DE102019219183A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildsignals (20) zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten (10), wobei in einem Koordinatensystem (30) definierte dreidimensionale Objektdaten (10) mittels einer Recheneinrichtung (2) empfangen werden, wobei jeweils Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) für jeweils auf Koordinatenachsen (X,Y,Z) des Koordinatensystems (30) senkrecht stehende Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten (10) auf die Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) mittels der Recheneinrichtung (2) bestimmt werden, wobei auf Grundlage der dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) ein Bildsignal (20) mittels der Recheneinrichtung (2) derart erzeugt wird, dass das Bildsignal (20) eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem (30) vorgegebenen Betrachtungsrichtung (12) kodiert, und wobei das erzeugte Bildsignal (20) ausgegeben wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Erzeugen eines Bildsignals (20) zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten (10).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten.
• Sowohl bei der Modellierung von Werkstücken mittels Computer Aided Design (CAD) als auch bei einer Überprüfung von Werkstücken mittels bildgebender Verfahren, beispielswese mittels der Computertomographie, werden dreidimensionale Objektdaten erzeugt und bereitgestellt. Es ist bekannt, die erzeugten dreidimensionalen Objektdaten in einer perspektivischen Darstellung auf einer Anzeigeeinrichtung darzustellen. Ferner ist bekannt, in unterschiedlichen Richtungen durchgeführte Projektionen von dreidimensionalen Objektdaten auf einer Anzeigeeinrichtung darzustellen. Das Erzeugen eines Bildsignals zum Darstellen von dreidimensionalen Objektdaten, insbesondere im Hinblick auf Defekte, die in einem zu überprüfenden Werkstück aufgefunden werden sollen, ist derzeit jedoch nur unbefriedigend gelöst.
• Aus der US 2014/0067333 A1 sind Techniken zum Anzeigen und Interagieren mit zweidimensionalen (2D) Zeichnungsansichten in einer dreidimensionalen (3D) Modellierungsumgebung in einem computergestützten Entwurfssystem (CAD-System) bekannt. In verschiedenen Varianten ist die anwendungsprogrammierbare Schnittstelle (API) des CAD-Systems so konfiguriert, dass 2D-Zeichnungsansichten in der 3D-Modellierungsumgebung des CAD-Systems angezeigt werden können. Die Zeichnungsansichten werden im 3D-Raum relativ zueinander und in Bezug auf ein 3D-Modell des Objekts, das sie definieren, zusammengestellt und ausgerichtet. In verschiedenen Varianten können die Zeichnungsansichten auf Oberflächen projiziert werden, die ein Volumen begrenzen, das ein 3D-Modell des Objekts enthält oder einschränkt. Diese Oberflächen können entsprechende ebene Flächen eines Würfels oder eines anderen Polyeders sein, die ein 3D-Modell des Objekts enthalten oder einschränken.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten zu verbessern.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Es ist eine der Grundideen der Erfindung, ein Bildsignal zu erzeugen, das sowohl eine Darstellung von in einem dreidimensionalen Koordinatensystem definierten dreidimensionalen Objektdaten als auch jeweils auf Koordinatenachsen des dreidimensionalen Koordinatensystems senkrecht angeordneten Projektionsflächen erfolgte Projektionen der dreidimensionalen Objektdaten abbildet. Das Bildsignal kodiert hierzu eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten und der mit den Projektionsflächen korrespondierenden Projektionsdaten bei Betrachtung aus einer in dem Koordinatensystem vorgegebenen Betrachtungsrichtung. Insbesondere kodiert das erzeugte Bildsignal eine perspektivische Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten mit den darum herum jeweils senkrecht auf den Koordinatenachsen angeordneten Projektionsflächen. Das Bildsignal kann beispielsweise als zweidimensional kodierte Bilddatei oder als zweidimensional kodierter Bilddatenstrom ausgebildet sein, in der bzw. in dem für zwei Dimensionen jeweils Farbwerte für einzelne Bildelemente angegeben sind. Das Bildsignal kann nach dem Erzeugen beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt oder auf einem Drucker ausgegeben werden.
• Insbesondere wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten zur Verfügung gestellt, wobei in einem Koordinatensystem definierte dreidimensionale Objektdaten mittels einer Recheneinrichtung empfangen werden, wobei jeweils Projektionsdaten für jeweils auf Koordinatenachsen des Koordinatensystems senkrecht stehende Projektionsflächen durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten auf die Projektionsflächen mittels der Recheneinrichtung bestimmt werden, wobei auf Grundlage der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten ein Bildsignal mittels der Recheneinrichtung derart erzeugt wird, dass das Bildsignal eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem vorgegebenen Betrachtungsrichtung kodiert, und wobei das erzeugte Bildsignal ausgegeben wird.
• Ferner wird insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten geschaffen, umfassend eine Recheneinrichtung, wobei die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Koordinatensystem definierte dreidimensionale Objektdaten zu empfangen, jeweils Projektionsdaten für jeweils auf Koordinatenachsen des Koordinatensystems senkrecht stehende Projektionsflächen durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten auf die Projektionsflächen zu bestimmen, und auf Grundlage von den dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten ein Bildsignal derart zu erzeugen, dass das Bildsignal eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem vorgegebenen Betrachtungsrichtung kodiert, und ferner das erzeugte Bildsignal auszugeben.
• Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es, eine Übersichtlichkeit bei einer Darstellung und Visualisierung von dreidimensionalen Objektdaten zu verbessern, da sowohl eine perspektivische Ansicht der dreidimensionalen Objektdaten als auch Projektionen für alle Koordinatenachsen des Koordinatensystems bereitgestellt werden. Insbesondere werden die perspektivische Darstellung und die Projektionen in einer festen Anordnung zueinander im Bildsignal kodiert. Hierdurch kann eine Orientierung eines Nutzers beim Erfassen und Überprüfen eines Werkstückes anhand des beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellten Bildsignals verbessert werden.
• Dreidimensionale Objektdaten umfassen insbesondere eine Punktmenge aus Datenpunkten, denen jeweils eine dreidimensionale Position in einem Koordinatensystem zugeordnet ist. Dreidimensionale Objektdaten können beispielsweise dreidimensionale CAD-Daten sein, die zu einem dreidimensionalen CAD-Modell, beispielsweise eines Werkstücks, gehören. Bei einer Projektion auf die Projektionsflächen wird für Datenpunkte der CAD-Daten insbesondere jeweils eine zugeordnete Materialeigenschaft, beispielsweise eine Materialdichte, und/oder ein zugeordneter Graustufenwert berücksichtigt. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein trianguliertes Modell (auch als unregelmäßiges Dreiecksnetz, engl. Triangulated Irregular Network, bezeichnet) der Datenpunkte erzeugt wird oder erzeugt wurde, das eine Oberfläche des Werkstücks modelliert. Hierbei können die zugehörigen Dreiecke dieses dreidimensionalen Modells gleichmäßig und insbesondere halbtransparent eingefärbt sein. Eine Farbe der Dreiecke ergibt sich hierbei einerseits aus einem Winkel einer Dreiecksnormalen zu einer oder mehreren Lichtquellen innerhalb der dreidimensionalen Szene, andererseits aus einer Überlagerung von mehreren hintereinanderliegenden Dreiecken, die zu einer Verringerung der Gesamttransparenz in einem solchen Bereich führt. Bei einer Projektion auf die Projektionsflächen werden dann die Dreiecke mit ihren jeweiligen Farben berücksichtigt. Hierbei können Verfahren wie beispielsweise Z-Buffering und/oder Rasterung verwendet werden. Dreidimensionale Objektdaten können aber auch mittels eines bildgegebenen Verfahrens, insbesondere mittels eines tomographischen Verfahrens, beispielsweise mittels der Computertomographie, erfasste Objektdaten sein. Beispielsweise können dreidimensionale Objektdaten ein rekonstruiertes Objektvolumen beschreiben bzw. abbilden. Die dreidimensionalen Objektdaten können eine Menge aus an dreidimensionalen Positionen angeordneten Voxeln umfassen. Hierbei korrespondiert jeweils ein Volumenelement (Voxel) mit einer dreidimensionalen Position, wobei dem Volumenelement ein Graustufenwert zugeordnet ist, der mit einer Materialeigenschaft eines Messobjektes korrespondiert. Bei einer Projektion auf die Projektionsflächen wird für ein Voxel der jeweils zugeordnete Graustufenwert berücksichtigt. Auch hier kann vorgesehen sein, dass ein trianguliertes Modell der Oberfläche erzeugt wird oder erzeugt wurde, das beim Projizieren verwendet wird.
• Das Koordinatensystem ist insbesondere ein kartesisches Koordinatensystem mit drei Dimensionen, welche nachfolgend mit X, Y und Z bezeichnet werden.
• Das Bildsignal umfasst insbesondere eine Beschreibung einer zweidimensionalen Anordnung von Bildelementen, wobei jedem Bildelement ein Farbwert zugeordnet ist, beispielsweise durch Angabe jeweils eines Farbwertes für die Farben Rot, Grün und Blau (RGB) oder durch Angabe eines Graustufenwertes.
• Teile der Vorrichtung, insbesondere die Recheneinrichtung, können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung, insbesondere die Recheneinrichtung, von einer Datenverarbeitungseinrichtung oder einem Auswertungssystem eines Computertomographen oder einer sonstigen Tomographievorrichtung bereitgestellt wird. Die Recheneinrichtung kann insbesondere eine 3D-Engine (z.B. DirectX, OpenGL etc.) bereitstellen, die die Projektionen und das Erstellen des zweidimensionalen Bildsignals durchführt und/oder unterstützt.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vom Bildsignal kodierte zweidimensionale Darstellung eine zweidimensionale isometrisch-axonometrische Darstellung ist. Hierdurch können Abmessungen der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionen verbessert dargestellt, erfasst und auch in verschiedenen Dimensionen miteinander verglichen werden.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Position der Projektionsflächen auf den Koordinatenachsen jeweils derart gewählt ist oder gewählt wird, dass die Projektionsdaten und die dreidimensionalen Objektdaten sich im erzeugten Bildsignal in Bezug auf die vorgegebene Betrachtungsrichtung einander nicht überlagern. Hierdurch können gleichzeitig sowohl die dreidimensionalen Objektdaten als auch die Projektionsdaten vollständig im Bildsignal abgebildet werden. Es kann hierzu beispielsweise vorgesehen sein, einen Mittelpunkt der dreidimensionalen Objektdaten zu bestimmen und an einem Koordinatenursprung des Koordinatensystems anzuordnen. Anschließend wird eine maximale Ausdehnung bestimmt. Die bestimmte maximale Ausdehnung wird als Grundlage zum Bestimmen der Positionen der Projektionsflächen verwendet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Projektionsflächen jeweils in einem Abstand, der einem Dreifachen der bestimmten maximalen Ausdehnung entspricht, auf den Koordinatenachsen anzuordnen. Ein solcher Abstand ermöglicht es, im erzeugten Bildsignal sowohl die dreidimensionalen Objektdaten als auch die Projektionsdaten vollständig abzubilden.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Lageparameter mittels der Recheneinrichtung empfangen wird, wobei eine Lage der dreidimensionalen Objektdaten in dem Koordinatensystem in Abhängigkeit des empfangenen Lageparameters mittels der Recheneinrichtung festgelegt wird, und wobei die Projektionsdaten und das Bildsignal unter Berücksichtigung der festgelegten Lage der dreidimensionalen Objektdaten erzeugt werden. Hierdurch kann eine (räumliche) Lage, das heißt eine Position und eine Orientierung der dreidimensionalen Objektdaten, welche auch als Pose bezeichnet werden kann, innerhalb des dreidimensionalen Koordinatensystems verändert werden. Insbesondere verändert die Recheneinrichtung hierzu eine initiale oder bisherige Lage der dreidimensionalen Objektdaten, indem die Koordinaten gemäß dem empfangenen Lageparameter angepasst werden, beispielsweise indem mittels der Recheneinrichtung eine Transformation zum Verschieben und/oder Rotieren der dreidimensionalen Objektdaten durchgeführt wird. Der Lageparameter kann beispielsweise mittels eines Bedienelementes, beispielsweise mittels eines Trackballs oder einer Maus, erfasst werden. Auf diese Weise kann eine Lage der dreidimensionalen Objektdaten den Wünschen eines Nutzers angepasst werden. Auf Grundlage des erfassten Lageparameters werden zusätzlich auch die Projektionsdaten geändert, sodass diese der geänderten Lage der dreidimensionalen Objektdaten entsprechen.
• Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Bildsignal in Echtzeit erzeugt und bereitgestellt wird, sodass eine Änderung des Lageparameters bzw. der Lage der dreidimensionalen Objektdaten sich sofort in einer Änderung einer im Bildsignal kodierten zweidimensionalen Darstellung auswirkt. Einem Nutzer kann hierdurch die Möglichkeit gegeben werden, die dreidimensionalen Objektdaten in unterschiedlichen Lagen sowohl in einer perspektivischen Darstellung als auch über die Projektionen zu erfassen und zu überprüfen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Vergrößerungsparameter mittels der Recheneinrichtung empfangen wird, wobei ein Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten in Abhängigkeit des empfangenen Vergrößerungsparameters mittels der Recheneinrichtung festgelegt wird, und wobei beim Erzeugen der Projektionsdaten und beim Erzeugen des Bildsignals für die dreidimensionalen Objektdaten nur der festgelegte Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten berücksichtigt wird. Hierdurch können Teile der dreidimensionalen Objektdaten vergrößert dargestellt werden. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass dreidimensionale Objektdaten, die nicht zum festgelegten Ausschnitt gehören, abgeschnitten bzw. nicht dargestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die dreidimensionalen Objektdaten durch einen einhüllenden Hüllquader zu begrenzen. Diejenigen dreidimensionalen Objektdaten, deren Position außerhalb des Hüllquaders liegen, werden nicht dargestellt, die dreidimensionalen Objektdaten, deren Positionen hingegen innerhalb des Hüllquaders liegen, werden dargestellt. Insbesondere wählt die Recheneinrichtung hierzu die innerhalb des Ausschnitts liegenden dreidimensionalen Objektdaten aus und verwendet nur diese beim Erzeugen der Projektionsdaten und beim Erzeugen des Bildsignals. Der Vergrößerungsparameter kann beispielsweise mittels eines Bedienelementes, beispielsweise mittels eines Trackballs oder einem Scrollrad einer Maus, erfasst werden.
• Auf diese Weise kann eine Vergrößerung bzw. ein berücksichtigter Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten den Wünschen eines Nutzers angepasst werden. Auf Grundlage des erfassten Vergrößerungsparameters werden zusätzlich auch die Projektionsdaten geändert, sodass diese der geänderten Vergrößerung bzw. des geänderten Ausschnitts der dreidimensionalen Objektdaten entsprechen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass dreidimensionale Defektdaten mittels der Recheneinrichtung empfangen werden, wobei das Erzeugen der Projektionsdaten und das Erzeugen des Bildsignals unter Berücksichtigung der empfangenen Defektdaten erfolgen. Die dreidimensionalen Defektdaten beschreiben insbesondere mindestens einen Defekt, beispielsweise Poren in Schweißnähten oder Lunker, an oder in einem Werkstück. Hinsichtlich der dreidimensionalen Positionen korrespondieren die Defektdaten hierbei insbesondere mit dreidimensionalen Positionen der dreidimensionalen Objektdaten, das heißt insbesondere liegen die Defektdaten und die dreidimensionalen Objektdaten mit Bezug auf dasselbe dreidimensionale Koordinatensystem vor. Beispielsweise können die dreidimensionalen Objektdaten CAD-Daten eines Werkstückes sein; die Defektdaten sind hingegen am oder im Werkstück, beispielsweise mittels eines tomographischen Verfahrens, erfasste und identifizierte Defekte. Die dreidimensionalen Defektdaten werden dann zusammen mit den dreidimensionalen Objektdaten in dem Bildsignal abgebildet. Beispielsweise kann das Bildsignal derart erzeugt werden, dass dieses beim Darstellen auf einer Anzeigeeinrichtung eine Darstellung hervorruft, in der die Defektdaten und die dreidimensionalen Objektdaten übereinander dargestellt sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Bildsignal derart erzeugt wird, dass die dreidimensionalen Objektdaten transparent dargestellt werden, sodass innerhalb der dreidimensionalen Objektdaten angeordnete Defektdaten durch diese hindurch sichtbar sind. Zusätzlich werden die Defektdaten durch Projektion auf die Projektionsflächen auch in die Projektionsdaten aufgenommen. Hierdurch lassen sich erfasste und identifizierte Defekte verbessert visualisieren, sodass ein Werkstück verbessert überprüft werden kann.
• Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass die dreidimensionalen Defektdaten derart auf die Projektionsflächen projiziert werden, dass ein mit den dreidimensionalen Defektdaten korrespondierender Defekt jeweils in seiner maximalen Ausdehnung auf den Projektionsflächen abgebildet wird. Über die Projektionen lässt sich hierdurch beim Darstellen des Bildsignals auf einer Anzeigeeinrichtung sofort eine maximale Ausdehnung des Defektes in sämtlichen Richtungen erfassen und überprüfen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Bereiche, in denen dreidimensionale Defektdaten vorhanden sind und/oder Bereiche in den Projektionsdaten, die mit den dreidimensionalen Defektdaten korrespondieren, im erzeugten Bildsignal besonders hervorgehoben werden. Hierdurch können die Defekte in dem Bildsignal besonders gekennzeichnet werden, sodass die Defekte beim Darstellen des Bildsignals auf einer Anzeigeeinrichtung sofort und verbessert erfasst werden können und von einem Hintergrund unterschieden werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Defekte beim Darstellen rot markiert sind, wohingegen ein Werkstück in Graustufen dargestellt ist. Die Recheneinrichtung setzt hierzu an den mit dem Defekt korrespondierenden Positionen in den Projektionen entsprechende Farbwerte in dem Bildsignal.
• Es kann vorgesehen sein, dass das Bildsignal derart bereitgestellte wird, dass Datenpunkte der dreidimensionalen Objektdaten, die aus der Betrachtungsrichtung vor einem Defekt liegen, transparenter dargestellt sind als Datenpunkte, die hinter dem Defekt liegen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Hilfsliniendaten für mindestens eine Hilfslinie und/oder Dimensionsdaten und/oder Abstandsdaten und/oder mindestens eine Skala in dem Koordinatensystem erzeugt und beim Erzeugen des Bildsignals berücksichtigt werden. Hierdurch können Hilfslinien, Dimensionsangaben, beispielsweise eines Defektes oder eines Werkstückes bzw. Teils hiervon und/oder Abstandsdaten bereitgestellt werden. Es kann beispielweise vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Hilfslinien vorgesehen ist, die jeweils ein rasterartiges Gitter über den Projektionsflächen bzw. den hierauf projizierten Projektionsdaten ausbilden. Die Dimensionsangaben können beispielsweise eine Defektausdehnung für jede der Koordinaten im Koordinatensystem betreffen. Hierdurch kann das Erfassen und Überprüfen von Werkstücken weiter vereinfacht und unterstützt werden.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Schnittebenenparameter für eine Schnittebene durch die dreidimensionalen Objektdaten mittels der Recheneinrichtung empfangen wird, wobei Projektionsdaten für eine der Schnittebene parallel orientierte Projektionsfläche nur ausgehend von einem von der mittels des Schnittebenenparameters definierten Schnittebene umfassten Teil der dreidimensionalen Objektdaten erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, gezielt nur dreidimensionale Objektdaten für definierte Schnittebenen durch die dreidimensionalen Objektdaten auf die Projektionsflächen zu projizieren. Hierdurch kann beispielsweise das Überprüfen eines Werkstücks in einzelnen Schnittebenen erleichtert werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass eine Breite der Schnittebene variiert werden kann, beispielsweise über einen ebenfalls mittels der Recheneinrichtung empfangenen Schn ittebenenbreiten parameter.
• Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Projektionsdaten für eine der Schnittebene parallel orientierte Projektionsfläche nur ausgehend von einem von der mittels des Schnittebenenparameters definierten Schnittebene umfassten Teil der dreidimensionalen Defektdaten erzeugt werden. Hierdurch können Schnittebenen durch einen Defekt bzw. die dreidimensionalen Defektdaten auf die Projektionsflächen projiziert werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass jeweils Schnittebenenparameter sowohl für die dreidimensionalen Objektdaten als auch für die dreidimensionalen Defektdaten empfangen werden, wobei jeweils nur von den zugehörigen Schnittebenen umfasste dreidimensionale Objektdaten bzw. Defektdaten auf die Projektionsflächen projiziert werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zyklisch wiederholt wird. Insbesondere wenn fortlaufend ein Lageparameter und/oder ein Vergrößerungsparameter und/oder Schnittebenenparameter erfasst werden, kann hierdurch wiederholt ein aktualisiertes Bildsignal bereitgestellt werden.
• Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Vorrichtung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
• Weiter wird insbesondere auch ein Computerprogramm geschaffen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten auszuführen, wobei in einem Koordinatensystem definierte dreidimensionale Objektdaten empfangen werden, wobei jeweils Projektionsdaten für jeweils auf Koordinatenachsen des Koordinatensystems senkrecht stehende Projektionsflächen durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten auf die Projektionsflächen bestimmt werden, wobei auf Grundlage der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten ein Bildsignal derart erzeugt wird, dass das Bildsignal eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten und der Projektionsdaten bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem vorgegebenen Betrachtungsrichtung kodiert, und wobei das erzeugte Bildsignal ausgegeben wird. Das Verfahren kann in einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden.
• Ferner wird auch ein computerlesbares Speichermedium geschaffen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Verfahrensschritte des voranstehenden Verfahrens in einer beliebigen der beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.
• Es wird sodann auch ein Datenträgersignal geschaffen, das ein Computerprogramm nach einer der beschriebenen Ausführungsformen überträgt.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten;
• 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Projektion von dreidimensionalen Objektdaten auf Projektionsflächen;
• 3 eine schematische Darstellung eines verfahrensgemäß erzeugten Bildsignals.
• In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Bildsignals 20 zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten 10 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Recheneinrichtung 2, die beispielsweise als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet ist, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Die Vorrichtung 1 führt das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren aus.
• Der Vorrichtung 1 bzw. der Recheneinrichtung 2 werden in einem, insbesondere kartesischen, Koordinatensystem definierte dreidimensionale Objektdaten 10 zugeführt. Die dreidimensionalen Objektdaten 10 können beispielsweise CAD-Daten eines Objektmodells oder von einem Objekt erfasste und rekonstruierte Volumendaten sein. Das Objekt ist beispielsweise ein Werkstück, das überprüft werden soll.
• Die Recheneinrichtung 2 empfängt die dreidimensionalen Objektdaten 10. Die Recheneinrichtung 2 bestimmt jeweils Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z für jeweils auf Koordinatenachsen des Koordinatensystems senkrecht stehende Projektionsflächen durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten 10 auf die Projektionsflächen. Dies erfolgt beispielsweise mittels der Projektionsmodule 3-X, 3-Y, 3-Z. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Projektionen unter Berücksichtigung der gesamten dreidimensionalen Objektdaten 10 in einer jeweiligen Projektionsrichtung erfolgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur ein Teil der dreidimensionalen Objektdaten 10 berücksichtigt wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nur die jeweils der Projektionsfläche am nächsten liegenden Datenpunkte der dreidimensionalen Objektdaten 10 auf die Projektionsflächen projiziert werden. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass nur eine der jeweiligen Projektionsfläche zugewandte Seite eines mit den dreidimensionalen Objektdaten korrespondierenden Objektes projiziert werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise sämtliche in den dreidimensionalen Objektdaten 10 entlang einer Richtung enthaltene Datenpunkte zusammen, beispielsweise durch Summenbildung von zugehörigen Datenwerten, z.B. Graustufenwerten von Voxeln, auf die Projektionsflächen zu projizieren. Ferner kann auch vorgesehen sein, das Projizieren ausgehend von einem aus den dreidimensionalen Objektdaten 10 erzeugten triangulierten Modell einer Oberfläche der dreidimensionalen Objektdaten 10 durchzuführen.
• Auf Grundlage der dreidimensionalen Objektdaten 10 und der Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z erzeugt die Recheneinrichtung 2 das Bildsignal 20. Dies erfolgt beispielsweise in einem Bildsignalerzeugungsmodul 4. Das Bildsignalerzeugungsmodul 4 erzeugt das Bildsignal 20 derart, dass das Bildsignal 20 eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten 10 und der Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem vorgegebenen Betrachtungsrichtung 12 kodiert. Die Betrachtungsrichtung 12 wird dem Bildsignalerzeugungsmodul 4 hierbei vorgegeben.
• Das erzeugte Bildsignal 20 wird ausgegeben, beispielsweise in Form einer kodierten Bilddatei oder als Bilddatenstrom. Die Bilddatei umfasst hierbei beispielsweise Farbwerte (z.B. RGB-Farbwerte) für einzelne in einem X,Y-Koordinatensystem geordnete Bildelemente (Pixel).
• Das ausgegebene Bildsignal 20 kann anschließend auf einer Anzeigeeinrichtung 60 dargestellt werden.
• Es ist insbesondere vorgesehen, dass die vom Bildsignal 20 kodierte zweidimensionale Darstellung eine zweidimensionale isometrisch-axonometrische Darstellung ist. Eine Erzeugung eines solchen Bildsignals 20 wird nachfolgend schematisch anhand der 2 erläutert.
• In 2 ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung von Projektionen von dreidimensionalen Objektdaten 10 auf Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z gezeigt. Beispielhaft sind die dreidimensionalen Objektdaten 10 als dreidimensionale Kugel mit einem Radius D dargestellt. Die dreidimensionalen Objektdaten 10 sind hierbei in einem kartesischen Koordinatensystem 30 um einen Koordinatenursprung 31 dargestellt. Die dreidimensionalen Objektdaten 10 werden hierbei von einem Hüllquader 13 mit einer Kantenlänge von 2D eingehüllt. Die Koordinatenachsen X, Y, Z durchstoßen den Hüllquader 13 jeweils in der Mitte der Flächen des Hüllquaders 13.
• Die Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z stehen jeweils senkrecht auf den Koordinatenachsen X, Y, Z und haben einen Abstand zum Koordinatenursprung 31 von 3D, die Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z schneiden die jeweils zugehörige Koordinatenachse also an der Stelle -3D. Ein Abstand der Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z zur jeweils nächstgelegenen Fläche des Hüllquaders 13 ist entsprechend 2D.
• Die Koordinaten von Eckpunkten der Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z sind die folgenden: $$\begin{array}{llll}\text{X:}\left(-3\text{D}\text{,}-\text{D}\text{,}-\text{D}\right),\hfill & \left(-3\text{D}\text{,D}\text{,}-\text{D}\right),\hfill & \left(-3\text{D}\text{,D}\text{,D}\right),\hfill & \left(-3\text{D}\text{,}-\text{D}\text{,D}\right)\hfill \\ \text{Y:}\left(-\text{D}\text{,}-\text{3D}\text{,}-\text{D}\right),\hfill & \left(\text{D}\text{,}-\text{3D}\text{,}-\text{D}\right),\hfill & \left(\text{D}\text{,}-\text{3D}\text{,D}\right),\hfill & \left(-\text{D}\text{,}-\text{3D}\text{,D}\right)\hfill \\ \text{Z:}\left(-\text{D}\text{,}-\text{D}\text{,}-\text{3D}\right),\hfill & \left(\text{D}\text{,}-\text{D}\text{,}-\text{3D}\right),\hfill & \left(\text{D}\text{,D}\text{,}-\text{3D}\right),\hfill & \left(-\text{D}\text{,D}\text{,}-\text{3D}\right),\hfill \end{array}$$

  

  wobei die Eckpunkte derart gewählt sind, dass Projektionen der dreidimensionalen Objektdaten 10 auf die Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z alle dreidimensionalen Objektdaten 10 umfasst. Sofern nur ein Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten 10 gezeigt ist, werden nur die von dem Ausschnitt umfassten dreidimensionalen Objektdaten 10 projiziert.
• Einzelne Datenpunkte werden entlang der jeweiligen Koordinatenachse X, Y, Z auf die Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z projiziert, sodass Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z bestimmt bzw. erzeugt werden. Dies ist schematisch jeweils für eine sich in die jeweilige Projektionsrichtung ergebene Außenkontur der Kugel und ein Punkt P gezeigt. Für die restlichen Datenpunkte der dreidimensionalen Objektdaten 10 erfolgen die Projektionen in analoger Weise. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Werte, die mit den einzelnen Datenpunkten entlang einer Dimension korrespondieren, aufsummiert werden und ein sich ergebener Summenwert jeweils Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z angeordnet wird. Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich Werte der äußersten Datenpunkte der dreidimensionalen Objektdaten 10, im gezeigten Beispiel also eine Außenfläche der Kugel, für eine Projektion verwendet werden, beispielsweise nur Werte der jeweils für eine betrachtete Position und Projektionsrichtung der Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z am nächsten liegenden Datenpunkte.
• Die Transformation der dreidimensionalen Szene in dem dreidimensionalen Koordinatensystem 30 in ein zweidimensionales eine isometrisch-axonometrische Darstellung abbildendes Bildsignal wird nachfolgend beschrieben. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Betrachtungsrichtung vorgegeben ist. Vorliegend ist die Szene aus einer Betrachtungsrichtung dargestellt, die einem Vielfachen des Vektors (1,1,1) entspricht. Die Blickrichtung zeigt daher auf den Koordinatenursprung 31. Ausgehend hiervon wird insbesondere eine Ansichts-Matrix berechnet, die auf alle Punkte in dem dreidimensionalen Koordinatensystem 30 angewandt wird.
• Insbesondere lässt sich ein zweidimensionales Bildsignal für eine isometrisch-axonometrische Darstellung auf Grundlage der folgenden Gleichungen berechnen: $$\text{X'}=\left(\text{Y}-\text{X}\right)*\text{cos}\left(30°\right)$$

  

  $$\text{Y'}=\left(\text{X}+\text{Y}\right)*\text{cos}\left(60°\right)+\text{Z}$$

  

  wobei X' und Y' Koordinaten des Bildsignals sind. Die Gleichungen werden für alle dreidimensionalen Punkte in dem dreidimensionalen Koordinatensystem 30 berechnet.
• Anders ausgedrückt: Die dreidimensionalen Punkte im dreidimensionalen Koordinatensystem 30 werden mittels der Gleichungen (isometrischer-axonometrisch) in eine Betrachtungsebene projiziert, die auf dem Vektor (1,1,1) senkrecht steht. Um hinsichtlich der X',Y'-Koordinaten quantisierte Abstände zu erhalten, kann vorgesehen sein, Werte für zugehörige Bildelemente des Bildsignals durch Interpolation der mittels der Gleichungen bestimmten Werte zu berechnen.
• Da die in den Gleichungen ausgedrückte Transformation von dem Koordinatenursprung 31 ausgeht, kann vorgesehen sein, einen konstanten Versatz in X'- und Y'-Richtung zu verwenden, um negative Koordinaten zu vermeiden.
• Als Ergebnis wird beispielsweise eine das Bildsignal beschreibende Bilddatei oder ein das Bildsignal beschreibender Bilddatenstrom erzeugt, die eine Anzahl von Bildelementen in X',Y'-Koordinaten mit jeweils diesen zugeordneten Farbwerten oder Graustufenwerten umfassen.
• Es kann vorgesehen sein, dass ein Lageparameter empfangen wird, wobei eine Lage der dreidimensionalen Objektdaten 10 in dem Koordinatensystem 30 in Abhängigkeit des empfangenen Lageparameters mittels der Recheneinrichtung festgelegt, insbesondere verändert wird, und wobei die Projektionsdaten und das Bildsignal unter Berücksichtigung der festgelegten Lage der dreidimensionalen Objektdaten 10 erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, die dreidimensionalen Objektdaten 10 zu rotieren und/oder zu verschieben und im Bildsignal unter einem anderen Winkel und/oder in einer anderen Position darzustellen.
• Es kann weiter vorgesehen sein, dass ein Vergrößerungsparameter empfangen wird, wobei ein Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten 10 in Abhängigkeit des empfangenen Vergrößerungsparameters mittels der Recheneinrichtung festgelegt wird, und wobei beim Erzeugen der Projektionsdaten und beim Erzeugen des Bildsignals für die dreidimensionalen Objektdaten nur der festgelegte Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten 10 berücksichtigt wird. Insbesondere können die dreidimensionalen Objektdaten 10 beim Vergrößern durch den Hüllquader 13 beschränkt werden, sodass nur diejenigen dreidimensionalen Objektdaten 10 projiziert und im Bildsignal abgebildet werden, die noch innerhalb des Hüllquaders 13 liegen.
• In 3 ist eine schematische Darstellung eines verfahrensgemäß erzeugten Bildsignals 20 gezeigt, so wie es bei Ausgabe auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird. Das Bildsignal 20 umfasst eine isometrische-axonometrische Darstellung. In der Mitte umfasst die Darstellung eine perspektivische Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten 10 eines Werkstückes 50. Ferner umfasst das Bildsignal Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z der dreidimensionalen Objektdaten 10 des Werkstücks 50 auf Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z.
• Das Bildsignal 20 umfasst weiter insbesondere eine Vielzahl von Hilfslinien 34 (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen), welche beispielsweise einen Hüllquader um die dreidimensionalen Objektdaten 10 bzw. das Werkstück 50 verdeutlichen oder den Hüllquader mit den Eckpunkten der Projektionsflächen 32-X, 32-Y, 32-Z verbinden.
• Es kann vorgesehen sein, dass dreidimensionale Defektdaten empfangen werden, wobei das Erzeugen der Projektionsdaten und das Erzeugen des Bildsignals unter Berücksichtigung der empfangenen Defektdaten erfolgen.
• Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass Bereiche 35 (nicht alle sind mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet), in denen dreidimensionale Defektdaten vorhanden sind und/oder Bereiche 36 (nicht alle sind mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet) in den Projektionsdaten 33-X, 33-Y, 33-Z, die mit den dreidimensionalen Defektdaten korrespondieren, im erzeugten Bildsignal 20 besonders hervorgehoben werden, beispielsweise indem diese mit einem ausgewählten Farbwert (z.B. für Rot) versehen werden.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Recheneinrichtung

3-X

Projektionsmodul (X-Achse)

3-Y

Projektionsmodul (Y-Achse)

3-Z

Projektionsmodul (Z-Achse)

4

Bildsignalerzeugungsmodul

10

dreidimensionale Objektdaten

12

Betrachtungsrichtung

13

Hüllquader

20

Bildsignal

30

Koordinatensystem

31

Koordinatenursprung

32-X

Projektionsfläche (X-Achse)

32-Y

Projektionsfläche (Y-Achse)

32-Z

Projektionsfläche (Z-Achse)

33-X

Projektionsdaten (X-Achse)

33-Y

Projektionsdaten (Y-Achse)

33-Z

Projektionsdaten (Z-Achse)

34

Hilfslinie

35

Bereich (Defekt)

36

Bereich (Defekt)

50

Werkstück

60

Anzeigeeinrichtung

D

Radius (der Kugel)

P

Punkt

X

Koordinate (kartesisches Koordinatensystem)

Y

Koordinate (kartesisches Koordinatensystem)

Z

Koordinate (kartesisches Koordinatensystem)

X'

Koordinate (Bildsignal)

Y'

Koordinate (Bildsignal)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 2014/0067333 A1 [0003]

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Bildsignals (20) zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten (10), wobei in einem Koordinatensystem (30) definierte dreidimensionale Objektdaten (10) mittels einer Recheneinrichtung (2) empfangen werden, wobei jeweils Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) für jeweils auf Koordinatenachsen (X,Y,Z) des Koordinatensystems (30) senkrecht stehende Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten (10) auf die Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) mittels der Recheneinrichtung (2) bestimmt werden, wobei auf Grundlage der dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) ein Bildsignal (20) mittels der Recheneinrichtung (2) derart erzeugt wird, dass das Bildsignal (20) eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem (30) vorgegebenen Betrachtungsrichtung (12) kodiert, und wobei das erzeugte Bildsignal (20) ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Bildsignal (20) kodierte zweidimensionale Darstellung eine zweidimensionale isometrisch-axonometrische Darstellung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position der Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) auf den Koordinatenachsen (X,Y,Z) jeweils derart gewählt ist oder gewählt wird, dass die Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) und die dreidimensionalen Objektdaten (10) sich im erzeugten Bildsignal (20) in Bezug auf die vorgegebene Betrachtungsrichtung (12) einander nicht überlagern.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lageparameter mittels der Recheneinrichtung (2) empfangen wird, wobei eine Lage der dreidimensionalen Objektdaten (10) in dem Koordinatensystem (30) in Abhängigkeit des empfangenen Lageparameters mittels der Recheneinrichtung (2) festgelegt wird, und wobei die Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) und das Bildsignal (20) unter Berücksichtigung der festgelegten Lage der dreidimensionalen Objektdaten (10) erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergrößerungsparameter mittels der Recheneinrichtung (2) empfangen wird, wobei ein Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten (10) in Abhängigkeit des empfangenen Vergrößerungsparameters mittels der Recheneinrichtung (2) festgelegt wird, und wobei beim Erzeugen der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) und beim Erzeugen des Bildsignals (20) für die dreidimensionalen Objektdaten (10) nur der festgelegte Ausschnitt der dreidimensionalen Objektdaten (10) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dreidimensionale Defektdaten mittels der Recheneinrichtung (2) empfangen werden, wobei das Erzeugen der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) und das Erzeugen des Bildsignals (20) unter Berücksichtigung der empfangenen Defektdaten erfolgen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (35), in denen dreidimensionale Defektdaten vorhanden sind und/oder Bereiche (36) in den Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z), die mit den dreidimensionalen Defektdaten korrespondieren, im erzeugten Bildsignal (20) besonders hervorgehoben werden.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfsliniendaten für mindestens eine Hilfslinie (34) und/oder Dimensionsdaten und/oder Abstandsdaten und/oder mindestens eine Skala in dem Koordinatensystem (30) erzeugt und beim Erzeugen des Bildsignals (20) berücksichtigt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schnittebenenparameter für eine Schnittebene durch die dreidimensionalen Objektdaten (10) mittels der Recheneinrichtung (2) empfangen wird, wobei Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) für eine der Schnittebene parallel orientierte Projektionsfläche (32-X,32-Y,32-Z) nur ausgehend von einem von der mittels des Schnittebenenparameters definierten Schnittebene umfassten Teil der dreidimensionalen Objektdaten (10) erzeugt werden.
10. Vorrichtung (1) zum Erzeugen eines Bildsignals (20) zur Darstellung von dreidimensionalen Objektdaten (10), umfassend: eine Recheneinrichtung (2), wobei die Recheneinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in einem Koordinatensystem (30) definierte dreidimensionale Objektdaten (10) zu empfangen, jeweils Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) für jeweils auf Koordinatenachsen (X,Y,Z) des Koordinatensystems (30) senkrecht stehende Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) durch Projektion der empfangenen dreidimensionalen Objektdaten (10) auf die Projektionsflächen (32-X,32-Y,32-Z) zu bestimmen, und auf Grundlage von den dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) ein Bildsignal (20) derart zu erzeugen, dass das Bildsignal (20) eine zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten (10) und der Projektionsdaten (33-X,33-Y,33-Z) bei Betrachtung aus einer im Koordinatensystem (30) vorgegebenen Betrachtungsrichtung (12) kodiert, und das erzeugte Bildsignal (20) auszugeben.

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