专利名称：以综合图像的形式在屏幕上显示对象的数字样机的系统和编码方法
以综合图像的形式在屏幕上显示对象的数字样机的系统和
编码方法由于在适当领域(例如，技术、科学或研究领域)中的应用，以综合图像的形式 在屏幕上显示被称为数字样机(digital mock-up)的数字几何数据的领域正在蓬勃发展。在上述领域中，尤其值得一提的是用于与机械工业相关的领域的计算机辅助设 计，其执行特别项目的制造过程、危险或敏感区域的远程操作，尤其包括微创手术或其 它操作。所有这些领域的应用在对对象或部分对象的再现过程中需要非常高精确和准确 度，这可在综合成像中实现。例如，如图Ia所示，以综合图像的形式显示数字样机的屏幕系统包括在例如工 作站上的客户端图形应用程序，其中，该客户端图形应用程序能够将数字信号提供给为 显卡提供接口的显卡驱动器，从而控制显示设备。如图Ib的进一步所示，图形应用程序将像元流提供给显卡驱动器和显卡。像元 流包括可编址的像元，其中，根据当前的标准，每个像元都由几何形状(通常为三角形) 形成。上述三角形不是必要的，但三角形被证实为在实际中对于三维综合成像(3D成像) 是有利的。现有技术的上述显示系统是令人满意的，因为它们能在3D综合成像中精确且适 应地表现所有类型的对象。然而，尽管它们具有适应性特性，但是它们的使用限制于变化发展非常慢的对 象，尤其是用于表示综合对象或3D成像的动态处理所需的信息量和支持该信息的数字数 据量的增长非常慢的对象。在任何情况下，撇开执行在市场上的商用工作站上通常不可用的这些处理所需 要的高计算能力不谈，用于重构的综合图像的3D显示所需的通常的显卡不能在表现动态 综合图像的流畅性方面达到完全满意，这是因为它们不能产生非常大量的显示数据的刷新率。特别地，在3D综合成像领域中，尤其在3D动态综合中，由于显示方案、像素 的固定数目Np、像元数目Nb中可编址像元量的不充分性，使显示级别上的困难非常大。因为图像中显示像素的数目Np是固定且受限的，所以当前的技术方法不可能优 化显示图像的像素数目与像元数目的比值Np/Nb。目前，在动态3D图像综合中，图像由 速度(每秒像元的数目Nb)来表现其特性，并且由图像显示频率F1来限定3D显示。特别地，如果图像显示频率太低，每秒图像巧<5，则系统不能有利地使用，因 为建立图像所花费的时间太长并且也不可能获得好的图片，这会引起潜在的问题。而且，显示会抖动，这当然不利于3D综合成像中对象的全景。本发明的目的是 通过实现用于以综合图像形式在屏幕上显示对象的数字样机 的sui generis方法和系统，克服现有技术的综合成像显示系统和方法的缺点。通过sui generis方法和系统，对于每个图像，基本上克服了对显示屏幕的每个显示区域中显示的 信息量响应的不充分性。
特别地，本发明的另一个目的是实现以3D综合图像的形式在屏幕上显示对象的 数字样机的方法和系统，其中，动态信息量或其速率基本上由具体的编码方法限制，而 且这基本上增加了 3D综合显示的流畅性。本发明的又一个目的是最终实现以3D综合图像的形式在屏幕上显示对象的数字 样机的方法和系统，其中，在3D综合表现和显示上引入了任意外部事件效果的预期处 理，从而例如通过预见应用程序对该外部事件的响应来维持3D综合图像显示的流畅性。对象的数字样机以三维综合图像的数字文件形式的编码方法从应用程序模块传 送的像元流所形成该对象的模型开始，而该应用程序模块从数字样机开始。作为本发明 主题的编码方法值得注意之处在于，其包括至少如下步骤在像元流中区分构成将被显 示的三维综合图像的至少一部分的基本图像；根据代表该像元内容的索引值对每个连续 的基本图像进行编码；根据代表每个基本图像内容的索引值计算用于三维综合图像的数 值；以及以文件或一组数字数据的形式存储该综合图像的数值。根据代表基本图像内容 的索引值对连续基本图像进行编码，使其能够基本上限 制显示所需的动态信息量或动态信息流，从而改善3D综合显示的流畅性。作为本发明主题的编码方法在于将一组像元的索引值与用于计算三维综合图像 数值的地址值相关联。这种做法能够将一组具体的基本图像根据其内容分配给这些数值的计算源，从 而保证通过三维综合图像的内容进行空间分割。该程序通过有效地克服潜在的问题并基本减少了现有技术的3D综合图像上的图 像抖动。以综合图像形式在屏幕上显示对象的数字样机的作为本发明主题的系统通过包 含用户接口的应用程序模块来操作应用程序模块。该系统从数字样机开始，将由像元流 形成的对象模型传送至用于计算将被显示在屏幕上的三维图像的源。值得注意的是，其至少包括用于过滤像元的源，该源安装在计算三维图像的源 的输入端，这些过滤源包括用于在像元流中区分基本图像的模块，其中，每个基本图像 构成用于显示的图像的至少一部分；以及根据代表该基本图像内容的索引值对每个连续 基本图像进行编码的模块，这些索引值被传送给用于计算三维图像的源。这就能够通过 由计算三维图像的源重构每个基本图像的内容，从而增加显示屏幕的显示流畅性。特别地，作为本发明主题的系统的特征在于，索引值是通过将散列函数应用于 每个连续的基本图像获得的数值。而且，索引值是代表包含在该对象的两个连续视图中两个连续、等价的基本图 像之间的时空差异。根据作为本发明主题的又一显著方面，用于计算三维图像的源由并列连接于过 滤源与屏幕之间的多个3D显卡构成。每个显卡具有具体的存取地址，并且，代表一组基 本图像中的构成用于显示的对象图像的全部或一部分的每个连续的基本图像内容的索引 值与显卡中的一个的具体的存取地址值相关联。这就能够将一组具体的基本图像根据其内容分配给显卡，从而确保通过屏蔽 (masking)显示的内容进行空间分割并加速显示的流畅性。根据本发明的又一显著方面，根据代表每个基本图像内容的索引值对每个基本图像进行编码的模块包括使多个连续的基本图像与相同的存储地址和相同的索引值相关 联的源，将分别代表该基本图像的索引值从一组基本图像发送至用于计算三维图像的 源。根据本发明的又一显著方面，过滤源还包括用于将用于被认为与相同地址相关 联的任一基本图像或基本图像组的相关源禁用的模块。这就能够将与地址链接的索引值 发送至用于计算三维图像，并能用于加速显示。
最后，作为本发明主题的显示系统的特征在于，当从作为用户接口的外围引入 对象图像观察点的改变时，该显示系统还包括用于学习发展原理的源，从而能够预见计 算结果并缩短应用程序模块的计算时间。应用程序模块的计算时间基本上独立于应用程序模块计算对象的连续图像的实 际性能。作为本发明的主题的以综合图像形式在屏幕上显示对象的数字样机的系统和编 码方法可用于科学、工业领域、或关于以3D综合图像形式的数字样机的屏幕显示的视频 或在线游戏领域中的休闲活动的任意应用程序模块，尤其是在与应用程序模块的用户交 互的对话框的3D显示相关的上下文中。参考附图
并阅读说明书将更容易理解上述内容，其中，除了现有技术图Ia和Ib 之外-图2a示出了根据本发明的主题，以三维综合图像的数字数据的文件或集合的 形式对对象的数字样机编码的编码方法的基本步骤的示例性流程图；-图2b示例性地示出了图2a所示的作为本发明主题的编码方法的优选的详细且 非限制性的实施方式；-图3a示例性地示出了根据本发明目的，以综合图像形式在屏幕上显示数字样 机的系统；-图3b示例性地示出了客户/服务器架构形式的、作为本发明主题的系统的第一 优选实施方式；-图3c示例性地示出了图3a所示的作为本发明主题的系统的第二优选实施方 式，在该实施方式中，用于计算3D综合图像的源由并行连接的多个3D显卡构成；-图4示例性地示出了图3a、3b或3c所示的作为本发明主题的系统的操作过 程；以及-图5示例性地示出了作为本发明主题并提供了用户接口的系统，其中，当从作 为该用户接口的外围引入对象图像的观察点的替换时，该系统具有用于学习发展原理的 模块。下面，结合图2a和2b，从由应用程序模块传送的像元流所形成的对象的模型开 始，更详细地描述对象的数字样机的三维综合图像的数字文件形式的编码方法，从数字 样机开始进行描述。参考图2a，应注意，像元流为/^ferti 作为本发明主题的方法实际上可应用于包括任意数目的图像Ii的像元流，每个连续的图像包括像元EIe，每个像元根据确定的3D表示法的三维轴由适当的几何图形构 成，几何图形包括形状、色彩、亮度和/或方向的特性。每个像元EIe能够具有任意的形 状，但是在作为本发明主题的方法的上下文中，根据用于图像综合的当前标准，所示的 形状是三角形。作为本发明主题的方法当 然应用在标注为DUgW显示设备上，其中，g表示显示 设备DU的一个或多个地址，尤其是其物理地址。尤其可理解的是，本发明主题的方法能够在单个显示设备上实现，或者在多个 显示设备和对应的GCD显示设备驱动器(DUg)上实现。对于FEI像元流，FEI像元对应 于数字数据，即，能够区分连续的图像I1并能区分这些连续图像中的上述像元El6的连续 的比特。参考图2a，作为本发明主题的方法包括步骤Α。步骤A用于识别像元流FEI中 的基本图像，其中，每个基本图像构成用于显示的三维综合图像的至少一部分。根据作为本发明主题的方法的显著特性，示出的每个基本图像由像元Εζ的子集 组成。如图2a的步骤A所示，识别操作包括在每个连续的图像Ii中将标注为 的多个基本图像突出。应该注意的是，任一基本图像(像元的子集)都包括像元的至少一个其它子集， 尤其包括至少一个像元，而每个图像I1包括所有的基本图像(相应像元的子集)。因而，形成每个基本图像的像元的数目是不固定的，并且每个基本图像的定义 也可根据其内容改变，这部分将在下文中描述。可理解，基本图像的最后的像元ex可具 有任意值。上述识别操作由图像I1在输入像元流上实现。该操作能够在时间、空间或甚至 照明标准上实现，使得能够在上述像元流中区分出相对于先验确定的内容有用的显示区 域。步骤A之后为步骤B，步骤B根据代表所考虑的像元的内容的索引值对每个连 续的基本图像进行编码。在图2a的步骤B中，该操作表示为如下关系式 剛{￡/J::r …在上述关系式中，η表示代表基本图像的内容的索引值。根据作为本发明主题的方法的一个显著方面，根据每个基本图像内容的编码标 准可为应用于上述有用显示区域的形状识别的标准，和/或像元流FEI中位串的时间连续 的标准，和/或在每个所考虑的像元的图像I1中的三维定位的标准。可理解，尽管每个 像元Εζ必然包括所考虑的图像中的3D定向和定位参数，但是也可通过连续性对每个基 本图像(像元的子集)进行定位和定向。步骤B之后为步骤C，步骤C包括根据代表每个基本图像内容的索引值η计算用 于显示的三维综合图像的数值，并且以数字文件的形式存储该综合图像的相应数值。在图2a的步骤C中，对根据索引η编码并属于图像I1的基本图像(￡7e j二『的显示计算操作如下所示
权利要求
1.一种通过包含用户接口的应用程序模块以综合图像的形式在屏幕上显示对象的数 字样机的系统，所述应用程序模块将由像元流形成的所述对象的模型从所述数字样机传 送至用于对能够显示在所述屏幕上的三维图像进行计算的计算装置，其特征在于，所述 系统至少包括安装在用于过滤所述像元流的过滤装置，所述过滤装置安装在用于计算三 维图像的所述计算装置的输入端并包括-识别装置，其用于识别所述像元流中的基本图像，每个所述基本图像均构成用于显 示的图像的至少一部分；-编码装置，其根据代表每个连续像元的内容的索引值对所述每个连续像元进行编 码，所述索引值被传送至用于计算三维图像的所述计算装置，从而通过用所述计算装置 重构每个基本图像的内容来增加所述显示屏幕的显示流畅性。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述索引值是通过将散列函数应用于每个 连续的基本图像而获得的数值。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述索引值是代表包含在所述对象的 两个连续视图中的两个连续等价的基本图像之间的时空差异的数值。
4.如权利要求1至3中的任一权利要求所述的系统，其特征在于，用于计算三维图像 的所述计算装置由并行连接于所述过滤装置与所述屏幕之间的多个3D显卡构成，每个显 卡包括具体存储地址，每个索引值代表构成用于显示全部或部分所述对象图像的一组基 本图像中每个连续的基本图像的内容，所述每个索引值与所述显卡中的一个的具体存取 地址值相关联，使得能够将一组基本图像分配给与其内容相关的显卡，从而通过显示内 容的屏蔽提供了空间分割，并加速了所述显示的流畅性。
5.如权利要求1至4中的任一权利要求所述的系统，其特征在于，根据代表所述像元 内容的索引值，用于对每个基本图像进行编码的所述编码装置包括将在相同存储地址和 相同索引值上的多个连续的基本图像相关联的关联装置，分别代表所述基本图像组中的 所述基本图像的所述索引值被传送至用于计算三维图像的所述计算装置。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述过滤装置进一步包括禁止装置，所述 禁止装置用于对被认为与所述相同地址相关联的任意基本图像或基本图像组禁用所述关 联装置，从而将链接至所述地址的索引值传送至用于计算三维图像的所述计算装置并加 速所述显示。
7.如权利要求1至6中的任一权利要求所述的系统，其特征在于，当从作为用户接口 的外围设备引入对所述对象图像的观察点的改变时，所述系统还包括用于学习发展原理 的学习装置，从而预见计算值并缩短所述应用程序模块的计算时间，所述计算时间基本 上独立于所述应用程序模块的实际性能并用来计算所述对象的连续图像。
8.一种对象的数字样机的三维综合图像的数字文件形式的编码方法，所述方法从由 应用程序模块传送的像元流形成的所述对象的模型开始，所述应用程序模块从所述数字 样机开始，其特征在于，所述方法至少包括-在所述像元流中区分基本图像，其中，每个所述基本图像均构成用于显示的三维综 合图像的至少一部分；-根据代表所述像元的内容的索引值对每个连续的基本图像进行编码；以及-从代表每个基本图像内容的所述索引值开始，计算所述三维综合图像的数值，并且以数字文件的形式存储所述综合图像的所述数值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将一组基本图像的所述索 引值与用于计算所述三维综合图像的数值的源的地址值相关联，从而根据一组具体的基 本图像的内容将其分配给所述数值的每个计算源，并因而提供所述三维综合图像的空间 分割。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，其包括从所述索引值开始，计算用 于每个基本图像的显示的优先系数。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其还包括-通过应用程序模块计算用于之后执行的每个基本图像的显示的预测值；-适应与所述RAM相关的所述应用程序模块的执行数据以及由所述应用程序模块实 现的执行寄存器。
12.—种计算机程序，其包括存储在存储器媒介上的一套指令并通过包含用户接口 的应用程序模块由计算机或数字样机的屏幕显示系统来实现，该应用程序模块将由像元 流形成的所述对象的模型从所述数字样机传送至用于计算显示在屏幕上的三维图像的模 块，其特征在于，当所述计算机程序被执行时，如权利要求8或9所述方法，所述指令从 代表每个基本图像内容的所述索引值开始，对所述三维综合图像的数值执行识别、编码 和计算的步骤，并以数字文件的形式存储所述综合图像的所述数值。
13.如权利按要求12所述的程序，其特征在于，所述程序以模形式安装，所述程序包 括至少一个软件识别模块，其在像元流中识别构成用于显示的所述图像的一部分的基本 图像，并根据代表每个像元内容的索引值对每个图像进行编码，所述软件模块安装在客 户/服务器架构的客户元件中。
14.如权利要求13所述的程序，其特征在于，所述程序进一步包括从代表每个基本 图像内容的索引值开始对所述三维综合图像的数值进行计算的软件模块，其安装在客户/ 服务器架构的服务器元件中。
15.如权利要求13所述的程序，其特征在于，当从用户接口的图像观察点发生改变 时，所述程序进一步包括用于学习发展原理的软件模块，其安装在客户/服务器架构的 客户元件中，从而能预见计算结果并缩短所述图形应用程序的计算时间。
全文摘要
一种以三维综合图像的数字文件的形式对由图像要素(FEI)流形成的对象模型进行编码的编码方法，其中，(A)在流(FEI)中识别作为图像要素的子集的基本图像，(B)根据代表基本图像的索引值(n)对每个基本对象进行编码，(C)计算3D综合图像的数值(Zk，g，i)并以数字文件的形式存储这些数值。3D显示的应用程序涉及与图形应用程序的用户交互的对话框。
文档编号G06T15/00GK102016925SQ200780017296
公开日2011年4月13日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年5月12日
发明者阿莱克瑟斯·瓦塔尼安 申请人:泰克维兹公司