一种用于复杂产品研制信息浏览的三维用户界面构建方法

技术领域

本发明涉及一种用于复杂产品研制信息浏览的三维用户界面构建方法，具体是一种针对产品研制信息的读取、描述、导航和呈现的方法。属于计算机信息可视化领域和复杂产品研制领域。 

背景技术

复杂产品一般指小批量或单件生产的大型产品、基础设施或系统，具有组成零件繁多、研发成本高、技术复杂的特点，其复杂性包括信息复杂性、管理复杂性和人员复杂性。复杂产品零件数目庞大，系统结构复杂，所以能够直观高效地获取所需要的复杂产品的研制信息并将其转化为知识资产，成为了提高企业竞争力的关键。 

计算机信息可视化以计算机为支撑，对抽象数据进行可交互的可视表示，以此来增强人们对这些抽象信息的认知。在这个信息数量呈几何级增长的信息时代里，计算机信息可视化对于信息资源的开发利用具有重要的意义。在二维环境下，计算机信息可视化是将抽象的数据以图形或者文字符号的形式，以人眼可见的方式显示在二维平面上。目前的产品数据管理(PDM)软件虽然可以有效管理数据信息，但是用户获取有用信息的效率较低，数据之间不能很直观地得到相互联系。而在三维空间下的信息可视化领域，计算机将信息数据以更加直观的方式表达出来，从而提高用户的信息获取效率。但是此领域的应用实例多集中于工业仿真、虚拟商城、辅助训练和地形绘制等方面，针对复杂产品研制信息在三维用户界面下的可视化表达的研究相对较少。 

目前，已有的计算机信息可视化研究不能完全满足复杂产品研制信息的浏览需求，存在以下问题： 

(1)二维用户界面信息表达效率低，空间利用率低。 

二维用户界面无法适应大规模的信息可视化需求。当数据信息庞大复杂时，用户无法快速高效地获取所需信息。此外，人类在二维平面环境下对事物结构的感知能力要劣于在三维 环境下，所以相比于三维用户界面，二维界面的信息表达效率较低，同时也不能够充分利用空间进行信息传递。 

(2)现有三维用户界面缺乏灵活的用于表达复杂产品研制信息的信息面板构建方法。 

现有的三维用户界面研究主要针对三维模型的可视化和人机交互的范式，对于复杂产品研制信息的可视化方法研究较少。在表达数据信息的时候，缺少一种能够针对不同信息进行灵活订制的信息面板构建方法。 

(3)现有三维用户界面缺乏针对复杂产品研制信息的信息导航框架。 

信息导航的目的是帮助用户快速获取所需要的信息，进而高效地完成工作。现有的信息导航研究多针对于网站设计领域。在三维用户界面中，对于信息导航机制的关注较少，忽略了一个好的信息导航框架对于用户快速高效完成操作的重要性。 

发明内容

(一)本发明的目的在于提供一种用于复杂产品研制信息浏览的三维用户界面构建方法，以改善现有技术存在的上述缺陷，帮助用户快速高效地获取所需数据信息。本发明实现的目标主要有以下三点： 

1)将复杂产品研制信息在三维环境下进行展示，充分利用空间来提升用户界面表达效率，帮助用户更快速高效地理解数据信息。 

2)在三维环境下，根据不同数据信息灵活订制不同类型的信息面板，提高三维用户界面在数据信息可视化方面的灵活性。 

3)针对复杂产品研制信息构建合理高效的导航框架，确立信息面板之间的跳转方法，为用户能够迅速找到所需信息提供方便。 

(二)技术方案 

首先对复杂产品研制信息进行梳理，确定每一种信息类型所包含内容，然后提出一套针对复杂产品信息浏览的信息导航框架，即确立信息面板之间的跳转方法。然后在数据信息与信息面板之间建立起一一映射的关系，确立每一个信息面板所需要包含的内容。然后根据本发明中信息面板的构建方法，调用不同显示模块对信息面板进行组装，对显示模块和信息面板进行参数设置，确定每一个信息面板的空间排布位置，最后对每一个信息面板进行可视化展示，完成三维用户界面的构建。 

本发明一种用于复杂产品研制信息浏览的三维用户界面构建方法，该方法具体步骤(方 法步骤流程图见图1)如下： 

步骤一：对复杂产品研制信息进行梳理归纳。本发明方法梳理的复杂产品研制信息结构以任务信息、人员信息和对象信息为核心，每一种信息包含的具体属性如下： 

1)任务信息 

任务信息包含了对于任务的具体描述，包括任务所涉及相关人员、任务所涉及对象、任务的相关任务、任务的内容描述、目标描述、状态、进度、所属项目、所属管理任务、计划与实际开始时间、计划与实际结束时间等。 

2)人员信息 

人员信息包含了对于人员的具体描述，包括人员的姓名、年龄、角色、所在地点、所负责任务以及与其相关任务、人员和对象等。 

3)对象信息 

对象是指在一个任务中需要操作或查看的元素，如文档、图像、三维几何模型、尺寸标注等。 

其中，任务、人员和对象三种信息之间是相互联系的。任务信息中包含了任务所涉及的人员和对象，人员信息中也包含了人员所负责或与之相关的任务和对象，同样的，对象信息也包含了对象所属的任务和与之相关的人员。 

步骤二：提出用于浏览复杂产品研制信息的信息导航框架，确定的信息导航框架见图2。信息导航框架将任务、人员和对象作为导航路径的核心，包含了任务列表、人员列表和对象列表三种推理结果。该信息导航框架包含的内容如下： 

1)任务列表 

a)以人员为中心的任务列表。该列表直接列出人员相关的所有任务，包括人员参与的任务，以及与人员相关的任务。 

b)以对象为中心的任务列表。该列表筛选出对象所属任务并予以显示。 

c)以任务为中心的任务列表。该列表列出与当前任务相关的其他任务。 

2)人员列表 

a)任务相关的人员列表。列出任务相关的人员，包括指定任务对应的人员，以及与当前任务相关的其他任务所对应的人员。 

b)对象相关的人员列表。该列表显示的是与当前对象相关的人员。 

c)人员相关的人员列表。该列表筛选出与当前人员相关的人员并予以显示。 

3)任务详细信息 

当选中具体任务时，除了查看任务的详细信息，还可以由此进入任务的相关任务列表、相关人员列表、任务对象视图。 

4)人员详细信息 

当选中具体人员时，除了查看人员的详细信息，还可以由此进入人员的任务列表和相关人员列表。 

5)任务对象视图 

用于查看对象视图，任务是访问对象的唯一路径。 

6)对象详细信息 

根据不同对象类型，提供不同的对象信息访问方式，用户可以由此进入对象相关的任务或人员列表。 

7)项目/流程信息 

该视图包含任务的上层结构信息，即任务所属的项目信息。 

步骤三：构建信息面板。一个信息面板由一个或多个列表或视图构成。根据每一个信息面板的内容，调用具有不同显示功能的模块来组合信息面板(模块组合方式见图3)。本发明方法中每一个显示模块可以显示不同的信息内容，具体包括： 

1)标题模块，用于显示信息面板标题的相关信息。 

2)人员模块，用于显示人员信息和人员列表。 

3)任务模块，用于显示任务列表。 

4)任务信息模块，用于显示任务具体信息。 

5)工具模块，用于显示可进行操作的工具按钮。 

6)其他模块，用于自定义显示所需的文字说明、图像或符号。 

每一个信息面板调用显示模块的数量不尽相同，但是都需要调用一个标题模块和至少一个非标题模块。图2所示信息导航框架中，每一个列表或视图，都可以由对应的显示模块进行显示，具体对应方法如下： 

a)项目/流程视图由标题模块、任务模块和其他模块显示。 

b)任务视图由标题模块、任务模块、任务信息模块、人员模块和工具模块显示。 

c)人员视图由标题模块、人员模块显示。 

d)对象视图由标题模块、任务模块和其他模块显示。 

e)人员相关任务列表由人员模块和任务模块显示。 

f)任务相关人员列表由任务模块和人员模块显示。 

g)人员相关人员列表由人员模块显示。 

h)任务相关任务列表由任务模块显示。 

i)对象相关任务列表由任务模块和其他模块显示。 

j)对象相关人员列表由人员模块和其他模块显示。 

k)任务对象视图由标题模块、任务模块和其他模块显示。 

步骤四：设定信息面板中每一个模块的参数，可以设定的参数包括文字、符号、图像以及几何参数(几何参数见图4)。具体如下： 

1)文字、符号 

字体、字号、字形(粗体、倾斜、加粗)、颜色、纹理、变形(拉伸、旋转、缩放)、相对模块原点的位置参数。 

2)图像 

裁剪、叠加、变形(拉伸、旋转、缩放)、色调、亮度、饱和度、相对模块原点的位置参数。 

3)几何参数 

模块的长度(图4中l)、高度(图4中h)、绘制起点(图4中O)。 

步骤五：确定信息面板在绘制时所需要的参数，进而确定信息面板在三维环境下的布局方式。所需设置参数(见图5)包括： 

1)长度(图5中l)：遍历信息面板中所有模块长度，将其中的最大值作为信息面板的长度。 

2)高度(图5中h)：将信息面板中所有显示模块高度之和作为信息面板高度。 

3)宽度(图5中w)：表示每个信息面板的宽度值。 

4)状态：分为激活状态、相关状态和历史状态。激活状态是指面板为当前可操作面板，置于界面中央正对用户。相关状态是指与当前激活面板具有相关性，置于激活面板右侧。历史状态是指与当前激活面板无相关性，置于激活面板左侧。 

5)法向(图5中n)：根据面板状态设定不同的参数，也可由用户自定义设置。 

6)绘制起点(图5中O)：将信息面板的左上角O点定为信息面板的绘制起点，依据面板状态、面板数量进行自动设置，也可由用户自己调整其绘制起点。 

7)颜色：根据信息面板状态和用户自定义而显示不同颜色，以显示清晰、美观为宜。 

8)纹理：根据信息面板状态和用户自定义而显示不同颜色，以显示清晰、美观为宜。 

确定当前激活面板，依据本发明方法提出的信息导航框架确定其他面板与当前激活面板 的关系确定每个信息面板的状态，设定信息面板参数。然后根据本发明方法提出的信息面板布局方式(方法流程见图8)，将历史面板、激活面板、相关面板分别置于三维空间的左、中、右三部分，实现信息面板的空间布局(空间布局示意图见图6a、b、c)。 

步骤六：根据步骤三、四、五设定的参数，对信息面板进行组合并确定其空间位置，实现三维用户界面的可视化展示。 

其中，在步骤一中所述的“复杂产品”，为小批量或单件生产的大型产品、基础设施或系统，具有组成零件繁多、研发成本高、技术复杂的特点。本发明中将以飞机产品研制信息的可视化展示为例。 

其中，在步骤三中所述的“一个信息面板由一个或多个列表或视图构成”中的列表和视图如图2中方框所示，每一个方框代表一种列表或视图。列表和视图由本发明方法中的信息导航框架确定，共11种。 

(三)优点及有益效果 

本发明的优点及有益效果是： 

1)相比于二维界面，本发明能够在三维环境下展示更多的复杂产品研制信息，能够充分利用空间，提升用户获取信息的效率。 

2)本发明提供一种根据复杂产品研制信息来订制不同类型信息面板的方式，提升了三维界面下对于数据信息可视化表达的灵活性。 

3)本发明提供了一种针对复杂产品研制信息的信息导航框架，确立信息面板之间的跳转方法，方便用户快速高效地获取所需信息。 

附图说明

图1是本发明方法步骤流程图。 

图2是本发明方法中针对复杂产品研制信息构建的信息导航框架图。 

图3是本发明中信息面板的组成方式示意图。 

图4是显示模块参数示意图。 

图5是信息面板参数示意图。 

图6a是表示用户当前进行操作的信息面板示意图。 

图6b是表示与当前操作相关的信息面板示意图。 

图6c是表示用户浏览过的信息面板示意图。 

图7a表示人员的任务信息面板示意图。 

图7b表示人员信息面板示意图。 

图7c表示与图7a相关的任务信息面板示意图。 

图7d表示任务的对象视图面板示意图。 

图8是三维用户界面中信息面板布局的方法流程图。 

图9是起落架系统设计图。 

图中序号、符号、代号说明如下： 

图4中O表示显示模块的绘制起点，h表示显示模块的高度，l表示显示模块的长度，x、y分别代表笛卡尔坐标系中的x坐标轴、y坐标轴。 

图5中O表示信息面板的绘制起点，h表示信息面板的高度，l表示信息面板的长度，w表示信息面板的宽度，n表示信息面板的法向。x、y、z分别表示笛卡尔坐标系中的x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴。 

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明以某型号民机的起落架研制信息为例，见图1，构建三维界面步骤如下： 

步骤一：对复杂产品研制信息进行梳理归纳。以起落架研制信息为例，整理出起落架系统的工作分解结构图，见图9所示，本发明方法梳理的复杂产品研制信息结构以任务信息、人员信息和对象信息为核心。现以“转向机构方案设计”为例，说明任务信息、人员信息、对象信息所包含内容： 

1)任务信息 

a)负责人员：陈XX； 

b)内容描述：转向机构方案设计； 

c)状态：正常； 

d)进度：60％； 

e)所属项目：起落架系统设计； 

f)所属管理任务：转向系统初步设计； 

g)计划/实际开始时间：2012.12.12/2012.11.12； 

h)计划/实际结束时间：2013.12.12/2013.12.24； 

i)相关人员：邓XX，杨XX； 

j)相关任务：套筒撑架设计，前起落架转向系统需求分析。 

2)人员信息 

a)姓名：陈XX； 

b)年龄：28； 

c)角色：管理者； 

d)所在地点：D316； 

e)负责任务：转向机构方案设计； 

f)相关人员：邓XX，杨XX； 

g)相关任务：套筒撑架设计，前起落架转向系统需求分析。 

3)对象信息 

a)转向机构三维模型信息； 

b)转向机构文档信息； 

c)转向机构尺寸标注信息； 

d)转向机构图像信息。 

步骤二：提出用于浏览复杂产品研制信息的信息导航框架，确定的信息导航框架见图2。以任务“转向机构方案设计”、人员“陈XX”、对象“套筒结构模型”三者为核心构成的一个信息导航框架的子集为例，每种视图或列表包含内容如下： 

a)项目/流程视图：起落架系统设计项目视图； 

b)任务视图：转向机构方案设计任务视图； 

c)人员视图：陈XX信息视图； 

d)对象视图：套筒结构模型； 

e)人员相关任务列表：套筒撑架设计，前起落架转向系统需求分析； 

f)任务相关人员列表：邓XX，杨XX； 

g)人员相关人员列表：邓XX，杨XX，戴XX； 

h)任务相关任务列表：套筒撑架设计，前起落架转向系统需求分析，扭力臂设计； 

i)对象相关任务列表：套筒撑架设计，前起落架转向系统需求分析； 

j)对象相关人员列表：陈XX，戴XX； 

k)任务对象视图：套筒结构模型视图。 

然后，确定信息面板间的跳转方法。其具体实施方法将以图7(a)-(d)中的各个信息面 板跳转方法为例进行说明。图7(a)中展示的是“转向机构方案设计”的任务信息内容，该信息面板包含了任务信息模块、工具模块、标题模块、人员模块和任务模块，当用户点击该面板“相关人员列表”中的“邓XX”时，界面会跳转到“邓XX”的人员信息面板，如图7(b)所示。当用户点击“相关任务列表”中的“套筒撑架设计”时，界面会跳转到“套筒撑架设计”的任务信息面板，如图7(c)所示。当用户点击图7(c)“套筒撑架设计”任务面板中“任务对象视图”时，界面会跳转到“套筒撑架设计”任务的对象视图面板，如图7(d)所示。在图7(d)所示面板中，用户可以选择查看该任务中所涉及的核心对象的文档信息、模型信息等。 

步骤三：构建信息面板。根据每一个信息面板的内容，调用具有不同显示功能的模块来组合信息面板(模块组合方式见图3)。本发明方法中每一个显示模块可以显示不同的信息内容，以图3为例，具体包括： 

1)标题模块，用于显示面板类型“任务”，任务描述“选择转向机构扭力臂螺栓”，完成进度“60％”以及退出按键“ESC”。 

2)人员模块，用于显示人员“邓XX”、“杨XX”极其图标，点击后进入与该人员相关的信息面板。 

3)任务模块，用于显示相关任务“转向机构设计”、“扭力臂设计”，点击后进入与该任务相关的信息面板。 

4)任务信息模块，用于显示任务具体信息。包括任务描述、任务状态、任务的计划开始时间、实际开始时间以及任务的计划结束时间、实际结束时间。 

5)工具模块，用于显示可进行操作的工具按钮，包括“邮件”、“文档”、“文件夹”、“多人讨论”等。 

6)其他模块：用于显示用户自定义的文本或图像，包括“备注：实际开始、结束时间与计划不符”。 

每一个信息面板调用显示模块的数量不尽相同，但是都需要调用一个标题模块和至少一个其他模块。如图3所示的信息面板由五个显示模块组合而成。 

步骤四：设定信息面板中每一个模块的参数，可以设定的参数包括文字、符号、图像以及几何参数。具体如下： 

1)文字、符号 

a)字体：微软雅黑； 

b)字号：18，以显示清晰为宜； 

c)字形(粗体、倾斜、加粗)：粗体，以显示清晰为宜； 

d)颜色：黑色； 

e)纹理：无花纹的黑色； 

f)变形(拉伸、旋转、缩放等)：在不影响美观的前提下进行适当缩放，以达到显示清晰的目的。 

g)、字号、字形(粗体、倾斜、加粗)、颜色、纹理、最大显示字符数、变形(拉伸、旋转、缩放)、相对模块原点的位置参数。 

2)图像 

a)裁剪、重复、叠加与混合：无需裁剪，重复数为1，无叠加混合。 

b)变形(拉伸、旋转、缩放)：在不影响美观和清晰的前提下，将图像的宽度调至与所属模块相匹配的大小。 

c)色调、亮度、饱和度：均为原始图像值。 

3)几何参数 

a)长度(图4中l)：根据显示模块中文字、符号和图像的长度决定显示模块的长度，将长度最小值设定为10。 

b)高度(图4中h)：根据显示模块中文字、符号和图像的排布方式决定显示模块的高度，将高度最小值设定为2。 

c)绘制起点(图4中O)：将显示模块的左上角的O点定位绘制起点，模块的长、宽和模块内部文字图像均以绘制起点为参照点进行绘制。同一个信息面板中所有模块的绘制起点的x、z坐标均相同，y坐标为该模块上方所有模块高度之和。如图3中标题模块的绘制起点y坐标为0，工具模块绘制起点y坐标为标题模块和任务信息模块高度之和。 

步骤五：确定信息面板在绘制时所需要的参数，进而确定信息面板在三维环境下的布局方式。本发明方法中的信息面板空间布局方法如图8所示，在确定每一个信息面板的状态后，对如下参数进行设置： 

1)长度(图5中l)：遍历信息面板中所有模块长度，将其中的最大值作为信息面板的长度。长度最小值设定为10。 

2)高度(图5中h)：将信息面板中所有显示模块高度之和作为信息面板高度，高度最小值设定为4。 

3)宽度(图5中w)：宽度值默认为0.5。 

4)状态：分为激活状态、相关状态和历史状态。激活状态是指面板为当前可操作面板， 置于界面中央正对用户。相关状态是指与当前激活面板具有相关性，置于激活面板右侧。历史状态是指与当前激活面板无相关性，置于激活面板左侧。 

5)法向(图5中n)：激活面板的法向默认为延z轴正向，相关面板的法向设置为(-1,0,1)，历史面板其法向向量设置为(1,0,1)。此外，信息面板也可由用户自己调整其法向。 

6)绘制起点(图5中O)：将信息面板的左上角O点定为信息面板的绘制起点，默认值为点(0,0,0)。该信息面板中所有显示模块的绘制起点的x、z坐标均与信息面板的绘制起点保持统一。激活面板的绘制起点为默认值；相关面板的绘制起点为(20+5n，0，-5n)，其中n＝1,2,3…，图6c中的三个信息面板，其n值分别为1，2，3；历史面板绘制起点为(-5-5n，0，-5n)，其中n与前述n含义相同。此外，信息面板也可由用户自己调整其绘制起点。 

7)颜色：默认为白色，可根据显示需求更改。 

8)纹理：默认为无花纹的白色，可根据显示需求更改。 

确定当前激活面板(图6a)，依据本发明方法提出的信息导航框架确定其他面板与当前激活面板的关系确定每个信息面板的状态，设定信息面板参数。然后根据本发明方法提出的信息面板布局方式(方法流程见图8)，将历史面板(图6b)、激活面板(图6a)、相关面板(图6c)分别置于三维空间的左、中、右三部分，实现信息面板的空间布局(空间布局示意图见图6a、b、c)。 

步骤六：根据步骤三、四、五设定的参数，对信息面板进行组合并确定其空间位置，实现三维用户界面的可视化展示。