[发明专利]从多个3D曲线创建表面

说明书

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，更具体地，涉及一种从多个3D曲线创建表面的方法、系统和程序。

背景技术

在市场上提供了许多用于对象设计、工程和制造的系统和程序。CAD是计算机辅助设计的缩写，例如，其涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的缩写，例如，其涉及用于模拟未来产品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的缩写，例如，其涉及用于定义制造的处理和操作的软件解决方案。在这些系统中，图形用户界面(GUI)在关于技术的效率方面发挥了重要的作用。可以将这些技术嵌入到产品生命周期管理(PLM)系统中。PLM是指如下商业策略，其帮助公司共享产品数据、应用公共处理、利用企业知识，以通过扩展企业的概念从产品概念到产品寿命结束开发产品。

由达索系统(商标为CATIA、ENOVIA、和DELMIA)所提供的PLM解决方案提供了：工程中心，其组织产品工程知识；制造中心，其管理制造工程知识；和企业中心，其使企业实现集成和连接到工程和制造中心两者中去。利用以上这些，这种系统提供了开放对象模型，该模型将产品、处理、资源联系起来以实现动态的、基于知识的产品创造和决策支持，以驱动最优化的产品定义、制造准备、生产和服务。

这些系统中的某些允许从多个3D曲线创建表面，其落入几何建模的一般范畴内，更确切地是落入表面设计内。一本介绍性的刊物是“Geometric Modeling”，第三版，Michael E.Mortenson著，工业出版社，2006年5月。该刊物特别关注的是任何类型的复合表面(一个或许多表面的填充)，特别是弯曲表面、三角网格(由平面组成)、或者细分表面的填充。

B-Rep(边界表示法)是本文将提到的数学模型，因为其将以上所提到的所有表面组合成单一的概念。B-Rep将R²域和R³范围的一个或多个函数f_i(s，t)->(x，y，z)和逻辑信息进行聚合，该逻辑信息是关于这些单独的片如何“缝合”到一起。缝合可以“修整”表面，意味着每个函数的R²域都不能完整地作为一个整体使用。如何最好地从曲线集合生成这种表面的拼缝物是几何建模的传统问题。在三角网格的特别情形中，每个单独的表面元素都是平面，即平的面。B-Rep的一个众所周知的定义是STEPAP203。这是将CATPart输出为.stp文件时，CATIA V5和CATIA V6应用的标准。B-Rep是开放的，在此情形下它们不封闭体积，或者B-Rep是封闭的，在此情形下它们描述体积的边界，并且同样地可以表示实体对象。在STEP AP203中，分别用关键字OPEN_SHELL和CLOSED_SHELL表示它们。然而，可在比AP203标准更广泛的意义上使用术语B-Rep，在AP203中，仅仅将开放B-Rep的情形称作开放shell，而术语B-Rep(在关键字“ADVANCED_BREP_SHAPE_REPRESENTATION”中)为封闭shell情形所保留。不封闭体积的B-Rep经常被称为表面(以单一形式的)，甚至当由许多子函数所组成时。这尤其是当子片的连接是平滑的时，对用户掩饰该对象的复杂特性的情形。工程师或设计者经常将所生成的复杂形状谈及为单一表面。

为了促进3D模型的构建，在特定的自由形态的形状中，某些CAD系统提供了用于自一组较低维的输入生成B-Rep(或其部分)的不同的方法。这些输入可以是一组每隔一定间隔的点，一组点和切平面，一剖面和一挤压方向，扫描剖面和扫描轨迹的组合，一组用于插值的曲线。在曲线组的情形下，一般需要对曲线组进行完美地相交或者排序。例如，CATIA V5/6的NET表面从相交曲线的网格中创建了表面。

可以使用从R²映射到R³的多个函数来构成B-Rep。这些可以包括从简单平面(如处于三角网格中)到非常高阶的多项式，并且也可以包括规范的表面，例如，圆柱面。利用整合到例如CATIA中的Catmull-Clark细分表面也是可能的，就像US专利7595799和7400323所描述的。在这些系统中，首先为了实时的可视化，将细分表面转换为三角网格，并接着为了确定的高质量结果，将其转换为B-Spline表面。