專利名稱：設計由深度元素表示的建模體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機程序及系統(tǒng)領域，更特別地涉及用于設計由一組深度元素表示的建模體的方法、系統(tǒng)和程序。
背景技術：
在市場上提供了許多用于對象設計、工程和制造的系統(tǒng)和程序。CAD是計算機輔助設計的首字母縮略詞，例如其涉及用于設計對象的軟件解決方案。CAE是計算機輔助工程的首字母縮略詞，例如其涉及用于仿真未來產(chǎn)品的物理行為的軟件解決方案。CAM是計算機輔助制造的首字母縮略詞，例如其涉及用于定義制造處理和操作的軟件解決方案。在這種系統(tǒng)中，圖形用戶界面(⑶I)在技術效率方面發(fā)揮了重要的作用。這些技術可嵌入產(chǎn)品生命周期管理(PLM)系統(tǒng)中。PLM指的是這樣一種經(jīng)營策略:在擴展企業(yè)的概念上幫助公司在產(chǎn)品的從概念到其生命期終止的開發(fā)中共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)、應用通用處理并利用共同知識。達索公司(Dassault Systemes)提供的PLM解決方案(商標為CATIA、EN0VIA以及DELMIA)提供了組織產(chǎn)品工程知識的工程中心、管理制造工程知識的制造中心，以及使得企業(yè)能夠集成并連接到工程中心和制造中心的企業(yè)中心。系統(tǒng)一起傳送鏈接產(chǎn)品、處理、資源的開放對象模型，以實現(xiàn)驅(qū)動優(yōu)化產(chǎn)品定義、制造預備、生產(chǎn)和服務的動態(tài)的基于知識的產(chǎn)品創(chuàng)建和決策支持。這些系統(tǒng)中的一些允許用一組深度元素表示建模體。一些論文或?qū)＠墨I特別提出使用深度元素表示進行加工仿真或交互造型。這些文獻的例子是:—Computer- Aided Design and Applications,2009 中 Xiaobo Peng 和 WeihanZhang 的題為 “A Virtual Sculpting System Based on Triple DexelModels withHaptics”的論文；--Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphicsandinteractive techniques,1994 中 Yunching Huang 和 James H.0liver 的題為“NCMilling Error Assessment and Tool Path Correction，，的論文；—SM，03Proceedings of the eighth ACM symposium on Solid modelingandapplications 中 Heinrich Muller, Tobias Surmann, Marc Stauter, FrankAlbersmann,Klaus Weinert 的“Online Sculpting and Visualization ofMult1-Dexel Volumes”；—Virtual and Physical Prototyping,2006 中 Yongfu Ren, Susana K.LaiYuen以及 Yuan-Shin Lee 的題為“Virtual prototyping and manufacturingplanning by usingtr1-dexel models and haptic force feedback，，的論文；--The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,1995中 Sabine Stifter 的題為 “Simulation of NC machining based on the dexelmodel:Acritical analysis，，的論文；--Computer Graphics International, 1998.Proceedings 中 Konig, A.H.以及Groller, E.的題為“Real time simulation and visualization of NC mi I lingprocessesfor inhomogeneous materials on low-end graphics hardware，，的論文；—美國專利5，710，709 ;—美國專利7，747，418.
GPGPU(圖形處理單元上的通用計算)是使用圖形處理單元(GPU)的技術，所述圖形處理單元典型地僅處理計算機圖形的計算，以在傳統(tǒng)上由中央處理單元(CPU)處理的應用程序中執(zhí)行計算。一些論文考慮將現(xiàn)代圖形處理單元(GPU)的計算能力用于深度元素表示。這些論文使用LDNI (分層的標準深度圖像)算法，其與特定存儲器模型相關聯(lián)。這些論文的例子是:--CCP:94:Proceedings of the Seventh International ConferenceonEngineering Computational Technology 中 B.Tukora和 T.Szalay 的題為“GPGPU-basedMaterial Removal Simulation and Cutting Force Estimation” 的論文；--Proceedings of ASME international design engineeringtechnicalconferences.Brooklyn (NY)中 Charlie C.L.Wang和 Yong Chen 的題為“LayeredDepth-Normal Images:a Sparse Implicit Representation of SoIidModeIs^ 的論文。一些作者建議通過使用分層網(wǎng)格細化管理細節(jié)的級別來改善深度緩沖器模型，該深度緩沖器模型是深度元素模型的最簡單化身。特別的，這在s.Q.Liu, S.K.0ng, Y.P.Chen,A.Y.C.Nee 的題為“Real-time, dynamiclevel-of-detail management for three-axis NCmilling simulation”的論文中被提出。然而，尤其從用戶使用的角度來看，以上列出的解決方案缺乏效率。在此上下文中，仍然需要改良用于設計由一組深度元素表示的建模體的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，根據(jù)一個方案，提供了一種用于設計建模體的計算機實現(xiàn)的方法。該方法包括:提供對建模體的造型處理、初始線，以及深度元素的初始組，該深度元素的初始組代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并且該深度元素的初始組基于初始線。初始組中的每個深度元素包括代表每條初始線和建模體之間的交叉的至少一條線段的組。該方法接著包括:通過改進初始線提供新的線。該方法還包括:確定深度元素的新組，該深度元素的新組代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并基于新的線。確定深度元素的新組包括確定代表每條新的線和經(jīng)歷造型處理之前的建模體之間的交叉的至少一條線段的組，接著在確定的至少一條線段的組上應用造型處理。該方法可包括下述的一個或多個:-改進初始線包括下列中的任何一個或組合:增加初始線的密度；改變初始線的方向；和/或丟棄初始線的一部分。-改進初始線包括提供對在經(jīng)歷造型處理之前的建模體的至少一部分進行限定的框、框的視圖，以及追蹤在視圖方向上與框 交叉并有預定密度的線。-深度元素的初始組中的深度元素與影響其的造型操作相關聯(lián)，該造型處理被作為造型操作序列而提供。-造型操作被鏈接到其最后影響的深度元素的線段。
-每個造型操作被鏈接到深度元素的相應線段，并且所述每個造型操作是之前執(zhí)行的對相應線段具有影響的造型操作的結果。-該方法包括在屏幕上顯示建模體，其中改進初始線包括增加初始線的密度，直到屏幕上的每個像素具有一條線，由此一條線與屏幕上的每個像素相關聯(lián)。進一步提出了一種CAM系統(tǒng)，其包括在其上記錄用于執(zhí)行上述方法的指令的存儲器，與存儲器耦合的處理器，以及與處理器耦合并適用于指令的執(zhí)行的至少一個圖形用戶界面。該處理器可是GPU(圖形處理單元)。進一步提出了一種包括用于執(zhí)行上述方法的指令的計算機程序。進一步提出了一種其上記錄有上述計算機程序的計算機可讀存儲介質(zhì)。


現(xiàn)在將通過非限定性例子并參考附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中:—圖1示出了方法的例子的流程圖；—圖2示出了圖形用戶界面的例子；以及-圖3示出了客戶端計算機系統(tǒng)的例子；—圖4-圖10示出了方法的實例。
具體實施例方式圖1示出了用于設計建模體的計算機實現(xiàn)的方法的例子的流程圖。該方法包括提供(Sio)對建模體的造型處理、初始線，以及深度元素的初始組。深度元素的初始組表示經(jīng)過造型處理之后的建模體并且其基于初始線。初始組中的每個深度元素包括表示在每個初始線和建模體之間的交叉的至少一條線段的組。該方法接著包括通過改進初始線而提供(S20)新線。該方法進一步包括確定(S30)深度元素的新組，該新組表示經(jīng)過造型處理之后的建模體并且其基于新線。確定(S30)深度元素的新組包括確定(S31)表示在每個新線和經(jīng)過造型處理之前的建模體之間的交叉的至少一條線段的組，接著在所確定的至少一條線段的組上應用(S32)造型處理。此方法改進了建模體的深度元素表示。該方法可以包括在設計CAD建模對象的處理中?！霸O計CAD建模對象”是指詳細描述建模對象的處理的至少一部分的任意動作或動作序列。因此，該方法可以包括從草圖(scratch)開始創(chuàng)建CAD建模對象?？商鎿Q的，該方法可以包括提供之前創(chuàng)建的CAD建模對象，接著修改所述CAD建模對象。無論如何，該方法設計的建模體可代表CAD建模對象或CAD建模對象的至少一部分，例如CAD建模對象占用的3D空間。由于該方法改善了深度元素組所表示的建模體的設計，所以該方法也改善了 CAD建模對象的設計。建模對象是由存儲在計算機系統(tǒng)的存儲器中的數(shù)據(jù)所定義的任何對象。通過擴展，“建模對象”的表述是指數(shù)據(jù)本身。CAD建模對象是由在CAD系統(tǒng)的存儲器中存儲的數(shù)據(jù)所定義的任何對象。根據(jù)系統(tǒng)的類型，建模對象可由不同類型的數(shù)據(jù)所定義。CAD系統(tǒng)是至少適合于基于建模對象的圖形表示設計建模對象的任何系統(tǒng)，例如CATIA。因此，定義CAD建模對象的數(shù)據(jù)包括允許表示建模對象的數(shù)據(jù)(例如幾何數(shù)據(jù),如包括空間中的相對位置)。該方法可包括在制造處理中，制造處理可以包括:在執(zhí)行該方法之后，產(chǎn)生與建模體相對應的物理產(chǎn)品。無論如何，該方法設計的建模體可以表示制造對象。因此，建模體可為建模固體(即，表示固體的建模對象)。制造對象可為產(chǎn)品，例如零件或零件的組件。由于該方法改善了建模體的設計，所以該方法也改進了產(chǎn)品的制造，并因此增加了制造處理的生產(chǎn)率。可使用例如DELMIA之類的CAM系統(tǒng)來實施該方法。CAM系統(tǒng)是至少適于定義、仿真和控制制造處理和操作的任何系統(tǒng)。該方法是計算機實現(xiàn)的。這意味著該方法在至少一個計算機或任何類似的系統(tǒng)上執(zhí)行。除非另有說明，否則該方法的所有步驟由計算機執(zhí)行，即無需用戶的干涉。例如，確定步驟(S30)可由單獨的計算機執(zhí)行，而提供步驟(SlO)和提供步驟(S20)可通過用戶交互執(zhí)行。事實上，提供步驟(SlO)可預先由用戶執(zhí)行。因此，該方法允許基于用戶可能提供(S20)的新線對表示建模體的深度元素組進行自動修改。該方法的計算機實現(xiàn)的典型例子是使用適合此目的的系統(tǒng)執(zhí)行該方法。該系統(tǒng)可包括其上記錄有用于執(zhí)行該方法的指令的存儲器。換句話說，軟件已經(jīng)在存儲器上準備好以立即使用。該系統(tǒng)因此適于執(zhí)行該方法而不需要安裝任何其它軟件。這樣的系統(tǒng)也可包括用于執(zhí)行指令的與存儲器耦合的至少一處理器。換句話說，該系統(tǒng)包括在耦合到處理器的存儲器上編碼的指令，所述指令提供用于執(zhí)行該方法的模塊。這種系統(tǒng)是用于設計建模體的有效工具。這種系統(tǒng)可以是CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)也可以是CAE和/或CAM系統(tǒng)，并且CAD建模對象也可以是CAE建模對象和/或CAM建模對象。事實上，CAD、CAE以及CAM系統(tǒng)并非彼此排他的，這是因為建模對象可由與這些系統(tǒng)的任何組合相對應的數(shù)據(jù)定義。系統(tǒng)可包括用于例如由用戶發(fā)起指令的執(zhí)行的至少一個⑶I。尤其是，⑶I可允許用戶執(zhí)行提供步驟(SlO)。這可在提供(S20)之前完成?；蛘撸谟脩敉ㄟ^優(yōu)化初始線而提供(S20)新線時獲取造型處理、初始線和深度元素的初始組。GUI也可以允許用戶提供造型操作(S20)。⑶I可以包括GPU。在這種情況下，處理器可以為GPU。換句話說，執(zhí)行該方法的至少部分步驟(特別是執(zhí)行確定(S30)步驟)的處理器可以為GPU。這種系統(tǒng)是用戶設計建模體的有效工具。由于基于深度元素的算法很好地適于大規(guī)模并行硬件，所以很自然的想到使用現(xiàn)代圖形處理單元(GPU)的計算能力。建模體可為3D (即三維)。這意味著建模體是由允許其3D表示的數(shù)據(jù)定義的。3D表示允許從所有角度查看所表示的體。例如，當使用3D表示時，可以處理建模體并可以圍繞著建模體的任何軸或圍繞在其上顯示所述表示的屏幕中的任何軸轉動該建模體。這特別地排除了不是3D建模的2D圖標。3D表示的顯示有利于設計(即，提高了設計者統(tǒng)計地完成其任務的速度)。這加速了工業(yè)的制造過程，這是因為產(chǎn)品的設計是制造處理的一部分。圖2示出了代表性的CAD系統(tǒng)的⑶I的例子。⑶I 2100可以是代表性的類CAD界面，具有標準的菜單欄2110、2120以及底部和側面工具欄2140、2150。本領域公知的是，這樣的菜單欄和工具欄包括一組用戶可選圖標，每一圖標與一個或多個操作或功能相關聯(lián)。這些圖標中的一些與軟件工具相關聯(lián)，適用于對在⑶I 2100上顯示的3D建模對象2000進行編輯和/或在其上工作。軟件工具可分組為工作臺。每一工作臺包括軟件工具的子集。特別地，工作臺之一是編輯工作臺，適用于編輯建模產(chǎn)品2000的幾何特征。在操作中，例如，設計者可通過選擇合適的圖標來預先選擇對象2000的一部分，并接著發(fā)起操作(例如造型操作、或任何其它操作，例如改變維度、顏色等等)或編輯幾何約束。例如，典型的CAD操作是對在屏幕上顯示的3D建模對象的沖壓或折疊進行建模。⑶I可以例如顯示與被顯示的產(chǎn)品2000相關的數(shù)據(jù)2500。在圖2的例子中，顯示為“特征樹”的數(shù)據(jù)2500及其3D表示2000屬于包括制動鉗和盤的制動組件。GUI可進一步示出例如有助于對象的3D定向、觸發(fā)所編輯的產(chǎn)品的操作的仿真的各種類型的圖形工具2130、2070、2080，或呈現(xiàn)所顯示的產(chǎn)品2000的各種屬性。指針2060可由觸覺裝置控制以允許用戶與圖形工具交互。圖3示出了作為客戶端計算機系統(tǒng)(例如，用戶的工作站)的系統(tǒng)的架構的例子?？蛻舳擞嬎銠C包括連接到內(nèi)部通信總線1000的中央處理單元(CPU) 1010、也連接到總線的隨機存取存儲器(RAM) 1070?？蛻舳擞嬎銠C還設置有圖形處理單元(GPU) 1110，該圖形處理單元1110與連接到總線的視頻隨機存取存儲器1100相關聯(lián)。視頻RAM 1110在本領域內(nèi)也稱為幀緩沖器。大容量存儲裝置控制器1020管理對大容量存儲裝置(例如，硬盤驅(qū)動器1030)的訪問。適于有形地體現(xiàn)計算機程序指令和數(shù)據(jù)的大容量存儲裝置包括所有形式的非易失性存儲器，舉例來說包括半導體存儲裝置，例如EPROM、EEPROM以及閃存裝置；磁盤，例如內(nèi)部硬盤以及可移動磁盤；磁光盤；以及⑶-ROM盤1040。前述提及的任何裝置可由特殊設計的ASIC (專用集成電路)補充或集成在ASIC中。網(wǎng)絡適配器1050管理對網(wǎng)絡1060的訪問?？蛻舳擞嬎銠C也可包括觸覺裝置1090，例如指針控制裝置、鍵盤等等。如參考圖2所提及的，指針控制裝置用在客戶端計算機內(nèi)，以允許用戶將指針選擇性地定位在屏幕1080的任何期望的位置。對于屏幕，其意味著可以在其上執(zhí)行顯示的任何支持設備，例如計算機監(jiān)視器。另外，指針控制裝置允許用戶選擇各種命令，和輸入控制信號。指針控制裝置包括向系統(tǒng)輸入控制信號的若干信號生成裝置。典型地，指針控制裝置可為鼠標、用于產(chǎn)生信號的鼠標按鈕。為了使得該系統(tǒng)執(zhí)行該方法，提供包括用于由計算機執(zhí)行的指令的計算機程序，所述指令包括用于此目的的模塊。該程序可以例如在數(shù)字電子電路中實現(xiàn)，或在計算機硬件、固件、軟件或其組合中實現(xiàn)。本發(fā)明的裝置可以用計算機程序產(chǎn)品實現(xiàn)，該計算機程序產(chǎn)品有形地體現(xiàn)在機器可讀存儲裝置中并由可編程處理器執(zhí)行；本發(fā)明的方法步驟可由通過操作輸入數(shù)據(jù)并生成輸出執(zhí)行指令程序以實現(xiàn)本發(fā)明功能的可編程處理器執(zhí)行。指令可有利地在一個或多個計算機程序中實現(xiàn)，所述一個或多個計算機程序在可編程系統(tǒng)上是可執(zhí)行的，該可編程系統(tǒng)包括耦合來從數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)和指令并向數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)和指令的至少一個可編程處理器、至少一個輸入裝置和至少一個輸出裝置。應用程序可使用高級過程編程語言或面向?qū)ο缶幊陶Z言實現(xiàn)，或者如果希望的話使用匯編語言或機器語言實現(xiàn)；無論如何，語言可以是編譯語言或解釋型語言。程序可以是完整安裝程序或更新程序。在后一種情況下，程序?qū)F(xiàn)有的CAD系統(tǒng)更新到使該系統(tǒng)適于執(zhí)行該方法的狀態(tài)。該方法使用表示建模體的深度元素組。這允許建模體的輕度表示(換句話說，可使用很少的存儲空間表示建模體)。這也使得建模體的表示更易于控制。尤其是，在建模體由深度元素組表示時，由于深度元素組的數(shù)據(jù)結構，可以十分有效地執(zhí)行建模體的設計操作。事實上，可以以高響應和高健壯性執(zhí)行設計操作。尤其是，對深度元素組的操作可通過并行處理基于逐線執(zhí)行，以便獲得效率。在步驟(SlO)提供的深度元素的初始組是基于初始線(即第一線)的第一組深度元素，而深度元素的新組是基于新線的第二組深度元素，所述新線是在步驟(S20)提供的
第二線。術語“深度元素(dexel) ”眾所周知是“深度元素(cbpth element) ”的縮略(就像術語“像素(Pixel)”是“圖像元素(picture element) ”的縮略一樣)。深度元素的概念在大量的研究論文中均有提及。在該方法的上下文中，深度元素包括至少一條線段(即一對3D點)的組。在例子中，建模體包括至少一個深度元素，該深度元素包括至少兩條線段的組(例如，深度元素的初始組和/或深度元素的新組包括至少兩條線段)。如果深度元素的線段是幾個的話，則深度元素的線段可為有序的(在這種情況下，深度元素是列表)或是無序的。深度元素的線段表示線和建模體的交叉。換句話說，考慮到虛擬線和建模體交叉，深度元素是來源于給定線的線段的組并且由交叉的計算產(chǎn)生。為此原因，就說深度元素是基于線的(即，深度元素的線段依賴于線)。例如，深度元素的初始組基于初始線，而深度元素的新組基于新線。提供(SlO)深度元素的初始組和/或確定(S30)深度元素的新組因此可以包括計算這樣的交叉，例如通過追蹤虛擬線并計算其與建模體的交叉，該建模體初始可由B-Rep或任何其它體表示所表示。因此深度元素的組表示建模體。值得重視的是，深度元素的組被提供為計算機實現(xiàn)的數(shù)據(jù)。因此，在以上和以下提供的關于建模體的任何表示的定義具有來自數(shù)據(jù)結構角度的含義。例如，線段可以被提供為一對3D位置(例如，彼此鏈接的兩個3D位置)。3D位置本身可以被提供為與參考3D框架相關聯(lián)的三個坐標(例如，浮點)的列表。深度元素是線段的組，這意味著線段是在組結構中鏈接在一起的。深度元素組中的深度元素也可鏈接到一起。由深度元素組表示建模體(所述深度元素本身包括至少一條線段的組)允許快速的確定(S30)?，F(xiàn)在參考圖4-圖6示出深度元素的概念，圖4-圖6呈現(xiàn)了將深度元素的初始組作為深度元素結構67提供(SlO)的步驟的例子。確定(S30)深度元素的新組也可基于圖4-圖6的例子來執(zhí)行。給定建模體和給定無限線，深度元素是表示無限線和建模體的交叉的線段(或間隔)的組。在存儲器中，將線段的該組捕獲為每條線段的一組邊界點。深度元素結構是被組織(例如，被在直角坐標網(wǎng)上排序)的一組深度元素(每個包括一組線段)。圖4和圖5示出了建模體40以及10X10網(wǎng)格線50。如圖4所示出的，本例子的方法包括提供建模體40，例如B-R印。如圖5所示，本例子的方法接著包括定義與建模體40 (至少部分)交叉的10X10網(wǎng)格線50。如圖6所示出的，本例子的方法接著包括計算包括線段60和/或線段62的組的深度元素65。在圖中圈出了一個深度元素65。深度元素65可包括幾條線段60或一條線段62，這取決于線50與建模體40是在一個點上還是在幾個分開的點處交叉。當然，可替換地，該方法可以從存儲器獲取深度元素65。無論如何，都因而提供了深度元素結構67。圖6示出了獲得的深度元素結構67。值得注意的是，不是所有的線50都與建模體40交叉(在例子中，只有五十二條線與建模體40交叉)，從而產(chǎn)生出許多深度元素65 (不與建模體40交叉的線事實上可被丟棄并且不產(chǎn)生深度元素)。此外，一些線50通過一條線段62與建模體40交叉(例如，深度元素(2，3)或深度元素(9，6))，而其它線通過幾條線段60與建模體40交叉，例如通過兩條線段(例如深度元素(7，7)或深度元素(4，7))，或通過三條線段(深度元素(2，8)或深度元素(5，8))，或通過四條線段(深度元素(2，9)或深度元素(4，9))。獲得的深度元素結構67包括五十二個深度元素65，該五十二個深度元素65包括具有一條線段62的三十六個深度元素65、具有兩條線段60的六個深度元素65、具有三條線段60的五個深度元素65以及具有四條線段60的五個深度元素。在(SlO)提供的(或在(S30)確定的)一組深度元素可為三維深度元素(tridexel)結構。三維深度元素結構是通過包括三個深度元素結構定義的，典型的，一個深度元素結構平行于χ軸，一個深度元素結構平行于I軸，并且一個深度元素結構平行于z軸。該方法可包括在任何時間(例如，在提供(S20)和確定(S30)期間)顯示建模體的圖形表示。此顯示可基于深度元素的組(深度元素的初始組或深度元素的新組，這取決于顯示發(fā)生在何時)。由于三維深度元素結構較少依賴于“觀察方向”，所以三維深度元素結構提供良好的顯示。尤其當用戶改變視角時，三維深度元素結構提供更精確的顯示。圖6-圖8中的每個代表表示相同建模體的深度元素結構。換句話說，可由三維深度元素數(shù)據(jù)定義建模體，該三維深度元素數(shù)據(jù)包括圖6-圖8的三個深度元素結構。圖6示出了沿著y軸的深度元素結構67。圖7示出了沿著χ軸的深度元素結構68。圖8示出了沿著z軸的深度元素結構69。在每個圖中，深度元素的線平行于各自的軸。在數(shù)據(jù)中也可以提供在線段的終點處建模體的邊界的外部法向量。這允許更精細地呈現(xiàn)建模體。該方法還包括提供對建模體的造型處理。造型處理是具有至少一個造型操作的任何序列。造型操作是系統(tǒng)提供的用于對建模體進行造型的任何操作。通過對建模體造型，意味著通過布爾運算從建模體增加和/或移除體。因此，造型操作是建模體上的至少一個體布爾運算的任意組合。例如，局部體移除和局部體增加是造型操作，而表面的擠壓不是造型操作，這是因為其并不是基于布爾運算的。在例子中，造型操作是一系列連續(xù)的布爾運算，其涉及在持續(xù)時間段內(nèi)被增加到建模體(或從其減去)的連續(xù)體(即，非間斷的)。例如，造型操作表示機械加工操作。因此，一組深度元素可表示任何固體，造型處理可仿真固體的真正造型。特別地，利用計算機輔助設計系統(tǒng)可將該方法包括在實時加工仿真中。換句話說，固體可為原料，而該方法可顯示由切削刀具虛擬加工的原料的形狀。在這種情況下，建模體代表原料，而處理是切削處理。此實例可推廣到在向零件增加材料的其他制造過程，例如在虛擬粘土上的合成制造和形狀造型。也可推廣到所有的傳統(tǒng)固體建模應用，包括機械設計、形狀設計、建筑結構等等。最后，由于其工作能力，該方法可處理更加高級的應用，例如交互式3D造型。更通用的，造型操作可代表機械加工操作。在這種情況下，建模體可代表經(jīng)歷機械加工操作的工件，因此該方法改善了工件加工的仿真。從而該方法可以作為測試虛擬加工過程的良好基礎。事實上，該方法進一步包括通過改進(即，應用戶請求而修改)初始線而提供(S20)新的線以及確定(S30)深度元素的新組，該深度元素的新組代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并且其基于新的線。換句話說，該方法將造型處理應用到新的線，或者換言之，根據(jù)造型處理，該方法基于新的線確定由一組深度元素定義的建模體的造型結果。基于改進的一組線，深度元素的新組表示造型(例如加工)之后的對象。因此，該方法允許朝著更精細的表示來修改已經(jīng)經(jīng)歷造型處理的建模體的表示。每個深度元素包括一組線段。線與建模體交叉的所有線段被分組為一個深度元素。例如由于其允許并行處理，因而允許對建模體的逐線的以及因此更有效率的處理。事實上，在逐線的基礎上，該方法可由并行處理執(zhí)行。并行處理由系統(tǒng)同時執(zhí)行多個任務所組成。在該方法的情況下，確定(S30)深度元素的新組可包括對每個新的線運行單一的指令線程。確定(S30)深度元素的新組因此可由SMD(單指令多數(shù)據(jù))并行處理執(zhí)行。特別地，執(zhí)行該方法的系統(tǒng)的處理器可為大型并行處理單元，例如如果所述系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)有10個或100個以上的處理器。在例子中，該方法包括由用戶執(zhí)行的加工仿真階段(或在該階段之后執(zhí)行該方法)。按照現(xiàn)在的情況，一組深度元素總是為代表任何固體(例如工件)的建模體的表示。在加工仿真階段，用戶在深度元素的“起源”組上應用造型處理。如以上參考圖4-圖8所討論的，深度元素的“起源”組可從存儲器獲取，或者通過一組“起源”線與參考體(例如存儲為諸如B-R印的原料)交叉而獲得。在深度元素的“起源”組上應用造型處理可根據(jù)任何公知的程序執(zhí)行。例如，如果造型處理包括切削操作，則受影響的深度元素可被減去其一條或多條線段，或者其一條或多條線段可被縮短。相反，如果造型處理包括材料添加操作，則可看到受影響的深度元素的一條或多條線段被延長或者增加一條或多條新線段。最后，在深度元素的“起源”組上應用造型處理修改了所述深度元素組，以便獲得深度元素的初始組。關于造型處理的數(shù)據(jù)和關于參考建模體(例如B-Rep或深度元素的起源組)的數(shù)據(jù)也被保存。此時，用戶(可能是相同的用戶或另一個用戶)可執(zhí)行該方法。例如，該用戶可以獲取深度元素的初始組。根據(jù)此數(shù)據(jù)，可確定初始線?？商鎿Q的，可能已經(jīng)存儲了初始線，并且該方法可包括直接獲取初始線。同樣，該方法包括提供加工階段的造型處理。換句話說，提供指示建模體已經(jīng)經(jīng)歷的造型處理(以便根據(jù)參考體達到深度元素的初始組)的數(shù)據(jù)。這允許在任何時間獲取建模對象的造型歷史?？上蛴脩麸@示深度元素的初始組。接著，該方法通過改進初始線而提供(S20)新的線。改進初始線可為由用戶執(zhí)行的任何請求,用以修改建模體的表示(此時，這樣的表示是深度元素的初始組)。改進初始線可包括以下的任意一個或其組合:增加初始線的密度(即每個體單位的數(shù)量)；改變(至少一部分)初始線的方向；和/或丟棄(即刪除)部分初始線。換句話說，用戶請求建模體的新表示，該方法通過提供與建模體交叉的新的線而處理這樣的請求。在步驟(S30)確定新的深度元素，并可向用戶顯示新的表示。這允許根據(jù)用戶的請求對建模體的表示進行有效修改。因此，這可允許對顯示給用戶的建模體的表示進行按需修改。因此可有助于用戶的工作，例如進一步的加工仿真階段。例如，用戶可請求縮放。在此情況下，該方法可選擇建模體的與請求的縮放區(qū)域相應的區(qū)域，并丟棄沒有穿過該區(qū)域的初始線。該方法可進一步增加穿過該區(qū)域的線的密度，這產(chǎn)生新的線。該方法也可包括修改(顯示器的)視角，因此包括修改初始線的方向以便根據(jù)新的視角定向。這允許更好的表示，尤其是在屏幕上建模體的投影邊界。同樣，用戶可在任何時間請求造型處理的高清晰度可視化。在此情況下，該方法可包括增加線的數(shù)量，例如增加到每像素一條線。例如，一條線可與屏幕上的每個像素相關聯(lián)。換句話說，一條線通過屏幕的每個像素，并可與建模體交叉。這允許在使用最理想數(shù)量的線的同時進行最優(yōu)的顯示。該方法確定(S30)深度元素的新組，該深度元素的新組代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并且基于新的線。這可通過確定新的線與參考體(即未處理的建模體)的交叉而完成，即確定(S31)代表每個新線和經(jīng)歷造型處理之前的建模體之間的交叉的至少一條線段的組，接著在確定出的至少一條線段的組上應用(S32)造型處理(根據(jù)任何已知的方法，正如以上所討論的)。通過保持關鍵數(shù)據(jù)，例如關于造型處理的數(shù)據(jù)以及關于建模體經(jīng)歷造型處理之前的數(shù)據(jù)，該方法可改進代表建模體的深度元素組，并且例如因此在任何時候以有效的方式基于一組深度元素改進建模體的顯示。事實上，該方法可專門提供新的線，接著對這些新線執(zhí)行操作以將這些新的線縮減成定義深度元素的線段的組。這從處理器的角度呈現(xiàn)了高效率。同樣，此改進是非常健壯的，并響應于用戶的請求(該方法的執(zhí)行是安全和快速的)。這在將建模體顯示給用戶時是十分有益的，用戶提供新的線以便實時修改顯示。可基于用戶的動作，例如作為用戶與深度元素的初始組的圖形顯示交互的結果，執(zhí)行初始線的改進。例如，改進初始線可包括提供對在經(jīng)歷造型處理之前的建模體的至少一部分進行限定的框、框的視圖，以及追蹤沿視圖方向與框交叉并有預定密度的線。該框典型的可為平行六面體、球體或任何體，其對至少部分建模體進行限定。例如，用戶可使用系統(tǒng)的觸覺裝置例如通過定義一個或多個照相機的位置和/或方向而選擇視角，從而該方法自動提供相應的框?，F(xiàn)在，可以根據(jù)或不根據(jù)(例如相同的)用戶動作而定義框的視圖。通過“視圖”，意味著顯示建模體的角度。因此，可在視圖的方向上執(zhí)行對與框交叉的線的追蹤(即，繪出)(即每個被追蹤的新線可相應于觀看對象的方向)。換句話說，可沿著建模體的點投影在屏幕上的方向追蹤線。值得注意的是，所述線可為平行的或非平行的。觀看的方向?qū)嶋H上可以是單個，但也可以是多個，例如在圓錐透視的情況下。在任何情況下，總是根據(jù)觀看所應用的方向(該方向可能每條線都不同)而追蹤線。深度元素的初始組中的深度元素可與影響其的造型操作相關聯(lián)。在此情況下，造型處理被設置為一系列所述造型操作(例如，關于造型操作被執(zhí)行的順序的信息也被存儲)。換句話說，為深度元素的初始組提供的數(shù)據(jù)可包括關于影響每個深度元素(即，修改深度元素的幾何形狀)的造型操作的信息。這允許有效率地應用(S32)。事實上，在提供(S20)之后，可保存一些初始線。通過將造型操作關聯(lián)到深度元素或等同地關聯(lián)到與所述深度元素相對應的線，該方法可以將造型處理應用(S40)為與保存的初始線相關聯(lián)的造型操作序列，而非所有的造型操作序列。造型操作可鏈接到造型操作最后影響的深度元素的線段。換句話說，在步驟(SlO)提供的數(shù)據(jù)包括在造型操作和深度元素的線段之間的鏈接，因此通過其線段將造型操作關聯(lián)到深度元素。這些線段是最后被所述造型操作影響的線段。可替換地，每個造型操作被鏈接到深度元素相應線段，并且是之前執(zhí)行的對各個線段具有影響的造型操作的結果。換句話說，組合若干造型操作以提供“合成”操作。這樣，存儲器被保存，并且以最優(yōu)的方式將之前執(zhí)行的造型操作作為導致對深度元素產(chǎn)生相同影響的單一造型操作進行存儲。因此可更快速地執(zhí)行應用步驟(S32)。深度元素線段的每個末端可配備有基本操作參考字段(例如整數(shù))。例如，在加工仿真的情況下，基本操作參考是對雙方的參考(工具，例如切削工具或材料增加工具以及軌跡元素)。在仿真期間，當更新深度元素線段的末端時，將參考字段更新為造型處理中引起所述更新的對應基本操作參考。換句話說，每個線段的末端指向其修剪操作。
從而通過根據(jù)初始網(wǎng)格計算初始值并隨后只進行造型操作的子集(通常是實際上對所表示的固體的當前狀態(tài)的邊界有貢獻的布爾運算)，來加速應用(S32)。這在當前固體狀態(tài)導致大量造型操作時是十分有利的，其是所述方法的一個選擇。例如，加工仿真通?？梢蕴幚碛蓪呙韫腆w進行的無數(shù)局部布爾運算導致的固體狀態(tài)。由于可在任意小的并且因此是精細網(wǎng)格上執(zhí)行有效的改進過程，所以在可負擔的響應時間內(nèi)提供了按需的任意精度。在實踐中，這使得能夠在合理的計算時間內(nèi)實現(xiàn)局部精確縮放或改進計算。現(xiàn)在討論方法的例子。給定造型處理，給定造型處理在其上之前執(zhí)行到特定程度的參考網(wǎng)格，以及給定框，改進過程將在適合給定框的更精細的網(wǎng)格上再次執(zhí)行造型處理。所述框捕獲用戶定義的新的縮放和視點。為了使得該執(zhí)行有效率，所述過程執(zhí)行下述步驟。1.收集屬于該框的一組線段端點，從所述一組線段端點搜集兩種信息。首先是結果的幾何近似，第二是與所收集的深度元素的端點相關聯(lián)的一組基本操作參考。2.根據(jù)收集的近似幾何體初始化更精細網(wǎng)格。在負布爾運算(集合差)的情況下是上(包含)近似，例如加工操作，或在正布爾運算(并集、閔可夫斯基和等等)的情況下是下近似(被包含近似)。3.在精細網(wǎng)格上執(zhí)行與收集的基本操作參考相對應的造型處理的子集。在加工仿真情況下，如果一些收集到的深度元素線段的末端涉及，則這可包括初始化初始固體并重進行所有收集的軌跡元素。由于更精細網(wǎng)格通常在參考網(wǎng)格的小子集上執(zhí)行，所以需要執(zhí)行的一組基本操作很可能比整個場景小很多。參考圖9-圖10，與更精細網(wǎng)格相對應的框可為不與軸系統(tǒng)平行的平行六面體90，或者如果改進的目標是局部可視化(縮放)則為截頭錐體100。在后者的情況下，網(wǎng)格中的新線102不平行于給定的方向，而是適于圓錐透視。如所見的，新線92或102可為與初始深度元素94和104不同的方向。
權利要求
1.一種用于設計建模體的計算機實現(xiàn)的方法，其中所述方法包括: 提供(SlO)對所述建模體的造型處理、初始線以及初始的一組深度元素，所述初始的一組深度元素表示經(jīng)歷所述造型處理之后的所述建模體并且所述初始的一組深度元素基于所述初始線，所述初始組中的每個深度元素包括表示每條初始線和所述建模體之間的交叉的至少一條線段的組；接著 通過改進所述初始線提供(S20)新的線；并且 確定(S30)新的一組深度元素，所述新的一組深度元素表示經(jīng)歷所述造型處理之后的所述建模體并且所述新的一組深度元素基于所述新的線，其中確定所述新的一組深度元素包括確定(S31)表示每條新的線和經(jīng)歷所述造型處理之前的所述建模體之間的交叉的至少一條線段的組，接著在所確定的至少一條線段的組上應用(S32)所述造型處理。
2.如權利要求1所述的方法，其中改進所述初始線包括下列中的任何一個或組合: 增加所述初始線的密度； 改變所述初始線的方向；和/或 丟棄所述初始線的一部分。
3.如權利要求2所述的方法，其中改進所述初始線包括提供對經(jīng)歷所述造型處理之前的所述建模體的至少一部分進行限定的框、所述框的視圖，以及追蹤在所述視圖的方向上與所述框交叉并有預定密度的線。
4.如權利要求1-3的任一項所述的方法，其中所述初始的一組深度元素中的深度元素與影響這些深度元素的造型操作相關聯(lián)，所述造型處理被提供成所述造型操作的序列。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述造型操作被鏈接到所述造型操作最后影響的深度元素的線段。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述造型操作中的每一個被鏈接到所述深度元素的相應線段，并且是之前執(zhí)行的對所述相應線段具有影響的造型操作的結果。
7.如權利要求2所述的方法，其中所述方法包括在屏幕上顯示所述建模體，并且其中改進所述初始線包括增加所述初始線的密度，直到所述屏幕的每像素具有一條線，由此一條線與所述屏幕的每個像素相關聯(lián)。
8.—種CAM系統(tǒng),包括: 存儲器，在其上記錄用于執(zhí)行如權利要求1-7的任一項所述的方法的指令， 與所述存儲器耦合的處理器，以及 與所述處理器耦合并適用于所述指令的執(zhí)行的至少一個圖形用戶界面。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器是GPU(圖形處理單元)。
10.一種包括用于執(zhí)行如權利要求1-7的任一項所述的方法的指令的計算機程序。
11.一種其上記錄有根據(jù)權利要求10所述的計算機程序的計算機可讀存儲介質(zhì)。
全文摘要
提供一種用于設計建模體的計算機實現(xiàn)的方法。該方法包括提供(S10)對建模體的造型處理、初始線，以及初始的一組深度元素，所述初始的一組深度元素代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并且所述初始的一組深度元素基于初始線；接著通過改進初始線提供(S20)新的線；并且確定(S30)新的一組深度元素，所述新的一組深度元素代表經(jīng)歷造型處理之后的建模體并基于新的線，其中確定所述新的一組深度元素包括確定(S31)代表每條新的線和經(jīng)歷造型處理之前的建模體之間的交叉的至少一條線段的組，接著在確定的至少一條線段的組上應用(S32)造型處理。該方法改善了一組深度元素所代表的建模體的設計。
文檔編號G06F17/50GK103150416SQ201210586049
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者N·蒙塔那, M·蒙泰伊, R·諾森佐, A·利厄捷 申請人:達索系統(tǒng)公司