专利名称：标识由于奇异性约束方案而欠定义的几何图形的系统和方法
技术领域：
本公开总的来说涉及用于计算机辅助设计(CAD)、制造、使用、建模和可视化(单独地和共同地，“CAD”和“CAD系统”)和产品生命周期管理(product lifecycle management,PLM)和其他系统中的系统和方法。
背景技术：
许多制造产品首先在CAD系统中被设计和建模，并且制造者、零售商、客户和其他使用者使用PLM系统来管理各种产品的设计、使用和处置。期望的是改进的系统。
发明内容
各实施例包括标识由于奇异性约束配置而欠定义的几何图形的系统、方法和计算机程序产品。一种方法包括接收具有多个几何图形的CAD模型，并且确定每一个几何图形的自由度。该方法包括标识每一几何图形上的约束数目，并且标识任何欠定义的几何图形和定义好的几何图形。该方法包括标识由于奇异性而欠定义(Under-defined due tosingular，UDS)的任何欠定义的几何图形，并且存储每一个标识为UDS的几何图形的UDS指示器。该方法可以包括存储从这些奇异的几何图形直接或间接地计算出(“computed fromsingular”或者CFS)的任何几何图形或变量的指示器。前述已经相当宽泛地列出了本公开的特征和技术优点，以便本领域中的技术人员可以更好地理解下面的详细说明。其后将描述形成权利要求的主题的本公开的另外的特征和优点。本领域技术人员将理解的是，他们可以容易地使用所公开的概念和特定的实施例作为修改或设计用于实施本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到的是，所述等效的结构不会超出处于最广泛的形式的本公开的精神和范围。在进行下面的“具体实施方式
”之前，对本专利文件中使用的一些词汇或短语进行定义可能是有利的术语“包括”和“包含”和它们的派生词表示包括但不限制；术语“或者”是包括的，表示和/或；短语“与…相关(associated with)”和“与其相关(associatedtherewith)”和它们的派生词可表示包括、被包括在内、相互连接、包含、被包含在内、连接至喊连接、耦合到或与…耦合、与…通信、与…合作、插入、并列、邻接、限制到或限制、具有、具有…特性等；并且术语“控制器(controller)”表示控制至少一种操作的任何装置、系统或装置、系统的部分，无论这种装置是以硬件，固件，软件或与前述相同的至少两种的一些组合而实现。需要注意的是，与任何特定的控制器相关的功能，不管在本地还是远程，均可以是集中式的或分布式的。在本专利文件中提供了一些词汇和短语的定义，因此本领域的普通技术人员将理解的是，这样的定义适用于这样所定义的词汇和短语的之前和将来的使用的许多(如果不是大多数)的示例中。虽然一些术语可包括各种各样的实施例，附加的权利要求可明确地将这些术语限制到特定的实施例。
为了更完整地理解本公开和其优点，现在结合附图来参考下面的说明，在附图中，相同的附图标记表示相同的物体，其中图I示出了根据所公开的实施例的数据处理系统；图2A-2C示出了使用与两圆重合的点的情形的示例；以及图3示出了根据所公开的实施例的方法的流程图。
具体实施例方式下面讨论的附图和用来描述本专利文件中的本公开的原理的各实施例仅仅意在说明，而不应该以任何形式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可在任何适当配置的装置中实现。参考示例性的非限制的实施例将描述本申请的许多创新性的教示。定义下面是本申请中使用的一些技术术语的常用含义的简短定义。(然而，普通技术人员将明白上下文是否需要不同的含义。)在标准的技术词典和期刊中可以查到另外的定义。如本文中使用的，“几何图形(geometry)”是指模型的基本部分(例如，点，线，圆等)。术语“变量”以与计算意义相似的方式来使用——例如，模型中的维度可以具有用变量来表示的未知值，该模型的解决方案将产生该变量的值。术语“集(set)”是指通过约束 或一些其他的机制而刚性连接的几何图形的集合。“约束”是指两个几何图形之间的强化的关系(例如，平行的，同中心的，相同的，重合的等)。“约束平衡”指在模型或模型的子集中的自由度的数目减去通过约束而移除的自由度数目。约束的几何图形求解器(ConstrainedGeometry Solver)称为“CGS” ;这样的求解器可基于每一几何图形的当前位置、该几何图形上的约束和该几何图形的支持的位置来确定例如用于计算该几何图形的位置的方法。求解器还可通过几何图形的约束和支持(该信息被称为几何图形的“状态”)来确定该几何图形是欠定义的还是定义好的。“支持(support)”是指根据其来计算其他几何图形的几何图形。“维度(dimension)”是指具有相关值的约束(例如，距离、半径、角度等)。“自由度(freedom)”是指几何图形可以变化的方式(例如,在二维中，圆具有两个位置的自由度和一个半径的自由度)。“奇异性(Singular)”在这里用来描述值的集，在该集中，几何图形的状态随着对其支持的约束的给定集而改变(例如，从定义好的到欠定义的)。“欠定义(under-defined)”指的是具有一些改变的自由度的几何图形、集或变量。“定义好(well-defined)”是指固定的几何图形、集或变量；即，由于每一属性具有给定的值，几何图形、集或变量没有自由度，或使得所有的自由度通过对其它定义好的几何图形的约束(包括维度)而被移除。“由于奇异性而欠定义(Under-defined due to singular, UDS)^指的是还欠定义的几何图形或集相对于关于其支持具有零约束平衡，并且因此通常应该通过对其支持的约束(包括维度)来定义好。根据奇异性计算(Computed From Singular, CFS)指的是已经根据UDS支持而(直接地或间接地)计算出的几何图形、集或变量。图I示出了数据处理系统的框图，在该数据处理系统中一个实施例可实施为例如配置为执行这里描述的方法的CAD系统。所示出的该数据处理系统包括连接到二级高速缓冲存储器或桥104的处理器102，该二级高速缓冲存储器或桥又连接到本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外设组件互连(peripheral component interconnect, PCI)结构总线。连接到所示出的示例中的本地系统总线的还有主存储器108和图形适配器110。该图形适配器110可以连接到显示器111。诸如局域网(localarea network, LAN) / 广域网(Wide Area Network) / 无线网(例如，WiFi)适配器112等其他外设部件也可连接到本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接到输入/输出(1/0)总线。1/0总线116连接到键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和1/0适配器122。磁盘控制器120可连接到存储器126，存 储器126可以是任何合适的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于诸如只读存储器(ROM)或可擦除电编程只读存储器(EEPR0M)，磁带存储装置等非易失性的、硬编码类型的介质和诸如软盘、硬盘驱动和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多媒体盘(DVD)和其他已知的光、电或磁存储装置等用户可记录类型介质。连接到所示出的示例中的1/0总线116的还有音频适配器124，扬声器(未示出)可连接到该音频适配器124，以便播放声音。键盘/鼠标适配器118为诸如鼠标，轨迹球，轨迹指向器等指向装置(未示出)提供连接。本领域普通技术人员将理解的是，图I中示出的硬件可针对特定的实施方式而改变。例如，诸如光盘驱动等其他的外设装置还可用于增加到或代替所示出的硬件。所示出的示例只是为了解释的目的，而并不旨在意味着对于本公开的结构限制。根据本公开的实施例的数据处理系统包括使用图形用户界面的操作系统。该操作系统允许多个显示窗口同时呈现在该图形用户界面中，每一显示窗口为不同的应用提供界面，或为相同应用的不同实例提供界面。图形用户界面中的光标可由用户通过指向装置来操作。光标的位置可被改变和/或产生诸如点击鼠标按钮等事件以激活期望的响应。如果适当地修改,可以使用诸如位于华盛顿州，雷德蒙(Redmond, Wash)的微软公司的产品，微软WindowsTM版本等各种商用操作系统中的一种。该操作系统根据如上所述的本公开来修改或创建。LAN/WAN/无线适配器112可连接到网络130 (不是数据处理系统100的一部分)，正如本领域技术人员所知道的，网络可以是任何公共的或专用的数据处理系统网络或网络的组合(包括因特网)。数据处理系统100可以在网络130上与服务器系统140通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，但是可实施为例如独立的数据处理系统100。二维(2D)CGS系统根据所施加的约束方案(例如，平行——一条线平行于另外一条线)和维度(具有相关值的约束——例如，相隔给定距离的两点)来计算二维中的几何图形的位置。如果例如约束方案不足以充分定义几何图形关于一些固定的参考的自由度，则几何图形可以是欠定义的，或者如果该约束方案足以移除所有的自由度，则该几何图形可以是定义好的。如果在其上的约束试图移除过多的自由度，或多于一次地移除相同的自由度，则几何图形还可以是过定义的(over-defined)。模型(或模型的子集)的约束平衡是在模型(或子集)中的自由度的数目减去由约束移除的自由度的数目。如果约束平衡为零，则期望在该模型中的所有几何图形都是定义好的(假定其中没有过定义的)。在一些终端用户CAD系统中，在约束平衡为零但是该模型中的一个或更多个几何图形事实上欠定义的情况下，会出 现错误。这可能发生在当约束方案是由于模型内部的维度值或几何图形形状的奇异性组合而使两个或更多个约束实际上移除了相同的自由度时。当期望几何图形应该通过其上的约束而定义好，但是由于所述约束的奇异组合，该几何图形不是定义好的时，这种问题也会在本地出现。在这些情况下，为模型增加进一步的约束将过定义该模型，而不是具有导致所期望的使其定义好的效果。二维的简单示例是线与两点重合的情形。线具有两个自由度。使线与定义好的点重合(该线被限制为使得其总是通过该点)从该线移除了一个自由度。使该线与第二个定义好的点重合应该移除该线的第二个自由度，从而使得该线被定义好。然而，如果这两个点事实上在相同的位置，但是逻辑上不相同(这将缩减为线到一点的模型)，则点-线重合的约束从该线移除相同的自由度，并且尽管其上具有两个约束，但该线仍是欠定义的，这里称为“由于奇异性而欠定义”，即UDS。通过具有这两点与固定的、正交的、参考轴的距离维度的相同对，所述两点可以位于相同的位置，但是在逻辑上不相同。不需要维度的简单示例可以是被约束为与两条用户所定义的曲线重合的点。这些曲线仅在其部分的长度上具有共同形状，并且在该区域重叠。这些曲线也是定义好的。在重叠区域中与这两条曲线重合的点将是欠定义的，但是根据其本地的约束平衡，应是定义好的。该点是UDS。这里所公开的各实施例包括处理由于其支持的奇异性配置而欠定义的几何图形或集并且确定在给定模型中哪些几何图形或集(如果有的话)是UDS的系统。CGS确定哪些几何图形或集是定义好的以及哪些是欠定义的。使用这里所描述的方法，所有欠定义的几何图形(包括集成员)可以当作可能的UDS几何图形来处理。为了确定几何图形或集是否为UDS，找到其支持。支持是几何图形或集从其计算出的几何图形，并且可由模型中的约束和几何图形以及模型被解决的次序来确定。例如，考虑两个维度的模型，该模型包含两条不平行的固定的线以及与所述两条线重合的点。所计算的点位置将处于线的交点，并且这两条线是该点的支持。如果支持是定义好的，则从支持到所计算的几何图形或集的约束将从该几何图形或集移除自由度。如果定义好的支持的约束的数目足以从几何图形或集移除所有的自由度，但是该几何图形或集之前已确定为欠定义的，则系统将确定该几何图形或集为UDS——不需要进一步的检查。图2A-2C示出了使用点与两个圆重合情形的示例。在每一情形中，两个圆都是定义好的，并且具有相同的半径。图2A示出了“相切的圆”的情形。在这种情形中，已知这两个圆彼此相切，使得一个交叉点202是定义好的。对于点202，只有一种解决方案。图2B示出了“相交叉的圆”的情形。在所述情形中，在这两个圆的交叉处，有两个可能的解决方案，点204和交点206，使得这两个点的每一个都是定义好的。图2C示出了 “重叠的圆”的情形。这两个圆不是逻辑上相同的，但是通过约束的组合已经变得重叠。在所述情形中，与之前的情形不同，具有两圆相交的无数个位置，使得与这两个圆重合的点是UDS。使用将点识别为两个圆的共同点的简单约束不能标识该圆上的任何的单个点208。在一些实施例中，该系统接收CAD模型，并且分析该模型的至少一个几何图形。该系统确定哪些几何图形是欠定义的，并且可以确定哪些是定义好的。该系统确定哪些几何图形或集的定义好的支持的约束数目等于应该足以使这些几何图形或集定义好的约束的数目。该系统标识并且存储哪些几何图形或集是UDS (具有足够的约束但仍欠定义的)的指示。图3示出了根据由数据处理系统执行的、尤其是由配置成执行这里所描述的方法的数据处理系统100执行的所公开的实施例的方法的流程图。在特定的实施例中，该数据处理系统可以是CAD或PLM系统。该系统接收具有多个几何图形的CAD模型(步骤305)。每一几何图形可以包括面、 边、混合(blend)、点或其他的特征。该CAD模型可以是二维，三维，或更多的维度，并且每一几何图形可以用相同的方式以适当数目的维度而形成。所述几何图形可以包括几何图形的集，诸如通过维度或约束来刚性连接的几何图形的集合，并且此步骤可以包括标识任何这样的集。除了在个体几何图形上执行之外，或代替在个体几何图形上执行，这里所描述的行为和方法还可以可在各集和各集中的任何几何图形上执行。这里所使用的接收可以包括从存储装置中加载，从另一系统中接收，从相同系统上的另一处理中接收或通过与用户的交互而接收、创建或编辑。该系统确定每一几何图形和任何所标识的集的自由度的数目(步骤310)。如上所述，每一类型的几何图形具有相关联的自由度数目，每一集也一样。该系统标识将用于确定每一几何图形或集的几何图形位置的约束(步骤315)。如这里所描述的，约束可以是与支持的维度关系。该系统标识欠定义的每一几何图形或集(步骤320)。如这里所描述的，欠定义的几何图形或集是具有不受约束的一个或多个自由度的几何图形。作为本步骤的一部分，该系统还标识定义好的每一几何图形。该系统标识由于奇异性而欠定义(UDS)的任何欠定义的几何图形或集(步骤325)。当几何图形或集是欠定义的但是具有定义好的支持和等于其自由度的约束数目时，这样标识几何图形和集，以使得其具有零约束平衡。该系统存储标识为UDS的每一几何图形(包括集)的UDS指示(步骤330)。通过标识UDS几何图形，该系统提供了允许系统和用户避免由已经具有零约束平衡的欠定义的几何图形所引起的无法解释的错误的技术优点。各实施例允许任何UDS几何图形由该系统来标识和标记。也可使用“根据奇异性计算(CFS)”的特殊指示来存储具有UDS几何图形作为支持的所有的几何图形、集或变量。因为不是直接从UDS几何图形中计算出的，所以，具有CFS几何图形作为支持的几何图形、集或变量也可标记为CFS。所公开的实施例减少了应该仅具有充分定义的几何图形和变量的模型仍被确定为具有欠定义的几何图形或变量的事件的数目。根据各实施例，通过约束计数来确定UDS几何图形或集的方法在大多数的实例中是问题的最佳解决方案。其他的实施例包括为模型的几何图形或区域的约束构建导数矩阵——该矩阵的秩可表示约束是否是定义好的(满秩)或奇异的(降秩)。维度值的小扰动和重新布置的秩然后将表示该模型是否为过定义的(仍然降秩)或UDS (当前满秩)。
这里所描述的方法的各种步骤可重复地、顺序地、同时地或以不同的次序来执行，并且在各实施例中，可以省去各步骤，或各步骤可与其他方法组合。本领域技术人员将认识到，为了简洁和清楚，在这里没有示出或描述适合用于本公开的所有数据处理系统的全部结构和操作。替代地，只示出和描述了对本公开的理解是必需的或对于本公开是唯一的这些数据处理系统。数据处理系统100的其余结构和操作可符合本领域已知的任何各种当前的实施和实践。重要的是，应注意，虽然本公开包括在全功能系统背景下的说明，但是，本领域技术人员将理解的是，本公开的至少部分机制能够以包含在以任何形式的机器可用、计算机可用或计算机可读的介质中的指令的形式而分发，并且本公开同样适用，而不管用于实际进行该分发的指令或信号承载介质或存储介质的特定类型。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括诸如只读存储器(ROM)或可擦除电可编程只读存储器(EEPROM)等非易失性的、硬编码类型的介质和诸如软盘、硬盘驱动和光盘只读存储器(⑶-ROM)或数字多媒体盘(DVD)等用户可记录类型的介质。
虽然已经详细描述了本公开的示例性实施例，但是，本领域技术人员将理解，在不超出最宽泛的形式的本公开的精神和范围下，可对这里所公开做各种改变、替换，变化和改进。在本申请中的说明不应被解读为意味着任何特定的元件、步骤或功能是必须包含在权利要求范围中的必要元件被专利保护的主题的范围只通过所授权的权利要求来定义。此外，这些权利要求均非旨在调用35USC § 112的第六款，除非精确的词汇“means for”后跟分词形式。
权利要求
1.一种由数据处理系统执行的方法，所述方法包括 接收具有多个几何图形的CAD模型； 确定每一个所述几何图形的自由度的数目； 确定用于对每一几何图形定位的多个约束； 确定通过所述约束移除的自由度的总数； 标识任何欠定义的几何图形和任何定义好的几何图形； 标识由于奇异性而欠定义(UDS)的任何欠定义的几何图形；以及 存储每一标识为UDS的几何图形的UDS指示器。
2.如权利要求I所述的方法，其中，接收CAD模型包括标识至少一个几何图形集，并且每一个其他的步骤也在所述几何图形集上执行。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述CAD模型是三维的。
4.如权利要求I所述的方法，其中，当几何图形是欠定义的但是具有等于其自由度的数目的约束时，所述欠定义的几何图形标识为UDS。
5.如权利要求I所述的方法，还包括标识和存储根据奇异性计算(CFS)的指示器，所述根据奇异性计算的指示器与具有至少一个标识为UDS或CFS的几何图形作为支持的任何几何图形相关。
6.一种CAD数据处理系统，所述系统包括 处理器；以及 可访问的存储器，所述CAD数据处理系统配置为执行下列步骤 接收具有多个几何图形的CAD模型； 确定每一个所述几何图形的自由度的数目； 确定用于对每一几何图形定位的多个约束； 确定通过所述约束移除的自由度的总数； 标识任何欠定义的几何图形和任何定义好的几何图形； 标识由于奇异性而欠定义(UDS)的任何欠定义的几何图形；以及 存储每一标识为UDS的几何图形的UDS指示器。
7.如权利要求6所述的CAD数据处理系统，其中，接收CAD模型包括标识至少一个几何图形的集，并且每一个其他的步骤也在所述几何图形集上执行。
8.如权利要求6所述的CAD数据处理系统，其中，所述CAD模型是三维的。
9.如权利要求6所述的CAD数据处理系统，其中，当几何图形是欠定义的但是具有等于所述几何图形的自由度的数目的约束时，所述几何图形标识为UDS。
10.如权利要求6所述的CAD数据处理系统，还配置为执行标识和存储根据奇异计算(CFS)的指示器的步骤，所述根据奇异计算的指示器与具有至少一个标识为UDS或CFS的几何图形作为支持的任何几何图形相关。
11.一种非易失性计算机可读介质，该非易失性计算机可读介质编码有指令，当执行所述指令时使得CAD数据处理系统执行下列步骤 接收具有多个几何图形的CAD模型； 确定每一个所述几何图形的自由度的数目； 确定用于对每一几何图形定位的多个约束；确定通过所述约束移除的自由度的总数； 标识任何欠定义的几何图形和任何定义好的几何图形； 标识由于奇异性而欠定义(UDS)的任何欠定义的几何图形；以及 存储每一标识为UDS的几何图形的UDS指示器。
12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其中，接收CAD模型包括标识至少一个几何图形集，并且还在所述几何图形集上执行每一个其他的步骤。
13.如权利要求11所述的计算机可读的介质，其中，所述CAD模型是三维的。
14.如权利要求11所述的计算机可读的介质，其中，当几何图形是欠定义的但是具有等于其自由度的数目的约束时，所述几何图形标识为UDS。
15.如权利要求11所述的计算机可读的介质，还包括使得所述CAD数据处理系统执行标识和存储根据奇异计算(CFS)的指示器的步骤的指令，所述根据奇异计算的指示器与具有至少一个标识为UDS或CFS的几何图形作为支持的任何几何图形相关。
全文摘要
公开了用于标识由于奇异性的约束方案而欠定义的几何图形的系统、方法和计算机程序产品。一种方法包括接收具有多个几何图形的CAD模型，并且确定每一个几何图形的自由度。所述方法包括标识在每一几何图形上的约束数目并且标识任何欠定义的几何图形和任何定义好的几何图形。所述方法包括标识由于奇异性而欠定义(UDS)的任何欠定义的几何图形并且存储每一标识为UDS的几何图形的UDS指示器。所述方法可以包括标识根据所述UDS几何图形计算的几何图形(CFS)并且存储每一标识为CFS的几何图形的CFS指示器。
文档编号G06F17/50GK102934116SQ201180028673
公开日2013年2月13日 申请日期2011年5月3日 优先权日2010年5月5日
发明者史蒂文·J·布鲁克斯, 彼得·A·奈特, 伊恩·J·莫里森 申请人:西门子产品生命周期管理软件公司