3d模型比較方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開一種索引3D數(shù)字化模型、將其取回、對其比較并在3D空間中顯示結(jié)果的方法。所述方法包括四個互補的部分，也就是顯示、比較/搜索、對面進行調(diào)和以及對結(jié)果進行分類。這些部分可以相互重疊也可以分開完成。描述一種取回與參考3D模型外形上具有某些相似點的3D模型，包括分析的第一步驟以至于生成表示(描述符)。部分地基于選擇性地與面相關(guān)的描述符搜索/比較3D模型的過程需要對面進行配對和調(diào)和的過程。在單一3維空間中顯示所述結(jié)果，并由于3D模型的面上的標(biāo)記，使得區(qū)分相似3D模型之間的多個類別差異成為可能。
【專利說明】
3D模型比較方法和系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年12月15日在美國專利和商標(biāo)局提交的申請?zhí)枮?1/916,279標(biāo) 題為"MfiTHODEETSYSTfeMEDE COMPARAISON DEMOD6：LES3D" 的美國臨時專利申請的 優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本專利申請涉及3D模型領(lǐng)域，例如涉及3維空間中的數(shù)字化展現(xiàn)實例，以及更具體 地涉及比如使用描述符的3D模型比較，從而搜索、排列和/或比較分析3D模型。
【背景技術(shù)】
[0004] 對象的3維(3D)數(shù)字化表示在工程、機械、電子游戲、電影乃至普遍推廣的應(yīng)用軟 件(例如谷歌的SketchUp，現(xiàn)在為Trimble)領(lǐng)域廣為人知。包括CAD系統(tǒng)(計算機輔助設(shè)計） 的3D建模和編輯、逆向工程和其他3D重構(gòu)技術(shù)的軟件以及3D掃描設(shè)備使得這些領(lǐng)域中的使 用成為可能。所有這些方法產(chǎn)生3維數(shù)字化模型。所述數(shù)字化模型都不是描述對象和其環(huán)境 之間邊界的3D模型，描述對象和其環(huán)境之間邊界也被稱為邊界表示(B-rep，例如可在STEP 標(biāo)準(zhǔn)或像ParasoliD和Acis-樣的幾何建模器中發(fā)現(xiàn)）。其他的提供細(xì)分化(tessellation) (例如STL或VRML格式）。這些模型可以包括除了純幾何數(shù)據(jù)以外的信息。
[0005] 上述類型的3D模型通常用在企業(yè)和許多日常生活領(lǐng)域中，其數(shù)目仍然在快速增 長。因此，出現(xiàn)多方面的問題，即是根據(jù)一套標(biāo)準(zhǔn)來(i)識別3D模型，（ii)尋找相似數(shù)字化對 象，（iii)比較它們以識別不同點或相同的部分，最后（iv)顯示相關(guān)結(jié)果，從而確保簡單有 效使用搜索結(jié)果。
[0006] 目前存在兩種截然不同類別的系統(tǒng)。屬于第一類別的系統(tǒng)將第一 3D模型與第二3D 模型比較以確定它們之間的不同點。第二類別的系統(tǒng)尋找與參考給定的3D模型相似的3D模 型。
[0007] 3D模型比較系統(tǒng)或工具
[0008] 多個包含CAD系統(tǒng)的計算機的應(yīng)用程序提供方法來將來自真實對象的點云或重構(gòu) 3D模型與兩個3D模型或一個3D模型進行準(zhǔn)確對比。在此方法中，不得不選擇兩個3D模型作 對比。多個不同的方法需要比較這兩個模型?；趫D像分析法（比如幾何映射，例如參見 TO2007/098929 Al)的拓?fù)浜蛶缀谓Y(jié)構(gòu)對比，或者基于多點的方法(類似US 7，149,677 B2， 或如Innovmetrie?產(chǎn)品中的最少二乘法，或US 8，072，450 B2中的方法）。一些方法需要兩 個模型在相同坐標(biāo)系下、在相同的計算機應(yīng)用程序(例如相同的CAD系統(tǒng)）中，并且使用相同 的幾何表示。基于幾何和拓?fù)鋵用鎸Ρ鹊姆椒ㄆ惹行枰獌蓚€對比的3D模型來滿足這些條 件。依賴所使用的對比方法，通過關(guān)聯(lián)例如(相同的、修改的、唯一的)狀態(tài)，或者甚至通過對 兩個3D模型之間的差異(例如是模型A和B的點之間各自的距離)進行定量，使3D模型標(biāo)記區(qū) 分相同和不同的零件。通過(i)疊加兩個3D模型、（ii)采用階梯顏色以標(biāo)亮模型A和B之間的 差異或者模型A和B之間的矢量場、或者(iii)根據(jù)先前模型中所定義的狀態(tài)的顏色碼，然后 顯示這兩3D模型的對比結(jié)果。該對比指出3D模型的相同零件(面）、唯一零件(不成對的面） 或者修改件（用差異匹配的面）、和添加到一個模型但沒有添加到其它模型的最終零件。這 就是為什么對稱顯示用在顯示那些存在于A中而不在于B中的東西，以及存在于A上而不在 于B中的東西。盡管所有這些系統(tǒng)不相同，但他們都享有共同一面：當(dāng)他們用目標(biāo)3D模型對 比參考3D模型時，他們選擇單個坐標(biāo)系或單個"最合適的"，以比較完整的3D模型來展示差 異。包含在SolidWorks?中的Geometric公司的應(yīng)用程序是此類系統(tǒng)或工具的典型或代表性 例子。
[0009] 3D模型檢索系統(tǒng)或工具
[0010] 第二類別的應(yīng)用程序旨在通過將參考3D模型與一組3D模型比較，以基于與參考3D 模型的相似性給所述3D模型排序來查找3D模型。通常以用于給這些3D模型排序的數(shù)值表示 查找到的相似性?？捎酶鞣N方法計算相似性。首先，每個3D模型的分析生成用于有效實行后 續(xù)比較的表示。在這種情況下，這種表示常常涉及不同術(shù)語，包括描述符、表示和索引。無論 名稱是什么，所述表示都可以采取幾種形式，例如圖表(US 2004/0249809 A1)、預(yù)定義N維 矢量(US 6,625,607 BI)或取決于3D模型的變量等等。通常在實行比較的期間保存描述符。 選定3D模型作為參考。在某些情況下，由圖片、照片或二維圖紙代替參考3D模型[3D模型搜 索引擎，Patrick Min，Ph ·D·Dissertation，普林斯頓大學(xué)，2004]。必要時計算描述符。比較 描述符。在此再次描述幾種方法[基于內(nèi)容的三維工程形狀搜索，K. Lou，S . Prabhakar， K.Ramani，數(shù)據(jù)工程2004上的第二十屆國際會議記錄]?；诒容^結(jié)果，一般根據(jù)一個我們 參考作為相似度的量對相似的3D模型進行排序。然后以各種形式，通常以小尺寸的圖像(圖 標(biāo)、縮圖），來展示這些結(jié)果。
[0011] 如早些提到的那樣，許多方法已建議基于參考3D模型的形狀來搜索3D模型。一些 方法關(guān)注在有機類型形狀，其他方法尋求許可相似性(例如尋找汽車、椅子、玻璃）。具體地， 這些方法不是設(shè)計為使用相同數(shù)量級精度的制造公差來確定兩3D模型是否確實相同。例如 Siemens Geolus或CaDenas GeoSearch的系統(tǒng)為該類別的代表。所述這些系統(tǒng)通過細(xì)分表 示生成描述符來分析3D模型，或者它們使用邊界點取樣(US20100073365)，因此降低了對比 精度。幾個提出的方法從3D模型中提取描述符并對其進行比較，需要大量計算時間，因此， 當(dāng)處理的3D模型的數(shù)目增加（例如多于一百萬個模型）或?qū)换ナ剿阉鱽碚f這些方法難以 應(yīng)用。
[0012] 另外，這些方法搜索出與參考3D模型完全相似的3D模型，也就是完整的3D模型。已 知的3D模型搜索工具或系統(tǒng)在搜索過程中既沒有信息也沒有技術(shù)以基于3D模型的部分或 贊成這些3D模型的部分的事物來實行搜索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 存在從異構(gòu)數(shù)據(jù)源中搜索整體或部分相似的數(shù)字化3D模型的系統(tǒng)的需求。該系統(tǒng) 應(yīng)當(dāng)從3D參考模型的整體或部分考慮來確定和描述3D參考模型的不同點，應(yīng)當(dāng)顯示所找到 的不同點和相似點上任何相關(guān)信息的結(jié)果。該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)提供極高精度，應(yīng)當(dāng) 調(diào)整為處理大量3D模型。
[0014]為滿足這些需求，提出一種方法，所述方法配置為首先建立描述符以識別（或索 弓l)3D模型。建立的描述符具有在完整3D模型水平中捕獲特性的能力，每一實體(通常意義 上的三維幾何和拓?fù)浔硎?組成3D模型，以及在形成所述3D模型的每一面水平中捕獲特性 的能力（總是為通常意義上的三維幾何和拓?fù)浔硎荆?。邊界表示不保證3D模型表示的唯一 性，也就是說，多種邊界表示可以對應(yīng)同一對象。為了獲得對3D模型比較必不可少的該屬 性，沿著它們的公共邊緣之一的G2連續(xù)(幾何二階導(dǎo)數(shù))面進行重組，必要時分開建立在G2 不連續(xù)的表面上的面。除了 3D顯示，所有以下方法的步驟可以應(yīng)用到描述符而不必使用3D 模型。
[0015] 方法進一步包括基于操作員選定的標(biāo)準(zhǔn)比較描述符的特征。所述步驟基于兩要 素，描述符術(shù)語或特征的調(diào)和以及在3D模型的部分水平上應(yīng)用的不同點的更嚴(yán)格的限定， 所述3D模型的部分也就是實體和面。所述調(diào)和對應(yīng)于實現(xiàn)3D模型的實體和面的配對，因此， 可以在不同坐標(biāo)系、不同CAD系統(tǒng)和不同幾何拓?fù)浔硎局斜硎舅雠鋵ΑＴ撆鋵χ辉试S考慮 進行處理的3D模型的部分?，F(xiàn)有方法通常限定為以下表征:完全相同的、改良的或新的。多 達(dá)9個表征可以使用（例如完全相同的、本質(zhì)相同的、相同幾何類型的、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等 等）。實體或面的3D模型的一部分可以同時擁有多個表征。顯示的標(biāo)記依賴于這些特性(例 如，與限定組合相關(guān)的顏色)和操作員查詢中的標(biāo)準(zhǔn)?；诓煌c的函數(shù)確定相似度(或相 似性）以給3D模型排序。
[0016] 當(dāng)處理的數(shù)字化對象是3D模型時，建議一種在3D結(jié)構(gòu)(場景)形式中交流結(jié)果的新 方法。其中一個坐標(biāo)軸代表相似性值，其中面的標(biāo)記(顏色等等)用于展示差異的類型，另外 兩個坐標(biāo)軸用于表示其他數(shù)量和特征，例如，成本、日期、供應(yīng)商、配置、版本等等。
[0017] 作為實例，所述方法包括（i)以與所述對象的制造過程精度可比較的準(zhǔn)確度識別 與參考3D模型相同的3D模型(復(fù)制品或幾何復(fù)制識別在機械系統(tǒng)(3D模型）中識別相 同的或相似的部分(實體）；（i i i)在一個系統(tǒng)或幾個系統(tǒng)（3 D模型）中識別相同的或相似的 組件(一組實體）；（iv)在3D模型的大型可選分布式數(shù)據(jù)庫中識別相似的3D模型，等等。
[0018] 得益于捕獲非常良好的間隙尺寸特性(在每一個面水平上的一組參數(shù)或特征）的 描述符以及比較器的性能，包含面的調(diào)和及限定原理，所述系統(tǒng)也可以識別和辨別出成形 特點，也就是3D模型的部分。作為實例，所述系統(tǒng)可以配置為識別（i)各種3D模型中具有給 定直徑和軸間距的一組通孔(一組分離的面和它們的參數(shù)鍵槽(keyway)(-組相連 的面和內(nèi)部參數(shù)在一個或幾個3D模型中識別面或者一組相同的或相似的面;等等。 [0019]每一要素，無論是（i)基于體積和邊界描述符的相似3D模型搜索，（ii)使得3D模型 的部分能夠多重定位和恢復(fù)的描述符的術(shù)語或特征的調(diào)和(配對差異的限定原理 以及（iv)將幾個3D模型間的相似點和不同點結(jié)合到單一的3維空間的結(jié)果的顯示，都是發(fā) 明內(nèi)容。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，我們提出一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界 表示為目的的3D模型比較方法。根據(jù)該方法提供描述符給多個3D模型中的每一個。這些描 述符的組成為（i)不因建模坐標(biāo)系變化的3D模型的幾何特征以及（ii)取決于坐標(biāo)系的3D模 型的幾何特征。需要時，可以使用不依賴于坐標(biāo)系而將第一 3D模型的部分與至少另一 3D模 型的部分進行匹配的特征。也可以使用對配對成功的部分來說依賴于坐標(biāo)系從而確定將第 一 3D模型的部分連接到至少另一 3D模型的一組變換的特征。確定至少一組相同變換，其中， 至少部分以所述一組相同變換（關(guān)于確定閾值的相同方式）識別3D模型間的相似點和不同 點。
[0021]不因坐標(biāo)系變化的3D模型部分的幾何特征可以包括3D模型平面的面積、轉(zhuǎn)動慣量 特征值和/或周長。依賴于坐標(biāo)系的3D模型部分的幾何特征可以包括平面的重心和/或慣性 軸。
[0022]確定至少一組相同變換的步驟可以包括確定至少兩組相同變換從而允許相似3D 模型的比較，但是其中至少部分3D模型在不同位置和/或方向中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示 為目的的3D模型比較方法。根據(jù)該方法提供多個3D模型的每一個的描述符，所述描述符具 有不依賴于建模坐標(biāo)系變化的3D模型的幾何特征和依賴于坐標(biāo)系的3D模型的幾何特征。需 要時，不依賴于坐標(biāo)系的特征用于將第一 3D模型的面匹配到至少一其他的3D模型。存儲從 至少兩3D模型的描述符的特征間的配對過程中獲得的數(shù)據(jù)。對配對成功的部分3D模型，確 定一組變換以在同一坐標(biāo)系中重定位所述部分3D模型。根據(jù)不同點的類型顯示3D模型部分 被標(biāo)記的至少兩3D模型。除了其他方面，3D模型的部分可以意味著面。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示 為目的的3D模型比較方法。根據(jù)該方法給多個3D模型的每一個提供描述符，所述描述符具 有不依賴于建模坐標(biāo)系變化的3D模型的幾何特征和依賴于坐標(biāo)系的3D模型的幾何特征。需 要時，不依賴于坐標(biāo)系的特征用于將第一 3D模型和至少一其他的3D模型的面進行匹配。存 儲與至少一些3D模型配對相關(guān)的一堆數(shù)據(jù)。所述方法包括提供3D模型的邊界表示的搜索、 分類和/或比較分析的第一結(jié)果，第一結(jié)果至少部分使用配對過程發(fā)出的存儲數(shù)據(jù)。所述方 法進一步包括使用不因坐標(biāo)系變化的特征以匹配第一 3D模型和所述至少另一 3D模型之間 的面從而建立配對的這些初始數(shù)據(jù)。使用匹配過程發(fā)出的至少部分精確的數(shù)據(jù)提供3D模型 的邊界表示的搜索、分類和/或比較分析的第二結(jié)果。
[0025]不因建模坐標(biāo)系變化的3D模型的幾何特征可以包括平面或其類型（例如平面、柱 面)的面積、轉(zhuǎn)動慣量的特征值、周長，依賴于建模坐標(biāo)系的3D模型的幾何特征可以包括平 面的重心和/或慣性軸。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示 為目的的3D模型比較方法。所述方法包括給多個3D模型的每一個提供描述符，所述描述符 包括3D模型的特征。所述方法進一步包括給第一 3D模型中的一個或多個特征指定相對權(quán) 重。所述方法包括基于所述特征以及屬于第一 3D模型的一個或多個這些特征的可應(yīng)用的權(quán) 重在第一 3D模型和至少另一 3D模型之間生成數(shù)值配對值。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示 為目的的3D模型比較方法。所述方法包括給多個3D模型的每一個提供描述符。所述方法進 一步包括使用第一 3D模型和多個其他3D模型各自的描述符生成它們之間的數(shù)值配對值。所 述方法進一步包括生成空間上安排在群集中的多個3D模型的顯示，其中根據(jù)描述符的公共 特征定義每一個群集。群集可以基于搜索請求或基于給定到一個或多個描述符特征的重要 性，也就是描述符的權(quán)重。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示為目 的的3D模型比較方法。所述方法包括基于面的下表面的二階連續(xù)性，一般稱為"G2連續(xù)性"， 通過重組關(guān)于"G2連續(xù)性"的不同的面和切掉下表面不是G2連續(xù)面提供多個3D模型的每一 個的描述符。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種以搜索、分類和/或比較分析3D模型的邊界表示 為目的的3D模型比較方法。所述方法包括從至少兩3D模型中選擇不同的部分。所述方法進 一步包括基于不同點的類型識別各自相同的部分和限定被識別的部分。所述方法進一步包 括根據(jù)狀態(tài)的限制(相同的，不同點的類型)通過標(biāo)記所述部分顯示至少一3D模型。
[0030] 根據(jù)一些實施例，使用3D模型描述符表示的查詢3D模型的用于在一堆3D模型中尋 找3D模型的搜索系統(tǒng)包括用于選擇至少一特征或3D模型的一部分或為了搜索目的我們將 不同權(quán)重歸屬到的描述符的特點/特征選擇器，以及3D模型比較器，所述比較器配置為將描 述符與考慮了搜索請求的3D模型的所述特點或部分的所述權(quán)重的一堆描述符比較并基于 所述比較生成一系列3D模型。
[0031] 所述特征選擇器可以為所述搜索請求3D描述符的描述符特征指定權(quán)重值。所述系 統(tǒng)也可以包括搜索結(jié)果的分類系統(tǒng)以及以這樣一種方式配置為生成根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)定位和 編組的一系列對應(yīng)3D模型的至少一部分的可顯示的場景的視圖生成器。該分類的3D模型可 以基于從描述符計算所得的相似度指數(shù)排列。這些選定前的標(biāo)準(zhǔn)可以包括取決于描述符的 標(biāo)準(zhǔn)。這些特征選擇器可以配置為在生成的幾組3D中辨別出重要的描述符并選定重要的描 述符之一。描述符可以包括體積組成部分和面或者一些其他邊界表示。
[0032]根據(jù)一些實施例，制造產(chǎn)品的過程的特點為針對產(chǎn)品至少一部分的生產(chǎn)的3D模型 的開發(fā)，所述3D模型通過使用根據(jù)本發(fā)明實施例任一的3D模型或過程搜索/比較系統(tǒng)做出 直接選定和可能修改。
[0033]考慮新穎性和創(chuàng)造性的本發(fā)明的特征將在下面表述的實施例中更詳細(xì)地描述。 [0034]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種比較3D模型的方法，所述3D模型包括以3D模型 的搜索、分類和/或比較分析為目的的一個或多個面。所述方法包括對多個3D模型中的每一 個提供描述符的步驟，該描述符包括3D模型的幾何特征，該幾何特征包括至少與面關(guān)聯(lián)的 特性。包含在該方法中的步驟還包括比較3D模型描述符的至少一些特征，和至少對一些3D 模型識別3D模型之間的相似點和不同點。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種比較3D模型的方法，所述3D模型包括以3D模型 的搜索、分類和/或比較分析為目的的一個或多個面。所述方法包括對多個3D模型中的每一 個提供描述符的步驟，該描述符包括與G2連續(xù)面(二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)面）的重組關(guān)聯(lián)的幾何特 征。包含在該流程中的步驟還包括比較3D模型的G2連續(xù)面的描述符的至少一些特征，和至 少對一些3D模型識別3D模型之間的相似點和不同點。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種比較3D模型的方法，所述3D模型包括以3D模型 的搜索、分類和/或比較分析為目的的一個或更多的面。所述方法包括為了與其他3D模型進 行比較而請求操作員選擇3D模型的特征的步驟，其中提供描述符的步驟包括基于操作員選 擇的3D模型的特征的生成描述符。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種比較3D模型的方法，所述3D模型包括以3D模型 的搜索、分類和/或比較分析為目的的一個或多個面。所述方法包括將一3D模型的描述符與 大量3D模型的描述符比較的步驟，以及在展示第一搜索描述符的搜索結(jié)果后，修改第一搜 索描述符以進行更有針對性的搜索，和/或修改相似度指數(shù)計算方法。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種可視化方法，其中3D模型包括以3D模型的搜索、 分類和/或比較分析為目的的一個或多個面，所述3D模型的比較結(jié)果以3D空間視圖來表示， 所述3D空間視圖包括的3D模型示出了它們的不同點和/或它們的相似點，以及在需要時根 據(jù)它們的相似度指數(shù)對該3D模型進行排序。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種可視化方法，其中3D模型包括以3D模型的搜索、 分類和/或比較分析為目的的一個或多個面，所述3D模型的比較結(jié)果作為3D空間視圖，所述 3D空間視圖包括的3D模型示出了它們的不同點和/或它們的相似點，以及在需要時根據(jù)它 們的相似度指數(shù)和/或僅部分的所表示的相似點或不同點來對該3D模型進行排序。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種配置為執(zhí)行3D模型比較過程的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 用于搜索、分類或比較分析3D模型。
[0041 ] 定義
[0042] 在本申請中，以下術(shù)語具有下面的含義：
[0043] 3D 模型
[0044] 在此文中，3D模型的表述用于描述對象的三維空間中的數(shù)字化表示。3D模型描述 一個或多個對象和它們的環(huán)境之間的邊界。例如，所述邊界一般基于STEP標(biāo)準(zhǔn)或例如CAD系 統(tǒng)或CAM系統(tǒng)的幾何建模器中的邊界表示(B-Rep)或者STL或VRML格式中的分格。所述邊界 由一個或多個面組成，所述面為被一個或多個邊界限定的表面。一個面是一個3D模型。幾個 連接的或未連接的面是一個3D模型。表示歐幾里得3維子空間的一組面一般認(rèn)為是實體，為 一個3D模型。表示多個實體的一組面為一個3D模型。在本定義中，一個3D模型的任何部分為 一個3D模型，3D模型的任何組成為一個3D模型。3D模型可以包括除了純粹幾何以外的信息， 例如制造過程使用或推薦的材料性能。
[0045] 描述符
[0046]描述符可以是適應(yīng)特定目的的3D模型的表示，所述表示一般比3D模型本身更有效 和更簡潔。所述描述符可以包括描繪3D模型或其一部分的特征的一組信息。在某些情況下， 所述描述符包括3D模型的一系列體積特征，例如，并且沒有詳盡列出地，3D模型的邊界框的 尺寸、其體積、其面積、其主轉(zhuǎn)動慣量、其重心、其主慣性軸、3D模型中的在一系列實體以及 對也是一個3D模型的它們的每一個來說的體積、總面積、主轉(zhuǎn)動慣量、重心和主慣性軸。在 某些情況下，所述描述符(未詳盡地)包括3D模型的一系列面以及對它們的每一個來說的一 系列特征，所述特征包括下表面的類型和其參數(shù)，例如邊界框的尺寸、面積、周長、轉(zhuǎn)動慣 量、重心、主慣性軸。從稱為描述符的比較的過程中獲得3D模型間的不同點和相似點。一個 3D模型可以是一個描述符。一個3D模型可以有幾個不同的描述符。
[0047]成形特點
[0048]成形特點可以理解為對特定過程來說具有特定好處的描述符的部分或特性(或?qū)?性）。形狀的成形特點或特征也可以定義為描述符或描述符的幾個元素的任何組合。作為實 例，圓柱面的直徑的值是一個主要成形特點、兩個洞的中心距的值是一個成形特點以及圓 端形鍵槽是一個成形特點。這些實例的每一個對應(yīng)于部分描述符，其中可以從描述符中確 定成形特點。在其最基本的成形中，所述成形特點更簡單地稱為特點或特征。如果特征只取 決于所述3D模型或其描述符并可以單獨從特征而不用從語境中確定，那么特征可以稱之為 對3D模型或其描述符來說是內(nèi)在的，所述語境也就是包括所述特點的3D模型。否則，所述特 點被稱為外在的。
[0049] 配對
[0050]配對表示兩描述符的特征間匹配的確定過程。例如，描述符的部分可以描繪實體 或面的特征。當(dāng)描述符的兩部分共享相似的特征(例如值的區(qū)間中相同的或包括的），配對 過程將描述符的部分匹配到描述符（同一個或另一個描述符）的另一部分。其中，該過程允 許通過各自的描述符、3D模型的實體或面而不考慮它們的空間位置配對。配對過程不需要 3D模型用相同的幾何表示(例如STEP和Parasolid)描述或在公共坐標(biāo)系中表達(dá)。
[0051 ] 調(diào)和
[0052]調(diào)和表示將與描述符的配對部分相關(guān)的成形特點空間中的相關(guān)位置考慮進來的 描述符的元素或部分的分類歸并(clustering)過程。所述過程通過確定允許在公共坐標(biāo)系 中的成形特點定位的幾組變換矩陣進行。所述過程允許除了其他方面以外的3D模型間的相 同或相似組成的特征的識別。因此，作為面的水平上的實例，所述配對識別共享內(nèi)在特征的 面。作為實例，如果一些面的類型是圓柱形的，那么直徑可以在5和6_之間，長度為20_。調(diào) 和期間考慮外在參數(shù)。作為實例，圓柱面的軸線方向可以等于Z軸，中心距可以等于20mm?？?以反復(fù)使用所述配對-調(diào)和過程。
[0053]描述符的比較分析
[0054] 描述符的比較分析為根據(jù)操作員指定的查詢確定和描述描述符間的相同的和不 同的特征的過程。在整個描述符或僅僅描述符的部分上執(zhí)行比較。由操作員指定的不同權(quán) 重可以歸于每一個部分以強調(diào)某些成形特點乃至僅僅考慮3D模型的一部分。從描述符的比 較分析確定相似度指數(shù)。
[0055] 操作員
[0056]操作員都指作為另一計算機系統(tǒng)的操作人員，其交互式地或離線地(批處理模式） 與系統(tǒng)互動。
【附圖說明】
[0057] 通過下面列出的并且符合出現(xiàn)在本發(fā)明【具體實施方式】中的實例數(shù)的附圖，可以更 好地理解本發(fā)明的實施例實例，其中：
[0058] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的過程的一系列步驟的示意圖；
[0059] 圖2示出了根據(jù)設(shè)置為至少運行圖1所示過程的實施例的計算機系統(tǒng)的方框圖；
[0060] 圖3為3D模型視圖；
[00611圖4為圖3的3D模型簡化版的視圖；
[0062]圖5為圖4中3D模型的視圖，以一般方式識別3D模型的面；
[0063]圖6A為用作本發(fā)明說明書中的參考3D模型的3D模型視圖；
[0064]圖6B為與圖6A所示的3D模型相似且用于描述比較過程的3D模型的視圖；
[0065]圖7A為跟隨初始位置的圖6A和6B的3D模型視圖；
[0066]圖7B為跟隨第二位置的圖6A和6B的3D模型視圖；
[0067]圖8示出了參考3D模型的立體圖以及由操作員約束定義的界面，該界面示出了一 套用于描述特定實施例的約束；
[0068]圖9為根據(jù)多個相似3D模型與參考3D模型比較的結(jié)果以及由操作員定義的約束安 放和標(biāo)記的多個相似3D模型的立體圖；
[0069]圖10示出了跟隨分布式結(jié)構(gòu)的圖2的計算機系統(tǒng)版本的方框圖。
【具體實施方式】
[0070]根據(jù)圖1和2描述本發(fā)明的實施例，圖1和2示出了一系列步驟，根據(jù)參考3D模型和 多個3D模型它們的描述符來確定參考3D模型和多個3D模型之間的伴隨相似點和不同點。所 考慮的3D模型的數(shù)目可以極其變化。在為了將參考3D模型與一些已知3D模型比較的情況 下，可能是小數(shù)目。相反的是，如果目的是尋找合適的或相似的3D模型，那么搜索可以在幾 千乃至幾百萬現(xiàn)有3D模型的描述符上進行。圖2示出了可以大體執(zhí)行圖1和2所示步驟的軟 件系統(tǒng)的方框圖。
[0071]圖3示出了 3D模型的一部分的實例。圖4示出了圖3的3D模型的簡化版以簡化以下 實施例的描述。將在以下描述中使用所述簡化版。所描述的展示件包括在其上部和下部的 不同尺寸的兩圓形開口以及連接該上部和下部的中部。
[0072]圖5中，從Si, 1到Si,20對面作標(biāo)記。標(biāo)記相當(dāng)隨意，并可以將一3D模型和另一個3D 模型區(qū)分開。因此，面標(biāo)簽Sm,f標(biāo)識3D模型m的面f。在該實施例中，描述符可以包括一系列 特征，例如3D模型的類型(Type)、取決于類型的參數(shù)(TypePar)、體積，在實體或面積的情況 下，在面的情況下（Int(N))，實體的面積或面的周長（Int(N-l))、重心(Gx，y，z)、轉(zhuǎn)動慣量 (Ml，2，3)、慣性軸(Ai X，y，z，i = 1，2，3)以及對于組成3D模型的每個實體和對于完整的3D 模型以及對于組成3D模型的每個面的邊界框的尺寸(Bx，y，z)。
[0073]邊界表示沒有遵守唯一性，也就是對一個給定的3D模型來說可以存在不只一個邊 界表示。但是所述唯一性對3D模型的比較是必不可少的。可能出現(xiàn)使用不同建模系統(tǒng)(稱為 兩個CAD系統(tǒng)）的實例，其中組成3D模型邊界的一組面不總是唯一的。為了解決該問題，使用 "嚴(yán)格二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)"面。因此，如果第二幾何導(dǎo)數(shù)，通常表示為G2,沿著兩面的公共邊界連 續(xù)，那么面可以聚集形成單一的面。同樣地，下表面不是G2連續(xù)面將分成多個面以至于每個 生成的面的下表面都是G2連續(xù)的。通過以這種方式進行，在邊界表示的面的水平上恢復(fù)唯 一性。
[0074]表1示出了圖6a的3D模型的特征的值。例如，描述符(Mod3D列）中的3D模型標(biāo)識符 和3D模型本身之間的連接可以用查找表的方式來解決。
[0075]圖6b示出了 3D模型的另一實例。表2示出了其描述符的特征值。
[0076]圖1中，生成描述符的步驟為S100。所有3D模型受制于該步驟。所述步驟可以在不 同時刻執(zhí)行。足夠的描述符可以儲存來自3D模型的數(shù)據(jù)或者單獨地儲存來自3D模型的數(shù) 據(jù)。
[0077]圖2中，參考S30,3D模型存儲在數(shù)據(jù)存儲中。數(shù)據(jù)存儲參考S30可以具體化為單一 數(shù)據(jù)存儲或3D模型分布式存儲。描述符生成器S32讀取數(shù)據(jù)存儲S30中的3D模型，將描述符 保存在稱為S34的第二數(shù)據(jù)存儲中。所述數(shù)據(jù)存儲S34可以在S30數(shù)據(jù)存儲中集成，或與S30 數(shù)據(jù)存儲分開，也可以移除。
[0078]所述系統(tǒng)可以包括控制待比較的3D模型的3D模型管理系統(tǒng)S40。參考3D模型選擇 器或生成器S42允許操作員選擇或生成參考3D模型?？梢允褂妹枋龇善鱏32生成參考3D 模型描述符，并輸入到搜索引擎或比較引擎S5(LS50引擎從S34數(shù)據(jù)存儲中檢索或取出描述 符。
[0079]圖2中描述的系統(tǒng)可以駐留在獨立工作站上或分布在不同電腦和/或服務(wù)器之中， 從而緩和數(shù)據(jù)處理、存儲和管理。
[0080] 圖7A示出了與第二個3D模型也就是圖6B的3D模型重疊的圖4的3D模型。后者示出 了圖6A中的參考3D模型的不同點，也就是中間部分更長（中心距從120mm增加到150mm)，并 且中間部分以30度的不同角度連接到底部。圖6A的3D模型為圖1的步驟S102中選擇的參考 3D模型，圖6B的3D模型為參考3D模型與之比較的3D模型，以解釋所述方法。對每一個可用的 3D模型執(zhí)行該比較。
[0081] 圖7B示出了不同的相關(guān)位置中的兩3D模型。現(xiàn)有技術(shù)描述的系統(tǒng)僅僅使用單一的 相關(guān)位置比較3D模型。相關(guān)位置要么從針對每一個3D模型的坐標(biāo)系中自動確定，要么使用 兩3D模型的"最佳-配合"或通過操作員確定。以下實施例中采取的方法確定所有相關(guān)位置 的描述符中面的特征，允許對比較3D模型中的成形特點(初始3D模型的部分)進行調(diào)和。 [0082]盡管兩3D模型之間的實體水平的比較可以對搜索目的產(chǎn)生有用的結(jié)果，但是該方 法可能對識別另一 3D模型內(nèi)的3D模型（更高復(fù)雜度)沒用，所述3D模型包括所搜索3D模型的 一個或多個部分。在面的比較中允許匹配所述面以識別可以潛在地包括所需的3D模型的3D 模型。通過兩步驟中的描述符比較的迭代過程獲得面的匹配。第一步驟提供基于內(nèi)在3D模 型規(guī)格的配對。作為實例，內(nèi)在3D模型的面積或轉(zhuǎn)動慣量。第二步驟提供基于3D模型的外在 特征的調(diào)和，例如，3D模型的重心或慣性軸，所述特征取決于3D模型以及描述所述特征所在 的坐標(biāo)系，更一般地來自3D模型的脈絡(luò)。
[0083] 通常在所比較的3D模型之中存在不同的面識別（在標(biāo)記傳感中）。然而，在我們的 簡化實例的文本中，編號只是相同的以方便理解所述過程。使用描述符的面的內(nèi)在特征匹 配3D模型之中的面。例如，特征面積Int(N)、周長Int(N-I)以及面Si，5; Si, 18; Si，6和Si, 4 的三個轉(zhuǎn)動慣量Ml，2,3的值是唯一且相同的，因此，這些面在兩3D模型之間以最大置信指 數(shù)1匹配。相比之下，面Si，7; Si, 8; Si, 16和Si, 17的內(nèi)在值不唯一且涉及面例如SI, 7與{S2， 7;32,8;32，16;32，17}乃至31，9與{32,9;32,25}的多個潛在部分。這些未確定的配對面將 在調(diào)和步驟中被丟掉。分別對涉及S2，I; S2，2和S2，3的表面SI，I; Sl，2和Sl，3來說，內(nèi)在特 征的值是唯一的，但是一些值在兩比較3D模型的面之間是不同的。所述兩比較3D模型的面 以低于1的置信指數(shù)配對?？梢允褂貌煌椒ㄓ嬎阍撝笖?shù)。為了簡單起見，展示計算該指數(shù) 的簡單方法。該方法使用每個特征的指數(shù)總和，所述每個特征被顧及由所考慮的特征數(shù)劃 分。例如，當(dāng)使用定量參數(shù)時，以該特征的值的差和它們的平均值的比值的絕對值計算所述 指數(shù)，讓我們描述為I (Vref-VC〇mp/((Vref+VC〇mp)/2) I，并且當(dāng)使用定量參數(shù)時，值表與差 異情況對應(yīng)?？梢岳斫獾?，所述方法只作為實例，且在所述過程的其他實施例中定義。在我 們的實施例中，所述指數(shù)包含在3D模型之間的相似度的確定過程中。兩個比較的3D模型的 面數(shù)可以不同，在當(dāng)前步驟結(jié)束處，一些面可以保持未配對。
[0084] 在表3中示出了現(xiàn)有簡化實例以及在配對階段后的所述實施例的描述符比較結(jié) 果。
[0085] 表3所示為未完成配對的實體的內(nèi)在特征之間的比較(相似但不相同的3D模型）， 隨后進行面的內(nèi)在特征之間的比較。示出幾種情況，比如完美唯一配對，或者同一特征值的 多個配對和基于僅部分相同特征值的配對，因此用低于1的置信指數(shù)。在調(diào)和的隨后階段中 丟掉歧義部分。
[0086]已經(jīng)在3D模型的面水平上描述了配對過程。我們理解到，如果多個實體在3D模型 中存在，那么相似過程在實體水平上可用于所述多個實體。使用它們的內(nèi)在特征進行配對， 例如體積（Int(N))、面積（Int(N-I))、三個轉(zhuǎn)動慣量(Ml，2,3)以及跟隨相同原理的描述符 的現(xiàn)有實例。因此，所述過程也可以實例實例性地用于比較3D模型裝配乃至在更復(fù)雜的系 統(tǒng)中尋找子系統(tǒng)。從步驟S120開始(參見圖1)，置信指數(shù)對應(yīng)于用于增加過程中計算效率的 臨時相似度指數(shù)。當(dāng)具有與參考3D模型相關(guān)的計算所得的置信指數(shù)的3D模型低于操作員確 定的臨界值時，描述符之間的比較和臨時相似度指數(shù)(圖1中的步驟S122)沒有精確化。該步 驟提供潛在相似3D模型的快速指示和允許處理大數(shù)目的3D模型，而當(dāng)沒有需求時無需精確 化比較過程。
[0087]所述配對通過分析描述符的內(nèi)在參數(shù)對3D模型或其部分進行比較，它們在此都已 知為3D模型（面、一組面(成形特點）、一個或幾個實體）。在該階段中，每一個3D模型孤立考 慮而不考慮與其他3D模型比較的3D模型的相關(guān)位置。
[0088] 3D模型的比例一般可以認(rèn)為是良好定義的，尺寸特征的低置信指數(shù)可以認(rèn)為是排 斥配對的基礎(chǔ)。然而，在一些情況中，可以在面的配對過程確定比例因素，對給定的比例因 素來說可以實現(xiàn)那個配對。
[0089]在圖1的步驟S124中執(zhí)行與參考3D模型比較的每一個3D模型的表的行中的數(shù)據(jù)添 加。當(dāng)?shù)玫较嗨?D模型的閾值數(shù)目或所有可獲得的描述符被比較時，可以繼續(xù)比較過程的 精確化(步驟S126中）。從步驟S126,所述方法可以進一步包括識別3D模型的步驟，所述3D模 型為例如基于配對面的數(shù)目或者配對面的面積總和和所有面的面積總和的比值或者確定 臨時相似度的任何其他功能的最相似3D模型?，F(xiàn)在參考圖1，所述方法進一步包括3D模型的 調(diào)和步驟。基于以上定義，3D模型可以為一個或多個面或者一個或多個實體。所述方法可以 進一步包括專注于最有希望的3D模型。
[0090] 圖2中，對比引擎S52執(zhí)行描述符的比較和表中所示的可比較數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲S54 中的存儲。引擎S50控制所述過程和執(zhí)行相似度的計算。
[0091] 圖1所示的調(diào)和步驟S140包括考慮描述符的內(nèi)在特征，尤其是其中3D模型的相關(guān) 位置。使用確定的配對(具有置信指數(shù)=1)，坐標(biāo)系的變換矩陣是確定的。變換矩陣將比較 3D模型重新定位在公共坐標(biāo)系中，例如參考3D模型的坐標(biāo)系。變換矩陣的確定在本領(lǐng)域是 眾所周知的，為相當(dāng)簡單的操作。在該階段，生成幾個變換矩陣。當(dāng)用于3D模型時，一些矩陣 只用于調(diào)和對矩陣的計算有幫助的3D模型。因此這些矩陣的關(guān)聯(lián)性低，然后在步驟S142丟 棄這些矩陣。
[0092] 可以理解到，在所有描述符(3D模型的部分，例如面）的幾何特征之間可以不計算 坐標(biāo)系變換或坐標(biāo)系變換矩陣，以定義至少一組相同變換(考慮計算容限），就像可以計算 第一特征(例如第一面)的變換，以然后嘗試應(yīng)用所述變換到其他特征(例如其他面）。因此， 可以產(chǎn)生具有通用變換的一組特征。
[0093] 對于通過應(yīng)用保留的變換矩陣獲得的每一個重新定位，比較外在特征(步驟144)。 在本實例中保持兩矩陣。如圖7A所示，第一矩陣Ml定位3D模型。已經(jīng)明確配對的面Si，5，Si， 6和Si，18被調(diào)和并完美地匹配在一起。對特定定位確定相同面。使用生成的矩陣去除面Si， 7; Si，8; Si，9; Si, 15 ;Si，16和Si, 17的配對歧義。調(diào)和剩下的面，并為定位而確定相同面。最 后，比較面Sl，2和SI，10與S2,10和S2,14的描述符外在特征。比較時，確定多個值相同，其他 值不同。以低于1的置信指數(shù)對面調(diào)和。面識別為不同，然后識別到的不同點被準(zhǔn)予對將在 標(biāo)記階段演示的描述符的采取比較。如圖7B所示，第二矩陣M2用于定位3D模型。明確配對的 面Si, 4和Si, 6調(diào)和為完美地匹配在一起。因此，對該第二定位來說，配對的面聲明為相同 的。最后，使用低于1的指數(shù)調(diào)和面Si, 11 ;Si，12和Si, 13,并因此包括特定定位的不同點。基 于置信指數(shù)的預(yù)定臨界值也調(diào)和例如Si, 3的面。多個變換矩陣可以導(dǎo)致多次調(diào)和一些面。 在這樣的事件中，使用具有最佳置信指數(shù)值的調(diào)和。這些矩陣在所有情況下不幫助解決所 有歧義，有時一些面保持孤立。這些面是新的面或大幅修改的面。
[0094]表4示出了針對現(xiàn)有實例由調(diào)和階段加入的數(shù)據(jù)。可以存儲表4的所有數(shù)據(jù)或者僅 僅存儲對過程的連續(xù)和操作員的需要具有一定益處的數(shù)據(jù)。
[0095]可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明介紹的多定位的原理完全重新定義比較的概念和兩3D模型間的 不同點，并允許3D模型零件(成形特點）的比較。因此，可以使用所有變換矩陣或只使用一個 或多個特定矩陣乃至將矩陣的確定限定在操作員選擇的描述符的一些特征上來執(zhí)行比較。 可以理解的到，在步驟S146中，可以計算出指示這些選擇的相似度。
[0096]所述方法可以進一步包括縮減比較數(shù)據(jù)表，以移除在配對步驟中介紹的面的多個 不明確的配對，在調(diào)和期間認(rèn)為其內(nèi)在特征的值是不相關(guān)的(步驟S148)。表5示出了在現(xiàn)有 實例的文本中進行清除后的比較數(shù)據(jù)。
[0097]繼續(xù)比較過程的精確化，直到要么達(dá)到足夠數(shù)目的相似3D模型要么所有可用的描 述符已經(jīng)在步驟S150中配對。
[0098]可以理解的到，3D模型間的這樣一個比較過程對許多應(yīng)用來說是有用的，例如檢 索相似的3D模型、根據(jù)相似性指標(biāo)分類3D模型、對3D模型進行分類(分類歸并）、突出相同的 或不同的特征或者對參考3D模型來說3D模型被取代時仍然允許參考物(標(biāo)識符）的識別和 調(diào)和。
[0099] 調(diào)和引擎S56(見圖2)執(zhí)行以上提及的操作并更新數(shù)據(jù)存儲S54中的數(shù)據(jù)。
[0100] 參照圖2,所述方法包括使用引擎S50識別對參考3D模型來說具有最接近的相似度 的3D模型，其取決于來自引擎S52和S56提供的數(shù)據(jù)存儲S54表中的數(shù)據(jù)。所識別的3D模型此 刻準(zhǔn)備通過系統(tǒng)S46展示給操作員。系統(tǒng)S46生成3D模型的需求視圖。生成所述視圖時，系統(tǒng) S46取出存儲在數(shù)據(jù)存儲S30中的3D模型，標(biāo)記引擎S45使用比較數(shù)據(jù)存儲S54的數(shù)據(jù)標(biāo)記相 同的或不同的面或標(biāo)記3D模型的其他特征。操作員通過界面S44選擇所需的設(shè)置或標(biāo)記標(biāo) 準(zhǔn)。界面S44也允許確定系統(tǒng)S46生成的3維空間中的3D模型的布局的屬性和功能的選定。在 一些實施例中，S46使用CAD系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（網(wǎng)絡(luò)查看器)展示3D結(jié)果。所展示的3D模型 的布局和標(biāo)記隨著操作員需要的變化而變化。例如，在一些情況下，操作員可能想要突出特 定定位或多個定位的3D模型的相同部分(成形特點)乃至突出一個或多個特征的差異?？梢?認(rèn)為，基于3D場景中的3D模型的標(biāo)記和定位的同時傳遞幾個3D模型的比較的該方法是全新 的方法，如圖9所示。
[0101] 可以理解得到，當(dāng)比較3D模型時確定面、一套面(成形特點）和實體之間的幾種差 異類型。根據(jù)操作員的需求，所述標(biāo)記區(qū)分所述3D模型。下面示出了根據(jù)操作員的需要描述 差異類型的一些實例。第一實例中，操作員在一套3D模型中搜索與參考3D模型中展示的那 些特征成形相同的特征成形而不輸入所述特征成形。在該情況下，所述過程執(zhí)行面的配對、 調(diào)和、多個重新定位和標(biāo)記作為結(jié)果。分別在參考3D模型（i = l)和比較3D模型（i = 2)上的 面 51，4;51，5;51，6;51，7;51，8;51，9;51，15;51，16;51，17;51，18在給定的位置(變換矩陣） 是完全相同的，并因此描述為相同的以及因此而被標(biāo)記(例如使用藍(lán)色）。首先以低置信指 數(shù)配對3D模型的面Si，I; Si，2; Si，11; Si，13和面SI，10; Sl，14與面S2，10。在調(diào)和期間修正 置信指數(shù)以使其增加。最終所述面標(biāo)記為具有相同的幾何結(jié)構(gòu)但是不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（例如 使用綠色），因為它們共享相同的幾何特征（圓柱面S1，10;S1，14和S2，10的軸線和半徑以及 平面Si，I ;Si，2;Si，11 ;Si，13的相同標(biāo)準(zhǔn)和位置），但是它們的表示其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（例如我們 的描述符中的周長)的其他特征(值)是不同的。所比較的3D模型的面Sil3的配對和調(diào)和不 達(dá)到足夠高的以推斷所述面和修改的面相同時的置信度的置信水平。在該階段，因為保持 一些未調(diào)和面，所以保持最佳選擇。在這種情況下，特征類型是相同的并取決于置信指數(shù)的 臨界值。所述特征識別為"調(diào)和的和不同的"（例如使用紫色)或者簡單識別為"非調(diào)和的和 新的"（例如使用紅色）。對所有選定的變換矩陣，所述面與其幾何機構(gòu)和其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩者都 是不同的。面S2，19和S2,20識別為"未調(diào)和的"，所以兩個面是新的（例如使用紅色上色）。
[0102] 在另一實例中，操作員通過界面S44(圖2)選擇3D模型（實際上成為參考3D模型）的 部分。所述3D模型的部分表示功能面或與其他組件(界面)連接的面，其作為實例以描述面 31，5;51，1;51，18和表面51，6;51，4，所述面51，5;51，1;51，18也用于定義調(diào)和步驟的定位 (變換矩陣）。為了使結(jié)果容易理解，操作員輸入使得在所發(fā)現(xiàn)的3D模型上的相同的面用藍(lán) 色標(biāo)記，幾何機構(gòu)相同但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的調(diào)和表面用青色標(biāo)記，最用其他面(未考慮的、未 調(diào)和的、新的）用灰色標(biāo)記并為透明的?，F(xiàn)在參考圖6A和7B的3D模型，其中，面S2,5;S2，18K 別為相同的（因此為藍(lán)色），面32，1;52,4;52,6為幾何結(jié)構(gòu)相同的（因此為青色），所有其他 面未被考慮（因此為灰色，透明的）。
[0103] 可以理解的到，操作員可以使用適當(dāng)?shù)膱D形化界面S44設(shè)置極其簡潔的約束，例 如，加上面Si, 5和Si, 6的中心距或Si, 11和Si, 13之間的平行和距離。所有這些約束可以從 該實施例中包括的描述符的特征計算。
[0104] 用標(biāo)簽或與特定的面連接的不同紋理或顏色顯示3D模型在本領(lǐng)域是眾所周知的。 [0105]使用顏色、幻燈片、紋理、填充、注釋或可以認(rèn)為是標(biāo)記的任何其他圖示效果表示 不同點。用顯示在觀察器中的3D場景的3D空間中的3D模型的位置表示3D模型之間的相似 點。根據(jù)操作員需求，相似點通常稱為具有最低數(shù)目的不同點的3D模型。
[0106] 可理解的到，可以使用大范圍的標(biāo)記。因此，通過3D模型的3D空間中由計算相似度 的功能獲得的各自的定位表述相似度。相似度也可以從3D模型中的不同點的標(biāo)記鑒別。例 如，如果參考3D模型的孔的直徑小于其他比較3D模型的孔但是包括相同的軸，那么該3D模 型用某種方式標(biāo)記；另一方面，如果直徑和軸不相同，那么用不同的標(biāo)記標(biāo)識所述孔以區(qū)分 兩種類型的差異。
[0107] 在某些實施例中，描述符的比較過程被關(guān)注的特征或相反的不受關(guān)注的特征的定 義所影響。特征的定義可以由操作員明確或隱含地指定。在圖1的步驟S152中，根據(jù)操作員 表述的相似度指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)來選擇3D模型。在步驟S160中格式化和展示結(jié)果。在其他可能的 形式之中，用上述對相似點和不同點以及3D模型的3D空間內(nèi)定位的使用標(biāo)記的識別的圖9 所示3D空間中的3D模型是新的和表示交流結(jié)果的方式。我們了解到這些結(jié)果也可以用文本 格式傳送(表格、列表或其他格式）。
[0108] 圖8所示為圖4的3D模型的簡化，示出了比較約束的定義界面的實例。在這種情況 下，考慮整個3D模型以通過相似度評估的多重定位自動化做比較，加上所述約束，例如（i) 圓柱體Si，5和Si，6的軸間距離必須在120mm和150mm之間，（ii)面Si，18和Si，5必須平行， (iii)Si，6必須具有20mm的半徑，以及最后（iv)面Si，11和Si，13必須大于10mm?？梢允褂脠D 2所示約束確定界面S48確定約束。操作員能夠定義考慮整個3D的全部或只考慮3D模型的部 分。在這種情況下，操作員選擇待使用的3D模型的部分(其也是3D模型）并對每一個部分來 說，操作員指示是否3D模型的部分應(yīng)當(dāng)相同的貨只是與待比較的3D模型相似。操作員進一 步選擇使用多重定位或加上坐標(biāo)系的可能性以做比較。作為實例，所述坐標(biāo)系可以是3D模 型的現(xiàn)有坐標(biāo)系或從待加上的約束中建立的坐標(biāo)系。最后，操作員可以設(shè)置對他很重要的 約束。作為實例，用戶可以設(shè)置約束，例如兩圓柱體Si, 5和Si, 6的中心距在120和150mm之 間、圓柱體Si，6的半徑為20mm以及面Si，11和Si，13的距離大于或等于10mm。因此，操作員在 描述符的明確特征(Si，6的半徑=20mm)以及含糊特征(軸Si，5和Si，6之間的距離或Si，18 和Si, 5之間的平行)上直接建立約束。在包括比較結(jié)果（另外的專欄）的表中加入這些含糊 特征，以參與相似度指數(shù)計算。
[0109] 定義約束的該方式與約束草圖或裝配件的CAD系統(tǒng)提供的方法相似并在本領(lǐng)域是 已知的。
[0110] 可以理解的到，性能或可用約束的詳細(xì)目錄、它們的選擇模式、它們的布局和排序 以及怎樣給性能加以權(quán)重，可以在大量的變化中產(chǎn)生差異而不會背離根本功能。與其提供 簡單的二元選擇(將選擇區(qū)分為"保持/重要的"，另一個為"保留/不重要的"），不如，所述界 面例如可以接收表述為重要性百分比或另一校正值的權(quán)重值。同樣地，操作員可以消除認(rèn) 為對操作員的應(yīng)用是無關(guān)緊要的3D模型的部分或段。作為實例，小于給定尺寸(邊界框的尺 寸)或體積的實體、或面積低于3D模型（3D模型簡化)面積的某個百分比的面可以除去。通過 最大占用體積促進比較也是可能的(裝配體中空間的保留）。
[0111] 在比較過程期間，例如表述兩圓柱體間距離的約束可以用做過濾器（進行/不進 行)或只在標(biāo)記狀態(tài)中插入以顯示約束是滿意的或未滿意的。當(dāng)計算接著可以看作服從約 束的表示相似度時也可以考慮這些約束。
[0112] 可以理解的到，當(dāng)約束改變時，整個過程可以重復(fù)或只有相似度和已經(jīng)選擇的3D 模型的標(biāo)記可以計算。
[0113]在某些實施例中，在比較過程后基于描述符的配對和調(diào)和根據(jù)計算相似度排序3D 模型。圖9示出了與參考3D模型（也就是為了提出的結(jié)果的目的在比較中使用的3D模型）近 似的8個鉸鏈組件3D模型實例。以等軸測3D視圖定位3D模型（例如，CAD系統(tǒng)中的裝配件）。顯 而易見的是，操作員可以改為透視。
[0114]用作參考3D模型的3D模型定位在原點（或右下角）。比較后在不同點的標(biāo)記上考慮 藍(lán)色的面（用*標(biāo)記）。例如，灰色的面(不是識別的面)將不會被標(biāo)記，無論該面是相同的還 是不同的以促進結(jié)果的解釋。相似的3D模型在3D空間中使用與三個軸的每一個相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) 定位。標(biāo)記(顏色、紋理、幻燈片、注釋等等)可以表示其他標(biāo)準(zhǔn)或信息。在該附圖中，軸之一 尤其是由于表示相似度。3D模型與參考3D模型越不同，距離沿著該軸的增加越多。具有相同 數(shù)量級的相似度的3D模型沿著第二軸分組。因此，兩3D模型在直接挨著參考3D模型的第一 排顯示，兩模型之一是相似的一個，另一個是鏡像的一個(例如平面對稱性的左/右手）。不 同但滿足所有約束的唯一生成的3D模型（非黃色面、非附圖中標(biāo)記的面)定位在第二行。不 滿足所有約束并與參考3D模型比較越來越不同的面在下行顯示。第三行的第一 3D模型具有 不同的凹槽，因此面被標(biāo)記(黃色，在該圖中以*標(biāo)記）。四個孔和鉆孔（以*標(biāo)記所有面)在同 一行的下一個3D模型中是不同的。
[0115]在現(xiàn)在的實例中，不使用第三軸。第三軸可以用于表示其他信息，例如版本、問題 起源、制造步驟或操作員感興趣的任何其他3D模型的分類。
[0116]可以理解的是，參考3D模型可以從現(xiàn)有掃描組件或者由操作員在屏幕上或多或少 大致勾畫的3D模型派生出來。在后一種情況下，操作員可以省略一些細(xì)節(jié)，然而，所述細(xì)節(jié) 在尋找的3D模型之中出現(xiàn)。這樣一個界面可以允許操作員將初始參考3D模型轉(zhuǎn)換到查找結(jié) 果列出的生成3D模型之一。當(dāng)參考3D模型被取代，操作員可以有選擇性地保持先前的比較 約束或定義新的比較約束。
[0117] 可以理解的到，上述3D模型比較系統(tǒng)可以在3D模型查找、分析或組織(分類、合并） 中是強有力的工具。在許多工業(yè)和其他領(lǐng)域，所述系統(tǒng)和上述方法的使用可以節(jié)省包括產(chǎn) 品設(shè)計和制造階段的產(chǎn)品生命周期的時間。
[0118] 如圖10所示，圖2中的系統(tǒng)可以配置為多個計算機、網(wǎng)絡(luò)(云端)或局域網(wǎng)的分布式 系統(tǒng)，允許遠(yuǎn)程訪問操作員、3D模型的數(shù)據(jù)存儲、描述符的存儲、搜索或比較引擎、標(biāo)記系統(tǒng) 或其他附加組件。在圖10的實例中，由操作員工作站的遠(yuǎn)程服務(wù)器執(zhí)行搜索和比較引擎。在 搜索服務(wù)器上標(biāo)記引擎和用于計算關(guān)聯(lián)3D模型的引擎。在其他實施例中，標(biāo)記引擎可以在 客戶端上運行。例如，3D場景或3D模型發(fā)送給操作員已在瀏覽器（網(wǎng)頁瀏覽器）中使用。同樣 地，根據(jù)所述敘述，描述符的存儲遠(yuǎn)程托管。描述符的生成可以組成3D模型數(shù)據(jù)存儲的單獨 服務(wù)。圖10系統(tǒng)也示出了不同位置的三個數(shù)據(jù)存儲，把3D模型分開。
[0119] 采用這樣的系統(tǒng)使得操作員可以瀏覽、搜索和比較單一客戶工作站的多個資源的 3D模型。
[0120] 采用這樣的系統(tǒng)使得操作員可以上傳他的現(xiàn)有3D模型以達(dá)到使用遠(yuǎn)程服務(wù)生成 描述符的目的，無論他的3D模型是由他和他單獨搜索和比較，還是其他人搜索和比較。 [0121]當(dāng)上文已經(jīng)詳細(xì)描述了示例性和當(dāng)前優(yōu)選的本發(fā)明實施例時，應(yīng)理解到可以另外 變形地實施和應(yīng)用本發(fā)明構(gòu)思，并且所附的權(quán)利要求書旨在解釋這些除了現(xiàn)有技術(shù)限定的 變形。







【主權(quán)項】
1. 一種比較3D模型的過程，所述3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目 的的一個或多個面，所述過程包括： a) 對多個3D模型中的每一個提供描述符，該描述符包括3D模型的幾何特征，該幾何特 征包括至少與面關(guān)聯(lián)的特性； b) 比較3D模型描述符的至少一些特征； c) 至少對一些3D模型識別3D模型之間的相似點和不同點。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程，其中，具有平面的3D模型的幾何特征包括3D模型的平面 的面積和/或周長，以及平面的重心和/或慣性軸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過程，其中，比較3D模型描述符的至少一些特征的步驟包 括例如在需要的情況下基于重心和慣性軸，例如在3D模型重定位和需要時通過使用一個或 多個面作為參考的第二次重定位的情況下基于重心和慣性軸，對至少一 3D模型應(yīng)用變換矩 陣，并且比較至少一些特征。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程，其中，通過結(jié)合描述符的比較來計算3D模型之間的相似 度值，并且需要時在給3D模型的至少一描述符應(yīng)用變換后執(zhí)行比較。5. -種比較3D模型的過程，所述3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目 的的一個或多個面，所述過程包括： a) 對多個3D模型中的每一個提供描述符，該描述符包括與G2連續(xù)面(二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)面） 的重組關(guān)聯(lián)的幾何特征； b) 比較3D模型的G2連續(xù)面的描述符的至少一些特征； c) 至少對一些3D模型識別3D模型之間的相似點和不同點。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的過程，其中，一3D模型的描述符與大量的3D模型 的描述符比較，所述過程包括使用大量3D模型的描述符的一些特征的步驟，以優(yōu)先考慮或 限定使用太多描述符的特征和/或太多3D模型的步驟。7. -種比較3D模型的過程，所述3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目 的的一個或更多的面，所述過程包括為了與其他3D模型進行比較而請求操作員選擇3D模型 的特征的步驟，其中提供描述符的步驟包括基于操作員選擇的3D模型的特征的生成描述 符。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程，其中，使操作員選擇至少一面。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的過程，其中，使操作員選擇3D模型的特征之間的至少一關(guān) 系。10. 根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的過程，其中，使操作員選擇一權(quán)重，該權(quán)重表明3D模型 的特征的增加或減少偏好的重要性。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的過程，其中在至少兩模型上，在識別為分別相 似的部分上，在識別為不同的部分上，以及在顯示有識別為相似和不同部分的至少一個模 型上，選擇至少兩對應(yīng)的部分。12. -種比較3D模型的過程，所述3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為 目的的一個或多個面，所述過程包括將一 3D模型的描述符與大量3D模型的描述符比較的步 驟，以及在展示第一搜索描述符的搜索結(jié)果后，修改第一搜索描述符以進行更有針對性的 搜索，和/或修改相似度指數(shù)計算方法。13. 根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、6至12中任一項所述的過程，其中，存儲比較數(shù)據(jù)以方便后續(xù) 的比較。14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的過程，其中，一3D模型的描述符與大量3D模型 的描述符比較，且其中，根據(jù)相似度指數(shù)，以之前識別的不同點和相似點來表示搜索結(jié)果。15. -種可視化過程，其中3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目的的 一個或多個面，所述3D模型的比較結(jié)果以3D空間視圖來表示，所述3D空間視圖包括的3D模 型示出了它們的不同點和/或它們的相似點，以及在需要時根據(jù)它們的相似度指數(shù)對該3D 模型進行排序。16. -種可視化過程，其中3D模型包括以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目的的 一個或多個面，所述3D模型的比較結(jié)果作為3D空間視圖，所述3D空間視圖包括的3D模型示 出了它們的不同點和/或它們的相似點，以及在需要時根據(jù)它們的相似度指數(shù)和/或僅部分 的所表示的相似點或不同點來對該3D模型進行排序。17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16所述的過程，其中，表示一個或多個模型，所述一個或多個模型 與具有標(biāo)記面(顏色或填充或透明或紋理等等）的第一模型比較，從而識別3D模型之間的相 似點和不同點。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的過程，其中，表示幾何特征的至少一相似點和/或不同點，所 述幾何特征與至少兩3D模型之間的對應(yīng)面相關(guān)。19. 一種配置為實現(xiàn)3D模型比較過程的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于根據(jù)上述任一權(quán)利要求的 過程以進行以3D模型的搜索、分類和/或比較分析為目的的3D模型比較。20. -種制造產(chǎn)品的過程，其特征在于，運用3D模型來制造至少一部分產(chǎn)品，通過使用 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的比較過程從選定的3D模型中直接選擇和修改所述3D模 型。
【文檔編號】G06T19/00GK106062827SQ201480075518
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】R·馬蘭扎納, O·姆賽夫
【申請人】7893159加拿大有限公司