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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Animationsbilddateien,
insbesondere zum Anzeigen eines animierten Bildes einer gegebenen Vorrichtung,
die eine Mehrzahl von Bauelementen beinhaltet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiter
wird, wenn die Operation eines Festlegens der Transparenz eines
Bauteils durchgeführt wird,
vorzugsweise ein Transparenzgrad festgelegt.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
ist die zuvor erwähnte
Teiloberfläche
eines Bauelementes eben.
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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.
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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.
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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.
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Das
erzeugte Animationsbild wird verwendet, um Montage- und Demontagevorgänge zur
Wartung der gegebenen Vorrichtung zu beschreiben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
ist ebenfalls zu bevorzugen, Daten für Bewegtbilder von Menschen
unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware hinzuzufügen, um dadurch
Bewegungen von Menschen ohne Weiteres zu simulieren.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung gehen aus
den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung, den Beispielen und Figuren klar hervor.
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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:
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1 ein
Ablaufdiagramm, das den Operationsprozess einer Erstellung einer
Animationsdatei erläutert;
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2A und 2B Illustrationen,
die Beispielanzeigen zur Bauteilmontage zeigen;
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3 eine
Darstellung, die ein Anzeigebeispiel eines Zeitablaufdiagramms für jedes
Bauelement zeigt;
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4A und 4B Darstellungen,
die ein Anzeigebeispiel einer perspektivischen Ansicht einer Baugruppe
zeigen;
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5 eine
Darstellung, die eine Beispielanzeige darstellt, wenn Bauteile bewegt
werden;
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6 eine
Darstellung, die einen Wechsel des Anzeigebildschirms erläutert;
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7 eine
Darstellung, die ein Kolorieren eines Teilfläche eines Bauteils erläutert;
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8 eine
Darstellung, die ein Anzeigebeispiel von sich unabhängig bewegenden
Bauteilelementen darstellt; und
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9 eine
Darstellung, die ein weiteres Anzeigebeispiel einer perspektivischen
Ansicht einer Baugruppe zeigt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung (nachfolgend als "die
Ausführungsform" bezeichnet), wird
nachfolgend basierend auf den Zeichnungen erläutert.
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Ein
Verfahren zur Erstellung von Animationsbilddateien, wie dies bei
dieser Ausführungsform
implementiert ist, wird in der nachfolgenden Prozedur mit Bezug
auf 1 erläutert.
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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.
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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-CADTM-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.
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Animationssoftware
(wie beispielsweise das kommerziell erhältliche LAY DREAM STUDIOTM) 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird ein Ausführen
einer Animation basierend auf der erstellten HTML-Datei erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
derartiges Animationsprogramm kann von Browser-Software, wie beispielsweise
den jederzeit erhältlichen
NetscapeTM- oder INTERNET EXPLORERTM-Browsern ausgeführt werden, die unter einem üblichen
Betriebssystem, wie beispielsweise WINDOWSTM 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
Transparenz braucht nicht für
jedes Bauelement spezifiziert werden, und das nachfolgend beschriebene
Verfahren zum Spezifizieren einer Transparenz ist ebenfalls geeignet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
ist ebenfalls zu bevorzugen, Daten für Bewegtbilder von Menschen
unter Verwendung von Animationsanwendungssoftware hinzuzufügen, um dadurch
Bewegungen von Menschen ohne Weiteres zu simulieren.
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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.
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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.
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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.