WO2020119843A1 - Verfahren zum generieren von geometriedaten eines individualisierten brillengestells - Google Patents

Verfahren zum generieren von geometriedaten eines individualisierten brillengestells Download PDF

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WO2020119843A1
WO2020119843A1 PCT/DE2019/000316 DE2019000316W WO2020119843A1 WO 2020119843 A1 WO2020119843 A1 WO 2020119843A1 DE 2019000316 W DE2019000316 W DE 2019000316W WO 2020119843 A1 WO2020119843 A1 WO 2020119843A1
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WO
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adaptation
polygon model
data
model
polygon
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Application number
PCT/DE2019/000316
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel DZABO
Dominik Kolb
Original Assignee
YOU MAWO GmbH
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C13/00—Assembling; Repairing; Cleaning
    • G02C13/003—Measuring during assembly or fitting of spectacles
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/20—Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2219/00—Indexing scheme for manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T2219/20—Indexing scheme for editing of 3D models
    • G06T2219/2021—Shape modification

Definitions

  • the invention relates to a method for generating geometric data of an individualized object, in particular for further processing into manufacturing data for the manufacture of the object. It also relates to a computer program and a storage medium.
  • Spectacle frames made to measure and for the manufacture of such objects by additive manufacturing processes are known in principle.
  • US 9,810,927 B1 (3-D Frame Solutions) describes a method for generating a product specification for an adapted spectacle frame.
  • a library with fully parameterized standard models is accessed.
  • the models can be adapted using adaptation values, which include biometric data of the future carrier.
  • the product specification for manufacturing e.g. B. generated using a 3D printer.
  • FR 3 044 430 B1 discloses a method for producing an eyeglass frame with flat nose pads. First of all, spatial data of the face of the future wearer are recorded, a three-dimensional model of the spectacle frame is generated on this basis, and finally the frame is manufactured using an additive manufacturing process. When creating the three-dimensional model This is compared with a three-dimensional model of the face so that flattenings can be created as nose pads at the correct location.
  • US 9,470,91 B2 (Bespoke, Inc.) relates to systems and methods for the production of customized products.
  • an anatomical model of the user is first created based on a scan and / or measurement data.
  • a computer provides an adaptable product model and enables the preview as well as automatic or user-controlled adaptation of the product model.
  • the model can finally be sent to a manufacturer.
  • the product model can be represented by a surface grid or a solid-state model which has elements or features which, for. B. polygons, curved elements or the like.
  • US 2015/0127132 A1 (West Coast Vision Labs Inc.) describes a system and a method for producing customized eyeglass frames, the geometry generated being usable for modeling, manufacturing and printing.
  • a template with predetermined dimensions is assumed. These can then be adapted based on multidimensional data of the wearer's head and several identified orientation points of this data.
  • the geometry is represented by a polygon model. The adaptation is done through a morphing process.
  • the design of the eyeglass frame is essentially known at the beginning of the process.
  • the adjustments made concern the fit of the glasses on the wearer's head.
  • US 2017/0038767 A 1 (Materiaiise NV) relates to the adaptation of the geometry of objects, e.g. B. glasses frames or wristwatches, which are produced by means of 3d printing techniques.
  • the adaptation by the users takes place within the limits specified by the manufacturers. The limits can in particular differ Factors arise that affect the printability of an adapted geometry.
  • the adjustment tools are adapted to the object to be manufactured. For this purpose, customizable zones are defined as part of the basic model and graphic operating elements (e.g. sliding bars) are assigned for the corresponding adjustments. As part of the design of a basic model, the corresponding adjustment options are defined. In addition to the actual product design, the designer must always identify and implement the possible adjustments. This generates additional workload and requires additional knowledge and skills or the involvement of a specialist if more complex adjustments are to be made possible.
  • the object of the invention is to create a method belonging to the technical field mentioned at the beginning for generating geometric data of an individualized object, which enables the simple creation of new, flexibly parametrically adaptable designs of the individualized object.
  • the method for generating geometric data of an individualized object comprises the following steps:
  • the polygon model comprising a network formed from network elements, the network elements being discrete points,
  • edges and surfaces that represent a geometric initial shape of the object; wherein the polygon model comprises local attributes which are assigned to at least some of the network elements and relate to at least one belonging to one of several adaptation groups or parameters for a deformation process;
  • fitting tools are defined in such a way that when they are applied to the network, a topology of the network is retained and that when they are used, the local attributes of the network elements of the area are evaluated in order to determine a measure of local deformation; and c) fitting the polygon model using the fitting tools.
  • the process is a computer-aided or computer-implemented process, which is carried out by appropriate software on suitable computers and machines.
  • the invention accordingly comprises a computer program which is adapted such that it carries out the method according to the invention, and a (non-volatile) storage medium comprising such a computer program.
  • the computer program can comprise several modules, which are executed on different devices, which are geographically spaced from one another and are connected to one another via a data network.
  • the polygon model represents the geometry of a physical product, especially with regard to its manufacture after customization (customization), e.g. B. by automated manufacturing processes (additive manufacturing, subtractive manufacturing).
  • customization e.g. B. by automated manufacturing processes (additive manufacturing, subtractive manufacturing).
  • adapted polygon model can also form the basis for semi-automated or manual manufacturing processes.
  • the object is represented by a network of polygons formed from network elements.
  • these elements can represent the polygon model or they can be derived directly and clearly from the stored data.
  • Basic information such as position, orientation and neighboring elements are assigned to each individual element.
  • At least some of the network elements are also assigned additional data fields which relate to at least one of several adaptation groups or parameters for a deformation process. There may thus be network elements which are not local Attributes are assigned as well as those to which at least one local attribute is assigned.
  • the assigned attribute can belong to at least one of several adaptation groups, parameters for a deformation process or other attributes.
  • a network element can be provided with attributes for belonging as well as for the deformation process.
  • a plurality of network elements are preferably provided with attributes for belonging and several network elements with attributes for the deformation process, some of these network elements being assigned both attributes.
  • the polygon model thus defines - including attributes - a parametric shape of the object whose geometry data are to be generated.
  • Polygon models are known in particular from 3D computer graphics, such as those used for. B. is used in the context of computer game software for real-time creation of animated graphics. Hardware components that specifically support corresponding processing steps are commercially available (e.g. corresponding graphics chips).
  • Model parameters are set to specified values.
  • adjustment steps are carried out from a set of predefined adjustment tools.
  • defined functions which calculate the deformation of the polygon model for a desired parameter change, correspond to the several adaptation tools provided in the set and the adaptation steps carried out therewith.
  • the changes in the polygon model and thus the object geometry caused by the adjustment tools are constant.
  • the parameters of the adaptation tools can preferably be set as precisely as desired and not only in discrete steps.
  • the topology of the mesh is matched to the subsequent procedures that change the mesh, especially the deformations that are caused by the fitting tools.
  • the adjustment tools that act on certain areas of the object expect them to have a certain polygon topology structure.
  • the position of the elements of the mesh is read, deformed by the function and then saved again.
  • the attributes stored for each mesh element are included to calculate the respective deformation.
  • the combination of a polygon model with local attributes and predefined adaptation tools enables a completely automated and data-controlled assignment of the relation of model areas or elements to deformation procedures. This means that in addition to the definition of the adaptation tools and certain local attributes, there is no explicit definition of the
  • model parameters are adjusted proportionally to one another - unless a change in the overall shape is to be brought about specifically - in order to best preserve the overall shape of the object.
  • Topology of a polygon model is understood here to mean the number and mutual arrangement of the elements of the polygon network (nodes, edges and surfaces).
  • the polygon model is only deformed, no elements are added or removed. Accordingly, only the position data of the elements of the polygon mesh have to be adjusted. This considerably reduces the computational effort for the adjustment and enables adjustment in real time.
  • Structures of the object e.g. receiving openings, connecting elements, etc.
  • structures of the object often have a precisely predetermined geometry, so that these elements are adapted makes little sense anyway in the context of the adjustment process. This would mean that the geometry of the structures would be incorporated into the adaptation process as a fixed default or that further adjustments would be necessary after the actual adaptation process in order to ensure the correct geometry of the structures for the interaction. It is therefore easier and more efficient to do this
  • the method according to the invention is suitable for generating geometry data of different individualized objects, e.g. B. glasses, hearing aid cases, shoes, wristwatches, insoles, prostheses, orthoses, etc.
  • a polygon model on the one hand and a set of predefined adaptation tools, on the other hand, enables a platform solution in which basic models for certain object types can be provided as part of a design component. These each include a polygon model and the associated set of predefined fitting tools.
  • a designer can create a product design based on a selected basic model without having to worry about the adaptation tools. Thanks to the assigned, unchanged adaptation tools, the result is automatically available as a parametrically adaptable object and can therefore be used in an adaptation component of the platform for individual adaptation without further measures.
  • Once a basic model has been defined with the associated adaptation tools, it can be used for a large number of designs of a certain object type. Designers can independently create parametrically changeable product designs within the scope of the method according to the invention.
  • the geometry data can be processed further into production data for the production of the object.
  • the production data define the geometry of the individualized object in accordance with the result of the adaptation process and, if appropriate, of further elements of a product which comprises the object, in particular those further elements which can be produced automatically.
  • the manufacturing data are intended in particular for the subsequent additive manufacturing.
  • the manufacturing data also include data that are intended for different manufacturing processes (e.g. CNC milling, grinding, etc.).
  • Additive manufacturing (3D printing, e.g. laser sintering) enables the automated production of moldings from different materials and, if necessary, with complex shapes.
  • Devices for additive manufacturing are available in various price and quality classes and can be operated decentrally. Prerequisites for their function are essentially access to the required manufacturing data and the provision of the required raw materials.
  • the manufacturing data can also include further data for other manufacturing steps. Only a subset of the manufacturing data is therefore required for additive manufacturing.
  • the system can obtain data in industry-typical formats for storing polygon networks such as STL, OBJ or PLY from the polygon model and / or refined polygon models derived from it.
  • the system can also advantageously generate and export spline curves and surfaces from the polygon model and / or refined polygon models derived therefrom, which are suitable for production systems that require such representation models for objects.
  • instruction data sets for producing the 3D model e.g. B. machine-specific G-code for the control of 3D printers or milling.
  • the various export options make it possible to manufacture individualized objects in different materials that require different production processes and therefore different data exchange formats.
  • the manufacturing dates are digitally forwarded to the hardware that produces the object for the production process, in particular via a computer network (WAN or LAN).
  • the system has interfaces to save the production data generated in a customer portal or to transmit it directly to the manufacturing partner via a corresponding program interface.
  • system can automatically output dimensioned technical drawings that document the adjustment process and support the production process.
  • the manufacturing data are based on the fully adapted polygon model. Are they used as part of an interactive process to issue a physical prototype, e.g. B. for trying on by the end customer, they can be based on a partially adapted polygon model.
  • the following steps are preferably carried out to provide the polygon model: a 1) Providing a basic polygon model for an object type of the individualized object, at least some network elements of the
  • Polygon basic model are assigned local attributes that indicate belonging to one of several adaptation groups; a2) Provision of the set of predefined adaptation tools assigned to the basic polygon model for deforming the polygon model derived from the basic polygon model, the adaptation tools being adapted to the object type and at least some of the adaptation tools evaluating the local attributes when used, which indicate the affiliation to the adaptation groups ; a3) Modeling the basic polygon model in order to obtain the polygon model, wherein a topology of the basic polygon model remains unchanged, the local attributes being changed as necessary, while maintaining a set and definition of the several adaptation groups. In this way, the polygon model can be obtained, which forms the starting point for the subsequent adaptation steps for generating the geometry data of the individualized object.
  • the basic polygon model represents a general template (template, blueprint), which has the basic topology of the object type.
  • template blueprint
  • a possible polygon basic model for the "glasses frame” type of object has elements which represent two glass receptacles, a web connecting them and cheeks arranged on the outside of the glass receptacles for fastening hinges for eyeglass temples.
  • a different basic model is provided for glasses with a double bridge.
  • the mesh on which the basic polygon model is based is optimized in such a way that it comprises a sufficient number but not unnecessary points, edges and surfaces to represent the conceivable geometries of the object according to the object type and to cover all required deformations.
  • Network elements of the basic polygon model are already assigned local attributes. These are at least partially also initialized with input values, e.g. B. with semantic assignments, especially to adaptation groups.
  • the local attributes thus indicate, for example, to which functional component of an object certain sub-areas of the geometry belong. This information can later be used in the adaptation, e.g. B. to - as described in more detail below - to limit the impact of certain adjustment tools on predetermined components of the object.
  • the aesthetic shaping or the adaptation to the individualization of the object follows only in the later step of modeling, after the provision of the adaptation tools.
  • object type glasses, implant, orthosis, prosthesis, shoe, etc.
  • very few basic polygon models and associated sets of adjustment tools are required.
  • the modeling can be done with common design tools and can be carried out, for example, by a specialist (designer).
  • the design tools include, for example, procedures for automatically smoothing, distributing and aligning the existing polygon topology.
  • tools can be made available within the scope of the method according to the invention which are tailored to the needs of the object type. These can be based on tools from the set of predefined fitting tools, or can be provided specifically for modeling. In general, there are more degrees of freedom in modeling than in the subsequent adjustment to individualize the object.
  • Modeling is intended to create an aesthetically appealing and ergonomically advantageous shape. This step enables a large number of product designs to be derived from a single basic polygon model.
  • the assignments of the network elements of the basic model to adaptation groups and any other local attributes can usually be retained. They can also be taken into account in the modeling process if, for example, B. only an area of the three-dimensional shape is to be adapted.
  • local attributes can also be adapted or other network elements can be provided with local attributes. For example, a desired rounding of an edge can be changed as part of the modeling if a rounder or more angular shape is desired.
  • the changeability of the local attributes and the types of the attributes that can be added are defined in such a way that the adaptation tools assigned to the basic polygon model can work with the polygon models that are generated during the modeling process. H. interpret all attributes correctly and take them into account when applying them to the polygon model. As a rule, the same set of adjustment tools can be applied to every polygon model that results from the same basic polygon model. The designer does not have to worry about the adjustment tools, but can focus on the actual design process.
  • the designer works on the polygon mesh of the basic polygon model. If the possibility of a Given a virtual preview, this can also be used during modeling so that the designer can check the result of all adjustments that are made later in the course of the further process steps. In this way, he can easily ensure that the adapted polygon models also meet his design and functional ideas.
  • the modeling process does not necessarily have to be based on a basic polygon model, it can also be based on a polygon model that has already been modeled, because the topology of this polygon model corresponds to that of the basic polygon model, the adjustment tools are the same, and there are no irreversible transformations in the context of modeling.
  • the adjustment of the polygon model can be done fully automatically, based on input data. Based on the current polygon model (including local and global attributes) and the input data mentioned, the adaptation tools are therefore applied to the polygon model fully automatically, so that an adapted polygon model results.
  • the individual adaptation of the geometry of an object can take place at any time, regardless of the availability of expert personnel. If the combination of adaptation of the polygon model and preparation of image data can be done in a few seconds or faster, so to speak in real time, a virtual try-on is required during the adaptation process up to the definition of the perfectly fitting geometry, e.g. B. possible based on the feedback from the future user or carrier.
  • Process steps that require the aesthetic evaluation by a user are therefore preferably semi-automated in that the user provides inputs and makes decisions, which, however, are supported and partially automated by the computing means as well as possible.
  • the input data preferably comprise processing data which are obtained from geometric information relating to a counterpart of the object. This enables a fully or partially automatic adaptation of the object geometry with regard to an aesthetic appearance of the combination of the object and the counterpart and / or with regard to a good fit of the object, that is to say the best possible ergonomics.
  • the geometry information is obtained in particular from a three-dimensional image of a body region of a person.
  • a three-dimensional image of a body region of a person For example, an image of the head of the person is used when adapting an eyeglass frame, an image of the ear region when adapting a hearing device housing and an image of the person's feet when adapting shoes.
  • a three-dimensional image of the body region means an accurate image of the corresponding surface, including depth information.
  • the three-dimensional image can be captured directly by using an imaging technology that can directly capture the three-dimensional shape.
  • the detection can also be done indirectly, e.g. B. by appropriately offsetting several two-dimensional images from different perspectives.
  • the detection can also consist of receiving raw data for generating the three-dimensional image or data already obtained or prepared three-dimensionally from an external source via a suitable interface.
  • Suitable technologies for obtaining three-dimensional images are known in principle. For example, runtime-based systems (TOF cameras), stereoscopic systems or triangulation or interferometric systems exist for direct acquisition. Light field cameras can also be used. The indirect calculation can be based on raw data from common (digital) cameras.
  • TOF cameras runtime-based systems
  • stereoscopic systems or triangulation or interferometric systems exist for direct acquisition.
  • Light field cameras can also be used.
  • the indirect calculation can be based on raw data from common (digital) cameras.
  • images of the same region can be captured and processed, e.g. B. multiple frames of a video recording. This increases the precision that can be achieved.
  • images can also be recorded which show different facial expressions - to ensure that the individualized object (e.g. glasses) fits in different situations and looks aesthetic. If a foot is detected, it can be detected in various positions of the foot (flat, on ten tips, etc.) in order to obtain additional physiological information with regard to the fitting of a shoe.
  • a plurality of orientation points on the body region of the person are preferably identified and their position is stored.
  • the orientation points are identified on the basis of the image, after identification they are transferred to the three-dimensional polygon model, marked and saved.
  • the body region of the person is thereby measured, and features relevant for the adaptation of the object are made available for the further automated processing of the data. They are used in particular for automatic positioning and orientation of the three-dimensional image and the subsequent automated adaptation of the polygon model.
  • program libraries or SDKs software development kits
  • the processing data are preferably obtained from the geometry information using a process based on machine learning.
  • Such processes machine learning, ML
  • ML machine learning
  • the automatic processing e.g. classification
  • the quality of processing is continuously increased.
  • the use of the ML process allows the iterations required to be continuously reduced until the polygon model represents the object geometry desired by the user.
  • the ML process can be used on the one hand to recommend an initial design that fits the physiognomy of the future wearer, and on the other hand to automatically adapt the shape and positioning of the polygon model to the physiognomy during the subsequent modeling, e.g. B. based on the identified landmarks.
  • Suitable ML algorithms are based, for example, on Support Vector Machines (SVM) or artificial neural networks.
  • SVM Support Vector Machines
  • ML processes based on supervised learning are likely to be used.
  • the ML process is advantageously based on a large number of training data from three-dimensional images of a large number of people and associated, adapted polygon models.
  • the data required for the application of the corresponding ML process are thus obtained from the three-dimensional images of the first data (e.g. the orientation points) (and possibly second data, if available and useful) and the polygon models ultimately generated, i.e. H. the model parameter values which represent these adapted models.
  • Other data sources are possible - for example, available photographs that show the counterpart of the object together with the object (e.g. the face of people with glasses on) and in which the object geometry of people or a suitable algorithm is judged to match the counterpart , are used as training data. It is also possible to use "negative" training data, which represent poor adaptation of an object.
  • the initial training data are preferably based on a manual or semi-automatic adaptation of objects of the corresponding object type, e.g. B. in the context of a computer-aided adjustment process with a virtual try-on, but the adjustment of the model was carried out manually by an operator. Only the parameters of accepted models are used for training the ML algorithm. If there is a sufficient number of assignments between 3D images and accepted polygon models (e.g. at least 100, preferably at least 500), the trained ML algorithm can already significantly improve the adaptation process. Under certain circumstances, it is then even possible to carry out the adaptation without feedback on the content of the user as part of a virtual try-on, i.e. without the output of image data from an overlay of the adapted and refined polygon model with a view of the counterpart, because there is a sufficiently high level of certainty that the fully automatically adjusted object fits perfectly.
  • a sufficient number of assignments between 3D images and accepted polygon models e.g. at least 100, preferably at least 500
  • the machine learning process is furthermore advantageously based on property data of the person, in particular an age, a gender, an ethnic origin and / or preference details of the person. Based on this, the person can be assigned to a target group. From the training data it is known which preferences in relation to the individualized object and, if necessary, the adaptation the corresponding target group has. Accordingly, the selection of the basic model and / or the automated adaptation of the polygon model can be adapted according to these preferences.
  • Belonging to the adaptation group can in particular indicate belonging to a spatial area of the polygon model, that is to say to a three-dimensional area.
  • Adaptation tools can make deformation of network elements dependent, in particular, on whether they are assigned to this spatial area. For example, an adaptation tool can selectively influence only those network elements that belong to a specific aesthetic and / or functional subunit of the object.
  • the set of predefined adaptation tools advantageously comprises at least one local adaptation tool, the application of which to the polygon model only influences a local area of the model and leaves all areas outside of this local area unaffected.
  • a local adjustment tool affects in particular only a specific element of the object.
  • the localization of the adjustment tools can be achieved by assigning the elements of the polygon network to belonging to one or more groups.
  • the groups can be assigned as a binary bit field (0: not part of the group; 1: part of the group) to every element of the mesh.
  • the groups thus serve as masks in order to limit the deformations to certain regions of the mesh in the adaptation process.
  • Belonging to the adaptation group can in particular indicate belonging to a guide curve of the polygon model, that is to say to a two-dimensional (connected) line.
  • Such guidance curves place conditions on the adjustment steps carried out in the course of the adjustment process with the appropriate adjustment tools, for example the curvature or the position of an inflection point of the guidance curve should (largely) be retained within the scope of such an adjustment.
  • the adaptation tools are preferably predefined and are used in such a way that predetermined guide curves of the model are retained as best as possible. As a result, the transition to the surrounding areas of the modeled object is always automatically adapted as part of each local deformation.
  • the guidance curves can also be used as part of a user guidance: For example, a user can influence the geometry represented by the polygon model by specifically influencing parameters such as curvatures or positions of turning points or other reference points along a guidance curve. It may also be possible to display two-dimensional projections on levels in which the main curves run. Correspondingly, changes can be made to the geometry in the context of the representation of such projections. Similarly, guide curves can also be used for the automatic adaptation of the polygon model.
  • Guide curves can also be used if the polygon model is to be refined by doing this fully automatically so that the refined polygon model follows the guide curve of the starting polygon model.
  • Fine adjustment is carried out in particular after the geometry of the object has been adapted as part of the adaptation process. It is based in particular on knowledge of the properties of the algorithms used for the subdivision steps. Remaining degrees of freedom, in particular with regard to the positioning of the polygon nodes, can be used to select positions within the framework of the polygon model that lead to an advantageous local geometry of the polygon mesh in the subsequent subdivision.
  • Belonging to the adaptation group can in particular also show a reference point of the polygon model.
  • Such reference points can be assigned fixed positions, for example, or they correspond to known positions of the counterpart to which the geometry of the object is to be adapted.
  • Such reference points also impose conditions on the adaptation steps carried out as part of the adaptation process using the appropriate adaptation tools, for example the position of a reference point should remain unchanged.
  • the parameter for the deformation process can in particular indicate a radius for an edge rounding or a deformation weight.
  • the corresponding values are taken into account by the adaptation tools when defining the deformations to be carried out.
  • At least one of the adaptation tools can thus determine a degree of deformation.
  • the extent can be determined absolutely or relative to other variables, or lower and / or upper limits for the deformation are derived.
  • Several local and / or global attributes can be used to define the extent of the deformation for each network element. If necessary, local attributes are also used which are assigned to other network elements (e.g. in the vicinity of the network element directly affected). However, a definition of is preferred local attributes and the adaptation tools such that, in addition to the global attributes, only the local attributes assigned to the network element concerned have to be included.
  • the at least one adaptation tool limits a maximum deformation for network elements which belong to a guide curve of the polygon model or form a reference point of the polygon model.
  • the restriction means that the permissible deformation is in particular smaller than for other network elements in the area.
  • the limitation can be relative (compared to other deformations) or absolute. It can also make certain adjustments to affected network elements entirely impossible, as mentioned above in connection with reference points.
  • the local attributes which are assigned to a network element of the polygon model, can advantageously indicate the affiliation to several adaptation groups, in particular the affiliation to several spatial areas of the polygon model.
  • the local attributes can indicate the affiliation to several adaptation groups of the same class (e.g. guide curve or spatial area).
  • z. B. enables areas to overlap and intersect guiding curves, which increases the flexibility with regard to the possible specifications for the geometry and enables the definition of different affiliations for different adaptation tools.
  • the definition and combination of overlapping adaptation groups creates relationships between the individual sub-areas of an object. These are used in the data-controlled, automated adaptation of all areas of the object, in that the adaptation tools automatically take into account the interaction of influencing areas of the polygon network in the deformation calculations during the deformation.
  • an adaptation tool for a network element that belongs to several adaptation groups determines a first partial deformation due to belonging to a first of the adaptation groups and a second partial formation due to belonging to a second of the adaptation groups, and a deformation applied to the network element becomes from the first Partial deformation and the second partial deformation derived.
  • a Adaptation tool which acts on several adaptation groups, also performs the desired deformation in overlapping areas.
  • the derivation can be carried out in different ways, so the deformations can be carried out in the manner of a convolution (if necessary with a predetermined order) or the deformation represents an average of the two partial deformations.
  • the adaptation steps are preferably carried out using the adaptation tools from the set of predefined adaptation tools according to predefined rules and with predefined priorities.
  • the predetermined priorities result from a predetermined sequence and / or are determined by a predetermined decision scheme depending on input parameters.
  • the method according to the invention for generating geometric data of an individualized object can be used in particular in a method for generating production data for an individualized object for a person, which comprises the following steps: a) acquiring at least one three-dimensional image of a body region of a person; b) generating input data from the three-dimensional image; c) providing the polygon model and the set of predefined fitting tools according to the method according to the invention; d) adapting the polygon model based on the input data; e) outputting image data of an overlay of the adapted polygon model with a view of the body region of the person; and f) outputting the production data generated from the adapted polygon model.
  • a system for generating production data for producing an individualized object for a person accordingly preferably comprises a) a camera for taking one or more images of a body region of the person; b) a first processing module for generating a three-dimensional image of the body region from the one or more images;
  • a second processing module for generating input data from the three-dimensional image
  • a modeling module for providing a polygon model for the object to be manufactured
  • an adaptation module for automatically generating adaptation data for the modeling module on the basis of the input data
  • an image output module for outputting image data of an overlay of the model with the one or more images of the body region of the person
  • an output device for receiving and displaying the output image data
  • a third processing module for generating manufacturing data from the polygon model
  • the camera can be a still or video camera, the term "camera” including all conceivable image capture devices.
  • the camera is part of a mobile device (e.g. smartphones or tablets). It preferably has the ability to directly capture three-dimensional images, e.g. B. based on integrated infrared sensors for depth measurement. This means that there is no need for dedicated additional recording devices; the customer or a service provider can use an existing device or one that is commercially available without further and relatively inexpensive.
  • the edges of the object can be rounded after adaptation. The rounding takes place depending on the angle of the adjacent surfaces of the edges to be rounded.
  • the polygon model is then positioned appropriately in relation to the image or images of the body region.
  • the output of the image data can directly include the display on an output device, but as a rule the image data (in a form suitable for immediate output or as precursor data that can be further processed to image data) are transmitted to a terminal device arranged at a distance and displayed there. This transmission takes place in particular via a computer network (WAN or LAN).
  • the images can ultimately be output statically or in motion (video overlay).
  • Steps d) and e) of the method and the manual input of data are preferably carried out in a cycle until the user accepts the current model and releases it for production.
  • the manufacturing data are then generated.
  • the cycle can include other steps. In this way, a sample of the item can be produced and tried on. Depending on the result of the try-on, this can in turn result in second data which are incorporated into the further adjustment.
  • the adaptation process can in particular be carried out fully automatically, as a result of which the configuration and ordering of an individualized object can take place at any time, regardless of the availability of skilled personnel. Because the combination of parameter adjustment and preparation of the image data can take place in a few seconds or faster, i.e. in real time, so to speak, the virtual try-on during the ordering process and the execution of several iterations up to the definition of the perfectly matching item are based on the feedback from the future wearer or user, easily possible.
  • the method according to the invention can be completely supported by the customer on state-of-the-art devices such as smartphones or tablets, wherein a specific app or a web-based application in the browser can be used.
  • the method according to the invention is preferably controlled and the system according to the invention is so blanked out that the following steps can take place in a fully automated manner and do not require any manual actions on the part of the service provider:
  • a system for producing an individualized object for a person preferably comprises the described system for generating production data and a first device for additively producing the at least one element of the object to be produced using the output production data.
  • the polygon model is preferably provided and adapted with a first density of a polygon mesh.
  • the polygon model is then transformed by at least a first subdivision step into a first refined polygon model with a second density of the polygon mesh, the second density being higher than the first density, and for outputting the production data, the polygon model is then transformed by at least a second Subdivision step transformed into a second refined polygon model with a third density of the polygon mesh, the third density being equal to or higher than the second density.
  • the image data for output are thus generated from the original, partially or completely adapted polygon model, preferably in real time, i.e. H. so that adjustments made are updated without any additional request from the user and without any noticeable delay in the display of the individualized object with the view of the body region of the person.
  • the system preferably comprises a transformation module for transforming the polygon model into a first refined polygon model with a second density of the polygon mesh, the second density being higher than the first density and for transforming the polygon model into a second refined polygon model having a third density of the mesh, the third density being equal to or higher than the second density.
  • the polygon model is initially provided with the first density.
  • the image output module is then based on the first refined polygon model, the third processing module is based on the second refined polygon model.
  • the manufacturing data encode additive manufacturing using several different materials.
  • the materials can differ from one another in terms of material parameters, colors and / or additives.
  • the different materials can preferably be used in the same additive manufacturing process. This enables the production of homogeneous objects "from a single source” that have heterogeneous material properties. This makes it possible, for example, to implement hinge solutions not only on a geometric basis, but also through material distribution in the object. The possibilities of multi-material printing can be taken into account when parameterizing the object during the adaptation process.
  • an assignment step is preferably carried out automatically in order to assign different materials to different areas of the object to be produced.
  • This enables a fully automatic and efficient generation of the manufacturing data.
  • Information about a different materialization and / or about different manufacturing processes can be obtained solely through the assignment step, or they are already coded in whole or in part in the local attributes of the polygon model.
  • the method advantageously includes the further step of manually entering further input data, these further input data being used when adapting the polygon model.
  • Such manual entries can be made, for example, directly from the future wearer or user of the individualized item or from a consulting service provider or a specialist (e.g. an optician, a hearing aid mechanic, a shoemaker, etc.) who is with the person or live with them communicates (e.g. via a video chat).
  • the manually entered further input data relate, for example, to preferences (fashion style, color, material, price range) in relation to the item to be manufactured or to additional information which is required for generating the manufacturing data.
  • Additional input data can also be based on the fact that certain dimensions of the body region are first determined using special instruments. Core parameters can then be obtained from this. This detection represents an alternative to the extraction from the processing data. However, the dimensions can also be used to calibrate the recorded 3D image or the processing data generated therefrom, as a result of which the manufacturing precision can be increased considerably.
  • An alternative is the simultaneous image recording of the body region with a reference object (eg a measuring tape). Certain devices and methods are also able to take absolute distance or position measurements without such additional measures.
  • the further input data can preferably be entered after the image data has been output, after which steps d) and e) are dependent on the further input data run again.
  • the future carrier or the consulting service provider (or another person) can thus provide feedback on the current design of the individualized object in accordance with the current polygon model. This can consist of a simple YES / NO answer or several YES / NO answers to various questions, but it can also contain specific influencing parameters - for example, the person entering the item can select and influence elements of the object using a graphical user interface.
  • User interface can provide, for example, that the user can "pull” on elements of the object in order to directly influence their dimensioning and / or shape.
  • sliders can be provided with which the user can influence certain aspects (dimensions, fillets, colors, etc.). From this, input data are generated that correspond to an adaptation of a parameter of the polygon model.
  • second data are recorded manually both before and after the first display.
  • the first entry concerns general preferences and
  • the other entries concern feedback on the current status of the adjustment.
  • another person e.g. on the part of the consulting service provider or the manufacturer
  • the set of predefined adjustment tools preferably comprises several of the adjustment tools described below by way of example: a. an adaptation tool for changing at least one dimension of a nose bridge of the glasses to be produced.
  • Such an adjustment tool can influence one or more of the following properties:
  • Bridge width The width of the nose bridge is increased or decreased.
  • the frame thickness does not change.
  • the total width of the frame front is reduced by the amount of change in the nose bridge, so the overall width of the glasses front remains unchanged.
  • Depth of the nose bridge The depth of the nose bridge is increased or decreased. The remaining thickness of the frame is not changed.
  • Width of the nose bridge in the lower part This can be increased or decreased separately. This changes the angle of the nose pad. The entire width of the nose bridge remains unchanged and the width of the frame front does not change as a result.
  • an adaptation tool for changing at least one overall dimension of the glasses front e.g. the front width and / or front height
  • the shape of the glass opening and thus the shape of the lens adapt accordingly.
  • the width of the nose bridge does not change and the design of the glasses is retained.
  • the depth of the frame can optionally be changed.
  • an adjustment tool for influencing a base curve The base curve relates to the curvature of the lens glass and thus also the geometry of the frame.
  • the base curve corresponds to a projection of the spectacle frame onto spheres with defined ones
  • Radii for the different base curves The center of the sphere that is being projected is positioned in the optical center of the lens.
  • the base curve can be increased or decreased with the adjustment tool.
  • the strength of the frame is retained.
  • the width of the eyeglass frame is also retained since the projection is realized by shearing the shape into the depth of the sphere.
  • an adaptation tool for changing a geometry of a glass groove for receiving a lens glass The glass groove fixes the lens in the frame. Their geometry can be either round or pointed.
  • the groove depth can also be changed.
  • the temple Since the temple is connected to the cheek by a hinge, this results in a change in the angle of the temple relative to the front of the glasses. On the one hand, the angle of the ironing step can be changed. Only the cheek of the glasses frame is changed. The glasses front remains unchanged.
  • the inclination can be increased and decreased.
  • the front of the glasses is rotated around a point on the glasses cheek.
  • the eyeglass temples remain unchanged.
  • the overall shape, height, depth and angle of the nose pad can be changed. All other dimensions of the frame are not affected.
  • the nose pad can also be changed so that there is no more pad on the frame. In this case, holes are provided in the lower area of the nose bridge, which make it possible to attach metal bars with silicone nose pads after production.
  • the length of the bracket can be increased or decreased.
  • the version remains unaffected.
  • the bracket can be bent at the end of the bracket. You can do this with another adjustment tool
  • Position of the bend, the bend angle and the radius of the bend can be influenced.
  • the version remains unaffected.
  • the rounding of the eyeglass frame in the lower frame area from nose bridge to eyeglass cheek can be increased with a further adjustment tool. This is necessary for the stability of certain glasses models.
  • the order of the adjustment tools can be specified, for example, as follows: width of the bridge - depth of the bridge - frame size - width of the bridge in the lower part - modification of the upper, inner part of the glass opening - radius shaped glass - base curve - glass groove - bracket angle - inclination - rounding glasses frame - nose pad - temple length - temple crease. This ensures that the effects of a subsequent adjustment step in the corresponding iteration do not require (renewed) adjustments with an adjustment tool previously used in this iteration, regardless of the adjustments made.
  • the method according to the invention preferably comprises the additional step of defining openings for attaching further elements in the polygon model.
  • these openings are used, for example, for fastening a hinge or the fastening elements of a metal / silicone nose pad.
  • the other elements are advantageously simulated together with the object, so that the adjustment process and the definition of the openings result in correct alignment and positioning of the further elements in the assembled object.
  • Figure 1 is a schematic representation of the process phases of a method according to the invention for generating geometry data and for further processing to manufacturing data and the corresponding data model.
  • 2 shows a schematic representation of an overall system according to the invention for generating geometry and production data and for producing an individualized object;
  • 3 shows a schematic representation of a system according to the invention for the manufacture of custom-made glasses;
  • FIG. 4 shows a flowchart for the schematic representation of the sequence of a method according to the invention for the manufacture of custom-made glasses
  • 5A-F are schematic representations of the orientation points and the definition of the world coordinate system used
  • Spectacle frame 10 is a flowchart of the parameter adjustment process; Fig. 1 1-20 representations of the glasses frame to explain the parameter adjustment functions; and
  • Polygon mesh in a refined polygon mesh for the display and a refined and further processed polygon mesh for the additive manufacturing.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the process phases of a process according to the invention for generating geometry data and for further processing to manufacturing data and the corresponding data model.
  • FIG. 2 is a schematic illustration of an overall system according to the invention for generating geometry and production data and for producing an individualized object.
  • a basic polygon model 61 which corresponds to the object type of the individualized object to be produced, and a set of adaptation tools 71 assigned to the basic polygon model 61 are provided.
  • the basic polygon model 61 includes, for example, network elements 62.1, 62.2, ..., 62.5 and assigned local attributes 63.1.1, 63.3.2.
  • the set of adaptation tools 71 comprises several adaptation tools 71.1, 71.2 etc.
  • the adaptation tools 71.1, 71.2 are adapted to the basic polygon model 61 in such a way that the data of the network elements 62.1 ... 5 can be processed depending on the local attributes 63 and further input data .
  • Tools 95 for modeling the basic polygon model 61 are also provided. These tools include both standard tools 95.1, 95.2, 95.3, e.g. B. for smoothing, distributing or aligning or for generic changes in shape, as well as tools specifically aligned to the polygon basic model 61 of the object type 95.4, 95.5. There is also an interface to the adaptation tools 71 .1, 71.2 of the set of adaptation tools 71, so that these tools (or some of them) or derivations that use these tools are also used by the designer as part of the modeling on the basic polygon model 61 can be.
  • a first service provider 80 provides one or more basic polygon models, the assigned sets of adaptation tools, the tools 95 and the storage in a database 81.
  • a designer 82 Based on the basic polygon model 61 from the database 81, a designer 82 creates an initial polygon model 64 (modeling process 91) by changing the network elements 65.1 ... 5, in particular the position of the individual network nodes, by means of common tools in order to achieve a desired shape of the represented object. He can also add or adjust local attributes 66.3.1, 66.4.1, e.g. B. to determine the desired edge rounding or to change the affiliation of certain sections of the polygon mesh to adjustment areas. Further local attributes 66.1.1, 66.3.2 are identical to those of the basic polygon model 61. The associated set of adjustment tools 71 remains unchanged.
  • the initial polygon model 64 is stored in a database 83.
  • this database 83 comprises a whole series of polygon models which represent different design variants (models) of an object of a certain type. All of these design variants have the same adaptation tools in common, whereby certain adaptation tools are at most ineffective for a specific variant due to the appropriate setting of local and / or global attributes, because they are intended, for example, to process an optional element that is missing in the variant concerned or because the corresponding one Degree of freedom from designer 82 is deliberately not released, e.g. B. because through appropriate adjustments the basic character of the design variant would be lost.
  • the adaptation of the polygon model 64 takes place in an adaptation process 92.
  • This is described in more detail below in connection with a system and method for producing a pair of custom-made glasses.
  • a polygon model 64 with the desired look and / or functionality is first selected and loaded from the database 83.
  • the adaptation tools 71 are then used to adapt the network elements 65.1 ... 5 of the selected polygon model 64, in particular to change the positions of the network nodes.
  • Local attributes 66.3.2 can also be changed selectively, e.g. B. affect an edge rounding to make edges rounder or more angular.
  • the adaptation of the polygon model 64 is based, on the one hand, on input data, which are derived from a three-dimensional image 75 of a counterpart (e.g. a body region of a future bearer or user) can be obtained by a machine learning process 93, on the other hand on input data 76, which additionally flow into the adaptation process, e.g. B. manually entered feedback from the carrier or user or another operator.
  • the user receives a virtual preview of the object according to the current adaptation. This advantageously also shows the counterpart (e.g. a body region) to which the object is to be adapted.
  • a server 100 of a service provider communicates with a computer 200 which is arranged at a distance from the server 100, e.g. B. at the future wearer or user or in the business premises of a provider (e.g. an optician, a hearing aid or shoe store).
  • the computer 200 has a keyboard 201 (and further input devices) and a screen 202. It is also connected to a 3D-capable camera 210 and a local 3D printer 220 for producing test prints.
  • the computer 200 and thus the peripheral devices connected to it communicate with the server 100 via a suitable interface of the computer 200, a data network (for example the Internet, via a connection secured, for example, with TLS) and an interface of the server 100.
  • the computer 200 with keyboard 201 (or other input device) and screen 202 on the one hand and the 3D-capable camera 210 can be integrated in the same terminal, in particular a tablet computer or a smartphone.
  • Manufacturing data 68 can then be obtained from this by means of a processing step 94. These primarily represent the shape of the object according to the network elements of the polygon model 67. As described further below, however, the resolution can be refined compared to the polygon model used for the adaptation process 92, i. H. there are more network elements.
  • the manufacturing data 68 are then transmitted to one or more manufacturers 300. Ultimately, these deliver the manufactured product directly or indirectly to the wearer or user of the individualized object.
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a system according to the invention for the production of made-to-measure glasses. Are shown in favor of an improved overview only the data connections between the individual elements, the physical transports are only apparent from the descriptive text.
  • the system comprises a server 100 of a service provider, which includes common computer hardware. Functionally, it comprises a database 101, an interface module 102 and at least the following function modules:
  • a processing module 1 10 for generating input data from a three-dimensional image of a head of a person obtained;
  • a modeling module 1 1 5 for providing a model for a spectacle frame
  • an adaptation module 120 for generating adaptation data and for making adaptations to the mentioned model
  • a transformation module 122 for transforming a mesh into a refined mesh
  • an image output module 125 for outputting image data of an overlay of the model with one or more images of the head of the person;
  • a data output module 135 for outputting the manufacturing data.
  • the modules communicate with the database 101 and the interface module 102. Their functioning and interaction is described in more detail below in connection with a method according to the invention.
  • the system comprises the computer 200 described above, which communicates with the server 100 via the interface of the computer 200, a data network and the interface module 102 of the server 100.
  • the computer 200 with the keyboard 201 (or other input device) and the screen 202 on the one hand and the 3D-capable camera 210 can be integrated in the same terminal, in particular a tablet computer or a smartphone.
  • the devices of the different manufacturers comprise - as shown for the first manufacturer 310.1 of the first group and the first manufacturer 320.1 of the second group - each via computer 311, 321 with suitable interfaces for communication with the interface module 102 of the server 100 (again preferably via a secure one Internet connection) and via appropriate manufacturing facilities, e.g. B. a machine 312 for additive manufacturing or an automatic grinder 322 for processing lens blanks.
  • FIG. 4 shows the sequence of a method according to the invention schematically as a flowchart.
  • a customer who wants new glasses goes to the business premises of the optician whose company is integrated in the system according to the invention or cooperates with the system according to the invention.
  • the optician determines the optical properties that the glasses should have, in particular with regard to the spherical and cylindrical correction values, the axis position of the cylinder, prismatic values and base positions as well as the apex distance. In the case of multifocal glasses or free-form glasses, further data must be collected.
  • the general parameters for the desired glasses are acquired via the computer 200 and the keyboard 201, guided via the screen 202, and forwarded to the server 100 of the service provider (step 10).
  • the general parameters include a (first) selection from various basic models. These are physically available from the optician so that the customer can take them in hand and put them on for testing. For many customers, this later simplifies the virtual fitting, because the relationship between the glasses put on a screen and the physical object represented is much different can be made easier.
  • the general parameters also include, among other things, the specification of the material or materials, the desired color, a temple inscription, etc. It is also possible to enter certain preferences in relation to the geometry of the frame, z. B. a (relative) glass size or a base curve. The scope and permissible ranges of the adjustable parameters can vary depending on the basic model.
  • a three-dimensional image of the customer's head is captured using camera 210 (step 12).
  • the picture includes at least the entire face, the forehead with hairline, the temples and the ears.
  • the three-dimensional image data are in turn transmitted to the server 100.
  • the detection can be done with commercially available products, e.g. B. with modern tablet computers or smartphones that have cameras that can (usually infrared-based) capture depth information. As a rule, it makes sense to take several pictures from different angles and then combine them into a 3D model. Appropriate applications and library functions are available. They can be run directly on the device used.
  • First input data are then generated on the server in the processing module 110 from the three-dimensional image data by identifying predetermined orientation points using image recognition and storing their position on the customer's head in the database 101 (step 14).
  • the result is a 3D polygon model with the associated texture.
  • elements of the mouth, nose, eyes, eyebrows, ears and face contour serve as orientation points.
  • the landmarks are first identified on the 2-dimensional image and then projected onto the 3D polygon model. This results in the 3-dimensional location information. With their help, the head can be oriented in the room (pupils on one axis, nasal root at a fixed position in the room, etc ).
  • the glasses model is then always positioned so that the lower back of the nose bridge in the world coordinate system is positioned at the coordinate origin (0/0/0) (FIG. 5B).
  • the glasses front is aligned parallel to the X world axis (FIGS. 5C, 5E, 5F).
  • the temples are aligned parallel to the Z world axis ( Figures 5D-F).
  • the 3D head scan is first rotated accordingly so that the orientation points of the pupils are aligned parallel to the X axis (FIG. 5C).
  • the 3D scan is then positioned so that the point of orientation of the root of the nose sits on the origin of the coordinate (FIG. 5B).
  • the 3D scan is then rotated around the point of orientation of the nasal root in such a way that the point of orientation of the ear lies below the temple ( Figure 5B).
  • a polygon model for an eyeglass frame with the desired basic properties is also provided in the modeling module 115 (step 16).
  • This polygon model comprises a polygon mesh, i.e. a mesh of discrete elements consisting of points, edges and polygon surfaces. Each individual element has basic information such as position, orientation and adjacent neighboring elements as well as additional data fields such as group membership and attributes that define the parametric form.
  • the group membership is automatically specified. These are binary bit fields (0: not part of the group; 1: part of the group).
  • the groups can represent areas, lines, so-called leading curves (e.g. the upper front curve or the upper return curve), or points, namely reference points (e.g. the nasal posterior point or the front cheek corner) by binary bit fields.
  • FIG. 6A shows two reference points of the socket bridge as an example
  • FIG. 6B shows the front, upper guide curve of the socket
  • FIG. 6C shows the area "socket bridge".
  • the reference points mark important points on the model, such as turning points of the leading curves.
  • the groups i.e. areas, guide curves and reference points, serve as masks to limit the deformations to certain regions of the polygon mesh in the subsequent adjustment process.
  • the definition and combination of overlapping groups of the different polygon mesh elements creates relationships between the individual sub-areas of an object. This automatically leads to the fact that - in particular in the case of the data-controlled, automated adaptation of the Object geometry - the adaptation procedures during the deformation automatically take into account the interaction of influencing polygon mesh areas in the deformation calculations.
  • the guiding curves and reference points can also be linked to conditions that must be complied with during the adaptation. So z. B. a radius of curvature along a guide curve or at a reference point within certain limits, or the position of an inflection point of a guide curve should be in a certain range.
  • FIG. 7 shows an example of the numerical values that are used to control the inclination (pantoscopic angle). These are values from an i. W. continuous spectrum (e.g. between 0 and 1), based on which the influence by a deformation process (deformation weight) can be controlled quantitatively. Similarly, such quantitative values may e.g. B. specify the radius of the fillet.
  • the polygon model also includes global attributes, in particular semantic information relating to the type of the object represented (eg "glasses front", “glasses temple” etc.) and design variants (in the case of a glasses front eg “standard") "," Double bridge “,” upper bridge “etc.).
  • Two basic topologies are sufficient for the basic models provided within the framework of the system shown, namely for glasses with a single bridge (FIG. 8A) and glasses with a double bridge (FIG. 8B).
  • the mesh topologies are optimized to include the required minimum of points, edges and surfaces in order to represent all basic models and to cover all required deformations in the adaptation process.
  • the basic models include data fields, which have relevant properties of the basic model, e.g. B. the presence or absence of a double web, and the related groups and attributes represent.
  • Parameter priorities automatically generate an output parameter configuration. For example, the width of the eyeglass nose bridge is determined based on the width of the scanned nose, and the length of the temple is calculated based on the distance from the root of the nose and the beginning of the auricle.
  • the initial parameter configuration refers to an initial model with a minimum number of polygon mesh elements to represent the respective shape of the glasses. It defines the mesh geometry for the following one
  • Adaptation process and includes all data required on the elements of the network.
  • the corresponding polygon model (control polygon model) is first loaded into the working memory of the executing system. This is followed by preprocessing with a view to adapting, previewing and generating the production data.
  • the results of this preprocessing are saved in such a way that they can be called up with the least possible computing and time expenditure. Furthermore, more computationally intensive procedures of the adaptation component - as far as possible - are already being carried out, so that subsequently, during the actual adaptation, real-time operation is guaranteed even with moderate computing power.
  • the preprocessing includes, for example, the creation of geometry for the edge rounding for the nose pad or the shaped lens disk (see below). Several preprocessed objects are kept in parallel in the working memory and can be called up when necessary.
  • a machine learning is based on the existing data, namely the mentioned parameters and the three-dimensional image including orientation points. Algorithm applied (step 18). This provides adaptation values for the subsequent parameter adaptation (step 20) in the adaptation module 120, which is described in detail below.
  • the machine learning algorithm was trained with existing 3D scans and assigned, customized glasses.
  • the training data are supplemented with each newly adapted model, the data of the ML algorithm is updated periodically.
  • the machine learning algorithm in particular correlates the orientation points with the measurement glasses parameters, i. H. Based on the orientation points of the face, the trained person can predict parameters for the custom-made glasses configuration. Through this process, information and statistics about the measurement glasses parameters and the corresponding wearer can be obtained, which provide information about the adjustment needs of the wearer regarding his age, gender, ethnic origin, etc. This information can then be used for future glasses design for specific target groups.
  • the polygon mesh of the adapted model is first refined using the transformation module 122 using a Catmull-Clark subdivision algorithm (step 21).
  • the image data of the head are superimposed on this refined polygon network in the image output module 125 of the server 100 and transmitted to the computer 200 of the optician via the data network.
  • There the image can be displayed on the screen 202 (virtual try-on), compare FIG. 9A-D (step 22). The customer thus gets an impression of the fit and the aesthetic effect of the future glasses.
  • the viewing angle on the image can be changed without further ado so that the aesthetic effect can be fully appreciated.
  • the spectacle lens can also be displayed with the corresponding reflections or even the influences of the refractive power.
  • the representation can be made on the 3D model or superimposed on a live video stream of the customer.
  • the same orientation points or a subset thereof are determined in real time on the basis of the video data, so that the virtual spectacle frame can be positioned correctly and immediately follows the movement of the head or a differently chosen viewing angle.
  • the front camera of a tablet computer or smartphone can be used to record the live video stream.
  • the display of the spectacle frame can be supported accordingly by existing "augmented reality" functions of this local terminal.
  • the customer or an attending specialist of the optician can now use the keyboard 201 (and / or further input devices) to provide feedback on the current model (step 24). If further adjustments are necessary, these can be specified to a certain extent (e.g. by using sliders for the glass size, the width of the bridge, the glass frame in different areas or by selecting another type of glasses from a list) .
  • the new input data is processed together with the data previously recorded (unless these are overwritten or replaced by the new data) in a next step of the adaptation process, i. H. first the machine learning algorithm is used again (step 18), followed by the further steps described.
  • manufacturing data for a test copy are provided in the processing module 130 and transmitted to the optician's computer 200.
  • the molded glass is created for each pair of glasses.
  • a so-called clip-on can be created on request, a surface that fits the front of the glasses and has the same lens openings. The clip-on is provided with darkening sun glasses and can later be clipped onto the glasses with a hook. Shaped lens, clip-on and tag are attached to the glasses during manufacture using an eyelet.
  • the unique identification in the form of three-dimensional geometry is projected into the bracket.
  • the cavities for the hinges are also projected into the temples and the front of the glasses, with additional polygon mesh elements generally being produced.
  • the density of the polygon mesh is now increased again using the Catmull-Clark subdivision algorithm, it being possible to start with the data already available for the display, which are further refined with a further iteration (step 27). This smoothes the surface of the glasses. It is only in this phase that the network topology is changed.
  • test copy is produced in a few minutes using the local 3D printer 220 (step 28). It is a copy of the eyeglass frame with the exact geometry, but without surface finishing and possibly made of a different material.
  • step 30 the customer or the supervising specialist can in turn provide feedback as to whether the model fits or whether further adjustments are necessary (step 30).
  • this new information is fed back into the cyclic process, followed by a next step of applying the machine learning algorithm (step 18) - again applied to the polygon model without smoothing, ie with the polygon model of lower density.
  • an assignment step step 34
  • different sets of manufacturing data are generated (step 36), again including generation of the tag and further elements and a previous smoothing by means of Catmull-Clark subdivision (Step 35). From this and from the optical data for the lenses already fed in by the optician, the necessary work for the production of the complete glasses results.
  • step 38 the server 100 using corresponding software interfaces (API) computers from manufacturers 310.1, 310.2, 310.3 of the first group for additive manufacturing of the spectacle frame, manufacturers 320.1, 320.2,
  • Contact 330.3 of the third group for the manufacture of further elements in particular hinges, separate metal bars with silicone nose pads for attachment to the nose bridge, etc.
  • the customer can now - again via the optician's computer 200 - select the preferred offer (step 40).
  • the manufacturing data for the glasses are then output to the corresponding manufacturer 320.1 (step 42) and the manufacturing data for the eyeglass frame (eyeglass front, temple) as well as for the other components (hinges etc.) and the order for assembly with the necessary information to the corresponding manufacturer 310.1, 330.1 or service provider 340.1 transmitted (step 44).
  • the system according to the invention can save the 3D polygon model in industry-typical formats for the storage of polygon networks such as STL, OBJ, PLY for additive or subtractive production.
  • the system can also generate and export spline curves and surfaces from the polygon model, which are suitable for production systems that require such representation models for objects.
  • the system can output standardized OMA data for the control of automatic lens grinding machines for the production of the lens discs.
  • the different export options make it possible to manufacture glasses in different materials that require different production processes and therefore different data exchange formats.
  • the manufacturing data is usually encrypted and given an access restriction. On the one hand, it can be ensured that no unauthorized third parties can use this data, on the other hand, a remuneration model can be established in which the individual manufacturing processes for the same spectacle frame are invoiced individually.
  • the optician needs information on the production of glasses, which must be in the form of physical objects instead of digital data.
  • One such example is the shape of the lens disc, which an optician sometimes cannot transmit in digital form to an automatic grinding machine because the shape must be scanned by the machine from a physical object.
  • the system supports the possibility of displaying physical templates, such as a shaped lens disk, which is also produced in the production process.
  • the system can automatically output dimensioned technical drawings that document the adaptation process and support the production process.
  • Manufacturers 310.1, 320.1, 330.1 manufacture the components ordered, possibly with downstream processes such as dyeing, grinding or coating, and send them to service provider 340.1. There they are assembled and finally sent to the optician. The finished glasses can then be tried on there. Since it was made to measure based on the 3D measurement, there is usually no need for further adjustments. At most, common adjustment steps (e.g. in relation to the shape of the ear hook) are still carried out by the optician. In addition, the corrective properties of the lens glasses are checked in relation to the customer's eyes.
  • the data exchange can take place entirely via a platform operated by the service provider on the server 100, on which all parties involved (employees of the service provider, customer, optician, manufacturer, assembly service provider, logistics company) etc.) can access. Only those data that the respective party needs are released for read or write access. Access can be via APIs, applications (apps) or Internet browsers, for example.
  • the data can be made available via a blockchain infrastructure.
  • the platform also enables later access, so that if the glasses are lost or damaged, the required components can be reordered automatically.
  • Each order (and the resulting partial orders) is assigned unique identification information.
  • the physically manufactured components are marked with this information, e.g. B. by an appropriate engraving, an imprint, a machine-readable tag (RFID tag) or a label.
  • RFID tag machine-readable tag
  • the parameter adjustment mentioned (step 20) is described below.
  • the adaptation process is carried out by a sequence of defined functions that calculate the deformation of the glasses model for a specific parameter change.
  • the mesh topologies are defined in such a way that the same adaptation steps are carried out for all basic models, whereby the adaptation functions can act differently depending on the basic topology of the model.
  • the corresponding data fields of the model are evaluated.
  • certain functions can provide additional deformations in the area of the double web when a double web is present. All functions carry out their calculations on the basis of the control polygon network in a data-controlled manner.
  • the functions react on the one hand to the attributes of the individual polygon mesh elements and on the other hand to the parameters that are transferred to the system from outside by an actor.
  • This actor can be either a human or a machine - for example a machine learning model.
  • the position of the elements of the polygon mesh is read, deformed by a function and then saved again.
  • the attributes stored for each mesh element point, edge, polygon area
  • no generation takes place while the glasses are being adjusted additional mesh elements instead.
  • the adjustment process takes place exclusively through deformation. Only to generate the manufacturing data is the density of the polygon mesh - as described below - increased.
  • the operations on the polygon mesh elements are parallelized on several computing cores, which speeds up the calculation considerably.
  • All of the parameters discussed below - apart from the inclination and certain dimensions of the temple - are relative values in millimeters and angles (degrees) that relate to the model dimensions of the standard glasses models.
  • the parameters of the polygon model do not necessarily have to be changed in each of the steps.
  • the corresponding adjustment value can be zero.
  • the network topology of the polygon model is coordinated with the procedures described below, which deform or change the topology (create new components of the design). Conversely, procedures that affect certain areas of the object expect that they have a certain structure of the network topology.
  • step 20.1 the bridge width is adjusted in step 20.1 (FIG. 1 1).
  • the nose bridge 51 is increased or decreased in width.
  • the thickness of the frame 50 does not change.
  • the entire width of the frame front increases or decreases by the amount of change in the nose bridge 51.
  • the depth of the nose bridge 51 is increased or decreased (FIG. 12).
  • the remaining thickness of the frame is not changed.
  • the glass width is increased or decreased (step 20.3; Figure 13).
  • the entire front of the glasses adapts accordingly.
  • the glass height is adjusted proportionally to the glass width.
  • the width of the nose bridge 51 does not change, the design of the glasses is retained.
  • the thickness of the frame 50 can optionally be changed in depth.
  • the width of the nose bridge 51 is increased or decreased separately in the lower part (FIG. 14). This changes the angle of the nose pad 52. The entire width of the nose bridge 51 remains unchanged and the width of the frame front does not change as a result.
  • the upper, inner part of the glass opening of the frame 50 can be pulled down by 1 mm. With some shapes this is necessary for a better fit of the glass in the frame.
  • the radius of the above-mentioned shaped glass (or shaped lens disk, the template which is used to mold the glass shape for cutting the correction lens) can be increased in a next step 20.6.
  • Some shapes require an increase in the shape glass radius so that the correction lens, which is created on the basis of the shape glass template, sits more firmly in the frame of the glasses.
  • the base curve can be increased or decreased.
  • the base curve corresponds to a projection of the spectacle frame onto a sphere with defined radii for the different base curves.
  • the center of the sphere that is being projected is positioned in the optical center of the lens. From this position, the center of the base curve is tilted 6 ° towards the Z axis and 9.5 ° towards the Y axis. This gives the glasses a standard inclination of 9.5 °.
  • the strength of the frame is retained.
  • the width of the eyeglass frame is also retained since the projection is realized by shearing the shape into the depth of the sphere.
  • the glass groove that fixes the correction lens in the glasses frame can also be adjusted (step 20.8).
  • the groove can have both a round and an acute geometry.
  • the groove depth can also be determined.
  • step 20.9 the angle of the ironing step is increased (FIG. 15). Only the jaw 53 of the spectacle frame is changed. The glasses front remains unchanged.
  • step 20.10 The front of the spectacle frame is rotated about a point on the jaw 53 of the spectacle frame ( Figure 16).
  • the eyeglass temples remain unchanged.
  • step 20.1 1 the rounding of the spectacle frame can be increased in the lower frame area from the nose bridge to the spectacle cheek. This is necessary for the stability of certain glasses models.
  • the subsequent step 20.12 enables the nose pad 52 to be changed in height, depth and angle (FIGS. 17-19). All other dimensions of the frame are not affected.
  • the nose pad 52 can also be changed so that there is no more pad on the frame.
  • 51 holes are provided in the lower area of the nose bridge, which make it possible to attach metal bars with silicone nose pads after production, as is customary in classic glasses production and as is desired by some customers.
  • the length of the bracket 54 can be increased or decreased (FIG. 20).
  • the spectacle frame remains unaffected.
  • the bracket 54 can be bent at the end of the bracket.
  • the position of the stirrup bend, the stirrup bend angle and the radius of the stirrup bend can be influenced in step 20.14.
  • the spectacle frame remains unaffected.
  • the torsion of the jaw can be changed in a further step.
  • the functions are defined in such a way that the visual character of the glasses is preserved as best as possible when they are used. This means that u. a.
  • the proportions of the individual areas of the glasses and the curvature of the guide curves are preserved as far as possible. This is implemented using the attribute data of the polygon mesh, for example by analyzing the guide curves and reference points before the deformation, which in turn influences the interdependency of individual partial areas of an eyeglass model during the deformation.
  • the edges of the glasses are rounded (step 20.15).
  • the rounding takes place depending on the angle of the adjacent surfaces of the edges to be rounded.
  • the glasses model is positioned so that the lower, rear edge of the nose bridge lies on the world coordinate origin (see above and FIG. 5B). Due to the previous parameter adjustments, this positioning may need to be adjusted.
  • the above-mentioned parameters and deformation functions for customizing glasses are designed in such a way that the frame can be adjusted without significantly changing the design of the shape (round glasses remain round and do not become oval, etc.). All important proportions of the glasses model are preserved and areas such as the glasses cheek remain unchanged despite the transformation.
  • the above process is optimized for production using materials with homogeneous material properties. This means, for example, 3D printing with one material.
  • FIGS. 21 A-C are illustrations of a section of the temple that is adjacent to the front of the glasses.
  • FIG. 21A shows the original polygon mesh that is used in the adaptation process (polygon mesh of the control polygon model);
  • FIG. 21 B shows a refined polygon mesh for the representation,
  • FIG. 21 C shows a further refined and further processed polygon mesh for additive manufacturing.
  • the refined polygon mesh according to FIG. 21B was created by the multiple application of the Catmull-Clark subdivision algorithm to the original polygon mesh. Its area is approximately four times larger than that of the original network. The resulting resolution is sufficient for the practically photo-realistic graphic representation of the glasses.
  • the further refined polygon mesh according to FIG. 21 C was created by the repeated application of the Catmull-Clark subdivision algorithm to the refined polygon mesh according to FIG. 21 B. Its area is approximately 16 times larger than that of the original network. After the second iteration of the subdivision, openings (continuous and blind-hole-like) with a given geometry were inserted into the polygon mesh for additive manufacturing. They serve to accommodate a hinge element and other fastening elements.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown. This means that the customer's process does not necessarily have to take place at an optician or another specialist, but can easily take place at the customer's home or on the go using the existing devices.
  • a consultant e.g. an optician or an employee of the service provider
  • the computers and production devices can also be localized in a wide variety of ways.
  • a 3D printer is not mandatory at the optician (or at the customer's home).
  • This can, for example, be located in the optician's premises along with an automatic grinding machine, so that the components can be manufactured directly by the optician and assembled by the optician to form the finished glasses. Additional elements can be used that do not have to be manufactured individually, but are available from the optician (e.g. hinge parts).
  • the distribution of the processing tasks among the various computers can differ from that in the exemplary embodiment.
  • the end device by means of which the 3D scan is carried out can also already carry out first processing steps, possibly including the assignment of the orientation points.
  • first processing steps possibly including the assignment of the orientation points.
  • all computing steps can be carried out on the server, so that the local end devices are only used for data acquisition and display (e.g. via a browser interface).
  • the manufacturing method according to the invention can also be used independently of a 3D scan.
  • the basic glasses models can be adapted on the basis of measurement data, which is recorded, for example, by an optician and entered into the system.
  • the machine learning algorithm can also be easily used in this variant if a correspondence can be established between the input data of the ML algorithm (e.g. the position of the orientation points) and the measurement data of the optician.
  • the adjustment process can also be designed differently. It can make sense to provide additional deformation options for other glasses, especially those that change the actual shape. Additional procedures for automatically smoothing, distributing and aligning existing polygon topology can also be provided and carried out if required.
  • Individual input data which in the exemplary embodiment shown result from automatic processes, can also be entered manually by the end customer, an optician or an operator on the service provider side. Conversely, it is possible to obtain certain input data manually collected in the exemplary embodiment from additional automatic processes.
  • the system is also generally suitable for 3D manufacturing processes in which two or more different materials are processed at the same time.
  • the assignment takes place during the corresponding process step in that, in addition to the assignment to a production process, an assignment to a sub-process is also made.
  • This enables the production of one-piece objects that have heterogeneous, i.e. continuously changing, material properties. This makes it possible, for example, to implement hinge solutions not only on a geometric basis, but also through material distribution in the object.
  • the invention creates a method for generating geometric data of an individualized object, which enables the simple creation of new, flexible, parametrically adaptable designs of the individualized object.

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Abstract

Im Rahmen eines Verfahrens zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes, insbesondere zur Weiterverarbeitung zu Herstellungsdaten für die Herstellung des Gegenstandes, wird ein Polygonmodell (64) für den Gegenstand bereitgestellt, wobei das Polygonmodell ein aus Netzelementen (65.1...5) gebildetes Netz umfasst, wobei die Netzelemente (65.1...5) diskrete Punkte, Kanten und Flächen umfassen, welche eine geometrische Ausgangsform des Gegenstandes repräsentieren. Das Polygonmodell (64) umfasst lokale Attribute (66.1.1, 66.3.1, 66.3.2, 66.4.1), welche mindestens einigen der Netzelemente (65.1, 65.3, 65.4) zugeordnet sind und mindestens eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen oder Parameter für einen Deformationsvorgang betreffen. Es wird ferner ein Satz (71) vordefinierter Anpassungswerkzeuge (71.1, 71.2) zum Deformieren eines Bereichs des Netzes des Polygonmodells (64) bereitgestellt, wobei die Anpassungswerkzeuge (71.1, 71.2) derart definiert sind, dass bei ihrer Anwendung auf das Netz eine Topologie des Netzes erhalten bleibt und dass bei ihrer Anwendung die lokalen Attribute (66.1.1, 66.3.1, 66.3.2, 66.4.1) der Netzelemente (65.1, 65.3, 65.4) des Bereichs ausgewertet werden, um ein Maß einer lokalen Deformation zu bestimmen. Das Polygonmodell (64) wird durch Anwenden der Anpassungswerkzeuge (71.1, 71.2) angepasst.

Description

VERFAHREN ZUM GENERIEREN VON GEOMETRIEDATEN EINES
INDIVIDUALISIERTEN BRILLENGESTELLS
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes, insbesondere zur Weiterverarbeitung zu Herstellungsdaten für die Herstellung des Gegenstandes. Sie betrifft weiter ein Computerprogramm und ein Speichermedium.
Stand der Technik Verfahren zur individualisierten Modellierung von Gegenständen, wie z. B.
Brillenfassungen, nach Maß und zur Herstellung solcher Gegenstände durch additive Herstellungsverfahren sind grundsätzlich bekannt.
So beschreibt beispielsweise die US 9,810,927 B1 (3-D Frame Solutions) ein Verfahren zum Generieren einer Produktespezifikation für eine angepasste Brillenfassung. Dabei wird auf eine Bibliothek mit vollständig parametrisierten Standardmodellen zugegriffen. Die Modelle können mittels Anpassungswerten, die biometrische Daten des zukünftigen Trägers umfassen, angepasst werden. Aus dem angepassten Modell wird schließlich die Produktespezifikation für die Herstellung, z. B. mittels eines 3D-Druckers, generiert.
Die FR 3 044 430 B 1 (AK Optique) offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Brillenfassung mit flachen Nasenauflagen. Dabei werden zunächst räumliche Daten des Gesichts des zukünftigen Trägers erfasst, gestützt darauf ein dreidimensionales Modell der Brillenfassung erzeugt und schließlich die Fassung durch ein additives Herstellungsverfahren gefertigt. Bei der Erzeugung des dreidimensionalen Modells wird dieses mit einem dreidimensionalen Modell des Gesichts abgeglichen, so dass an der korrekten Stelle Abflachungen als Nasenauflagen erzeugt werden können.
Bei diesen bekannten Verfahren ist der Umfang der vornehmbaren Anpassungen sehr beschränkt. Nach der Erfassung der räumlichen Daten hat der zukünftige Träger keine Einflussmöglichkeiten auf die Gestaltung der anzufertigenden Brille.
Die US 9,470,91 1 B2 (Bespoke, Inc.) betrifft Systeme und Verfahren zur Herstellung von maßgeschneiderten Produkten. Dazu wird zunächst gestützt auf einen Scan und/oder Messdaten ein anatomisches Modell des Benutzers erstellt. Ein Rechner stellt ein anpassbares Produktemodell bereit und ermöglicht die Voransicht sowie eine automatische oder nutzergesteuerte Anpassung des Produktemodells. Das Modell kann schließlich an einen Hersteller übermittelt werden. Das Produktemodell kann durch ein Oberflächengitter oder ein Festkörpermodell repräsentiert werden, welches Elemente oder Merkmale aufweist, die z. B. Polygone, gekrümmte Elemente o. ä. umfassen.
Über die spezifische Struktur des Produktemodells und die daran vorgenommenen Änderungen im Anpassungsprozess wird nichts Näheres offenbart.
Die US 2015/0127132 A1 (West Coast Vision Labs Inc.) beschreibt ein System und ein Verfahren zur Herstellung von Brillengestellen nach Maß, wobei die erzeugte Geometrie für das Modellieren, Herstellen und Drucken verwendbar ist. Zur Bestimmung der Geometrie wird von einer Vorlage mit vorgegebenen Abmessungen ausgegangen. Diese können dann gestützt auf mehrdimensionale Daten des Kopfs des Trägers und mehrere identifizierte Orientierungspunkte dieser Daten angepasst werden. Die Geometrie wird durch ein Polygonmodell repräsentiert. Die Anpassung erfolgt durch einen Morphing-Prozess.
Die Gestaltung des Brillengestells ist zu Beginn des Prozesses im Wesentlichen bekannt. Die vorgenommenen Anpassungen betreffen den Sitz der Brille am Kopf des Trägers.
Die US 2017/0038767 A 1 (Materiaiise N. V.) betrifft die Anpassung der Geometrie von Objekten, z. B. Brillengestellen oder Armbanduhren, die mittels 3d-Drucktechniken hergestellt werden. Die Anpassung durch die Nutzer erfolgt im Rahmen von Grenzen, die von den Herstellern vorgegeben werden. Die Grenzen können sich insbesondere aus Faktoren ergeben, welche die Druckbarkeit einer angepassten Geometrie betreffen. Die Anpassungswerkzeuge sind dem herzustellenden Objekt angepasst. Dazu werden im Rahmen des Grundmodells anpassbare Zonen definiert und grafische Bedienungselemente (z. B. Schiebebalken) für die entsprechenden Anpassungen zugeordnet. Im Rahmen der Gestaltung eines Grundmodells werden also die entsprechenden Anpassungsmöglichkeiten festgelegt. Der Designer muss somit nebst der eigentlichen Produktegestaltung immer auch die möglichen Anpassungen identifizieren und implementieren. Dies generiert einen zusätzlichen Arbeitsaufwand und erfordert zusätzliche Kenntnisse und Fähigkeiten oder den Beizug eines Spezialisten, wenn komplexere Anpassungen ermöglicht werden sollen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes zu schaffen, welches die einfache Erstellung neuer flexibel parametrisch anpassbarer Designs des individualisierten Gegenstands ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes folgende Schritte:
a) Bereitstellen eines Polygonmodells für den Gegenstand, wobei das Polygonmodell ein aus Netzelementen gebildetes Netz umfasst, wobei die Netzelemente diskrete Punkte,
Kanten und Flächen umfassen, welche eine geometrische Ausgangsform des Gegenstandes repräsentieren; wobei das Polygonmodell lokale Attribute umfasst, welche mindestens einigen der Netzelemente zugeordnet sind und mindestens eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen oder Parameter für einen Deformationsvorgang betreffen;
b) Bereitstellen eines Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge zum Deformieren eines Bereichs des Netzes des Polygonmodells, wobei die Anpassungswerkzeuge derart definiert sind, dass bei ihrer Anwendung auf das Netz eine Topologie des Netzes erhalten bleibt und dass bei ihrer Anwendung die lokalen Attribute der Netzelemente des Bereichs ausgewertet werden, um ein Maß einer lokalen Deformation zu bestimmen ; und c) Anpassen des Polygonmodells durch Anwenden der Anpassungswerkzeuge.
Beim Verfahren handelt es sich um ein computergestütztes bzw. computerimplementiertes Verfahren, welches durch entsprechende Software auf geeigneten Rechnern und Maschinen zum Ablauf gebracht wird. Entsprechend umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, das so angepasst ist, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, sowie ein (nichtflüchtiges) Speichermedium umfassend ein solches Computerprogramm. Das Computerprogramm kann mehrere Module umfassen, welche auf verschiedenen Geräten ausgeführt werden, die geografisch voneinander beabstandet und über ein Datennetzwerk miteinander verbunden sind.
Das Polygonmodell repräsentiert die Geometrie eines physischen Produkts, insbesondere im Hinblick auf dessen Herstellung nach erfolgter Individualisierung (Maßfertigung), z. B. durch automatisierte Fertigungsverfahren (additive Fertigung, subtraktive Fertigung). Das angepasste Polygonmodell kann auch eine Basis für semi-automatisierte oder manuelle Fertigungsverfahren bilden.
Mithilfe des Polygonmodells wird der Gegenstand durch ein aus Netzelementen gebildetes Netz aus Polygonen repräsentiert. Dies bedeutet, dass die geometrische Form des Gegenstandes durch ein Netz aus diskreten Elementen bestehend aus Punkten (Knoten), Kanten und Flächen angenähert wird. Diese Elemente können als solche das Polygonmodell repräsentieren oder sie können aus hinterlegten Daten unmittelbar und eindeutig abgeleitet werden. Jedem einzelnen Element werden grundlegende Informationen wie Position, Orientierung und angrenzende Nachbarelemente zugeordnet. Zumindest einigen der Netzelemente sind zudem weitere Datenfelder zugeordnet, welche mindestens eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen oder Parameter für einen Deformationsvorgang betreffen. Es können somit sowohl Netzelemente vorhanden sein, welchen keine lokalen Attribute zugeordnet sind als auch solche, welchen mindestens ein lokales Attribut zugeordnet ist. Beim zugeordneten Attribut kann es sich um die Zugehörigkeit zu mindestens einer von mehreren Anpassungsgruppen, um Parameter für einen Deformationsvorgang oder weitere Attribute handeln. Ein Netzelement kann sowohl mit Attributen zur Zugehörigkeit als auch zum Deformationsvorgang versehen sein. Bevorzugt sind mehrere Netzelemente mit Attributen zur Zugehörigkeit und mehrere Netzelemente mit Attributen zum Deformationsvorgang versehen, wobei einigen dieser Netzelemente beiderlei Attribute zugeordnet sind. Nebst den lokalen Attributen können auch globale Attribute vorhanden sein, welche das Polygonmodell als Ganzes betreffen. Das Polygonmodell definiert somit - inklusive Attribute - eine parametrische Form des Gegenstandes, dessen Geometriedaten generiert werden sollen.
Polygonmodelle sind insbesondere aus der 3D-Computergrafik bekannt, wie sie z. B. im Rahmen von Computerspielsoftware für die Echtzeit-Erstellung animierter Grafikdarstellungen zum Einsatz kommt. Hardwarekomponenten, welche entsprechende Verarbeitungsschritte spezifisch unterstützen, sind kommerziell verfügbar (z. B. entsprechende Grafikchips).
Bei der Bereitstellung eines Polygonmodells wird dieses initialisiert, d. h. die
Modellparameter werden auf vorgegebene Werte gesetzt.
Zum Anpassen des Polygonmodells werden Anpassungsschritte aus einem Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge vorgenommen. Den mehreren im Satz bereitgestellten Anpassungswerkzeugen und den damit ausgeführten Anpassungsschritten entsprechen definierte Funktionen, welche die Deformation des Polygonmodells für eine gewünschte Parameteränderung berechnen. Die Veränderungen des Polygonmodells und damit der Gegenstandsgeometrie, die durch die Anpassungswerkzeuge verursacht werden, sind stetig. Bevorzugt können die Parameter der Anpassungswerkzeuge beliebig genau und nicht nur in diskreten Schritten eingestellt werden. Die Topologie des Polygonnetzes ist auf die darauffolgenden Prozeduren, welche das Netz verändern, abgestimmt, insbesondere auf die Deformationen, die durch die Anpassungswerkzeuge bewirkt werden. Umgekehrt erwarten die Anpassungswerkzeuge, die auf bestimmte Bereiche des Objekts wirken, dass diese einen bestimmten Polygontopologieaufbau aufweisen.
Zur Berechnung der Deformation wird die Position der Elemente des Polygonnetzes gelesen, durch die Funktion deformiert und dann wieder gespeichert. Zur Berechnung der jeweiligen Deformation werden die pro Polygonnetzelement (Punkt, Kante, Fläche) gespeicherten Attribute mit einbezogen. Die Kombination aus Polygonmodell mit lokalen Attributen und vordefinierten Anpassungswerkzeugen ermöglicht eine komplett automatisierte und datengesteuerte Zuweisung der Relation von Modellbereichen oder -elementen zu Deformationsprozeduren. Dies bedeutet, dass nebst der Definition der Anpassungswerkzeuge und gewisser lokaler Attribute keine explizite Definition der
Deformationen des Gegenstandes benötigt wird. Die Deformationen ergeben sich implizit aus der Relation von bereits existierenden, semantisch aufbereiteten
Gegenstandsbereichen und den damit über die Attribute verknüpften Deformationsprozeduren der Anpassungswerkzeuge. Die Modellparameter werden - außer wenn eine Änderung der Gesamtform spezifisch bewirkt werden soll - proportional zueinander angepasst, um die Gesamtform des Gegenstandes bestmöglich zu erhalten.
Beim Anpassen des Polygonmodells mit Hilfe der zugeordneten, vordefinierten
Anpassungswerkzeuge bleibt die Topologie des Netzes erhalten. Unter "Topologie eines Polygonmodells" wird hier die Anzahl und gegenseitige Anordnung der Elemente des Polygonnetzes (Knoten, Kanten und Flächen) verstanden. Beim Anpassen werden untergeordnete Änderungen der Form vorgenommen, im Rahmen des zugrundeliegenden Grundmodells. Das Polygonmodell wird nur deformiert, es werden weder Elemente hinzugefügt noch entfernt. Entsprechend müssen nur die Positionsdaten der Elemente des Polygonnetzes angepasst werden. Dies reduziert den Rechenaufwand bei der Anpassung erheblich und ermöglicht eine Anpassung in Echtzeit.
Zudem müssen allfällige mit weiteren Elementen zusammenwirkende geometrische
Strukturen des Gegenstandes (z. B. Aufnahmeöffnungen, Verbindungselemente usw.) oft eine präzise vorgegebene Geometrie aufweisen, so dass eine Anpassung dieser Elemente im Rahmen des Anpassungsprozesses ohnehin wenig sinnvoll ist. Diese würde bedingen, dass die Geometrie der Strukturen als fest vorgegeben in den Anpassungsprozess einfließen würde oder dass im Anschluss an den eigentlichen Anpassungsprozess noch weitere Anpassungen notwendig wären, um die korrekte Geometrie der Strukturen für das Zusammenwirken sicherzustellen. Es ist somit einfacher und effizienter, derartige
Öffnungen erst dann in das Polygonnetz einzufügen, wenn die individuelle Anpassung bereits erfolgt ist. Auch im Hinblick auf solche späte Anpassungen mit Veränderung der Topologie wird die ursprüngliche Netztopologie des Polygonmodells mit Vorteil bereits vorbereitet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Generieren von Geometriedaten unterschiedlicher individualisierter Gegenstände, z. B. von Brillenfassungen, Hörgerätegehäusen, Schuhen, Armbanduhren, Einlagesohlen, Prothesen, Orthesen usw.
Durch die Bereitstellung eines Polygonmodells einerseits und eines Satzes vordefinierter, darauf abgestimmter Anpassungswerkzeuge andererseits wird eine Plattformlösung ermöglicht, bei welcher im Rahmen einer Designkomponente Grundmodelle für bestimmte Gegenstandstypen bereitgestellt werden können. Diese umfassen jeweils ein Polygonmodell und den zugeordneten Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge. Ein Designer kann ausgehend von einem ausgewählten Grundmodell eine Produktegestaltung schaffen, ohne dass er sich um die Anpassungswerkzeuge kümmern muss. Das Ergebnis liegt dank der zugeordneten, unveränderten Anpassungswerkzeuge automatisch als parametrisch anpassbares Objekt vor und kann also ohne weitere Maßnahmen in einer Anpassungskomponente der Plattform für die individuelle Anpassung genutzt werden. Ist einmal ein Grundmodell mit den zugehörigen Anpassungswerkzeugen definiert, kann dieses für eine große Zahl von Designs eines bestimmten Gegenstandstyps genutzt werden. Designer können selbständig im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens parametrisch veränderbare Produktdesigns schaffen.
Zwischen der Designkomponente und der Anpassungskomponente existieren standardisierte Schnittstellen und Datenformate. Die Geometriedaten können zu Herstellungsdaten für die Herstellung des Gegenstandes weiter verarbeitet werden. Die Herstellungsdaten definieren die Geometrie des individualisierten Gegenstandes gemäß Ergebnis des Anpassungsprozesses und gegebenenfalls von weiteren Elementen eines Produkts, das den Gegenstand umfasst, insbesondere solchen weiteren Elementen, welche automatisch herstellbar sind. Die Herstellungsdaten sind insbesondere für die nachfolgende additive Fertigung bestimmt. Ergänzend oder alternativ umfassen die Herstellungsdaten aber auch Daten, die für andersartige Herstellungsverfahren (z. B. CNC-Fräsen, Schleifen usw.) bestimmt sind.
Die additive Fertigung (3D-Druck, z. B. Laser-Sintering) ermöglicht die automatisierte Herstellung von Formkörpern aus unterschiedlichen Materialien und bei Bedarf mit komplexer Formgebung. Geräte für die additive Fertigung sind in verschiedenen Preis- und Qualitätsklassen verfügbar und können dezentral betrieben werden. Voraussetzungen für deren Funktion sind im Wesentlichen ein Zugriff auf die benötigten Herstellungsdaten und die Bereitstellung der benötigten Ausgangsmatenalien. Die Herstellungsdaten können neben den für die additive Fertigung benötigten Daten (G-Code) auch weitere Daten für andere Herstellungsschritte umfassen. Für die additive Fertigung wird somit nur ein Subset der Herstellungsdaten benötigt.
Für die additive oder subtraktive Fertigung kann das System aus dem Polygonmodell und/oder davon abgeleiteten verfeinerten Polygonmodellen Daten in industrietypischen Formaten zur Speicherung von Polygonnetzen wie zum Beispiel STL, OBJ oder PLY gewinnen. Darüber hinaus kann das System aber mit Vorteil aus dem Polygonmodell und/oder davon abgeleiteten verfeinerten Polygonmodellen auch Splinekurven und - flächen generieren und exportieren, die für Produktionssysteme geeignet sind, die derartige Repräsentationsmodelle für Objekte benötigen. Darüber hinaus ist es auch möglich, neben der Repräsentation des 3D-Modells, direkt Instruktionsdatensätze zur Fertigung des 3D-Modells auszuspielen, z. B. maschinenspezifischer G-Code für die Steuerung von 3D-Druckern oder Fräsen.
Die verschiedenen Exportmöglichkeiten ermöglichen es, individualisierte Gegenstände in unterschiedlichen Materialien, die unterschiedliche Produktionsverfahren und daher unterschiedliche Datenaustauschformate benötigen, herzustellen. Die Herstellungsdaten werden für den Produktionsprozess auf digitalem Weg an die Hardware, die das Objekt fertigt, weitergeleitet, insbesondere über ein Computernetzwerk (WAN oder LAN). Das System verfügt über Schnittstellen, um die erzeugten Produktionsdaten in einem Kundenportal zu speichern oder direkt an den Herstellungspartner über eine entsprechende Programmschnittstelle zu übermitteln.
Des Weiteren können vom System bevorzugt bemaßte Technische Zeichnungen automatisiert ausgegeben werden, die den Anpassungsprozess dokumentieren und den Produktionsprozess unterstützen.
Die Herstellungsdaten basieren auf dem vollständig angepassten Polygon modell. Werden sie im Rahmen eines interaktiven Prozesses zur Ausgabe eines physischen Prototyps, z. B. zur Anprobe durch den Endkunden, herangezogen, können sie auf einem teilweise angepassten Polygonmodell basieren.
Zum Bereitstellen des Polygonmodells werden bevorzugt folgende Schritte ausgeführt: a 1 ) Bereitstellen eines Polygon-Grundmodells für einen Gegenstandstyp des individualisierten Gegenstandes, wobei mindestens einigen Netzelementen des
Polygon-Grundmodells lokale Attribute zugeordnet sind, die eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen anzeigen; a2) Bereitstellen des dem Polygon-Grundmodell zugeordneten Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge zum Deformieren des aus dem Polygon-Grundmodell abgeleiteten Polygonmodells, wobei die Anpassungswerkzeuge dem Gegenstandstyp angepasst sind und mindestens einige der Anpassungswerkzeuge bei ihrer Anwendung die lokalen Attribute auswerten, welche die Zugehörigkeit zu den Anpassungsgruppen anzeigen; a3) Modellieren des Polygon-Grundmodells zum Erhalt des Polygonmodells, wobei eine Topologie des Polygon-Grundmodells unverändert bleibt, wobei die lokalen Attribute bedarfsweise verändert werden, wobei eine Menge und Definition der mehreren Anpassungsgruppen beibehalten wird. Auf diese Weise kann das Polygonmodell gewonnen werden, welches den Ausgangspunkt für die nachfolgenden Anpassungsschritte zum Generieren der Geometriedaten des individualisierten Gegenstandes bildet.
Das Polygon-Grundmodell stellt eine generelle Vorlage (Template, Blaupause) dar, welche die Grundtopologie des Gegenstandstyps aufweist. So weist ein mögliches Polygon- Grundmodell für den Gegenstandstyp "Brillengestell" beispielsweise Elemente auf, welche zwei Glasaufnahmen, einen diese verbindenden Steg sowie außen an den Glasaufnahmen angeordnete Backen zur Befestigung von Scharnieren für Brillenbügel repräsentieren. Für eine Brille mit Doppelsteg wird ein anderes Grundmodell bereitgestellt. Das dem Polygon- Grundmodell zugrundeliegende Netz ist so optimiert, dass es ausreichend viele aber keine unnötigen Punkte, Kanten und Flächen umfasst, um die denkbaren Geometrien des Gegenstands gemäß Gegenstandstyp zu repräsentieren und alle benötigten Deformationen abzudecken.
Netzelementen des Polygon-Grundmodells sind bereits lokale Attribute zugeordnet. Diese sind zumindest teilweise auch bereits mit Eingangswerten initialisiert, z. B. mit semantischen Zuordnungen, namentlich zu Anpassungsgruppen. Die lokalen Attribute zeigen somit beispielsweise an, zu welcher funktionalen Komponente eines Gegenstandes gewisse Teilbereiche der Geometrie gehören. Diese Information kann später bei der Anpassung herangezogen werden, z. B. um - wie weiter unten näher beschrieben - die Auswirkung gewisser Anpassungswerkzeuge auf vorgegebene Komponenten des Gegenstandes zu beschränken.
Die ästhetische Formgebung bzw. die Anpassung zur Individualisierung des Gegenstandes folgt erst im späteren Schritt des Modellierens, nach dem Bereitstellen der Anpassungswerkzeuge. Pro Gegenstandstyp (Brille, Implantat, Orthese, Prothese, Schuh usw.) werden somit nur sehr wenige Polygon-Grundmodelle und zugeordnete Sätze von Anpassungswerkzeugen benötigt.
Das Modellieren kann mit gängigen Designwerkzeugen erfolgen und beispielsweise von einer Fachperson (Designer) durchgeführt werden. Die Designwerkzeuge umfassen beispielsweise Prozeduren zum automatischen Glätten, Verteilen und Ausrichten der vorhandenen Polygontopologie. Des Weiteren können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die auf die Bedürfnisse des Gegenstandstyps zugeschnitten sind. Diese können auf Werkzeugen des Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge basieren, oder spezifisch für das Modellieren bereitgestellt werden. Generell bestehen beim Modellieren mehr Freiheitsgrade als bei der nachfolgenden Anpassung zur Individualisierung des Gegenstandes. Eine einmal im Rahmen des Modellierens festgelegte Gestaltung eines Polygonmodells bzw. der ästhetische Gesamteindruck des entsprechenden Gegenstands, wird dadurch auch bei der nachfolgenden Anpassung im Wesentlichen beibehalten.
Durch das Modellieren soll namentlich eine ästhetisch ansprechende und ergonomisch vorteilhafte Formgebung geschaffen werden. Durch diesen Schritt können aus einem einzigen Polygon-Grundmodell eine Vielzahl von Produktegestaltungen abgeleitet werden. Die Zuordnungen der Netzelemente des Grundmodells zu Anpassungsgruppen sowie allfällige weitere lokale Attribute können in der Regel beibehalten werden. Sie können auch bereits beim Prozess des Modellierens mit berücksichtigt werden, wenn z. B. nur ein Bereich der dreidimensionalen Form angepasst werden soll. Es lassen sich im Rahmen des Modellierens aber auch lokale Attribute anpassen oder weitere Netzelemente mit lokalen Attributen versehen. Beispielsweise lässt sich eine gewünschte Verrundung einer Kante im Rahmen des Modellierens verändern, wenn eine rundere oder eckigere Formgebung gewünscht ist. Die Veränderbarkeit der lokalen Attribute sowie die Typen der hinzufügbaren Attribute sind so festgelegt, dass die dem Polygon-Grundmodell zugeordneten Anpassungswerkzeuge mit den Polygonmodellen, welche während des Modellierprozesses erzeugt werden, arbeiten können, d. h. alle Attribute korrekt interpretieren und bei ihrer Anwendung auf das Polygonmodell berücksichtigen können. Somit kann in der Regel derselbe Satz an Anpassungswerkzeugen auf jedes Polygonmodell angewandt werden, welches aus demselben Polygon-Grundmodell hervorgeht. Der Designer muss sich somit nicht um die Anpassungswerkzeuge kümmern, sondern kann sich auf den eigentlichen gestalterischen Prozess fokussieren.
Während des Modellierens arbeitet der Designer auf dem Polygonnetz des Polygon- Grundmodells. Wenn im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit einer virtuellen Voransicht gegeben ist, kann diese auch während des Modellierens eingesetzt werden, so dass der Designer das Ergebnis aller Anpassungen prüfen kann, die später im Rahmen der weiteren Verfahrensschritte erfolgen. So kann er auf einfache Weise sicherstellen, dass auch die angepassten Polygonmodelle seinen gestalterischen und funktionalen Vorstellungen entsprechen.
Der Modellierungsprozess muss nicht zwingend von einem Polygon-Grundmodell ausgehen, er kann auch auf einem bereits modellierten Polygonmodell basieren, denn die Topologie dieses Polygonmodells entspricht derjenigen des Polygon-Grundmodells, die Anpassungswerkzeuge sind dieselben, und im Rahmen des Modellierens erfolgen keine unumkehrbaren Transformationen.
Dank der Zuordnung vordefinierter Anpassungswerkzeuge zu jedem Polygon-Grundmodell lassen sich mit demselben System ohne großen Aufwand Anpassungsprozesse für unterschiedliche Gegenstandstypen aufsetzen und betreiben. In der nächstunteren Stufe können viele unterschiedliche anpassbare Objekte eines Gegenstandstyps effizient aus dem Grundmodell erstellt werden. Es ergibt sich insgesamt eine hohe Skalierbarkeit.
Das Anpassen des Polygonmodells kann vollautomatisch, gestützt auf Eingangsdaten erfolgen. Die Anpassungswerkzeuge werden also, gestützt auf das aktuelle Polygonmodell (inkl. lokale und globale Attribute) und die erwähnten Eingangsdaten vollautomatisch auf das Polygonmodell angewandt, so dass ein angepasstes Polygonmodell resultiert. Dadurch kann die individuelle Anpassung der Geometrie eines Gegenstandes jederzeit, unabhängig von der Verfügbarkeit fachkundigen Personals, stattfinden. Wenn die Kombination aus Anpassung des Polygonmodells und Aufbereitung von Bilddaten in einigen Sekunden oder schneller, also sozusagen in Echtzeit, erfolgen kann, ist eine virtuelle Anprobe während des Anpassungsprozesses bis zur Definition der perfekt passenden Geometrie, z. B. gestützt auf die Rückmeldungen des zukünftigen Nutzers oder Trägers, möglich. Verfahrensschritte, die der ästhetischen Evaluation durch einen Benutzer bedürfen, sind somit bevorzugt semiautomatisiert, indem der Benutzer Eingaben liefert und Entscheidungen trifft, die jedoch von den Rechenmitteln so gut wie möglich unterstützt und teilautomatisiert werden. Bevorzugt umfassen die Eingangsdaten Verarbeitungsdaten, welche aus Geometrieinformationen zu einem Gegenstück des Gegenstandes gewonnen werden. Dies ermöglicht eine voll- oder teilautomatische Anpassung der Gegenstandsgeometrie im Hinblick auf eine ästhetische Erscheinung der Kombination des Gegenstandes und des Gegenstücks und/oder im Hinblick auf einen guten Sitz des Gegenstandes, also eine bestmögliche Ergonomie.
Die Geometrieinformationen werden insbesondere aus einem dreidimensionalen Abbild einer Körperregion einer Person gewonnen. So wird beispielsweise bei der Anpassung eines Brillengestells ein Abbild des Kopfs der Person herangezogen, bei der Anpassung eines Hörgerätegehäuses ein Abbild der Ohrenregion und bei der Anpassung von Schuhen Abbilder der Füße der Person.
Mit einem dreidimensionalen Abbild der Körperregion ist ein maßgenaues Abbild der entsprechenden Oberfläche inklusive Tiefeninformation gemeint. Die Erfassung des dreidimensionalen Abbilds kann direkt erfolgen, durch Nutzung einer Abbildungstechnologie, welche die dreidimensionale Form unmittelbar erfassen kann. Die Erfassung kann auch indirekt erfolgen, z. B. indem mehrere zweidimensionale Bilder aus verschiedenen Perspektiven geeignet miteinander verrechnet werden. Die Erfassung kann auch darin bestehen, dass Rohdaten zur Erzeugung des dreidimensionalen Abbilds oder bereits dreidimensional gewonnene oder aufbereitete Daten von einer externen Quelle über eine geeignete Schnittstelle empfangen werden.
Geeignete Technologien zur Gewinnung dreidimensionaler Abbilder sind grundsätzlich bekannt. So existieren zur direkten Erfassung laufzeitbasierte Systeme (TOF-Kameras), stereoskopische Systeme oder Triangulations- oder interferometrische Systeme. Auch Lichtfeldkameras sind einsetzbar. Die indirekte Errechnung kann auf Rohdaten gängiger (Digital-)Kameras basieren.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrere Bilder derselben Region erfasst und verarbeitet werden, z. B. mehrere Frames einer Videoaufnahme. Damit wird die erzielbare Präzision gesteigert. Im Fall einer Erfassung der Gesichtsregion können beispielsweise auch Bilder erfasst werden, die verschiedene Gesichtsausdrücke zeigen - um sicherzustellen, dass der individualisierte Gegenstand (z. B. eine Brille) in verschiedenen Situationen passt und ästhetisch wirkt. Im Fall einer Erfassung eines Fußes kann dieser in verschiedenen Stellungen des Fußes (flach stehend, auf Zehnspitzen usw.) erfasst werden, um im Hinblick auf die Anpassung eines Schuhs zusätzliche Informationen zur Physiologie zu erhalten.
Bevorzugt werden beim Erzeugen der ersten Verarbeitungsdaten mehrere Orientierungspunkte an der Körperregion der Person identifiziert und deren Position gespeichert. Die Identifikation der Orientierungspunkte erfolgt anhand des Abbildes, nach ihrer Identifikation werden sie auf das dreidimensionale Polygonmodell übertragen, markiert und gespeichert. Die Körperregion der Person wird dadurch vermessen, und für die Anpassung des Gegenstands relevante Merkmale werden für die weitere, automatisierte Verarbeitung der Daten verfügbar gemacht. Sie werden insbesondere für eine automatische Positionierung und Orientierung des dreidimensionalen Abbilds und die nachfolgende automatisierte Anpassung des Polygonmodells herangezogen. Für gewisse Körperregionen, z. B. das Gesicht, sind Programmbibliotheken bzw. SDKs (Software Development Kits) verfügbar, um aus Kameradaten, z. B. von mobilen Endgeräten, direkt Modelle (z. B. Kopfmodelle) mit Orientierungspunkten zu erzeugen.
Bevorzugt werden die Verarbeitungsdaten mittels eines auf maschinellem Lernen basierenden Prozesses aus den Geometrieinformationen gewonnen. Derartige Prozesse (machine learning, ML) sind bekannt und ermöglichen die automatische Verarbeitung (z. B. Klassierung) von komplexen Eingangsdaten. Durch fortlaufendes Trainieren des Prozesses mit neuen Trainingsdaten wird die Qualität der Verarbeitung kontinuierlich gesteigert. Im vorliegenden Fall erlaubt die Anwendung des ML-Prozesses eine laufende Reduktion der benötigten Iterationen, bis das Polygonmodell die vom Benutzer gewünschte Gegenstandsgeometrie repräsentiert. Der ML-Prozess kann zum einen für die Empfehlung einer Ausgangsgestaltung eingesetzt werden, welche zur Physiognomie des zukünftigen Trägers passt, zum anderen für die automatische Anpassung der Form und Positionierung des Polygonmodells an die Physiognomie während der anschließenden Modellierung, z. B. basierend auf den identifizierten Orientierungspunkten.
Geeignete ML-Algorithmen basieren beispielsweise auf Support Vector Machines (SVM) oder künstlichen neuronalen Netzwerken. Im vorliegenden Fall dürften insbesondere ML-Prozesse zum Einsatz kommen, welche auf überwachtem Lernen (supervised learning) basieren.
Mit Vorteil basiert der ML-Prozess auf einer Vielzahl von Trainingsdaten aus dreidimensionalen Abbildern einer Vielzahl von Personen und damit verknüpften angepassten Polygonmodellen. Im vorliegenden Fall werden die für die Anwendung des entsprechenden ML-Prozesses benötigten Daten also aus den dreidimensionalen Abbildern gewonnenen ersten Daten (z. B. den Orientierungspunkten) (und gegebenenfalls zweiten Daten, falls vorhanden und dienlich) und den letztlich erzeugten Polygonmodellen, d. h. den Modellparameterwerten, welche diese angepassten Modelle repräsentieren, gewonnen. Weitere Datenquellen sind möglich - beispielsweise können verfügbare Fotografien, die das Gegenstück des Gegenstandes zusammen mit dem Gegenstand (z. B. das Gesicht von Personen mit aufgesetzter Brille) zeigen und bei denen die Gegenstandsgeometrie von Personen oder einem geeigneten Algorithmus als passend zum Gegenstück beurteilt wird, als Trainingsdaten zum Einsatz kommen. Auch die Verwendung "negativer" Trainingsdaten, welche eine schlechte Anpassung eines Gegenstands repräsentieren, ist möglich.
Vorzugsweise basieren die initialen Trainingsdaten auf einer manuellen oder semiautomatischen Anpassung von Objekten des entsprechenden Gegenstandstyps, z. B. im Rahmen eines computerunterstützten Anpassungsprozesses mit einer virtuellen Anprobe, wobei aber die Anpassung des Modells von einer Bedienperson manuell vorgenommen wurde. Für das Trainieren des ML-Algorithmus werden dabei nur die Parameter akzeptierter Modelle herangezogen. Liegt eine ausreichende Zahl von Zuordnungen zwischen 3D-Abbildern und akzeptierten Polygonmodellen vor (z. B. mindestens 100, bevorzugt mindestens 500), kann mit Hilfe des trainierten ML-Algorithmus bereits eine merkliche Verbesserung des Anpassungsprozesses stattfinden. Es ist dann unter Umständen sogar möglich, die Anpassung ohne inhaltliche Rückmeldung des Nutzers im Rahmen einer virtuellen Anprobe, d. h. ohne die Ausgabe von Bilddaten einer Überlagerung des angepassten und verfeinerten Polygonmodells mit einer Ansicht des Gegenstücks, durchzuführen, weil eine ausreichend hohe Sicherheit besteht, dass dar vollautomatisch angepasste Gegenstand perfekt sitzt.
Mit Vorteil basiert der maschinelle Lernprozess weiter auf Eigenschaftsdaten der Person, insbesondere einem Alter, einem Geschlecht, einer ethnischen Herkunft und/oder Präferenzangaben der Person. Aufgrund diesen lässt sich die Person einer Zielgruppe zuordnen. Aus den Trainingsdaten ist bekannt, welche Präferenzen in Bezug auf den individualisierten Gegenstand und gegebenenfalls die Anpassung die entsprechende Zielgruppe hat. Entsprechend kann die Auswahl des Grundmodells und/oder die automatisierte Anpassung des Polygonmodells gemäß diesen Präferenzen angepasst werden.
Die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe kann insbesondere eine Zugehörigkeit zu einem räumlichen Bereich des Polygonmodells anzeigen, also zu einem dreidimensionalen Gebiet. Anpassungswerkzeuge können eine Deformation von Netzelementen insbesondere davon abhängig machen, ob sie diesem räumlichen Bereich zugeordnet sind. So kann ein Anpassungswerkzeug beispielsweise selektiv nur diejenigen Netzelemente beeinflussen, welche einer bestimmten ästhetischen und/oder funktionalen Untereinheit des Gegenstands angehören.
Entsprechend umfasst der Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge mit Vorteil mindestens ein lokales Anpassungswerkzeug, dessen Anwendung auf das Polygonmodell nur einen lokalen Bereich des Modells beeinflusst und alle Bereiche außerhalb dieses lokalen Bereich unbeeinflusst lässt. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass der Einfluss mehrerer Anpassungswerkzeuge auf das Polygonmodell im Wesentlichen unabhängig voneinander ist, was die Planung der Sequenz der notwendigen Anpassungen vereinfacht. Ein lokales Anpassungswerkzeug betrifft insbesondere nur ein spezifisches Element des Gegenstandes, bei einer Brillenfassung z. B. nur die Brücke oder den Befestigungsbereich für einen Bügel. Die Lokalität der Anpassungswerkzeuge kann erreicht werden, indem den Elementen des Polygonnetzes die Zugehörigkeit zu einer oder mehreren Gruppen zugeordnet wird. Beispielsweise können die Gruppen als binäres Bitfeld (0: nicht Teil der Gruppe; 1 : Teil der Gruppe) jedem Element des Polygonnetzes zugeordnet werden. Bei der Anwendung der lokalen Anpassungswerkzeuge erfahren dann nur diejenigen Elemente dessen Wirkung, welche als Teil der entsprechenden Gruppe identifiziert sind. Die Gruppen dienen also als Masken, um im Anpassungsprozess die Deformationen auf bestimmte Regionen des Polygonnetzes zu beschränken.
Die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe kann insbesondere eine Zugehörigkeit zu einer Leitkurve des Polygonmodells anzeigen, also zu einer zweidimensionalen (zusammenhängenden) Linie. Derartige Leitkurven stellen Bedingungen an die im Rahmen des Anpassungsprozesses durchgeführten Anpassungsschritte mit den entsprechenden Anpassungswerkzeugen, so soll beispielsweise die Krümmung oder die Position eines Wendepunkts der Leitkurve im Rahmen einer solchen Anpassung (weitgehend) erhalten bleiben. Bevorzugt sind die Anpassungswerkzeuge so vordefiniert und werden so angewandt, dass vorgegebene Leitkurven des Modells bestmöglich erhalten bleiben. Somit wird im Rahmen jeder lokalen Deformation immer auch automatisch der Übergang zu den umliegenden Bereichen des modellierten Objekts angepasst.
Die Leitkurven können zudem im Rahmen einer Benutzerführung herangezogen werden: Beispielsweise kann ein Nutzer die durch das Polygonmodell repräsentierte Geometrie beeinflussen, indem er spezifisch Parameter wie Krümmungen oder Positionen von Wendepunkten oder weiteren Referenzpunkten entlang einer Leitkurve beeinflusst. Es kann auch möglich sein, zweidimensionale Projektionen auf Ebenen darzustellen, in welchen Leitkurven verlaufen. Entsprechend können Veränderungen an der Geometrie im Rahmen der Darstellung solcher Projektionen vorgenommen werden. Analog können Leitkurven auch bei der automatischen Anpassung des Polygonmodells herangezogen werden.
Leitkurven können zudem herangezogen werden, wenn eine Verfeinerung des Polygonmodells erfolgen soll, indem diese vollautomatisch so erfolgt, dass das verfeinerte Polygonmodell der Leitkurve des Ausgangspolygonmodells folgt. Eine solche Feinjustierung wird insbesondere nach einer erfolgten Anpassung der Geometrie des Gegenstands im Rahmen des Anpassungsprozesses vorgenommen. Sie basiert insbesondere auf der Kenntnis der Eigenschaften der eingesetzten Algorithmen für die Unterteilungsschritte. Verbleibende Freiheitsgrade, insbesondere in Bezug auf die Positionierung der Polygonnetzknoten, lassen sich ausnutzen, um bereits im Rahmen des Polygonmodells Positionen zu wählen, die bei der nachfolgenden Unterteilung zu einer vorteilhaften lokalen Geometrie des Polygonnetzes führen.
Die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe kann insbesondere auch einen Referenzpunkt des Polygonmodells anzeigen. Derartigen Referenzpunkten können beispielsweise fixe Positionen zugeordnet sein, oder sie entsprechen bekannten Positionen des Gegenstücks, an welches die Geometrie des Gegenstandes angepasst werden soll. Auch solche Referenzpunkte stellen also Bedingungen an die im Rahmen des Anpassungsprozesses durchgeführten Anpassungsschritte mit den entsprechenden Anpassungswerkzeugen, so soll beispielsweise die Position eines Referenzpunkts unverändert bleiben.
Der Parameter für den Deformationsvorgang kann insbesondere einen Radius für eine Kantenverrundung oder ein Deformationsgewicht angeben. Die entsprechenden Werte werden von den Anpassungswerkzeugen bei der Definition der vorzunehmenden Deformationen berücksichtigt, so dass z. B. eine Krümmung, gemessen senkrecht zu einer Kante, nach der Deformation in einem gewissen vorgegebenen Bereich zu liegen kommt oder dass die Deformation an verschiedenen Stellen desselben Gegenstandsbereichs unterschiedlich stark ausfällt.
Gestützt auf das Deformationsgewicht und/oder andere lokale Attribute betroffener Netzelemente kann somit mindestens eines der Anpassungswerkzeuge ein Ausmaß einer Deformation bestimmen. Je nach Art der Deformation und Inhalt des entsprechenden Attributs kann das Ausmaß absolut oder relativ zu anderen Größen bestimmt werden oder es werden Unter- und/oder Obergrenzen für die Deformation abgeleitet. Pro Netzelement können mehrere lokale und/oder globale Attribute zur Definition des Ausmaßes der Deformation herangezogen werden. Gegebenenfalls werden auch lokale Attribute herangezogen, die anderen Netzelementen (z. B. in der Umgebung des unmittelbar betroffenen Netzelements) zugeordnet sind. Bevorzugt wird aber eine Definition der lokalen Attribute und der Anpassungswerkzeuge derart, dass nebst den globalen Attributen einzig die dem betroffenen Netzelement zugeordneten lokalen Attribute einbezogen werden müssen.
Insbesondere beschränkt das mindestens eine Anpassungswerkzeug eine maximale Deformation für Netzelemente, welche einer Leitkurve des Polygonmodells angehören oder einen Referenzpunkt des Poiygonmodells bilden. Die Beschränkung führt dazu, dass die zulässige Deformation insbesondere kleiner ist als für andere Netzelemente in der Umgebung. Die Beschränkung kann relativ (im Vergleich zu anderen Deformationen) oder absolut vorgegeben sein. Sie kann auch gewisse Anpassungen betroffener Netzelemente ganz verunmöglichen, wie oben im Zusammenhang mit Referenzpunkten erwähnt.
Mit Vorteil können die lokalen Attribute, welche einem Netzelement des Polygonmodells zugeordnet sind, die Zugehörigkeit zu mehreren Anpassungsgruppen anzeigen, insbesondere die Zugehörigkeit zu mehreren räumlichen Bereichen des Polygonmodells. Insbesondere können die lokalen Attribute die Zugehörigkeit zu mehreren Anpassungsgruppen derselben Klasse (z. B. Leitkurve oder räumlicher Bereich) anzeigen. So wird z. B. ermöglicht, dass sich Bereiche überlappen und Leitkurven schneiden können, was die Flexibilität in Bezug auf die möglichen Vorgaben an die Geometrie erhöht und die Definition verschiedener Zugehörigkeiten für unterschiedliche Anpassungswerkzeuge ermöglicht. Durch die Definition und Kombination von sich überlappenden Anpassungsgruppen entstehen Beziehungen der einzelnen Teilbereiche eines Gegenstandes. Diese werden bei der datengesteuerten, automatisierten Anpassung aller Bereiche des Gegenstandes ausgenutzt, indem die Anpassungswerkzeuge während der Deformation die Interaktion von sich beeinflussenden Bereichen des Polygonnetzes bei den Deformationsberechnungen automatisch berücksichtigt.
Mit Vorteil bestimmt ein Anpassungswerkzeug bei einem Netzelement, das mehreren Anpassungsgruppen zugehörig ist, eine erste Teildeformation aufgrund einer Zugehörigkeit zu einer ersten der Anpassungsgruppen und eine zweite Teildeformation aufgrund einer Zugehörigkeit zu einer zweiten der Anpassungsgruppen, und eine auf das Netzelement angewandte Deformation wird aus der ersten Teildeformation und der zweiten Teildeformation abgeleitet. Es wird auf diese Weise ermöglicht, dass ein Anpassungswerkzeug, welches auf mehrere Anpassungsgruppen wirkt, auch in Überlappungsbereichen die gewünschte Deformation vornimmt. Die Ableitung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, so können die Deformationen im Sinn einer Faltung hintereinander ausgeführt werden (gegebenenfalls mit einer vorgegebenen Reihenfolge) oder die Deformation stellt ein Mittel der beiden Teildeformationen dar.
Bevorzugt werden die Anpassungsschritte mit den Anpassungswerkzeugen aus dem Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge nach vorgegebenen Regeln und mit vorgegebenen Prioritäten vorgenommen.
Die vorgegebenen Prioritäten ergeben sich aus einer fest vorgegebenen Reihenfolge und/oder werden in Abhängigkeit von Eingangsparametern durch ein vorgegebenes Entscheidschema festgelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes lässt sich insbesondere in einem Verfahren zum Generieren von Herstellungsdaten für einen individualisierten Gegenstand für eine Person einsetzen, welches folgende Schritte umfasst: a) Erfassen mindestens eines dreidimensionalen Abbilds einer Körperregion einer Person; b) Erzeugen von Eingangsdaten aus dem dreidimensionalen Abbild; c) Bereitstellen des Polygonmodells und des Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; d) Anpassen des Polygonmodells anhand der Eingangsdaten; e) Ausgeben von Bilddaten einer Überlagerung des angepassten Polygonmodells mit einer Ansicht der Körperregion der Person; und f) Ausgeben der Herstellungsdaten generiert aus dem angepassten Polygonmodell. Ein System zum Generieren von Herstellungsdaten zur Herstellung eines individualisierten Gegenstandes für eine Person, umfasst entsprechend bevorzugt a) eine Kamera zur Aufnahme eines oder mehrerer Bilder einer Körperregion der Person; b) ein erstes Verarbeitungsmodul zum Erzeugen eines dreidimensionalen Abbilds der Körperregion aus dem einen oder den mehreren Bildern;
c) ein zweites Verarbeitungsmodul zum Erzeugen von Eingangsdaten aus dem dreidimensionalen Abbild; d) ein Modellierungsmodul zum Bereitstellen eines Polygonmodells für den herzustellenden Gegenstand; e) ein Anpassungsmodul zum automatischen Generieren von Anpassungsdaten für das Modellierungsmodul anhand der Eingangsdaten; f) ein Bildausgabemodul zum Ausgeben von Bilddaten einer Überlagerung des Modells mit dem einen oder den mehreren Bildern der Körperregion der Person; g) ein Ausgabegerät zum Empfangen und Darstellen der ausgegebenen Bilddaten; h) ein drittes Verarbeitungsmodul zum Generieren von Herstellungsdaten aus dem Polygonmodell; i) ein Datenausgabemodul zum Ausgeben der Herstellungsdaten.
Bei der Kamera kann es sich um eine Still- oder Videokamera handeln, wobei der Begriff "Kamera" alle denkbaren Bilderfassungsgeräte einschließt. Insbesondere ist die Kamera Teil eines mobilen Endgeräts (z. B. Smartphones oder Tablets). Sie weist bevorzugt die Fähigkeit zur direkten Erfassung dreidimensionaler Bilder auf, z. B. gestützt auf integrierte Infrarotsensoren zur Tiefenmessung. Dadurch kann auf dedizierte zusätzliche Erfassungsgeräte verzichtet werden; der Kunde oder ein Dienstleister kann ein bereits vorhandenes oder im Handel ohne weiteres und relativ kostengünstig erhältliches Endgerät nutzen. Zum Erzeugen der Bilddaten können nach erfolgter Anpassung die Kanten des Gegenstandes verrundet werden. Die Verrundung findet abhängig vom Winkel der angrenzenden Flächen der zu verrundenden Kanten statt. Anschließend wird das Polygonmodell in Bezug auf das oder die Bilder der Körperregion passend positioniert. Das Ausgeben der Bilddaten kann unmittelbar die Darstellung auf einem Ausgabegerät einschließen, in der Regel werden aber die Bilddaten (in einer zur unmittelbaren Ausgabe geeigneten Form oder als Vorläuferdaten, die zu Bilddaten weiter verarbeitet werden können) an ein beabstandet angeordnetes Endgerät übermittelt und dort dargestellt. Diese Übermittlung erfolgt insbesondere über ein Computernetzwerk (WAN oder LAN). Die Bilder können letztlich statisch oder bewegt (Videoüberlagerung) ausgegeben werden.
Bevorzugt werden die Schritte d) und e) des Verfahrens und die manuelle Eingabe von Daten in einem Kreisprozess durchlaufen, bis der Benutzer das aktuelle Modell akzeptiert und für die Fertigung freigibt. Anschließend werden die Herstellungsdaten generiert. Der Kreisprozess kann weitere Schritte umfassen. So kann ein Probeexemplar des Gegenstandes hergestellt und anprobiert werden. Je nach Ergebnis der Anprobe können sich daraus wiederum zweite Daten ergeben, die in die weitere Anpassung einfließen.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich der Anpassungsprozess insbesondere vollautomatisch durchführen, wodurch die Konfiguration und Bestellung eines individualisierten Gegenstandes jederzeit, unabhängig von der Verfügbarkeit fachkundigen Personals, stattfinden kann. Weil die Kombination aus Parameteranpassung und Aufbereitung der Bilddaten in einigen Sekunden oder schneller, also sozusagen in Echtzeit, erfolgen kann, sind die virtuelle Anprobe während des Bestellvorgangs und die Durchführung mehrerer Iterationen bis zur Definition des perfekt passenden Gegenstandes, gestützt auf die Rückmeldungen des zukünftigen Trägers bzw. Nutzers, ohne Weiteres möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kundenseitig vollständig auf state-of-the-art- Geräten wie Smartphones oder Tablets gestützt werden, wobei eine spezifische App oder eine webbasierte Applikation im Browser genutzt werden kann. Bevorzugt sind das erfindungsgemäße Verfahren so gesteuert und das erfindungsgemäße System so ausgeblidet, dass folgende Schritte vollständig automatisiert ablaufen können und keine manuellen Aktionen seitens des Dienstleisters erfordern:
die Erfassung der Körperregion; die Erstellung des 3D-Modells der Körperregion;
die Orientierung und Positionierung des 3D-Modells der Körperregion;
das Finden einer Parameterkonfiguration für den individualisierten Gegenstand; die Erstellung des 3D-Gegenstandsmodells;
- das Erzeugen der Voransicht des 3D-Gegenstandsmodells mit der dreidimensionalen
Körperregion;
das Erstellen aller Produktionsdaten;
die Übermittlung bzw. Zurverfügungstellung der Produktionsdaten an die Hersteller.
Ein System zur Herstellung eines individualisierten Gegenstandes für eine Person umfasst bevorzugt das beschriebene System zum Generieren von Herstellungsdaten und eine erste Vorrichtung zur additiven Fertigung des mindestens einen Elements des herzustellenden Gegenstandes anhand der ausgegebenen Herstellungsdaten.
Das Polygonmodell wird bevorzugt mit einer ersten Dichte eines Polygonnetzes bereitgestellt und angepasst. Zum Ausgeben der Bilddaten wird das Polygonmodell dann durch mindestens einen ersten Unterteilungsschritt in ein erstes verfeinertes Polygonmodell mit einer zweiten Dichte des Polygonnetzes transformiert, wobei die zweite Dichte höher ist als die erste Dichte, und zum Ausgeben der Herstellungsdaten wird das Polygonmodell dann durch mindestens einen zweiten Unterteilungsschritt in ein zweites verfeinertes Polygonmodell mit einer dritten Dichte des Polygonnetzes transformiert, wobei die dritte Dichte gleich ist oder höher als die zweite Dichte.
Die Bilddaten zum Ausgeben werden also aus dem ursprünglichen, dem teilweise oder vollständig angepassten Polygonmodell erzeugt, vorzugsweise in Echtzeit, d. h. so dass vorgenommene Anpassungen ohne zusätzliche Anforderung durch den Benutzer und ohne merkliche Verzögerung im Rahmen der Darstellung des individualisierten Gegenstandes mit der Ansicht der Körperregion der Person nachgeführt werden.
Entsprechend umfasst das System bevorzugt ein Transformationsmodul zum Transformieren des Polygonmodells in ein erstes verfeinertes Polygonmodell mit einer zweiten Dichte des Polygonnetzes, wobei die zweite Dichte höher ist als die erste Dichte und zum Transformieren des Polygonmodells in ein zweites verfeinertes Polygonmodell mit einer dritten Dichte des Polygonnetzes, wobei die dritte Dichte gleich ist oder höher als die zweite Dichte.
Das Polygonmodell wird zunächst mit der ersten Dichte bereitgestellt. Das Bildausgabemodul stützt sich dann auf das erste verfeinerte Polygonmodell, das dritte Verarbeitungsmodul geht vom zweiten verfeinerten Polygonmodell aus.
Sowohl der Anpassungsprozess als auch die virtuelle Anprobe und die Fertigung beruhen letztlich auf demselben Polygonmodell. Die Parametrisierungen für die Anprobe und die Fertigung werden durch die Unterteilungsschritte (Subdivision) aus diesem zugrundeliegenden Modell gewonnen. So wird die Verarbeitung vereinfacht, und durch die Kohärenz zwischen den Daten für die Anpassung, die Voransicht und die Produktion werden Fehler beim Übergang zwischen verschiedenen Modellen, die gegebenenfalls auf unterschiedlichen Parametrisierungstypen beruhen, vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform codieren die Herstellungsdaten eine additive Herstellung unter Nutzung mehrerer unterschiedlicher Materialien. Die Materialien können sich hinsichtlich Materialparametern, Farben und/oder Zusätzen voneinander unterscheiden. Die unterschiedlichen Materialien können bevorzugt in demselben additiven Fertigungsprozess zum Einsatz gelangen. Dies ermöglicht die Produktion von homogenen Objekten "aus einem Guss", die über heterogene Materialeigenschaften verfügen. Dadurch ist es möglich, zum Beispiel Scharnierlösungen nicht nur auf geometrischer Basis sondern durch Materialverteilung im Objekt zu realisieren. Die Möglichkeiten des Mehrmaterialdrucks können bei der Parametrisierung des Gegenstandes während des Anpassungsprozesses berücksichtigt werden.
Bevorzugt wird gestützt auf die Daten des Polygonmodells automatisch ein Zuordnungsschritt durchgeführt, um unterschiedlichen Bereichen des herzustellenden Gegenstandes unterschiedliche Materialien zuzuordnen. Dies ermöglicht eine vollautomatische und effiziente Erzeugung der Herstellungsdaten. Analoges gilt für unterschiedliche Herstellungsverfahren: So wird z. B. im Fall der Individualisierung eines Brillengestells die Fassung mit Vorteil mit den Bügeln und Scharnieren (und gegebenenfalls weiteren Elementen) gemeinsam angepasst, und gestützt auf das letztlich ausgewählte Modell werden die Herstellungsdaten mit der Zuordnung zu unterschiedlichen Fertigungsprozessen und Materialien automatisch erzeugt.
Angaben zu einer unterschiedlichen Materialisierung und/oder zu unterschiedlichen Herstellungsverfahren können allein durch den Zuordnungsschritt gewonnen werden, oder sie sind ganz oder teilweise bereits in den lokalen Attributen des Polygonmodells codiert.
Mit Vorteil umfasst das Verfahren den weiteren Schritt der manuellen Eingabe von weiteren Eingangsdaten, wobei diese weiteren Eingangsdaten beim Anpassen des Polygonmodells herangezogen werden. Derartige manuelle Eingaben können beispielsweise direkt vom zukünftigen Träger bzw. Nutzer des individualisierten Gegenstandes oder von einem Beratungsdienstleister bzw. einer Fachperson (z. B. einem Optiker, einem Hörgerätemechaniker, einem Schuhmacher usw.), der sich bei dieser Person befindet oder mit ihr live kommuniziert (z. B. über einen Videochat). Die manuell eingegebenen weiteren Eingangsdaten beziehen sich beispielsweise auf Präferenzen (Modestil, Farbe, Material, Preisrahmen) in Bezug auf den anzufertigenden Gegenstand oder auf zusätzliche Informationen, welche für das Generieren der Herstellungsdaten benötigt werden.
Ebenso können diese weiteren Eingangsdaten darauf basieren, dass zunächst mittels spezieller Instrumente gewisse Maße der Körperregion bestimmt werden. Daraus können dann Kernparameter gewonnen werden. Diese Erfassung stellt eine Alternative zur Gewinnung aus den Verarbeitungsdaten dar. Die Maße können aber gerade auch zur Kalibrierung des erfassten 3D-Abbilds bzw. der daraus erzeugten Verarbeitungsdaten herangezogen werden, wodurch die Fertigungspräzision erheblich gesteigert werden kann. Eine Alternative stellt die gleichzeitige Bildaufnahme der Körperregion mit einem Referenzgegenstand (z. B. einem Maßband) dar. Gewisse Geräte und Verfahren sind zudem in der Lage, absolute Distanz- bzw. Positionsmessungen ohne derartige Zusatzmaßnahmen vorzunehmen.
Vorzugsweise sind die weiteren Eingangsdaten nach dem Ausgeben der Bilddaten eingebbar, wonach die Schritte d) und e) in Abhängigkeit der weiteren Eingangsdaten erneut zur Ausführung gelangen. Der zukünftige Träger oder der Beratungsdienstleister (oder eine andere Person) können somit eine Rückmeldung zur aktuellen Gestaltung des individualisierten Gegenstandes gemäß derzeitigem Polygonmodell abgeben. Diese kann in einer einfachen JA/NEIN-Antwort bestehen bzw. in mehreren JA/NEIN-Antworten auf verschiedene Fragen, sie kann aber auch spezifische Beeinflussungsparameter beinhalten - beispielsweise kann die eingebende Person Elemente des Gegenstandes mit Hilfe einer grafischen Benutzeroberfläche auswählen und beeinflussen. Die grafische
Benutzeroberfläche kann beispielsweise vorsehen, dass der Benutzer an Elementen des Gegenstandes "ziehen" kann, um deren Dimensionierung und/oder Form direkt zu beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich können etwa Schieberegler vorgesehen sein, mit welchen der Benutzer gewisse Aspekte (Dimensionen, Verrundungen, Farben usw.) beeinflussen kann. Daraus werden jeweils Eingangsdaten erzeugt, die einer Anpassung eines Parameters des Polygonmodells entsprechen.
Insbesondere werden zweite Daten manuell sowohl vor der ersten Darstellung als auch danach erfasst. Die erste Erfassung betrifft generelle Präferenzen und
Rahmenbedingungen, die weiteren Erfassungen betreffen Rückmeldungen zum aktuellen Stand der Anpassung. Nach Abschluss der Anpassung mit dem Benutzer kann eine weitere Person (z. B. seitens des Beratungsdienstleisters oder des Fertigers) noch finale Anpassungen vornehmen, bevor der Gegenstand gefertigt wird. Beim Einsatz des Verfahrens zum Generieren von Geometriedaten für ein individualisiertes Brillengestell umfasst der Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge bevorzugt mehrere der nachfolgend beispielhaft beschriebenen Anpassungswerkzeuge: a. ein Anpassungswerkzeug zur Änderung mindestens einer Dimension einer Nasenbrücke der herzustellenden Brille. Ein solches Anpassungswerkzeug kann eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften beeinflussen:
Brückenbreite: Dabei wird die Breite der Nasenbrücke erhöht oder verringert. Die Rahmenstärke ändert sich dabei nicht. Die gesamte Breite der Rahmenfront verringert sich um den Betrag der Änderung der Nasenbrücke, die Gesamtbreite der Brillenfront bleibt also unverändert. Tiefe der Nasenbrücke: Dabei wird die Tiefe der Nasenbrücke erhöht oder verringert. Die übrige Stärke des Rahmens wird nicht verändert.
Breite der Nasenbrücke im unteren Teil: Diese lässt sich separat erhöhen oder verringern. Dadurch verändert sich der Winkel der Nasenauflage. Die gesamte Breite der Nasenbrücke bleibt unverändert und die Breite der Rahmenfront verändert sich dadurch nicht. b. ein Anpassungswerkzeug zur Änderung mindestens einer Gesamtdimension der Brillenfront (z. B. der Frontbreite und/oder Fronthöhe) unter Beibehaltung einer Gesamtform der Brillenfront. Die Form der Glasöffnung und damit die Linsenform passen sich entsprechend an. Die Breite der Nasenbrücke verändert sich nicht, und das Design der Brille bleibt erhalten. Zudem kann optional die Stärke des Rahmens in der Tiefe verändert werden. c. ein Anpassungswerkzeug zur Beeinflussung einer Basiskurve. Die Basiskurve betrifft die Wölbung des Linsenglases und damit auch die Geometrie der Fassung. Die Basiskurve entspricht einer Projektion der Brillenfassung auf Kugeln mit definierten
Radien für die unterschiedlichen Basiskurven. Das Zentrum der Kugel, auf die projiziert wird, ist in der optischen Mitte des Linsenglases positioniert. Mit dem Anpassungswerkzeug kann die Basiskurve erhöht oder verringert werden. Die Stärke der Brillenfassung bleibt erhalten. Ebenso bleibt die Breite der Brillenfassung erhalten, da die Projektion durch Scherung der Form in die Tiefe auf die Kugel realisiert ist. d. ein Anpassungswerkzeug zur Änderung einer Geometrie einer Glasnut zur Aufnahme eines Linsenglases. Die Glasnut fixiert das Linsenglas in der Brillenfassung. Deren Geometrie kann sowohl rund als auch spitz gewählt werden. Des Weiteren lässt sich die Nuttiefe verändern. e. ein Anpassungswerkzeug zur Änderung eines Winkels zwischen einer Brillenfront und einer Backe eines Brillenmittelteils. Da der Bügel durch ein Scharnier mit der Backe verbunden wird, ergibt sich dadurch eine Änderung des Winkels des Bügels relativ zur Brillenfront. So kann zum einen der Winkel des Bügelaufgangs verändert werden. Dabei wird lediglich die Backe der Brillenfassung verändert. Die Brillenfront bleibt unverändert.
Ferner kann die Inklination erhöht und verringert werden. Die Brillenfront wird dabei um einen Punkt an der Brillenbacke gedreht. Die Brillenbügel bleiben dadurch unverändert. f. ein Anpassungswerkzeug zur Änderung einer Dimension und/oder Position einer Nasenauflage (relativ zu den übrigen Elementen der Fassung).
Die Nasenauflage kann in ihrer Gesamtform, ihrer Höhe, ihrer Tiefe und im Winkel geändert werden. Alle anderen Maße der Brillenfassung werden dadurch nicht beeinflusst. Die Nasenauflage kann auch so verändert werden, dass sich am Rahmen keine Auflage mehr befindet. In diesem Fall werden im unteren Bereich der Nasenbrücke Löcher vorgesehen, die es ermöglichen, nach der Produktion Metallstege mit Silikonnasenpads anzubringen. g. ein Anpassungswerkzeug zur Anpassung einer Dimension und/oder einer Formgebung eines Bügels.
Mit einem solchen Anpassungswerkzeug kann die Länge des Bügels erhöht oder verringert werden. Die Fassung bleibt davon unbeeinflusst.
Durch Änderung der Formgebung können insbesondere die Bügelbiegung um das Ohr und die Bügelbiegung um den Kopf angepasst werden. Der Bügel kann am Bügelende abgeknickt werden. Dazu können mit einem weiteren Anpassungswerkzeug die
Position des Bügelknicks, der Bügelknickwinkel und der Radius des Bügelknicks beeinflusst werden. Die Fassung bleibt davon unbeeinflusst.
Im Rahmen der Anpassung können alle oder einige der genannten Anpassungswerkzeuge verfügbar sein bzw. eingesetzt werden. Es sind zudem weitere Anpassungswerkzeuge möglich. Beispielsweise kann mit einem weiteren Anpassungswerkzeug die Rundung des Brillenrahmens im unteren Rahmenbereich von Nasenbrücke bis Brillenbacke erhöht werden. Diese ist für die Stabilität von bestimmten Brillenmodellen notwendig. Die Reihenfolge der Anpassungswerkzeuge kann beispielsweise wie folgt vorgegeben werden: Breite der Brücke - Tiefe der Brücke - Rahmengröße - Breite der Brücke im unteren Teil - Modifikation des oberen, inneren Teils der Glasöffnung - Radius Formglas - Basiskurve - Glasnut - Bügelwinkel - Inklination - Rundung Brillenrahmen - Nasenauflage - Bügellänge - Bügelknick. So wird sichergestellt, dass die Auswirkungen eines jeweils nachfolgenden Anpassungsschritts in der entsprechenden Iteration keine (erneuten) Anpassungen mit einem vorher in dieser Iteration bereits genutzten Anpassungswerkzeug erfordern und zwar unabhängig von den erfolgten Anpassungen.
Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt der Definition von Öffnungen zur Anbringung von weiteren Elementen im Polygonmodell. In einer Brillenfassung dienen diese Öffnungen beispielsweise zur Befestigung eines Scharniers oder den Befestigungselementen eines Metall/Silikon-Nasenpads. Die weiteren Elemente werden mit Vorteil zusammen mit dem Gegenstand simuliert, so dass sich aus dem Anpassungsprozess und der Definition der Öffnungen eine korrekte Ausrichtung und Positionierung der weiteren Elemente beim zusammengesetzten Gegenstand ergibt.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verfahrensphasen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Generieren von Geometriedaten und zur Weiterverarbeitung zu Herstellungsdaten und des entsprechenden Datenmodells; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gesamtsystems zum Generieren von Geometrie- und Herstellungsdaten sowie zur Herstellung eines individualisierten Gegenstandes; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Herstellung einer Maßbrille;
Fig. 4 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Maßbrille; Fig. 5A-F schematische Darstellungen der Orientierungspunkte und der Definition des verwendeten Weltkoordinatensystems;
Fig. 6A-C Darstellungen von Referenzpunkten, einer Leitkurve und einer Gruppe auf dem Polygonnetz;
Fig. 7 eine Darstellung numerischer Werte, die zur Steuerung der Inklination
(Pantoscopic Angle) verwendet werden;
Fig. 8 eine schematische Darstellung zweier Grundtopologien für die Brillen- Grundmodelle;
Fig. 9A-D verschiedene Ansichten des Kopfes des Kunden mit virtuell überlagerter
Brillenfassung; Fig. 10 ein Flussdiagramm des Parameteranpassungsprozesses; Fig. 1 1-20 Darstellungen der Brillenfassung zur Erläuterung der Parameteranpassungsfunktionen; und
Fig. 21A-C Darstellungen eines Abschnitts des Brillenbügels im ursprünglichen
Polygonnetz, in einem verfeinerten Polygonnetz für die Darstellung und einem verfeinerten und weiter bearbeiteten Polygonnetz für die additive Fertigung.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensphasen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Generieren von Geometriedaten und zur Weiterverarbeitung zu Herstellungsdaten und des entsprechenden Datenmodells. Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gesamtsystems zum Generieren von Geometrie- und Herstellungsdaten sowie zur Herstellung eines individualisierten Gegenstandes.
Zunächst werden ein Polygon-Grundmodell 61 , welches dem Gegenstandstyp des herzustellenden individualisierten Gegenstandes entspricht, und ein dem Polygon- Grundmodell 61 zugeordneter Satz von Anpassungswerkzeugen 71 bereitgestellt. Das Polygon-Grundmodell 61 umfasst beispielhaft Netzelemente 62.1 , 62.2, ..., 62.5 sowie zugeordnete lokale Attribute 63.1.1 , 63.3.2. Der Satz von Anpassungswerkzeugen 71 umfasst mehrere Anpassungswerkzeuge 71.1 , 71.2 etc. Die Anpassungswerkzeuge 71.1 , 71.2 sind derart an das Polygon-Grundmodell 61 angepasst, dass die Daten der Netzelemente 62.1 ...5 in Abhängigkeit der lokalen Attribute 63 und weiterer Eingabedaten bearbeitet werden können.
Weiter werden Werkzeuge 95 zur Modellierung des Polygon-Grundmodells 61 bereitgestellt. Diese Werkzeuge umfassen sowohl Standardwerkzeuge 95.1 , 95.2, 95.3, z. B. zum Glätten, Verteilen oder Ausrichten oder für generische Formveränderungen, als auch spezifisch auf das Polygon-Grundmodell 61 des Gegenstandstyps ausgerichtete Werkzeuge 95.4, 95.5. Weiter besteht eine Schnittstelle zu den Anpassungswerkzeugen 71 .1 , 71.2 des Satzes von Anpassungswerkzeugen 71 , so dass auch diese Werkzeuge (oder einige davon) bzw. Ableitungen, welche diese Werkzeuge benutzen, im Rahmen des Modellierens vom Designer auf das Polygon-Grundmodell 61 angewandt werden können. Die Bereitstellung eines oder mehrerer Polygon-Grundmodelle, der zugeordneten Sätze von Anpassungswerkzeugen, der Werkzeuge 95 sowie die Speicherung in einer Datenbank 81 erfolgt durch einen ersten Dienstleister 80. Ein Designer 82 erstellt basierend auf dem Polygon-Grundmodell 61 aus der Datenbank 81 ein initiales Polygonmodell 64 (Modellierprozess 91 ), indem er die Netzelemente 65.1 ...5, insbesondere die Position der einzelnen Netzknoten, mittels gängiger Werkzeuge verändert, um eine gewünschte Formgebung des repräsentierten Gegenstandes zu erhalten. Ebenso kann er lokale Attribute 66.3.1 , 66.4.1 ergänzen oder anpassen, z. B. um gewünschte Kantenverrundungen festzulegen oder die Zugehörigkeit gewisser Abschnitte des Polygonnetzes zu Anpassungsbereichen zu verändern. Weitere lokale Attribute 66.1.1 , 66.3.2 sind mit denjenigen des Polygon-Grundmodells 61 identisch. Der zugeordnete Satz von Anpassungswerkzeugen 71 bleibt unverändert.
Das initiale Polygonmodell 64 wird in einer Datenbank 83 abgelegt. Diese Datenbank 83 umfasst in der Regel eine ganze Reihe von Polygonmodellen, die verschiedene Gestaltungsvarianten (Modelle) eines Gegenstandes eines bestimmten Typs repräsentieren. Alle diese Gestaltungsvarianten haben dieselben Anpassungswerkzeuge gemeinsam, wobei gewisse Anpassungswerkzeuge durch die entsprechende Setzung lokaler und/oder globaler Attribute allenfalls für eine bestimmte Variante unwirksam sind, weil sie beispielsweise zur Bearbeitung eines optionalen Elements bestimmt sind, welches bei der betreffenden Variante fehlt oder weil der entsprechende Freiheitsgrad vom Designer 82 bewusst nicht freigegeben wird, z. B. weil durch entsprechende Anpassungen der Grundcharakter der Gestaltungsvariante verloren gehen würde.
In einem nächsten Schritt erfolgt die Anpassung des Polygonmodells 64 in einem Anpassungsprozess 92. Dieser ist weiter unten im Zusammenhang mit einem System und Verfahren zur Herstellung einer Maßbrille näher beschrieben. Grundsätzlich wird im Rahmen dieses Anpassungsprozesses 92 zunächst ein Polygonmodell 64 mit der gewünschten Optik und/oder Funktionalität ausgewählt und aus der Datenbank 83 geladen. Danach werden die Anpassungswerkzeuge 71 eingesetzt, um die Netzelemente 65.1 ...5 des ausgewählten Polygonmodells 64 anzupassen, insbesondere die Positionen der Netzknoten zu verändern. Punktuell lassen sich auch lokale Attribute 66.3.2 verändern, z. B. eine Kantenverrundung beeinflussen, um Kanten runder oder eckiger zu gestalten. Die Anpassung des Polygonmodells 64 basiert zum einen auf Eingangsdaten, die aus einem dreidimensionalen Abbild 75 eines Gegenstücks (z. B. einer Körperregion eines zukünftigen Trägers bzw. Nutzers) durch einen Machine-Learning-Prozess 93 gewonnen werden, zum anderen auf Eingangsdaten 76, welche zusätzlich in den Anpassungsprozess einfließen, z. B. manuell eingegebenen Rückmeldungen des Trägers bzw. Nutzers oder einer anderen Bedienperson. Wie weiter unten näher beschrieben, erhält der Nutzer eine virtuelle Voransicht des Gegenstandes gemäß der aktuellen Anpassung. Diese zeigt mit Vorteil auch das Gegenstück (z. B. eine Körperregion), an welches der Gegenstand angepasst werden soll.
Zur Anpassung kommuniziert ein Server 100 eines Dienstleisters mit einem Rechner 200, welcher beabstandet vom Server 100 angeordnet ist, z. B. beim zukünftigen Träger oder Nutzer oder in den Geschäftsräumlichkeiten eines Anbieters (z. B. eines Optikers, eines Hörgeräte- oder Schuhfachgeschäfts). Der Rechner 200 verfügt über eine Tastatur 201 (und weitere Eingabegeräte) sowie einen Bildschirm 202. Er ist zudem an eine 3D-fähige Kamera 210 und einen lokalen 3D-Drucker 220 zur Herstellung von Probedrucken angeschlossen. Der Rechner 200 und damit die mit ihm verbundenen Peripheriegeräte kommunizieren mit dem Server 100 über eine geeignete Schnittstelle des Rechners 200, ein Datennetz (z. B. das Internet, über eine beispielsweise mit TLS gesicherte Verbindung) und eine Schnittstelle des Servers 100. Der Rechner 200 mit Tastatur 201 (bzw. anderem Eingabegerät) und Bildschirm 202 einerseits und die 3D-fähige Kamera 210 können in dasselbe Endgerät, insbesondere einen Tablet-Computer oder ein Smartphone, integriert sein.
Es resultiert ein angepasstes Polygonmodell 67. Aus diesem können dann durch einen Verarbeitungsschritt 94 Herstellungsdaten 68 gewonnen werden. Diese repräsentieren primär die Formgebung des Gegenstandes gemäß den Netzelementen des Polygonmodells 67. Wie weiter unten beschrieben, kann die Auflösung jedoch gegenüber dem für den Anpassungsprozess 92 eingesetzten Polygonmodell verfeinert sein, d. h. es sind mehr Netzelemente vorhanden. Die Herstellungsdaten 68 werden dann an einen oder mehrere Hersteller 300 übermittelt. Diese liefern letztlich direkt oder indirekt das hergestellte Produkt an den Träger bzw. Nutzer des individualisierten Gegenstandes.
Die Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Herstellung einer Maßbrille. Dargestellt sind zugunsten einer verbesserten Übersicht nur die Datenverbindungen zwischen den einzelnen Elementen, die physischen Transporte gehen nur aus dem beschreibenden Text hervor.
Das System umfasst einen Server 100 eines Dienstleisters, der gängige’Rechnerhardware umfasst. Funktional umfasst er eine Datenbank 101 , ein Schnittstellenmodul 102 und zumindest die folgenden Funktionsmodule:
a) ein Verarbeitungsmodul 1 10 zum Erzeugen von Eingangsdaten aus einem erhaltenen dreidimensional Abbild eines Kopfes einer Person;
b) ein Modellierungsmodul 1 1 5 zum Bereitstellen eines Modells für eine Brillenfassung; c) ein Anpassungsmodul 120 zum Generieren von Anpassungsdaten und zum Bewirken von Anpassungen am erwähnten Modell;
d) ein Transformationsmodul 122 zum Transformieren eines Polygonnetzes in ein verfeinertes Polygonnetz;
e) ein Bildausgabemodul 125 zum Ausgeben von Bilddaten einer Überlagerung des Modells mit einem oder mehreren Bildern des Kopfes der Person;
f) ein Verarbeitungsmodul 130 zum Generieren von Herstellungsdaten aus dem Modell; und
g) ein Datenausgabemodul 135 zum Ausgeben der Herstellungsdaten.
Die Module kommunizieren mit der Datenbank 101 und dem Schnittstellenmodul 102. Ihre Funktionsweise und Interaktion ist weiter unten, im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, näher beschrieben.
Das System umfasst den oben beschriebenen Rechner 200, welcher mit dem Server 100 über die Schnittstelle des Rechners 200, ein Datennetz und das Schnittstellenmodul 102 des Servers 100 kommuniziert. Der Rechner 200 mit Tastatur 201 (bzw. anderem Eingabegerät) und Bildschirm 202 einerseits und die 3D-fähige Kamera 210 können in dasselbe Endgerät, insbesondere einen Tablet-Computer oder ein Smartphone, integriert sein. Ebenfalls an den Server 100 über das Schnittstellenmodul 102 angebunden sind mehrere Hersteller 310.1 , 310.2, 310.3 einer ersten Gruppe, welche über Einrichtungen zur additiven Fertigung verfügen, mehrere Hersteller 320. 1 , 320.2, 320.3 einer zweiten Gruppe, welche über Einrichtung zur Herstellung von Brillengläsern verfügen, mehrere Hersteller 330.1 , 330.2, 330.3, welche weitere Fertigungsarbeiten durchführen können, und mehrere Dienstleister 340.1 , 340.2, 340.3 mit Einrichtungen zum Zusammenbau mehrerer Komponenten einer Brille.
Die Einrichtungen der verschiedenen Hersteller umfassen - wie beim ersten Hersteller 310.1 der ersten Gruppe und dem ersten Hersteller 320.1 der zweiten Gruppe dargestellt - jeweils über Rechner 31 1 , 321 mit geeigneten Schnittstellen zur Kommunikation mit dem Schnittstellenmodul 102 des Servers 100 (wiederum bevorzugt über eine gesicherte Internetverbindung) und über entsprechende Fertigungseinrichtungen, z. B. eine Maschine 312 zur additiven Fertigung oder ein Schleifautomat 322 zur Bearbeitung von Linsenrohlingen.
Die Figur 4 stellt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als Flussdiagramm dar. Ein Kunde, welcher eine neue Brille wünscht, begibt sich in die Geschäftsräumlichkeiten des Optikers, dessen Unternehmen in das erfindungsgemäße System integriert ist bzw. mit dem erfindungsgemäßen System zusammenwirkt. Der Optiker ermittelt - wie üblich - die optischen Eigenschaften, welche die Brille aufweisen soll, namentlich in Bezug auf die sphärischen und zylindrischen Korrekturwerte, die Achslage des Zylinders, prismatische Werte und Basislagen sowie Scheitelabstand. Bei Mehrstärkengläsern oder Freiformgläsern müssen weitere Daten erhoben werden.
Zunächst werden allgemeine Parameter zur gewünschten Brille über den Rechner 200 und die Tastatur 201 , geführt über den Bildschirm 202, erfasst und zum Server 100 des Dienstleisters weitergeleitet (Schritt 10). Die allgemeinen Parameter umfassen nebst den Angaben zu den optischen Eigenschaften eine (erste) Auswahl aus verschiedenen Grundmodellen. Diese stehen beim Optiker physisch zur Verfügung, so dass der Kunde sie in die Hand nehmen und testweise aufsetzen kann. Bei vielen Kunden vereinfacht dies später die virtuelle Anprobe, weil der Bezug zwischen der auf einem Bildschirm abgebildeten aufgesetzten Brille und dem repräsentierten physischen Gegenstand viel einfacher gemacht werden kann. Die allgemeinen Parameter umfassen weiter u. a. die Angabe des Materials bzw. der Materialien, der gewünschten Farbe, einer Bügelinschrift usw. Es ist ebenfalls möglich, bereits gewisse Präferenzen in Bezug auf die Geometrie der Fassung einzugeben, z. B. eine (relative) Glasgröße oder eine Basiskurve. Der Umfang und die zulässigen Bereiche der anpassbaren Parameter können je nach Grundmodell unterschiedlich sein.
Als nächstes wird eine dreidimensionale Abbildung des Kopfes des Kunden mit Hilfe der Kamera 210 erfasst (Schritt 12). Die Abbildung umfasst mindestens das ganze Gesicht, die Stirn mit Haaransatz, die Schläfenregionen und die Ohren. Die dreidimensionalen Bilddaten werden wiederum an den Server 100 übermittelt. Die Erfassung kann mit im Handel erhältlichen Produkten erfolgen, z. B. mit modernen Tabletcomputern oder Smartphones, die über Kameras verfügen, die (in der Regel infrarotgestützt) Tiefeninformationen erfassen können. In der Regel ist es sinnvoll, mehrere Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufzunehmen und diese dann zu einem 3D-Modell zusammenzusetzen. Entsprechende Applikationen und Bibliotheksfunktionen sind verfügbar. Sie können direkt auf dem verwendeten Endgerät zum Ablauf gebracht werden.
Auf dem Server werden dann im Verarbeitungsmodul 1 10 erste Eingangsdaten aus den dreidimensionalen Bilddaten erzeugt, indem vorgegebene Orientierungspunkte anhand einer Bilderkennung identifiziert und deren Position am Kopf des Kunden in der Datenbank 101 abgelegt werden (Schritt 14). Ergebnis ist ein 3D-Polygonmodell mit zugehöriger Textur.
Wie in der Figur 5A dargestellt, dienen als Orientierungspunkte insbesondere Elemente des Mundes, der Nase, der Augen, der Augenbrauen, der Ohren und der Gesichtskontur. Die Orientierungspunkte werden zunächst auf dem 2-dimensionalen Abbild identifiziert und dann auf das 3D-Polygonmodells projiziert. Daraus ergeben sich die 3-dimensionalen Ortsinformationen. Mit deren Hilfe kann der Kopf im Raum orientiert werden (Pupillen auf einer Achse, Nasenwurzel an einer festen Position im Raum, etc...). Das Brillenmodell wird in der Folge stets so positioniert, dass die untere Rückseite des Nasenstegs im Weltkoordinatensystem im Koordinatenursprung (0/0/0) positioniert ist (Figur 5B). Die Brillenfront ist parallel zur X-Weltachse ausgerichtet (Figuren 5C, 5E, 5F). Die Bügel sind parallel zur Z-Weltachse ausgerichtet (Figuren 5D-F). Der 3D-Kopfscan wird entsprechend zunächst so rotiert, dass die Orientierungspunkte der Pupillen parallel zur X-Achse ausgerichtet sind (Figur 5C). Danach wird der 3D-Scan so positioniert, dass der Orientierungspunkt der Nasenwurzel auf dem Koordinatenursprung sitzt (Figur 5B). Dann wird die der 3D-Scan um den Orientierungspunkt der Nasenwurzel so rotiert, dass der Orientierungspunkt des Ohrs unterhalb der Brillenbügel liegt (Figur 5B).
Ebenfalls wird - gestützt auf die vorher erfassten allgemeinen Parameter - im Modellierungsmodul 1 15 ein Polygonmodell für eine Brillenfassung mit den gewünschten Grundeigenschaften bereitgestellt (Schritt 16). Dieses Polygonmodell umfasst ein Polygonnetz, also ein Netz aus diskreten Elementen bestehend aus Punkten, Kanten und Polygonflächen. Jedes einzelne Element verfügt über grundlegende Informationen wie Position, Orientierung und angrenzende Nachbarelemente sowie zusätzliche Datenfelder wie Gruppenzugehörigkeit und Attribute, welche die parametrische Form definieren.
Die Gruppenzugehörigkeit wird automatisch vorgegeben. Es handelt sich um binäre Bitfelder (0: nicht Teil der Gruppe; 1 : Teil der Gruppe).
Die Gruppen können Flächenbereiche, Linien, so genannte Leitkurven (z. B. die obere Frontkurve oder die obere Rückkurve), oder Punkte, namentlich Referenzpunkte (z. B. der Nasenrückenpunkt oder die vordere Backenecke) durch binäre Bitfelder repräsentieren. Die Figur 6A zeigt beispielhaft zwei Referenzpunkte der Fassungsnasenbrücke, die Figur 6B zeigt die vordere, obere Leitkurve der Fassung, die Figur 6C den Bereich "Fassungsnasenbrücke".
Die Referenzpunkte markieren wichtige Stellen auf dem Modell, wie zum Beispiel Wendepunkte der Leitkurven.
Die Gruppen, also Bereiche, Leitkurven und Referenzpunkte, dienen als Masken, um im nachfolgenden Anpassungsprozess die Deformationen auf bestimmte Regionen des Polygonnetzes zu beschränken. Durch die Definition und Kombination von sich überlappenden Gruppen der unterschiedlichen Polygonnetzelemente entstehen Beziehungen der einzelnen Teilbereiche eines Objektes. Dies führt automatisch dazu, dass - insbesondere bei der datengesteuerten, automatisierten Anpassung der Objektgeometrie - die Anpassungsprozeduren während der Deformation die Interaktion von sich beeinflussenden Polygonnetzbereichen bei den Deformationsberechnungen automatisch berücksichtigen. Die Leitkurven und Referenzpunkte können darüber hinaus mit Bedingungen verknüpft sein, die im Rahmen der Anpassung einzuhalten sind. So soll z. B. ein Krümmungsradius entlang einer Leitkurve oder bei einem Referenzpunkt innerhalb gewisser Grenzen liegen, oder die Position eines Wendepunkts einer Leitkurve soll in einem bestimmten Bereich liegen.
Zusätzlich werden weitere Daten auf die Polygonnetzelemente geschrieben, die zur Steuerung der nachfolgenden Deformationen eingesetzt werden. Die Figur 7 zeigt exemplarisch die numerischen Werte, die zur Steuerung der Inklination (Pantoscopic Angle) verwendet werden. Hier handelt es sich um Werte aus einem i. W. kontinuierlichen Spektrum (z. B. zwischen 0 und 1 ), gestützt auf welche die Beeinflussung durch einen Deformationsprozess (Deformationsgewicht) quantitativ gesteuert werden kann. Ähnlicherweise können derartige quantitative Werte z. B. den Radius der Kantenverrundung angeben.
Nebst den lokalen Datenfeldern umfasst das Polygonmodell auch globale Attribute, insbesondere semantische Informationen in Bezug auf den Typ des repräsentierten Gegenstands (z. B. "Brillenfront", "Brillenbügel" usw.) und Designvarianten (im Fall einer Brillenfront z. B. "Standard", "Doppelbrücke", "Oberbrücke" usw.). Für die im Rahmen des dargestellten Systems bereitgestellten Grundmodelle reichen zwei grundlegende Topologien aus, nämlich für Brillen mit einfachem Steg (Figur 8A) und Brillen mit Doppelsteg (Figur 8B). Die Polygonnetztopologien sind so optimiert, dass sie das benötigte Minimum an Punkten, Kanten und Flächen umfassen, um alle Grundmodelle zu repräsentieren und alle benötigten Deformationen im Anpassungsprozess abdecken zu können. Die Grundmodelle umfassen Datenfelder, welche maßgebliche Eigenschaften des Grundmodells, z. B. das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Doppelstegs, und die diesbezüglichen Gruppen und Attribute repräsentieren.
Weitere Grundtopologien können ohne Weiteres vorgesehen sein, um weitere Modelle zu parametrisieren. Es kann ein Umrechnungsmodul vorhanden sein, so dass der Kunde auch bei bereits erfolgten Anpassungen im Auswahlprozess noch zwischen Modellen mit verschiedenen Grundtopologien wechseln kann, ohne den Anpassungsprozess von neuem vollständig zu durchlaufen. Das Umrechnungsmodul kann in diesem Fall die im neuen Polygonmodell nicht unmittelbar definierten Parameterwerte berechnen bzw. interpolieren. Anhand der Orientierungspunkte wird nach fest definierten Regeln und
Parameterprioritäten automatisiert eine Ausgangsparameterkonfiguration erzeugt. Beispielsweise wird die Breite des Brillennasenstegs anhand der Breite der gescannten Nase bestimmt, und die Länge des Bügels wird anhand der Distanz von Nasenwurzel und Anfang der Ohrmuschel berechnet. Die Ausgangsparameterkonfiguration bezieht sich auf ein Ausgangsmodell mit einer minimalen Anzahl von Polygonnetzelementen zur Repräsentation der jeweiligen Brillenform. Sie definiert die Polygonnetzgeometrie für den nachfolgenden
Anpassungsprozess und beinhaltet alle auf den Elementen des Netzes benötigten Daten.
Vor der eigentlichen Anpassung wird zunächst das entsprechende Polygonmodell (Kontrollpolygonmodell) in den Arbeitsspeicher des ausführenden Systems geladen. Anschließend erfolgt eine Vorbearbeitung im Hinblick auf die Anpassung, Voransicht und Generierung der Produktionsdaten. Die Ergebnisse dieser Vorbearbeitung werden derart gespeichert, dass sie mit geringstmöglichem Rechen- und Zeitaufwand abrufbar sind. Ferner werden rechenintensivere Prozeduren der Anpassungskomponente - soweit möglich - bereits jetzt ausgeführt, so dass anschließend, während der eigentlichen Anpassung, ein Echtzeitbetrieb auch bei moderater Rechenleistung gewährleistet ist. Die Vorverarbeitung (Schritt 17) beinhaltet beispielsweise die Erstellung von Geometrie für die Kantenverrundung für die Nasenauflage oder die Formlinsenscheibe (siehe unten). Mehrere vorbearbeitete Objekte werden parallel im Arbeitsspeicher vorgehalten und bedarfsweise bei der Anpassung abgerufen.
Es folgt nun ein Kreisprozess, welcher letztlich zu einem parametrisierten Modell für die Brillenfassung führt, welches den Wünschen des Kunden entspricht.
Auf die vorhandenen Daten, namentlich die erwähnten Parameter und die dreidimensionale Abbildung samt Orientierungspunkten, wird ein Machine-Learning- Algorithmus angewandt (Schritt 18). Dieser liefert Anpassungswerte für die nachfolgende Parameteranpassung (Schritt 20) im Anpassungsmodul 120, welche weiter unten im Detail beschrieben ist.
Der Machine-Learning-Algorithmus wurde mit vorhandenen 3D-Scans und zugeordneten, bereits angepassten Maßbrillen trainiert. Die Trainingsdaten werden mit jedem neu angepassten Modell ergänzt, die Daten des ML-Algorithmus periodisch aktualisiert. Mit dem Machine-Learning-Algorithmus werden insbesondere die Orientierungspunkte mit den Maßbrillenparametern korreliert, d. h. das Trainierte kann auf Basis der Orientierungspunkte des Gesichts Parameter für die Maßbrillenkonfiguration Voraussagen. Durch diesen Prozess können auch Informationen und Statistiken über die Maßbrillenparameter und die entsprechenden Träger gewonnen werden, die Aufschluss über die Anpassungsbedürfnisse des Trägers hinsichtlich seines Alters, Geschlechts, ethnischer Herkunft, etc... geben. Diese Informationen können dann für zukünftiges Brillendesign für spezifische Zielgruppen eingesetzt werden.
Nach der Anpassung der Parameter, welche zu einem veränderten Modell der Brillenfassung führt, wird dieses - überlagert mit den Bilddaten, welche den Kopf des Kunden zeigen - angezeigt. Dazu wird zunächst mittels des Transformationsmoduls 122 mittels eines Catmull-Clark-Subdivision-Algorithmus das Polygonnetz des angepassten Modells verfeinert (Schritt 21 ). Diesem verfeinerten Polygonnetz werden die Bilddaten des Kopfes im Bildausgabemodul 125 des Servers 100 überlagert und über das Datennetz an den Rechner 200 des Optikers übermittelt. Dort kann das Bild auf dem Bildschirm 202 dargestellt werden (Virtual Try-On), vergleiche Figur 9A-D (Schritt 22). Der Kunde erhält somit einen Eindruck vom Sitz und von der ästhetischen Wirkung der zukünftigen Brille. Da die Bilddaten in dreidimensionaler Form vorliegen (und mit Orientierungspunkten versehen sind), kann der Blickwinkel auf die Abbildung ohne weiteres geändert werden, damit die ästhetische Wirkung umfassend gewürdigt werden kann. Nebst dem Brillengestell kann zusätzlich auch das Brillenglas mit den entsprechenden Reflektionen oder gar den Einflüssen der Brechkraft dargestellt werden.
Es können mehrere Parameterkonfigurationen bereitgestellt sein, damit verschiedene Modelle bzw. Anpassungen unmittelbar miteinander verglichen werden können. Der Anpassungsprozess kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Bruchteil einer Sekunde erfolgen, wodurch das Arbeiten in Echtzeit mit dem System möglich wird. Da alle Grundmodelle denselben Parametrisierungs- und Anpassungsprozess durchlaufen, kann bei gleichbleibenden Maßbrillenparametern das Grundmodell ausgetauscht werden, wodurch ein neues, angepasstes Brillenmodell mit denselben Maßbrillenparametern entsteht. Dies ermöglicht es, auf Basis der Kundendaten schnell mehrere maßangepasste Brillen zu simulieren und virtuell anzuprobieren.
Die Darstellung kann auf dem 3D-Modell erfolgen oder einem Live-Videostream des Kunden überlagert werden. Im zweiten Fall werden dieselben Orientierungspunkte oder ein Subset davon anhand der Videodaten in Echtzeit bestimmt, so dass die virtuelle Brillenfassung korrekt positioniert werden kann und den Bewegung des Kopfes bzw. einem unterschiedlich gewählten Blickwinkel unmittelbar folgt. Zur Erfassung des Live- Videostreams kann die Frontkamera eines Tablet-Computers bzw. Smartphones verwendet werden. Die Darstellung der Brillenfassung kann entsprechend durch vorhandene "Augmented-Reality' -Funktionen dieses lokalen Endgeräts unterstützt werden.
Der Kunde bzw. eine betreuende Fachperson des Optikers kann nun mit Hilfe der Tastatur 201 (und/oder weiterer Eingabegeräte) eine Rückmeldung zum derzeitigen Modell abgeben (Schritt 24). Falls noch weitere Anpassungen notwendig sind, können diese bis zu einem gewissen Grad spezifiziert werden (z. B. indem Schieberegler für die Glasgröße, die Breite des Brückenstegs, des Glasrahmens in verschiedenen Bereichen betätigt werden oder indem ein anderer Brillenmodelltyp aus einer Liste ausgewählt wird). Die neuen Eingangsdaten werden zusammen mit den bereits früher erfassten Daten (sofern diese nicht durch die neuen Daten überschrieben bzw. ersetzt werden) in einem nächsten Schritt des Anpassungsprozesses verarbeitet, d. h. zunächst wird wieder der Machine-Learning- Algorithmus angewandt (Schritt 18), danach folgen die weiteren beschriebenen Schritte.
Falls nach Anzeige der überlagerten Abbildung keine weiteren Anpassungen notwendig sind und der Kunde bzw. sein betreuender Dienstleister das derzeitige Modell provisorisch akzeptieren (Entscheidung 26), werden im Verarbeitungsmodul 130 Herstellungsdaten für ein Testexemplar bereitgestellt und zum Rechner 200 des Optikers übermittelt. Dies schließt die Generierung eines so genannten Tags ein, eines Elements, das bei der Produktion mitgefertigt wird und der Brille ihre eindeutige Identifikation zuweist. Zudem wird für jede Brille das Formglas erstellt. Des Weiteren kann auf Wunsch ein sogenannter Clip-On erzeugt werden, eine Fläche die frontal auf die Brillenfront passt und über die gleichen Linsenglasöffnungen verfügt. Der Clip-On wird mit abdunkelnden Sonnengläsern versehen und kann später auf die Brille mittels Haken aufgeclippt werden. Formscheibe, Clip-On sowie Tag werden der Brille in der Fabrikation mittels Öse angehängt. Zudem wird die eindeutige Identifikation in Form von dreidimensionaler Geometrie in die Bügel projiziert. Ebenso werden die Hohlräume für die Scharniere in die Bügel und die Brillenfront projiziert, wobei in der Regel zusätzliche Polygonnetzelemente erzeugt werden. Ebenso wird nun die Dichte des Polygonnetzes mittels des Catmull-Clark-Subdivison-Algorithmus erneut erhöht, wobei von den bereits vorliegenden Daten für die Anzeige ausgegangen werden kann, die mit einer weiteren Iteration weiter verfeinert werden (Schritt 27). Dadurch werden die Oberflächen der Brille geglättet. Erst in dieser Phase wird also die Netztopologie verändert.
Dort wird das Testexemplar mit dem lokalen 3D-Drucker 220 in wenigen Minuten hergestellt (Schritt 28). Es handelt sich um ein Exemplar der Brillenfassung mit der exakten Geometrie, allerdings ohne Oberflächen-Finishing und gegebenenfalls aus einem anderen Material.
Nach der Anprobe des Testexemplars kann der Kunde bzw. die betreuende Fachperson wiederum eine Rückmeldung abgeben, ob das Modell passt oder ob noch weitere Anpassungen notwendig sind (Schritt 30). Im zweiten Fall (Entscheidung 32) werden diese neuen Informationen wiederum in den Kreisprozess zurückgespeist, es folgt ein nächster Schritt der Anwendung des Machine-Learning-Algorithmus (Schritt 18) - wiederum angewandt auf das Polygonmodell ohne Glättung, d. h. mit dem Polygonmodell geringerer Dichte. Im ersten Fall erfolgt nun im Verarbeitungsmodul 130 ein Zuordnungsschritt (Schritt 34), wobei alle Elemente der modellierten Brillenfassung einem Material und Herstellungsprozess zugeordnet werden. Entsprechend werden verschiedene Sets von Herstellungsdaten erzeugt (Schritt 36), wiederum inklusive Generierung des Tags und weiterer Elemente sowie einer vorangehenden Glättung mittels Catmull-Clark Subdivison (Schritt 35). Daraus und aus den bereits vorher vom Optiker eingespeisten optischen Daten für die Brillengläser ergeben sich die notwendigen Arbeiten für die Herstellung der kompletten Brille.
Entsprechend erfolgt nun ein Auctioning-Prozess (Schritt 38), wobei der Server 100 über entsprechende Software-Schnittstellen (API) Rechner der Hersteller 310.1 , 310.2, 310.3 der ersten Gruppe zur additiven Fertigung der Brillenfassung, der Hersteller 320.1 , 320.2,
320.3 der zweiten Gruppe zum Schleifen der Brillengläser, der Hersteller 330.1 , 330.2,
330.3 der dritten Gruppe zum Herstellen weiterer Elemente (insbesondere Scharniere, separate Metallstege mit Silikonnasenpads zur Befestigung an der Nasenbrücke usw.) und der Dienstleister 340.1 , 340.2, 340.3 zum Zusammenbau der Komponenten kontaktiert und eine Dienstleistungsauktion (Reverse Auction) durchführt, um mehrere Offerten mit unterschiedlicher Gewichtung (namentlich in Bezug auf die Fertigungszeit und den Fertigungspreis) zu erzeugen.
Der Kunde kann nun - wiederum über den Rechner 200 des Optikers - die bevorzugte Offerte auswählen (Schritt 40). Anschließend werden die Herstellungsdaten für die Gläser an den entsprechenden Hersteller 320.1 ausgegeben (Schritt 42) und die Herstellungsdaten für die Brillenfassung (Brillenfront, Bügel) sowie für die weiteren Bestandteile (Scharniere etc.) und der Auftrag für den Zusammenbau mit den notwendigen Angaben an die entsprechenden Hersteller 310.1 , 330.1 bzw. Dienstleister 340.1 übermittelt (Schritt 44).
Das erfindungsgemäße System kann für die additive oder subtraktive Fertigung das 3D- Polygonmodell in industrietypischen Formaten zur Speicherung von Polygonnetzen wie zum Beispiel STL, OBJ, PLY speichern. Darüber hinaus kann das System aber auch aus dem Polygonmodell Splinekurven und -flächen generieren und exportieren, die für Produktionssystem geeignet sind, die derartige Repräsentationsmodelle für Objekte benötigen. Darüber hinaus ist es auch möglich, neben der Repräsentation des 3D-Modells, direkt Instruktionsdatensätze zur Fertigung des 3D-Modells auszuspielen, im Fall der Steuerung von 3D-Druckern oder Fräsen maschinenspezifisch erzeugter G-Code. Für die Herstellung der Linsenscheiben kann das System standardisierte OMA-Daten zur Steuerung von Linsenschleifautomaten ausgeben. Die verschiedenen Exportmöglichkeiten ermöglichen es, Brillen in unterschiedlichen Materialien, die unterschiedliche Produktionsverfahren und daher unterschiedliche Datenaustauschformate benötigen, herzustellen.
Die Herstellungsdaten werden in der Regel verschlüsselt und mit einer Zugriffsbeschränkung versehen. So kann zum einen sichergestellt werden, dass keine unbefugten Dritte diese Daten nutzen können, zum anderen kann ein Vergütungsmodell etabliert werden, bei welchem die einzelnen Herstellungsvorgänge der gleichen Brillenfassung einzeln in Rechnung gestellt werden.
Im Alltag kommt es vor, dass zum Beispiel der Optiker Informationen zur Brillenproduktion benötigt, die in Form von physischen Objekten anstatt digitalen Daten vorliegen muss. Ein solches Beispiel ist die Form der Linsenscheibe, die ein Optiker manchmal nicht in digitaler Form an einen Schleifautomaten übermitteln kann, weil die Form vom Automaten von einem physischen Objekt abgetastet werden muss. Für solche Zwecke unterstützt das System die Möglichkeit, physische Schablonen wie zum Beispiel eine Formlinsenscheibe auszuspielen, die beim Produktionsprozess mitproduziert wird. Des Weiteren können vom System automatisiert bemaßte Technische Zeichnungen ausgegeben werden, die den Anpassungsprozess dokumentieren und den Produktionsprozess unterstützen.
Die Hersteller 310.1 , 320.1 , 330.1 stellen die beauftragten Komponenten her, gegebenenfalls mit der eigentlichen Herstellung nachgeordneten Prozessen wie Färben, Schleifen oder Beschichten, und senden diese an den Dienstleister 340.1. Dort werden sie zusammengebaut und schließlich an den Optiker versandt. Dort kann dann die Anprobe der fertigen Brille stattfinden. Da sie auf Basis der 3D-Vermessung nach Maß hergestellt wurde, besteht in der Regel kein weiterer Anpassungsbedarf. Allenfalls werden gängige Anpassungsschritte (z. B. in Bezug auf die Form der Ohrbügel) noch vom Optiker vorgenommen. Außerdem werden die Korrektureigenschaften der Linsengläser in Bezug auf die Augen des Kunden überprüft.
Der Datenaustausch kann vollständig über eine vom Dienstleister auf dem Server 100 betriebene Plattform erfolgen, auf welche alle beteiligten Parteien (Mitarbeiter des Dienstleisters, Kunde, Optiker, Hersteller, Montagedienstleister, Logistikunternehmen usw.) zugreifen können. Es sind jeweils nur diejenigen Daten zum Lese- bzw. Schreibzugriff freigegeben, welche die jeweilige Partei benötigt. Der Zugriff kann beispielsweise über APIs, Applikationen (Apps) oder Internet-Browser erfolgen. Die Daten können über eine Blockchain-Infrastruktur verfügbar gemacht werden. Die Plattform ermöglicht grundsätzlich auch spätere Zugriffe, so dass bei einem Verlust oder einer Beschädigung einer Brille die benötigten Komponenten automatisiert nachbestellt werden können.
Jedem Auftrag (und den resultierenden Teilaufträgen) werden eindeutige Identifikationsangaben zugeordnet. Die physisch gefertigten Komponenten werden mit diesen Angaben gekennzeichnet, z. B. durch eine entsprechende Gravur, einen Aufdruck, einen maschinenlesbaren Tag (RFID-Tag) oder eine Etikette.
Die erwähnte Parameteranpassung (Schritt 20) wird im Folgenden beschrieben. Der Anpassungsprozess erfolgt durch eine Abfolge von definierten Funktionen, die die Deformation des Brillenmodells für eine bestimmte Parameteränderung berechnen. Die Polygonnetztopologien sind so definiert, dass für alle Grundmodelle dieselben Anpassungsschritte durchlaufen werden, wobei die Anpassungsfunktionen in Abhängigkeit der Grundtopologie des Modells unterschiedlich einwirken können. Dazu werden die entsprechenden Datenfelder des Modells ausgewertet. Beispielsweise können gewisse Funktionen beim Vorhandensein eines Doppelstegs zusätzliche Deformationen im Bereich des Doppelstegs vorsehen. Alle Funktionen führen ihre Berechnungen auf Basis des Kontrollpolygonnetzes datengesteuert aus. Dabei reagieren die Funktionen einerseits auf die Attribute der einzelnen Polygonnetzelemente und andererseits auf die Parameter, die dem System von außen durch einen Akteur übergeben werden. Dieser Akteur kann sowohl ein Mensch oder eine Maschine - zum Beispiel ein Machine Learning Modell - sein. Zur Berechnung der Deformation wird die Position der Elemente des Polygonnetzes gelesen, durch eine Funktion deformiert und dann wieder gespeichert. Zur Berechnung der jeweiligen Deformation werden die pro Polygonnetzelement (Punkt, Kante, Polygonfläche) gespeicherten Attribute mit einbezogen. Damit der Prozess zur eigentlichen Anpassung einer Maßbrille echtzeitfähig ist, findet während der Brillenanpassung keine Erzeugung zusätzlicher Polygonnetzelemente statt. Der Anpassungsprozess erfolgt ausschließlich durch Deformation. Erst zum Generieren der Herstellungsdaten wird die Dichte des Polygonnetzes - wie weiter unten beschrieben - erhöht. Zusätzlich sind die Operationen auf den Polygonnetzelementen auf mehreren Rechenkernen parallelisiert, was die Berechnung wesentlich beschleunigt.
Alle nachfolgend diskutierten Parameter - bis auf die Inklination und gewisse Maße des Bügels - sind relative Werte in Millimeter und Winkel (Grad), die sich auf die Modellmaße der Standardbrillenmodelle beziehen. Selbstverständlich muss nicht in jedem der Schritte zwingend eine Änderung der Parameter des Polygonmodells erfolgen. Der entsprechende Anpassungswert kann Null sein.
Die Netztopologie des Polygonmodells ist auf die nachfolgend beschriebenen Prozeduren, welche die Topologie deformieren oder verändern (neue Bestandteile des Designs erstellen) abgestimmt. Umgekehrt erwarten Prozeduren, die auf bestimmte Bereiche des Objekts wirken, dass diese einen bestimmten Aufbau der Netztopologie aufweisen.
Der Ablauf der Parameteranpassung ist im Flussdiagramm gemäß Figur 10 schematisch dargestellt. Zunächst wird im Schritt 20.1 die Brückenbreite angepasst (Figur 1 1 ). Dabei wird die Nasenbrücke 51 in der Breite erhöht oder verringert. Die Stärke des Rahmens 50 ändert sich dabei nicht. Die gesamte Breite der Rahmenfront vergrößert oder verringert sich um den Betrag der Änderung der Nasenbrücke 51.
Im nächsten Schritt 20.2 wird die Tiefe der Nasenbrücke 51 erhöht oder verringert (Figur 12). Dabei wird die übrige Stärke des Rahmens nicht verändert.
Als nächstes wird die Glasbreite erhöht oder verringert (Schritt 20.3; Figur 13). Die gesamte Brillenfront passt sich dementsprechend an. Die Glashöhe wird dabei proportional zur Glasbreite angepasst. Die Breite der Nasenbrücke 51 verändert sich nicht, das Design der Brille bleibt erhalten. Zudem kann optional die Stärke des Rahmens 50 in der Tiefe verändert werden.
Im nachfolgenden Schritt 20.4 wird die Breite der Nasenbrücke 51 im unteren Teil separat erhöht oder verringert (Figur 14). Dadurch verändert sich der Winkel der Nasenauflage 52. Die gesamte Breite der Nasenbrücke 51 bleibt unverändert und die Breite der Rahmenfront verändert sich dadurch nicht.
In einem nachfolgenden Schritt 20.5 kann der obere, innere Teil der Glasöffnung des Rahmens 50 um 1 mm nach unten gezogen werden. Dies ist bei einigen Formen für einen besseren Sitz des Glases im Rahmen nötig.
Der Radius des oben erwähnten Formglases (bzw. Formlinsenscheibe, der Schablone, welche zum Abformen der Glasform für das Zuschneiden der Korrekturlinse dient) kann in einem nächsten Schritt 20.6 erhöht werden. Einige Formen benötigen eine Erhöhung des Formglasradius damit die Korrekturlinse, die auf Basis der Formglasschablone erstellt wird, fester im Brillenrahmen sitzt.
Im nächsten Schritt 20.7 kann die Basiskurve erhöht oder verringert werden. Die Basiskurve entspricht einer Projektion der Brillenfassung auf eine Kugel mit definierten Radien für die unterschiedlichen Basiskurven. Das Zentrum der Kugel, auf die projiziert wird, ist in der optischen Mitte des Linsenglases positioniert. Aus dieser Position wird die das Zentrum der Basiskurvenkugel um 6° hin zur Z-Achse und 9.5° hin zur Y-Achse gekippt. Dadurch erhält die Brille eine Standardinklination von 9.5°. Die Stärke der Brillenfassung bleibt erhalten. Ebenso bleibt die Breite der Brillenfassung erhalten, da die Projektion durch Scherung der Form in die Tiefe auf die Kugel realisiert ist.
Die Glasnut, die die Korrekturlinse in der Brillenfassung fixiert, kann ebenfalls angepasst werden (Schritt 20.8). Die Nut kann sowohl eine runde als auch eine spitze Geometrie aufweisen. Des Weiteren kann die Nuttiefe bestimmt werden.
Im nächsten Schritt 20.9 wird der Winkel des Bügelaufgangs erhöht (Figur 15). Dabei wird lediglich die Backe 53 der Brillenfassung verändert. Die Brillenfront bleibt unverändert.
Nun wird die Inklination erhöht oder verringert (Schritt 20.10). Die Front der Brillenfassung wird dabei um einen Punkt an der Backe 53 der Brillenfassung gedreht (Figur 16). Die Brillenbügel bleiben dadurch unverändert. Mit dem nachfolgenden Schritt 20.1 1 kann die Rundung des Brillenrahmens im unteren Rahmenbereich von Nasenbrücke bis Brillenbacke erhöht werden. Diese ist für die Stabilität von bestimmten Brillenmodellen notwendig.
Der nachfolgende Schritt 20.12 ermöglicht eine Änderung der Nasenauflage 52 in ihrer Höhe, Tiefe und im Winkel (Figuren 17-19). Alle anderen Maße der Brillenfassung werden dadurch nicht beeinflusst. Die Nasenauflage 52 kann auch so verändert werden, dass sich am Rahmen keine Auflage mehr befindet. In diesem Fall werden im unteren Bereich der Nasenbrücke 51 Löcher vorgesehen, die es ermöglichen, nach der Produktion Metallstege mit Silikonnasenpads anzubringen, wie es bei der klassischen Brillenproduktion üblich ist und wie es von manchen Kunden gewünscht wird.
Im nächsten Schritt 20.13 kann die Länge des Bügels 54 erhöht oder verringert werden (Figur 20). Die Brillenfassung bleibt davon unbeeinflusst.
Der Bügel 54 kann am Bügelende abgeknickt werden. Dazu können im Schritt 20.14 die Position des Bügelknicks, der Bügelknickwinkel und der Radius des Bügelknicks beeinflusst werden. Die Brillenfassung bleibt davon unbeeinflusst.
Weitere Funktionen sind - je nach Grundmodell - möglich, beispielsweise kann im Rahmen eines weiteren Schritts die Torsion der Backe verändert werden.
Die Funktionen sind so definiert, dass der visuelle Charakter der Brille bei ihrer Anwendung bestmöglich bewahrt wird. Das bedeutet, dass u. a. Proportionen der einzelnen Brillenbereiche und die Krümmung der Leitkurven möglichst erhalten bleiben. Dies wird mittels der Attributdaten des Polygonnetzes realisiert, indem zum Beispiel die Leitkurven und Referenzpunkte vor der Deformation analysiert werden, was wiederum die gegenseitige Abhängigkeit einzelner Teilbereiche eines Brillenmodells während der Deformation beeinflusst.
Im Anschluss an die vorgenannten Schritte 20.1 ...20.14 werden die Kanten der Brille verrundet (Schritt 20.15). Die Verrundung findet abhängig vom Winkel der angrenzenden Flächen der zu verrundenden Kanten statt. Anschließend wird im Schritt 20.16 das Brillenmodell so positioniert, dass die untere, hintere Kante der Nasenbrücke auf dem Weltkoordinatenursprung liegt (vgl. oben und Figur 5B). Aufgrund der vorangegangenen Parameteranpassungen kann eine Anpassung dieser Positionierung notwendig sein. Die oben genannten Parameter und Deformationsfunktionen zur Maßbrillenanpassung sind so gestaltet, dass die Fassung angepasst werden kann, ohne dass das Design der Form merklich geändert wird (eine runde Brille bleibt rund und wird nicht oval etc...). Alle wichtigen Proportionen des Brillenmodells bleiben erhalten und Bereiche wie die Brillenbacke bleiben trotz Transformation unverändert. Des Weiteren ist der oben genannte Prozess auf die Produktion mittels Materialien mit homogenen Materialeigenschaften optimiert. Das bedeutet zum Beispiel 3D-Druck mit einem Material.
Die Figuren 21 A-C sind Darstellungen eines an die Brillenfront angrenzenden Abschnitts des Brillenbügels. Die Figur 21 A zeigt das ursprüngliche Polygonnetz, welches im Rahmen des Anpassungsprozesses verwendet wird (Polygonnetz des Kontrollpolygonmodells); die Figur 21 B zeigt ein verfeinertes Polygonnetz für die Darstellung, die Figur 21 C ein weiter verfeinertes und weiter bearbeitetes Polygonnetz für die additive Fertigung.
Das verfeinerte Polygonnetz gemäß Figur 21 B ist durch die mehrfache Anwendung des Catmull-Clark-Subdivision-Algorithmus auf das ursprüngliche Polygonnetz entstanden. Seine Flächenzahl ist ungefähr viermal größer als diejenige des ursprünglichen Netzes. Für die praktisch fotorealistische grafische Darstellung der Brille ist die sich ergebende Auflösung ausreichend.
Das weiter verfeinerte Polygonnetz gemäß Figur 21 C ist durch die nochmalige Anwendung des Catmull-Clark-Subdivision-Algorithmus auf das verfeinerte Polygonnetz gemäß Figur 21 B entstanden. Seine Flächenzahl ist ungefähr 16-mal größer als diejenige des ursprünglichen Netzes. Nach der zweiten Iteration der Unterteilung wurden in das Polygonnetz für die additive Fertigung Öffnungen (durchgehende und sacklochartige) mit vorgegebener Geometrie eingefügt. Sie dienen der Aufnahme eines Scharnierelements und weiterer Befestigungselemente. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So muss der kundenseitige Prozess nicht zwingend bei einem Optiker oder einer anderen Fachperson stattfinden, sondern kann mit den vorhandenen Endgeräten ohne Weiteres beim Kunden zu Hause oder unterwegs stattfinden. Ein Berater (z. B. ein Optiker oder ein Mitarbeiter des Dienstleisters) kann per Videochat zugeschaltet werden.
Entsprechend können auch die Rechner und Fertigungsvorrichtungen auf unterschiedlichste Weise lokalisiert sein. So ist ein 3D-Drucker beim Optiker (oder zu Hause beim Kunden) nicht zwingend. Demgegenüber ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, einen kundennahen 3D-Drucker zur Herstellung des Endprodukts einzusetzen. Dieser kann Beispiel, nebst einem Schleifautomaten in den Räumlichkeiten des Optikers lokalisiert sein, so dass die Bestandteile direkt beim Optiker gefertigt und von diesem zur fertigen Brille zusammengesetzt werden können. Dabei können weitere Elemente eingesetzt werden, die nicht individuell gefertigt werden müssen, sondern beim Optiker vorgehalten werden (z. B. Scharnierteile).
Die Verteilung der Verarbeitungsaufgaben auf die verschiedenen Rechner kann sich von derjenigen im Ausführungsbeispiel unterscheiden. So kann beispielsweise das Endgerät, mittels welchem der 3D-Scan vorgenommen wird, auch bereits erste Verarbeitungsschritte, gegebenenfalls inklusive Zuordnung der Orientierungspunkte, durchführen. Dasselbe gilt für das Endgerät, auf welchem die überlagerte Ansicht des Brillenmodells mit dem Kopf des Kunden dargestellt wird (wobei es sich wiederum um dasselbe Endgerät handeln kann, auf welchem beispielsweise eine dedizierte Applikation zur Interaktion mit dem Server abläuft). Bei einer anderen Ausführungsvariante können sämtliche Rechenschritte auf dem Server durchgeführt werden, so dass die lokalen Endgeräte nur zur Datenerfassung und -anzeige dienen (z. B. über ein Browserinterface).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung lässt sich auch unabhängig von einem 3D-Scan einsetzen. Grundsätzlich können die Brillen-Grundmodelle anhand von Messdaten, die beispielsweise von einem Optiker erfasst und in das System eingegeben werden, angepasst werden. Während bei dieser Variante das virtuelle Anprobieren entfällt, kann der Machine-Learning-Algorithmus ohne Weiteres auch in dieser Variante angewandt werden, wenn eine Entsprechung von den Eingangsdaten des ML-Algorithmus (z. B. der Position der Orientierungspunkte) und den Messdaten des Optikers hergestellt werden kann.
Auch der Anpassungsprozess kann anders gestaltet werden. So kann es sinnvoll sein, für weitere Brillen-Grundmodelle zusätzliche Deformationsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen, namentlich auch solche, welche die eigentliche Form verändern. Ferner können zusätzliche Prozeduren zum automatischen Glätten, Verteilen und Ausrichten vorhandener Polygontopologie vorgehalten und bei Bedarf ausgeführt werden.
Einzelne Eingabedaten, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel aus automatischen Prozessen ergeben, können auch vom Endkunden, einem Optiker oder einem dienstleisterseitigen Operator manuell eingegeben werden. Umgekehrt ist es möglich, gewisse im Rahmen des Ausführungsbeispiels manuell erhobene Eingabedaten aus zusätzlichen automatischen Prozessen zu gewinnen.
Wie bereits erwähnt, ist das System zudem grundsätzlich auch für 3D-Fertigungsprozesse geeignet, bei welchen gleichzeitig zwei oder mehr unterschiedliche Materialien verarbeitet werden. Die Zuordnung erfolgt während des entsprechenden Prozessschritts, indem nebst der Zuordnung zu einem Produktionsverfahren auch eine Zuordnung zu einem Teilprozess gemacht wird. Dies ermöglicht die Produktion von einstückigen Objekten, die über heterogene, also kontinuierlich sich verändernde, Materialeigenschaften verfügen. Dadurch ist es grundsätzlich möglich zum Beispiel Scharnierlösungen nicht nur auf geometrischer Basis sondern durch Materialverteilung im Objekt zu realisieren.
Verschiedene Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden vorstehend anhand der Gestaltung und Herstellung von Brillenfassungen erläutert. Die entsprechenden Verfahrensschritte und Überlegungen lassen sich im Rahmen des weiter oben Gesagten auf die Gestaltung und Herstellung anderer Gegenstandstypen übertragen.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes schafft, welches die einfache Erstellung neuer flexibel parametrisch anpassbarer Designs des individualisierten Gegenstands ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Generieren von Geometriedaten eines individualisierten Gegenstandes, insbesondere zur Weiterverarbeitung zu Herstellungsdaten für die Herstellung des Gegenstandes, umfassend folgende Schritte:
a) Bereitstellen eines Polygonmodells für den Gegenstand, wobei das Polygonmodell ein aus Netzelementen gebildetes Netz umfasst, wobei die Netzelemente diskrete Punkte, Kanten und Flächen umfassen, welche eine geometrische Ausgangsform des Gegenstandes repräsentieren;
wobei das Polygonmodell lokale Attribute umfasst, welche mindestens einigen der Netzelemente zugeordnet sind und mindestens eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen oder Parameter für einen Deformationsvorgang betreffen;
b) Bereitstellen eines Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge zum Deformieren eines Bereichs des Netzes des Polygonmodells, wobei die Anpassungswerkzeuge derart definiert sind, dass bei ihrer Anwendung auf das Netz eine Topologie des Netzes erhalten bleibt und dass bei ihrer Anwendung die lokalen Attribute der Netzelemente des Bereichs ausgewertet werden, um ein Maß einer lokalen Deformation zu bestimmen; und
c) Anpassen des Polygonmodells durch Anwenden der Anpassungswerkzeuge.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des
Polygonmodells folgende Schritte ausgeführt werden:
a 1 ) Bereitstellen eines Polygon-Grundmodells für einen Gegenstandstyp des individualisierten Gegenstandes, wobei mindestens einigen Netzelementen des Polygon-Grundmodells lokale Attribute zugeordnet sind, die eine Zugehörigkeit zu einer von mehreren Anpassungsgruppen anzeigen,
a2) Bereitstellen des dem Polygon-Grundmodell zugeordneten Satzes vordefinierter Anpassungswerkzeuge zum Deformieren des aus dem Polygon-Grundmodell abgeleiteten Polygonmodells, wobei die Anpassungswerkzeuge dem Gegenstandstyp angepasst sind und mindestens einige der Anpassungswerkzeuge bei ihrer Anwendung die lokalen Attribute auswerten, welche die Zugehörigkeit zu den Anpassungsgruppen anzeigen;
a3) Modellieren des Polygon-Grundmodells zum Erhalt des Polygonmodells, wobei eine Topologie des Polygon-Grundmodells unverändert bleibt, wobei die lokalen Attribute bedarfsweise verändert werden, wobei eine Menge und Definition der mehreren Anpassungsgruppen beibehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Polygonmodells vollautomatisch, gestützt auf Eingangsdaten erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsdaten
Verarbeitungsdaten umfassen, welche aus Geometrieinformationen zu einem
Gegenstück des Gegenstandes gewonnen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Geometrieinformationen aus einem dreidimensionalen Abbild einer Körperregion einer Person gewonnen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsdaten mittels eines auf maschinellem Lernen basierenden Prozesses aus den Geometrieinformationen gewonnen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maschinelle Lernprozess auf einer Vielzahl von Trainingsdaten aus dreidimensionalen Abbildern einer Vielzahl von Personen und damit verknüpften angepassten
Polygonmodellen basiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maschinelle
Lernprozess weiter auf Eigenschaftsdaten der Person basiert, insbesondere einem Alter, einem Geschlecht, einer ethnischen Herkunft und/oder Präferenzangaben der Person.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe eine Zugehörigkeit zu einem räumlichen Bereich des Polygonmodells anzeigt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe eine Zugehörigkeit zu einer Leitkurve des
Polygonmodells anzeigt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugehörigkeit zur Anpassungsgruppe einen Referenzpunkt des Polygonmodells anzeigt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter für den Deformationsvorgang einen Radius für eine Kantenverrundung oder ein Deformationsgewicht angibt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge mindestens ein lokales Anpassungswerkzeug umfasst, dessen Anwendung auf das Polygonmodell gesteuert durch die lokalen Attribute nur einen lokalen Bereich des Polygonmodells beeinflusst und alle Bereiche außerhalb dieses lokalen Bereichs unbeeinflusst lässt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Anpassungswerkzeuge ein Ausmaß einer Deformation anhand eines lokalen Attributs betroffener Netzelemente bestimmt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine
Anpassungswerkzeug eine maximale Deformation für Netzelemente beschränkt, welche einer Leitkurve des Polygonmodells angehören oder einen Referenzpunkt des Polygonmodells bilden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Attribute, welche einem Netzelement des Polygonmodells zugeordnet sind, die
Zugehörigkeit zu mehreren Anpassungsgruppen anzeigen können, insbesondere die Zugehörigkeit zu mehreren räumlichen Bereichen des Polygonmodells.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassungswerkzeug bei einem Netzelement, das mehreren Anpassungsgruppen zugehörig ist, eine erste Teildeformation aufgrund einer Zugehörigkeit zu einer ersten der Anpassungsgruppen und eine zweite Teildeformation aufgrund einer Zugehörigkeit zu einer zweiten der Anpassungsgruppen bestimmt und eine auf das Netzelement angewandte Deformation aus der ersten Teildeformation und der zweiten Teildeformation abgeleitet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anpassungsschritte mit den Anpassungswerkzeugen aus dem Satz vordefinierter Anpassungswerkzeuge nach vorgegebenen Regeln und mit vorgegebenen Prioritäten vorgenommen werden.
19. Computerprogramm, das so angepasst ist, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausführt.
20. Speichermedium, umfassend ein Computerprogramm nach Anspruch 19.
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