DE60038522T2

DE60038522T2 - Verfahren zur Erzeugung einer Animationsdatei

Info

Publication number: DE60038522T2
Application number: DE60038522T
Authority: DE
Inventors: Masao Chita-gun Ando; Zitsuya Chita-gun Kato
Original assignee: Fuzie Inc
Current assignee: Fuzie Inc
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: JP3602037B2; JP2001134781A; EP1087342A3; DE60038522D1; US7075531B1; HK1039820A1; EP1087342A2; EP1087342B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Animationsbilddateien, insbesondere zum Anzeigen eines animierten Bildes einer gegebenen Vorrichtung, die eine Mehrzahl von Bauelementen beinhaltet.
Kataloge und Bedienungsanweisungen, die Produkte (gegebene Vorrichtungen) detailliert beschreiben, werden von Verkäufern verwendet, um die Merkmale eines Produktes zu erläutern, und werden von Benutzern verwendet, um zu verstehen, wie das Produkt zu verwenden oder zu warten ist. Diese Kataloge und Bedienungsanleitungen sind ganz überwiegend auf Papier gedruckt und beinhalten für gewöhnlich Darstellungen oder unbewegte Ansichten des Produktes und der Bauteile, zusammen mit begleitendem beschreibenden Text. Die in diesen Katalogen und Bedienungsanleitungen verwendeten Zeichnungen haben den inhärenten Nachteil, dass die tatsächliche Bewegung eines Produktes für Benutzer schwierig vorzustellen ist, und demzufolge Bedienungs- und Wartungsverfahren häufig schwierig zu verstehen sind.
Unterdessen sind nun viele Typen von Animationsbilddateien verfügbar, und mit zunehmender Erweiterung des Rechneranwendungsbereichs werden Kataloge, die Animationsbilddateien beinhalten, immer verbreiteter für einen Zugriff über Websites zur Verfügung gestellt. Animationsbilder helfen Benutzern dabei, die Funktionsweise einer gegebenen Vorrichtung leichter zu verstehen.
Herkömmliche Animationsbilddateien werden normalerweise unter Verwendung einer Animationssoftware erstellt. Mit derartiger Animationssoftware bleibt ein Generieren komplexer Formen eine schwierige und zeitaufwendige Arbeit. Insbesondere müssen für eine gegebene Vorrichtung, die durch Kombinieren vieler Bauelemente hergestellt ist, damit Benutzer deren Mon tage- und Demontageprozess visualisieren können, die Formen (Gestalt) der Bauelemente äußerst genau sein, und daher erfordert ein Erstellen einer Datei zu diesem Zweck eine Menge Arbeit.
Außerdem ist es, wenn eine Bauteil-Datei mit Animationssoftware erstellt wird, ein übliches Verfahren, ein Bauelement in eine Mehrzahl von Blöcken zu unterteilen und für jeden von diesen Blöcken Daten zu erzeugen, um ein einzelnes Bauelement zu bewältigen, dessen Form komplex und schwierig wiederzugeben ist. Jedoch führt dieses Verfahren, da jeder Block eine ihm eigene Schattierung aufweist, zu dem Problem, dass perspektivische Ansichten, die dadurch erzeugt werden, dass für die Blöcke der Bauteile erzeugte diskrete Daten kombiniert werden, nicht eindeutig sind.
Fertigungszeichnungen und Rechnerunterstützte Konstruktions-(CAD)-Daten für die gegebene Vorrichtung werden benötigt, damit die Software Modelle der Bauelemente einer beliebigen Vorrichtung erzeugen kann. Es sind Programme bekannt, die dreidimensionale CAD-Daten aus zweidimensionalen CAD-Daten erzeugen. Somit können dreidimensionale CAD-Daten aus den ursprünglichen Daten für die Bauteile erzeugt werden, um die Bauteile auf einer Anzeigeeinrichtung sichtbar darzustellen.
Jedoch wurden, da durch diese Werkzeuge erzeugte dreidimensionale CAD-Daten im Wesentlichen zum Anzeigen von statischen Bildern dienen, Schwierigkeiten angetroffen, wenn Versuche unternommen wurden, Animationsbilder aus derartigen Daten anzuzeigen. Insbesondere wird, um Animationsbilder eines Demontierens einer eine Mehrzahl von Bauteilen beinhaltenden gegebenen Vorrichtung in ihre Bestandteile sowie deren Wartungsstatus anzuzeigen, eine neue Rendering-Lösung benötigt. Ein Entwickeln derartiger Programme ist ein weiteres Problem bei der verwandten Technik.
Noch ein weiteres Problem wurde dabei angetroffen, dass die Animationsdaten, die unter Verwendung der unverarbeiteten dreidimensionalen CAD- Daten erstellt wurden, ein enormes Datenvolumen aufweisen, und dadurch lediglich durch Großrechner bewältigt werden können.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, Verfahren zur Erstellung von Animationsbilddateien bereitzustellen, wodurch eine Animationsbilddatei einer eine Mehrzahl von Bauelemente beinhaltenden Vorrichtung in effizienter Weise erstellt werden kann. Dieses Ziel wird durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
EP 0 813 169 offenbart ein Verfahren zum Modellieren eines Herstellungsprozesses, der eine Mehrzahl von Gegenständen beinhaltet. Der ausgewählte Gegenstand wird aus der Datenbank extrahiert, und es wird eine 2D-Darstellung des Gegenstandes im Echtraum aus einem gewählten Blickwinkel erzeugt. Eine Mehrzahl von 2D-Darstellungen wird in einer animierten Sequenz angeordnet.
US 5 771 043 beschreibt eine Anzeigevorrichtung für eine Bedienprozedur. Eine dreidimensionale Szeneninformation ist mittels Koordinateninformation von umgekehrten Standpunkten aufgebaut und wird auf der Anzeigevorrichtung angezeigt. Dieses Dokument verwendet 3D-Daten, um Bilder der betrachteten Bauteile direkt und interaktiv zu rendern. Es weist komplexe und äußerst umfangreiche 3D-Daten der Bauteile auf, z. B. für die Möglichkeit, die Bauteile aus unterschiedlichen Blickwinkeln darzustellen.
Das Dokument "A method of interactive visualisation of CAD surface models on a color video display", Atherton P. R., Computer Graphics, New York, NY, Us (08-1981), 15(3), 279–287, lehrt ein Verfahren zum Visualisieren von CAD-Daten (Flächenmodellen) auf einer Farbvideoanzeige. Ein Aspekt von diesem besteht in der Möglichkeit, die Transparenz gewisser CAD-Objekte, die angezeigt werden sollen, zu verändern. Bei diesem System wird keine Animationssoftware verwendet, um Gegenstände, die angezeigt werden sollen, transparent zu machen.
Als Merkmal der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Erstellen von Animationsbilddateien die Schritte, separate dreidimensionale Modelle von Bauteilen einer gegebenen Vorrichtung unter Verwendung eines dreidimensionalen CAD-Systems zu erzeugen, und eine Mehrzahl von erzeugten dreidimensionalen Bauteilmodellen zu kombinieren, um einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung zu erzeugen. Nachdem der auf diese Weise erhaltene Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen in eine Animationsanwendungssoftware importiert wurde, werden die Bauteile unter Verwendung einer Funktion der Software koloriert, und die Transparenz eines gewünschten Bauteils oder gewünschter Bauteile wird gleichzeitig spezifiziert, so dass innenliegende Bauelemente auf einer Anzeigeeinrichtung sichtbar sind.
Da die Bauelementmodelle mit einem dreidimensionalen CAD-System erzeugt werden, können sogar komplexe Bauelemente in unkomplizierter Weise als einzelne Bauelemente moduliert werden. Außerdem kann, da ein Bauelement von der Animationsanwendungssoftware ausgewählt und als transparent spezifiziert wird, das ausgewählte Bauelement als einzelnes Bauelement transparent gerendert (dargestellt) werden. Somit kann eine Animationsdatei erzeugt werden, die es ermöglicht, eine effektive und eindeutige Perspektive einer Vorrichtung zu liefern, bei der gewisse Bauelemente transparent dargestellt sind.
Insbesondere sind, da Daten für einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen, die durch Kombinieren einer Mehrzahl von erzeugten dreidimensionalen Bauteilmodellen ausgebildet sind, in Animationsanwendungssoftware importiert werden, Daten für jedes Bauelement in der Software gespeichert, und demzufolge können innenliegende Bauteile dadurch sichtbar gemacht werden, dass außenliegende Bauteile als transparent festgelegt sind.
Wenn die Operation eines Festlegens der Transparenz eines Bauelementes durchgeführt wird, wird ein Bauelement, das nach Verstreichen einer gewissen Anzeigezeit transparent werden soll, vorzugsweise dadurch vorab bestimmt, dass ein Zeitpunkt angegeben wird, bei dem das Bauteil transparent wird.
Weiter wird, wenn die Operation eines Festlegens der Transparenz eines Bauteils durchgeführt wird, vorzugsweise ein Transparenzgrad festgelegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Erstellen von Animationsbilddateien die Schritte, separate dreidimensionale Modelle von Bauteilen einer gegebenen Vorrichtung unter Verwendung eines dreidimensionalen CAD-Systems zu erzeugen, und eine Mehrzahl von generierten dreidimensionalen Bauteilmodellen zu kombinieren, um einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung zu erzeugen. Nachdem der auf diese Weise erhaltene Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung in eine Animationsanwendungssoftware importiert wurde, werden die Bauteile unter Verwendung einer Funktion der Software koloriert, und eine dünne Farbfilmkomponente, die zur Gestalt einer Teiloberfläche eines gewünschten Bauelementes passt, wird gleichzeitig erzeugt, wobei dabei eine bestimmte Farbe der Farbfilmkomponente festgelegt wird, um die Teilfläche des Bauteils zu kolorieren.
Diese Weise eines separaten Erzeugens der dünnen Farbfilmkomponente ermöglicht Bedienpersonen, die betreffende Fläche und die verbleibende Fläche des Bauelementes mit unterschiedlichen Farben zu "bemalen", und zwar durch Festlegen verschiedener Farben für die Farbfilmkomponente und das Bauteil, auf dem der Farbfilm platziert wird. Somit ermöglicht das Verfahren ein effizientes Erstellen einer Animationsbilddatei, wobei dabei die Gesamtdatenmenge verringert wird.
Vorzugsweise ist die zuvor erwähnte Teiloberfläche eines Bauelementes eben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Erstellen von Animationsbilddateien die Schritte, separate dreidimensionale Modelle von Bauteilen einer gegebenen Vorrichtung unter Verwendung eines dreidimensionalen CAD-Systems zu erzeugen, und eine Mehrzahl von erzeugten dreidimensionalen Bauteilmodellen zu kombinieren, um einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung zu erzeugen. Nachdem der auf diese Weise erhaltene Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung in eine Animationsanwendungssoftware importiert wurde, wird ein Bild für jedes Bauelement unter Verwendung einer Funktion der Software erzeugt. Die Bauelemente werden kombiniert, um separate Gruppen von Bauelementen zu erzeugen, die transparent dargestellt werden sollen und die nicht transparent dargestellt werden sollen, und Bilder beider Gruppen von Bauelementen werden überlappend dargestellt, so das innenliegende Bauelemente auf einer Anzeige sichtbar sind.
Diese Weise eines Erzeugens von separaten Gruppen von Bauelementen, die transparent dargestellt werden sollen und die nicht transparent dargestellt werden sollen, beseitigt die Notwendigkeit eines Festlegens einer Transparenz für jedes Bauelement, und zwar dadurch, dass dem Farbattribut der Gruppe von Bauelementen, die transparent dargestellt werden sollen, eine blasse Farbe zugewiesen wird. Als Ergebnis kann ein Transparenzfestlegungsprozess vereinfacht werden, wodurch die für den Prozess benötigte Zeit verringert wird. Weiter besteht, da das Farbattribut dem äußeren Erscheinungsbild der Bauelementgruppe zugewiesen wird, die transparent dargestellt werden soll, für Durchdringungslöcher oder dergleichen in unsichtbaren Zonen keine Auffälligkeit im Bild, und daher kann ein schönes Bild erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Erstellen von Animationsbilddateien die Schritte, separate dreidimensionale Modelle von Bauteilen einer gegebenen Vorrichtung unter Verwendung eines dreidimensionalen CAD-Systems zu erzeugen, und eine Mehrzahl von erzeugten dreidimensionalen Bauteilmodellen zu kombinieren, um einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung zu erzeugen. Nachdem der auf diese Weise erhaltene Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen der gegebenen Vorrichtung in ein Format umgewandelt wurde, das in eine Animationsanwendungssoftware importiert werden kann, werden die umgewandelten Daten in die Animationsanwendungssoftware importiert, so dass die Gestalt eines Produktes mit zweidimensionaler Animation unter Verwendung der Animationsanwendungssoftware angezeigt werden kann.
Das erzeugte Animationsbild wird verwendet, um Montage- und Demontagevorgänge zur Wartung der gegebenen Vorrichtung zu beschreiben.
Auf dem Gebiet der Fertigung wird als Erstes eine Zeichnung für das zu fertigende Produkt erstellt und verwendet, um das Produkt tatsächlich zu fertigen. Da die Zeichnung mit 3D CAD-Werkzeugen erstellt wird, werden häufig 3D CAD-Daten für jedes Produkt erzeugt. Auch beim Bauen oder Umbauen von Fertigungsanlagen wird jede Anlage unter Verwendung von 3D CAD-Werkzeugen gestaltet, und daher werden 3D CAD-Daten für die verschiedenen Bauelemente erzeugt, aus denen die Anlage besteht.
Unterdessen werden Betriebsanleitungen erstellt, welche die Funktionsweise und die Wartungsprozeduren der Anlage beschreiben. Jedoch sind diese auf Papier gedruckten Bedienungsanleitungen für Bedienpersonen nicht hilfreich genug, um die Prozeduren zu verstehen. Sogar ein mit einer Videokamera aufgenommenes Bewegtbild der Bedienprozeduren unterstützt die Bedienpersonen nicht ausreichend, um die Arbeitsprozeduren zu verstehen, da Bedienpersonen, weitere Maschinen und Vorrichtungen, und Bauteile von diesen im Bild die Sicht blockieren, oder da Betrachter das Innere nicht sehen können.
Andererseits können Animationsbilder eine gute Erläuterung liefern, die durch Betrachter leicht verständlich ist. Jedoch erfordert eine Erstellung animierter Bilder einen enormen Arbeitsaufwand, und es ist schwierig, genaue Formen mit den animierten Bildern auszudrücken.
Unter Verwendung der 3D CAD-Daten und durch Umwandeln von diesen, um sie in Animationsanwendungssoftware zu importieren, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, kann ohne weiteres eine genaue Form in der Animation erstellt werden. Weiter kann eine derartige Animation auf einem Notebook-Einzelplatzrechner und dergleichen durch Löschen unnötiger Daten und Erstellen einer zweidimensionalen Animation betrachtet werden. Innenliegende Bauelemente können in der Animation dadurch sichtbar gemacht werden, dass diese als transparent festgelegt werden, so dass Bedienprozeduren präsentiert werden können, ohne dass irgendwelche Bedienpersonen, weitere Maschinen und Vorrichtungen, und deren Bauelemente die Sicht blockieren, und somit von den Betrachtern problemlos verstanden werden.
Das zuvor beschriebene animierte Bild wird vorzugsweise verwendet, um eine Präsentation der gegebenen Vorrichtung bereitzustellen. Das unter Verwendung von 3D CAD-Daten erstellte Animationsbild ist in Größe und dergleichen äußerst genau und kann somit für eine Präsentation verwendet werden, um die tatsächliche Vorrichtung zu simulieren.
Vorzugsweise ist das zuvor beschriebene Produkt eine Fabrikationsanlage, und das zuvor beschriebene Bauelement ist die Vorrichtung, aus der die Anlage aufgebaut ist. Das erstellte Animationsbild wird vorzugsweise verwendet, um eine Präsentation der Fertigungsanlage zu liefern.
Herkömmliche Miniaturmodelle werden zwar erstellt, um eine Anordnung von Fabrikationsanlagen zu planen, es ist jedoch schwierig, sich eine Bewegung von Vorrichtungen und Leuten mit derartigen Modellen vorzustellen. Im Gegensatz dazu können unter Verwendung einer Animation Bewegungen der Vorrichtungen und von Leuten problemlos simuliert werden.
Zwar ist ein Ausdrücken von Elementen in genauen Gestalten schwierig, wenn animierte Bilddaten mit einer Animation "von Null beginnend" erzeugt werden müssen, jedoch kann jedes Element in seiner genauen Gestalt dadurch ausgedrückt werden, dass die mit CAD erzeugten Daten in Animationsanwendungssoftware importiert werden.
Es ist ebenfalls zu bevorzugen, Daten für Bewegtbilder von Menschen unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware hinzuzufügen, um dadurch Bewegungen von Menschen ohne Weiteres zu simulieren.
Die Erfindung stellt auch ein Medium bereit, auf dem die wie zuvor beschrieben erstellten Dateien gespeichert werden. Das Medium kann in beliebiger Form vorliegen, sofern Daten auf diesem gespeichert werden können, einschließlich einer CD-ROM und einer Floppy-Disk. Daten können auch über eine Kommunikationsverbindung bereitgestellt werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und Figuren klar hervor.
Einige der zuvor angegebenen sowie weitere detailliertere Aspekte werden in der folgenden Beschreibung erläutert und teilweise mit Bezug auf die Figuren dargestellt; in diesen sind:
1 ein Ablaufdiagramm, das den Operationsprozess einer Erstellung einer Animationsdatei erläutert;
2A und 2B Illustrationen, die Beispielanzeigen zur Bauteilmontage zeigen;
3 eine Darstellung, die ein Anzeigebeispiel eines Zeitablaufdiagramms für jedes Bauelement zeigt;
4A und 4B Darstellungen, die ein Anzeigebeispiel einer perspektivischen Ansicht einer Baugruppe zeigen;
5 eine Darstellung, die eine Beispielanzeige darstellt, wenn Bauteile bewegt werden;
6 eine Darstellung, die einen Wechsel des Anzeigebildschirms erläutert;
7 eine Darstellung, die ein Kolorieren eines Teilfläche eines Bauteils erläutert;
8 eine Darstellung, die ein Anzeigebeispiel von sich unabhängig bewegenden Bauteilelementen darstellt; und
9 eine Darstellung, die ein weiteres Anzeigebeispiel einer perspektivischen Ansicht einer Baugruppe zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung (nachfolgend als "die Ausführungsform" bezeichnet), wird nachfolgend basierend auf den Zeichnungen erläutert.
Ein Verfahren zur Erstellung von Animationsbilddateien, wie dies bei dieser Ausführungsform implementiert ist, wird in der nachfolgenden Prozedur mit Bezug auf 1 erläutert.
Aus Daten aller Typen, einschließlich Zeichnungen, Fotografien und detaillierten Spezifikationen, werden für alle Bauteile einer Vorrichtung die Bauteile als Erstes unter Verwendung eines dreidimensionalen (3D)-CAD-Systems modelliert, wodurch Modelldaten erzeugt werden (S11). Dabei wird angenommen, dass das 3D CAD-System die Fähigkeit besitzt, 3D CAD-Daten aus verfügbaren zweidimensionalen CAD-Daten, beispielsweise aus Zeichnungen erhaltenen Daten, zu erzeugen. Somit können jegliche verfügbare zweidimensionale Daten als Rohdaten zur Erzeugung von 3D CAD-Daten verwendet werden.
Die auf diese Weise erhaltenen 3D CAD-Modelldaten für alle Bauteile werden in einem STL-Format ausgegeben, das wiederum in eine Datei im DXF-Format umgewandelt wird (S12). Das STL-Format, bei dem wirkliche Fläche eines Volumenmodells als Satz von kleinen Dreiecken dargestellt wird, wird bei 3D CAD verbreitet verwendet. Das DXF-Format, das für das AUTO-CAD^TM-System, das von der Firma TODESK hergestellt wird, verfügbar ist, kann für Typen von 3D CAD verwendet werden, und ein großer Teil der grafischen Softwareprodukte unterstützt dieses Dateiformat.
Animationssoftware (wie beispielsweise das kommerziell erhältliche LAY DREAM STUDIO^TM) wird verwendet, um die Datei im DXF-Format der Modelldaten für alle Bauteile zu lesen (S13). Mit dieser Software "öffnet" man die Modelldaten für alle Bauelemente, um die Bauelementmodelle auf dem Bildschirm anzuzeigen. Dann wird aus den Modelldaten eine Baugruppe aus allen Komponentenmodellen als schwarzer Block 10 angezeigt, wie in 2A dargestellt.
Sobald dieser schwarze Block 10 aus allen zusammengebauten Bauteilmodellen erzeugt ist, wird der schwarze Block 10 gelöscht, und der Arbeitsgang eines Zusammenbauens der Bauelemente, dadurch, dass diese eines nach dem anderen "ausgelesen" werden, wird begonnen (S14). Speziell werden die Koordinaten eines Bauelementes, eines nach dem anderen, zugeführt, jedes Bauelement wird positioniert, und eine komplette Baugruppe aus den Bauteilen wird auf dem Bildschirm erzeugt. Die komplette Baugruppe 12 wird dadurch angezeigt, wie in 2B dargestellt.
Als Nächstes wird ein geeigneter Kamerawinkel und eine geeignete Position ausgewählt, so dass die Demontage und Montage der Bauelemente in einer Animation eindeutig ausgedrückt werden kann (S15). Dann wird ein Zeitab lauf (Zeitdiagramm) entwickelt, wie in 3 dargestellt, und die Transparenz jeglichen Bauelementes, das transparent sein soll, wird festgelegt (S16). Die Bauelemente, die während ihres Anzeigens entweder statisch oder dynamisch sein können, werden aufgelistet und in einer Linie auf der vertikalen Achse aufgeführt, und repräsentieren einen Zeitablauf auf der Horizontalachse. Für jedes Bauteil ist der Punkt 20, bei dem die Bewegung des Bauteils stoppt oder die Bewegung des Bauteils beginnt, auf der Zeitachse 22 angetragen, wodurch ein Zeitplan entwickelt wird, mittels dem die Bauelemente animiert werden. Auf diese Weise werden die Bewegungen der Animation vorab festgelegt. Während des Prozesses der Entwicklung des zeitlichen Verlaufes wird außerdem für ein Bauelement, das als transparent ausgewählt ist, ein einem Zeitplan unterliegender Transparenzfaktor zugewiesen. Diese Schritte können beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass auf ein Bauteil geklickt wird und ein Zeitpunkt festgelegt wird, zu dem dieses transparent werden soll. Gleichzeitig können Bedienpersonen einen Grad an Quasi-Transparenz bis Transparenz bestimmen, um das angezeigte Bauteil als ein wenig undurchsichtig oder vollständig durchsichtig festzulegen.
Dann werden Darstellungseigenschaften, wie beispielsweise Schattieren oder Colorieren, gemäß denen der Computer eine Bilddatendatei erzeugt, festgelegt (S17). Computergrafiken werden dadurch auf dem Bildschirm angezeigt, und eine Videodatei wird erzeugt.
Speziell werden bei dieser Ausführungsform Daten für einen Satz von dreidimensionalen Bauteilmodellen, die durch Kombinieren einer Mehrzahl von dreidimensionalen Bauteilmodellen ausgebildet sind, in eine Animationsanwendungssoftware importiert. Da Daten für jedes Bauelement auf diese Weise in dieser Animationsanwendungssoftware gespeichert sind, können innenliegende Bauelemente dadurch sichtbar dargestellt werden, dass die Transparenz der außenliegenden Bauelemente spezifiziert wird.
4 zeigt ein Beispiel einer auf diese Weise erhaltenen perspektivischen Ansicht. Wenn das Gehäuse 30 nicht als transparent festgelegt ist, wie in (a), kann die Baugruppe 32 der im Inneren des Gehäuses befindlichen Bauteile nicht betrachtet werden. Dadurch, dass ein transparentes Gehäuse 30 festgelegt wird, wie dies in (b) der Fall ist, ist das Gehäuse bei seinem Anzeigen transparent, und die innenliegende Baugruppe 32 kann betrachtet werden.
Sobald eine Videodatei durch Ausführen der zuvor beschriebenen Prozedur erzeugt wurde, wird HTML (Hypertext-Auszeichnungssprache) verwendet, um eine Datei zu erzeugen, in welche die Videodatei eingefügt wird (S18). Mit dieser HTML-Datei, in der sich nun die Videodatei befindet, kann eine gewünschte Operation durchgeführt werden, beispielsweise kann Text einem Bild hinzugefügt werden, durch einen Klickvorgang kann festgelegt werden, dass eine Demontage oder Montage ausgeführt wird, oder es kann bestimmt werden, dass ein Anzeigebild vorrückt, nachdem dies durch einen Klickvorgang bestätigt wurde.
Nachfolgend wird ein Ausführen einer Animation basierend auf der erstellten HTML-Datei erläutert.
Ein Fall, bei dem die Animationsanzeige auf dem Bildschirm automatisch vorrückt, wird als Erstes erläutert. Auf dem Anfangsbildschirm, auf dem die betreffende Maschine angezeigt wird, wird eine Maus verwendet, um eine vorbestimmte Position anzuklicken, beispielsweise einen Abschnitt der Zone, in dem die Maschine angezeigt wird. Dann werden die Animationsbilder gemäß der Demontage- und Montageprozedur automatisch mit vorbestimmter Geschwindigkeit angezeigt, bis die Prozesssequenz bis zum Ende ausgeführt wurde.
Für die Demontageprozedur werden alle Bauteile der Maschine bewegt, wie in 5 dargestellt, bis die Maschine vollständig in einzelne Bauelemente zerlegt ist, die alle auf der sich ändernden Animationsanzeige dargestellt sind. Für die Montageprozedur werden alle Bauelemente an der Maschine montiert, wie auf der Animationsanzeige dargestellt. Während die Animation angezeigt wird, erläutert ein automatischer Sprachassistent die Demontage und Montage im Detail, was dem Betrachter hilft, den Demontage- oder Montageprozess leichter zu verstehen. Wenn die Animation mit einer Spracherläuterung angezeigt wird, werden die Bauteile auf dem Bildschirm animiert, und zwar basierend auf dem Programm, das die Bewegung und den Ort der Bauteile, die Sprachgeschwindigkeit und den Zeitablauf, die endgültigen Anordnungen und weitere Details bestimmt. Dem Betrachter wird eine realistische Darstellung geliefert, wie beim Betrachten eines Films oder Video. Die Sprachdatei befindet sich im gleichen Bereich der Videodatei oder ist in die Videodaten eingebaut.
Es kann auch programmiert sein, dass, wenn ein gewünschtes Bauelement aus den verlegten Bauelementen nach der Demontage angeklickt wird, Information wie beispielsweise die Bauelement-Postennummer, Name, Menge und Hersteller angezeigt werden. Dadurch können Detaildaten der Bauelemente wie benötigt erhalten werden, was zur Bauteilbeschaffung praktisch ist.
Zwar kann die automatische Animationsanzeige einer Demontage und Montage mit vorbestimmter Geschwindigkeit betrachtet werden, wie zuvor beschrieben wurde, jedoch ist es auch zweckdienlich, den Betrachter aufzufordern, jeden Demontage- und Montageschritt zu bestätigen. Bei einer Demontage- und Montageprozedur werden häufig fast identische Operationen wiederholt, bevor die Bildanzeige auf den nächsten Schritt wechselt. Beispielsweise kann es, wenn ein Bauteil entfernt wird, erforderlich sein, eine Mehrzahl von Bolzen, die ein Bauteil befestigen, zu entfernen, und ein Bauteil zu entfernen, bevor die Bedienpersonen mit dem nächsten Schritt eines Entfernens eines weiteren Bauteils fortfahren. In einem solchen Fall ist es zweckdienlich, dass das Animationsprogramm auf eine Eingabe (beispiels weise einen Mausklick) wartet, um zu bestätigen, dass der Betrachter bereit ist, eine Erläuterung des nächsten Bauteils zu erhalten, und zwar bei Abschluss von allem, was für ein einzelnes Bauelement erfolgen soll.
Wie in 6 dargestellt, kann die Betrachter auf die "Erneut Laden"-Taste klicken, um zu veranlassen, dass das Animationsprogramm die letzte Animationssequenz wiederholt. Der Betrachter kann auch auf die "Zurück"-Taste klicken, so dass das Animationsprogramm erneut die Anzeige der Animation des Prozessschrittes anzeigt, der dem gerade angezeigten Schritt vorhergeht, oder die "Vorwärts"-Taste drücken, um zum nächsten Bildschirm vorzurücken.
Ansprechend auf eine in der zuvor beschriebenen Weise erfolgenden Eingabe kann das Animationsprogramm einer erläuternde Animation anzeigen, das mit dem Prozessschritt übereinstimmt, der von der Bedienperson tatsächlich durchgeführt wird, wodurch sich das Programm von der Bedienperson leichter verwenden lässt. Insbesondere kann, da Bedienungsrichtlinien oder -anweisungen, die unter Verwendung der Erfindung entwickelt wurden, auf einem Endgerät angezeigt werden können, das sich in der Nähe eines Ortes befindet, an dem die Bedienperson praktisch arbeitet, eine interaktive Animationsanzeige in signifikanter Weise effektiv sein.
Ein derartiges Animationsprogramm kann von Browser-Software, wie beispielsweise den jederzeit erhältlichen Netscape^TM- oder INTERNET EXPLORER^TM-Browsern ausgeführt werden, die unter einem üblichen Betriebssystem, wie beispielsweise WINDOWS^TM betrieben werden können. Somit kann das Programm in zufriedenstellender Weise auf einem gewöhnlichen Desktop- oder Notebook-Einzelplatzrechner betrieben werden. Ein Benutzer kann beispielsweise ein Notebook-Einzelplatzrechner zu einem Fabrikstandort mitbringen, bei dem die betreffende Vorrichtung installiert ist, und das Animationsprogramm auf dem Computer ablaufen lassen, so dass eine Animation zu beliebiger Zeit während einer praktischen Arbeit, wie bei spielsweise einer Wartung, verwendet werden kann. Eine Bedienperson kann auch einen Einzelplatzrechner verwenden, der bereits an einem geeigneten Ort installiert ist.
Da eine Animationsdarstellung von Prozessdetails leicht verständlich ist, können diese verstanden werden, ohne dass sie mit erläuternder Sprachassistenz ergänzt werden. Animationsprogramme gemäß der Erfindung können somit in effektiver Weise bei Fabriken in verschiedene Ländern verwendet werden, in denen mehrere Sprachen gesprochen werden.
Insbesondere wird, für ein Bauteil, das transparent dargestellt werden soll, als Erstes die Gestalt des Bauteils unter Verwendung von 3D CAD-Werkzeugen generiert und dann dessen Transparenz mit Animationsanwendungssoftware festgelegt. Dadurch kann ein einzelnes Bauelement bei seinem Anzeigen vollständig transparent gemacht werden. Wenn eine komplexe Form unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware generiert wird, ist die Gestalt als einzelnes Bauelement häufig schwierig zu generieren; als allgemeine Regel wird ein Bauelement bei seiner Generierung in mehrere Unter-Bauelemente unterteilt. Wenn diese Unter-Bauelemente als transparent festgelegt sind, werden jedoch unerwünschte Schatten generiert, und eine klare Transparenz kann nicht erzielt werden. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass 3D CAD verwendet wird, um eine Bauelementgestalt zu erzeugen, und dann dessen Transparenz unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware festgelegt wird.
Beim Colorieren der Bauelemente während des Rendering-(Darstellungs)-Prozesses ist es, falls ein einzelnes Bauelement mit zwei oder mehr unterschiedlichen Farben "bemalt" wird, erwünscht, eine weitere Farbfilmkomponente für den Zone zu generieren, die mit einer weiteren Farbe coloriert werden soll, und unterschiedliche Farben für die Farbfilmkomponente und die Komponente außer dieser Zone festzulegen, und zwar unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware.
Bei einem Beispiel einer zylindrischen Komponente 40 mit Länge L, wie in 7 dargestellt, die als Weiß modelliert ist, abgesehen von einer schwarz colorierten Bodenfläche 42, wird eine Scheibe 44 mit Dicke t (0,1 mm oder weniger) generiert, der als Farbattribut Schwarz zugewiesen ist. Die Höhe der zylindrischen Komponente 46 ist auf (L – t) festgelegt und dem Farbattribut für die Höhenkomponente ist Weiß zugewiesen. Die zwei Komponenten 44, 46 werden separat modelliert und dann in ein einziges Bauelement 40 integriert, wenn sie positioniert sind. Die Datenmenge in der Videodatei für eine Animation kann dadurch verringert werden. Wenn ein einziges Bauelement mit unterschiedlichen Farben versehen wird, müssen die Abschnitte des Bauelementes separate Farbattribute aufweisen, wodurch die Datenmenge beträchtlich vergrößert wird. Die zuvor beschriebene Weisen, verschiedene Farben für separate Bauelemente festzulegen, kann die Datenmenge verringern.
Ein sehr komplexes und großes Bauelement, das nicht als transparent festgelegt ist, kann in mehrere Unter-Bauelemente in der Generierungsphase mit 3D CAD unterteilt werden, bevor ein Modellieren erfolgt, so dass die Entwicklungsarbeit in effizienter Weise durchgeführt werden kann. Bauteile 50 bis 60, die sich schließlich in voneinander verschiedenen Bewegungen bewegen, wie in 8 dargestellt, können als separate Bauelemente 50, 52, 54, 56, 58, 60 modelliert werden, in der Videodatei gespeichert werden und im Zeitablauf separat festgelegt werden, so dass sie in unterschiedliche Bewegungen versetzt werden.
Außerdem ist es, um die 3D CAD-Datenmenge zu verringern, zweckdienlich, Abmessungen beispielsweise für alle Bauteile auf eine einzige Dezimalstelle zu runden. Eine derartige Datenverringerung ist akzeptabel, da eine Animationsanzeige nur ausreichend sein muss, damit Benutzer in korrekter Weise erkennen können, wie die Bauelemente arbeiten, und es braucht keine Dar stellung mit einem Genauigkeitsgrad erfolgen, wie er bei der Fertigung der Bauteile erforderlich ist.
Eine Transparenz braucht nicht für jedes Bauelement spezifiziert werden, und das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Spezifizieren einer Transparenz ist ebenfalls geeignet.
Ein zusammengebauter Gegenstand (eine gegebene Vorrichtung oder ein Produkt), das durch Kombinieren mehrerer Bauelemente ausgebildet ist, wird vorab in eine Gruppe von Bauteilen, die transparent dargestellt werden soll, und eine Gruppe von Bauteilen unterteilt, die nicht transparent dargestellt werden soll. Beispielsweise wird eine Vorrichtung in eine Gruppe A von außenliegenden Bauteilen, wie beispielsweise ein Gehäuse, und eine Gruppe B von Bauteilen unterteilt, die in diesen angebracht sind, gefolgt von einer Erstellung eines Bildes. Ein Bild kann hier entweder ein animiertes Bild oder ein statisches Bild sein.
Nachdem dem Farbattribut der Gruppe 30 eine Transparenz zugewiesen wurde, werden Bilder der Bauteilgruppen 30 und 32 in überlappender Weise dargestellt. Als Ergebnis kann ein Bild mit sichtbar angezeigter innenliegenden Bauelementgruppe 32 erzielt werden, wie in 9 dargestellt.
Beim Festlegen einer Transparenz für die Bauteilgruppe 30 ist es lediglich erforderlich, dem Farbattribut der Bauteilgruppe 30 im Bild eine blasse Farbe zuzuweisen, so dass ein Bild, das äquivalent zu demjenigen ist, das mit der transparent dargestellten Bauteilgruppe 30 erzielt wird, wenn das Bild der Gruppe 30 dazu gebracht wird, dasjenige der Gruppe 32 zu überlappen. Daher besteht keine Notwendigkeit, jedes Bauelement als transparent festzulegen, wodurch ein Transparenzfestlegungsprozess vereinfacht wird, und daher die für den Prozess benötigte Zeit verringert wird. Weiter besteht, da das Farbattribut dem äußeren Erscheinungsbild der Bauelementgruppe zugewiesen wird, die transparent dargestellt werden soll, für Durchdringungs löcher oder dergleichen in unsichtbaren Zonen keine Auffälligkeit im Bild, und daher kann ein schönes Bild erzielt werden. Außerdem werden keine Daten für diejenigen Bauelemente benötigt, die im angezeigten Bild nicht erscheinen.
Das Verfahren zur Erzeugung von Animationsbilddaten dieser Ausführungsform wird insbesondere von Herstellern verwendet. Auf dem Gebiet der Fertigung wird als Erstes eine Zeichnung für das zu fertigende Produkt erstellt und verwendet, um das Produkt tatsächlich zu fertigen. Da die Zeichnung mit 3D CAD-Werkzeugen erstellt wird, werden häufig 3D CAD-Daten für jedes Produkt erzeugt. Auch beim Bauen oder Umbauen von Fertigungsanlagen wird jede Anlage unter Verwendung von 3D CAD-Werkzeugen gestaltet, und daher werden 3D CAD-Daten für die verschiedenen Bauelemente erzeugt, aus denen die Anlage besteht.
Unterdessen werden Betriebsanleitungen erstellt, welche die Funktionsweise und die Wartungsprozeduren der Anlage beschreiben. Jedoch sind diese auf Papier gedruckten Bedienungsanleitungen für Bedienpersonen nicht hilfreich genug, um die Prozeduren zu verstehen. Sogar ein mit einer Videokamera aufgenommenes Bewegtbild der Bedienprozeduren unterstützt die Bedienpersonen nicht ausreichend, um die Arbeitsprozeduren zu verstehen, da Bedienpersonen, weitere Maschinen und Vorrichtungen, und Bauteile von diesen im Bild die Sicht blockieren, oder da Betrachter das Innere nicht sehen können.
Andererseits können Animationsbilder eine gute Erläuterung liefern, die durch Betrachter leicht verständlich ist. Jedoch erfordert eine Erstellung animierter Bilder einen enormen Arbeitsaufwand, und es ist schwierig, genaue Formen mit den animierten Bildern auszudrücken.
Unter Verwendung der 3D CAD-Daten und durch Umwandeln von diesen, um sie in Animationsanwendungssoftware zu importieren, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, kann ohne weiteres eine genaue Form in der Animation erstellt werden. Weiter kann eine derartige Animation auf einem Notebook-Einzelplatzrechner durch Löschen unnötiger Daten und Erstellen einer zweidimensionalen Animation betrachtet werden. Innenliegende Bauelemente können in der Animation dadurch sichtbar gemacht werden, dass diese als transparent festgelegt werden, so dass Bedienprozeduren präsentiert werden können, ohne dass irgendwelche Bedienpersonen und dergleichen die Sicht blockieren, und somit von den Betrachtern problemlos verstanden werden.
Eine derartige Erläuterung mit Animation beseitigt im Wesentlichen die Notwendigkeit, dass eine geschriebene oder gesprochene Beschreibung vorhanden sein muss, und daher können Bedienprozeduren bei Fabriken in verschiedenen Ländern, in denen mehrere Sprachen gesprochen werden, ohne Weiteres erläutert werden.
Eine derartige Erläuterung von Bedienprozeduren mit animierten Bildern kann es auch einem jeden ermöglichen, problemlos eine Fehlerbehebungsoperation durchzuführen, wenn eine Störung in der Anlage auftritt. Weiter besteht keine Notwendigkeit, Daten für alle Wiederherstellungsoperationen in der Fabrik zu speichern, da diese durch E-Mail übertragen werden können oder durch Zugreifen auf einen Host-Rechner von einem Endgerät in der Fabrik aus beschafft werden können.
Das zuvor beschriebene animierte Bild wird vorzugsweise verwendet, um eine Präsentation verschiedener Vorrichtungen zu liefern. Das unter Verwendung von 3D CAD-Daten erstellte Animationsbild ist in Bezug auf Größe und dergleichen äußerst genau und kann somit für eine Präsentation verwendet werden, um eine Vielfalt von Bewegungen der tatsächlichen Vorrichtung zu simulieren. Daher können Geschäftspersonen, welche die Vorrichtung verkaufen, die animierte Bilddatei mitführen und die Datei Kunden unter Verwendung eines Notebook-Einzelplatzrechner s oder dergleichen zeigen, wodurch eine eindeutig und leicht verständliche Erläuterung der Vorrichtung präsentiert wird.
Vorzugsweise ist das zuvor beschriebene Produkt eine Fabrikationsanlage, und das zuvor beschriebene Bauelement ist die Vorrichtung, aus der die Anlage aufgebaut ist. Das erstellte Animationsbild wird vorzugsweise verwendet, um eine Präsentation der Fertigungsanlage zu liefern.
Herkömmliche Miniaturmodelle werden zwar erstellt, um eine Anordnung von Fabrikationsanlagen zu planen, es ist jedoch schwierig, sich eine Bewegung von Vorrichtungen und Leuten mit derartigen Modellen vorzustellen. Im Gegensatz dazu können unter Verwendung einer Animation Bewegungen der Vorrichtungen und von Leuten problemlos simuliert werden.
Zwar ist ein Ausdrücken von Elementen in genauen Gestalten schwierig, wenn animierte Bilddaten mit einer Animation "von Null beginnend" erzeugt werden müssen, jedoch kann jedes Element in seiner genauen Gestalt dadurch ausgedrückt werden, dass die mit CAD erzeugten Daten in Animationsanwendungssoftware importiert werden.
Es ist ebenfalls zu bevorzugen, Daten für Bewegtbilder von Menschen unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware hinzuzufügen, um dadurch Bewegungen von Menschen ohne Weiteres zu simulieren.
Die Erfindung stellt auch ein Medium bereit, auf dem die wie zuvor beschrieben erstellten Dateien gespeichert werden. Das Medium kann in beliebiger Form vorliegen, sofern Daten auf diesem gespeichert werden können, einschließlich einer CD-ROM und einer Floppy-Disk. Daten können auch über eine Kommunikationsverbindung bereitgestellt werden.
Zwar werden hier die 3D CAD-Modelldaten im STL-Format ausgegeben, in eine Datei im DXF-Format konvertiert und dann in eine Animationsanwen dungssoftware importiert, jedoch ist es nicht erforderlich, dass die Daten in die Software importiert werden, und diese können in anderen Formaten bereitgestellt werden.
Gemäß der Erfindung kann, wie zuvor beschrieben, eine Animation zum Beschreiben einer Bedienung/Funktionsweise und dergleichen erstellt werden, und Bauteile können in effizienter Weise als transparent oder mit unterschiedlichen Farben coloriert festgelegt werden, und zwar unter Verwendung von 3D CAD-Werkzeugen und Animationsanwendungssoftware.

Claims

Verfahren zum Erstellen von Animationsbilddateien, das folgende Schritte umfasst: Erzeugen einzelner dreidimensionaler Modelle von Komponenten eines gegebenen Gerätes unter Verwendung eines dreidimensionalen CAD-Systems (S11) und Kombinieren mehrerer erzeugter dreidimensionaler Komponentenmodelle zu einer Gruppe dreidimensionaler Komponentenmodelle des gegebenen Gerätes, Umwandeln der so erhaltenen Gruppe dreidimensionaler Komponentenmodelle des gegebenen Gerätes in ein Format, das in die Animationsanwendungssoftware importierbar ist (S12), und Importieren der umgewandelten Daten in die Animationsanwendungssoftware derart, dass die Gestalt eines Produktes unter Verwendung der Animationsanwendungssoftware (S13) mit zweidimensionaler Animation angezeigt werden kann, und Kolorieren der Komponenten, gekennzeichnet durch Kolorieren der Komponenten unter Verwendung einer Funktion der Animationsanwendungssoftware und Festlegen der Transparenz einer gewünschten Komponente derart, dass eine innen liegende Komponente auf einem Display sichtbar wird, durch Festlegen des Transparenzgrades zusammen mit einer Zeit für jede Komponente, so dass ein Transparenzgrad im Verhältnis zu einer Zeitvorgabe für die Animation verändert werden kann (22).
Verfahren nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer dünnen Farbfilmkomponente (44), die die Form einer Teiloberfläche (42) einer gewünschten Komponente (40) ausfüllt, und Festlegen einer bestimmten Farbe der Farbfilmkomponente, um die Teiloberfläche der Komponente zu kolorieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Teiloberfläche (42) einer Komponente eben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfasst: Erstellen eines Bildes für jede Komponente unter Verwendung einer Funktion von Animationsanwendungssoftware, Kombinieren der Komponenten zu einzelnen Gruppen von Komponenten (30, 32), die transparent dargestellt werden und nicht transparent dargestellt werden sollen, und Anzeigen von Bildern beider Gruppen von Komponenten in überlappender Weise, so dass innen liegende Komponenten auf einem Display sichtbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das erzeugte Animationsbild verwendet wird, um Montage- und Demontagevorgänge zur Wartung des gegebenen Gerätes zu beschreiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Animationsbild zur Darstellung des gegebenen Gerätes verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das gegebene Gerät eine betriebliche Anlage ist, die Komponente das Gerät ist, das die Anlage bildet, und das erstellte Animationsbild zur Darstellung der betrieblichen Anlage verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Bild menschlicher Bewegung unter Verwendung der Animationsanwendungssoftware hinzugefügt wird.