三维模型中的几何关系的表示和发现

其他申请的交叉引用

本申请的一些主题与和本申请同时提交的题为“Symmetry ofDiscovered Geometric Relationships in a Three-Dimensional Model”的美国专利申请13/529,066的相同，其通过引用合并到本文中。

技术领域

本公开内容一般地涉及对产品数据和其他项目进行管理的计算机辅助设计、可视化和制造系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统以及类似系统(统称为“产品数据管理”系统或“PDM”系统)。

背景技术

PDM系统对PLM和其他数据进行管理。期望改进了的系统。

发明内容

各种公开了的实施方式包括用于改进了的PDM处理的系统及方法。包括用于在产品数据管理(PDM)系统中保持等价关系的系统及方法。该方法包括：接收包括多个组件的3D模型以及接收对模型的所述多个组件中之一的选择。该方法包括接收对要在3D模型中发现的至少一个等价关系的选择以及识别模型的所述多个组件中的至少一个目标组件。该方法包括根据每个所选择的等价关系关于每个目标组件完成所选择的组件。该方法包括根据完成的所选择的组件构建并且存储等价关系图。

以上所述已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域技术人员可以更好地理解以下详细描述。将在下文中描述本公开内容的构成权利要求主题的另外的特征和优点。本领域技术人员应当意识到，它们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为对用于实现本公开内容相同目的的其他结构进行修改或设计的基础。本领域技术人员还应当意识到，这样的等同构造并未脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围。

在开始下面的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文献使用的某些单词或短语的定义会有利：词语“包括(include)”和“包括(comprise)”及其派生词语指没有限制的包括；术语“或”是包括性的，指和/或；短语“相关联”和“与其相关联”及其派生短语可以指包括、被包括在内、与其互连、包含、被包含在内、连接至或与其连接、耦接至或与其耦接、能够与其通信、与其协作、交错、并列、与其接近、绑定至或与其绑定、具有、或具有其性质等；以及术语“控制器”指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分，而不论这样的设备是通过硬件、固件、软件或以上中的至少两者的组合来实现。应当注意，与任何具体控制器相关联的功能，无论本地或远程，可以是集中式或分布式。贯穿本专利文献提供某些单词和短语的定义，并且本领域技术人员应当理解，这样的定义即使不是在大多数实例中但仍在许多实例中适用于这样被定义的单词和短语的现有及未来使用。尽管一些词语可能包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些词语限制到具体的实施方式。

附图说明

为了更全面地理解本公开内容及其优点，现在结合附图来对以下描述进行参考，其中相同的附图标记指代相同的对象，在附图中：

图1描绘了能够实现实施方式的数据处理系统的框图；

图2描绘了根据所公开的实施方式的可能组件及其相关的等价关系的示例；

图3A示出了根据所公开的实施方式的包括基本组件的这样的总成的示例，以及图3B说明了根据所公开的实施方式的示出图3A的组件之间的等价关系的对应图；

图4示出了根据所公开的实施方式的在全局空间和局部空间两者中的类的示例；

图5描绘了根据所公开的实施方式的处理的流程图；

图6A示出了具有各种组件的模型，以及图6B示出了要使用图5的处理确定的等价关系结构。

具体实施方式

以下所讨论的图1至图6以及本专利文献中用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅以示意性方式来说明并且不应以任何方式被解释成限制本公开内容的范围。本领域技术人员应当理解，本公开内容的原理可以通过任何适当地配置的设备来实现。将参照示例性非限制性实施方式来描述本申请的诸多创新性教示。

几何关系识别使用户能够在保留重要设计特征的同时对模型甚至非原生的模型或导入的模型进行编辑，

给定任意三维(3D)CAD模型，存在有许多在进行编辑时用户可能希望保留的几何关系。例如，用户可能希望针对下述特征保持两个特征之间的某些距离：要关于任意线或平面为“镜像”或对称的特征；要被保持平行的特征或其他特征。

随着模型尺寸的增大，关系的数量急剧增大，一些关系类型例如“平行”的复杂度以所包括的几何形状的数量的平方在增加。这使得对这些关系的有效表示和发现成为确保PDM表示与真实的用户模型成比例的重要部分。

所公开的实施方式包括用于有效地表示和发现3D模型中的几何关系的系统及方法。一些实施方式结合等价类(EC)来压缩并且优化对这些关系的表示并且以帮助这些关系在模型中的有效发现。

图1描绘了数据处理系统的框图，其中实施方式能够实现为例如如特别地通过软件或其他方式具体地配置成执行如本文所述的处理的PDM系统或清算系统，并且特别地实现为如本文所描述的多个互连与通信的系统中的每一个系统。所描绘的数据处理系统包括与二级高速缓存/桥接器104连接的处理器102，而二级高速缓存/桥接器104又与本地系统总线106连接。本地系统总线106可以是例如外围部件互连(PCI)架构总线。在所描绘的示例中，与本地系统总线连接的还有主存储器108和图形适配器110。图形适配器110可以与显示器111连接。

如局域网(LAN)/广域网/无线(例如，WiFi)适配器112的其他外围设备也可以与本地系统总线106连接。扩展总线接口114将本地系统总线106与输入/输出(I/O)总线116连接。I/O总线116与键盘/鼠标适配器118、盘控制器120和I/O适配器122连接。盘控制器120可以与存储设备126连接，所述存储设备126可以是任意适合的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于：非易失性、硬编码型介质如只读存储器(ROM)或者可擦除、电可编程只读存储器(EEPROM)、磁带存储设备和用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器及致密盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)以及其他已知的光、电或磁存储设备。

在所示出的示例中，与I/O总线116连接的还有音频适配器124，音频适配器124可以连接有扬声器(未示出)以播放声音。键盘/鼠标适配器118提供用于定点设备(未示出)如鼠标、跟踪球、轨迹指示器的连接。

本领域普通技术人员应当理解，图1所描绘的硬件可以因具体实现而异。例如，如光盘驱动器等其他外围设备还可以被另外使用或者代替所描绘的硬件。所描绘的示例仅出于说明目的而提供，并且非意在暗示关于本公开内容的架构限制。

根据本公开内容的实施方式的数据处理系统包括采用图形用户界面的操作系统。操作系统允许多个显示窗口同时被显示在图形用户界面中，其中每个显示窗口针对不同的应用或者针对相同应用的不同实例来提供接口。用户可以通过定点设备来操作图形用户界面中的光标。可以改变光标的位置和/或产生如点击鼠标按钮的事件以驱动期望响应。

可以采用被适当地修改了的各种商业操作系统之一如位于华盛顿州雷德蒙德的Microsoft公司的产品Microsoft Windows^TM版本。根据所描述的本公开内容来修改或创建该操作系统。

LAN/WAN/无线适配器112可以与网络130(不是数据处理系统100的一部分)连接，所述网络130可以是如本领域技术人员所知的任何公共或私有数据处理系统网络或这些网络的组合，包括因特网。数据处理系统100可以经由网络130与服务器系统140通信，所述服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，而是可以实现为例如单个的数据处理系统100。

如本文使用的等价类的数学定义是共享等价关系的一组成员。等价关系具有自反性、对称性和传递性。等价类具有以下有用属性：元素仅可以是由特定等价关系限定的一个等价类的成员。

因此，等价类可以用于限定CAD模型中的几何关系，其中那些几何关系是等价关系。

等价关系存在于其中几何形状共享至少一个等同组件的模型中；等价关系的组件是中心、轴、平面、方向、半径、小半径或半角。

根据所公开的技术以下等价关系在几何建模中有用。

·等同(I)：几何形状共享相同类型和所有组件。

·同心(SC)：几何形状共享同一中心组件。

·同轴(SA)：几何形状共享同一轴组件。

·同平面(SP)：几何形状共享同一平面组件。

·同形(SS)：几何形状共享相同类型、以及相同半径、大半径和小半径、或半角组件。

·同向(SD)：几何形状共享同一方向组件，被对齐或反向对齐。

根据这些等价关系，可以形成包括共享相同等价关系的几何形状的类。

在如以上所列出的这些EC中存在以下层次结构：等同最低，然后是同心、同轴、同平面和同形以及最后在最顶层是同向。

图2描绘了以上所描述的可能组件及其相关的等价关系的示例。该图说明了如点、线、圆、平面、圆柱面、圆锥面、球面和环面的这样的结构是如何使用等价关系的各种组合而能与其他组件相关。

在各种实施方式中，在等价类之中的层次结构可以具有以下特征中的一个或更多个：

·在较低层类中限定的关系暗含较高层类的关系，但是这些关系未被特别地表示。例如，等同的两个平面还同平面和同向。

·从节点A到节点B的有向边可以被解释为“B是A的成员”或者“A是B的父节点”。

·图的终端节点(即，等同类的成员)由模型几何形状组成。

·每个终端节点必须属于一个并且仅一个等同类节点。

·每个类节点可以属于具有不同类型的多个EC，但是每个类节点仅可以属于某种类型的一个类。

产品总成可以包括多个基本3D组件，多个基本3D组件中的每一个可以共享各种等价关系。这些总成中的每一个可以由表明每个组件类型之间的等价关系的连接图表示。

图3A示出了包括基本组件的这样的总成的示例，以及图3B示出了表明图3A的组件之间的等价关系的对应的图。

可以由代表类所表示的组件的单个几何形状表示每个等价类。因此，在几何术语中的等价类可以被看作在其他关系或类的环境中限定成员之间的等价关系以及提供普通组件的单个表示两者。该单个代表性几何形状在本文被称为“头几何形状”。

然后可以在这些头几何形状之间(或者EC之间)限定另外的非等价关系。例如，可以在两个同向类的头几何形状之间限定“垂直”关系。

等价关系可以存在于局部单个零件空间以及全局总成空间两者中并且因此还可以在两个空间中定义等价类。在全局空间中的关系常常在不同局部空间中的实体之间。

为了保存等价类结构和定义，各种实施方式扩展类层次结构以包括局部类的实例，其中实例包括将局部空间转换为全局空间的变换。该扩展参照实例在全局空间中重复局部类，因此，将该类的内容从局部空间变换到全局空间。这使得能够使用该类来定义另外的全局关系，等价或非等价。

图4示出了在全局空间和局部空间两者中的类的示例。在该示例中，示例模型330包括本体1 302的局部几何形状实例1、本体1 304的实例2以及本体2 306的实例3，并且还包括全局虚拟几何形状308。

局部空间340具有对于本体1 310以及对于本体2 312的两个等价类结构。等价类结构中的每一个示出了各个局部几何特征(f1、f2等)的特征实例及其等价关系。

全局空间350示出了各个局部几何形状302/304/306与全局虚拟几何形状308之间的等价关系。

如本文所述的对层次结构的使用相比传统的二进制关系而言提供了明显技术优点。该表示完整地描述了所有其成员之间的关系。这避免了n次方二进制关系和关联的存储器以及性能成本的任何需要。这还避免了将n次方个链路减少至最小的关系集合的需要，在该最小的关系集合中所有成员均与第一个成员相关。该最小集合提供了模型变化行为的所需约束，但是从结构中去除了在其他关系例如对称的处理中有用的有价值的信息。该表示还紧凑并且有效，避免了对暗含信息的重复。

所公开的实施方式包括可以有效地确定如以上所述的关系结构的关系发现的系统及方法。发现模型内的所有关系理论上所需的几何测试数量与模型中的几何形状的数量的平方乘以几何关系类型的数量成比例地增加。然而，以上所定义的关系描述使所公开的实施方式能够比这更有效地执行。

以下描述使用术语“几何地完成”或“完成”指一种类型的关系。在几何形状已经针对一种关系类型被检查了之后，该几何形状被定义为针对该类型的关系的完成。当完成时，在包括该几何形状的模型中不再会发现该类型的关系。然后，仅在针对特定类型未完成的几何形状上进行几何测试。对于等价关系而言，可以将完成度扩展到等价类的所有成员，所以如果在等价类中有一个几何形状完成，则在等价类中的所有几何形状也都完成。例如，如果发现a平行于b、c和d，则可以将a、b、c和d标记为针对平行完成而无需对b、c或d做任何另外的平行检查。

另外，基于以上所述的等价层次结构，可以基于已知等价关系在不进行任何几何检查的情况下将某些关系类型标记为完成。例如，如果两个圆柱面被发现为等同，并且第一个圆柱面被标记成针对等同、同轴和同向为完成，则第二个圆柱体可以在没有另外检查的情况下被标记成针对等同、同轴和同向为完成。

该系统还可以存储先前测试的几何形状及其关联的完成状态以及所发现的任何几何关系的高速缓存。这确保仅进行一次检查。该高速缓存还可以存储关于所发现的关系的其他信息，如可能在各种实现中有用的信息。

所公开的处理可以确保仅检查在模型中与正在执行的操作相关的这些几何形状。对于大多数情况而言，这避免对模型中的所有几何形状完成所有测试。因此，几何关系的高速缓存是从经由从编辑源驱动的传播处理而被编辑的几何形状逐渐地扩展的。

在各种实施方式中，高速缓存的仅相关部分被转变为要在模型的编辑期间保持最新的用户可视关系。由于自下而上的完成处理，在某些情况下高速缓存会包括与具体编辑不相关的非连接图形区域，所以高速缓存的仅相关部分被转换。因为如果不改变模型的这些区域则不会打破这些关系，所以这些关系不相关。例如，如果用户请求发现被限定在同向类之间的垂直关系时这就会发生。为了定义该关系，两个端点必须完成。然后，针对所发现的垂直关系之一该请求可能被拒绝，因此使得不需要呈现大部分的所发现的关系。

图5描绘了根据所公开的实施方式的处理的流程图。为了说明，以具体示例的形式描述该处理；图6A示出了具有各种组件的模型以及图6B示出了要使用图5的处理确定的等价关系结构。

系统接收模型(步骤505)。该“系统”可以是如本文所述的PDM数据处理系统，并且该模型是包括多个组件的3D模型。如本文所使用的“接收”可以包括从存储设备加载、从其他设备或者处理接收、或者经由与用户的交互接收。该模型包括每个组件的使得能够针对本文描述的几何关系来对组件的特征进行比较的几何形状和参数。

在该示例中，假设用户正在编辑如图6A所示的模型，并且期望向左移动“圆柱面1”。该用户还决定系统应该在该编辑期间发现并且保持等同、同轴和同向关系。

该系统接收对模型的组件的选择(步骤510)。在该示例中，系统接收对圆柱面“圆柱面1”的用户选择。

系统接收对要被发现的一个或更多个等价关系的选择(步骤515)。这些等价关系可以包括等同(I)、同心(SC)、同轴(SA)、同平面(SP)、同形(SS)和同向(SD)中的一个或更多个，并且该次序表示这些关系的从“最强”至“最弱”的层次结构。

该系统针对目标组件或组件集合关于所选择的等价关系类型集合来“完成”所选择的组件。在该示例中，假设用户选择了等同、同轴和同向等价关系，其在层次结构中按照减小“强度”的次序一般地称为第一关系、第二关系和第三关系。

该系统识别模型中的将与所选择的组件进行比较的至少一个目标组件(步骤520)。在典型实现中，这将包括对以下目标组件集合进行识别：所述目标组件集合是模型中的所有组件或几何形状的子集，并且可以是例如与所选择的组件邻接的、所选择的组件的特定边界距离内的、或者在与所选择的组件相同的总成或者子总成中的所有其他组件。

该系统根据每个所选择的等价关系关于每个目标组件完成所选择的组件(步骤525)。该步骤可以包括几个子处理。

子处理包括确定所选择的组件针对第一关系是否完成，并且如果未完成，则将所选择的组件与目标组件(或下一个目标组件)进行比较以确定它们是否共享第一关系。如果共享，则它们必然满足“较弱”的其他所选择的关系。即，如果它们“等同”，则它们还“同轴”和“同向”。

如果所选择的组件和目标组件不共享第一关系，则系统针对第二等价关系进行相同的确定和比较，并且还针对第一关系完成一个或更多个目标组件。在该示例的环境中，系统确定所选择的组件针对第二关系是否完成，并且如果未完成，则将所选择的组件与目标组件(或下一个目标组件)进行比较以确定它们是否共享第二关系。如果它们共享，则它们必然满足“较弱”的其他所选择的关系。即，如果它们“同轴”，则它们还“同向”。系统还针对“较强”的关系完成目标组件——在该情况下，由于如果所选择的组件与目标组件“同轴”则所选择的组件还和与目标组件“等同”的其他组件“同轴”，所以系统针对“等同”关系完成目标组件。

按照层次顺序针对每个目标组件和每个等价关系重复相同的处理。在处理了每个比较/确定/完成步骤之后，系统可以使用如图6B的等价关系图结构、在高速缓存中或者以其他方式存储结果，使得不必重复该处理。即，如果组件针对“等同”关系已经完成，则系统存储该数据使得不再针对“等同”关系处理该组件。

可以随着系统遍历每个目标组件、每个等价关系以及由这些处理识别的每个其他组件而递归地进行这些子处理。

基于该完成(在步骤525处)，系统构建并且存储等价关系图(步骤530)。该等价关系图图形化地并且直观地表示模型的组件之间的等价关系，并且可以随着进行了完成处理而被整体地或部分地构建。图6B示出了与图6A的模型对应的这样的图的示例。注意，图6B示出了圆柱面“圆柱面1”与“圆柱面2”等同，与等同的圆锥面“圆锥面1”、“圆锥面2”和“圆锥面3”具有相同的轴，与“平面1”和“平面2”共享相同的方向。本文所描述的存储步骤中的任意存储步骤可以包括在存储器或者存储装置例如在图1中所示的中存储相关数据和结构。虽然本文使用了术语“图”，但是除非另外具体指出，否则在该上下文中术语“图”意指保持所描述的数据和关系的任何结构，所以不限于如所描绘的层次树图。

该系统还可以基于所确定的等价关系识别等价类结构。

然后，该系统可以根据用户输入接收模型并且对模型进行编辑(步骤535)。在该步骤期间，该系统可以保持由用户选择的发现的等价关系。

该系统可以存储所编辑的模型(步骤540)。

下文描述了在图6A和图6B的上下文中的更加详细的示例处理。再次假设用户正在编辑如图6A所示的模型，并且希望向左移动“圆柱面1”。该用户还决定在该编辑期间该系统应当发现并且保持等同、同轴和同向关系。

系统将针对等同、同轴和同向完成“圆柱面1”。该处理发现以下：

·“圆柱面1”和“圆柱面2”等同。

·“圆锥面1”、“圆锥面2”和“圆锥面3”等同。

·“圆柱面1”与“圆锥面1”、“圆锥面2”和“圆锥面3”共享轴。

·“圆柱面1”与“平面1”和“平面2”共享方向。

系统在高速缓存、图或其他存储设备中针对等同、同轴和同向将“圆柱面1”、“圆柱面2”、“圆锥面1”、“圆锥面2”和“圆锥面3”标记为完成。

系统在高速缓存、图或其他存储设备中针对等同、同平面和同向将“平面1”和“平面2”标记为完成。

系统将所发现的关系存储在高速缓存、图或其他存储设备中。

系统针对等同、同轴和同向完成“圆柱面2”、“圆锥面1”、“圆锥面2”和“圆锥面3”。因为所有都已经完成，所以没有发现另外的关系。

根据所选择的组件，系统确定被连接的关系并且确保在模型被改变时保留这些关系。下述关系被连接到在图6A的模型中的输入。

·I1(“圆柱面1”，“圆柱面2”)

·I2(“圆锥面1”，“圆锥面2”，“圆锥面3”)

·I3(“平面1”)

·I4(“平面2”)

·SA1(I1，I2)

·SP1(I3)

·SP2(I4)

·SD(SA1，SP1，SP2)

针对几何形状或组件的目标集合关于关系类型的给定集合(等同、同轴和同方向)完成单个几何形状(所选择的组件)的基本过程是：

1.收集几何形状的目标集合，通常是模型中的所有几何形状的子集。

2.针对每个目标几何形状，从最强的所需关系开始将输入与目标进行比较：

2.1如果针对等同未完成，则针对等同进行比较，如果完成，则停止

2.2如果针对同轴未完成，则针对同轴进行比较，如果完成，则停止

2.2.1针对等同完成目标

2.3.如果针对同向未完成，则针对同向进行比较，如果完成，则停止

2.3.1针对等同完成目标

2.3.2针对同轴和同平面完成目标。

当然，本领域技术人员应当意识到，除非特别说明或者根据操作顺序的需要，如上所述的处理中的某些步骤可以省略、同时或顺序地执行或者按照不同的顺序执行。可以在各种实施方式中组合各种处理的步骤和操作。

本领域技术人员应当意识到，为简单和清楚起见，本文中未描绘或描述适于与本公开内容一起使用的所有数据处理系统的完全结构和操作。替代地，仅仅描绘和描述了数据处理系统中作为本公开内容所独有的部分或用于理解本公开内容所必需的部分。数据处理系统100的构建和操作的其余部分可以遵照本领域中公知的各种任意目前实现和实践。

重要的是应当注意，尽管本公开内容包括在完全功能性系统的情形下的描述，但是本领域技术人员应当理解，本公开内容的至少部分机制能够以各种任意形式包含在机器可用、计算机可用或者计算机可读介质中的指令的形式来分配，并且不管实际执行分配所采用的指令或信号承载介质或者存储介质的具体类型如何，本公开内容均同样适用。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性、硬编码型媒介诸如只读存储器(ROM)或可擦除、电可编程只读存储器(EEPROM)、以及用户可记录型介质诸如软盘、硬盘驱动器及致密盘只读存储器(CD-ROM)或者数字多功能盘(DVD)。

尽管已详细描述了本公开内容的示例性实施方式，但是本领域技术人员应当理解，可以在不偏离本公开内容的最广泛形式的精神和范围的情况下对本文中所公开的内容做出各种变化、替代、变型和改进。

本申请中的任何描述都不应当被解读为暗示任何具体的元件、步骤或功能是权利要求范围中必须包括的必要要素，专利保护主题的范围仅由所授权的权利要求来限定。而且，除非出现跟随有功能(participle)的确切词语“用于…的装置”，否则这些权利要求不意在援引35 USC § 112第六款。