DE102007021753A1

DE102007021753A1 - System und Verfahren zum Analysieren von Modellierungsgenauigkeit während einer Durchführung von reverser Konstruktion mit 3D-Abtastdaten

Info

Publication number: DE102007021753A1
Application number: DE102007021753A
Authority: DE
Inventors: Seock Hoon Cupertino Bae; Dong Hoon Lee
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: KR20070109888A; US7821513B2; KR100933715B1; USRE48498E1; JP2007305131A; CN101071452A; CN101071452B; US20080036755A1

Abstract

Ein automatischer Mechanismus zum Messen des Maßes eines Genauigkeitsverlusts, welcher reversen Konstruktionsprozessen zuzuordnen ist, welche 3-D-Abtastdaten benutzen, wird diskutiert. Die Ausführungsformen stellen einen Mechanismus bereit, welcher einem Benutzer anzeigt, welche Wirkung Operationen zum Editieren (10) von Abtastdaten und Operationen zum CAD-Remodellieren (8) auf Abtastdatengenauigkeit haben. Zusätzlich kann der Benutzer auswählen, auf welche Weise die grafische Anzeige die Fehlerverteilung auf dem Modell illustriert, wie etwa durch Farbabbildung oder Whiskerabbildung. Der Genauigkeitsverlust kann dem Benutzer nach Beendigung eines Editierungs-/Modellierungsbefehls oder während der Vorschau des Befehls angezeigt werden, was einem Benutzer dadurch erlaubt, eine geeignete Aktion vorzunehmen. Parameter können auch programmtechnisch basierend auf dem Ausmaß eines Genauigkeitsverlusts eingestellt werden, von welchem bestimmt ist, dass er Operationen zum Editieren (10) von Abtastdaten oder Operationen zum CAD-Remodellieren (8) zuzuordnen ist.

Description

Betreffende Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität einer US-Provisional-Anmeldung, welche betitelt ist "System and Method for Analyzing Modeling Accuracy While Performing Reverse Engineering With 3D scan data", Anmeldung Nummer 60/767,517, eingereicht am 9. Mai 2006.
Gebiet der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen CAD (computerunterstützte Konstruktion) und insbesondere die Messung eines Genauigkeitsverlustes während reverser Konstruktionsprozesse.
Hintergrund
Anwendungen der computerunterstützten Konstruktion (CAD) werden benutzt, um Computermodelle von zwei- oder dreidimensionalen Objekten als Teil des Produktionsprozesses für das tatsächliche physikalische Objekt, welches modelliert wird, zu erzeugen. Die Modelle umfassen oft mehrere Teile, welche individuell entworfen werden müssen. Ein CAD-Teilkörper ist ein Computermodell, welches durch eine CAD-Anwendung benutzt wird, um eine Raum- oder Schicht- (sheet) (offener Körper mit einer Dicke von Null)-Geometrie aufzunehmen. Wenn der Entwerfer mit dem Entwurf zufrieden ist, kann das tatsächliche physikalische Objekt unter Benutzung des CAD-Modells produziert 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 dichten triangularen (oder anders geformten) Gittern repräsentiert werden, welche kumulativ ein Modell des abgetasteten Objekts bilden. Das Modell kann in mehrere Gruppen segmentiert werden, welche Bereiche genannt werden. In einem Gittermodell ist der Bereich ein Gitterbereich, d.h. ein Satz von triangularen (oder anders geformten) Facetten, welche willkürlich durch den Benutzer definiert werden können oder automatisch durch ein Computerprogramm identifiziert werden können. Das Computerprogramm kann auch dazu ausgelegt sein, um ebene, zylindrische, kreisförmige, kegelförmige, toroidale oder Freiformgitterregionen durch Schätzen und Verfolgen der Krümmungsinformation zu detektieren. Wenn die Roh-3D-Abtastdaten erfasst sind, können sie in ein CAD-Teilmodell konvertiert werden für eine weitere Verarbeitung, den Entwurf des dreidimensionalen Objektes zu replizieren oder zu modifizieren. Dieser Prozess eines Erfassens von 3D-Abtastdaten für ein dreidimensionales Objekt, um es einer CAD-Anwendung bereitzustellen, so dass das Objekt repliziert oder erneut entworfen werden kann, wird reverse Konstruktion genannt.
Während des reversen Konstruktionsprozesses gibt es zwei hauptsächliche Möglichkeiten, die ursprüngliche Abtastdatengenauigkeit zu verlieren. Die erste Möglichkeit kann während der Editierprozesse für die Roh-3D-Abtastdaten erfolgen. 3D-Abtastdaten sind anfällig, verrauscht zu sein, so dass der Benutzer Glättungsoperationen auf den Daten durchführen muss, um es leichter zu machen, direkt NC-Werkzeugpfade zu berechnen, ein RP (Rapid Prototyping)-Modell zu bauen oder einen CAD-Teil zu remodellieren. Eine Glättungsoperation bewegt jedoch Punkte in den Abtastdaten mit dem Ergebnis, dass ein Genauigkeitsverlust verglichen mit den ursprünglichen Daten geschieht. Ein weiterer Typ einer Operation, welche zu dem Genauigkeitsverlust führt, ist Dezimierung (oder Simplifizierung). Dezimierung ist ein Prozess, die Zahl von Gitterfacetten zu reduzieren, indem größere Gitter benutzt werden, wenn mehr ebene (flache) Bereich repräsentiert werden. Dezimierung modifiziert auch Punktkoordinaten von den ursprünglich Abtastdaten.
Der zweite Teil des reversen Konstruktionsprozesses, wo es eine beträchtliche Gefahr eines Verlustes der ursprünglichen Abtastdatengenauigkeit gibt, ist während der Konstruktion eines CAD-Modells, welches die Roh-3D-Abtastdatengeometrie nachbildet. Ein CAD-Teilmodell wird durch einen Satz von parametrischen Oberflächen repräsentiert, wohingegen 3D-Abtastdaten durch Punkte oder ein Satz von triangularen (quadratischen oder anders geformten) Gittern repräsentiert werden. Als ein Ergebnis gibt es immer eine Ungleichheit zwischen dem Roh-3D-Abtastmodell und dem revers konstruierten CAD-Modell. Der Genauigkeitsverlust kann als die Abweichung zwischen den beiden Modellen interpretiert werden. Idealerweise sollte der Benutzer in der Lage sein, den Genauigkeitsverlust zu verfolgen und zu verwalten über die gesamten reversen Konstruktionsprozesse von einem Editieren der Roh-Abtastdaten bis zu einem CAD-Remodellieren. Unglücklicherweise ist das Verfolgen und Verwalten von dem Genauigkeitsverlust keine einfache Aufgabe, da der Benutzer den Genauigkeitsverlust überprüfen muss, immer wenn der Benutzer die Roh-Abtastdaten editiert und/oder CAD-Merkmale hinzufügt.
Kurze Zusammenfassung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen dem Benutzer einen automatischen und wirkungsvollen Weg zur Verfügung, den Grad eines Genauigkeitsverlustes, welcher den reversen Konstruktionsprozessen zuzuordnen sind, welche 3D-Abtastdaten benutzen, zu messen. Die Ausführungsformen stellen einen Mechanismus bereit, welcher den Benutzer kontinuierlich darüber informiert, welchen Effekt ablaufende reverse Konstruktionsprozeduren auf Abtastdatengenauigkeit hat. Die vorliegende Erfindung öffnet Roh-3D-Abtastdaten, so dass der Benutzer damit beginnen kann, Abtastdaten zu editieren oder CAD zu remodellieren. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "remodellieren" im Sinne von "erneut modellieren" benutzt sein. Der Benutzer kann einen Parameter setzen, welcher das gesamte Aufmaß, das Ausmaß eines erlaubten Fehlers, steuert. Das Aufmaß zeigt die maximale Abstandsabweichung zwischen den ursprünglichen Roh-Abtastdaten und dem finalen revers konstruierten CAD-Modell oder den editierten Abtastdaten an. Der Benutzer kann auch auswählen, auf welche Weise die grafische Anzeige die Fehlerverteilung auf dem Modell illustriert, wie etwa durch Farbabbildung und Whiskerabbildung (whisker mapping). Die vorliegende Erfindung aktualisiert automatisch die Genauigkeitverlustinformation, welche für einen Benutzer verfügbar ist durch Illustration des Verlustes auf einer benutzerspezifizierten Fehleranzeige auf dem Modell. Der Fehler kann dem Benutzer nach Beendigung eines Editier-/Modellierungsbefehls oder während der Vorschau des Befehls angezeigt werden. Eine Genauigkeitsanalyseeinrichtung zeigt automatisch den Bereich in einer benutzerspezifizierten Farbe an, wo der Genauigkeitsverlust das Gesamtaufmaß überschreitet. Die Fehleranzeige informiert den Benutzer grafisch über unerwünschte Editierungs- oder Modellierungsparameter.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Analysieren einer 3D-Modellierungsgenauigkeit beim Verarbeiten von 3D-Abtastdaten den Schritt eines Bereitstellens einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche ein Modell bilden, welches die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert. Ein CAD-System, welches dazu benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist, zu remodellieren, wird auch bereitgestellt. Das Verfahren wählt eine Operation aus, welche dazu ausgelegt ist, entweder zumindest einen Teil der 3D-Abtastdaten oder zumindest einen Teil des CAD-Teilkörpers zu manipulieren. Das Verfahren bestimmt auch ein Maß eines Genauigkeitsverlustes, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist. Der gemessene Genauigkeitsverlust, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist, wird einem Benutzer präsentiert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System zum Analysieren von 3D-Modellierungsgenauigkeit beim Verarbeiten von 3D-Abtastdaten eine Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche ein Modell bilden, welches die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert. Das System umfasst auch eine CAD-Anwendung, welche dazu benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper zu remodellieren, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist. Zusätzlich ermöglicht eine Benutzerschnittstelle die Auswahl einer Operation. Die auswählbare Operation ist entweder eine Operation zum Editieren von Abtastdaten oder eine Operation zum CAD-Remodellieren. Das System umfasst auch eine Genauigkeitsanalyseeinrichtung, welche einen Genauigkeitsverlust misst, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird insbesondere in den angehängten Ansprüchen aufgezeigt. Die Vorteile der Erfindung, welche oben beschrieben sind, wie auch weitere Vorteile der Erfindung, können besser durch Bezug auf die folgende Beschreibung verstanden werden, welche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen ist, in welchen:
1 eine Umgebung darstellt, welche geeignet ist, eine Ausführungsform der Erfindung zu praktizieren;
2 ein Flussdiagramm einer Folge von Schritten ist, welche durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfolgt wird, um Genauigkeitsverlust in 3D-Abtastdaten zu messen;
3A ursprüngliche Abtastdaten darstellt;
3B die Abtastdaten der 3A nach Dezimierung darstellt;
3C eine Anzeige der Abweichungsberechnung darstellt, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung bestimmt ist;
4A die Einstellung eines Abweichungstoleranzwertes darstellt;
4B die Anwendung einer Dezimierungsoperation mit den Bereichen außerhalb der Toleranzeinstellung, welche einem Benutzer angezeigt ist, darstellt;
5 die angezeigten Fehlerergebnisse darstellt, welche nach Anwenden einer Operation auf ein Modell erzeugt sind und welche eine Toleranzeinstellung wesentlich überschreiten;
6 eine Benutzerschnittstelle für die vorliegende Erfindung darstellt, welche dazu benutzt ist, die Krümmungsgenauigkeit zu verfolgen;
7A und 7B die Anzeige einer Genauigkeitsinformation für Krümmung darstellen mit einer Toleranzeinstellung für eine Kurve, welche auf einem Gitter gezeichnet ist;
8 eine Raumkurve mit einer Torsionsfarbkarte;
9 eine Benutzerschnittstelle darstellt, welche benutzt wird, um die Genauigkeit von disjunkten Enden zu verfolgen;
10 eine Umgebungsabbildung darstellt, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung durchgeführt ist;
11A bis 11C das Verfolgen einer Genauigkeit für einen CAD-Remodellierungsbefehl (automatische Oberflächenoperation) darstellen;
12A und 12B die Anzeige von Abweichungswerten für eine Kurve, welche auf Abtastdaten gezeichnet ist, darstellen;
13A bis 13C die Anzeige von Genauigkeitsinformation für ein CAD-Raummodell darstellen, welches von Abtastdaten erzeugt ist;
14A bis 14C die Sequenz der 13A bis 13C darstellen, welche mit Benutzung einer Optimierungsroutine eingestellt sind.
Detaillierte Beschreibung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einem Benutzer, welcher reverse Konstruktion unter Benutzung von 3D-Abtastdaten durchführt, Genauigkeitsverlustinformation bereit. Die Genauigkeitsverlustinformation zeigt an, welchen Effekt Abtastdateneditierungsoperationen oder Operationen eines CAD-Remodellierens auf 3D-Abtastdaten haben. Genauigkeitsverlust zeigt die Abstandsabweichung zwischen gewählten Referenz-3D-Abtastdaten (z.B. die ursprünglichen Abtastdaten oder der vorherige Zustand der 3D-Abtastdaten vor einer Modifikation) und den modifizierten Roh-3D-Abtastdaten oder einem Derivativ der 3D-Abtastdaten, wie etwa einer Oberfläche oder einem Raumkörper an. Änderungen der abgetasteten Referenzdaten, welche durch eine Operation eines Editierens der Abtastdaten oder eine Operation eines CAD-Remodellierens bewirkt sind oder bewirkt werden, werden von einen Benutzer bemerkt. In einer Implementation wird die Wirkung einer vorgeschlagenen Operation dem Benutzer in einer Vorschauebene präsentiert, bevor die Operation vollendet ist.
1 stellt eine Umgebung dar, welche geeignet ist, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu praktizieren. Ein Rechengerät 2 umfasst eine Kollektion von Roh-3D-Abtastdaten 4 für ein abgetastetes dreidimensionales Objekt. Die Roh-3D-Abtastdaten 4 können von einem dreidimensionalen Abtaster 3 in Kommunikation mit dem Rechengerät 2 gesammelt werden, oder können eine gespeicherte Kollektion von Abtastdaten sein. Das Rechengerät 2 beinhaltet auch eine Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 und eine CAD-Anwendung 6. Das Rechengerät 2 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 Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 und die CAD-Anwendung 6, zu unterstützen, wie hierin diskutiert. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 ist in Software implementiert und identifiziert das Ausmaß eines Genauigkeitsverlustes, welcher einer ausgewählten Operation zuzuordnen ist, welche unter Benutzung von 3D-Abtastdaten durchgeführt ist. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann als ein oder mehrere Prozesse, Threads, Aufgaben (tasks), Anwendungs-Plug-Ins, alleinstehenden Anwendungen oder anderen ausführbaren Prozessen implementiert sein. In einer Implementation der vorliegenden Erfindung ist die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 in die CAD-Anwendung 6 als ein Werkzeug integriert. In einer anderen Implementation ist die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 in Kommunikation mit der CAD-Anwendung 6, aber ist nicht Teil der CAD-Anwendung. Die CAD-Anwendung 6 kann umfassen oder Zugang zumindest zu einer CAD-Remodellierungsoperation 8 haben und zumindest zu einer Operation 10 zum Editieren von Abtastdaten. Die Operation 8 zum CAD-Remodellieren und die Operation 10 zum Editieren von Abtastdaten werden im weiteren Detail unten diskutiert.
Die Rohabtastdaten 4 sind eine Kollektion von hochaufgelösten Punkten in drei Dimensionen, welche die
Form eines abgetasteten dreidimensionalen Objekts repräsentiert. In einer Implementierung sind die Rohabtastdaten 4 ein Satz von dreieckigen Gittern, aber die Benutzung von anderen Formen von Abtastdaten wird auch als innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung angesehen. Zum Beispiel können die Rohabtastdaten 4 Punkte, dreieckige Gitter, viereckige Gitter, Tetraeder-Gitter oder Hexaeder-Gitter sein. Kollektiv bildet der Satz von Gittern ein Gittermodell, welches die Oberfläche des abgetasteten dreidimensionalen Objekts repräsentiert. In einer Ausführungsform kann der Ausdruck "Gitter" im Sinne von "Netz" oder "Masche" benutzt sein. Alternativ können die Roh-Abtastdaten in ein Punktwolkemodell gebildet sein, welches die Oberfläche des abgetasteten dreidimensionalen Objekts repräsentiert. Das Modell 12 kann einen oder mehrere Bereiche 14, 16, 18 haben. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 erzeugt eine GUI 32 auf einer Anzeige 30, welche einem Benutzer 20 erlaubt, verschiedene Typen von Genauigkeitsmaßen zu verfolgen, welche der Ausführung einer Operation 8 zum CAD-Remodellieren oder einer Operation 10 zum Editieren von Abtastdaten zuzuordnen sind. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 vergleicht die ursprünglichen Roh-Abtastdaten 4 mit den Werten, welche von den Operationen, welche weiter unten ausgeführt werden, resultieren und identifiziert das Ausmaß einer Änderung, welches der Ausführung der Operationen zuzuordnen ist. Der berechnete Genauigkeitsverlust gegenübergestellt mit den Werten der ursprünglichen Abtastdaten wird dem Benutzer angezeigt. Der Benutzer kann zusätzliche Befehle über die GUI 32 oder einen anderen Mechanismus basierend auf der angezeigten Information eingeben.
2 ist ein Flussdiagramm einer Sequenz von Schritten, welche durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfolgt wird, um einen Genauigkeitsverlust in 3D-Abtastdaten zu messen, welcher Operationen zum CAD-Remodellieren oder zum Editieren von Abtastdaten zugeordnet ist. Die Folge von Schritten beginnt mit der Bereitstellung einer Kollektion von Roh-3D-Abtastdaten 4, welche ein Modell 12 bilden, welches ein dreidimensionales Objekt repräsentiert (Schritt 110). Die Roh-3D-Abtastdaten 4 können unmittelbar vor einer Durchführung einer Operation 8 zum CAD-Remodellieren oder einer Operation 10 zum Editieren von Abtastdaten erfasst worden sein. Alternativ können die Roh-3D-Abtastdaten vorher gespeicherte Abtastdaten sein. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 speichert die ursprünglichen 3D-Abtastdaten in dem Computerspeicherbereich (oder puffert die Daten in einer temporären Datei). Eine CAD-Anwendung 6, welche dazu benutzt ist, zumindest einen CAD-Teilkörper zu remodellieren, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist, ist auch bereitgestellt (Schritt 112). Ein Benutzer wählt eine Operation aus, welche dazu ausgelegt ist, entweder einen Teil der 3D-Abtastdaten oder einen Teil des CAD-Teilkörpers zu manipulieren (Schritt 114). Die Operation kann eine Operation 8 zum CAD-Remodellieren oder eine Operation 10 zum Editieren von Abtastdaten sein. Eine GUI 32 ist bereitgestellt, welche dem Benutzer 20 erlaubt, den Wert des Gesamtaufmaßes (Ausmaß eines erlaubten Fehlers), den Typ eines Fehlers, und die Fehleranzeigemethode, welche steuert, auf welche Weise der Benutzer über den Fehler informiert wird, zu spezifizieren. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 misst den Genauigkeitsverlust, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist (Schritt 116). Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 präsentiert dann grafisch dem Benutzer das Maß eines Genauigkeitsverlustes (Schritt 118). Die Ergebnisse können einem Benutzer in einer Vorschauebene in der grafischen Benutzeroberfläche angezeigt werden, bevor die Operation ausgeführt wird. Alternativ können die Resultate eines Genauigkeitsverlustes einem Benutzer über die grafische Benutzerschnittstelle präsentiert werden, nachdem die Operation vollendet ist. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann dann eine Bestätigung von dem Benutzer über einen gewünschten Verlauf einer Aktion erhalten, wie etwa ein Fortfahren mit der Operation, ein Justieren der Operation oder ein Abbrechen der Operation. Das Mittel, das Maße ines Genauigkeitsverlusts und Optionen, welche einem Benutzer zugänglich sind, um auf die Anzeige des Maßes eines Genauigkeitsverlustes zu reagieren, werden weiter unten diskutiert.
In einer Ausführungsform erlaubt die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 einem Benutzer, einen Genauigkeitsverlust, welcher durch das Ausführen von Operationen zum Editieren von Abtastdaten auf Abtastdaten bewirkt ist, zu verfolgen. Wenn der Benutzer Befehle ablaufen lässt, welche die ursprünglichen Punktkoordinaten bewegen, analysiert die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 die Operation. Die GUI 32 kann ein Befehlsdialogfenster umfassen, in welchem ein grafischer Vorschaubefehl dem Benutzer erlaubt, das erwartete Ergebnis eines Befehls vor einer Ausführung des Befehls vorab anzuschauen. Wenn das Ergebnis im Voraus angeschaut wird, kann der Benutzer vorab einen Genauigkeitsverlust betrachten, welcher dem Ausführen des Befehls zuzuordnen ist. Der Genauigkeitsverlust kann durch Fehlerkarten illustriert sein und Benutzer können Parameter einstellen, um den Genauigkeitsverlust zu minimieren. In einer Ausführungsform stellt die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 automatisch die Parameter ein. Die Fehlerkarten können in vielen Formen ausgeführt sein und können "Heatmaps" oder andere Farbkarten umfassen, wobei ein Farbspektrum benutzt wird, um verschiedene Werte in den Ergebnissen zu repräsentieren.
3A-3C stellen die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 dar. 3A stellt ursprüngliche Abtastdaten dar, welche in ein Punktwolkemodell 300 gebildet sind, welches ein dreidimensionales Objekt, eine Computermaus, repräsentiert. Das Punktwolkemodell 300 umfasst viele kleine Polygone (Dreiecke in dem dargestellten Beispiel) 310. 3B stellt die Abtastdaten dar, nachdem das Punktwolkemodell 300 durch Ausführen einer Dezimierungs-/Simplifikationsoperation modifiziert worden ist, welche viele kleine Polygone (Dreiecke in dem dargestellten Beispiel) in weniger aber größere Polygone (Dreiecke in dem dargestellten Beispiel) 320 kombiniert. 3C zeigt eine Abweichungsanalyse, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bereitgestellt ist. Die Abweichungsanalyse wird einem Benutzer als eine Fehlerkarte bereitgestellt, welche die Änderung zwischen den ursprünglichen Abtastdaten/Startabtastdaten, welche in 3A dargestellt sind, und der Punktwolke nach Modifikation, welche in 3B dargestellt ist, zeigt. Die Fehlerkarte kann eine Legende 335 umfassen, welche einen Index für das Ausmaß einer Abweichung oder einen anderen Genauigkeitsverlust bereitstellt, welcher für die verschiedenen Bereiche des Modells bestimmt wird. Zum Beispiel läuft in 3C das Ausmaß einer angezeigten Abweichung von 0,00 bis 0,03022 mm. In 3C zeigt die Fehlerkarte die Genauigkeitsverlustwerte durch Verändern des angezeigten Musters für verschiedene Bereiche des Modells von vollschwarz 330, was keinen Genauigkeitsverlust repräsentiert bis zu einer diagonalen Schraffur 340, welche die größte Abweichung (eine Abweichung von mindestens 0,03022) repräsentiert. Es wird anerkannt werden, dass die Fehlerkarte auch Information übermitteln kann unter Benutzung von Farben und Farbspektren anstatt unter Benutzung von verschiedenen Mustern.
Abweichung kann unter Benutzung verschiedener Verfahren berechnet werden. Das einfachste Verfahren arbeitet mit dem Referenzgitter/Referenzmodell und pro Polygon, findet das nächstliegende Polygonzentrum, Kante oder Vertex des anderen Gitters/Modells. Dieses Abstandsergebnis repräsentiert die Abweichung. Ein komplizierterer Zugang arbeitet auf einer Basis pro Polygon, wobei die Normalenrichtung des Polygons bestimmt wird und eine Suche in dieser Richtung nach dem nächstliegenden Polygon in dem anderen Gitter/Modell durchgeführt wird, wobei das Abstandsergebnis die Abweichung repräsentiert.
4A-4B stellen die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 der vorliegenden Erfindung mit einem Toleranzbereich dar. 4A stellt eine exemplarische Benutzerschnittstelle 400 dar, welche dazu benutzt werden kann, um ein Maß eines Genauigkeitsverlustes für eine ausgewählte Operation zu bestimmen, welche unter Benutzung von 3D-Abtastdaten ausgeführt werden soll. Die Benutzerschnittstelle 400 kann einem Benutzer erlauben, den Typ eines Genauigkeitsverlustes auszuwählen, welcher durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bestimmt wird. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 400 dem Benutzer zu erlauben, anzufragen, dass die Genauigkeitsanalyseeinrichtung das Ausmaß einer Krümmung 402, einer Abweichung 404, disjunkter Enden 406, eines Umgebungsabbildens (environment mapping) 408, eines Vertexgleichgewichts (vertex balance) 410 und einer Torsion 412, welches einer ausgewählten Operation zuzuordnen sind, verfolgt. Mit anderen Worten bestimmt die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 den Genauigkeitsverlust für jeden Typ von Genauigkeitsmaß, welches geschieht/geschehen wird zwischen den Startabtastdaten und den modifizierten Abtastdaten. In 4A ist Abweichung 404 gewählt worden.
Die grafische Benutzerschnittstelle 400 umfasst auch einen Toleranzparameter 420, welcher durch einen Benutzer ausgewählt und/oder eingestellt werden kann, welcher anzeigt, wie viel eine Messung von einem Basislinienwert variieren kann, bevor sie ein Problem wird. Der Toleranzparameter kann als ein Bereich mit einem unteren 422 und oberen 424 Parameter ausgedrückt werden. Messungen, welche außerhalb des gekennzeichneten Bereichs fallen, können in ihren entsprechenden Modellbereichen durch die Anzeige einer gekennzeichneten Farbe oder eines Musters 426 ausgedrückt werden.
In 4A sind, bevor eine Dezimierungsoperation (die benutzerausgewählte Operation) durchgeführt worden ist, keine Vertizes geändert worden, so dass die Abweichung (von dem Ursprünglichen) überall Null ist. Die Toleranz ist auf [–0,005, 0,005] gesetzt und diese Toleranzen tauchen auf der dargestellten Indexleiste 440 als Punkte auf einem weißen Hintergrund 442 auf. Es wird anerkannt werden, dass die Indexleiste 440 auch Benutzerfarben oder ein anderes Format anstatt Muster benutzen könnte. Die grafische Benutzerschnittstelle 400 zeigt ein Modell 430 an, welches ausschließlich aus Punkten auf einem weißen Hintergrund besteht, weil die Abweichung überall Null ist (und daher innerhalb der Toleranz).
Die Anwendung des Befehls zum Editieren von Abtastdaten (Gittereditierbefehl) "dezimiere (decimate)" beeinflusst das Gitter und so verfolgt die Genauigkeitsanalyseeinrichtung die Änderungen zu den originalen Abtastdaten/Startabtastdaten. Wie in 4B gezeigt, ist das dezimierte Gitter nun außerhalb der Toleranz in einigen Bereichen 450, welche mit verschiedenen Mustern dargestellt sind. Obwohl viel des Modells in den ursprünglichen Punkten auf weißem Hintergrund verbleibt, zeigen Flecken anderer Muster, dass es einige Bereiche gibt, welche außerhalb der Toleranz liegen. Die Bereiche außerhalb der Toleranz werden auf das geeignete Muster abgebildet, welches auf der Indexleiste 440 gezeigt ist. Diese grafischen Änderungen fungieren als eine Warnung um zu zeigen, dass der Prozess eines Editierens der Abtastdaten zu einer Abweichung in einigen Bereichen geführt hat, welche außerhalb der vorbestimmten Toleranz von [–0,005, 0,005] liegen.
In einer Ausführungsform ist dem Benutzer erlaubt, eine Option auszuwählen, um den Toleranzbereich zu zeigen. Das Zeigen der Toleranz ändert die Farbkarte (oder einen anderen Typ einer benutzten Kennzeichnung) der Abweichung oder eines anderen gewählten Typs (umfassend Krümmung, Torsion, etc.). Es berührt nicht die Toleranz, sondern nur das Anzeigeverfahren. Der Benutzer hat auch die Möglichkeit, andere Toleranzeinstellungen zu ändern und kann auswählen, andere Maße zu kontrollieren, welche von den Abtastdaten berechnet sind, wie etwa Krümmung, Abweichung, Vertexgleichgewicht, etc., wie es geeignet für eine bestimmte Stufe eines Editierens von Abtastdaten ist. Zum Beispiel stellt 5 ein Modell 500 dar, auf welches eine benutzerausgewählte Glättungsfunktion angewendet worden ist, was zu einer erheblichen Deformation führt. Die Wirkung der Glättungsoperation ist, dass alle Punkte des Modells nun weit außerhalb der Toleranz liegen und das Modell ist daher mit dem entsprechenden Muster auf der Indexleiste 502 dargestellt, hier ein schwarzes Muster aus diagonalen Linien 504. In alternativen Ausführungsformen können auch Farben oder andere Kennzeichnungen benutzt werden anstatt von Mustern, um den Bereich zu bezeichnen, welcher außerhalb der Toleranz ist.
Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 ermöglicht die Anzeige von Genauigkeitsverlust, welcher benutzerausgewählten (oder programmtechnisch gewählten) Operationen zuzuordnen ist, welch unter Benutzung von 3D-Abtastdaten durchgeführt werden. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 zeigt die Abweichung (oder ein anderes Maß, welches durch die Abtastdaten impliziert ist, wie etwa Krümmung) für viele Typen von Operationen eines Editierens von Abtastdaten an. Beispielhafte Operationen zum Editieren von Abtastdaten umfassen Dezimieren, Unterteilen, Glätten, Bereinigen, Auflegen eines neuen Gitters, Entfernen von Merkmalen, Ausfüllen von Löchern, Glätten einer Begrenzung, etc. Eine Indexkarte, wie etwa eine Farbkarte, wird auf das Modell angewendet, um das Ausmaß der bestimmten Abweichung (oder ein anderes Maß) zu zeigen. Wenn eine Einstellung ausgewählt worden ist, den Toleranzbereich zu zeigen, dann werden den Abweichungen (oder ein anderen Maß) innerhalb des vorher gesetzten Toleranzbereichs die Toleranzfarbe, das Muster oder ein anderer Kennzeichner gegeben. Wenn das angezeigte Modell nicht so angezeigt ist, um der Toleranzfarbe, dem Muster oder einem anderen Kennzeichner zu entsprechen, fungiert die Anzeige als eine visuelle Warnung, um anzuzeigen, dass Teil des Modells außerhalb einer Toleranz liegt.
Unterteilen bricht ein einzelnes Polygon in viele Polygone und ist das Gegenteil einer Dezimierung. Glätten in seiner einfachsten Form schaut nach einem kleinen Bereich des Modells (z.B. in einem Gittermodell nach einem Dreieck, welches durch drei Dreiecke umgeben ist, insgesamt nach vier Dreiecken) und mittelt die Position des mittleren Dreiecks und die Größe basierend auf den umliegenden Dreiecken. Glätten entfernt hochfrequentes Rauschen und hochfrequente Wellen in dem Gitter. Bereinigen bezieht sich auf Fehler in dem Gitter. Fehler umfassen Kanten, welche sich nicht entsprechen, kreuzende Polygonflächen, oder Kanten, welche nicht eins-zu-eins sind. Bereinigen ist ein automatischer Prozess. Füllen von Löchern erkennt Randpolygonkanten und füllt das Loch flach über das Loch oder basierend auf einer Krümmung oder basierend auf einer Kombination einer Krümmung und einem flachen Füllen eines Loches. Neuauflegen eines Gitters reorganisiert die Vertizes des Polygons, um die Dreiecke in Form (gleichschenklig) und Größe auszugleichen. Entfernen von Merkmalen entfernt Logos oder andere Merkmale, welche in eine abgetastete Platte eingeschrieben sind, von den Polygondaten automatisch. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung kann auch bestimmte außerhalb-einer-Toleranz-Information benutzen, um den Benutzer darüber zu unterrichten, dass ein Gitter außerhalb einer Toleranz ist. Die Benachrichtigung kann über eine Dialogbox, ein Pop-Up-Menü, eine Liste oder ein anderes Mittel durchgeführt werden.
Der Benutzer und/oder die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 können die Abweichungsinformation, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung bestimmt worden ist, benutzen, um Steuerungen und Parameter zum Editieren von Abtastdaten einzustellen, um so den Genauigkeitsverlust zu minimieren, welcher dem Ausführen der gewünschten Funktionen zum Editieren von Abtastdaten zuzuordnen ist. Diese Parametereinstellungen könnten automatisch oder manuell gewählt werden. Zum Beispiel kann Software automatisch die Dezimierungsparameter einstellen, um Dezimierungseffekte zu maximieren (kleinere Datengröße), während eine Toleranz über das gesamte Modell erhalten bleibt (Modellabweichung über das gesamte Modell oder einen Bereich des Modells) derart, dass die Abweichung nicht die Toleranz überschreitet.
In einem Beispiel eines Einstellens von Abtastdateneditierparametern könnte ein Benutzer eine Zielzahl von Polygonen wünschen, welche ziemlich klein ist. X-Levelglättung kann angewendet werden, um hochfrequentes Rauschen zu vermindern. Eine Y-Level-Dezimierung kann angewendet werden, um die Zahl von Polygonen zu erniedrigen. Der Benutzer kann wünschen, die Genauigkeit eines Levels ZZ beizubehalten (ein Anteil (das ist 100 %) innerhalb der Toleranz). Der Benutzer kann eine variable DATA VALUE definieren, eine Funktion sowohl von X als auch von Y zu sein. Der Benutzer kann die kleinste Menge an Polygonen wünschen, während das Ausmaß einer Glättung erhöht wird. Der Benutzer würde daher versuchen, DATA VALUE durch Einstellen von X & Y mit der Toleranznebenbedingung ZZ zu maximieren. Eine einfachere Version dieses Beispiels kann mit der Benutzung von nur einer Operation, das ist Glätten, gesehen werden. DATA VALUE wird X, so dass der Benutzer versuchen würde, so viele Glättungsoperationen wie möglich durchzuführen, während er innerhalb der Toleranznebenbedingung ZZ bleibt.
Wie oben bemerkt, gibt es andere Typen von Genauigkeitsmessungen neben einer Abweichung, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bestimmt werden können. Beispielhafte zusätzliche Typen von Genauigkeitsmessungen, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bestimmt werden können, umfassen Krümmung, Umgebungsabbildung, Vertexgleichgewicht und Torsion.
Krümmung ist berechenbar für Gitter/Oberflächen und Kurven. Für Gitter/Oberflächen, ist es im wesentlichen die zweite diskrete Raumableitung des Gitters oder die zweite kontinuierliche Raumableitung einer Oberfläche. Für Kurven ist es die zweite kontinuierliche Kurvenableitung der Kurve. Die Unterscheidung zwischen diskret und kontinuierlich ist, dass Kurven (interpoliert/spline) und Oberflächen mathematische Repräsentationen sind. Gitter haben keine mathematische Repräsentation, außer dass jedes Polygon ein Dreieck und eben ist. Die mathematische Repräsentation von Oberflächen bedeutet, dass die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kontinuierliche erste, zweite, etc. Ableitungen des Gitters auswerten kann. Diese sind kontinuierlich im Gegensatz zu diskret. Um die Krümmung eines Gitters zu bestimmen, nimmt die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 einige Polygone als Stichprobe. Die Stichprobe wird dann in ein Krümmungsmaß übersetzt, welches repräsentativ für den lokalen Gitterbereich ist.
In einer Ausführungsform ist eine Benutzerschnittstelle für Krümmung fast identisch mit der Benutzerschnittstelle welche oben diskutiert wurde, wenn das Ausmaß einer Abweichung bestimmt wird, welche durch eine ausgewählte Operation herbeigeführt ist. Der Benutzer kann Toleranzen einer erlaubten Krümmung einstellen, und die Farbkarte (oder ein anderer Typ eines Kennzeichners/einer Fehlerkarte) würde angewendet abhängig von den Krümmungstoleranzeinstellungen. Krümmung kann auf einem Modell gezeigt werden. Toleranzparameter ähnlich zu denen welche für Abweichung diskutiert sind, können ausgewählt werden und beeinflussen die Farbe oder einen anderen Typ eines Kennzeichners, welcher auf dem Modell angezeigt ist.
6 stellt eine exemplarische Benutzerschnittstelle 600 dar, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 erzeugt ist, welche einem Benutzer ermöglicht, Krümmungsgenauigkeit durch Auswählen eines Toleranzbereichs 602 zu verfolgen. 7A und 7B stellen Krümmung dar, welche auf Kurven angewendet ist. 7A stellt eine Kurve 702 dar, welche auf einem Gitter 700 gezeichnet ist. 7B zeigt, dass Krümmung 712 durch einen Benutzer in der Benutzeroberfläche 710 gewählt worden ist zusammen mit einigen Toleranzeinstellungen 714. Die Modellansicht 720 gibt wieder, wo die Krümmung innerhalb der Toleranz von [–10, 10,0000] (umkreiste Bereich 725) ist. Es wird anerkannt werden, dass die Bereiche, welche bestimmt sind, innerhalb des spezifizierten Toleranzbereiches zu sein, auch unter Benutzung von Farbe bezeichnet werden können.
Ein Benutzer kann auch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 benutzen, um Toleranzen für Torsion an Kurven einzustellen. Torsion ist eine mathematische Charakteristik einer Kurve und quantifiziert, wie viel die Dreh-"Richtung" der Kurve sich bei Orten um die Kurve verändert. Torsion kann definiert werden als "die Änderungsrate der oskulierenden Ebene einer Raumkurve". Die Torsion τ ist positiv für eine rechtshändige Kurve und negativ für eine linkshändige Kurve. Eine Kurve mit einer Krümmung K<>0 ist eben, wenn τ = 0 (From Mathworld, http://mathworld.wolfram.com/Torsion.html). Eine Helix hat eine große Torsion, weil sie niemals in einer einzelnen Ebene ist. 8 zeigt eine Raumkurve mit einer Torsionsmusterkarte 800. Toleranzparameter für Torsion, welche auf Kurven angewendet werden, verhalten sich auf dieselbe Weise wie für Krümmung, welche auf Kurven angewendet wird. Ähnlich zu Abweichungsberechnungen eines Splines oder einer interpolierten Kurve werden die Krümmungs- und Torsionsberechnungen an einem Spline oder einer interpolierten Kurve dadurch berechnet, dass die Kurve in viele Teile zerlegt wird und die Krümmung oder Torsion in dem kleineren Teil berechnet wird. Je mehr die Kurve unterteilt wird, desto mehr Krümmungs- und Torsionsberechnungen sind erforderlich.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 dazu benutzt werden, um disjunkte Enden von Kurven zu identifizieren. Wenn sich Kurven nicht treffen, sind sie disjunkt. 9 stellt die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung dar, um disjunkte Kurvenenden zu identifizieren. Eine grafische Benutzerschnittstelle 900 ist bereitgestellt, in welcher der Benutzer einen "disjunkte Enden"-Befehl 902 ausgewählt hat und eine annehmbare Toleranz 904 bereitgestellt hat.
Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bestimmt und identifiziert die Kurvenendpunkte, welche innerhalb der Toleranz 906 fallen. Diese Funktion kann eine besondere Verwendung haben, wenn es viele Kurven gibt und die Endpunkte sehr nahe beieinander liegen (aber noch disjunkt).
Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann auch dazu benutzt werden, eine Kontinuität in einem CAD-Modell zu messen. Kontinuität misst die Positionsabweichung oder Tangentenvektorabweichung zwischen benachbarten Begrenzungskanten von angrenzenden Oberflächen. Ein Benutzer kann ein Positionsverfahren (G0-Kontinuität) und/oder ein Tangentenverfahren (G1-Kontinuität) von einer bereitgestellten Benutzerschnittstelle auswählen.
10 stellt die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 dar, um Umgebungsabbildung durchzuführen. Umgebungsabbildung setzt eine Oberfläche in eine virtuelle Umgebung (wie etwa einen Raum mit Streifen) und schaut nach der Reflexion des Raumes von den Oberflächen 1000. Weil die Oberflächen kontinuierlich sind und mathematisch repräsentiert, ist die Reflexion der Linien kontinuierlich, obwohl nicht immer sehr glatt.
Toleranzeinstellungen sind nicht anwendbar in Umgebungsabbildungen. Bereiche, wo die Streifen nicht glatt sind, zeigen ein Fehlen von Genauigkeit an. Umgebungsabbilden ist anwendbar, nachdem Oberflächen erzeugt worden sind, und würde daher am besten anwendbar in einer Stufe einer Genauigkeitsanalyse eines erneuten Entwurfs einer CAD-Oberfläche sein.
Wie oben bemerkt, kann die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 Abweichung auf einem Gitter oder einem anderen Typ von Modell, wie etwa einem Punktwolkemodell, bestimmen. Diese Operation vergleicht den Abstand von einem Modell zu einem anderen Modell (welches als ein Ergebnis einer ausgewählten Operation erzeugt wurde) um das gesamte Modell herum, um die Abweichung zu identifizieren. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung die Abweichung berechnen, welche durch nachfolgende Operationen verursacht sind oder zwischen einem momentanen Zustand eines Modells und dem designierten "ursprünglichen" oder "Referenz"-Modell.
Nachdem der Dezimierungsbefehl ausgeführt worden ist und der momentane Zustand (Modellzustand 4) erzeugt und vorab betrachtet worden ist, kann ein Benutzer die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 benutzen, um die Abweichung zwischen dem momentanen Zustand des Modells und dem letzten/vorherigen Zustand des Modells (Modellzustand 3) oder dem "Referenz"-Zustand (Modellzustand 1) analysieren.
Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann auch eine grafische Benutzerschnittstelle bereitstellen, welche einem Benutzer erlaubt, die Benennung des Referenzzustands zu ändern. Der Benutzer könnte Modellzustand 2 dem Referenzzustand zuteilen. Solch eine Zuteilung würde Daten des Modellzustands 2 in Speicher platzieren, so dass Abweichungen berechnet werden können.
In dem momentanen Zustand kann der Benutzer nun Abweichungen zwischen dem letzten/vorherigen Zustand (Modellzustand 3) oder dem Referenzzustand (Modellzustand 2) analysieren.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch benutzt werden, Genauigkeitsverlust zu verfolgen, welcher durch Ausführen von Operationen zum CAD-Remodellieren bewirkt ist. Wenn der Benutzer irgend welche CAD-Modellierungsbefehle ablaufen lässt, ist die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 verfügbar. In einer Ausführungsform stellt das Befehlsdialogfenster einen grafischen Vorschaubefehl bereit, welcher dem Benutzer erlaubt, das Ergebnis des Befehls vorab anzuschauen. Wenn das Ergebnis vorab angeschaut wird, kann der Benutzer auch einen Genauigkeitsverlust vorher anschauen, welche durch Fehlerkarten illustriert sind, und Benutzer können Parameter einstellen, um den Genauigkeitsverlust zu minimieren. Die Parameter können auch programmtechnisch ohne Benutzerintervention eingestellt werden.
Genauigkeitsverlust in Operationen eines CAD-Remodellierens ist die Abstandsabweichung zwischen den ursprünglichen 3D-Abtastdaten und dem revers konstruierten CAD-Teil.
11A-11C zeigen die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 mit Operationen zum CAD-Remodellieren. Wenn ein Kommando zum automatischen Erstellen einer Oberfläche durchgeführt wird, werden Oberflächen um das gesamte Modell angepasst. 11A zeigt ein Startmodell 1100 und 11B zeigt das Modell 1110 nach der Ausführung des Befehls zum automatischen Erstellen von Oberflächen. Der Befehl zum automatischen Erstellen von Oberflächen erzeugt automatisch Oberflächen, welche auf das Modell durch Minimieren eines Oberflächen/Modellfehlers angepasst sind. Die Oberflächen besitzen Übereinstimmung in Position und Tangente.
11C zeigt eine Anzeige, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 erzeugt ist, welche die Bereiche einer Abweichung 1120 zwischen der Oberfläche und dem Startmodell identifiziert, welche eine angezeigte Toleranz überschreiten. Das Toleranzmuster in dem dargestellten Beispiel besteht aus weißen Punkten auf einem schwarzen Hintergrund. Die anderen Muster zeigen an, dass die Oberflächenabweichung die benutzergewählte Toleranz (das ist: [–0,005, 0,005]) für diese gemusterten Bereiche überschritten hat. Abweichung, welche Operationen zum CAD-Remodellieren zuzuordnen ist, kann durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 unter Benutzung verschiedener Verfahren berechnet werden. Ähnlich zu den Techniken, welche oben beschrieben worden sind für die Techniken zum Editieren von Abtastdaten, kann die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 von dem Referenzmodell, pro Polygon, das Zentrum des nächsten Polygons, Kante oder Vertex des anderen Modells finden. Dies ist der bestimmte Abweichungswert. In einem weiteren Verfahren kann die Abweichung pro Polygon berechnet werden durch Bestimmen der Normalenrichtung des Polygons. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung sucht dann in dieser Richtung nach dem nächstliegenden Polygon in dem anderen Modell. Dies ist der bestimmte Abweichungswert.
Eine weitere gewöhnliche Operation beim CAD-Remodellieren ist, ein Setzen/Zeichnen von Kurven auf die Abtastdaten. Die vorliegende Erfindung kann die Abweichung der Kurve von den ursprünglichen Abtastdaten in einer ähnlichen Weise überwachen. Eine interpolierte Kurve 1200 ist in 12A gezeigt. Sie ist auch als ein Spline bekannt. Splines sind inhärent glatt und erfordern nur Steuerungspunkte (und Endbedingungen), um sie zu erstellen. Acht (8) Eingabepunkte sind notwendig, um die dargestellte Kurve 1200 zu erzeugen. Die gezeichnete Kurve weicht von den Abtastdaten ab und diese Abweichung wird identifiziert wie durch die Musterleiste, welche in 12B gezeigt ist, abgebildet ist. Wenn ein Toleranzbereich vorgeschrieben war (das ist: [–0,01, 0,01]) und der Schalter "zeige Toleranzbereich (show tolerance range)" angeschaltet war, dann könnte der Benutzer erwarten, dass etwas dieser Kurve innerhalb der Toleranz 1210 ist und daher geeignet gemustert ist (weiße Punkte auf schwarzem Hintergrund).
Kurvenabweichung ist ein lokales Maß entlang der Kurve. Die Kurve ist in viele kleine Teile unterteilt und die Abweichung wird berechnet. Die Operation führt zu viel mehr unterteilten Teilen als die ursprünglichen 8 Interpolationspunkte der Kurve. Es gibt somit viele Abweichungsanalysepunkte. Kurvenabweichung wird durch den kleinsten Abstand zwischen der Kurve (Teil der Kurve, wo die Abweichung berechnet wird) und dem Gittermodell/Punktwolkemodell berechnet.
13A-13C zeigen die Benutzung der Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 mit einem CAD-Teil, während 14A-14C den Prozess zeigen, CAD-Parameter einzustellen, um Genauigkeitsverlust zu minimieren. Die Abweichung des CAD-Raummodells von den ursprünglichen Abtastdaten/Startabtastdaten ist häufig ziemlich groß.
13A stellt die ursprünglichen Abtastdaten/Startabtastdaten 1300 dar, während 13B das Raummodell 1310 zeigt, welches basierend auf den Abtastdaten erzeugt ist. 13C zeigt eine angezeigte Fehlerkarte 1320, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann, um die Abweichung zwischen den ursprünglichen Abtastdaten 1300 und dem Raummodell 1310 zu zeigen.
Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann eine Optimierungsroutine ablaufen lassen, wie etwa eine Fehlerminimierungsroutine, um die Parameter des CAD-Raummodells 1310 einzustellen (zum Beispiel die Höhe, Breite und Position des Entwurfsprofils 1400 für die Extrusion, wie in 14A gezeigt). Die Dimensionen werden eingestellt, um den Gesamtfehler zu minimieren und um die besten Parameter für das CAD-Modell zu erreichen. Die Optimierungsroutine führt zu einem neuen Raummodell 1410 (14B), für welches die Gesamtabweichung vermindert ist 1420, wie in 14C gezeigt.
Laufen lassen einer rechenintensiven Fehlerminimierungsroutine kann basierend auf einer visuellen Kennzeichnung, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 bereitgestellt ist, oder einem anderen Kennzeichner, dass die momentanen Daten außerhalb einer Toleranz liegen, sein. Die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 kann die Wirkung der Fehlerminimierungsroutine zeigen. Die Fehlerminimierungsroutine kann innerhalb der Software durchgeführt werden oder kann manuell durchgeführt werden, um die Parameter einzustellen, um den Genauigkeitsverlust zu minimieren. Einstellung der Dimensionen, um die Gesamtabweichung zu minimieren, ist eine einer Anzahl von Optionen. Zum Beispiel könnte der Benutzer auswählen, die CAD-Parameter so einzustellen, um den Fehler über einen ausgewählten Bereich oder Bereiche zu minimieren anstatt über das gesamte Modell.
Ähnlich zu den Techniken zum Editieren von Abtastdaten, welche oben diskutiert sind, wobei der Benutzer versucht, eine variable CAD VALUE zu maximieren durch Modifizieren von X & Y, während er innerhalb der Nebenbedingung von ZZ bleibt, kann der Benutzer eine ähnliche Maximierung einer Genauigkeit (oder Minimierung eines Fehlers) für Operationen zum CAD-Remodellieren durch Einstellen von Parametern des Modells durchführen. In einer exemplarischen Ausführungsform:

1) Der Benutzer erzeugt eine Extrusion unter Benutzung eines Basisentwurfs. Der Benutzer nennt die Dimensionen eines Rechtecks X & Y und den Extrudierabstand Z; X, Y & Z sind die Breite, Tiefe und Höhe der rechteckigen Box. Dieses sind die Parameter des Modells.
2) Der Benutzer zwingt inhärent die Entwurfslinien senkrecht zueinander zu sein, wobei andere Nebenbedingungen hinzugefügt werden könnten.
3) Der Benutzer kann wünschen, den Fehler über das gesamte Modell zu minimieren (die Abweichung zu minimieren). Alternativ kann der Benutzer auswählen, den Fehler stattdessen über Bereiche des Modells zu minimieren. Fehlerminimierung ist ähnlich zu CAD VALUE.
4) Der Benutzer kann Parameter X, Y, Z einstellen unter Benutzung eines multivariablen Optimierungsprozesses, um die Abweichung zu minimieren (oder den CAD VALUE zu maximieren).
5) Eine multivariable Optimierung wird in verschiedenen nummerischen Einstellungen gesehen. a. Anpassen einer geraden Linie an Daten: i. Geradengleichung: y = m·x + b, wobei b und m Variablen sind, und y und x die zwei Datensätze des Benutzers sind. ii. Der Benutzer kann Startwerte für m & b wählen. Fehler ist die Differenz (oder "quadratischer" Abstand; Summe von quadratischen Abständen) zwischen den y-Werten des Datensatzes und den berechneten y-Werten unter Benutzung der Startwerte für m & b und x. iii. Der Benutzer stellt m & b ein, bis der Fehler minimiert ist. iv. Dies ist die kleinste-Quadrate-Minimierung des Fehlers oder eine multivariable Optimierung.

Die Techniken, welche durch die Genauigkeitsanalyseeinrichtung 5 benutzt werden, um Operationen zum CAD-Remodelllieren (Abweichung von Oberflächen und Kurven) durchzuführen, sind ähnlich in Konzept zu den Beispielen zum Editieren von Abtastdaten (Abweichung vor und nach Anwendung von Funktionen zum Editieren von Abtastdaten), welche oben diskutiert sind.
Die vorliegende Erfindung kann als ein oder mehrere computerlesbare Programme bereitgestellt sein, welche auf oder in einem oder mehreren Medien umfasst 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 alle oder ein Teil des Codes kann auf einem FPGA oder auf einem ASIC laufen. Der Code kann in einer virtuellen Umgebung, wie etwa einer virtuellen Maschine, laufen. Mehrere virtuelle Maschinen, welche den Code ablaufen lassen, können auf einem einzelnen Prozessor ansässig sein.
Da gewisse Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass der gesamte Inhalt, welche in der obigen Beschreibung oder in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, als illustrativ interpretiert wird und nicht in einem wörtlichen Sinne. Fachleute der Technik werden realisieren, dass die Folge von Schritten und Architekturen, welche in den Figuren illustriert ist, verändert werden kann, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen und dass die Illustrationen, welche hierin enthalten sind, einzelne Beispiele einer Vielzahl von möglichen Darstellungen der vorliegenden Erfindung sind.
Bedeutung englischer Begriffe in den Figuren

Decimate Dezimieren
Model View Modellansicht
Index Bar Indexleiste
Accuracy Analyzer Genauigkeitsanalyst
None Nichts
Curvature Krümmung
Deviation Abweichung
Disjoint Ends Disjunkte Enden
Environment Mapping Umgebungsabbilden
Vertex Balance Vertexgleichgewicht
Torsion Torsion
Tolerance Toleranz
Low niedrig
High hoch
Color Farbe
Show Tolerance Range Zeige Toleranzbereich
Vector Multiplier Vektormultiplikator
Value Wert
Smooth Glätten

Claims

Physikalisches Medium, welches computerausführbare Anweisungen zum Analysieren von 3D-Modellierungsgenauigkeit enthält, beim Verarbeiten von 3D-Abtastdaten (4), wobei das Medium umfasst: Anweisungen zum Bereitstellen (110) einer Kollektion von 3D-Abtastdaten (4), welche ein Modell (12) bilden, welches die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert; Anweisungen zum Bereitstellen (112) eines CAD-Systems, welches benutzt wird, mindestens einen CAD-Teilkörper zu remodellieren, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist; Anweisungen zum Auswählen (114) einer Operation, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens einen Teil der 3D-Abtastdaten oder wenigstens einen Teil des wenigstens einen CAD-Teilkörpers zu manipulieren; Anweisungen zum Bestimmen (116) eines Maßes eines Genauigkeitsverlusts, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist; und Anweisungen, das Maß des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer zu präsentieren (118).
Medium nach Anspruch 1, wobei das Modell ein Gittermodell ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei das Modell ein Punktwolkemodell ist.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum Präsentieren des Maßes des Genauigkeitsverlusts einem Benutzer als Vorschau vor Beginnen der Operation.
Medium nach Anspruch 1, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum Präsentieren des Maßes des Genauigkeitsverlusts für den Benutzer nach Beendigung der Operation.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Maß des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer grafisch präsentiert wird.
Medium nach Anspruch 6, wobei das Maß des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer über eine Fehlerkarte präsentiert wird.
Medium nach Anspruch 7, wobei die Fehlerkarte eine Heatmap ist.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bestimmen des Genauigkeitsverlusts umfasst, dass eine Wirkung der ausgewählten Operation mit eine benutzerausgewählte Toleranz verglichen wird.
Medium nach Anspruch 9, wobei die benutzerausgewählte Toleranz als ein Bereich ausgedrückt ist.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Operation eine Operation zum Editieren von Abtastdaten ist.
Medium nach Anspruch 11, wobei die Operation eine Gitteroperation ist.
Medium nach Anspruch 12, wobei die Gitteroperation ein Glätten, ein Dezimieren, ein Unterteilen, ein Bereinigen, ein Neuaufsetzen eines Gitters, ein Entfernen von Merkmalen, ein Füllen von Löchern oder ein Glätten einer Begrenzung ist.
Medium nach Anspruch 11, wobei das Maß des Genauigkeitsverlustes den Genauigkeitsverlust einer Krümmung, einer Abweichung und/oder einer Vertexgleichgewicht misst, welcher in den Abtastdaten als Folge einer Durchführung der ausgewählten Operation auftritt.
Medium nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum Einstellen mindestens eines Parameters der ausgewählten Operation als Folge des Bestimmens des Maßes des Genauigkeitsverlusts.
Medium nach Anspruch 15, wobei das Einstellen programmtechnisch ohne Benutzereingriff erfolgt.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Operation eine Operation zum CAD-Remodellieren ist.
Medium nach Anspruch 17, wobei die Operation zum CAD-Remodellieren eine Operation ist zum Anpassen einer Oberfläche an die Abtastdaten, Setzen oder Zeichnen von Kurven auf die Abtastdaten, Erzeugen eines Raumkörpers unter Verwendung der Abtastdaten, Messen einer Krümmung, Messen einer Abweichung, Messen einer Kontinuität oder eine Operation zum Umgebungsabbilden ist.
Medium nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum Durchführen einer Optimierungsroutine, um zumindest einen Parameter eines CAD-Teilkörpers als Folge des Bestimmens des Maßes des Genauigkeitsverlusts einzustellen.
Medium nach Anspruch 19, wobei die Optimierungsroutine eine Fehlerminimierungsroutine ist.
Medium nach Anspruch 20, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum Einstellen eines CAD-Teilkörperparameters, um so ein Ausmaß eines Fehlers über zumindest einen ausgewählten Bereich zu minimieren.
Medium nach Anspruch 21, wobei das Einstellen programmtechnisch ohne Benutzereingreifen erfolgt.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Medium weiterhin umfasst: Anweisungen zum programmtechnischen Aktualisieren eines Maßes des Genauigkeitsverlusts, wobei das Aktualisieren erfolgt, wenn eine Änderung in den 3D-Abtastdaten oder eine Änderung in dem mindestens einen CAD-Teilkörper der Benutzerauswahl der Operation zuzuordnen ist.
Verfahren zum Analysieren einer 3D-Modellierungsgenauigkeit beim Verarbeiten von 3D-Abtastdaten, umfassend: Bereitstellen (110) einer Kollektion von 3D-Abtastdaten, welche ein Modell bilden, welches die Form eines dreidimensionalen Objekts repräsentiert; Bereitstellen (112) eines CAD-Systems, welches dazu benutzt wird, um mindestens einen CAD-Teilkörper, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist, zu remodellieren; Auswählen (114) einer Operation, welche dazu ausgelegt ist, mindestens einen Teil der 3D-Abtastdaten oder mindestens einen Teil des mindestens einen CAD-Teilkörpers zu manipulieren; Bestimmen (116) eines Maßes eines Genauigkeitsverlusts, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist; und Präsentieren (118) des Maßes des Genauigkeitsverlusts einem Benutzer.
Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin umfassend: Präsentieren des Maßes des Genauigkeitsverlusts als eine Vorschau dem Benutzer vor Beginnen der Operation.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, weiterhin umfassend: Präsentieren des Maßes des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer nach Beendigung der Operation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Operation eine Operation zum Editieren von Abtastdaten ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Operation ein Glätten, Dezimieren, Unterteilen, Bereinigen, Aufsetzen eines neuen Gitters, Entfernen von Merkmalen, Füllen von Löchern oder ein Glätten einer Begrenzung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei das Maß des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer grafisch präsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Maß des Genauigkeitsverlusts dem Benutzer über eine Fehlerkarte präsentiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei das Bestimmen des Genauigkeitsverlusts umfasst, dass eine Wirkung der ausgewählten Operation mit einen benutzerausgewählten Toleranzwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei das Maß des Genauigkeitsverlusts den Genauigkeitsverlust einer Krümmung, einer Abweichung und/oder eines Vertexgleichgewichts misst, welcher in den Abtastdaten als Folge des Durchführens der ausgewählten Operation auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32, weiterhin umfassend: Einstellen mindestens eines Parameters der ausgewählten Operation als Folge des Bestimmens des Maßes des Genauigkeitsverlusts.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei die Operation eine Operation zum CAD-Remodellieren ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Operation zum CAD-Remodellieren eine Operation ist zum Anpassen einer Oberfläche an die Abtastdaten, Setzen oder Zeichnen von Kurven auf die Abtastdaten und/oder Erzeugen eines Raummodells unter Benutzung der Abtastdaten, Messen einer Krümmung, Messen einer Abweichung, Messen einer Kontinuität oder eine Operation zum Umgebungsabbilden ist.
Verfahren nach Anspruch 35, weiterhin umfassend: Durchführen einer Optimierungsroutine, um so zumindest einen Parameter eines CAD-Teilkörpers als Folge des Bestimmens des Maßes des Genauigkeitsverlusts einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Optimierungroutine eine Fehlerminimierungsroutine ist.
Verfahren nach Anspruch 37, weiterhin umfassend: Einstellen der Parameter der Fehlerminimierungsroutine, um so das Ausmaß eines Fehlers über mindestens einen ausgewählten Bereich zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38, weiterhin umfassend: Programmtechnisch Aktualisieren eines Maßes eines Genauigkeitsverlusts, wobei das Aktualisieren auftritt, wenn eine Änderung in den 3D-Abtastdaten oder eine Änderung in dem zumindest einen CAD-Teilkörper der Benutzerauswahl der Operation zuzuordnen ist.
System zum Analysieren von 3D-Modellierungsgenauigkeit beim Verarbeiten von 3D-Abtastdaten, umfassend: Eine Kollektion von 3D-Abtastdaten (4), welche ein Modell (12) bilden, welches die Form eines dreidimensionalen Objektes repräsentiert; eine CAD-Anwendung (6), welche benutzt wird, zumindest einen CAD-Teilkörper, welcher von den 3D-Abtastdaten gebildet ist, zu remodellieren; ein Benutzerschnittstelle (32), welche die Auswahl einer Operation erlaubt, wobei die Operation eine Operation zum Editieren (10) von Abtastdaten oder eine Operation zum CAD-Remodellieren (8) ist; und eine Genauigkeitsanalyseeinrichtung, wobei die Genauigkeitsanalyseeinrichtung einen Genauigkeitsverlust misst, welcher der ausgewählten Operation zuzuordnen ist.
System nach Anspruch 40, wobei die Benutzerschnittstelle (32) einem Benutzer ein Maß eines Genauigkeitsverlusts über eine erzeugte Fehlerkarte präsentiert.
System nach Anspruch 40 oder 41, wobei das Maß an Genauigkeit, welches dem Benutzer über die erzeugte Fehlerkarte angezeigt wird, programmtechnisch aktualisiert wird, wenn die Benutzerauswahl einer Operation zu einer Änderung der 3D-Abtastdaten oder zu einer Änderung in dem mindestens einen CAD-Teilkörper führt.
System nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei die Benutzerschnittstelle dem Benutzer eine Kennzeichnung eines Maßes eines Genauigkeitsverlusts anzeigt und die Kennzeichnung eines Maßes eines Genauigkeitsverlusts programmtechnisch aktualisiert wird, wenn die Benutzerauswahl einer Operation zu einer Änderung der 3D-Abtastdaten oder zu einer Änderung des mindestens einen CAD-Teilkörpers führt.