WO2004095377A1 - Method, device and computer program product for the virtual positioning of components - Google Patents

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WO2004095377A1
WO2004095377A1 PCT/EP2004/003834 EP2004003834W WO2004095377A1 WO 2004095377 A1 WO2004095377 A1 WO 2004095377A1 EP 2004003834 W EP2004003834 W EP 2004003834W WO 2004095377 A1 WO2004095377 A1 WO 2004095377A1
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Reinhard Wolf
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2219/00—Indexing scheme for manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T2219/20—Indexing scheme for editing of 3D models
    • G06T2219/2004—Aligning objects, relative positioning of parts

Definitions

  • the invention relates to a method for three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown relative to at least one second component shown, and a device for three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown relative to at least one second component shown, the device comprising at least one data processing system with at least one central processing unit (CPU), a memory unit, input / output devices and one
  • CPU central processing unit
  • Has graphic display control device by means of which the at least two components shown are visibly movable on the display device.
  • the invention relates to a computer program product for the three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown in relation to at least one second component shown.
  • Virtual environments are models within a computer-based environment.
  • product development for example in the automotive industry, it is very important, for example for economic reasons, to accompany and / or replace real physical models and / or experimental arrangements with digital models.
  • digital methods With the aid of digital methods, it is possible to analyze a large number of embodiments without having to implement complex hardware, in order to implement the optimal design of a device determined in the virtual environment into a real device.
  • preliminary examinations that are difficult to implement in terms of hardware can be carried out using the virtual environment.
  • DE 102 37 948 describes a method for determining a surface structure of virtual objects, in which a virtual environment is calculated in a computer. Properties of lighting sources are defined within the virtual environment and material properties of the virtual objects are determined.
  • EP 0 637 814 B1 describes a method for reproducing objects provided with a texture on a graphic display device of a computer system. The objects are defined by a large number of corner points in the model coordinate space, which are transformed into the world coordinate space and reproduced as images in the device coordinate space.
  • the invention is based on the object of carrying out a method, a device and a computer program product for the three-dimensional representation of at least two components on a display device such that the components shown on the display device are positioned virtually and at the correct angle.
  • a component should be understood to mean all types of objects that can be implemented in terms of hardware, which in turn can also be constructed from several elements.
  • components are to be understood as abstract structures in three-dimensional space, in particular for displaying technological information or additional information.
  • Components also include all types of standard parts, logos, markings and lettering as well as free-form surfaces.
  • Freeform surfaces are geometrical structures.
  • the target contour is generally described by a technical drawing or by data in a CAD system.
  • a free-form surface is, for example, an element of a body of a vehicle or the vehicle body as a whole.
  • structure mapping the textures are created by regularly repeating an elementary basic structure, so-called texels.
  • a texel contains different pixels, the arrangement of which can be periodic, quasi-periodic or random.
  • environment mapping image information contains an entire environment similar to a photo with a fisheye lens. The position of each pixel on an environment map corresponds clearly to a direction of view. Environment mapping is used to reflect environmental data on a freeform surface.
  • the texture is to be understood as a pixel image.
  • a special type of pixel image is called target normal.
  • the first component with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, for the angular alignment of the at least first component shown with respect to the at least second component shown to provide.
  • components can advantageously be aligned with one another without having to implement hardware that can be produced in a complex manner.
  • Different embodiments of a device can thus be generated virtually and the optimal design of the device can be determined taking into account the technical framework.
  • changes to the component or the device can be made in advance, that is before the hardware implementation. This brings significant economic benefits.
  • the device according to the invention for the three-dimensional representation of at least two components on a display device has at least one central processing unit (CPU), a memory unit, input / output devices and a graphic display control device, by means of which the at least two components shown can be visibly moved on the display unit, so that at least the first component with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, for the accurate alignment of the at least first component shown with respect to the at least second component shown is provided and the information for the arrangement of the at least two representable components is stored.
  • CPU central processing unit
  • memory unit volatile memory
  • input / output devices input / output devices
  • a graphic display control device by means of which the at least two components shown can be visibly moved on the display unit, so that at least the first component with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, for the accurate alignment of the at least first component shown with respect to the at least second component shown is provided and the information for the arrangement of the at least two representable components is stored.
  • the computer program product according to the invention for the three-dimensional representation of at least two components on a display device provides that at least the first component is provided with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, of the at least first component shown being aligned with respect to the at least second component shown is so that the at least first component shown is virtually positioned relative to the at least second component shown and the information on the arrangement of the at least two components shown is stored.
  • the technical design of components or the positioning of components relative to one another can thus advantageously take place before the hardware implementation of the components. Furthermore, the data obtained by means of the computer program product about the position and / or the orientation of the components can be stored or saved and made available to the production sites or construction departments in order to ensure simple, inexpensive and low-error hardware implementation of components.
  • Fig. 1 Representation of a texture as a target normal
  • Fig. 3-6 Representation of the process sequence using an exemplary embodiment
  • the target standard 2 is a pixel image that represents a color gradient: circular and even from the outside very dark to the center to very bright. Directly in the middle there is a - for better recognition of this very center black and white pixel pattern, which forms a pixel cross 3.
  • the area marked by the pixel cross 3 runs in the viewing direction of the viewer, that is, the viewer looks vertically in his viewing cone at the free-form surface 1 or a component.
  • the pixel cross 3 is reduced accordingly on curved surfaces and increases the precision.
  • the center of the pixel cross 3 forms the base point of the target normal 2.
  • a special property of the target normal 2 is that it follows the change of the observer position, similar to the reflection of the surroundings in a lacquered surface.
  • the target normal 2 is radially symmetrical, which means that it is centered towards the center.
  • the pixel cross 3 shown enlarged in FIG. 2 a-b contains several elements 4, whereby an element 4 of the pixel cross 3 is formed from at least one pixel.
  • the elements 4 of the pixel cross 3 form a pixel pattern which is designed to be point-symmetrical. All pixels of the target normal 2, which are arranged concentrically (in texture coordinates) to the center or to the center 9 of the pixel cross 3, embody the same angle.
  • a corresponding color value of the texture 2 appears in accordance with the angle between the viewing direction and the free-form surface 1 or the surface of a component 5.
  • the color value of the texture 2 can be used to infer the angle that is to be set.
  • FIG. 2 b A second embodiment of the pixel cross 3 is shown in FIG. 2 b.
  • the pixel pattern of the pixel cross 3 was designed such that the center 9 of the pixel cross 3 is precisely defined and can be easily recognized. In principle, any other pixel pattern can also be used to generate the pixel cross 3.
  • FIGS. 3-6 illustrate the procedure for the virtual positioning of at least two components 5, 6 relative to one another using an exemplary embodiment.
  • the exemplary embodiment deals with the task of connecting the two components 5, 6 by means of a bolt 8, the bolt 8 being intended to be perpendicular to the first component 5.
  • the two components 5, 6 are loaded from a commercially available storage unit (not shown) of a data processing system (not shown) which is known per se and are virtually displayed on a commercially available display device (not shown).
  • the first component 5 embodies, for example, a body element of a vehicle.
  • the second component 6 has a bore 7 and is to be connected to the component 5 by means of the bolt 8.
  • a texture is applied to the first component 5 as one Target normals 2 (environment mapping) with a pixel cross 3 in the center.
  • the component 5 is aligned in such a way that the pixel cross 3 can be seen centrally through the bore 7 of the second component 6.
  • the second component 6 is used for orientation. If the pixel cross 3 appears centrally through the bore 7 of the second component 6, the bolt 8 is loaded from the storage unit (not shown) and set virtually.
  • the bolt 8 is perpendicular to the first component 5.
  • the optimal position of the center of the target normal 2 found in this way and thus the position of the bolt 8 can be stored and queried in coordinates of the position (x, y) and normal direction (z).
  • the method according to the invention, the device and the computer program product are advantageously used for the vertical or parallel alignment of at least two components with respect to one another. Likewise, the alignment of at least two components at a certain angle (between 0 ° and 360 °) can be realized.

Abstract

The invention relates to a method, device and computer program product for the three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device, such that the components (5, 6) represented on the display device can be positioned in a virtual and conformal manner.

Description

Verfahren, Vorrichtung und Computerprogrammprodukt zum virtuellen Method, device and computer program product for virtual
Positionieren von BauteilenPositioning components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die virtuelle Positionierung von zumindest einem ersten dargestellten Bauteil gegenüber mindestens einem zweiten dargestellten Bauteil sowie eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die virtuelle Positionierung von zumindest einem ersten dargestellten Bauteil gegenüber mindestens einem zweiten dargestellten Bauteil, wobei die Vorrichtung zumindest eine Datenverarbeitungsanlage mit zumindest einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einer Speichereinheit, Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen und einerThe invention relates to a method for three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown relative to at least one second component shown, and a device for three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown relative to at least one second component shown, the device comprising at least one data processing system with at least one central processing unit (CPU), a memory unit, input / output devices and one
Graphikanzeigesteuereinrichtung aufweist, mittels derer die zumindest zwei dargestellten Bauteile auf der Anzeigeeinrichtung sichtbar bewegbar sind.Has graphic display control device, by means of which the at least two components shown are visibly movable on the display device.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die virtuelle Positionierung von zumindest einem ersten dargestellten Bauteil gegenüber mindestens einem zweiten dargestellten Bauteil.Furthermore, the invention relates to a computer program product for the three-dimensional representation of at least two components on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component shown in relation to at least one second component shown.
Virtuelle Umgebungen sind Modelle innerhalb einer rechnergestützten Umgebung. Bei der Produktentwicklung, beispielsweise in der Automobilindustrie, ist es von großer Bedeutung, zum Beispiel aus ökonomischen Gründen, reale physikalische Modelle und/oder Versuchsanordnungen durch digitale Modelle zu begleiten und/oder gegebenenfalls zu ersetzen. Mit Hilfe digitaler Verfahren ist es möglich eine Vielzahl von Ausführungsformen zu analysieren, ohne eine aufwendige Hardware realisieren zu müssen, um so die in der virtuellen Umgebung ermittelte optimale Ausgestaltung einer Vorrichtung in eine reale Vorrichtung umzusetzen. Des Weiteren können hardwaremäßig schwierig umsetzbare Voruntersuchungen mittels der virtuellen Umgebung verwirklicht werden.Virtual environments are models within a computer-based environment. In product development, for example in the automotive industry, it is very important, for example for economic reasons, to accompany and / or replace real physical models and / or experimental arrangements with digital models. With the aid of digital methods, it is possible to analyze a large number of embodiments without having to implement complex hardware, in order to implement the optimal design of a device determined in the virtual environment into a real device. Furthermore, preliminary examinations that are difficult to implement in terms of hardware can be carried out using the virtual environment.
Bei der Erzeugung und Beurteilung des virtuellen Produktes sind technische Überlegungen von entscheidender Bedeutung.Technical considerations are of crucial importance when creating and evaluating the virtual product.
In der DE 102 37 948 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Oberflächenstruktur von virtuellen Objekten dargestellt, bei welchem eine virtuelle Umgebung in einem Computer berechnet wird. Hierbei werden Eigenschaften von Beleuchtungsquellen innerhalb der virtuellen Umgebung definiert und Materialeigenschaften der virtuellen Objekte ermittelt. ln der EP 0 637 814 B1 ist ein Verfahren zur Wiedergabe von mit einer Textur versehenen Objekten auf einer graphischen Anzeigeeinrichtung eines Computersystems beschrieben. Hierbei werden die Objekte durch einen Vielzahl von Eckpunkten im Modellkoordinatenraum definiert, die in den Weltkoordinatenraum transformiert und als Bilder im Gerätekoordinatenraum wiedergegeben werden.DE 102 37 948 describes a method for determining a surface structure of virtual objects, in which a virtual environment is calculated in a computer. Properties of lighting sources are defined within the virtual environment and material properties of the virtual objects are determined. EP 0 637 814 B1 describes a method for reproducing objects provided with a texture on a graphic display device of a computer system. The objects are defined by a large number of corner points in the model coordinate space, which are transformed into the world coordinate space and reproduced as images in the device coordinate space.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung so auszuführen, dass die auf der Anzeigeeinrichtung dargestellten Bauteile virtuell und winkelgetreu positioniert werden.The invention is based on the object of carrying out a method, a device and a computer program product for the three-dimensional representation of at least two components on a display device such that the components shown on the display device are positioned virtually and at the correct angle.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features specified in the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Unter einem Bauteil sollen alle Arten von hardwaremäßig umsetzbaren Objekten zu verstehen sein, die wiederum auch aus mehreren Elementen aufgebaut sein können. Außerdem sind unter Bauteilen abstrakte Gebilde im dreidimensionalen Raum, insbesondere zur Darstellung von technologischen Informationen oder Zusatzinformationen zu verstehen. Ebenso fallen unter Bauteile alle Arten von Normteilen, Logos, Markierungen und Schriftzügen sowie Freiformflächen.A component should be understood to mean all types of objects that can be implemented in terms of hardware, which in turn can also be constructed from several elements. In addition, components are to be understood as abstract structures in three-dimensional space, in particular for displaying technological information or additional information. Components also include all types of standard parts, logos, markings and lettering as well as free-form surfaces.
Freiformflächen sind geometrische Gebilde. Für die Konstruktion einer Freiformfläche wird die Soll-Kontur im allgemeinen durch eine technische Zeichnung oder durch Daten in einem CAD-System beschrieben. Eine Freiformfläche ist beispielsweise ein Element einer Karosserie eines Fahrzeuges oder die Fahrzeugkarosserie als ganzes.Freeform surfaces are geometrical structures. For the construction of a free-form surface, the target contour is generally described by a technical drawing or by data in a CAD system. A free-form surface is, for example, an element of a body of a vehicle or the vehicle body as a whole.
Zur Ausführung des Verfahrens wird zumindest ein Bauteil mit einer virtuellen Textur versehen. Texturen sind 2D-Bitmaps (Bitmap = Pixelmuster), die auf die Oberflächen von Objekten projiziert (mapping) werden. Hierzu gibt es zwei Verfahren: Strukturmapping und Environment-mapping. Beim Strukturmapping werden die Texturen durch die regelmäßige Wiederholung einer elementaren Grundstruktur, sogenannter Texeln, erzeugt. Ein Texel enthält verschiedene Pixel, deren Anordnung periodisch, quasiperiodisch oder zufällig sein kann. Beim Environment-mapping enthält eine Bildinformation eine gesamte Umgebung ähnlich wie bei einem Photo mit Fischaugenobjektiv. Die Position eines jeden Pixels auf einer Environment-map entspricht eineindeutig einer Blickrichtung. Environment-mapping wird genutzt, um Umgebungsdaten auf einer Freiformfläche wiederzuspiegeln.To carry out the method, at least one component is provided with a virtual texture. Textures are 2D bitmaps (bitmap = pixel pattern) that are projected onto the surfaces of objects (mapping). There are two methods for this: structure mapping and environment mapping. With structure mapping, the textures are created by regularly repeating an elementary basic structure, so-called texels. A texel contains different pixels, the arrangement of which can be periodic, quasi-periodic or random. With environment mapping, image information contains an entire environment similar to a photo with a fisheye lens. The position of each pixel on an environment map corresponds clearly to a direction of view. Environment mapping is used to reflect environmental data on a freeform surface.
Unter der Textur soll also im weitesten Sinne ein Pixelbild verstanden werden. Eine besondere Art des Pixelbildes wird mit Zielnormale bezeichnet.In the broadest sense, the texture is to be understood as a pixel image. A special type of pixel image is called target normal.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung ist es vorgesehen, zumindest das erste Bauteil mit zumindest einer virtuellen Textur, deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, zur winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteil zu versehen.According to the method according to the invention for the three-dimensional representation of at least two components on a display device, it is provided that at least the first component with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, for the angular alignment of the at least first component shown with respect to the at least second component shown to provide.
Vorteilhafterweise können in einer virtuellen Umgebung Bauteile zueinander ausgerichtet werden, ohne das man eine aufwendig herstellbare Hardware realisieren muss. Somit können verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung virtuell erzeugt und unter Berücksichtigung der technischen Rahmenbedingungen die optimale Ausgestaltung der Vorrichtung bestimmt werden. Des Weiteren können Veränderungen des Bauteils oder der Vorrichtung im Vorfeld, also vor der hardwaremäßigen Umsetzung, erfolgen. Dies bringt erhebliche ökonomische Vorteile.In a virtual environment, components can advantageously be aligned with one another without having to implement hardware that can be produced in a complex manner. Different embodiments of a device can thus be generated virtually and the optimal design of the device can be determined taking into account the technical framework. Furthermore, changes to the component or the device can be made in advance, that is before the hardware implementation. This brings significant economic benefits.
Ferner ist es möglich beim virtuellen Positionieren, dass heißt beim Auffinden und Festlegen von Ort und Lage, der zumindest zwei Bauteile zueinander Normteile, beispielsweise zur Verbindung der zumindest zwei Bauteile, einzufügen beziehungsweise deren Position festzulegen.Furthermore, it is possible in virtual positioning, that is to say when locating and determining the location and position of the at least two components with respect to one another, inserting standard parts, for example for connecting the at least two components, or determining their position.
Zusätzlich kann das Fehlen von Verbindungs- oder Normteilen zwischen zumindest zwei dargestellten Bauteilen aufgezeigt werden.In addition, the lack of connecting or standard parts between at least two components shown can be shown.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Darstellung von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung weist zumindest eine zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), eine Speichereinheit, Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen und eine Graphikanzeigesteuereinrichtung auf, mittels derer die zumindest zwei dargestellten Bauteile auf der Anzeigeeinheit sichtbar bewegbar sind, so dass zumindest das erste Bauteil mit zumindest einer virtuellen Textur, deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, zur winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteil versehen ist und die Informationen zur Anordnung der zumindest zwei darstellbaren Bauteile gespeichert sind.The device according to the invention for the three-dimensional representation of at least two components on a display device has at least one central processing unit (CPU), a memory unit, input / output devices and a graphic display control device, by means of which the at least two components shown can be visibly moved on the display unit, so that at least the first component with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, for the accurate alignment of the at least first component shown with respect to the at least second component shown is provided and the information for the arrangement of the at least two representable components is stored.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können grundsätzlich alle Bauteile, insbesondere auch komplex aufgebaute Bauteile, auf einfache Art und Weise zu einander positioniert werden.With the device according to the invention, in principle all components, in particular also components with a complex structure, can be easily positioned relative to one another.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen auf einer Anzeigeeinrichtung sieht es vor, dass zumindest das erste Bauteil mit zumindest einer virtuellen Textur, deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteil versehen wird, so dass das zumindest erste dargestellte Bauteil gegenüber dem mindestens zweiten dargestellten Bauteil virtuell positioniert wird und die Informationen zur Anordnung der zumindest zwei dargestellten Bauteile gespeichert werden.The computer program product according to the invention for the three-dimensional representation of at least two components on a display device provides that at least the first component is provided with at least one virtual texture, the appearance of which depends on the viewing direction, of the at least first component shown being aligned with respect to the at least second component shown is so that the at least first component shown is virtually positioned relative to the at least second component shown and the information on the arrangement of the at least two components shown is stored.
Somit kann vorteilhafterweise die technische Gestaltung von Bauteilen beziehungsweise die Positionierung von Bauteilen zueinander vor der hardwaremäßigen Umsetzung der Bauteile erfolgen. Weiterhin können die mittels des Computerprogrammproduktes gewonnenen Daten über die Position und/oder die Ausrichtung der Bauteile abgelegt beziehungsweise gespeichert und den Produktionsstandorten oder Konstruktionsabteilungen zur Verfügung gestellt werden, um so eine einfache, kostengünstige und fehlerarme Hardwareumsetzung von Bauteilen zu gewährleisten.The technical design of components or the positioning of components relative to one another can thus advantageously take place before the hardware implementation of the components. Furthermore, the data obtained by means of the computer program product about the position and / or the orientation of the components can be stored or saved and made available to the production sites or construction departments in order to ensure simple, inexpensive and low-error hardware implementation of components.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings in several exemplary embodiments. In it show:
Fig. 1 : Darstellung einer Textur als eine ZielnormaleFig. 1: Representation of a texture as a target normal
Fig. 2 a-b: Darstellung eines Pixelkreuzes2 a-b: representation of a pixel cross
Fig. 3-6: Darstellung des Verfahrensablaufes anhand eines AusführungsbeispielesFig. 3-6: Representation of the process sequence using an exemplary embodiment
In Fig. 1 ist eine Textur als eine Zielnormale 2 dargestellt, die auf eine Freiformfläche 1 projiziert ist. Die Zielnormale 2 ist ein Pixelbild, das einen Farbverlauf darstellt: kreisförmig und gleichmäßig von außen ganz Dunkel bis hin in die Mitte zu ganz hell. Direkt in der Mitte befindet sich - zur besseren Erkennung eben dieser Mitte - ein schwarz-weißes Pixelmuster, was ein Pixelkreuz 3 bildet. Mathematisch ist es gewährleistet, dass der durch das Pixelkreuz 3 gekennzeichnete Bereich in der Blickrichtung des Betrachters verläuft, das heißt der Betrachter schaut senkrecht in seinem Sichtkegel auf die Freiformfläche 1 beziehungsweise ein Bauteil. Auf gewölbten Flächen verkleinert sich das Pixelkreuz 3 entsprechend und erhöht die Präzision. Das Zentrum des Pixelkreuzes 3 bildet den Fußpunkt der Zielnormalen 2. Eine besondere Eigenschaft der Zielnormalen 2 ist es, dass sie beim Wechsel der Betrachterposition mitläuft, ähnlich wie die Spiegelung der Umgebung in einer Lackfläche. Die Zielnormale 2 ist radialsymmetrisch, das heißt sie zentriert sich zur Mitte hin.1 shows a texture as a target normal 2 which is projected onto a free-form surface 1. The target standard 2 is a pixel image that represents a color gradient: circular and even from the outside very dark to the center to very bright. Directly in the middle there is a - for better recognition of this very center black and white pixel pattern, which forms a pixel cross 3. Mathematically, it is ensured that the area marked by the pixel cross 3 runs in the viewing direction of the viewer, that is, the viewer looks vertically in his viewing cone at the free-form surface 1 or a component. The pixel cross 3 is reduced accordingly on curved surfaces and increases the precision. The center of the pixel cross 3 forms the base point of the target normal 2. A special property of the target normal 2 is that it follows the change of the observer position, similar to the reflection of the surroundings in a lacquered surface. The target normal 2 is radially symmetrical, which means that it is centered towards the center.
Das in Fig. 2 a-b vergrößert dargestellte Pixelkreuz 3 enthält mehrere Elemente 4, wobei ein Element 4 des Pixelkreuzes 3 aus zumindest einem Pixel gebildet wird. Die Elemente 4 des Pixelkreuzes 3 bilden ein Pixelmuster, das punktsymmetrisch ausgebildet ist. Alle Pixel der Zielnormalen 2, die konzentrisch (in Texturkoordinaten) zum Zentrum beziehungsweise zum Mittelpunkt 9 des Pixelkreuzes 3 angeordnet sind, verkörpern den gleichen Winkel. Entsprechend dem Winkel zwischen der Betrachtungsrichtung und der Freiformfläche 1 beziehungsweise der Fläche eines Bauteils 5 erscheint ein entsprechender Farbwert der Textur 2. Aus dem Farbwert der Textur 2 kann auf den Winkel geschlossen werden, den es einzustellen gilt.The pixel cross 3 shown enlarged in FIG. 2 a-b contains several elements 4, whereby an element 4 of the pixel cross 3 is formed from at least one pixel. The elements 4 of the pixel cross 3 form a pixel pattern which is designed to be point-symmetrical. All pixels of the target normal 2, which are arranged concentrically (in texture coordinates) to the center or to the center 9 of the pixel cross 3, embody the same angle. A corresponding color value of the texture 2 appears in accordance with the angle between the viewing direction and the free-form surface 1 or the surface of a component 5. The color value of the texture 2 can be used to infer the angle that is to be set.
Blickt der Betrachter senkrecht auf die Textur 2, so schaut er auf das Zentrum beziehungsweise den Mittelpunkt 9 des Pixelkreuzes 3.If the viewer looks vertically at the texture 2, he looks at the center or the center 9 of the pixel cross 3.
In Fig. 2 b ist eine zweite Ausführungsform des Pixelkreuzes 3 dargestellt. Hierbei wurde das Pixelmuster des Pixelkreuzes 3 derart gestaltet, dass der Mittelpunkt 9 des Pixelkreuzes 3 genau definiert ist und einfach erkannt werden kann. Prinzipeil ist jedes andere Pixelmuster zur Erzeugung des Pixelkreuzes 3 ebenso einsetzbar.A second embodiment of the pixel cross 3 is shown in FIG. 2 b. Here, the pixel pattern of the pixel cross 3 was designed such that the center 9 of the pixel cross 3 is precisely defined and can be easily recognized. In principle, any other pixel pattern can also be used to generate the pixel cross 3.
In den Fig. 3-6 ist die Vorgehensweise bei der virtuellen Positionierung von zumindest zwei Bauteilen 5, 6 zueinander anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt. Das Ausführungsbeispiel behandelt die Aufgabe, die zwei Bauteile 5, 6 mittels eines Bolzen 8 zu verbinden, wobei der Bolzen 8 senkrecht auf dem ersten Bauteil 5 stehen soll. Als erstes werden die beiden Bauteile 5, 6 aus einer handelsüblichen Speichereinheit (nicht dargestellt) einer an sich bekannten Datenverarbeitungsanlage (nicht dargestellt) geladen und auf einer handelsüblichen Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) virtuell dargestellt. Das erste Bauteil 5 verkörpert beispielsweise ein Karosserieelement eines Fahrzeuges. Das zweite Bauteil 6 weist eine Bohrung 7 auf und soll mittels des Bolzen 8 mit dem Bauteil 5 verbunden werden. Auf das erste Bauteil 5 wird eine Textur als eine Zielnormale 2 (environment-mapping) mit einem Pixelkreuz 3 im Zentrum aufgebracht. Durch die Bewegung des ersten Bauteiles 5, beispielsweise mit Hilfe einer an sich bekannten Graphikanzeigesteuereinrichtung (beispielsweise einer Maus) (nicht dargestellt), wird das Bauteil 5 derart ausgerichtet, dass das Pixelkreuz 3 durch die Bohrung 7 des zweiten Bauteiles 6 zentrisch zu sehen ist. Das zweite Bauteil 6 dient dabei der Orientierung. Erscheint das Pixelkreuz 3 zentrisch durch die Bohrung 7 des zweiten Bauteiles 6, wird der Bolzen 8 aus der Speichereinheit (nicht dargestellt) geladen und virtuell gesetzt. Der Bolzen 8 steht senkrecht auf dem ersten Bauteil 5. Die so gefundene optimale Position des Zentrums der Zielnormalen 2 und somit die Position des Bolzens 8 kann in Koordinaten der Position (x, y) und Normalenrichtung (z) gespeichert und abgefragt werden.FIGS. 3-6 illustrate the procedure for the virtual positioning of at least two components 5, 6 relative to one another using an exemplary embodiment. The exemplary embodiment deals with the task of connecting the two components 5, 6 by means of a bolt 8, the bolt 8 being intended to be perpendicular to the first component 5. First, the two components 5, 6 are loaded from a commercially available storage unit (not shown) of a data processing system (not shown) which is known per se and are virtually displayed on a commercially available display device (not shown). The first component 5 embodies, for example, a body element of a vehicle. The second component 6 has a bore 7 and is to be connected to the component 5 by means of the bolt 8. A texture is applied to the first component 5 as one Target normals 2 (environment mapping) with a pixel cross 3 in the center. By moving the first component 5, for example with the aid of a known graphic display control device (for example a mouse) (not shown), the component 5 is aligned in such a way that the pixel cross 3 can be seen centrally through the bore 7 of the second component 6. The second component 6 is used for orientation. If the pixel cross 3 appears centrally through the bore 7 of the second component 6, the bolt 8 is loaded from the storage unit (not shown) and set virtually. The bolt 8 is perpendicular to the first component 5. The optimal position of the center of the target normal 2 found in this way and thus the position of the bolt 8 can be stored and queried in coordinates of the position (x, y) and normal direction (z).
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren, die Vorrichtung und das Computerprogrammprodukt zum senkrechten oder parallelen Ausrichten von zumindest zwei Bauteilen zueinander verwendet. Ebenso kann die Ausrichtung von zumindest zwei Bauteilen unter einem bestimmten Winkel (zwischen 0° und 360°) realisiert werden. The method according to the invention, the device and the computer program product are advantageously used for the vertical or parallel alignment of at least two components with respect to one another. Likewise, the alignment of at least two components at a certain angle (between 0 ° and 360 °) can be realized.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
FreiformflächeFree-form surface
Zielnormale (Textur)Target normal (texture)
Pixelkreuzpixel cross
Element erstes Bauteil zweites BauteilElement first component second component
Bohrungdrilling
Bolzenbolt
Mittelpunkt des Pixelkreuzes Center of the pixel cross

Claims

PATE NTANS P RÜC H E PATE NTANS P BACK
1. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die virtuelle Positionierung von zumindest einem ersten dargestellten Bauteil (5) gegenüber mindestens einem zweiten dargestellten Bauteil (6), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste dargestellte Bauteil (5) mit zumindest einer virtuellen Textur (2), deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, zur winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles (5) gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteiles (6) versehen wird.1. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component (5) shown relative to at least one second component (6) shown, characterized in that at least the first The component (5) shown is provided with at least one virtual texture (2), the appearance of which depends on the viewing direction, for the angular alignment of the at least first component (5) shown relative to the at least second component (6) shown.
2. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Textur (2) als eine Zielnormale (2) ausgeführt wird.2. Method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 1, characterized in that the virtual texture (2) is designed as a target normal (2).
3. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielnormale (2) im wesentlichen radialsymmetrisch ausgeführt wird.3. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 1 or 2, characterized in that the target normal (2) is carried out essentially radially symmetrically.
4. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielnormale (2) mit einem Pixelkreuz (3) ausgeführt wird.4. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 2 or 3, characterized in that the target normal (2) is carried out with a pixel cross (3).
5. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pixelkreuz (3) im Zentrum der Zielnormalen (2) angeordnet wird. 5. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the pixel cross (3) is arranged in the center of the target normal (2).
6. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pixelkreuz (3) der Zielnormalen (2) im wesentlichen in Betrachtungsrichtung abgebildet wird.6. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 4 or 5, characterized in that the pixel cross (3) of the target normal (2) is depicted essentially in the viewing direction.
7. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pixelkreuz (3) aus mehreren Elementen (4) zusammengesetzt wird.7. The method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the pixel cross (3) is composed of several elements (4).
8. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Element (4) des Pixelkreuzes (3) aus zumindest einem Pixel gebildet wird.8. The method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 7, characterized in that the one element (4) of the pixel cross (3) is formed from at least one pixel.
9. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) des Pixelkreuzes (3) ein Pixelmuster bilden.9. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the elements (4) of the pixel cross (3) form a pixel pattern.
10. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pixelmuster punktsymmetrisch ausgebildet wird.10. The method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to claim 9, characterized in that the pixel pattern is formed point-symmetrically.
11. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei dargestellten Bauteile (5, 6) im wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet werden.11. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the at least two components (5, 6) shown are aligned substantially orthogonally to one another.
12. Verfahren zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei dargestellten Bauteile (5, 6) im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet werden.12. A method for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the at least two components (5, 6) shown are aligned essentially parallel to one another.
13. Vorrichtung zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die virtuelle Positionierung von zumindest einem ersten dargestellten Bauteil (5) gegenüber mindestens einem zweiten dargestellten Bauteil (6), wobei die Vorrichtung zumindest eine Datenverarbeitungsanlage mit zumindest einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einer Speichereinheit, Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen und einer Graphikanzeigesteuereinrichtung aufweist, mittels derer die zumindest zwei dargestellten Bauteile (5, 6) auf der Anzeigeeinrichtung sichtbar bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Bauteil (5) mit zumindest einer virtuellen Textur (2), deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, zur winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles (5) gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteil (6) versehen ist und die Informationen zur Anordnung der zumindest zwei darstellbaren Bauteile (5, 6) gespeichert sind.13. Device for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device, in particular for the virtual positioning of at least one first component (5) shown relative to at least one second component (6), the device including at least one data processing system at least one central processing unit (CPU), a memory unit, input / output devices and a graphic display control device, by means of which the at least two components (5, 6) shown can be moved visibly on the display device, characterized in that at least the first component (5) is provided with at least one virtual texture (2), the appearance of which depends on the viewing direction, for the angular alignment of the at least first illustrated component (5) with respect to the at least second illustrated component (6) and the information for arranging the at least two ellbaren components (5, 6) are stored.
14. Computerprogrammprodukt zum dreidimensionalen Darstellen von zumindest zwei Bauteilen (5, 6) auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass,14. Computer program product for three-dimensional representation of at least two components (5, 6) on a display device, in particular with a method according to one of claims 1 to 12, characterized in that
- durch das Computerprogrammprodukt zumindest das erste dargestellte Bauteil (5) mit zumindest einer virtuellen Textur (2), deren Erscheinungsbild von der Betrachtungsrichtung abhängig ist, zur winkelgetreuen Ausrichtung des zumindest ersten dargestellten Bauteiles (5) gegenüber dem zumindest zweiten dargestellten Bauteiles (6) versehen wird,- Provided by the computer program product at least the first component (5) shown with at least one virtual texture (2), the appearance of which depends on the viewing direction, for angular alignment of the at least first component (5) shown with respect to the at least second component (6) shown becomes,
- durch das Computerprogrammprodukt das zumindest erste dargestellte Bauteil (5) gegenüber dem mindestens zweiten dargestellten Bauteil (6) virtuell positioniert wird,- The computer program product virtually positions the at least first component (5) shown relative to the at least second component (6) shown,
- durch das Computerprogrammprodukt die Informationen zur Anordnung der zumindest zwei dargestellten Bauteile (5, 6) gespeichert werden.- The information on the arrangement of the at least two components (5, 6) shown is stored by the computer program product.
15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder einer Vorrichtung nach Anspruch 13 und/oder eines Computerprogrammproduktes nach Anspruch 14 in der Kraftfahrzeugentwicklung, der Flugzeugindustrie, der Werftindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau, in computergestützten Konstruktionswerkzeugen, in PC-Spielen und/oder in Videospielen. 15. Use of a method according to one of claims 1 to 12 and / or a device according to claim 13 and / or a computer program product according to claim 14 in motor vehicle development, the aircraft industry, the Shipyard industry, mechanical and plant engineering, in computer-aided construction tools, in PC games and / or in video games.
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