動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的方法和系統(tǒng)的制作方法

動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法包括以下步驟：向?qū)ο蟮募咸峁?S1)關(guān)于連接該集合的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的信息；提供(S2)嵌入到場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)，包括具有三個(gè)軸的參考系，對(duì)于每個(gè)軸允許平移自由度和旋轉(zhuǎn)自由度；將所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)附到(S3)集合的一個(gè)對(duì)象上；選擇(S4)附到集合的對(duì)象上的動(dòng)態(tài)操作工具(DM)的自由度；根據(jù)所選擇的自由度施加(S5)負(fù)荷；以及實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示(S6)負(fù)荷施加的動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果。
【專利說(shuō)明】動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)程序和系統(tǒng)領(lǐng)域，更特別地，涉及對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用中的對(duì)象的集合進(jìn)行設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，其涉及用于創(chuàng)造產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軟件解決方案。同樣地，CAE是計(jì)算機(jī)輔助工程的首字母縮寫，例如，其涉及用于模擬未來(lái)產(chǎn)品的物理行為的軟件解決方案。CAM代表計(jì)算機(jī)輔助制造，并典型地包括用于定義制造過(guò)程和操作的軟件解決方案。
[0003]在市場(chǎng)上提供多種系統(tǒng)和程序用于設(shè)計(jì)對(duì)象(或部件)或?qū)ο蟮募?，形成產(chǎn)品，例如由達(dá)索系統(tǒng)公司提供的商標(biāo)為CATIA的產(chǎn)品。這些CAD系統(tǒng)允許用戶構(gòu)造并操縱對(duì)象的復(fù)雜三維或3D模型或?qū)ο蟮募?。因此，在一些具有表面的情況下，CAD系統(tǒng)使用邊或線提供了已建模對(duì)象的表示。可以使用多種方式表示線和邊，例如，非均勻有理B樣條(NURBS)。這些CAD系統(tǒng)管理部件或部件的集合作為建模對(duì)象，其通常是幾何形狀的規(guī)范。特別地，CAD文件包括從中生成幾何形狀的規(guī)范，其反過(guò)來(lái)考慮要生成的表示。幾何形狀和表示可以存儲(chǔ)于單個(gè)CAD文仆或多個(gè)CAD文件中。CAD系統(tǒng)包括用于向設(shè)計(jì)者表示建模對(duì)象的圖形工具；這些工具專用于顯示復(fù)雜對(duì)象；在CAD系統(tǒng)中表示對(duì)象的文件的典型尺寸是每個(gè)部件一兆字節(jié)的大小，并且集合可以包括上千個(gè)部件。CAD系統(tǒng)管理對(duì)象的模型，該模型存儲(chǔ)于電子文件中。
[0004]在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中，圖形用戶界面CTI扮演了考慮該技術(shù)的效率的重要角色。操縱和/或?qū)Ш浇?duì)象所需的大部分操作可以由用戶(例如，設(shè)計(jì)者)在GUI上執(zhí)行。特別地，用戶可以創(chuàng)建、修改和刪除形成產(chǎn)品的建模對(duì)象，還可以探究產(chǎn)品以便充分了解建模對(duì)象是如何相互聯(lián)系的，例如通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)上，這些操作通過(guò)位于GUI的側(cè)邊上的專用菜單和圖標(biāo)執(zhí)行。近來(lái)，CAD系統(tǒng)(例如CATIA)允許調(diào)用產(chǎn)品表示附近的這些操作。設(shè)計(jì)者不再需要朝向菜單和圖標(biāo)移動(dòng)鼠標(biāo)。因此，操作在鼠標(biāo)的范圍內(nèi)是可用的。此外，操作是語(yǔ)義運(yùn)轉(zhuǎn)的:對(duì)于由設(shè)計(jì)者選擇的給定操作，CAD系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)者可能選擇的之前所選擇的操作而向設(shè)計(jì)者建議依然在鼠標(biāo)附近的一組新操作。
[0005]近年來(lái)，例如在汽車和航天工業(yè)中所使用的一些計(jì)算機(jī)軟件是基于幾何形狀的，對(duì)于機(jī)械工程師而言，能夠在空間中或在三維顯示中看到他們的工作。
[0006]在這個(gè)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)軟件(例如CATIA)允許在三維空間中設(shè)計(jì)幾何形狀。這種菜單和工具條包括一組用戶可選的圖標(biāo)，每個(gè)圖標(biāo)與一個(gè)或多個(gè)操作或功能相關(guān)聯(lián)。這些圖標(biāo)中的一些與軟件工具相關(guān)聯(lián)，適于在3D幾何建模產(chǎn)品或產(chǎn)品的部件(例如在圖形用戶界面⑶I上顯示的)上編輯和/或工作。在下面的描述中，為了簡(jiǎn)明起見，術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)品”、“部件”、“集合”等可以指“部件”?！安考钡母拍钜材軌虮粴w納為“對(duì)象”的概念。對(duì)象包括最終數(shù)字模型的任意構(gòu)成，例如，考慮集合，這種集合的對(duì)象可以是子集合、部件、運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、材料、在電子控制單元(ECU)上執(zhí)行的嵌入式軟件，或描述集合的整個(gè)環(huán)境所需的任意對(duì)象，例如在你想要研究飛機(jī)飛行能力的情況下對(duì)大氣層的建模。
[0007]已知配置運(yùn)動(dòng)連接進(jìn)行模擬，而不管動(dòng)力的物理法則，但這不是實(shí)時(shí)的方式，或者，換句話說(shuō)，不是動(dòng)態(tài)的方式。
[0008]集合的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的定義是該集合的部件之間的所有運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的集合。
[0009]如果滿足所有關(guān)節(jié)之間的某些兼容性規(guī)則，則運(yùn)動(dòng)求解程序能夠計(jì)算出部件的可能位置并將其顯示為動(dòng)畫。但是，這種動(dòng)畫沒(méi)有考慮能量守恒的物理法則，并且，在鐘擺的實(shí)例中，其不會(huì)顯示出由于重力引起的平衡效應(yīng)。
[0010]同樣已知的是，在視頻游戲中，使用動(dòng)態(tài)交互已經(jīng)很多年了，但是在游戲中，動(dòng)畫必須看起來(lái)逼真以確保與玩家進(jìn)行高水平的交互。然而，速度和加速度的物理值雖然逼真但是不精確。在游戲中，玩家無(wú)需監(jiān)控施加于控制件上的努力就可以與模型交互。即使在使用力反饋操縱桿時(shí)，所述反饋僅僅給予一種在真實(shí)生活中需要做什么來(lái)移動(dòng)模型的印象，但是在此不能使用數(shù)字值，因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算。在游戲中，程序是多個(gè)不能改變的情景的編譯，僅僅是看起來(lái)真實(shí)，但卻不真實(shí)。
[0011]同樣已知的是，配置運(yùn)動(dòng)連接進(jìn)行模擬，考慮了動(dòng)力的物理法則，但是在計(jì)算之后，因此不是實(shí)時(shí)的，從而無(wú)法與用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目標(biāo)是提供動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法和系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)地考慮，換句話說(shuō)，實(shí)時(shí)地考慮動(dòng)力的物理法則，如重力和負(fù)荷(力、力矩)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提出了一種動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法包括以下步驟:
[0014]-向?qū)ο蟮募咸峁╆P(guān)于連接集合的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的信息；
[0015]-提供嵌入到場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)操縱工具，包括具有三個(gè)軸的參考系，對(duì)于每個(gè)軸允許平移自由度和旋轉(zhuǎn)自由度；
[0016]-將所述動(dòng)態(tài)操縱工具附到集合的一個(gè)對(duì)象上；
[0017]-選擇附到集合的對(duì)象上的動(dòng)態(tài)操縱工具的自由度；
[0018]-根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷；
[0019]-實(shí)時(shí)計(jì)算并實(shí)時(shí)顯示負(fù)荷施加的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果。
[0020]這種動(dòng)態(tài)操縱工具在文獻(xiàn)US78 2 3085B 2中進(jìn)行了描述。
[0021]這種方法允許動(dòng)態(tài)地考慮，或者換句活說(shuō)，實(shí)時(shí)地考慮動(dòng)力的物理法則,如重力和負(fù)荷(力、力矩)。
[0022]因此，該方法增強(qiáng)了模擬和觀察自然效應(yīng)的真實(shí)性，避免了不可能的配置:運(yùn)動(dòng)學(xué)能夠找到在數(shù)學(xué)上是可能的但在物理上無(wú)法達(dá)到的集合的位置。
[0023]根據(jù)實(shí)施例，根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟包括:
[0024]-第一子步驟，用于選擇負(fù)荷值的范圍；以及
[0025]-第二子步驟，用于在所述范圍中確定負(fù)荷值。
[0026]因此，對(duì)于用戶而言，很容易動(dòng)態(tài)地確定負(fù)荷以施加到對(duì)象的集合中。[0027]根據(jù)實(shí)施例，根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟包括第三子步驟，用于確定其中施加有負(fù)荷的參考系。
[0028]確定施加負(fù)荷的參考系允許定義相對(duì)于哪個(gè)部件施加負(fù)荷。如果部件沒(méi)有明確說(shuō)明，則設(shè)置稱為“全局(world)”參考系。
[0029]根據(jù)實(shí)施例，根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟包括第四子步驟，用于確定動(dòng)態(tài)操縱工具的三個(gè)軸是否與附有該動(dòng)態(tài)操縱工具的對(duì)象一起旋轉(zhuǎn)。
[0030]僅在負(fù)荷的參考系是全局參考系時(shí)，確定動(dòng)態(tài)操縱工具的三個(gè)軸是否與附有該動(dòng)態(tài)操縱工具的對(duì)象一起旋轉(zhuǎn)。如果用戶想在恒定方向上施加負(fù)荷(例如，遠(yuǎn)離吸引力)，則操縱器不會(huì)與對(duì)象一起旋轉(zhuǎn)。如果應(yīng)該在局部軸中施加負(fù)荷(例如，為了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)軸)，則用戶設(shè)置操縱器與對(duì)象一起旋轉(zhuǎn)。
[0031]如果負(fù)荷的參考系不是全局參考系，而是集合的另一部件，那么，出于簡(jiǎn)明的原因，操縱器總是與部件一起旋轉(zhuǎn)。
[0032]為了覆蓋施加于固體的負(fù)荷的科學(xué)描述，這兩種選擇(參考系和操縱器的旋轉(zhuǎn))是必要的。負(fù)荷必須在參考系(作用力/反作用力定理)中描述，并使用軸系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行表達(dá)。該軸系統(tǒng)是操縱器。
[0033]根據(jù)實(shí)施例，施加負(fù)荷的步驟是通過(guò)執(zhí)行動(dòng)態(tài)操縱工具的移動(dòng)來(lái)執(zhí)行的，工具的移動(dòng)被轉(zhuǎn)化為負(fù)荷值。
[0034]因此，用戶能夠使用鼠標(biāo)操縱所選擇的部件，例如如同他在視頻游戲中使用操縱
桿一樣。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)化考慮根據(jù)軸的平移移動(dòng)的速度或根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的加速度或加速度和速度的結(jié)合來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)和平移。
[0036]這種轉(zhuǎn)化允許對(duì)象的動(dòng)態(tài)操縱盡可能接近現(xiàn)實(shí)生活的感覺:
[0037]-對(duì)于旋轉(zhuǎn):現(xiàn)實(shí)生活的感覺是“在旋轉(zhuǎn)部件上的短暫但是加速的推力通過(guò)施加力矩而增加了它的旋轉(zhuǎn)速度”。這種陳述對(duì)應(yīng)于物理上正確的陳述，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)生活的集合中通常依靠特殊裝置(例如滾珠軸承)將旋轉(zhuǎn)中的摩擦力最小化。
[0038]-對(duì)于平移:現(xiàn)實(shí)生活的感覺是“以高速推動(dòng)物體在其上施加了強(qiáng)負(fù)荷”。雖然在理論上不正確，但是這種陳述對(duì)應(yīng)于在幾乎所有平移運(yùn)動(dòng)中觀察到的摩擦力的人類感覺。
[0039]可以使用加速度和速度的更復(fù)雜結(jié)合來(lái)驅(qū)動(dòng)平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0040]根據(jù)實(shí)施例，利用鼠標(biāo)按下按鈕或手指接觸顯示屏來(lái)執(zhí)行動(dòng)態(tài)操縱工具的移動(dòng)。
[0041]因此,對(duì)于用戶而言,施加負(fù)荷非常簡(jiǎn)單。
[0042]例如，利用鼠標(biāo)或手指的所述移動(dòng)是在距動(dòng)態(tài)操縱工具上一段距離處施加的。
[0043]因此，可以在屏幕上保持好的能見度的同時(shí)在正確位置處施加負(fù)荷，這是因?yàn)樵诓倏v發(fā)生在交互器上，而不是直接在操縱器上，如本文進(jìn)一步解釋的那樣。
[0044]可選地，施加負(fù)荷的步驟是通過(guò)直接提供負(fù)荷值來(lái)執(zhí)行的。
[0045]根據(jù)示例，對(duì)于用戶而言這是施加負(fù)荷的最簡(jiǎn)單的方法。
[0046]負(fù)荷可以是力或力矩。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提出了一種具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該指令使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的方法。[0048]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提出了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合，包括使得系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的步驟的代碼模塊。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提出了一種用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的裝置，包括用于實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟的部件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0050]通過(guò)研究一些以非限制性實(shí)例的方式描述且由附圖示出的實(shí)施例，可以更好的理解本發(fā)明，其中:
[0051]圖1到7示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在基本使用的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例；
[0052]圖8到10示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在恒定方向施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例；
[0053]圖11到14示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在與集合的部件平行的方向上施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例；
[0054]圖15到20示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在通過(guò)數(shù)字輸入向集合的部件施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例；
[0055]圖21到23示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在相對(duì)于另一部件施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例；
[0056]圖24和25不出了根據(jù)本發(fā)明的一方案的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0057]本方法的步驟可以由一個(gè)或多個(gè)可編程處理器執(zhí)行，該處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序以通過(guò)操作輸入數(shù)據(jù)并生成輸出數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能。
[0058]可以以任何形式的編程語(yǔ)言來(lái)編寫計(jì)算機(jī)程序，包括編譯語(yǔ)言或解釋語(yǔ)言:計(jì)算機(jī)程序可以以任何形式進(jìn)行配置，包括作為獨(dú)立的程序或作為子程序，元件或適于在計(jì)算環(huán)境中使用的其它單元。計(jì)算機(jī)程序可以被配置為在一個(gè)地點(diǎn)或分布于多個(gè)地點(diǎn)并由通信網(wǎng)絡(luò)互連的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。
[0059]下面的附圖更加詳細(xì)的解釋了本發(fā)明的功能。
[0060]圖1到7示出了本發(fā)明的基本使用的情況。
[0061]在圖1中，本方法從停止的或不運(yùn)動(dòng)的3D模型或?qū)ο蟮募祥_始。在這個(gè)例子中，對(duì)象的集合或3D模型是離心的“飛球”調(diào)節(jié)器CG，其桅桿(mast)的旋轉(zhuǎn)會(huì)分離開集合的兩個(gè)球體直到達(dá)到它們之間的最大距離為止。
[0062]在步驟I,如圖1所示,通過(guò)按下顯示按鈕BSTART開始動(dòng)態(tài)模擬。
[0063]顯示結(jié)果表示在圖2中，其中由于重力的影響，集合的臂下落。出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)操縱器DM、暫停按鈕BPAUSE、停止按鈕BST0P，和倒回按鈕BREW。暫停按鈕BPAUSE、停止按鈕BSTOP和倒回按鈕分別適用于掛起、停止和倒回動(dòng)態(tài)模擬。
[0064]如同在已知系統(tǒng)中僅僅考慮運(yùn)動(dòng)連接一樣，交互的通常方式是3D操縱器，在本發(fā)明中是動(dòng)態(tài)3D操縱器DM。[0065]操縱器是由鼠標(biāo)(參見US7823085)或觸摸屏上的手指控制的圖形工件。其被置于部件上并提出了不同的操縱方法。動(dòng)態(tài)操縱器DM由具有三個(gè)正交軸和三個(gè)圓弧的軸系統(tǒng)組成，其提供不同的操縱方向:沿著三個(gè)軸方向中的每一個(gè)的三種平移，以及沿著三個(gè)弧的三種旋轉(zhuǎn)，或者，換句話說(shuō)，圍繞三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)而言之，動(dòng)態(tài)操縱器DM包括并提供了六種自由度。
[0066]軸上的交互會(huì)平移其上置有操縱器的部件，弧上的交互會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)其上置有操縱器的部件。當(dāng)正在進(jìn)行動(dòng)態(tài)操縱時(shí)，這種操縱能夠考慮運(yùn)動(dòng)的物理法則轉(zhuǎn)動(dòng)并平移其所在的集合的部件:它是動(dòng)態(tài)操縱器。操縱器的動(dòng)態(tài)特征由雙重圓弧表示。
[0067]因此，在步驟2，用戶能夠?qū)τ脩粝胍┘迂?fù)荷的集合的部件上的動(dòng)態(tài)操縱器DM進(jìn)行拖放。
[0068]在圖3中表示顯示的結(jié)果，其中用戶能夠沿著六種自由度(三種平移和三種旋轉(zhuǎn))中的一種選擇六種可能操縱中的一種。因此，顯示操縱器面板MP。操縱器面板MP包括監(jiān)控施加的負(fù)荷的計(jì)量器GAU，以及強(qiáng)度水平的選擇器SEL，例如選擇器SEL具有三個(gè)圖標(biāo)，每個(gè)圖標(biāo)都表示了強(qiáng)度范圍。在當(dāng)前例子中，顯示了三個(gè)圖標(biāo)，第一個(gè)圖際是一只手，表示0.1到IN.m的力矩，和0.1到IN的力；第二個(gè)圖標(biāo)是一匹馬，表示I到IO3N.m的力矩，和I到10 3N的力；第三個(gè)圖標(biāo)是推土機(jī)，表示I到IO6N.m的力矩，和I到IO6N的力。
[0069]此外，操縱器面板MP包括字段REL，用于解釋相對(duì)于什么或?qū)δ膫€(gè)參考坐標(biāo)系或參考系施加負(fù)荷(全局或集合的部件)；還包括選項(xiàng)0PT，用于旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)操縱器DM,或者換句活說(shuō),與集合的部件一起旋轉(zhuǎn)三個(gè)軸或保持它們?cè)诳臻g中的恒定方向。
[0070]因此，在步驟3中，用戶沿著六種自由度中的一種選擇六種可能操縱中的一種。在當(dāng)前實(shí)例中，用戶選擇沿著Z軸的旋轉(zhuǎn)。
[0071]在圖4中表示顯示的結(jié)果，其中出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)交互器INT，例如其由兩個(gè)彎曲的箭頭表示，并且在計(jì)量器GAU中根據(jù)“強(qiáng)度”選擇器SEL的指示設(shè)置最小值和最大值，在這個(gè)例子中，最小值和最大值是0.1N.m和IN.m的力矩。
[0072]因此，在步驟4，在當(dāng)前例子中，用戶使用鼠標(biāo)或觸摸屏情況下的手指施加力矩。
[0073]在平移的情況下，速度驅(qū)動(dòng)力；在旋轉(zhuǎn)的情況下，加速度驅(qū)動(dòng)力矩。加速度和速度的結(jié)合也可以用于驅(qū)動(dòng)平移和旋轉(zhuǎn)。
[0074]在圖5中表示顯示的結(jié)果,其中計(jì)量器GAU以N.m指示了施加于集合的部件的圍繞所選軸的所述力矩的數(shù)字值。集合因此而移動(dòng)。
[0075]因此，在步驟5，通過(guò)松開鼠標(biāo)按鈕或從觸摸屏拿開手指，用戶能夠停止施加力矩。
[0076]在圖6中表示顯示的結(jié)果，其中集合繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0077]因此，在步驟6，用戶將動(dòng)態(tài)操縱器DM從其所依附的集合的部件處拿開。
[0078]在圖7中表示顯示的結(jié)果，其中集合繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到用戶決定暫?；蛲Ｖ箘?dòng)態(tài)模擬。關(guān)閉操縱器面板MP，動(dòng)態(tài)操縱器DM重新出現(xiàn)準(zhǔn)備用于另一次操縱直到模擬停止。
[0079]圖8到10示出了在恒定方向施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例。
[0080]如圖8所示，該方法開始于停止的或不運(yùn)動(dòng)的3D模型或?qū)ο蟮募稀Ｔ谶@個(gè)例子中，對(duì)象的集合或3D模型是包括平衡部件或杠桿的集合。
[0081]動(dòng)態(tài)模擬已經(jīng)開始，并且動(dòng)態(tài)操縱器DM固定于或附到杠桿上。在步驟1，用戶確定操縱器面板MP的旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)OPT被設(shè)置為“否”。此外，選擇器SEL選擇“手”圖標(biāo)，表示包含在0.1到IN.m的負(fù)荷。
[0082]因此，集合仍然是平衡的，在步驟2，用戶選擇動(dòng)態(tài)操縱器DM的軸。
[0083]在圖9，出現(xiàn)平移交互器INT，例如由兩個(gè)筆直的箭頭表示，并且用戶使用鼠標(biāo)或觸摸屏情況下的手指來(lái)施加力。平移交互器INT不移動(dòng)，否則用戶將需要“在部件之后運(yùn)行”來(lái)施加力。動(dòng)態(tài)操縱器DM跟隨其連接的部件，并且軸保持它們?cè)谌謪⒖甲鴺?biāo)系中的定向，換句話說(shuō)，軸不隨著所述部件旋轉(zhuǎn)。繼續(xù)平衡運(yùn)動(dòng)。
[0084]因此，如圖10所示，動(dòng)態(tài)操縱器DM跟隨其連接的部件，并且軸保持全局參考坐標(biāo)系中的恒定定向，其不跟隨部件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)繼續(xù)平衡運(yùn)動(dòng)。
[0085]用戶能夠在相對(duì)于全局參考坐標(biāo)系的給定的恒定方向上施加力，就好像他使用無(wú)限長(zhǎng)的繩子拉拽一樣。
[0086]圖11到14示出了根據(jù)本發(fā)明的一方案，在平行于集合的部件的方向上施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例。
[0087]如圖11所示，該方法從停止或不運(yùn)動(dòng)的3D模型或?qū)ο蟮募祥_始。在這個(gè)例子中，對(duì)象的集合或3D模型是連接的桿和活塞。
[0088]開始動(dòng)態(tài)模擬，并將動(dòng)態(tài)操縱器DM附到集合的部件上。在步驟1，用戶將選項(xiàng)OPT “與部件一起旋轉(zhuǎn)”設(shè)置為“是”，如圖12所示，對(duì)于軸而言，與其所附著的部件一起旋轉(zhuǎn)。
[0089]在步驟2，用戶選擇用于操縱的軸，且在步驟3，如圖13所示，用戶能夠使用鼠標(biāo)或觸摸屏情況下的手指施加力。此外，出現(xiàn)平移交互器INT。
[0090]然后，動(dòng)態(tài)操縱器DM跟隨其所連接的集合的部件，如圖14所示，軸保持與它們所連接的部件平行，換句話說(shuō)，與桿平行。
[0091]因此，用戶能夠在跟隨運(yùn)動(dòng)中的部件的集合的部件上施加力，就如同在現(xiàn)實(shí)生活中他使用他的手施加運(yùn)動(dòng)一樣。
[0092]圖15到20示出了，在通過(guò)進(jìn)行數(shù)字輸入而向集合的部件施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合體一離心的“飛球”調(diào)節(jié)器一的實(shí)例。
[0093]在圖15中，該方法從離心的“飛球”調(diào)節(jié)器的3D模型或集合開始。動(dòng)態(tài)操縱器DM被附到桅桿基座。用戶在沿著三個(gè)軸的三種平移和三種旋轉(zhuǎn)中的六種可能操縱中選擇一種。
[0094]因此，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)交互器INT，如圖16所示，在步驟2，用戶輸入數(shù)字值或使用鼠標(biāo)或觸摸屏情況下的手指來(lái)旋轉(zhuǎn)計(jì)量器GAU的主軸。
[0095]出現(xiàn)消息“設(shè)置值”以指示用戶由這個(gè)值驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，如圖17所示，并且用戶能夠點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)交互器INT (箭頭)以施加指示的負(fù)荷。
[0096]在運(yùn)動(dòng)期間，計(jì)量器GAU的主軸移動(dòng)到設(shè)置的值上以指示施加了這個(gè)值，如圖18所示。由于施加了力矩，所以集合開始旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)加速直到不再施加負(fù)荷。因此，在步驟4，通過(guò)放開鼠標(biāo)按鈕或?qū)⑹种笍钠聊簧夏瞄_，用戶能夠釋放負(fù)荷。
[0097]因此，如圖19所示，當(dāng)不再施加負(fù)荷時(shí)計(jì)量器主軸指向“0”，仍然顯示消息“設(shè)置值”。[0098]在步驟5，通過(guò)拖放計(jì)量器的標(biāo)記，用戶能夠移除設(shè)置的值。如圖20，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。下面與基本情況類似。
[0099]圖21到22示出了在相對(duì)于另一部件施加負(fù)荷的情況下，動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的實(shí)例。
[0100]圖21是附有動(dòng)態(tài)操縱器DM的汽車方向盤SW的動(dòng)態(tài)模擬。在步驟I，用戶在字段REL “相對(duì)于”中點(diǎn)擊，且在步驟2，如圖22所示，選擇集合的部件或元件，在該情況下是儀表板DB。
[0101]因此，如圖23所示，用戶能夠相對(duì)于儀表板DB施加負(fù)荷，就好像他坐在車?yán)镆粯印?br> [0102]為了總結(jié)上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的一方案的方法包括圖24所示的步驟。
[0103]在第一步驟SI，該方法向?qū)ο蟮募咸峁╆P(guān)于連接集合的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的信肩、O
[0104]隨后，在第二步驟S2，該方法提供嵌入到場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)操縱工具DM，包括具有三個(gè)軸的參考系，對(duì)于每個(gè)軸考慮平移的自由度和旋轉(zhuǎn)的自由度，在第三步驟S3，該方法將所述動(dòng)態(tài)操縱工具DM附到集合的對(duì)象上。
[0105]因此，在第四步驟S4，該方法選擇附到集合的對(duì)象上的動(dòng)態(tài)操縱工具DM的自由度，在第五步驟S5，該方法根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷，在第六步驟S6，實(shí)時(shí)計(jì)算并實(shí)時(shí)顯示施加所述負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果。
[0106]例如，如圖25所示，第五步驟S5可以包括第一子步驟S5a，其選擇負(fù)荷值的范圍，以及第二子步驟S5b，其在所述范圍內(nèi)確定負(fù)荷值。
[0107]此外，第五步驟S5可以包括可選的第三子步驟S5c，其確定施加負(fù)荷的參考系，以及可選的第四子步驟S5d，其確定動(dòng)態(tài)操縱工具的三個(gè)軸是否與附有動(dòng)態(tài)操縱工具的對(duì)象
一起旋轉(zhuǎn)。
[0108]因此，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法和系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)地考慮，換句話說(shuō)，實(shí)時(shí)地考慮動(dòng)力的物理法則，例如重力和負(fù)荷(力、力矩)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟: -向?qū)ο蟮募咸峁?Si)關(guān)于連接所述集合的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的信息； -提供(S2)嵌入到所述場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)，包括具有三個(gè)軸的參考系，對(duì)于每個(gè)軸允許平移自由度和旋轉(zhuǎn)自由度； -將所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)附到(S3)集合的一個(gè)對(duì)象上； -選擇(S4)附到所述集合的對(duì)象上的所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)的自由度； -根據(jù)所選擇的自由度施加(S5)負(fù)荷；以及 -實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示(S6)負(fù)荷施加的動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟(S5)包括: -第一子步驟(S5a)，用于選擇負(fù)荷值的范圍:以及 -第二子步驟(S5b)，用于在所述范圍中確定負(fù)荷值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟(S5)包括第三子步驟(S5c)，用于確定其中施加負(fù)荷的參考系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中根據(jù)所選擇的自由度施加負(fù)荷的步驟(S5)包括第四子步驟(S5d)，用于確定所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)的三個(gè)軸是否與附有所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)的對(duì)象一起旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中施加負(fù)荷的步驟(S5)是通過(guò)執(zhí)行所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)的移動(dòng)來(lái)執(zhí)行的，所述工具的所述移動(dòng)被轉(zhuǎn)化為負(fù)荷值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化考慮根據(jù)軸的平移移動(dòng)的速度或者根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的加速度或者加速度和速度的結(jié)合來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)和平移。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中利用鼠標(biāo)按下按鈕或手指接觸顯示屏來(lái)執(zhí)行動(dòng)態(tài)操縱工具(DM)的移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中利用鼠標(biāo)或手指的所述移動(dòng)是在距所述動(dòng)態(tài)操縱工具(DM) —段距離處施加的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中施加負(fù)荷的步驟是通過(guò)直接提供負(fù)荷的值來(lái)執(zhí)行的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述負(fù)荷是力或力矩。
11.具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述的用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的方法。
12.—種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合，包括使得所述系統(tǒng)執(zhí)行權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)的步驟的代碼模塊。
13.一種用于動(dòng)態(tài)操縱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景中的對(duì)象的集合的裝置，包括用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)的方法的步驟的部件。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103488809SQ201310288745
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月7日
【發(fā)明者】L·桑提科, B·富爾 申請(qǐng)人:達(dá)索系統(tǒng)公司