积木构件模型的组装说明的自动生成制造技术

计算机实现的生成积木构件模型的组装说明的方法，该模型包括多个积木构件，组装说明表示建造积木构件模型的组装步骤的顺序，每一个组装步骤都包括向积木构件模型中添加至少一个积木构件。该方法包括，从积木构件模型的数字表示法，确定将积木构件模型分解为若干个积木构件的分解步骤的顺序，每一个分解步骤都包括从积木构件模型中去除至少一个积木构件；并颠倒确定的分解步骤的顺序，以获得组装步骤的顺序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及积木构件模型的组装说明的生成。
技术实现思路
有各种已知的机械结构玩具集的模型化概念类型。具体来说，模块化或半模块化概念非常普遍，因为它们提供有趣的并具有挑战性的玩的体验。通常，这些概念提供一组预先制造的积木构件，可以通过预先制造的构件的连接元件，以某种预定的方式彼此互连起来。预先制造的积木构件类似于适用于完成特定的模型化任务的已知的对象。如此，例如，在建造房屋的模型时，积木构件可以类似于墙砖、屋瓦、门，以及窗户。如此，选择积木构件的目的是，与每次要制作新模型时都对房屋的所有细节进行定义的情况相比，建造房屋的模型涉及的工作量显著缩小。然而，在建造房屋或另一个对象的完全的自由度与建造模型的简单性之间是相互对立的。例如，名为LEGO的名下的玩具积木套装合包括多种不同类型的可互连的积木构件，具有凸起部和对应的凹槽作为连接构件。根据规则的网格图案，放置连接构件，从而，在积木构件之间可以产生各种互连。通常，这样的玩具积木套装合包括一组适合于创建一个或多个积木构件模型的一组积木构件，例如，动物、机器人，或另一种生物、汽车、飞机、宇宙飞船、建筑物等等。通常，积木套装进一步包括打印的组装说明或组装说明，说明了如何从积木构件建造某一模型。不用说，这样的积木套装的一个有趣的特点是，它们会激发儿童制作他们自己的模型。通常，玩具积木套装中包含的组装包括一步一步地说明了如何以-->及按什么顺序向模型添加积木构件。这样的组装说明的优点是，易于操作，甚至对于儿童也是如此，无需具有丰富的玩积木的经验，和/或无需阅读技巧。一般而言，模型的组装说明可以被视为组装积木构件的步骤和分步骤的顺序。序列从一个或多个初始积木构件开始，随着一系列步骤，发展成为完全组装好的模型的结构。在每一个步骤中，添加了单一积木构件或者积木构件的子组件。对当前描述来说，术语“子组件”是指积木构件模型的互连的积木构件的子集。如此，添加子组件而不是单个积木构件，可能会涉及向主组装说明中添加该子组件的附属组装说明。对当前描述来说，这样的附属组装说明也叫做“分步骤”。如此，步骤的序列一般可以表示为步骤的分支树，每一个分支都包含附属组装说明。以前，这样的组装说明是手动生成的，例如，通过手动确定合理的组装步骤，在CAD系统中绘制对应的说明，最后，打印如此生成的说明。尽管这样的组装说明是高质量的，即，易于操作，但是，上面的制造过程也具有缺点：它们需要的技能较高，并且需要较多的人工。结果，通常只对于积木构件的制造商设计的积木构件模型，存在组装说明。具体来说，上面的采用现有技术的用于生成组装说明的方法不适合于希望为他们自己的模型产生组装说明的儿童，利用儿童自己的组装说明，使得孩子们与他们的朋友共享他们的模型。最近，组装说明是以电子方式生成的，而不是以印刷的形式生成。具体来说，提供了动画形式的组装说明，比较复杂的组装步骤被制成了动画。然而，这样的组装说明的制作，仍涉及由熟练的设计者设计和绘制组装步骤/制作其动画。在诸如LEGO系统之类的复杂系统中，模型的可能的组装说明的数量随着模型中的积木构件的数量按指数速率增长。因此，从给定模型的几乎无限数量的可能的组装说明中确定高质量的说明集，对于自动的组装说明过程来说，是个问题。如此，需要提供一个自动化的过程，甚至对于复杂的模型，生成切实可行的，操作简便的说明。进-->一步需要提供这样的过程，在合理的计算硬件上在合理的时间内生成组装说明。还进一步需要提供用于生成适合于希望为他们自己的模型产生组装说明的儿童的组装说明的方法，这些组装说明可使孩子们与他们的朋友共享他们的模型，并进一步改善玩的体验。具体来说，需要提供几乎不需要用户交互和输入的轻松地对用户可用的方法。某些研究的主题也讨论了有效的易于理解的一步接一步的组装说明的设计。从http://graphics.stanford.edu/papers/assemblyjnstructions/检索到的M.Agrawala等人所著的因特网出版物“Designing EffectiveStep-by-Step Assembly Instructions”描述了基于认识心理学的有效的组装说明的设计原则。该文进一步说明基于有关要组装的每一个对象的信息，组件朝向和用于进行图形呈现的摄影角度，分组信息，有关紧固件的信息，以及部件的意义，对称性，以及有关对组件的顺序的约束，来生成组装说明的计算机化系统。基于此输入，系统基于大量的搜索算法，并考虑给定的约束，计算组装步骤的序列。上面的采用现有技术的系统的问题是，从计算角度来看，代价大，需要复杂的输入数据，如此，需要用户有高度的抽象思维。已公开的国际专利申请WO 2005/124696说明了一种为虚拟模型生成组装说明的自动化过程，其中，组装说明利用在虚拟组装环境中组装虚拟模型的过程中用户所使用的组装步骤的顺序确定的步骤的顺序。尽管此采用现有技术的方法提供了易于使用的自动化过程，但是，提高自动地生成的组装说明的质量仍是一个问题。这里说明了一种计算机实现的生成积木构件模型的组装说明的方法，模型包括多个积木构件，组装说明表示组装积木构件模型的组装步骤的顺序，每一个组装步骤都包括向积木构件模型添加至少一个积木构件；该方法包括：-从积木构件模型的数字表示法，确定用于至少部分地将积木构件模型分解为若干个积木构件的分解步骤的至少一个序列，每一个-->分解步骤都包括从积木构件模型中去除至少一个积木构件；-基于多个分解步骤中的至少一个步骤，确定组装步骤序列中的至少一个组装步骤。因此，认识到，通过确定分解步骤的一个或多个序列，可以有效地确定组装步骤的序列。模型的分解可以被视为分解积木构件的步骤和分步骤的序列/迭代过程。序列从完整的模型开始，并按照一系列步骤进行。在完整的分解中，过程持续进行，直到所有积木构件都与模型分离，而在部分分解中，当只有预定的残余部分模型剩余时，过程结束。在每一个步骤中，单一积木构件或者积木构件的子组件被分离。如此，分离子组件而不是单个积木构件，可能会涉及与主分解关联的该子组件的附属分解。这样的附属分解也叫做“子步骤”。如此，类似于组装，分解过程的步骤的序列一般是步骤的分支树，每一个分支都包含附属分解。当可以知道如何分解时，此信息可以用于生成组装序列的过程中。因此，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机实现的生成积木构件模型的组装说明的方法，所述积木构件模型包括多个积木构件，所述组装说明表示组装所述积木构件模型的组装步骤的顺序，每一个组装步骤都包括向所述积木构件模型添加至少一个积木构件；所述方法包括：　－根据所述积木构件模 型的数字表示法，确定用于至少部分地将所述积木构件模型分解为若干个积木构件的分解步骤的至少一个序列，每一个分解步骤都包括从所述积木构件模型中去除至少一个积木构件；　－基于多个分解步骤中的至少一个步骤，确定组装步骤顺序中的至少一个组装步骤 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-3-16 11/724,9151.一种计算机实现的生成积木构件模型的组装说明的方法，所
述积木构件模型包括多个积木构件，所述组装说明表示组装所述积木
构件模型的组装步骤的顺序，每一个组装步骤都包括向所述积木构件
模型添加至少一个积木构件；所述方法包括：
-根据所述积木构件模型的数字表示法，确定用于至少部分地
将所述积木构件模型分解为若干个积木构件的分解步骤的至少一个
序列，每一个分解步骤都包括从所述积木构件模型中去除至少一个积
木构件；
-基于多个分解步骤中的至少一个步骤，确定组装步骤顺序中
的至少一个组装步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定分解步骤的至少
一个序列的过程包括确定用于将所述积木构件模型分解为积木构件
的分解步骤的顺序，每一个分解步骤都包括从所述积木构件模型中去
除至少一个积木构件；并且其中，确定组装步骤的顺序的至少一个组
装步骤的过程包括颠倒确定的分解步骤的顺序，以获得组装步骤的顺
序。
3.根据权利要求1所述的方法，包括执行一个迭代过程，其
中，所述迭代过程的迭代包括：
-获得由前一迭代产生的组装步骤的顺序，所述组装步骤的顺
序产生第一部分模型；
-确定随后的组装步骤，该步骤表示至少一个随后的积木构件
与第一部分模型的连接，导致产生第二部分模型。
-判断所述积木构件模型是否可以通过导致产生第二部分模型
的分解所述积木构件模型的分解步骤的序列进行分解；
-如果判断所述积木构件模型可以通过导致产生第二部分模型
的分解所述积木构件模型的分解步骤的序列进行分解，则将确定的随
后的组装步骤附加到获得的组装步骤的顺序中。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中，
积木构件是互相连接的。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中，
确定分解步骤的顺序的过程包括执行一个迭代过程，其中，所述迭代
过程的迭代包括：
-获得从前一迭代产生的前一部分模型；
-确定要从前一部分模型分离的导致产生新的部分模型的至少
一个积木构件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定要从前一部分模
型分离的至少一个积木构件的过程包括：
-确定前一部分模型的一组候选子组件，每一个候选子组件都包
括前一部分模型的相应的互连的积木构件；
-根据第一组预定的选择标准，选择单个积木构件，或选择导致
产生新的部分模型的要从前一部分模型分离的确定的候选子组件集
合中的一个。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定候选子组件的集
合的过程包括根据第二组选择标准，选择候选子组件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，第二组选择标准的至
少一个包括确定一个或多个候选子组件与前一部分模型连接的连接
强度。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，积木构件沿着至
少两个组装方向是可互连的；并且其中，所述第二组选择标准中的至
少一个包括确定前一部分模型中的组装方向发生变化的一个或多个
位置。
10.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中，
一个或多个积木构件包括用于围绕至少一个方向提供可活动连接的
连接件；并且其中，所述第二组选择标准的至少一个包括确定可移动
地连接到前一部分模型的一个或多个子组件。
11.根据权利要求6到10中任一权利要求所述的方法，进一
步包括在迭代过程中的一次迭代中确定被选择去除的每一个子组件
的分解步骤的序列。
12.根据权利要求5到11中任一权利要求所述的方法，包括
通过表示图形的数据结构来表示前一部分模型，所述图形包括表示前
一部分模型的相应的积木构件的节点，以及表示对应的积木构件之间
的连接的连接相应节点的边。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述图形的边具有关
联的连接强度值，所述连接强度值表示对应于由所述边连接的节点的
积木构件之间的连接的连接强度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，每一个积木构件都包
括一个或多个连接元件，用于与另一个积木构件的一个或多个对应的
连接元件啮合，以在该积木构件和另一个积木构件之间提供连接，每
一个连接元件都具有与它关联的连接元件类别，每一个连接元件类别
都具有与它关联的连接强度；并且其中，所述方法包括根据至少有助
于对应的连接的连接元件的数量和相应的类，确定对应于两个积木构
件之间的连接的边的所述关联的连接强度值。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，确定所述关联
的连接强度值的过程包括根据有助于对应的连接的连接元件的数量
和相应的类，以及根据两个积木构件的体积，确定连接强度。
16.根据权利要求12到15中任一权利要求所述的方法，包括
执行图形划分过程，以确定前一部分模型的一组候选子组件。
17.根据权利要求12到16中任一权利要求所述的方法，其
中，所述图形的边具有表示对应于由所述边连接的节点的积木构件之
间的连接的组装方向的关联的值。
18.根据权利要求12到17中任一权利要求所述的方法，包括
识别所述图形的一个或多个关节节点，以便确定前一部分模型的一组
候选子组件。
19.根据权利要求12到18中任一权利要求所述的方法，包括
识别所述图形的一个或多个关节节点对，以便确定前一部分模型的一
组候选子组件。
20.根据权利要求12到19中任一权利要求所述的方法，其
中，一个或多个积木构件包括用于围绕至少一个方向提供可活动连接
的连接件；并且其中，所述图形的节点和边两者中至少一个具有表示
可活动连接存在的关联的值。
21.根据权利要求5到20中任一权利要求所述的方法，其中，
确定要从前一部分模型分离的导致产生新的部分模型的至少一个积
木构件的过程包括，为积木构件的子集和一组积木构件的候选子组件
中的至少一个计算一个或多个加权函数；并基于计算出的加权函数的
比较，选择单个积木构件和子组件两者中的一个。

【专利技术属性】
技术研发人员：JS雅各布森，JM厄恩斯特文，OJ克里斯滕森，J阿勒瑞利，
申请(专利权)人：乐高公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]