DE112005000579T5

DE112005000579T5 - System und Verfahren für eine Entwurfsraumdefinition für ein morphbares Modell

Info

Publication number: DE112005000579T5
Application number: DE112005000579T
Authority: DE
Inventors: Randall C. Rochester Hills Smith; Richard R. Sterling Heights Pawlicki; David Robert Royal Oak Warn
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US7571084B2; US20050210421A1; US20060031049A1; US7440877B2; US20060031057A1; US20050200623A1; US7444195B2; WO2005089191A2; WO2005089191A3

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines geometrischen Entwurfs, das umfasst, dass
eine Eingabe erster Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums empfangen wird;
bei einem ersten Zuordnen die ersten Komponenten eines hochdimensionalen Raums ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zugeordnet werden;
die ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten auf eine Optimierungsberechnung angewandt werden, um zweite Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zu erzeugen;
bei einem zweiten Zuordnen die zweiten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zweiten Komponenten eines neuen geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums zugeordnet werden.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US 60/598,290 mit dem Titel "SYSTEM AND METHOD FOR GEOMETRIC SHAPE DESIGN", eingereicht am 3. August 2004, die selbst die Priorität der vorläufigen US 60/552975 mit dem Titel "CAPTURING AND MANIPULATING AUTOMOTIVE DESIGN CHARACTERISTICS IN A STATISTICAL SHAPE MODEL", eingereicht am 12. März 2004, beansprucht, wobei beide hierin durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Es wird ein Entwurfswerkzeug zur Verwendung in der Fertigung offenbart. Insbesondere betrifft diese Offenbarung computerunterstützte Entwurfswerkzeuge für geometrische Formen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Computerentwurfswerkzeuge, die für einen industriellen Entwurf nützlich sind, basieren meist auf "rechnerunterstütztem Zeichnen und Konstruieren" (CAD von computer aided design). Benutzer von CAD-Programmen müssen häufig an Schulungen teilnehmen und viel Erfahrung bei der Verwendung von CAD haben, bevor ihre Kenntnisse ein Niveau erreichen, das für ein komplexes Entwerfen und ein komplexes Konstruieren hoch genug ist.

In der Automobilindustrie skizzieren Karosserieentwurfsingenieure typischerweise ihre Entwürfe. Karosserieentwurfsingenieure sind kreative Künstler, die Styling-Skizzen anfertigen und typischerweise keine CAD-Programme verwenden. Aus Skizzen und Diskussionen mit dem Karosserieentwurfsingenieur überarbeitet ein CAD-Entwurfsingenieur die Skizze an dem Computer. Demgemäß wird die Skizze zu einer dreidimensionalen Detaildarstellung konstruiert. Oft gibt es viele Fälle von Verbesserungen, die zwischen dem Künstler und dem CAD-Benutzer diskutiert werden. Oftmals sind zum Beispiel die Skizzen des Entwurfsingenieurs perspektivisch nicht korrekt, und es müssen Details hinzugefügt und geändert werden, und daher kann der Prozess bis zur Fertigstellung durch einen CAD-Benutzer mühsam und repetitiv sein. Das CAD-Werkzeug erfordert eine stückweise Konstruktion einer Form. Die gesamte Form geht erst hervor, wenn ein erheblicher Umfang an Arbeit durchgeführt wurde.

Es wäre für einen Entwurfsingenieur vorteilhaft, ein Entwurfswerkzeug zur Verfügung zu haben, das einfach zu bedienen ist und ein Skizzieren von Hand ohne weiteres ersetzen kann, und dessen sich daraus ergebender Entwurf in einer Computerdatei erfasst wird. Somit kann der zeitaufwändige Schritt der Verbesserung zwischen dem Künstler und CAD-Entwurfsingenieur im Wesentlichen beseitigt werden.

Bei einem Automobilentwurf muss ein Entwurfsingenieur den Entwurf höchstwahrscheinlich innerhalb bestimmter Stilparameter halten. Zum Beispiel kann die Aufgabe für den Entwurfsingenieur sein, einen neuen CADILLAC zu entwerfen. Hierbei kann es für den Entwurfsingenieur von Vorteil sein, CADILLAC-Entwürfe zur Verfügung zu haben und dann eini ge Aspekte zu ändern, um ein neues Aussehen zu erzeugen, wobei der Markencharakter des CADILLAC erhalten bleibt.

Alternativ kann es sein, dass ein Entwurfsingenieur einen Entwurf erzeugen möchte, der zwischen zwei Entwürfen liegt, oder eine Mischung aus drei oder mehreren Entwürfen ist. In jedem dieser Fälle hängt der Prozess gegenwärtig von der starken Vertrautheit des Entwurfsingenieurs mit den verschiedenen Entwürfen der Automobile zusammen. Diesbezüglich wäre die Fähigkeit, einen Computer zu verwenden, um Daten über Entwürfe beizubehalten und Automobilentwürfe aus einer beliebigen Anzahl von Kombinationen zu erzeugen, für den Entwurfsprozess besonders vorteilhaft.

Komplexe Entwurfsformen wie beispielsweise Automobile können Topologien aufweisen, die stark variieren. Die Liste von Automobilen, sogar bei nur einem Automobilhersteller, ist umfangreich, und das Styling ist vielfältig und umfasst viele diskrete Variationen. Die funktionalen Kategorien von Automobilen für einen einzelnen Hersteller können Coupés, Limousinen, Geländewagen, Sportwagen und Lastwagen umfassen. Sekundäre Kategorien können Mehrzweckfahrzeuge, Lieferwagen und Cabriolets umfassen. Ein computerbasiertes Entwurfwerkzeug, das einem Entwurfsingenieur ermöglichen würde, eine beliebige Anzahl von Modellen zu kombinieren, um einen sich ergebenden neuen Stil oder ein sich ergebendes neues Modell zu bilden, wäre vorteilhaft.

Es wäre vorteilhaft, wenn das Entwurfswerkzeug dem Künstler visuell eine Vielzahl von Automobilen anbieten würde, aus denen er wählen kann, und die Fähigkeit bereitstellen würde, sie zu einem kombinierten sich ergebenden Automobilentwurf zu kombinieren. Wenn der Entwurfsingenieur ein sportlicheres Auto haben möchte oder zum Beispiel möchte, dass ein BUICK einem CADILLAC ähnlicher ist, oder den Kühlergrill von einem Auto bei einem anderen Auto verwenden möchte, wäre es vorteilhaft, bei einem Entwurfswerkzeug dem Benutzer die Flexibilität bereitzustellen, seine Entwurfsziele zu erreichen oder andernfalls Optionen zu untersuchen.

Sobald ein Benutzer durch Kombinieren so vieler Modelle wie gewünscht einen sich ergebenden kombinierten Entwurf erzeugt hat, wäre ein zusätzlicher Vorteil die Fähigkeit, den sich ergebenden Entwurf zu ändern oder zu morphen. Ein Entwurfswerkzeug, das nützlich wäre, um Automobilentwürfe zu morphen, ist vorzugsweise flexibel genug, einem Entwurfsingenieur zu ermöglichen, verschiedene Kombinationen zu untersuchen, und dann die Fähigkeit bereitzustellen, den sich ergebenden Entwurf zu vielen möglichen Entwürfen zu morphen.

Ferner wäre auch ein Entwurfswerkzeug vorteilhaft, das viele Optionen für morphbare Merkmale bietet und das Hinzufügen von Randbedingungen der Merkmale bei dem Morphprozess ermöglicht.

Diesbezüglich wäre es auch vorteilhaft, dass ein durch einen Computer betreibbares Entwurfswerkzeug die Ausgabe so liefert, dass, nachdem der anfängliche Entwurf des Fahrzeugentwurfsingenieurs abgeschlossen ist, ein CAD-Programmierer dann mit der Ausgabe arbeiten könnte.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung ist ein Softwarepaket, ein System, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwerfen geometrischer Formen für Automobile oder beliebige andere gefertigte Objekte.

Auf einem Anzeigebildschirm ist ein erster Satz von Muster- oder Exemplarentwürfen – hierin nachfolgend als Katalog bezeichnet – zum Auswählen eines zweiten Satzes von Exemplaren bereitgestellt, um einen sich ergebenden Entwurfsraum oder eine sich ergebende Entwurfsmischung zu erzeugen. Ein Entwurfsraum umfasst einen durch Merkmale einer Mischung definierten Raum. Sobald ein Benutzer einen sich ergebenden kombinierten Entwurf erzeugt hat, ist auch die Fähigkeit für den Entwurfsingenieur verfügbar, den Entwurfsraum zu untersuchen und somit den sich ergebenden Entwurf zu ändern oder zu morphen. Automobilentwürfe können als die Exemplare ausgeführt sein. Der Begriff Exemplar umfasst ein Modell, das ein registriertes Modell ist, wie nachstehend definiert.

Sobald der sich ergebende kombinierte Entwurf ausgewählt ist und dann gemäß einem oder mehreren statistischen Modellen manipuliert, geändert oder gemorpht wird, kann das Ergebnis ein neuer Entwurf sein. Ein statistisches Modell umfasst ein von einem Entwurfsraum abgeleitetes Wahrscheinlichkeitsobjekt. Der mathematische Raum und statistische Manipulationen des mathematischen Raums ermöglichen dem Benutzer, den Raum zu untersuchen, wobei stilistische und funktionale Interpretationen ermöglicht werden. Ein hierin beschriebener mathematischer Algorithmus ermöglicht dem Benutzer, eine oder mehrere Merkmalsrandbedingungen auszuwählen und die Randbedingungen auf das morphbare Modell anzuwenden.

Demgemäß kann ein CAD-Benutzer das durch das beschriebene Entwurfswerkzeug erzeugte Modell eingeben und daraus den Prozess der Modellherstellung beginnen oder das Modell direkt verwenden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine System- und Vorrichtungsdarstellung;
2 ist eine Bildschirmanzeige, die einen Katalog zeigt;
3 ist eine Bildschirmanzeige, bei der drei Exemplare im Hintergrund gezeigt sind und ein morphbares Fahrzeug im Vordergrund gezeigt ist;
4 ist eine Bildschirmanzeige, bei der drei Exemplare im Hintergrund gezeigt sind und ein gemorphtes Fahrzeug im Vordergrund gezeigt ist;
5 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene für den Benutzer verfügbare Aktionen zeigt;
6 zeigt einen Lastwagen und ein Coupé;
7 zeigt Schritte, die den Lastwagen und das Coupé betreffende Informationen verwenden;
8 ist ein Flussdiagramm des Modellaktualisierungsalgorithmus;
9 ist eine Darstellung, die verschiedene Benutzerschnittstellen zeigt;
10 ist eine Darstellung, die verschiedene Benutzerschnittstellen zeigt;
11 ist eine Darstellung, die verschiedene Benutzerschnittstellen zeigt;
12 ist eine Darstellung, die eine zusätzliche Anzeige und Schnittstelle zeigt;
13 ist eine Darstellung, die eine andere Benutzerschnittstelle zeigt;
14 ist ein Flussdiagramm des hierin beschriebenen Verschiebungsverfahrens; und
15 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens, das die verschobene Ausgabe umfasst.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das System und Verfahren, die Vorrichtung und das Produkt umfassen Zentralsystemmodule 100, wie in 1 gezeigt, die zum Beispiel ein Eingabemodul 102, ein Prozessormodul 104 in Kommunikation mit Softwareanweisungen von einer Software 106, ein Anzeigemodul 108, um einem Benutzer 110 Operationen anzuzeigen, und eine Vorrichtung 112 für eine direkte Eingabe, wie beispielsweise eine Tastatur, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, eine Spracherkennung, einen Joystick, eine Maus und/oder eine andere Vorrichtung für eine Benutzereingabe, umfassen. Der Benutzer 110 manipuliert Daten, die gemäß Computeranweisungen durch den Prozessor 104 verarbeitet werden. Daten können an der Anzeige 108 gezeigt und/oder als eine Ausgabe an ein Ausgabemodul 114 er zeugt werden. Die Ausgabe eines neuen Fahrzeugentwurfs kann zu einem neuen Fahrzeugherstellungsprozess übertragen werden.
Diese Erfindung kann in Form einer beliebigen Anzahl von computerimplementierten Prozessen und Vorrichtungen zum Ausführen jener Prozesse ausgeführt werden. Ausführungsformen der Erfindung können die Form von Computerprogrammcode aufweisen, der Anweisungen enthält, die in konkreten Medien, wie beispielsweise Disketten, CD-ROMs, Festplatten oder einem beliebigen anderen von einem Computer lesbaren Speichermedium umfasst sind, wobei, wenn das Computerprogramm in einen Computer geladen wird und durch diesen ausgeführt wird, der Computer zu einer Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in Form eines Computerprogramms ausgeführt sein, zum Beispiel entweder in einem Speichermedium gespeichert sein, in einen Computer geladen werden und/oder durch diesen ausgeführt werden, oder über ein Übertragungsmedium übertragen werden, wie beispielsweise über eine elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, über Faseroptik oder über eine elektromagnetische Strahlung, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen wird und durch diesen ausgeführt wird, der Computer zu einer Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung wird. Bei einer Realisierung auf einem Universalmikroprozessor konfigurieren die Computerprogrammcodesegmente den Mikroprozessor, um spezifische logische Schaltkreise zu erzeugen.
Der Benutzer 110 kann auf dem Anzeigebildschirm 108 eine Vielzahl von Modellen sehen, die in Katalogform 118 (siehe 2) gezeigt sind. Der Benutzer kann das Verfahren durch Auswählen einer Mischung oder eines Satzes von Entwürfen aus dem Katalog beginnen, um einen mathematischen Entwurfsraum zu definieren und zu füllen. Ein Modell, wie es hierin bezeichnet ist, umfasst ein einzelnes geometrisches Objekt/einzelne geo metrische Objekte. Ein Referenzmodell umfasst eine Vorlage für eine Klasse von Objekten, zum Beispiel von Fahrzeugen. Ein Katalog umfasst eine Sammlung von Exemplaren von einer Objektklasse. Die Begriffe "Fahrzeug" und "Objekt" werden in dieser Offenbarung austauschbar verwendet, und an den Stellen, an denen Fahrzeug verwendet wird, trifft auch Objekt zu.
Exemplare, die bestehenden Modellen entsprechen, können schon an sich Konstruktionsrandbedingungen umfassen. Der in der Offenbarung verwendete Begriff Randbedingung ist ein mathematischer Begriff und wird im Sinne einer mathematischen Operation verwendet, und soll die Bedeutung der Merkmale nicht einschränken, in Verbindung mit denen er verwendet wird. In den Daten, die in einem Datenspeicher 116 oder anderswo gespeichert sind, sind Packungs- oder Kriteriumsinformationen der katalogisierten Fahrzeuge vorhanden, die früh in dem Entwurfsprozess Informationen bereitstellen. Bestehende Fahrzeuge, die als Eingabe für das statistische Modell verwendet werden, können bereits gut koordinierte Packungs- und ästhetische Eigenschaften aufweisen.
Das Entwurfswerkzeug stellt daher die Fähigkeit bereit, Modelle auf viele Weisen zu morphen. Grundlegende Merkmale geometrischer Formen, wie beispielsweise Punkte, können darauf beschränkt sein, an bestimmten Positionen zu liegen. Andere Merkmale, die für eine Randbedingung während des Morphens auswählbar sind, können primäre Kriterien, wie beispielsweise Fahrzeughöhe, Radstand, H-Punkt und Lenkradposition, umfassen. Ein Merkmal kann ein einfaches Attribut des Differenzmodells umfassen, zum Beispiel einen Punkt.
Somit stellt der Katalog dem Entwurfsingenieur Exemplare bereit, die in ein sich ergebendes Objekt einfließen können, das Zielentwurfsanforde rungen erfüllen kann. Demgemäß können bestimmte Kriterien, die Konstruktionsrandbedingungen umfassen, in das sich ergebende durchschnittliche Fahrzeug eingebaut werden, wenn die Exemplare bestehende Modelle sind und schon an sich Konstruktionsrandbedingungen umfassen. Viele Konstruktionskriterien sind gemäß diesem Prozess, diesem Verfahren und dieser Vorrichtung manipulierbar, änderbar oder morphbar. Konstruktionsrandbedingungen, die für eine Anwendung bei dem Morphprozess verfügbar sind, können zum Beispiel als Optionen in Drop-down-Menüs angezeigt sein.
Es kann einen Stil geben, den der Entwurfsingenieur nachbilden möchte, zum Beispiel einen BUICK – mit einem bestimmten Markencharakter oder einer bestimmten Markenidentität, der oder die bei diesem Beispiel in der Mischung erhalten bleiben sollte. Alternativ können Lieblingsmodelle miteinander gemischt werden und neue Entwurfselemente können hinzugefügt werden. Es sei angemerkt, dass es viele Wege gibt, um sich einem Entwurf mit dem hierin beschriebenen Entwurfswerkzeug anzunähern, die Gesichtspunkte wie Ästhetik, Markenidentität und Funktion umfassen. Auswählbare morphbare Merkmale umfassen Merkmale, die hierin genannt sind, sowie andere, die Fachleuten des Fahrzeugentwurfs bekannt sind.
Bei einer ersten Ausführungsform erfolgt die Interaktion des Benutzers 110 mit dem System und dem Verfahren durch eine Benutzerschnittstelle, die Anzeige 108 und eine manuelle Eingabe 112. Bezug nehmend auf 2 bringt der Knopf 120 MIX an der Anzeige 108 den Satz von Fahrzeugen hervor, aus denen der Benutzer auswählen kann. Im Allgemeinen kann dieser Satz von Fahrzeugen ein Katalog 118 genannt werden. Hier wird auf die Zeichnung der 2D-Daten Bezug genommen, obwohl bei einer anderen Ausführungsform auch 3D-Daten verwendet werden können.
Bezug nehmend auf 2 wird durch den Benutzer ein kleinerer Satz aus einem größeren Satz von Exemplarfahrzeugen ausgewählt, der in diesem Beispiel vierundvierzig Exemplare umfasst. Hier werden zum Beispiel mehrere Fahrzeuge 130, 132 und 134 kombiniert. An einem oder mehreren Bildschirmen kann sich eine beliebige Anzahl von Exemplaroptionen befinden. Es können Exemplare zu der Mischung hinzugefügt werden 136, oder von der Mischung entfernt werden 138. Auf diese Weise kann der Benutzer 110 bestimmte Exemplare auswählen, um ein morphbares Modell aufzubauen (über 140). Das Auswählen der Mischung stellt einen Schritt bereit, der die anfänglichen Wahrscheinlichkeiten des statistischen Modells einstellt. Ein morphbares Modell umfasst ein von einem Entwurfsraum oder einem PCA-Raum (Hauptkomponentenanalyse-Raum von Principal Component Analysis space) abgeleitetes statistisches Modell.
Ein morphbares Modell fasst den durch Exemplare definierten Raum zusammen. Ein beliebiger Punkt in dem Raum kann als ein "Morph" der Exemplare betrachtet werden, das heißt, eine gewichtete lineare Kombination ihrer Merkmale. Es werden jedoch auch Randbedingungen auf Merkmale des morphbaren Modells angewandt, um auf der Grundlage einer optimalen Abschätzung Aktualisierungen der Form zu erzeugen. Diese Aktionen erzeugen einen neuen Entwurf (ein einzelnes Gebilde in dem Raum), und der Prozess würde nicht typischerweise als morphen bezeichnet werden, obwohl das Ergebnis immer noch als eine Kombination der Exemplare betrachtet werden könnte.
Unter dem Knopf 136 HINZUFÜGEN können sich in einem Drop-down-Menü allgemeine Kategorien befinden. Optionen, die bereitgestellt sein können, sind zum Beispiel: Verarbeiten von Exemplaren, Verarbeiten nur der Autos, nur der Lastwagen, nur der CHEVRLOLETs, oder nur der GMCs. Ähnlich könnten auch Elemente durch den Knopf 138 ENTFERNEN entfernt werden. Auf eine ähnliche Weise können die Fahrzeuge ausgewählt werden und die CADILLACs entfernt werden. Demgemäß wäre dann alles außer den CADILLACs in einem ausgewählten Satz vorhanden.
Die Exemplare in dem Katalog wurden einem Registrierungsprozess unterzogen, der automatisch oder manuell stattfinden kann. Die Exemplare wurden angepasst, so dass eine im Wesentlichen eindeutige Entsprechung zwischen ihnen besteht. Zum Beispiel ist eine bestimmte Kurve, das vordere Stück einer Motorhaube an einem Auto, mit 1 bezeichnet, und ein anderes Element ist mit 2 bezeichnet. Die Registrierung ist durch einen Segmentierungsprozess möglich, der das Wissen eines Entwurfsfachmanns über gefertigte Objekte, wie zum Beispiel Fahrzeuge, darüber umfasst, wie viele Freiheitsgrade benötigt werden, um ein bestimmtes Auto oder eine andere geometrische Form zu beschreiben, und wie diese Informationen mit allen oder im Wesentlichen allen Autos in dem Katalog in Korrelation gebracht werden können. Das Ergebnis der Segmentierung ist ein Satz von Merkmalen, die für alle eingegebenen Fahrzeuge in eine im Wesentlichen eindeutige Entsprechung gebracht werden können. Aus diesen in Entsprechung stehenden Fahrzeugen kann ein statistisches Modell erzeugt werden, das die Ähnlichkeiten des Charakters, des Stils, der Form und der Proportionen des gemischten Satzes erfasst. Ein eingegebenes Fahrzeug umfasst ein bestimmtes Modell, zum Beispiel ein bestimmtes Auto. Die Registrierung umfasst ein Inübereinstimmungbringen der Merkmale des Referenzmodells mit einem eingegebenen Modell. Ein registriertes Modell ist ein eingegebenes Modell nach der Registrierung.
Immer noch Bezug nehmend auf 2 verwendet der Benutzer 110 die durch den Knopf 120 MIX angesteuerte Schnittstelle, um Elemente aus zuwählen, und dann das morphbare Modell aufzubauen 140. Wie es in 2 gezeigt ist, kann ein Benutzer einzelne Fahrzeuge, wie beispielsweise eine CORVETTE 134, einen HUMMER 130 und einen SSR 132 auswählen. Eine Mischung umfasst eine ausgewählte Teilmenge eines Katalogs.
Zu Beginn werden durch Auswählen einer Mischung, wie oben beschrieben, die anfänglichen Wahrscheinlichkeiten und der anfängliche mathematische Raum eingestellt. Ein Durchschnitt oder Mittelwert dieser ausgewählten Autos wird hergenommen, um das morphbare Modell darzustellen. Ein morphbares Modell ist ein aus den Autos, die ausgewählt werden, um den Entwurfsraum zu füllen, abgeleitetes statistisches Modell. Ein Entwurf umfasst ein Modell in dem Entwurfsraum. Das morphbare Modell kann durch den Benutzer auf die Weise, die der Benutzer wählt, geändert werden. Der Benutzer kann die Ausgabe des Entwurfswerkzeugs hervorbringen, um der Ästhetik gerecht zu werden, und um bei dem gewünschten Entwurf funktionale und Konstruktionsrandbedingungen einzuführen. Sobald ein morphbares Modell erzeugt ist, kann der Benutzer eine bestimmte Stelle, einen bestimmten Raum oder ein bestimmtes Merkmal auswählen, um zum Beispiel eine Windschutzscheibe oder ein Fenster zu modifizieren. Als ein in 3 und 4 gezeigtes Beispiel wird eine Heckscheibe von dem anfänglichen, durchschnittlichen Modell zu jener eines gemorphten Modells geändert. Wie oben erläutert, sind auswählbare Merkmale, um das Morphen zu steuern, zahlreich. Bei diesem Beispiel von 3 und 4 kann der Benutzer einen Punkt an der Basis der Heckscheibe anklicken und ihn bewegen, um die Form zu modifizieren.
3 zeigt einen Anzeigebildschirm 108 mit einer Mischung aus einem HUMMER H2 130, dem CHEVROLET SSR 132 und dem CHEVROLET CORVETTE 134. Der Durchschnitt 150 der drei Fahrzeuge ist gezeigt und stellt das morphbare Modell dar. Auf diese Weise ist es möglich, verschie dene Kategorien wie beispielsweise Lastwagen, Geländefahrzeuge und Autos in einer einzelnen Darstellung miteinander zu kombinieren.
Auf dem Anzeigebildschirm 108 kann zum Beispiel das Durchschnittsmodell 150 in einer Farbe gezeigt sein, und die Exemplare können in anderen Farben hinter dem Durchschnittsmodell gezeigt sein und die Mischung anzeigen. Der Entwurfsingenieur kann die Farben wählen.
Auf der Anzeige 108 sind gestrichelt der HUMMER und die CORVETTE und der SSR angezeigt; ihr Durchschnitt kann in schwarz angezeigt sein. Das sich ergebende Durchschnittsfahrzeug 150 hat ungefähr die Größe des SSR.
Bei diesem Beispiel kann der Benutzer dann einen Punkt oder eine Kurve an dem Durchschnittsfahrzeug auswählen, um Änderungen des morphbaren Modells auszuführen. Zum Beispiel kann der Benutzer einen Punkt an der Heckscheibe 152a auswählen. Durch Auswählen der hinteren Scheibe, um diese zu modifizieren, kann der Benutzer diesen Punkt nach oben bewegen, um das Fahrzeug einem HUMMER ähnlicher zu machen, oder kann ihn nach unten bewegen, um es einer CORVETTE ähnlicher zu machen. Er kann auch fortfahren, um einige Eigenschaften des SSR aufzunehmen.
Ein Drop-down-Menü oder jede andere Benutzerschnittstelle kann dem Entwurfsingenieur eine Liste von Punkten oder Optionen bereitstellen, um daraus auszuwählen und somit das sich ergebende Fahrzeug zu ändern. Oder der Benutzer kann einfach in die Nähe der oder auf die Heckscheibe klicken, um den Punkt 152a auszuwählen. In dem Beispiel stellt der Punkt 152a die Heckscheibe dar. Durch Anklicken des Punkts 152a kann ein Cluster von Punkten 156a, 156b und 156c an der Anzeige 108 bereit gestellt werden. Das Cluster von Punkten zeigt den Raum, in dem sich die Mischung der Heckscheiben der Autos befindet, wie in 3 und 4 gezeigt. Mit anderen Worten stellt das Cluster von Punkten dem Benutzer einen sofortigen Hinweis bezüglich des Umfangs des Entwurfsraums für dieses Merkmal der Exemplare bereit. Das Cluster kann an der Anzeige angezeigt sein oder auch nicht, aber wenn es angezeigt ist, kann es als eine Führung verwendet werden. Auf diese Weise kann der Benutzer den Punkt 152a zu der Position von 152b in 4 ziehen, wobei er weiß, dass er sich immer noch innerhalb des vorgeschriebenen Entwurfsraums der Mischung befindet.
Das Durchschnittsfahrzeug 150 wird zu dem gemorphten Fahrzeug 160 gemorpht. Wenn der Punkt gezogen wird, kann das Morphen auf dem Bildschirm auf eine kontinuierliche interaktive Weise angezeigt werden. Aus dem Registrierungsprozess können sich Kurven, die miteinander in Verbindung stehen, von den registrierten Exemplaren, die den Entwurfsraum definieren, in Übereinstimmung miteinander ändern. Ein Manipulieren der äußeren Fahrzeugkurven ändert die Packungskurven und umgekehrt. Diese dynamische Interaktion des Stylings und der Packung ist für den Entwurfsingenieur sofort verfügbar, um den Prozess der ästhetischen Kreation zu unterstützen. Alternativ kann sich, wenn der Punkt gezogen wird, das gemorphte Modell 160 aktualisieren, wenn die Maustaste losgelassen wird, oder zu einem beliebigen Zeitpunkt dazwischen.
Der Entwurfsingenieur kann den Punkt 152a zu einem Punkt außerhalb des in 156a, 156b und 156c erzeugten Raums ziehen. Das Modell kann jedoch zusammenbrechen, wenn es außerhalb der Grenzen des durch die Beispiele definierten Entwurfsraums manipuliert wird.
Der Katalog mit Entwürfen umfasst Daten eines geometrischen Entwurfs, die in einer Darstellung codiert sind, so dass verschiedene, aber in Beziehung stehende Entwürfe in Entsprechung gebracht werden können. Das Codieren kann zum Beispiel ein Segmentieren eines geometrischen Entwurfs in Punkte, Kurven oder Flächen verursachen. Einige oder alle Entwürfe in dem Katalog können als ein Array von Werten dargestellt sein, die die Eckpunkte und Kurven für diesen Entwurf kennzeichnen. Entsprechende Werte in verschiedenen Arrays sind entsprechenden Eckpunkten und Kurven in anderen Entwürfen zugeordnet. Andererseits können ein oder mehrere Kataloge mit einer beliebigen Anzahl von Objekten umfasst sein. Ein oder mehrere Kataloge können eine statistische Grundlage für die Klasse von Formen bereitstellen, die durch das hierin beschriebene Verfahren, das hierin beschriebene System und die hierin beschriebene Vorrichtung erzeugt werden.
Um ein morphbares Modell aus dem ausgewählten Satz von Exemplaren zu bilden, kann der Satz von mathematischen Arrays, wobei ein Array die ausgewählten Entwürfe 130, 132 und 134 darstellt, unter Verwendung statistischer Verfahren manipuliert werden, um ihre Beziehungen zu extrahieren und Redundanzen in den Datenarrays zu nutzen, die die geometrischen Entwürfe darstellen. Zum Beispiel kann ein Mittelwert- oder Durchschnittsarray berechnet werden, dessen Elemente durch Mitteln entsprechender Elemente der Arrays berechnet werden. Ähnlich kann eine Kovarianzmatrix aus den Datenarrays berechnet werden, sobald das Durchschnittsarray berechnet wird.
Ein Morphen mit der Statistik unterstützt die Konsistenz des sich ergebenden Entwurfs. Bei den statistischen Verfahren, wie nachstehend ausführlich beschrieben, wird die Modellklasse durch die Statistik umso genauer beschrieben, je mehr Modelle verwendet werden. Es können andere statistische Modelle verwendet werden, die mit weniger Daten arbeiten. Es wird die Fähigkeit mathematischer Verfahren, die die Statistik umfassen, Ergebnisse zu erreichen, beschrieben, und jegliche anderen Verfahren, die verwendet werden, um die Ergebnisse zu erreichen, werden als innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegend betrachtet.
Fachleute des Fahrzeugentwurfs werden erkennen, dass der Fahrzeugentwurfsprozess typischerweise mit Fahrzeugkriterien beginnt. Einige solche Kriterien umfassen Punkte, die "harte Punkte" genannt werden und unter bestimmten Umständen nicht geändert werden sollten. Harte Punkte können zum Beispiel gemäß Fahrzeugbauartklassen kategorisiert werden. Daher wird ein sich ergebender Satz von Dimensionen für harte Punkte entwickelt und einem Entwurfsingenieur mitgeteilt. Der Entwurfsingenieur kann dann typischerweise das Äußere des Fahrzeugs mit Randbedingungen entwerfen, die für den Ort von mindestens einigen der harten Punkte des Fahrzeugs gegeben sind.
Die Eingabe 102 des Entwurfsingenieurs von 1 nimmt Selektionen des Entwurfsingenieurs auf, die mit Manipulationen der Muster und Beziehungen in Verbindung stehen, die in dem statistischen Fahrzeugmodell enthalten sind. Ein Modellierungsmodul, das zum Beispiel ein Muster- und Beziehungsextraktionsmodul 460 und ein Randbedingungsmodul 467 umfasst (siehe 5), ist geeignet, um das statistische Modell in dem Entwurfsraum auf der Grundlage der Eingabe des Entwurfsingenieurs zu formen und zu modifizieren.
Der Entwurfsingenieur kann dann die Merkmale des statistischen Modells entsprechend den harten Punkten manipulieren, um sich nach Standardabmessungen zu richten. Das Modell wird auf der Grundlage der modifizierten Parameter, die in dem Beispiel Positionen harter Punkte sind, an der Anzeige 108 von 1 gezeichnet. Das nachstehend detailliert beschriebene Modellierungsmodul ist geeignet, um Positionen der visuell erbrachten harten Punkte des Fahrzeugs in dem Entwurfsraum zu manipulieren und somit eine Kreation des Entwurfsingenieurs einer neuen Fahrzeugform zu erreichen.
Der Prozess, das System und die Vorrichtung, die hierin beschrieben sind, können durch Fahrzeugentwurfsingenieure auf zusätzliche Weisen angewandt werden. Zum Beispiel können die Fahrzeugmodelle verwendet werden, um einen Fahrzeuginnenraum aus einer Vielzahl von Exemplaren von Fahrzeuginnenräumen zu entwerfen. Auch können der Innenraum und das Äußere gleichzeitig entworfen werden. Zusätzlich können mehrere Fahrzeuginnenraumexemplare und mehrere Außenexemplare unabhängig verwendet werden, um separate sich ergebende statistische Modelle für das Äußere und den Innenraum zu bilden. Diese separaten Modelle können dann in einem gemeinsamen Koordinatensystem zum Beispiel durch Veranlassen, dass die harten Punkte der Modelle einander entsprechen, kombiniert werden. Der Entwurfsingenieur kann dann die Modelle des Innenraums und des Äußeren gleichzeitig mit einer einzelnen Selektion oder mit mehreren Selektionen anpassen. Clusterpunkte, die ähnlich jenen sind, die oben in Bezug auf 3 und 4 beschrieben wurden, können verwendet werden, um das Morphen der Innenraummodelle zu führen.
Wie oben beschrieben bieten das Verfahren, das System und die Vorrichtung, die hierin beschrieben sind, dem Entwurfsingenieur die Fähigkeit, kreativ zu sein und die Ausgabe hervorzubringen. Zum Beispiel kann es sein, dass der Entwurfsingenieur in einem Raum arbeitet, der eckige Exemplare umfasst, aber eine Rundung hinzufügen möchte. Der Entwurfsingenieur kann für dieses Ergebnis zu der Mischung eine zuvor registrierte runde Form hinzufügen. Auf diese Weise können Entwurfseigenschaf ten oder -merkmale zu der Mischung hinzugefügt werden. Sie können auch gewichtet werden – zum Beispiel 50 Autos und 1 runde Form, oder mit 25 runden Formen und 25 Autos gewichtet werden. Der Durchschnitt und die Statistik können durch die Wahl des Entwurfsingenieurs geändert werden. Ein Schieber oder eine andere ähnliche Schnittstelle können dem Benutzer die Fähigkeit bereitstellen, Gewichtungen zu spezifizieren.
Wie bei dem vorherigen Beispiel angemerkt, können Exemplare andere Elemente als existierende Fahrzeuge umfassen. Neue Entwürfe, die noch nicht in Serienmodelle eingebaut sind, können auch umfasst sein. Auch können verschiedene Formen, die andere Verwendungszwecke als Fahrzeugkarosserien haben, als Exemplare verwendet werden.
Der Entwurfsraum kann groß sein. Der Entwurfsingenieur kann die Mischeinrichtung verwenden, um einen kleineren Satz von Modellen auszuwählen, der für sein Entwurfsziel geeignet ist. Wenn zum Beispiel nur Cadillac-Fahrzeuge für die Mischung gewählt werden, reflektiert der Entwurfsraum die Eigenschaften von Cadillacs.
Bezug nehmend auf 5 ist bei 400 ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Ausführungsform des hierin beschriebenen Verfahrens zeigt. Das Flussdiagramm ist eine Übersicht auf hoher Ebene über die Optionen, die für den Benutzer bei dem kreativen Prozess verfügbar sind. Während der Schritte werden mathematische Algorithmen verwendet, um Daten zu verarbeiten und auf diese Weise die Ausgabe zu liefern.
Ein Katalog von Exemplarentwürfen wird bei 402 bereitgestellt. Entwürfe des Katalogs können eine Sammlung von Punkten und Kurven (oder anderen Merkmalen) umfassen, die mit einer Entwurfstopologie konform sind. Hier ist die Entwurfstopologie, hierin auch als eine Topologie be zeichnet und mit Ω benannt, ein endlicher Satz P von Punkten p₁, p₂, p₃, ... und ein endlicher Satz C von Kurven c₁, c₂, c₃, ... zusammen mit einer Zuordnung zwischen den beiden Sätzen. Diese Zuordnung kann derart sein, dass genau zwei Punkte einer gegebenen Kurve zugeordnet sind. Diese beiden Punkte bilden die Endpunkte der Kurve, die als ein geradliniges Segment aufgefasst werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform können vier Punkte einer gegebenen Kurve zugeordnet sein, die als eine Bezier-Kurve aufgefasst werden kann. In diesem Fall sind zwei Punkte die Endpunkte der Kurve und die anderen beiden Punkte sind die verbleibenden beiden Kontrolleckpunkte für die spezielle Bezier-Kurve. Zusätzlich ist, außer bei Ausnahmefällen, ein Endpunkt mindestens zwei Kurven zugeordnet. Eine dieser Spezifikationen der Entwurfstopologie definiert durch Spezifizieren der Punkte, die zwei oder mehrere Kurven gemeinsam haben, wie die Kurven miteinander verbunden sind. Weitere Spezifikationen der Entwurfstopologie können stattdessen NURBS oder Polygone und so weiter einsetzen. Entwürfe, die als Exemplare für den gleichen Entwurfsraum verwendet werden, verwenden die gleiche Topologie, und dies ermöglicht, dass Entwürfe im Wesentlichen in eine eindeutige Entsprechung gebracht werden, wie es zuvor in Bezug auf den in 2 gezeigten Katalog erläutert wurde.
Nebenbei, um die Entsprechung zu erläutern, zeigt 6 teilweise detaillierte Konturen eines Coupés 450 und eines Lastwagens 452, die entsprechende Merkmale aufweisen. Entsprechende Kurven der Kontur des Coupés und des Lastwagens können verschieden sein, aber die Entsprechung sorgt dafür, dass sie durch die gleichen Kurven, Kurve 1 bis Kurve k, dargestellt werden können. Zum Beispiel können das Coupé 450 und der Lastwagen 452 als Exemplare verwendet werden, die aus dem Katalog ausgewählt werden, um einen Modellentwurfsraum zu erzeugen.
Es kann auch Teil der Definition einer Entwurfstopologie sein, dass sich zwei Kurven an einem gemeinsamen Endpunkt treffen, das heißt, keine zwei Kurven kreuzen sich an einem inneren Punkt von einer der beiden Kurven. Eine Einhaltung dieses Teils der Definition einer Entwurfstopologie kann überprüft werden, nachdem Koordinaten für die Punkte p₁, p₂, p₃, ... bereitgestellt wurden.
Es sei angemerkt, dass diese Definition der Entwurfstopologie nicht auf Punkte und Kurven beschränkt ist. Als ein Beispiel kann diese Definition der Entwurfstopologie ausgeweitet werden, um zum Beispiel einen endlichen Satz T von Dreiecken t₁, t₂, t₃, ... mit Zuordnungen zwischen P und T und zwischen C und T zu umfassen, die miteinander und mit der Zuordnung zwischen P und C konsistent sind, so dass drei Endpunkte einem gegebenen Dreieck zugeordnet sind und drei Kurven einem gegebenen Dreieck zugeordnet sind. Mit dieser Definition von Entwurfstopologie kann die Verbundenheit der Dreiecke, die etwa bei einer Triangulation einer Fahrzeugkarosserie verwendet werden, durch die Punkte, die zwei beliebige Dreiecke gemeinsam haben, und die Kurven oder Kanten, die zwei beliebige Dreiecke gemeinsam haben, spezifiziert werden. Bei dieser Definition können 3D-Entwurfexemplare verwendet werden. Es sei angemerkt, dass andere Abwandlungen und Erweiterungen der Definition der Entwurfstopologie verwendet werden können.
In dem Fall, in dem eine Topologie einen Satz von Dreiecken T umfasst, kann ein weiterer Teil der Definition der Topologie sein, dass sich zwei Dreiecke an einem gemeinsamen Endpunkt oder einer gemeinsamen Kante schneiden, so dass sich keine zwei Dreiecke gegenseitig schneiden. Mit dem zuvor diskutierten Teil der Definition der Entwurfstopologie, dass sich zwei Kurven an einem gemeinsamen Endpunkt treffen, kann die Ein haltung dieses weiteren Teils der Definition der Topologie geprüft werden, nachdem Koordinaten für die Punkte p₁, p₂, p₃, ... bereitgestellt wurden.
Es sei angemerkt, dass keine oben beschriebene Nichtschneidungsanforderung eine Anforderung an die oder Beschränkung der Entwurfstopologie selbst ist, sondern vielmehr eine Festlegung dessen ist, was es für einen Entwurf bedeutet, mit der Topologie konform zu sein.
Es wird nun zu der Diskussion des in dem Flussdiagramm von 5 gezeigten Verfahrens zurückgekehrt, wobei die Exemplare in dem Katalog für die Punkte p₁, p₂, p₃, ... zugeordnete Werte aufweisen. Ein Punkt p_i kann einen geordneten Satz von Werten aufweisen – zum Beispiel (x_i, y_i) für 2D oder (x_i, y_i, z_i) für 3D. Der Satz von Punkten P mit deren geordneten Werten umfasst einen Merkmalsvektor x. Für 2D-Entwurfsdaten kann x zum Beispiel die Form x = (x₁, y₁, x₂, y₂, ...) haben. Somit weist ein Exemplar einen Merkmalsvektor x auf, dessen Elemente in einer kanonischen Reihenfolge erscheinen, die durch die Topologie vorgeschrieben ist. Die Anzahl d von Komponenten von x hängt von dem Typ von Entwurfsdaten ab, zum Beispiel 2D, 3D und so weiter. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs dieser Diskussion, dass x numerische Daten enthalten kann, die keine Koordinatenwerte sind, zum Beispiel Konstruktionsanalysedaten oder Verbraucherrückmeldungsdaten.
Bei 404 wird eine Auswahl von Exemplarentwürfen aus dem Katalog ausgewählt. Diese Auswahl kann über eine Benutzerschnittstelle durchgeführt werden, wie zuvor in Bezug auf 1 und 2 erläutert.
Sobald in Schritt 404 eine Mischung von Entwürfen ausgewählt worden ist, wird der Entwurfsraum bei 406 definiert, welches ein Modul des Extraktionsmoduls 460 ist. Da die Entwürfe in der Mischung im Wesentli chen mit einer bestimmten Entwurfstopologie konform sind, weist für die Entwürfe in der Mischung ein bestimmter in der Topologie definierter Punkt einen Wert für seine Koordinaten auf. Somit kann ein Element von P, zum Beispiel p₄, zu einem Cluster oder einer "Wolke" von Punkten gehören, wobei die Punkte der Wolke für eines der Exemplare in der Mischung von den bestimmten Werten von p₄ stammen. Die Sammlung von Clustern definiert ungefähr den Entwurfsraum.
Genauer gesagt ist der Entwurfsraum durch die Statistik der Merkmalsvektoren x für den für die Mischung ausgewählten Satz von Entwürfen definiert. Diese Definition kann dadurch vergrößert werden, dass mit dem Satz von gewählten Entwürfen eine gemeinsame Gaußsche Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Werte der Koordinaten von Punkten der Entwurfstopologie, das heißt eine gemeinsame Verteilung für die Merkmalsvektorkomponenten, in Verbindung gebracht wird. Diese gemeinsame Verteilung wird aus dem Satz von ausgewählten Entwürfen konstruiert, um die gleichen Werte für die ersten und zweiten Momente zu erhalten wie die, die aus der Statistik des Satzes von ausgewählten Entwürfen erhalten werden würden.
Es sei angemerkt, dass die Verwendung einer Gaußschen Verteilung nicht notwendig ist; bei bestimmten Anwendungen kann eine andere Wahrscheinlichkeitsverteilung geeigneter sein. In der Tat kann es erwünscht sein, eine Auswahl von Wahrscheinlichkeitsmodellierungsfunktionen über Knöpfe oder Menüauswahllisten an der Benutzerschnittstelle bereitzustellen. Vorzugsweise kann eine Gaußsche Verteilung als eine Standardwahrscheinlichkeitsmodellierungsfunktion verwendet werden. Die Verwendung einer Gaußschen Verteilung in dieser Diskussion soll jedoch nicht diese Offenbarung einschränken. Die Grundeigenschaften des bei 406 definier ten Entwurfsraums leiten sich von der Statistik der Merkmalsvektoren des für die Mischung ausgewählten Satzes von Entwürfen ab.
Insbesondere sorgt diese Statistik für eine Bestimmung des Durchschnittswerts der Koordinaten der Punkte p₁, p₂, p₃, ..., d.h. den Durchschnittsmerkmalsvektor. Dies ist in dem Flussdiagramm bei 408 gezeigt. Der Satz von Durchschnittswerten für den Merkmalsvektor x umfasst den Durchschnittsentwurf. Dieser Durchschnittsentwurf kann ausgegeben werden; ein Ausgeben des Entwurfs bei 410 kann ein Speichern in einem Speicher oder einem permanenterem Speichermedium, ein Erbringen an die Anzeige und so weiter umfassen. Vorzugsweise wird der Durchschnittsentwurf zumindest an die Anzeige erbracht. Diese Statistik sorgt auch für eine Ermittlung der Kovarianzen unter den Merkmalsvektorkomponenten. Das statistische Modell wird hierin auch als ein morphbares Modell bezeichnet. Um die Schritte 406, 408 und 410 zu erläutern, die das Muster- und Beziehungsextraktionsmodul 460 bilden, wird auf 6 und 7 verwiesen, die den Datenfluss von den Vektorparametern zeigen. Durch Kombinieren der Kurven 1 an jedem Fahrzeug ergibt sich die Durchschnittskurve 1. Wenn dies für alle Kurven durchgeführt wird, ergibt sich das Durchschnittsfahrzeug. Da die Kurven 1 bis Kurve k im Wesentlichen registriert sind, kann der Mittelwert der Kurven des Coupés 450 und des Lastwagens 452 abgeleitet werden, und dann kann die Kovarianzmatrix ermittelt werden. Diese durch das System und die Vorrichtung ausgeführten Algorithmusschritte werden durchgeführt, um die Mischung aus Fahrzeugen zu bilden, die für ein Morphen, eine Änderung oder eine Manipulation geeignet sind, wie nachstehend beschrieben.
Wieder Bezug nehmend auf 5 wird in dem Schritt bei 412 eine Eingabe des Entwurfsingenieurs geliefert. Hier kann sich ein Benutzer dazu entscheiden, den Entwurf als einen abgeschlossenen Entwurf zu spei chern, wie bei 414 gezeigt. Ein Benutzer kann sich stattdessen dazu entscheiden, einen zusätzlichen Exemplarentwurf zu der Mischung hinzuzufügen oder einen ausgewählten Entwurf von der Mischung zu entfernen, wie bei 416 gezeigt. Beide dieser Aktionen durch den Benutzer bei 416 verursachen im Allgemeinen einen Rücksprung zu dem Entwurfsraumdefinitionsschritt bei 406.
Nun, da ein morphbares Modell erzeugt ist, kann sich ein Benutzer bei 412 dazu entscheiden, eine Merkmalsrandbedingung auszuwählen, wie bei 418 gezeigt. Solch eine Merkmalsrandbedingung kann eine Wahl eines Punkts des Entwurfs oder eine Wahl einer Konstruktionsrandbedingung, wie beispielsweise eines H-Punkts oder sogar eines Luftwiderstands (unter Verwendung einer linearen Annäherung an den Widerstandskoeffizienten), oder eine Auswahl einer Styling-Randbedingung, wie beispielsweise eines Radstands, umfassen. Die Randbedingungsauswahl kann mit einer Matrixfunktion H realisiert werden, wie nachstehend erläutert. Die Auswahl eines Punkts kann im Allgemeinen über die Verwendung einer Maus oder einer anderen in der Technik bekannten Zeigereinrichtung durchgeführt werden. Bei dem Beispiel des Morphens, wie in 3 und 4 gezeigt, bei dem ein Punkt an der Heckscheibe bewegt wurde, was eine Änderung des gesamten Fahrzeugs bewirkte, kann der Punkt aus einer Liste von morphbaren Merkmalen ausgewählt worden sein.
Merkmalsrandbedingungen sind Funktionen der Modellmerkmale, nachstehend in der mathematischen Ausführung mit "H" bezeichnet. Zum Beispiel könnte eine Radstandlängenrandbedingung wie folgt definiert werden. Ein Fahrzeug kann an einer Koordinatenachse – zum Beispiel der X-Achse – so ausgerichtet werden, dass der Abstand zwischen zwei Punkten entlang dieser Achse gerade die Differenz ihrer x-Koordinaten ist. Es wird angenommen, dass die Merkmale des Modells in einem Spaltenvektor mit Zahlen, genannt 'x', gespeichert sind, der die Punkte für die Zentren der Vorder- und Hinterräder an der Fahrerseite umfasst. Eine der Zeilen der Matrix H – angenommen die i-te – kann vollständig aus Nullen bestehen, außer einer '1' an der gleichen Position der i-ten Zeile von H (zum Beispiel H[i, j₁]), die die x-Koordinate des Zentrums des hinteren Rads in dem Merkmalsvektor einnimmt (x[j₁]), und einer '–1' an der Position der i-ten Zeile von H (zum Beispiel H[i, j₂]), die die x-Koordinate des Zentrums des Vorderrads in dem Merkmalsvektor einnimmt (x[j₂]). Das i-te Element des Produkts H·x berechnet sich zu einem Ergebnis, das in diesem Beispiel die Länge des Radstands ist. (Das Produkt H·x wird in der mathematischen Ausführung später 'z' genannt.)
Ein Multiplizieren verschiedener Matrizen oder Funktionen 'H' mit den Merkmalen 'x' ergibt verschiedene Längen, Positionen oder andere Quantitäten an einem oder mehreren Merkmalen durch Variieren der Zahlen in H. Beispiele von H, die als wichtig betrachtet werden, um das Modell mit Randbedingungen zu versehen, können vorher definiert werden und können in einem Menü oder einer Liste für eine Auswahl gespeichert werden (siehe 5, Kasten 418).
Der bestimmte Wert von 'z' für eine beliebige bestimmte Funktion H (z.B. Radstandlänge) hängt von dem momentanen Wert der Merkmale in dem Modell 'x' ab.
Wenn der Entwurfsingenieur nun den Entwurf ändern möchte, so dass die Radstandlänge von dem momentanen Wert von 'z' verschieden ist, liefert er einen neuen Wert, zum Beispiel 'z0', über einen Schieber oder ein anderes Mittel, wobei angegeben wird, dass die Randbedingung mit dem neuen Wert angewandt werden muss (siehe 5, Kasten 420), und das gesamte Modell wird als ein Ergebnis auf eine konsistente Weise aktualisiert.
Dieses System verwendet ein Verfahren zum Aktualisieren des momentanen Entwurfs (siehe 5, Kasten 422) auf der Grundlage, die gegebenen Randbedingungen bei einigen Merkmalen zu erfüllen, und eine Lösung (unter vielen möglichen Lösungen) für Werte der gesamten restlichen Merkmale zu finden, die außerdem in gewisser Hinsicht "am besten" oder "optimal" ist. Hierfür verwendet es die Statistik der zum Bilden des Modellraums verwendeten Beispiele. Der momentane Entwurf wird sowohl durch die Werte der Merkmale in 'x' als auch durch die Kovarianzmatrix der Merkmale – die beschreibt, welche Merkmale sich in dem Beispielsatz miteinander ändern und wie stark. Es kann eine Art von "optimaler" Lösung als eine definiert werden, die die Kovarianz der Merkmale minimiert, nachdem die Randbedingungen erfüllt wurden. Dies ist die nachstehend beschriebene Prozedur einer "optimalen Abschätzung". Es sei angemerkt, dass, wenn eine deterministische (nichtstatistische) Interpretation erwünscht ist, die beschriebene optimale Abschätzung dann dem Minimieren der Summe gewichteter quadrierter Abweichungsfehler zwischen dem Lösungsmerkmalssatz und den Beispielen äquivalent ist. Die Lösung (unter vielen), die den minimalen Gesamtfehler aufweist, ist in diesem Fall die gewählte Lösung.
Die Randbedingungsfunktionen brauchen keine linearen Funktionen zu sein. Sie können auch nichtlinear sein – in der nachstehenden mathematischen Ausführung mit 'h()' bezeichnet. In diesem Fall ist es nicht garantiert, dass die "optimale" Lösung oder die Lösung, die einen minimalen Gesamtfehler aufweist, über den gesamten Entwurfsraum optimal oder minimal ist, sondern nur in der Nachbarschaft der momentanen Entwurfswerte.
Sobald das Merkmal für eine Manipulation ausgewählt ist, findet der nächste Schritt in dem Flussdiagramm von 5 statt. In Schritt 420 ermöglicht das Entwurfswerkzeug, dass die Merkmalsrandbedingung angewandt wird. Demgemäß kann, wenn die ausgewählte Merkmalsrandbedingung der Punkt an der Heckscheibe ist, dieser auf eine neue Position an dem Bildschirm bewegt oder gezogen werden.
Auswählbare Merkmalsrandbedingungen können in einem Drop-down-Menü bereitgestellt sein, das eine Auswahlliste, zum Beispiel für einen H-Punkt oder einen Radstand, oder eine beliebige andere geeignete Benutzerschnittstelle aufweist. Der Schritt bei 420 in 5 kann zum Beispiel auch eine Auswahl aus einer Bibliothek, ein Eingeben eines Werts oder ein Hinzufügen einer neuen Definition umfassen. Der Wert des auswählbaren Merkmals kann auch dadurch einstellbar sein, dass der Benutzer zum Beispiel einen Schieber oder ein Drop-down-Menü oder eine beliebige andere geeignete Benutzerschnittstelle verwendet.
Der Aktualisierungsschritt ist in dem Flussdiagramm von 5 bei 422 gezeigt. Typischerweise werden andere Punkte des Entwurfs neben dem ausgewählten Punkt als ein Ergebnis des Aktualisierungsschritts aufgrund von Korrelationen zwischen geometrischen Merkmalen in der Entwurfsstatistik bewegt. Als Teil des Aktualisierungsschritts kann der sich ergebende Entwurf an die Anzeige erbracht werden. An dieser Stelle kann sich ein Benutzer dazu entscheiden, den Entwurf als einen abgeschlossenen Entwurf zu speichern, wie bei 424 gezeigt. Der neue Entwurf weist einen neuen zugehörigen Merkmalsvektor auf.
Wenn der ausgewählte Punkt aus dem Bereich des verwendbaren Entwurfsraums bewegt wurde, kann der Benutzer eine Überschneidung einer oder mehrerer Kurven oder Dreiecke an einem inneren Punkt von einer der Kurven oder einem der Dreiecke sehen, was eine Nichtübereinstimmung mit der Entwurfstopologie und ein Scheitern des morphbaren Modells signalisiert. Dieses Karikierphänomen liefert dem Benutzer eine Rückmeldung über die Verwendbarkeit des momentanen Entwurfs.
Ein Benutzer kann sich dazu entscheiden, einen neuen Punkt oder eine neue Merkmalsrandbedingung auszuwählen, wobei wieder zu 418 zurückgesprungen wird. Es sei angemerkt, dass der in diesem Schritt ausgewählte "neue" Punkt oder die in diesem Schritt ausgewählte "neue" Merkmalsrandbedingung, wenn der Benutzer dies möchte, der gleiche Punkt oder die gleiche Merkmalsrandbedingung wie eine) zuvor während der Entwurfssitzung ausgewählter) sein kann. Wieder kann der Benutzer in dem Fall eines ausgewählten Punkts zum Beispiel den Schritt des Ziehens des ausgewählten Punkts auf eine neue Position ausführen, was an die Anzeige erbracht wird, wobei der Entwurf gemorpht wird, so dass ein neuer Entwurf erfolgt.
Eine andere Option unter vielen anderen möglichen Optionen, wie beispielsweise jenen, die hierin beschrieben und betrachtet werden, ist, dass der Benutzer nach dem Aktualisierungsschritt zu der Mischung einen zusätzlichen Entwurf hinzufügt oder einen ausgewählten Entwurf von der Mischung entfernt, wie bei 416 gezeigt. Wie zuvor erläutert bewirkt jede dieser Aktionen durch den Benutzer bei 416 im Allgemeinen einen Rücksprung zu dem Entwurfsraumdefinitionsschritt bei 406.
Der momentane Entwurf, wie er an einem Anzeigebildschirm 108 gezeigt oder in einem anderen Schritt gespeichert wird, umfasst den gewählten Entwurf, der der optimale Entwurf sein kann. Ein optimaler Entwurf umfasst den Entwurf, der gegebene Randbedingungen und/oder Kriterien besser oder am besten erfüllt. 5 zeigt ein Systemdiagramm auf hoher Ebene, das die Kooperation von Objektformentwurfsmodulen einschließlich eines Aktualisierungsmoduls 422 für eine optimale Abschätzung weiter erläutert.
Die Eingabe 102 nimmt ein Katalogmodul 118 mit mehreren aus dem Datenspeicher 116 ausgewählten Objektentwürfen auf. Das Musterextraktionsmodul 460 extrahiert Muster und Beziehungen aus den mehreren Fahrzeugentwürfen, um ein allgemeines statistisches Modell 408 eines Fahrzeugs auf der Grundlage vorheriger Entwürfe in dem Datenspeicher 116 zu entwickeln. Anders ausgedrückt ist das Extraktionsmodul geeignet, um Muster und Beziehungen aus den vordefinierten Fahrzeugmodellen zu extrahieren und somit ein statistisches Fahrzeugmodell zu bilden, das mehrere auswählbare Fahrzeugformen bereitstellt. Ferner ist das Extraktionsmodul geeignet, um Muster von Fahrzeugen zu extrahieren, deren Parameter zum Beispiel Punkte, Linien oder Kurven sein könnten. Die Fahrzeugmodelleingabe 102 nimmt einen Satz von vordefinierten Fahrzeugmodellen 118 auf, die auf der Grundlage einer Vorbestimmung eines Marktsegments für einen neuen Entwurf ausgewählt werden.
Wie oben beschrieben liefert das allgemeine statistische Modell eine Vielzahl von auswählbaren Formen, die hinsichtlich kombinatorischer Beziehungen zwischen Parametern definiert sind. Diese Beziehungen sind innerhalb der Grenzen der Extreme, die durch die eingegebenen Entwürfe gegeben sind, wie in 2 gezeigt, wohldefiniert. Ein Modellierungsmodul ist geeignet, um einem Entwurfsingenieur zu ermöglichen, das statistische Modell durch Anwenden von Selektionen durch den Entwurfsingenieur, die von einer Entwurfsingenieureingabe wie beispielsweise einer Maus, einer Tastatur oder einem berührungsempfindlichen Bildschirm empfangen werden, zu manipulieren. Das allgemeine statistische Modell bietet eine unendliche Vielzahl von ableitbaren Formen, die hinsichtlich kontinuierlich variabler Parameter definiert werden können.
Die ausgewählte Form wird in dem Datenspeicher 116 gespeichert und für den Entwurfsingenieur über eine aktive Anzeige visuell erbracht. Der Entwurfsingenieur wertet die ausgewählte Form aus und kann die Form in dem Datenspeicher 116 als ein neues Fahrzeugkonzept speichern. Es können daher mehrere Fahrzeugkonzepte in einem Fahrzeugentwurfsprozess entwickelt und eingesetzt werden.
Es sei angemerkt, dass das Extraktionsmodul 460 (oder eine Sammlung von Modulen, die geeignet sind, um verschiedene Funktionen auszuführen) geeignet ist, um Mittelwerte aus Entsprechungen zwischen Parametern der vordefinierten Fahrzeugmodelle zu berechnen und auf der Grundlage der Mittelwerte eine Kovarianz zu berechnen. Das Extraktionsmodell ist ferner geeignet, um eine Dimensionalitätsreduzierung des Entwurfsraums auszuführen. Weiterhin ist das Extraktionsmodul geeignet, um eine Hauptkomponentenanalyse oder ein Verfahren, das ähnliche Ergebnisse liefert, einzusetzen, um die Dimensionalitätsreduzierung auszuführen. Ferner ist das Extraktionsmodul geeignet, um Muster aus mehreren Fahrzeugparametern zu extrahieren, die in einem Vektorraum dargestellt sind, wodurch das statistische Modell in einem Entwurfsvektorraum erzeugt wird.
Das Randbedingungsmodul 467 kann dem Entwurf durch die Einschränkungen des ursprünglichen Satzes von Beispielentwürfen Randbedingungen auferlegen. Auf jeder Seite des Randbedingungsmoduls 467 befinden sich Zuordnungsmodule 465 und 469. Das Zuordnungsmodul 465 ordnet einen hochdimensionalen Raum einem niedrigdimensionalen Raum von Hauptkomponenten zu. Das Zuordnungsmodul 469 ordnet einen niedrig dimensionalen Raum von Hauptkomponenten einem hochdimensionalen Raum zu. Ein Benutzer sieht an einem Anzeigebildschirm eine Abbildung oder Darstellung eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums. Die große Datenmenge verhindert jedoch ein Bereitstellen eines Editierens solch einer Abbildung an einem Bildschirm für eine durchschnittliche CPU. Mit Editieren sind hier ein Editieren eines Modells mit Randbedingungen und die Berechnungen, die notwendig sind, um dies auszuführen, gemeint. Das heißt, ein durchschnittlicher Desktop-PC hat nicht die Rechenleistung, um schnell auf ein hochdimensionales Editieren mit Randbedingungen zu antworten, das durch den Benutzer eingegeben wird. Hier werden die Dimensionen des Problems reduziert. Kurz Bezug nehmend auf 3 und 4 ist ein Punkt gezeigt, der durch einen Benutzer gezogen wurde, so dass von 3 zu 4 die gesamte Abbildung modifiziert wird, wenn der Punkt bewegt wird. Das heißt, in 3 und 4 ist gezeigt, wie ein Entwurfsingenieur einen "harten Punkt" an einer Fahrzeugheckscheibe ziehen könnte, während sich das Fahrzeug kontinuierlich ändert. Damit sich der Punkt bewegt und sich der Rest der Abbildung dementsprechend ändert, wird der hochdimensionale Raum der Abbildung einem niedrigdimensionalen Raum zugeordnet, in dem der Morphprozess stattfindet. Der hochdimensionale Raum kann an einem Anzeigebildschirm für einen Benutzer zur Ansicht angezeigt werden, während der niedrigdimensionale Raum für den Benutzer transparent ist. Sobald der Morphprozess in dem niedrigdimensionalen Raum stattgefunden hat, wird der niedrigdimensionale Raum dem hochdimensionalen Raum zugeordnet. Die Geschwindigkeit, mit der dieser Prozess von Zuordnen, Morphen und Zuordnen stattfindet, liefert den Anschein eines nahtlosen Editier- und Morphprozesses auf dem Anzeigebildschirm.
Ein Editieren des Modells mit Randbedingungen bietet die Fähigkeit, den Entwurf in dem Modellraum global und konsistent mit nur wenigen Inter aktionen durch den Entwurfsingenieur zu ändern. Wie in 3 und 4 gezeigt, sind die Auswirkungen des Editierens für das Merkmal, das editiert wird, nicht lokal. Das Randbedingungsmodul 467 umfasst das Randbedingungsmerkmalsmodul 420 und das Optimierungsmodul 422 (das auch als Modul für eine optimale Abschätzung und Aktualisierung bezeichnet werden kann). Das Randbedingungsmodul wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Das Modul 422 für eine optimale Abschätzung stellt Techniken für eine optimale Abschätzung bereit, um einen Entwurf in dem statistischen Modell zu erzeugen, der bevorzugte Spezifikationen des Entwurfsingenieurs erfüllt. Die Berechnung der optimalen Abschätzung umfasst ein Berechnen der harten Punkte der neuen Entwurfsform mit den gegebenen in dem Randbedingungsmerkmalsmodul 420 definierten Randbedingungen. Wenn die Radzentren Merkmale des Entwurfs sind, kann eine Matrix H die Differenz jener Merkmale entlang der Fahrzeuglängenachse berechnen, und ein Vektor z, wie nachstehend ausgeführt, kann durch den Entwurfsingenieur als eine gewünschte Radstandabmessung, vielleicht durch numerisches Eingeben dieser, bestimmt werden.
Wie nachstehend ausführlich erläutert, kann angenommen werden, dass z eine Wahrscheinlichkeitsverteilung aufweist, die sich durch zusätzliches Rauschen v mit einer Kovarianz R auszeichnet. Die Größe der Kovarianz (R) für v im Vergleich zu der Größe der Systemkovarianz, die durch H verwendet wird, bestimmt, wie genau der neue Wert angenommen wird. In dem Fall des Bewegens eines Punkts kann der Entwurfsingenieur wünschen, den Ort exakt zu spezifizieren (R → 0). Es ist jedoch möglich, zuzulassen, dass sich der Entwurf "zurückzieht", und sich in einen Zustand bringt, der weniger stark durch die Manipulation beeinflusst ist (in diesem Fall ist R größer, wodurch zum Beispiel für die Position des gezogenen Punkts bei nachfolgenden Schritten eine Veränderlichkeit erlaubt ist). Wenn ein Wertebereich zulässig ist, zum Beispiel ein Bereich von Radständen, ermöglicht ein Erhöhen des Werts von R dem Entwurf, ein optimales Gleichgewicht dieser und anderer Randbedingungen zu finden. Diese relative Gewichtung ist auch ein durch den Entwurfsingenieur, vielleicht über einen Schieber, spezifizierter Wert.
Es werden nun die drei Schritte 418, 420 und der Aktualisierungsschritt bei 422, die in dem Randbedingungsmodul 467 von 5 umfasst sind, und 418a, 420a und 422a von 8 ausführlicher erklärt, wobei die nachstehend beschriebene Mathematik ermöglicht, dass die sehr große Datenmenge für Berechnungen reduziert und dann für eine Anzeige und eine weitere Manipulation erweitert wird. Demgemäß werden Daten in einem hochdimensionalen Raum einem niedrigdimensionalen Raum zugeordnet und dann dem hochdimensionalen Raum rückzugeordnet, sobald die Manipulation des Entwurfs durch den Benutzer an der Anzeige verarbeitet wurde. Auf diese Weise kann ein Benutzer zusehen, wie das Morphen stattfindet, wenn die auswählbaren Merkmale verarbeitet werden.
Die Abstraktion des Entwurfsprozesses – im Hinblick auf das mathematische Modell – kann durch die folgenden Schritte gegeben sein: (1) spezifiziere den Modellraum für eine neue Kreation, was oben erläutert wurde; (2) überprüfe die momentane Form oder lies geometrische Werte (zum Beispiel Abmessungen) aus; (3) wende Randbedingungen auf Teile der geometrischen Form an, wobei die Freiheit im Entwurfsraum reduziert wird; und (4) füge Neuerungen hinzu, wobei die Freiheit in den Entwurfsraum rückhinzugefügt wird.
Im ersten Schritt werden Exemplare ausgewählt, um den Objektraum mit dem richtigen Charakter zu füllen. Dies entspricht der Vorbestimmung eines Marktsegments für einen Entwurf, was zu einer Füllung mit alten, momentanen und Konzeptfahrzeugen als Kontext für den Entwurfsingenieur führt. Die Wahl von Exemplaren für den Objektraum ist Teil des kreativen Prozesses. Die nachstehende Diskussion zeigt, wie die Exemplare verarbeitet werden, um einen verwendbaren niedrigdimensionalen Raum zu erzeugen (wobei eine komprimierte Darstellung durch u und Λ bezeichnet wird, wie nachstehend definiert und erläutert).
Die verbleibenden Schritte werden iterativ verwendet, obwohl einer zu einem beliebigen Zeitpunkt angewandt werden kann. Schritt 2, überprüfe die momentane Form oder lies geometrische Werte (zum Beispiel Abmessungen) aus, wurde in Bezug auf den Schritt zum Bereitstellen der Durchschnittsausgabe 410 in 5 erläutert. In diesen Fällen ist es vorzuziehen, den niedrigdimensionalen Raum beizubehalten – so dass Berechnungen schnell ausgeführt werden können – jedoch das Zuordnen zu dem ursprünglichen Merkmalsraum (x) auszuführen, der für den Entwurfsingenieur aussagekräftig ist.
Um die momentane Form zu zeichnen oder das Modell abzufragen, wird eine Zuordnung zu dem ursprünglichen Merkmalsraum ausgeführt. Zum Beispiel können die Punkte an dem Zentrum der Räder in dem ursprünglichen Merkmalsvektor (x) definiert sein, so dass der Radstand als der Abstand zwischen den Punkten definiert werden kann. Es kann jedoch sein, dass die gleichen Punkte nicht in der komprimierten Darstellung (u) erscheinen, obwohl sie aus ihr reproduziert werden können. Die Radstandberechnung wird automatisch neu definiert, um u zu verwenden.
Ein Beispiel einer Randbedingung ist die Spezifikation, dass der Radstand auf einen bestimmten Wert geändert werden soll. Die Randbedingung verwendet die gleiche Zuordnung wie die Abfragefunktion. Ein anderes Bei spiel ist die Spezifikation der Position eines bestimmten Modellpunkts (während des Editierens der Form). In jedem Fall nimmt der Rest der Form vorzugsweise auf der Grundlage der Spezifikation einige plausible Werte an.
Schließlich kann es vorkommen, dass der Entwurfsingenieur einen Teil des Entwurfs für eine Änderung isolieren möchte, ohne den Rest des Entwurfs global zu beeinflussen. In diesem Fall würden die statistischen Korrelationen der Merkmale, die manipuliert werden, zu dem Rest des Modells vorzugsweise geschwächt werden, so dass die Auswirkungen auf den Rest des Entwurfs entfernt oder zu einem ausgewählten Grad abgeschwächt werden würden.
Ein Modellraum (x, Ω) für einen Entwurf wird als eine Topologie Ω und eine zugehörige Gaußsch verteilte Vektorzufallsvariable x mit gegebenem Mittelwert υ und einer Kovarianzmatrix Ξ definiert. P(x) ~ N(υ, Ξ).
Schätzwerte der Parameter υ bzw. Ξ werden als x ^ bzw. C_x geschrieben. Im Folgenden ersetzen die Schätzwerte x ^ und C_x im allgemeinen und wo angebracht υ und Ξ.
Im Allgemeinen kann die Kovarianzmatrix C_x schlecht konditioniert sein. Eine Singulärwertzerlegung (SVD von singular value decomposition) wird angewandt, um die Hauptkomponenten zu erhalten, die die Mischung von Entwürfen kennzeichnen. Die Reduzierung auf Hauptkomponenten ermöglicht, dass der Entwurfsraum auf eine im Allgemeinen stabile und recheneffiziente Weise untersucht wird.
Innerhalb von Ω kann ein bestimmtes Modell – x₁, zum Beispiel – durch einen Vektor mit d Modellmerkmalen in einer kanonischen Reihenfolge definiert werden, so dass die gleichen Merkmale in entsprechender Reihenfolge in den Modellen vorhanden sind, wie zuvor erläutert. Unterschiede geometrischer Formen zwischen den Modellen in Ω sind in den Merkmalsvektorwerten codiert. Zum Beispiel könnte die Topologie ein Netz sein, und die Merkmale wären die 3D-Punkte an den Netzeckpunkten mit verschiedenen Werten für verschiedene Formen. Die hierin erläuterte Mathematik gilt ungeachtet der Inhalte des Merkmalsvektor, und andere Ausführungsformen können andere Eigenschaften wie beispielsweise Erscheinungsinformationen, Konstruktionseigenschaften, Verbraucherbewertungen oder andere Kriterien umfassen. Der gemeinsame Faktor ist, dass Merkmale funktional oder statistisch mit der geometrischen Form in Beziehung stehen können.
Wenn keine Wahrscheinlichkeitsinterpretation gewährleistet oder erwünscht ist, kann die gleiche Mathematik aus rekursiven gewichteten Lösungen mit der Methode der kleinsten Quadrate des Problems entwickelt werden. Die "Gewichtungen" können so gewählt werden, dass sie das Inverse der nachfolgend berechneten "Kovarianzen" sind.
Die Definition der Topologie wurde oben erläutert. Der momentane Zustand des Entwurfs ist durch die Topologie und die momentanen Schätzwerte des Formvektors und der Formkovarianzmatrix, x ^ und C_x, definiert. Diese Schätzwerte werden unter Verwendung der Statistik der Merkmalsvektoren der ausgewählten Exemplare hergestellt. Die Größe d des Formvektors x kann sehr groß sein, und die Größe der Matrix C_x ist somit das Quadrat dieser Dimension – oftmals groß für Rechenzwecke, insbesondere bei einer beabsichtigten Verwendung für ein interaktives Entwurfswerk zeug. Die Matrix C_x stellt die Veränderlichkeit von Merkmalen geometrischer Formen in dem Satz von ausgewählten Exemplaren und die Veränderlichkeit zwischen Merkmalen untereinander dar. Glücklicherweise weisen die Formmerkmale, wenn die Exemplare in dem Entwurfsraum Autos sind, viel konsistenter definierte Beziehungen auf, als wenn der Raum auch geometrische Objekte von völlig verschiedenen Klassen enthielte (zum Beispiel Löffel oder Spülen). Aufgrund dieser internen Konsistenz oder Kohärenz gibt es im Allgemeinen einen viel kleineren aber nahezu äquivalenten Satz von Merkmalen und eine zugehörige Kovarianzmatrix (im Folgenden u und Λ genannt), die stattdessen verwendet werden können, um die Recheneffizienz zu verbessern.
Bezug nehmend auf Schritt (3), wie in einem obigen Absatz beschrieben, das heißt, beim Reduzieren der Freiheit in dem Entwurfsraum, kann eine Hauptkomponentenanalyse (PCA von Principal Component Analysis) als eine Datendimensionalitäts-Reduzierungstechnik verwendet werden, die versucht, die beibehaltene Varianz der Daten in einem projizierten Raum (mit niedrigerer Dimensionalität) zu maximieren. Der PCA-Raum umfasst einen Entwurfsraum mit einer über die PCA reduzierten Anzahl von Dimensionen. Das Projektionsmodell kann in einer geschlossenen Form von den Daten in einem Satz von Beispielen abgeleitet werden. Die folgende Diskussion erläutert die Technik.
Die Projektion auf Hauptkomponenten wird mit den Eigenvektoren und Eigenwerten der Stichprobenkovarianz der Daten, S_x, mit dem Stichprobenmittelwert x realisiert. Für n Modelle, x₁, ..., x_n sei die d × n-Datenmatrix definiert wie folgt: D ~ = [x1 – x, x2 – x, ..., xn – x].
x_i ist ein nicht zufälliger Datenvektor mit d Komponenten, und typischerweise ist d >> n. Die Stichprobenkovarianz des Datensatzes ist dann die d × d-Matrix
Die Eigenvektoren von S_x und D ~D ~^t sind die gleichen, und die Eigenwerte unterscheiden sich durch einen Skalierungsfaktor. Da es manchmal nützlich ist, die ursprüngliche Datenmatrix zu erhalten, ist es günstig, mit D ~D ~^t anstatt mit S_x zu arbeiten.
Die Eigenvektoren und Eigenwerte von D ~D ~^t können aus der Singulärwertzerlegung (SVD) von D ~ abgeleitet werden, wobei insgesamt die Speicherung und Manipulation der Elemente der Matrix D ~D ~^t (oder S_x) vermieden wird, die sehr zahlreich sein können. Zuerst kann die folgende Faktorisierung durchgeführt werden.
Unter Verwendung der SVD, faktorisiere die d × n-Matrix D ~: D ~ = UΣVt
Hier ist U eine d × n-Matrix und Σ und V sind n × n-Matrizen.
Durch die Definition der SVD ist Σ eine diagonale Matrix. Ferner ist die Matrix U spaltenorthonormal, und die Matrix V^t ist zeilen- und spaltenorthonormal (da sie quadratisch ist); d.h. UtU = Iund VtV = I.
Definiere aus Σ und ihrer Transponierten eine neue Matrix: Λ = ΣΣt.
Die Spalten von U und die Diagonalenelemente von Λ sind die Eigenvektoren und die entsprechenden Eigenwerte von D ~D ~^t.
Als nächstes werden in der PCA die Eigenwerte der Größe nach sortiert (der größe zuerst). Die Spalten von U und die Zeilen von V^t (oder die Spalten von V) werden dementsprechend sortiert. Wenn U', Σ' und V' die neu geordneten Matrizen sind, gibt das Produkt der neuen Faktoren die ursprüngliche Matrix wieder, d.h. D ~ = U'Σ'V't = UΣVt.
Nach dem Neuordnen der Matrizen befinden sich alle Eigenwerte von Null in den letzten Diagonalenelementen von Λ (und somit als letztes in Σ'). Wenn es von den n Exemplaren m ≤ n – 1 Eigenwerte von ungleich Null gibt, dann stellt ein Umschreiben der letzten Gleichung in eine anschauliche Darstellung
die relevanten Untermatrizen und ihre Dimensionen dar. Das Ergebnis nach dem Multiplizieren der Untermatrizen lautet D ~d,n = U''d,m F''m,m V''m,n t.
Die verbleibenden Spalten von U'' und Zeilen von V''^t sind immer noch orthonormal, obwohl V''^t nicht mehr quadratisch ist. Die Matrix Σ'' bleibt diagonal. Letztlich ist der ursprüngliche Wert von D ^ unverändert, obwohl seine einzelnen Matrizen möglicherweise viel kleiner sind – ein Vorteil zum Speichern und für eine Recheneffizienz.
Die Spalten von U sind die für die PCA benötigten Eigenvektoren von D ~D ~^t, und die Diagonalenelemente Σ sind die Wurzeln der Eigenwerte.
Es gibt höchstens m = n – 1 Eigenwerte ungleich Null in der Lösung von D ~D ~^t, aber m < n – 1, wenn "kleine" Eigenwerte auf Null gesetzt werden, wie es bei der PCA typisch ist. Diese kleinen Werte entsprechen den "Singulärwerten", die durch die SVD gefunden werden und auf Null gesetzt werden können, um die numerische Stabilität bei nachfolgenden Berechnungen zu verbessern. Die PCA schreibt auch ein Setzen kleiner Eigenwerte auf Null als eine Form der Datenkomprimierung vor. Das Vorhandensein von Eigenwerten von Null ermöglicht, dass eine komprimierte Darstellung (mit u und Λ, nachstehend) verwendet werden kann.
Unter der Annahme, dass keine kleinen Eigenwerte verworfen werden (d.h., wenn m = n – 1), kann der (unverzerrte) Schätzwert der Stichprobenkovarianz (S_x) wie folgt geschrieben werden: Sx = UΛUt,wobei die Definition
verwendet wird (diese wurde aus der obigen früheren Definition von Λ skaliert).
Dies definiert eine Transformation von der kleinen diagonalen (m × m-)Matrix Λ zu S_x. Die inverse Transformation lautet Λ = UtSxU.
Die PCA definiert die Modellkovarianz (abgeschätzt als C_x) gleich der Stichprobenkovarianz S_x, so dass diese letzte Gleichung neu geschrieben werden kann. Λ ist die Kovarianzmatrix eines neuen Zufallsvariablenvektors u: Λ = UtCxUt = UtE[x ~x ~t]U = E[(Utx ~)(Utx ~)t] = E[uut]wobei x ~ = x – x, und E der Operator zum Ermitteln des statistischen Erwartungswerts ist.
Somit ist u ≡ Utx ~ = Ut(x – x)und E[u] = u ^ = 0.
Ferner kann der Ausdruck für C_x bezüglich Λ und U neu geschrieben werden, um die Beziehung von x zu u zu zeigen: Cx = UΛUt = UE[uut]Ut = E[(Uu)(Uu)t] = E[x ~x ~t]
Somit ist x ~ = x – x = Uuund x = Uu + x.
Der Vektor u ist die Projektion von x in dem m-dimensionalen Hauptkomponentenraum. Diese PCA-Projektion maximiert die aufrechterhaltene Varianz von S_x.
Der Entwurfszustand kann hinsichtlich des niedrigdimensionalen Raums wie folgt definiert werden: P(x) ~ N(x ^, Cx) = N(Uu ^ + b, UΛUt) P(u) ~ N(u ^, Λ),mit den Anfangswerten b = x, u ^0 = 0 Λ0 = UtSxU.
Diese Diskussion über die Neuformulierung der Statistik der Merkmalsvektoren der ausgewählten Exemplare in dem niedrigdimensionalen Raum, der sich durch u und Λ auszeichnet, stellt eine weitere Ausführung von Schritt 406 bereit, der in dem Flussdiagramm von 5 gezeigt ist.
Randbedingungen können umfasst sein über die Einführung eines Zufallsvektors z mit r Komponenten, der als eine lineare Funktion des d-Komponenten-Zufallsvektors x aufgefasst werden kann, mit einer konstanten r × d-Koeffizientenmatrix H und einem r-Komponenten-Zufallsrauschvektor v, mit Mittelwert 0 und Kovarianz R. z = Hx + vwobei die Komponenten von v unkorreliert mit den Komponenten der Abweichung von x von seinem Mittelwert υ sind: E[(x – υ)vt] = 0.
Die Wahl eines Werts für z und die Wahl von H sind in diesem Kontext vollständig äquivalent zum Wählen einer Merkmalsrandbedingung. Dies ist bei Schritt 418 in 5 und auch bei 418a in 6 gezeigt.
Der Mittelwert und die Kovarianz von z und die Kreuzkovarianzen von z mit x, ungeachtet der Verteilungen von x und v sind: ẑ = Hx ^ Cz = HCxHt + R Cz,x = HCx Cx,z = CxHt.
Wenn x Gaußsch verteilt ist, sind dies auch die marginalen und konditionalen Dichten (P(z)) und (P(z|x)) von z: P(z) ~ N(ẑ, Cz) = N(Hx ^, HCxHt + R) P(z|x) ~ N(Hx, R).
Durch Verwenden der Bayes-Regel
lautet die A-posteriori-Dichte von x mit einem gegebenen bestimmten z (beide Gaußsch): P(x|z) = N(x ^ + Cx,zC–1z (z – ẑ), Cx – Cx,zC–1z Cz,x).
Mit z als der gegebenen speziellen Funktion von x oben lauten der konditionale Mittelwert und die konditionale Kovarianz: x|z = x ^ + CxHt[HCxHt + R]–1(z – Hx ^) Cx|z = Cx = Cx – CxHt[HCxHt + R]–1HCx.
Diese letzten beiden Gleichungen sind die Kalman-Filter-Messaktualisierungsgleichungen. Wie erwähnt können deterministische Argumente anstatt von wahrscheinlichkeitstheoretischen Argumenten verwendet werden, und eine äquivalente rekursive gewichtete Lösung mit der Methode der kleinsten Quadrate kann erhalten werden, wenn dies gewünscht ist.
Um die obige Beschreibung kurz zusammenzufassen, ermöglicht die Reduzierung auf Hauptkomponenten durch die Hauptkomponentenanalyse (PCA), dass der Entwurfsraum durch Morphen und andere Änderungen auf eine im Allgemeinen stabile, recheneffiziente Weise untersucht wird.
Nochmals Bezug nehmend auf 5 stellt in der nachstehenden Notation der obere Index ⁽⁺⁾ die Quantität nach der Aktualisierung dar, und ^(–) stellt die Quantität vor dem Aktualisierungsschritt 422 dar.
Mit der Definition G = HUkann die Kalman-Filter-Messaktualisierungsformel neu geschrieben werden: x ^(+) = x ^(–) + UΛ(–)[GΛ(–)Gt + R]–1(z0 – Hx ^(–)) C(+)x = U[Λ(–) – Λ(–)Gt[GΛ(–)Gt + R]–1GΛ(–)]Ut = UΛ(+)Ut Λ(+) = Λ(–) – Λ(–)Gt[GΛ(–)Gt + R]–1GΛ(–) = UtC(+)x U
Auch kann u ^(+) = Λ(–)Gt[GΛ(–)Gt + R]–1(z0 – Hx ^(–) oben ersetzt werden, was die Beziehung der Hauptkomponenten (u) zu dem ursprünglichen Raum und seine neue Projektion zeigt: x ^(+) = x ^(–) + Uu ^(+)
Die Projektion auf den Hauptkomponentenraum lautet dann u ^(+) = Ut(x ^(+) – x ^(–)).
In dem obigen Satz von Gleichungen wird die Aktualisierung durch die Wahl des Benutzers eines neuen Wertes z₀ für z hervorgebracht, wie in 8 bei 420a gezeigt. Wie nachstehend ferner erklärt, liefern eine gemeinsame Anpassung von sowohl dem Merkmalsvektor x als auch dem "Rauschen" oder der Veränderlichkeit, das oder die bei z₀ erlaubt ist, einen optimalen Schätzwert für den neuen Merkmalsvektor mit Vorhandensein der Randbedingung.
Es sei angemerkt, dass, wenn C_x keinen vollständigen Rang aufweist, die Randbedingungsfunktion H in den Teilraum als G projiziert wird, welche Nullen enthalten kann. In solchen Fällen findet keine Aktualisierung der entsprechenden Komponenten statt. Jene Kombinationen von Komponenten weisen jedoch eine Varianz von Null auf, und es wird nicht erwartet, dass sie sich ändern. Wenn zum Beispiel eine frühere exakte Randbedingung durchgesetzt wurde (mit R = 0), dann bleibt das Ergebnis sogar mit dem Vorhandensein späterer Randbedingungen gültig. Alternativ, wenn es bei einigen Kombinationen von Variablen bei den ursprünglichen Basisexemplaren keine Abweichung gab, dann wird durch diesen Mechanismus keine Manipulation jener Kombinationen erlaubt.
Wie dargestellt sind die Aktualisierungsgleichungen der optimale Bayessche Schätzwert mit minimaler Varianz, der gleich der konditionalen A-posteriori-Dichte von x mit der gegebenen vorherigen Statistik von x und der Statistik der Messung z ist. Eine nichtlineare Schätzfunktion kann keine Schätzwerte mit kleineren mittleren quadratischen Fehlern erzeugen. Wenn das Rauschen keine Gaußsche Verteilung aufweist, dann ist die Aktualisierung nicht optimal, sondern erzeugt den optimalen linearen Schätzwert (keine lineare Schätzfunktion ist besser, aber es kann eine nichtlineare Schätzfunktion vorhanden sein).
Wenn die Messfunktion in x nichtlinear ist, dann ist H eine Matrix einer partiellen Ableitung (nicht konstant) und muss ausgewertet werden. Eine Auswertung in einem Schritt von H auf x ^^(–) ergibt das erweiterte Kalman-Filter, eine suboptimale nichtlineare Schätzfunktion, die aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu dem optimalen linearen Filter, ihrer Einfachheit der Realisierung und ihrer Fähigkeit, in der Praxis genaue Schätzwerte zu liefern, weit verbreitet ist. Es gibt auch ein iteriertes erweitertes Kalman-Filter, das verwendet werden kann, um aufgrund einer Nichtlinearität Fehler erheblich zu reduzieren.
Somit unter Annahme einer linearen Funktion des Zustands mit einem Mittelwert von Null, zusätzliches Rauschen (v): z = Hx + v P(v) ~ N(0, R)
Die marginale Dichte von z ist dann P(z) ~ N(ẑ, Cz) = N(Hx ^, HCxHt + R).
Mit dem gegebenen momentanen Schätzwert des Modells (x ^) wird der Wert z erwartet. Ein Zwingen des Modells auf einen beliebigen anderen gegebenen Wert ändert den momentanen Modellschätzwert. Der Schätzwert einer minimalen Varianz versucht, die Varianz von (z – Hx ^) zusammenwirkend zu ändern; das heißt, sowohl der Schätzwert von x als auch das unabhängige Rauschen v von z werden so angepasst, dass (z₀ – Hx ^⁽⁺⁾ – v₀) = 0. Die Lösung ist der Mittelwert der konditionalen Dichte von x mit der gegebenen Information z = z₀.
Unter Verwendung der linearen Zusammensetzung z(u) = z(x(u)) lautet die marginale Dichte für z(u) P(z) ~ N(ẑ(–), C(–1)z ) = N(H(Uu ^(–) + b), H(UΛ(–)Ut)Ht + R)und die gewünschte konditionale Verteilung für u ist P(u|z = z0) ~ N(u ^(+), Λ(+)) = N(u ^(–)) + Ku(z0 – ẑ), Λ(–) – KuC(–)z,u ) Ku = Cu,zC–1z , Cu,z = Λ(–)UtHt, Cz,u – Cu,z t.
Der Modellschätzwert wird dann aktualisiert mit P(x|z) = N(x ^(+), C(+)x ) = N(Uu ^(+) + b, UΛ(+)Ut),wie in 8 bei 422a gezeigt. Diese Aktualisierung ist äquivalent zu der direkten Aktualisierung an x, jedoch ohne jemals die große Matrix C_x zu berechnen. Eine Betrachtung zeigt, dass die niedrigdimensionale (d.h. r × d-)Randbedingungsfunktion H über die Berechnung des Vektors u⁽⁺⁾ und der Matrix Λ⁽⁺⁾ (die nicht mehr diagonal ist) verteilt sein kann. Die Matrix C_x braucht nicht erzeugt zu werden, da sie in C_z erscheint, das neu geschrieben werden kann mit Cz = H(UΛUt)Ht + R = GΛGt + R Grxm ≡ HU.
Das Editieren des Modells mit Randbedingungen bietet die Möglichkeit, den Entwurf global und konsistent in dem Modellraum mit wenigen Interaktionen durch den Entwurfsingenieur zu ändern. Die Auswirkungen des Editierens sind für das Merkmal, das editiert wird, nicht lokal.
3 und 4 zeigen, wie ein Entwurfsingenieur einen "harten Punkt" an einem Fahrzeugdach ziehen könnte, während sich das Fahrzeug kontinuierlich von einer Limousine zu einem Lastwagen ändert. In diesem Fall besteht die Matrix H aus Nullen und Einsen und wählt das einzelne Merk mal aus, das gezogen wird. Der Vektor z₀ ist der erwünschte sich kontinuierlich ändernde Wert des Merkmalspunkts, während er gezogen wird.
Wenn die Radzentren Merkmale in dem Entwurf sind, dann kann eine andere Matrix H die Differenz jener Merkmale entlang der Fahrzeuglängenachse berechnen, und z₀ kann durch den Entwurfsingenieur als eine gewünschte Radstandabmessung – vielleicht durch numerisches Eingeben dieser – entworfen werden.
Die Größe der Kovarianz (R) für v im Vergleich zu der Größe der durch H verwendeten Systemkovarianz bestimmt, wie genau der neue Wert angenommen wird. In dem Fall des Bewegens eines Punkts kann der Entwurfsingenieur wünschen, den Ort exakt zu spezifizieren (R → 0). Es ist jedoch möglich, zuzulassen, dass sich der Entwurf "zurückzieht" und sich in einen Zustand bringt, der weniger stark durch die Manipulation beeinflusst ist (in diesem Fall ist R größer, wodurch zum Beispiel für die Position des gezogenen Punkts bei nachfolgenden Schritten eine Veränderlichkeit erlaubt wird). Wenn ein Wertebereich zulässig ist – zum Beispiel ein Bereich mit Radständen – ermöglicht ein Erhöhen des Werts von R dem Entwurf, ein optimales Gleichgewicht dieser und anderer Randbedingungen zu finden. Diese relative Gewichtung kann auch ein durch den Entwurfsingenieur, vielleicht über einen Schieber, spezifizierter Wert sein.
Es wird die Aktualisierungsdiskussion kurz zusammengefasst, wobei die Kovarianzmatrix im Allgemeinen schlecht konditioniert sein kann. Es kann eine Singulärwertzerlegung (SVD) angewandt werden, um die Hauptkomponenten zu erhalten, die die Mischung von Entwürfen charakterisieren. Die Reduzierung auf Hauptkomponenten kann dann ermöglichen, dass der Entwurfsraum auf eine im Allgemeinen stabile recheneffiziente Weise untersucht wird.
Das Durchschnittsarray und die Kovarianzmatrix charakterisieren in dem Fall, in dem die Daten von einer zugrunde liegenden Gaußschen Verteilung hergenommen wurden, die Daten vollständig. Die den Daten auferlegten linearen Randbedingungen führen dann zu verschiedenen Gaußschen Verteilungen, wie durch Auswerten der konditionalen Wahrscheinlichkeiten für die Datenarrayelemente mit dem Vorhandensein einer linearen Randbedingung bestimmt werden kann. Sogar in dem Fall von nichtlinearen Randbedingungen kann dieser Ansatz jedoch verwendet werden, um das Untersuchen des Entwurfsraums zu begünstigen.
Wie oben erläutert, werden bei der Wahrscheinlichkeitsberechnung aus dem gefüllten Entwurfsraum ein Durchschnitts- oder Mittelwertarray und eine Kovarianzmatrix erhalten. Der Benutzer kann wählen, die durch das System und Verfahren gelieferte geometrische Form mit Randbedingungen zu versehen, wodurch eine neue geometrische Form erhalten wird. Der Benutzer kann wählen, fortzufahren, die ursprüngliche Kovarianzmatrix ohne Randbedingungen zu verwenden. Das heißt, wenn das Verfahren ausgeführt wird, wird das Durchschnittsarray und nicht die Kovarianzmatrix aktualisiert. Auf diese Weise sind einige Informationen über die ursprüngliche Mischung von Entwürfen für den Entwurfsingenieur für eine weitere Verwendung beim Untersuchen des Entwurfsraums von einem neuen Startentwurf an immer noch verfügbar.
Eine weitere mögliche Manipulation ist ein Verschieben. Wie in 15 gezeigt, wird auf diese Weise von der Eingabe 102 ein Raum definiert 602, und dann wird ein zweiter Raum definiert 604, während die Manipulationen in dem ersten Raum stattfinden, aber der die Grenzen des zweiten Raums aufweisen. Dieser Prozess ermöglicht dem Benutzer, in einem umfangreicheren Raum als einem anfänglichen Raum zu arbeiten. Zum Bei spiel kann der Benutzer die CORVETTEs mischen, jedoch dann die CADILLACs mischen. Die sich ergebende durchschnittliche CORVETTE wird dann in dem sich ergebenden CADILLAC-Raum manipuliert. Es ergibt sich eine größere Entwurfsfreiheit.
Demgemäß kann ein Benutzer eine von einer Mischung von Entwürfen aus dem Katalog abgeleitete Kovarianzmatrix wählen 606 und diese Kovarianzmatrix auf einen bestimmten Entwurf anwenden 608, sogar auf einen, der sich nicht in der ausgewählten Mischung befindet, um eine Ausgabe zu erzeugen 610. Auf diese Weise könnten stilistische oder andere hervorstechende Merkmale einer Mischung in einen bestimmten Entwurf importiert oder auf diesen angewandt werden, um ihm eine bestimmte Sinneswirkung der ausgewählten Mischung zu verleihen.
15 zeigt ein Systemdiagramm für das in 14 gezeigte Verfahren. Es ist ein Eingabemodul 620 zum Empfangen einer Mehrzahl von mindestens zwei vordefinierten Modulen, die als Parameter in einem gemeinsamen Koordinatensystem definiert sind, ein Berechnungsmodul 622 zum Berechnen von Mittelwerten aus Entsprechungen zwischen Parametern der vordefinierten Modelle, ein Kovarianzmodul 624 zum Berechnen einer Kovarianz auf der Grundlage der Mittelwerte, und ein Anwendungsmodul 626, das die Kovarianz auf ein vordefiniertes Modell anwendet, das Teil der mehreren vordefinierten Modelle sein kann oder auch nicht, vorhanden. Die Kovarianz kann auf einen anderen Entwurf als den Durchschnitt angewandt werden. Dieser Entwurf könnte sich in der gleichen Objektklasse befinden, die beim Berechnen der Kovarianz verwendet wird, oder auch nicht.
Dies ist ein Verschieben – ohne Drehung – der von der ausgewählten Mischung abgeleiteten Gaußschen Verteilung weg von dem Durchschnitt der ausgewählten Mischung von Entwürfen, um stattdessen an dem bestimmten Entwurf zentriert zu werden.
Zusammengefasst und mit allen Voraussetzungen und jenen, die durch die hierin umfasste vorangehende Offenbarung abgeleitet werden können, kann ein Segmentierungswerkzeugverfahren und -system in der Entwurfswerkzeugvorrichtung und dem Entwurfswerkzeugprodukt umfasst sein oder von dieser oder diesem getrennt sein. Anpassungen der hierin beschriebenen Verfahren liegen in dem Schutzumfang dieser Offenbarung, so dass die ausgegebenen Ergebnisse im Wesentlichen dementsprechend erhalten werden. Die durch die Verwendung der hierin beschriebenen allgemeinen statistischen und mathematischen Modelle erzeugte Ausgabe liefert eine erhebliche Vielfalt von hinsichtlich kontinuierlich variablen Parametern definierten ableitbaren Formen. Bezug nehmend auf 9 bis 13 sei weiter angemerkt, dass die Elemente an der Anzeige verschiedene Abschnitte des Entwurfs sind, und dass auf sie gemeinschaftlich zugegriffen werden kann. Somit kann ein Benutzer vielleicht an einer Darstellung auf einer Wand an einem Ort arbeiten, wie in 9 bei 500 gezeigt, ein anderer Entwurfsingenieur kann einen anderen Teil des Entwurfs an einem Tablet-PC an einem zweiten Ort aktualisieren, und ein dritter Benutzer kann davon entfernt an einem Personal Computer arbeiten und die Farben zeichnen oder andere Dinge tun; diese Aktivitäten können überall auf der Welt ausgeführt werden. Durch diese Offenbarung werden gemeinschaftliche Werkzeuge betrachtet, die 3D-Modelle gemeinsam nutzen. Mehrere Gruppen in verschiedenen Teilen der Welt können Teile der Schnittstelle in Echtzeit gemeinsam nutzen.
9–13 zeigen verschiedene mögliche Benutzerschnittstellenkonfigurationen. Kurz Bezug nehmend auf 1 liegt es innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung, dass der Benutzer 110 mehr als ein Benutzer sein kann, es können Benutzer über LAN oder WAN auf den Prozessor 104 zugreifen, so dass Benutzer auf den Prozessor 104 aus der Ferne zugreifen können. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle, die ein interaktives Skizzieren bei 502 und eine Maus und einen Monitor für eine Eingabe bei 504 bereitstellt. 10 zeigt bei 506 eine gemeinschaftliche Anzeige in natürlicher Größe mit einer interaktiven Plasmaanzeige bei 508 und mehreren gemeinschaftlichen Arbeitsplätzen bei 510. 11 zeigt bei 512 eine Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle, die einen kabellosen Taster und einen 3D-Spaceball bereitstellt, und bei 514 eine andere Ausführungsform, die eine räumliche Anzeige mit Kraftrückführung bereitstellt. 12 zeigt eine Ausführungsform, die bei 516 eine Arbeitsplatzanzeige umfasst und bei 518 eine interaktive 3D-Schnittstelle umfasst. 13 zeigt bei 520 eine Ausführungsform, die ein Walk-up-Kiosk umfasst.
Während die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, können Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente für Elemente von dieser eingesetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Abwandlungen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang dieser abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste betrachtete Ausführungsform zum Ausführen dieser Erfindung offenbart ist, sondern die Erfindung umfasst alle Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen. Ferner bezeichnet die Verwendung der Begriffe erstes, zweites etc. keine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern die Begriffe erstes, zweites etc. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
Zusammenfassung
Es wird ein System und ein Verfahren zum Entwerfen eines neuen Entwurfs an einer Anzeigeeinrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass eine Mehrzahl von mindestens zwei vordefinierten Modellen empfangen wird, die als Parameter in einem gemeinsamen Koordinatensystem definiert sind, Muster und Beziehungen von den vordefinierten Modellen extrahiert werden und die Muster und Beziehungen in einem Prozessorspeicher erfasst werden, um ein statistisches Modell zu bilden, das mehrere auswählbare Fahrzeugformen bereitstellt, und auf der Grundlage einer auswählbaren Form des statistischen Modells ein neuer Entwurf erzeugt wird.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines geometrischen Entwurfs, das umfasst, dass eine Eingabe erster Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums empfangen wird; bei einem ersten Zuordnen die ersten Komponenten eines hochdimensionalen Raums ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zugeordnet werden; die ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten auf eine Optimierungsberechnung angewandt werden, um zweite Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zu erzeugen; bei einem zweiten Zuordnen die zweiten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zweiten Komponenten eines neuen geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass an einer Anzeige eine Darstellung der ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs einer hohen Dimensionalität angezeigt wird; an einer Anzeige eine Darstellung der zweiten Komponenten eines geometrischen Entwurfs hoher Dimensionalität angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass an einem Anzeigebildschirm ein Benutzer eine Darstellung der ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs hoher Dimensionalität manipuliert; in der Folge die erste Zuordnung stattfindet; in der Folge die Optimierungsberechnung Randbedingungen auf die ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten anwendet, um zweite Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zu erzeugen; in der Folge die zweite Zuordnung stattfindet; an dem Anzeigebildschirm eine Darstellung der zweiten Komponenten eines geometrischen Entwurfs hoher Dimensionalität angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums ein aus einem Satz von Mustermodellen erzeugtes statistisches Modell sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Optimierungsberechnung umfasst, dass Randbedingungen auf Hauptkomponenten angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zuordnungs- und Optimierungsberechnungsschritte für den Benutzer transparent sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums ein Fahrzeug darstellen.
System zum Erzeugen eines geometrischen Entwurfs, umfassend: ein Eingabemodul zum Empfangen erster Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums; ein erstes Zuordnungsmodul, um die ersten Komponenten eines hochdimensionalen Raums ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zuzuordnen; ein Optimierungsberechnungsmodul zum Anwenden der ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten auf eine Optimierungsberechnung, um zweite Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zu erzeugen; ein zweites Zuordnungsmodul, um die zweiten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zweiten Komponenten eines neuen geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums zuzuordnen.
System nach Anspruch 8, umfassend: ein Anzeigemodul zum Anzeigen einer Darstellung der ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs einer hohen Dimensionalität auf einem Anzeigebildschirm, und zum Anzeigen einer Darstellung der zweiten Komponenten eines geometrischen Entwurfs hoher Dimensionalität an der Anzeige.
System nach Anspruch 9, ferner umfassend: ein Manipulationsmodul für einen Benutzer, der auf einem Anzeigebildschirm eine Darstellung einer ersten Komponente der ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs mit hoher Dimensionalität manipuliert.
System nach Anspruch 8, wobei die ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums ein aus einem Satz von Mustermodellen erzeugtes statistisches Modell sind.
System nach Anspruch 8, wobei die Optimierungsberechnung umfasst: ein Randbedingungsmodul zum Anwenden von Randbedingungen auf Hauptkomponenten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Operationen der ersten Zuordnung, der zweiten Zuordnung und der Optimierungsmodule für den Benutzer transparent sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ersten Komponenten eines geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums ein Fahrzeug darstellen.
Verfahren für einen Entwurf, das umfasst, dass ein erster Raum definiert wird, den ein erster Entwurf einnimmt; ein zweiter Raum definiert wird, den ein zweiter Entwurf einnimmt; der zweite Entwurf in dem ersten Raum manipuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Definieren des ersten Raums umfasst, dass eine Mehrzahl von mindestens zwei vordefinierten Modellen empfangen wird, die als Parameter in einem gemeinsamen Koordinatensystem definiert sind; Mittelwerte aus Entsprechungen zwischen Parametern der vordefinierten Modelle berechnet werden; eine Kovarianz auf der Grundlage der Mittelwerte berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Definieren des zweiten Raums umfasst, dass eine Mehrzahl von mindestens zwei vordefinierten Modellen empfangen wird, die als Parameter in einem gemeinsamen Koordinatensystem definiert sind; Mittelwerte aus Entsprechungen zwischen Parametern der vordefinierten Modelle berechnet werden; eine Kovarianz auf der Grundlage der Mittelwerte berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Manipulationsschritt umfasst, dass: der zweite Entwurf eines hochdimensionalen Raums empfangen wird; bei einer ersten Zuordnung die ersten Komponenten des hochdimensionalen Raums ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zugeordnet werden; die ersten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten auf eine Optimierungsberechnung angewandt werden, um zweite Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zu erzeugen; bei einer zweiten Zuordnung die zweiten Komponenten eines niedrigdimensionalen Raums von Hauptkomponenten zweiten Kompo nenten eines neuen geometrischen Entwurfs eines hochdimensionalen Raums zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass an einem Anzeigebildschirm ein Benutzer den zweiten Entwurf eines hochdimensionalen Raums manipuliert.