutzerschnittstelle 910 kann einem Benutzer erlauben, zu spezifizieren, dass das Gitter neu erstellt wird 914, dass ISO-Flussregularisierungslevel eingestellt werden 915, und dass die U-V-Achsen manipuliert werden 916. Die Benutzerschnittstelle 910 kann auch dem Benutzer erlauben, den Typ einer Ausweitemethode zu spezifizieren, welche beim Durchführen des Erstellens der Oberfläche benutzt wird. Zum Beispiel ist in 9B die G1-Ausweitemethode ausgewählt worden. In einer Ausführungsform kann die Benutzerschnittstelle 910 dem Benutzer erlauben, das Ausmaß des U-Ausweiteanteils 918 und/oder des V-Ausweiteanteils 919 zu kontrollieren. Zum Beispiel sind sowohl der U-Ausweiteanteil als auch der V-Ausweiteanteil auf 200.0000 % in 9B ausgewählt worden. 9C zeigt eine resultierende Anpassungsoberfläche 930, welche unter Benutzung der durch die Oberfläche 910 ausgewählten Oberflächenanpassungsparameter für den Gitterbereich 902 berechnet worden ist. Es gibt einen kleinen (voreingestellten) Betrag einer G1-Ausweitung auf der Oberflächenanpassung, was bedeutet, dass die Oberfläche über den Bereich, welcher angepasst ist, übersteht. Wenn der Benutzer einen größeren Betrag einer G1-Ausweitung (oder G2-(Krümmungs)Ausweitung) spezifiziert hätte, dann würde die Oberfläche proportional größer basierend auf diesem Ausweiteparameter sein.
10A-10C illustrieren den automatischen Wiederanpassprozess, welcher in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. 10A stellt ein Gittermodell 1000 dar, welches einen übrigen Gitterbereich 1002 und ein entferntes Feld eines Gitterbereichs 1004 darstellt, welches von dem übrigen Gitterbereich entfernt worden ist. Das Entfernen des entfernten Feldes 1004 kann mit einer Zahl von Techniken in einem Gitterbereicheditier-/Modifikationsmodus durchgeführt werden, welcher durch die Hybridmodellierungseinrichtung 110 bereitgestellt ist. Eine solche beispielhafte Technik umfasst die Benutzung des dargestellten Farbpinselauswahlwerkzeuges 1006, welches durch einen angezeigten Gitterbereich gezogen werden kann, um die Entfernung durchzuführen. In einer Ausführungsform wird die Oberfläche 1010 automatisch nach dem Entfernen des entfernten Feldes 1004 erneut angepasst, nachdem der Benutzer den Gitterbereicheditier-/Modifikationsmodus verlässt. 10C stellt die Fähigkeit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, um weiter die erneut berechnete Anpassungsoberfläche 1020 durch Ändern des Betrages einer Oberflächenanpassungsausweitung zu modifizieren. In 10C ist die Anpassungsoberfläche 1020 einer 75% G1-Ausweitung in beiden, den U & V-Richtungen, unterzogen worden.
Einige der CAD-Operationen, welche durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, umfassen Extrudieren eines Raummodells bis zu einer implizierten Oberfläche. Dieser Typ von Operation wird in den 11A-11C gezeigt. 11A stellt einen CAD-Entwurf 1100 dar, welcher nahe einem Gitterbereich 1102 gezeichnet ist, für welchen eine implizierte Oberfläche berechnet werden wird. 11B stellt eine Benutzerschnittstelle 1110 dar, welche durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann. Die Benutzerschnittstelle umfasst einen auswählbaren Extrudierparameter 1112 sowie zusätzliche konfigurierbare Parameter, welche die Methode des Extrudierens 1114 kontrollieren. Zum Beispiel zeigt die ausgewählte Methode in 11B an, dass der Basisentwurf 1100 "bis zur Oberfläche" extrudiert werden soll. Eine Vorschau der extrudierten Entwurfskomponente 1116 wird auch durch die Benutzerschnittstelle 1110 bereitgestellt. 11C stellt den extrudierten Raumkörper 1120 dar, welcher die Oberfläche 1102, welche von den Gitterdaten für seine obere Fläche impliziert ist, benutzt. Wenn der Benutzer irgend einen der Anpassungsparameter der Oberfläche 1102 ändert, oder die Abtastdaten oder den Bereich der Abtastdaten, von welchem die Oberfläche impliziert ist editiert, dann wird in einer Ausführungsform der Benutzer auch Änderungen in dem extrudierten Raummodell 1120 sehen, weil es mit der Oberfläche verknüpft ist.
Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 identifiziert automatisch, welcher Oberflächentyp, wie etwa Ebene, Sphäre, Zylinder, Kegel, Torus oder eine Freiform am besten geeignet ist, um einen Gitterbereich zu repräsentieren. Oberflächenparameter können automatisch gemäß des identifizierten Typs berechnet werden. Die Modellierungsoptionen und Parameter können intern in einer Datenbank gespeichert sein.
Wie vorher bemerkt, können Bereich benutzt werden, um Oberflächen zu implizieren. Während CAD-Operationen, welche Oberflächen benutzen (unter Benutzung von voreingestellten Oberflächenanpassungsparametern), kann die Hybridmodellierungseinrichtung 110 Bereiche ersetzen. Somit stellt 12A einen Gitterbereich 1202 dar, welcher dem Modell 1200 oben hinzugefügt wird. Ein Basisentwurf 1200 ist auch dargestellt, welcher vier Kreise 1206 umfasst. 12B stellt die benutzergewählten Extrusionsparameter "bis zu Bereich" 1212 in der Benutzerschnittstelle 1210 dar, um die vier Kreise 1206 bis zu einer implizierten Oberfläche für den Gitterbereich 1202 zu extrudieren. Eine Vorschau 1220 des Ergebnisses wird auch durch die Benutzerschnittstelle 1210 angezeigt. 12C zeigt die resultierende Extrusion, welche die implizierte Oberfläche des Bereichs benutzt, und die Software führt G1-Ausweitung auf die von dem Bereich implizierte Oberfläche aus, so dass die Extrusion 1230 sich mit der implizierten Oberfläche schneidet.
Wenn der Bereich, welcher ursprünglich als eine Eingabe für ein CAD-Teilkörpermodellierungsargument gewählt worden ist, durch den Benutzer editiert wird, erstellt die Hybridmodellierungseinrichtung 110 automatisch den Körper erneut, durch Wiederholen des oben diskutierten Prozesses. 13A stellt ein Modell 1300 dar, welches ein editiertes Gitterfeld 1302 umfasst. Das Editieren des Gitterbereichs 1302 beeinflusst die implizierte Oberfläche, welche auf dem Bereich basiert und die Extrusionen zu dem Bereich. 13B zeigt das Modell 1300 mit einer erneut berechneten implizierten Oberfläche 1310. 13C stellt die Modifikation der extrudierten Teile 1330 dar, um die modifizierte implizierte Oberfläche zu berücksichtigen, welche durch die Modifikation des darunterliegenden Gitterbereichs bewirkt ist. Andere Optionen, um Bereiche in dem "Extrudiere zu Bereich"-Befehl für Freiformoberflächen sind, den maximalen, mittleren oder minimalen Abstand des Bereichs zu benutzen. Diese berechnen keine implizierte Oberfläche, aber der resultierende Teilkörper wird verändert, wenn es Änderungen in den Bereichen gibt.
Obwohl die obigen Beispiele Bereiche diskutieren, wo eine Freiformoberfläche geeignet ist, wird durch die Fachleute der Technik geschätzt werden, dass andere Oberflächen, wie etwa Sphären, Kegel, Ebenen, Zylinder oder Torus, etc. ersetzt werden können, wenn sie geeigneter sind für die analytische Form, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 erlaubt dem Benutzer auch, bis zu einem Bereich zu drehen, anstatt bis zu einem Bereich zu extrudieren. Der "Drehen bis Bereich"-Befehl arbeitet auf dieselbe Weise wie der "Extrudiere bis Bereich"-Befehl außer, dass die implizierte Oberfläche als eine Endoberfläche benutzt wird, bis zu welcher der drehende Entwurf gedreht werden kann. 14A stellt einen ausgewählten Gitterbereich 1402 in einem Modell 1400 und einen Entwurf 1404 dar. Der Entwurf 1404 hat ein Rotationsprofil und eine Mittellinie 1406. Der Entwurf umfasst ein kreisförmiges Feld 1408, welches bis zu der implizierten Oberfläche der ausgewählten Gitterregion 1402 zu drehen ist. 14B stellt die Wirkung der Ausführung eines "Drehe bis Bereich"-Befehls in einer Richtung dar. Die Drehung extrudiert bis zu der implizierten Oberfläche 1410 des Gitterbereichs. Anders ausgedrückt wird die Entwurfsebene um die Mittellinie 1406 gedreht, bis das kreisförmige Feld 1408 herumgedreht worden ist, um mit der implizierten Oberfläche des Gitterbereichs 1402 zu überlappen. Weil das Raummodell sich mit dem Bereich schneidet, weiß der Benutzer, dass die implizierte Oberfläche da sein wird (wenn sie nicht da wäre, würde eine G1-Ausweitung angewendet). Eine G1-(Tangenten)Ausweitung der Oberfläche würde angewendet, wenn sich das gedrehte Profil nicht mit der ursprünglichen Größe der implizierten Oberfläche schneiden würde. Die implizierte Oberfläche wird automatisch ausgeweitet, um sich mit dem Raummodell zu schneiden. Diese Idee einer Ausweitung ist identisch zu der Ausweitung der implizierten Oberfläche des "extrudiere bis Region"-Befehls, welcher oben diskutiert ist.
Schneiden mit Oberflächen ist eine typische CAD-Operation. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 nutzt die implizierte Oberfläche eines Gitterbereichs aus, um einen Schnitt durch einen Bereich zu erzeugen. Wie in den 15A und 15B gezeigt, kann zum Beispiel die implizierte Oberfläche dazu benutzt werden, um einen Schnitt an einem rechteckigen Raummodell durchzuführen. 15A zeigt ein Modell 1500, welches ein rechteckiges Raummodell 1504 umfasst, welches einen Teil eines ausgewählten Gitterbereichs 1502 schneidet. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 führt eine G1-(Tangenten)Ausweitung durch, um die implizierte Oberfläche, welche für den Gitterbereich 1502 berechnet ist, auszuweiten und einen vollständigen Schnitt durch das Raummodel 1504 zu machen. Die Ausweitung ist notwendig, weil ein Teil des Raummodells 1504 klar außerhalb des ausgewählten Gitterbereichs 1502 und seiner implizierten Oberfläche liegt. 15B zeigt das Resultat einer Schneideoperation, da das verminderte rechteckige Raummodell 1508 auf das Niveau der implizierten Oberfläche erniedrigt worden ist, welche für den ausgewählten Gitterbereich 1502 berechnet wurde.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Hybridmodellierungseinrichtung 110 dazu benutzt werden, um ein Modell durch Beschneiden oder Vereinigen von ausgewählten Oberflächen zu erstellen. Ein "Beschneiden und Vereinigen"-Befehl ist über die Benutzerschnittstelle verfügbar. Nachdem der Befehl ausgewählt ist, wählt ein Benutzer Eingabekörper für den Befehl aus, und zeigt dann durch die Benutzeroberfläche an, dass der Befehl angewendet werden soll. Der Beschneiden und Vereinigen-Befehl überprüft automatisch Schnitte zwischen ausgewählten Oberflächen und teilt Oberflächen entlang ihrer Schnittkurven. Unnötige Teile von Oberflächen, welche nicht daran teilnehmen, einen geschlossenen Bereich zu machen, oder der größte offene Bereich werden dann entfernt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Hybridmodellierungseinrichtung 110 eine Benutzerschnittstelle bereit, welche die Auswahl eines "Ersetze Fläche"-Befehls ermöglicht, welcher einem Benutzer erlaubt, Flächen in einer Oberfläche oder einem Raumkörper durch neue Oberflächenkörper zu ersetzen. Nachdem der Befehl durch die Benutzerschnittstelle ausgewählt worden ist, wählt der Benutzer eine Zielfläche in einem Raum- oder Oberflächenkörper aus, welche der Benutzer zu ersetzen wünscht und wählt eine oder mehrere Ersetzungsoberflächen aus, welche den Platz der Zielfläche einnehmen. Der Ausdruck "Raumkörper" betrifft einen Satz von Oberflächen, welche einen abgeschlossenen Bereich bilden, während der Ausdruck "Oberflächenkörper" einen Satz von Oberflächen betrifft, welche einen offenen Bereich bilden. Die Hybridmodellierungseinrichtung 110 kann eine einzelne Fläche oder einen Satz von verbundenen Flächen durch einen Oberflächenkörper ersetzen oder kann mehrere als einen Satz von verbundenen Flächen mit derselben Zahl von Oberflächenkörper in einer einzelnen Operation ersetzen. Der Ersetzungsoberflächenkörper muss nicht dieselben Grenzen haben wie die alten Flächen. In dem Fall, wo die Ersetzungsflächen größer als die Zielflächen sind, werden die der Zielfläche angrenzenden Flächen in dem ursprünglichen Körper auf den Ersetzungsoberflächenkörper ausgeweitet und beschnitten. In dem Fall, wo der Ersetzungsoberflächenkörper kleiner als die Zielfläche oder -flächen ist, werden die Ersetzungsoberfläche oder -oberflächen automatisch ausgeweitet, um die Flächen in dem ursprünglichen Körper, welche zu der Zielfläche angrenzend waren, zu treffen. Der Ersetzungsoberflächenkörper kann ein Oberflächenmerkmal sein, wie etwa ein Extrudieroberflächenmerkmal, ein Loftmerkmal (loft feature) und/oder ein Füllmerkmal. Der Ersetzungsoberflächenkörper kann auch ein gewirkter Oberflächenkörper oder ein komplexer importierter Oberflächenkörper sein.
Es sollte bemerkt werden, dass durch die gesamte Beschreibung der vorliegenden Erfindung, welche hierin beinhaltet ist, Bezug genommen wird auf spezifisch benannte Befehle und Operationen. Es sollte geschätzt werden, dass die Namen, welchen den Befehlen und Operationen gegeben wurden, wie hierin diskutiert, nur eine beispielhafte Weise bedeuten und dass andere Namen für Operationen und/oder Befehle, welche eine ähnliche Funktionalität bereitstellen zu benannten Befehlen und Operationen, welche hierin diskutiert sind, benutzt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung kann in einem oder mehreren computerlesbaren Programmen bereitgestellt sein, welche auf oder in einem oder mehreren Medien verkörpert sind. Die Medien können eine Floppy-Disk, eine Festplatte, eine Kompakt-Disk, eine vielfältige digitale Platte, ein Flash Memory Card, ein PROM, ein RAM, ein ROM, oder ein Magnetband sein. Im Allgemeinen können die computerlesbaren Programme in irgend einer Programmiersprache implementiert sein. Einige Beispiele von Sprachen, welche benutzt werden können, umfassen FORTRAN, C, C++, C#, oder JAVA. Die Software-Programme können auf oder in einem oder mehreren Medien als Objektcode gespeichert sein. Hardwarebeschleunigung kann benutzt werden und der gesamte oder ein Teil des Codes kann auf einer FPGA oder einem ASIC laufen. Der Code kann in einer virtualisierten Umgebung, wie etwa in einer virtuellen Maschine, laufen. Mehrere virtuelle Maschinen, welche den Code ablaufen lassen, können auf einem einzelnen Prozessor ansässig sein.
Da gewisse Abweichungen gemacht werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass alle Materie, welche in der obigen Beschreibung enthalten ist oder in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, als illustrativ interpretiert wird und nicht in einem wörtlichen Sinne. Praktiker der Technik werden realisieren, dass die Folge von Schritten und Architekturen, welche in den Figuren illustriert ist, geändert werden kann, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen und dass die hierin enthaltenen Illustrationen einzelne Beispiele einer Mehrzahl von möglichen Darstellungen der vorliegenden Erfindung sind.
Bedeutung englischer Begriffe in den Figuren

File – Datei
Select – Auswählen
Edit – Editiere
Insert – Einfügen
Tools – Werkzeuge
Measure – Messen
View – Ansicht
Help – Hilfe
RefGeom – Referenzgeometrie
Test – Test
Mesh Region Group – Gitterbereichsgruppe
Region Variable – Bereichsvariable
MinNum – Minimale Zahl
MaxNum – Maximale Zahl
Allow Invasion – erlaube Eingriff
Add – Hinzufügen
Remove – Entfernen
Merge – Vereinigen
Split – Trennen
Enlarge – Vergrößern
Shrink – Verkleinern
Clean – Bereinigen
Auto Segment – automatisch Segmentieren
Tree – Baum
Feature – Merkmal
Front – vorn
Top – oben
Right – rechts
Origin – Ursprung
Model – Modell
Shells – Hüllen
Sheet bodies – Sheetkörper
Solid bodies – Volumenkörper
2d sketches – 2D Entwürfe
Line – Linie
Rectangle – Rechteck
Circle – Kreis
Polyline – Polyline
Freehand – Freihand
Paint Brush – Farbpinsel
Flood Fill – Flutfüll
Box – Schachtel
Cylinder – Zylinder
Sphere – Sphäre
Face – Fläche
Boundary – Begrenzung
Loop – Schleife
Edge – Kante
Mesh Fit – Gitteranpassung
Resolution – Auflösung
Extend – Ausweiten
Ratio – Anteil
Extrude – Extrudieren
Trim – Beschneiden
Offset – Verschiebung
Sketch – Skizzieren/Entwerfen

Claims

Verfahren zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten umfassend: Bereitstellen (210) einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert, wobei die 3D-Abtastdaten ein Modell bilden, welches das dreidimensionale Objekt repräsentiert; Bereitstellen eines CAD-Systems, welches benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper zu remodellieren; Segmentieren (214) des Modells in eine Mehrzahl von Bereichen; und Auswählen (216) von Daten von mindestens einem der Mehrzahl der Bereiche, wobei die ausgewählten Daten dazu benutzt werden, um programmtechnisch einen Oberflächenkörper zu implizieren (218), welcher den Bereich repräsentiert, welcher als ein Eingabeargument für eine CAD-Teilkörpermodellierungsoperation benutzt wird (220).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modell ein Gittermodell ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modell ein Punktwolkemodell ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: Programmtechnisch Identifizieren eines Typs eines Oberflächenkörpers, um den Bereich zu repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Oberflächentyp von einer Gruppe ausgewählt ist, welche eine Ebene, eine Sphäre, einen Zylinder, einen Kegel, einen Torus und/oder eine Freiform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: Programmtechnisch Berechnen zumindest eines Oberflächenparameters für den Bereich basierend auf dem identifizierten Typ.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine Oberflächenparameter einen Parameter betrifft, welcher von der Gruppe ausgewählt ist, welche umfasst: Einen die UV-Achse betreffenden Parameter, einen die Zahl von U-Kontrollpunkten betreffenden Parameter, einen die Zahl von V-Kontrollpunkten betreffenden Parameter, einen eine Anpassungstoleranz betreffenden Parameter, wobei die Anpassungstoleranz ein Ausmaß einer Abweichung zwischen dem implizierten Oberflächenkörper und dem Bereich ist, einen eine Glätte des Bereichs betreffenden Parameter und/oder einen die Ausdehnung des Oberflächenkörpers betreffenden Parameter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend: Anzeigen einer Vorschau des implizierten Oberflächenkörpers einem Benutzer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend: Durchführen einer CAD-Teilkörpermodellierungsoperation unter Benutzung des implizierten Oberflächenkörpers.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die CAD-Teilkörpermodellierungsoperation von einer Gruppe ausgewählt ist, welche eine Extrudiere bis Oberfläche-Operaton, eine Oberflächenbeschneidungsoperation, eine Beschneidungs- und Vereinigungsoperation, eine Operation, welche eine Fläche auf einem Oberflächenkörper ersetzt und eine Schneideoperation umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Daten von dem mindestens einen Bereich (114, 116, 118) mit der Hilfe eines Auswahlwerkzeugs ausgewählt werden, welches einem Benutzer (120) über eine grafische Benutzeroberfläche (132) bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auswahlwerkzeug von der Gruppe ausgewählt ist, welche ein Linienauswahlwerkzeug (331), ein Rechteckauswahlwerkzeug (332), ein Kreisauswahlwerkzeug (333), ein Polylineauswahlwerkzeug (334), ein Freihandauswahlwerkzeug (335), ein Farbpinselauswahlwerkzeug (336), ein Flutfüllauswahlwerkzeug, ein Schachtelauswahlwerkzeug, ein Zylinderauswahlwerkzeug und/oder ein Sphäreauswahlwerkzeug umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiterhin umfassend: Editieren des ausgewählten Bereichs; und automatisches Reidentifizieren eines Oberflächentyps, um den Bereich zu repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Editieren des ausgewählten Bereichs eine Operation durchführt, welche von der Gruppe ausgewählt ist, welche die Operationen Hinzufügen zu dem ausgewählten Bereich, Entfernen mindestens eines Teils des ausgewählten Bereichs, Vereinigen des ausgewählten Bereichs mit einem anderen Bereich, Teilen des ausgewählten Bereichs, Vergrößern des Bereichs und Verkleinern des Bereichs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiterhin umfassend: Programmtechnisch Berechnen von Oberflächenparametern für den ausgewählten Bereich, basierend auf dem reidentifizierten Typ.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, weiterhin umfassend: Modifizieren der 3D-Abtastdaten, wobei das Modifizieren die 3D-Abtastdaten geometrisch oder topologisch ändert; und Propagieren von Änderungen in den 3D-Abtastdaten, welche als ein Resultat des Modifizierens des implizierten Oberflächenkörpers auftreten.
System zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten, umfassend: Eine Kollektion von 3D-Abtastdaten (104), welche die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert, wobei die 3D-Abtastdaten ein Modell (112) bilden, welches das dreidimensionale Objekt repräsentiert; eine CAD-Anwendung (106), welche dazu benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper mit einer Teilkörpermodellierungsoperation (108) zu remodellieren, wobei die Teilkörpermodellierungsoperation die Benutzung eines Oberflächenkörpermodellierungseingabearguments erlaubt; zumindest einen identifizierten Bereich (114, 116, 118) in dem Modell, wobei der mindestens eine identifizierte Bereich einem Teil der 3D-Abtastdaten zugeordnet ist; und eine Benutzerschnittstelle (132), welche die Auswahl der Daten ermöglicht, welche dem mindestens einen identifizierten Bereich zugeordnet sind, wobei die ausgewählten Daten dazu benutzt werden, um programmtechnisch einen Oberflächenkörper zu implizieren, welcher den Bereich repräsentiert, welcher als ein Eingabeargument für eine CAD-Teilkörpermodellierungsoperation (108) benutzt wird.
System nach Anspruch 17, weiterhin umfassend: Einen 3D-Abtaster (103), wobei der 3D-Abtaster die 3D-Abtastdaten erfasst.
System nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Modell ein Gittermodell ist.
System nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Modell ein Punktwolkemodell ist.
Ein physikalisches Medium, welches computerausführbare Anweisungen zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten hält, wobei die Anweisungen umfassen: Anweisungen zum Bereitstellen einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert, wobei die 3D-Abtastdaten ein Modell bilden, welches das dreidimensionale Objekt repräsentiert; Anweisungen zum Bereitstellen eines CAD-Systems, welches dazu benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper zu remodellieren; Anweisungen zum Segmentieren des Modells in eine Mehrzahl von Bereichen; und Anweisungen zum Auswählen von Daten von mindestens einem der Mehrzahl von Bereichen als ein Eingabeargument für eine CAD-Teilkörpermodellierungsoperation, welche die Benutzung eines Oberflächenkörpermodellierungseingabearguments erlaubt.
Medium nach Anspruch 21, wobei das Modell ein Gittermodell ist.
Medium nach Anspruch 21, wobei das Modell ein Punktwolkemodell ist.
Mediuim nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum programmtechnischen Identifizieren eines Typs eines Oberflächenkörpers, um den Bereich zu repräsentieren.
Medium nach Anspruch 24, wobei der Oberflächentyp von einer Gruppe ausgewählt ist, welche eine Ebene, eine Sphäre, einen Zylinder, einen Kegel, einen Torus und/oder eine Freiform umfasst.
Medium nach Anspruch 25, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum programmtechnischen Berechnen von Oberflächenparametern für den Bereich basierend auf dem identifizierten Typ.
Medium nach Anspruch 26, wobei der mindestens eine Oberflächenparameter einen Parameter betrifft, welcher von der Gruppe ausgewählt ist, welche umfasst: Einen die UV-Achse betreffenden Paramter, einen die Zahl von U-Kontrollpunkten betreffenden Parameter, einen die Zahl von V-Kontrollpunkten betreffenden Parameter, einen eine Anpassungstoleranz betreffenden Parameter, wobei die Anpassungstoleranz ein Ausmaß einer Abweichung zwischen dem implizierten Oberflächenkörper und dem Bereich ist, einen eine Glätte des Bereichs betreffenden Parameter und/oder einen die Ausdehnung des Oberflächenkörpers betreffenden Parameter.
Medium nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum Anzeigen einer Vorschau des implizierten Oberflächenkörpers einem Benutzer.
Medium nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum Durchführen der CAD-Teilkörpermodellierungsoperation unter Benutzung des implizierten Oberflächenkörpers.
Medium nach Anspruch 29, wobei die CAD-Teilkörpermodellierungsoperation von einer Gruppe ausgewählt ist, welche eine Extrudiere bis Oberfläche-Operation, eine Oberflächenbeschneidungsoperation, eine Bescheidungs- und Vereinigungsoperation, eine Operation, welche eine Fläche auf einem Oberflächenkörper ersetzt und eine Schneideoperation umfasst.
Medium nach einem der Ansprüche 21 bis 30, wobei die Daten von dem mindestens einen Bereich mit der Hilfe eines Auswahlwerkzeugs ausgewählt werden, welches einem Benutzer über eine grafische Benutzeroberfläche bereitgestellt ist.
Medium nach Anspruch 31, wobei das Auswahlwerkzeug von der Gruppe ausgewählt ist, welche ein Linienauswahlwerkzeug, ein Rechteckauswahlwerkzeug, ein Kreisauswahlwerkzeug, ein Polylineauswahlwerkzeug, ein Freihandauswahlwerkzeug, ein Farbpinselauswahlwerkzeug, ein Flutfüllauswahlwerkzeug, ein Schachtelauswahlwerkzeug, ein Zylinderauswahlwerkzeug und/oder ein Sphäreauswahlwerkzeug umfasst.
Medium nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum Editieren des ausgewählten Bereichs; und Anweisungen zum automatischen Reidentifizieren eines Oberflächentyps, um den Bereich zu repräsentieren.
Medium nach Anspruch 33, wobei das Editieren des ausgewählten Bereichs eine Operation durchführt, welche von der Gruppe ausgewählt ist, welche eine Operation zum Hinzufügen zu dem ausgewählten Bereich, Entfernen zumindest eines Teils des ausgewählten Bereichs, Vereinigen des ausgewählten Bereichs mit einem anderen Bereich, Teilen des ausgewählten Bereichs, Vergrößern des Bereichs und Verkleinern des Bereichs umfasst.
Medium nach Anspruch 33 oder 34, wobei die Anweisungen weiterhin umfassen: Anweisungen zum programmtechnischen Berechnen von Oberflächenparametern für den ausgewählten Bereich basierend auf dem reidentifizierten Typ.
Verfahren zum Durchführen von 3D-CAD-Teilkörpermodellierung unter Benutzung von 3D-Abtastdaten, umfassend: Bereitstellen einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche die Form eines dreidimensionalen Objekts repräsentiert, welche kumulativ ein Modell des dreidimensionalen Objektes bilden; Auswählen zumindest eines Bereichs in dem Modell; Berechnen einer implizierten Oberfläche für den mindestens einen Bereich; und Benutzen der implizierten Oberfläche als ein Eingabeargument für eine CAD-Teilkörpermodellierungsoperation.