(57)【要約】  玩具組立システムの予め製造された玩具組立要素に接続可能なユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成する、コンピューターによって実施される方法。予め製造された玩具組立要素のそれぞれはその予め製造された玩具組立要素と玩具組立システムの１つ又は複数の他の予め製造された玩具組立要素とを連結する複数の連結要素を備える。本方法は、ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することと、ユーザー定義の形状を示すユーザーによる入力に応答して決定された１つ又は複数の位置に１つ又は複数の連結要素を備えるユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することと、ユーザー定義の組立要素の自動製造に用いるデジタル表現を提供することとを含む。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め製造された玩具組立要素のそれぞれがその予め製造された玩具組立要素と玩具組立システムの１つ又は複数の他の予め製造された玩具組立要素とを連結する複数の連結要素を備え、前記玩具組立システムの１つ又は複数の予め製造された玩具組立要素に接続可能なユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成する、コンピューターによって実施される方法であって、
前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置するための１つ又は複数の位置を決定することと、
ユーザー定義の形状を示すユーザーによる入力を受け取ることと、
少なくとも前記ユーザー入力及び前記決定された１つ又は複数の位置から、前記決定された１つ又は複数の位置に前記１つ又は複数の連結要素を備えるユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することと、
前記ユーザー定義の組立要素の自動製造に用いる前記デジタル表現を提供することと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、連結要素のそれぞれに対してその連結要素と関連付けられる前記ユーザー定義の形状に関する１つ又は複数の設計上の制約を画定することを更に含み、前記デジタル表現を生成することは前記画定された設計上の制約を実行することを含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記設計上の制約を実行することはユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することを含み、前記ユーザー定義の組立要素は、前記ユーザーによる前記入力及び前記設計上の制約から決定された変更形状を有し、前記決定された１つ又は複数の位置に前記１つ又は複数の連結要素を備える方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法であって、前記デジタル表現は、前記ユーザー定義の組立要素を形成するように材料によって占められる要素体積を示し、連結要素と関連付けられる少なくとも第１の設計上の制約が前記連結要素と関連付けられる第１の体積を画定することを含み、前記第１の設計上の制約を実行することは前記第１の体積を含む要素体積を示す前記デジタル表現を生成することを含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記設計上の制約を実行することはユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することを含み、前記ユーザー定義の組立要素は材料によって占められる変更された体積を有し、その変更された体積は前記ユーザー定義の体積と前記第１の体積との連結を含む方法。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか一項に記載の方法であって、前記デジタル表現は、前記ユーザー定義の組立要素を形成するように材料によって占められる要素体積を示し、連結要素と関連付けられる少なくとも第２の設計上の制約が前記連結要素と関連付けられる第２の体積を画定することを含み、前記第２の設計上の制約を実行することは前記第２の体積を含めない要素体積を示す前記デジタル表現を生成することを含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記設計上の制約を実行することはユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することを含み、前記ユーザー定義の組立要素は材料によって占められる変更された体積を有し、該変更された体積は少なくとも前記ユーザー定義の体積と前記第２の体積との差分として決定される方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法であって、前記デジタル表現は、前記ユーザー定義の組立要素を形成するように材料によって占められる要素体積を示し、該方法は、
玩具組立要素から組み立てられた玩具組立モデルのデジタル表現を得ることと、
前記ユーザー定義の形状に関する第３の設計上の制約を画定することであって、該第３の設計上の制約は、前記得られたデジタル表現から、前記玩具組立モデルの少なくとも一部と関連付けられた体積を示す第３の体積を決定することを含む、第３の設計上の制約を画定することと、
前記第３の体積を含めない要素体積を示す前記デジタル表現を生成することと、
を含む方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法であって、前記デジタル表現は、前記ユーザー定義の組立要素を形成するように材料によって占められる要素体積を示す方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法であって、前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することは、前記１つ又は複数の連結要素のそれぞれに関して一組のタイプの連結要素からそれぞれのタイプの連結要素を選択することを更に含む方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することは、連結要素を配置する位置の離散格子の格子点として前記１つ又は複数の位置を選択することを更に含む方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法であって、前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することは、１つ又は複数の連結要素及び対応する位置のユーザーによる選択を示すユーザーによる入力を受け取ることと、前記選択された連結要素をデータ処理システムのディスプレイ上に表示される３次元ビューで表示することとを含む方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法であって、前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することは、複数のテンプレート組立要素のうちの１つのテンプレート組立要素のデジタル表現のユーザーによる選択を示すユーザー入力を受け取ることを含み、前記テンプレート組立要素はそれぞれの所定の位置に位置決めされている複数の連結要素を備える方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する１つ又は複数の位置を決定することは、
玩具組立要素から組み立てられた玩具組立モデルのデジタル表現を得ることと、
ユーザー定義の組立要素が取り付け可能な前記得られた玩具組立モデルの１つ又は複数の連結要素を選択することと、
前記得られた玩具組立モデルの前記選択された１つ又は複数の連結要素の前記位置から前記ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置する、前記１つ又は複数の位置を決定することと、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記得られた玩具組立モデルの前記選択された１つ又は複数の連結要素の検出されたタイプの連結要素から各決定された位置と関連付けられる或るタイプの連結要素を決定することを更に含む方法。
【請求項１６】
予め製造された玩具組立要素のそれぞれがその予め製造された玩具組立要素と玩具組立システムの１つ又は複数の他の予め製造された玩具組立要素とを連結する複数の連結要素を備え、前記玩具組立システムの予め製造された玩具組立要素に接続可能なユーザー定義の組立要素を製造する方法であって、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法のステップを行うことで、ユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することと、
前記デジタル表現に基づいて前記ユーザー定義の組立要素を製造することと、
を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記デジタル表現は、前記ユーザー定義の組立要素を形成するように材料によって示される要素体積を示し、製造することは少なくとも前記要素体積を所定の材料によって満たすことを含む方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の方法であって、製造することは３Ｄプリンティングプロセスを含む方法。
【請求項１９】
プログラムがデータ処理システム上で実行されると、請求項１から１６のいずれか一項に記載のステップの全てを行うプログラムコード手段を含む前記コンピュータープログラムが格納されている記憶媒体を備えるデータ処理システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のデータ処理システムであって、前記デジタル表現に基づいて前記ユーザー定義の組立要素を製造するように構成されている３Ｄプリンタを備えるデータ処理システム。
【請求項２１】
プログラムがコンピューター上で実行されると、請求項１から１６のいずれか一項に記載のステップの全てを行うプログラムコード手段を備えるコンピュータープログラム。
【請求項２２】
搬送波として具現されるデータ信号であって、そのデータ信号はプログラムコード手段を含み、そのプログラムコード手段はそのプログラムコード手段がコンピューター上で実行されると、請求項１から１６のいずれか一項に記載のステップの全てを行うデータ信号。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、玩具組立システムの予め製造された玩具組立要素に接続可能な、ユーザー定義の玩具組立要素の設計及び製造に関する。予め製造された玩具組立要素のそれぞれは、予め製造された玩具組立要素と、その玩具組立システムの１つ又は複数の他の予め製造された玩具組立要素とを連結する複数の連結要素を備える。
【背景技術】
【０００２】
物理的な組立玩具セットをモデル化する様々なタイプのコンセプトが知られている。特に、モジュラコンセプト又はセミモジュラコンセプトを用いるコンセプトが非常に普及している。通常、何らかの所定の方法で互いと相互接続できる一組の予め製造された玩具組立要素をこれらのコンセプトは提供する。このため、玩具組立要素のそれぞれは、玩具組立要素と他のそのような玩具組立要素とを相互接続する１つ又は複数の連結要素を備える。玩具組立要素のそのようなシステムの例として、ＬＥＧＯという名称の下で入手可能なプラスチック製玩具組立要素が挙げられる。
【０００３】
そのような玩具モデル化システムは、大幅な融通性を提供するが、予め製造された玩具組立要素に限定される。したがって、ユーザー定義の、ユーザー自身の組立要素を、ユーザーが設計及び製造することが望ましいであろう。そのような組立要素は、玩具組立システムの予め製造された玩具組立要素と相互接続ができ、そのため、玩具組立システムのユーザーが更により広く多様な組立モデルを構築することを可能にする。
【０００４】
３Ｄプリンティング法と一般に呼ばれる製造法が知られている。３Ｄプリンティングという用語は、概して、連続した材料層を設けることで３次元物体を作り出すアディティブマニュファクチャリング技術を指す。３Ｄプリンティングプロセスは、概して、材料で満たされるべく体積の３Ｄコンピューターファイル、又は他のデジタル表現に基づく。
【０００５】
そのような３Ｄプリンティングプロセスを行う装置は、３Ｄプリンタとして一般的に知られている。３Ｄプリンタは、他のアディティブマニュファクチャリング技術のものよりも、概ね高速であり、入手しやすく、かつ使用が容易である。最近では、種々の機械的特性及び物理的特性を有する複数の材料から作製される部品及びアセンブリを単一の構築プロセスでプリンティングする能力を製品開発者に３Ｄプリンタは提供している。高度な３Ｄプリンティング技術を用いて、製品プロトタイプとしての製品モデルが製造されている。専門的な製品開発において使用される３Ｄプリンタは高度かつ高価であるが、最近では、私的使用にも適した、より小型でより入手しやすい３Ｄプリンタが開発されている。
【０００６】
本記載の目的から、自動製造という用語は、３Ｄプリンティングと、物体のコンピューター生成されたデジタル表現に基づいて３Ｄ物体の自動製造を可能にする他の製造技術とを含むことを意図する。自動製造プロセスという用語は、装置によって、自動的に少なくとも部分的に行われる製造プロセスを指すことを意図するが、いかなるそのようなプロセスも、ユーザーによって実行される１つ又は複数の手動ステップ、例えば装置の手動制御、洗浄、研磨のような仕上げステップ等を含み得ることが理解されるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
概して、玩具組立システムの既存の部品とともに用い、カスタマイズされた玩具構造体を組み立てることができるカスタマイズアイテムを設計し製造するツールを提供する方法及びシステムを提供することが望ましい。
【０００８】
そのような玩具組立システムのユーザーは、いかなる年齢でも、いかなる熟練レベルでもよい。したがって、方法及びシステムが、ユーザーの熟練レベル又は設計者スキルに特別な要件を課さないことが望ましい。
【０００９】
概して、教育的な、インスピレーション的な、及び／又はエンターテイメント的な要素を含むそのような方法及びシステムが、玩具組立システムの通常のユーザーに入手可能であることが更に望ましい。
【００１０】
概して、ユーザーによる複雑な適合及び調整努力を必要とせず、ユーザー定義の玩具組立要素を予め製造された組立要素と併せて使用できることが更に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
予め製造された玩具組立要素のそれぞれが予め製造された玩具組立要素と玩具組立システムの１つ又は複数の他の予め製造された玩具組立要素とを連結する複数の連結要素を備え、玩具組立システムの１つ又は複数の予め製造された玩具組立要素に接続可能なユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成する、コンピューターによって実施される方法であって、
ユーザー定義の組立要素に含まれる１つ又は複数の連結要素を配置するための１つ又は複数の位置を決定することと、
ユーザー定義の形状を示すユーザーによる入力を受け取ることと、
少なくともユーザー入力及び決定された１つ又は複数の位置から、決定された１つ又は複数の位置に１つ又は複数の連結要素を備えるユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することと、
ユーザー定義の組立要素の自動製造に用いるデジタル表現を提供することと、
を含む方法の実施形態が、本明細書に開示される。
【００１２】
したがって、ユーザー定義の得られた組立要素と玩具組立システムの予め製造された組立要素との適合性を確実にする、ユーザーフレンドリーな効率の良いプロセスが提供される。
【００１３】
そのため、生成されたデジタル表現に基づいてユーザー定義の組立要素を製造する製造プロセスの実施形態は、組立システムに従った連結タイプ及び位置を選択することと、ユーザー定義の組立要素のデジタル表現をもたらすデジタル形態のアイテム形状を定義することと、３Ｄプリンタ又は３Ｄ物体を自動製造する他の装置にそのデジタル表現を送ることとを含むことができる。このようにして製造されたユーザー定義の要素は、次に、予め製造されたアイテムを有するモデルに組み込むことができる。
【００１４】
生成されたデジタル表現は３Ｄアイテムを表現するのに適した任意の適したデータ構造を含むことができる。プロセスの幾つかの実施形態は、ユーザー定義の組立要素の種々のタイプのデジタル表現を生成することを含むことができることが理解されるであろう。そのようなデジタル表現は、例えば、コンピューター上でアイテムを表示するのに適し、適した３Ｄ設計ソフトウェアによってユーザーによる３Ｄ形状の操作及び編集を可能にするのに適した第１のデジタル表現である。プロセスは、第１のデジタル表現を例えば３Ｄプリンタに対する入力として自動製造プロセスに対する入力として適した第２のデジタル表現に変換することを含むことができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、デジタル表現は、材料、例えば、プラスチック、又は自動製造プロセスに適した他の材料によって占められる体積を示す。
【００１６】
ユーザー定義の組立要素は自動製造プロセスによって製造可能な任意のサイズ及び形状を有することができる。その場合、連結要素は、玩具組立システムと適合性のあるタイプであるとともに、玩具組立システムと適合性のある位置に位置決めされる。特に、ユーザー定義の組立要素は玩具組立システムの予め製造された玩具組立要素の形状とは異なる形状を有することができる。
【００１７】
予め製造された組立要素は連結要素を有する任意の玩具組立要素とすることができる。これらの連結要素により、予め製造された玩具組立要素から玩具モデルを組み立てるように、予め製造された組立要素が玩具組立システムの他の予め製造された玩具組立要素と相互接続することが可能になる。したがって連結要素は、例えば摩擦力によって、ラッチ機能によって、又は異なる連結原理を用いて、組立要素同士の相互接続を可能にする任意の適したタイプの連結要素とすることができる。連結要素は、組み立てられた玩具モデルの容易な分解及び異なるモデルにおける同要素の再使用を可能にするように、玩具組立要素の分離可能な相互接続に用いるものとすることができる。連結要素が例えば一様な３Ｄ格子の格子位置に位置付けられるように一連の規則に従って一様に配置されると、玩具組立要素は広く多様な異なる方法で相互接続することができる。連結要素を配置する他の規則は、異なるタイプの連結要素を組立要素の種々の面に位置決めすること、したがって、例えば組立要素の底面及び頂面を画定することを含むことができる。底面は第１のタイプの連結要素を備え、その一方、頂面は第２の異なるタイプの連結要素を備え、そのため、例えば第２のタイプの連結要素が第１のタイプの連結要素に接続可能である。同様に、連結要素はこの連結要素と関連付けられる連結方向を有することができる。連結要素は、組立要素の少なくともサブセットの連結要素（例えば、多面組立要素の同面上の連結要素）の連結方向が一定の方向に向き付けられるように配置することができる。
【００１８】
ユーザー定義の設計プロセスによる形状の生成により、ユーザーが形状を自由に設計することを可能にできる。その場合、このプロセスは、連結要素の位置決めが、玩具組立システムにおいて連結要素を配置する規則に従うことを確実にする及び／又はそのような規則に従っていることを検証する。さらに、このプロセスは、更なる設計上の制約が遵守されることを確実にする及び／又は遵守されていることを検証できる。例えば、自動製造プロセスは、例えば、製造され得るアイテムのサイズ、最小肉厚及び／又は最大肉厚、縁の最小曲率半径又は最大曲率半径等に関して多数の設計上の制約を課すことができる。同様に、玩具組立システムもまた、更なる設計上の制約を課すことができる。特に、各タイプの連結要素は、この連結要素が実際に別の連結要素に連結することができることを確実にするように１つ又は複数の関連する設計上の制約を有することができる。
【００１９】
それぞれの連結要素と関連付けられる少なくとも第１の設計上の制約は、それぞれの連結要素と関連付けられる第１の体積を画定することを含むことができ、第１の設計上の制約を実行することは、この第１の体積を含む要素体積を示すデジタル表現を生成することを含むことができる。したがって、このプロセスは、ユーザーが連結要素のいかなる必要な部分も取り除くことがないことを確実にする。
【００２０】
同様に、少なくとも第２の設計上の制約は連結要素と関連付けられる第２の体積を画定することを含むことができ、第２の設計上の制約を実行することはこの第２の体積を含めない要素体積を示すデジタル表現を生成することを含むことができる。したがって、ユーザーが、連結要素が別の連結要素と接続されるのに必要とされるいかなる空スペースも満たす又は閉塞することを効果的に防止する。
【００２１】
概して、設計上の制約を実行することはユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成することを含むことができる。そのような組立要素は、ユーザーによる入力及び設計上の制約から決定された変更形状を有するとともに、上記決定された１つ又は複数の位置に上記１つ又は複数の連結要素を備える。
【００２２】
幾つかの実施形態では、上記プロセスは付加的又は代替的な設計上の制約を実行することができる。例えば、或る設計上の制約は組立要素に含まれる連結要素の最小数を課すことができる。設計上の制約の別の例は連結要素間の最小距離を課すことができ、その場合、最小距離は連結要素の各タイプに応じるものとすることができる。他の設計上の制約は、例えば連結要素の数又は連結要素の相対配置に関する代替的又は付加的な制約を課すことができる。幾つかの設計上の制約は、例えば設計される要素の推定重量又は予め配置された連結要素に与えられるトルクの算出に基づくことができる。更に別の例では、設計上の制約は、或る特定のタイプの連結要素をどの面に配置することができるかということに対する制約を実行することができる。例えば、（例えば上記で図３ａから図３ｃに関して記載したような）突起の形態の連結要素と対応する空洞の形態の連結要素とを備える実施形態では、突起タイプの連結要素と空洞タイプの連結要素とは、組立要素の２つの互いに反対側にある面に配置されるように限定し、したがって、頂面（すなわち上向きの面）及び底面（すなわち下向きの面）を画定できる。例えば、突起を頂面に配置するように限定でき、その一方、空洞を底面に配置するように限定できる。
【００２３】
そのような設計上の制約の実行及び／又は検証とは別に、コンピューターによって実施されるプロセスがユーザーに与えることができる自由度は、例えば対象ユーザーの技術レベル、経験及び／又は年齢に基づいて種々の実施形態において異なるものとすることができる。幾つかの実施形態では大幅な自由度を可能にすることができるが、他の実施形態では、例えばユーザー入力を多数の所定の方法で連結可能であり得る一組のテンプレート設計要素から形状を選択することに限定することなどの様々な方法によって自由度を制限することができる。
【００２４】
特に幾つかの実施形態では、コンピューターによって実施されるプロセスは、ユーザーによって選択可能な一組の基本形状、及び設計プロセスをすぐに始められる簡単かつ直観的なツールを提供する。コンピューターによって実施される設計プロセスは、組立システムが採用する形式要件及び規則を固守するのに用いるガイドライン及び自動チェックによってサポートできる。設計プロセスの創造的な部分は、専門の設計者からのテンプレート及びアイデアによるインスピレーションによってサポートできる。
【００２５】
連結要素の位置及びタイプの決定はユーザー定義の形状を示すユーザー入力を受ける前に行うことができることが理解されるであろう。例えば、プロセスが最初に、例えばユーザー入力に少なくとも部分的に基づいて適した座標系に対する連結要素の位置と、任意選択的にタイプ及び／又は向きとを決定できる。その後、ユーザーが、適した設計ツールを用いて、連結要素が選択された配置にある組立要素の形状を設計できる。代替的又は付加的に、ユーザーが最初に形状を設計してもよく、その後、プロセスが、例えばユーザー入力に少なくとも部分的に基づいて、設計形状に対する連結要素の位置と、任意選択的にタイプ及び／又は向きとを決定してもよい。連結要素の位置決めは、ユーザー定義の形状の設計時に、例えば設計ステップの一環として行うことができることが更に理解されるであろう。例えば、ユーザーに、連結要素の予め選択された位置を変える機会を与えることができる。
【００２６】
本発明は、上記及び下記で説明される方法と、データ処理システムと、更なる製造手段とを含む様々な形で実施できる。これらはそれぞれが、上述した態様のうちの少なくとも１つとの関連で説明される利益及び利点のうちの１つ又は複数をもたらし、それぞれが、上述した態様のうちの少なくとも１つとの関連で説明される、及び／又は従属請求項において画定される、好ましい実施形態に対応する１つ又は複数の好ましい実施形態を有する。
【００２７】
上述される方法の特徴は、ソフトウェアで実施することもできるし、データ処理システム、又はコンピューター実行可能命令の実行によって始められる他の処理手段において実行することもできる。命令は、記憶媒体から、又はコンピューターネットワークを介して別のコンピューターから、ＲＡＭ等のメモリにロードされたプログラムコード手段とすることができる。代替的に、説明される特徴は、ソフトウェアの代わりにハードウェアに組み込まれた回路によって実施することもできるし、ソフトウェアと組み合せて実施することもできる。
【００２８】
本明細書では、コンピューター上で実行されると、上記及び下記で説明される方法のステップの全てを実行するプログラムコード手段を備えるコンピュータープログラムが更に開示される。コンピュータープログラムは、コンピューター可読記憶媒体として、搬送波として具現されるデータ信号等として具現できる。
【００２９】
本明細書では、コンピューター上で実行されると、上記及び下記で説明される方法を実行するコンピューター可読媒体に記憶されるプログラムコード手段を備えるコンピュータープログラム製品が更に開示される。
【００３０】
概して、ユーザー定義の組立要素はプロセスの段階全てをサポートする特別なソフトウェアによってデジタル操作し、デジタル設計し、かつデジタル製造できる。そのようなソフトウェアは多数の目的を果たすことができる。そのようなコンピュータープログラムの実施形態は、
ユーザーが連結要素のタイプ及びユーザー定義の組立要素における配置を指定することを可能にすることと、
ユーザー定義の組立要素の形状を、ユーザーが自由に設計することを可能にするとともに、このプロセスにおいてユーザーを支援することと、
プロセス時に設計組立要素を対話的に可視化すること、
組立システムの関連規則を説明及び／又は実行することと、
３Ｄプリンタシステムによって直接相互動作する何らかの類のドライバ又は他のインターフェースを組み込むことと、
を提供することができる。
【００３１】
本明細書に開示されている方法のステップを行うように構成されているデータ処理システムの実施形態が本明細書に更に開示されている。データ処理システムは、生成されたデジタル表現に基づいて玩具組立要素を自動製造する３Ｄプリンタ又は他の適した装置を含むことができる。
【００３２】
したがって、本明細書に開示されている方法及びシステムの実施形態により、ユーザーが迅速な反復サイクルで即座に設計をテスト及び調整することが可能になる。効果的には、物理的なアイテムの製造はこのプロセスの一環である。
【００３３】
さらに、本明細書に記載されている方法及びシステムの実施形態はユーザー定義の組立要素の手ごろ費用での製造を提供し、その場合、アイテムを製造するコストは、予め製造されたアイテムの価格と、アイテムが併せて用いられるモデルとに比較して妥当である。さらに、コストは、創造的な設計プロセスを制限させないために、設計の試験及び調整の多数回の反復を可能にするように妥当に低く維持することができる。
【００３４】
概して、本明細書に開示されている方法の実施形態は、ユーザー定義の得られる組立要素が、その物理的特徴、特に連結部の形状、寸法及び向きに関して玩具組立システムからの他の組立要素にフィットすることを確実にするプロセスを提供する。例えば、プロセスの実施形態は組立システムによって定義された任意のモジュラー格子等に従って連結部の相対配置を確実にする。さらに、例えば、特定のタイプの連結部の向きに関する決まりなどの組立システムが採用する他の規則は、本明細書に開示されているプロセスの実施形態によって検証及び確保することができる。
【００３５】
本発明の実施形態は好ましい実施形態に関連し、図面を参照して以下でより十分に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ】ユーザー定義の玩具組立要素のデジタル表現を生成し操作するデータ処理システムを示す。
【図１ｂ】ユーザー定義の玩具組立要素のデジタル表現を生成し操作するデータ処理システムを示す。
【図２】ユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成し操作するデータ処理システムのグラフィカルユーザーインターフェースを示す。
【図３ａ】予め製造された玩具組立要素及びそれらの連結要素の例を示す。
【図３ｂ】予め製造された玩具組立要素及びそれらの連結要素の例を示す。
【図３ｃ】予め製造された玩具組立要素及びそれらの連結要素の例を示す。
【図４】ユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成するプロセスのフロー図を示す。
【図５ａ】組立要素をデジタル表現して設計上の制約の実行を容易にする階層データ構造を示す。
【図５ｂ】組立要素をデジタル表現して設計上の制約の実行を容易にする階層データ構造を示す。
【図５ｃ】組立要素をデジタル表現して設計上の制約の実行を容易にする階層データ構造を示す。
【図６ａ】組立要素をデジタル表現して設計上の制約の実行を容易にする階層データ構造を示す。
【図６ｂ】組立要素をデジタル表現して設計上の制約の実行を容易にする階層データ構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１ａ及び図１ｂは、幾何学的物体のコンピューター可読モデルを生成し操作するデータ処理システムを示す。
【００３８】
図１ａはコンピューターシステムの一例の概略図を示す。コンピューターシステムは、例えばパーソナルコンピューターである適切にプログラミングされたコンピューター１０１を備え、コンピューター１０１は、ディスプレイ１２０、キーボード１２１、コンピューターマウス１２２、及び／又はタッチパッド、トラックボール、ライトペン、タッチスクリーン等の別のポインティングデバイスを備える。
【００３９】
１０１で示されたコンピューターシステムは、ユーザー定義の玩具組立要素のデジタル表現を設計し、格納し、操作し、出力することを容易にするようになっている。コンピューターシステム１０１は、スタンドアローンシステム又はクライアント／サーバーシステムにおけるクライアントとして使用されることができる。
【００４０】
システムは、コンピューター１０１に接続される３Ｄプリンタ１２３又は３Ｄ物体を自動製造する別の適した装置を更に備える。３Ｄプリンタはまた、例えば別のコンピューターに接続できるリモートコントロールの場所に位置決めされ、デジタル表現（又はデジタル表現から得られた制御コード）は、適したコンピューターネットワーク又は他の通信手段を介して３Ｄプリンタに通信されることができることが理解されるであろう。
【００４１】
図１ｂは、ユーザー定義の玩具組立モデルのデジタル表現を生成し操作するデータ処理システムのブロック図を示す。コンピューター１０１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）やハードディスクとして一部の揮発性メモリ手段や一部の非揮発性メモリ手段が実装されることができるメモリ１０２を備える。中央処理装置１０３によって実行されると、本明細書に記載されたような組立要素のデジタル表現を生成するための３Ｄ設計アプリケーション１１０を実行するコンピュータープログラムコードがメモリに格納されている。さらに、メモリには、モデルデータ１１１、すなわち、例えばユーザー定義の玩具組立要素である物理的な物体のデジタル表現を表す一組のデータ構造が内部に格納されている。ユーザー定義の玩具組立要素を格納するデータフォーマットの例として、３Ｄ形状を、例えばＷａｖｅＦｒｏｎｔＯＢＪ等のメッシュとして格納する任意の適したファイル形式が挙げられるが、これに限定されない。
【００４２】
更なる例として、３Ｄ形状を体積として表す、ボクセルベースのデータフォーマット（例えば、ＲＡＷ、ＤＡＴ、ＯｐｅｎＱＶｉｓ、Ｆｉｅｌｄｓ３Ｄ）等のデータフォーマットが挙げられる。さらに、玩具組立セットのデジタル表現は、コンストラクティブソリッドジオメトリ（ＣＳＧ）のツリー表現を格納するデータフォーマットに格納されることもでき、これは設計プロセス全体の格納を可能にする。例えば、そのようなツリー形式は、ツリー構造を表すＸＭＬ形式として実行されることもでき、ＣＳＧツリー構造が基本とする基本形状の表現を格納しているそれぞれのデータファイル又はデータオブジェクト（例えば、ＷａｖｅｆｒｏｎｔＯＢＪ形式で表現される）に対するポインター又は他のリファレンスを含む。
【００４３】
さらに、メモリは、設計テンプレート１０７と、連結要素１０８と、設計上の制約１０９とを記述するデータを内部に格納している。
【００４４】
設計アプリケーション１１０は、例えばユーザー定義の玩具組立要素である物理的な形状を定義するデータ構造を読み取って解釈する機能を備えることもできる。設計アプリケーションは、データ構造を読み取り、コンピュータディスプレイ上で提示するために既知のグラフィック形式へそのようなデータ構造を変換するように動作可能とできる。
【００４５】
設計アプリケーションは、ユーザーインターフェースによって、例えば要素のライブラリーからテンプレート形状を索出すること、モデル化環境においてユーザーによって選択された位置に選択された形状を配置すること、及び、例えばユーザー定義の組立要素の回転を開始することやユーザー定義の組立要素の形状を変更すること等によってユーザー定義の玩具組立要素のデジタル表現を操作することのために、ユーザーコマンドへユーザーの対話を変換する機能を更に備える。各コマンドに加え、例えばディスプレイ座標系に関するカーソル座標である一組のそれぞれのパラメーターや、形状のタイプ等が関連付けられ得る。設計アプリケーションは、ユーザーのコマンドに応答して物理的な形状のデータ構造を変更するように動作可能である。設計アプリケーションは、メモリ、ファイル、ユーザーインターフェース等を制御するように更に適合されている。
【００４６】
ユーザー１０５は、好ましくはコンピューター画面上に表示されるグラフィカルユーザーインターフェースを含むユーザーインターフェース１０６と、キーボード及び／又はポインティングデバイス等の１つ又は複数の入力デバイスとによって、コンピューターシステム１０１との対話が可能である。
【００４７】
ユーザー定義の玩具組立要素のデジタル表現又は他のデータをロードし、保存し又はそれらを通信するために、コンピューターシステムは、例えばシリアルポート、パラレルポートである複数のＩ／Ｏポート、ネットワークインターフェース、無線インターフェース等が任意選択的に提供される入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）１０４を備える。入出力ユニットは、種々のタイプの記憶媒体及び例えばインターネットである種々のタイプのコンピューターネットワークへのインターフェースとして用いることができる。さらに、入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）１０４は、例えば対話式で他のユーザーとデータ構造を交換するのに用いることができる。さらに、入出力ユニットは、例えば３Ｄプリンタである３Ｄ物体の自動製造に用いる装置にデータを通信するように構成できる。このため、メモリは、設計アプリケーションによって生成されたデジタル表現を、３Ｄ物体の自動製造によって解釈可能な適した制御コードへ変換するように動作可能なデバイスドライバ又は同様のソフトウェアが内部に格納されているものとすることができる。
【００４８】
メモリ１０２と、中央処理装置（ＣＰＵ）１０３と、ユーザーインターフェース（ＵＩ）１０６と、入出力ユニット１０４との間のデータ交換は、データバス１１２によって達成できる。
【００４９】
図２は、設計アプリケーションのグラフィカルユーザーインターフェースを示す。ユーザーインターフェースは、ユーザー定義の玩具組立要素を表現する３Ｄ形状２０３の図を示すディスプレイエリア２０１を備える。形状は、所定の視点から示される。ユーザーインターフェースは、ユーザーが選択できる複数の基本形状２０６を含むパレットパネル２０５を更に備える。例えば、ユーザーは、基本形状２０６のうちの１つをマウスによってクリックし、それによって形状を選択し、選択した形状をディスプレイエリア２０１に所望の位置までドラッグできる。さらに、ユーザーインターフェースは、ユーザーが例えば連結要素の例を選択することを可能にする１つ又は複数の更なるパレットパネルを備えることができる。
【００５０】
ユーザーインターフェースは、様々な機能又はツールをアクティブにする複数のメニューボタン２０８を含むメニューバー２０７を更に備える。例えば、ツールバーは、仮想カメラ位置を変更し、それによってユーザーが種々の方向から形状２０３を見ることを可能にする回転ツールを含むことができる。メニューバーは、３Ｄ形状に対してズームイン及びズームアウトするズームツールを更に含むことができる。ツールの他の例として、物理的な形状の輪郭を描く描写ツールと、種々の形状を連結する連結演算子ツールと、ユーザーによって選択された形状位置を消去する消しゴムツール等が挙げられる。
【００５１】
メニューバー２０７は、データ構造を保存すること、以前に保存したデータ構造を開くこと、ユーザー定義の組立要素の画像をプリンティングすること、機能をヘルプこと、３Ｄプリンタを選択すること、３Ｄプリンティングプロセスを始動すること等のための機能としての標準機能を更に提供することができる。
【００５２】
図３ａから図３ｃは組立要素及びそれらの連結要素の例を示す。
【００５３】
図３ａは組立要素３０１の斜視図を示す。組立要素３０１は、例えば別の組立要素の底面の穴である別の組立要素の対応する穴と係合できる８個の突起部３０３ａから３０３ｈを伴う頂面３０２を有する。相応して、組立要素３０１は対応する穴を伴う底面（非図示）を備える。組立要素３０１は、いかなる連結要素も備えない側面３０４を更に有する。
【００５４】
概して、連結要素は、例えば、コネクター、レセプター及び混合型要素として種々のクラスの連結要素にグループ化できる。コネクターは別の組立要素のレセプターによって収納され、それによって組立要素間に接続を提供できる連結要素である。例えば、コネクターは別の要素の部品間で穴等に嵌合できる。レセプターは別の組立要素のコネクターを収納できる連結要素である。混合型要素は、通常は他の組立要素の協働する連結要素のタイプに応じて、レセプター及びコネクターの双方として機能できる部分である。
【００５５】
図３ｂは下から見た組立要素３１０の斜視図を示す。組立要素３１０は矩形でない頂面及び底面を有する。底面は、例えば図３ａの組立要素３０１の対応する突起部である１つ又は複数の他の組立要素を収納する穴３１１、３１２及び３１３を有する。穴は、縁３１４、補助ピン３１５及びコーナー３１６並びに３１７によって画定されている。したがって、上記の要素の全ての特性が組立要素３１０の底面の接続特性を決定する。
【００５６】
図３ｃは２つの組立要素３３１及び３３２を示す。組立要素３３１は、頂面に４個の突起部３３３と、底面に４個の対応する穴（非図示）とを有するブリックである。ブリック３３２は相互に直交しない平面を含む面を有する組立要素の一例である。具体的には、組立要素３３２は傾斜面３３４を有する。図３ｃに示されているように、組立要素３３１及び３３２は、それらの現時点の位置において、図示の位置では互いと係合する連結要素が無く、係合していない。
【００５７】
上記の組立要素及びそれらの連結要素は、考えられ得る組立要素及び考えられ得る連結要素の例にすぎないことが理解される。
【００５８】
図４はユーザー定義の組立要素を製造するプロセスのフロー図を示す。このプロセスはユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成する初期サブプロセスを含み、生成されたデジタル表現に基づいて、ユーザー定義の組立要素を製造するステップＳ４０４が続く。
【００５９】
デジタル表現を生成するサブプロセスは、例えば適切にプログラムされた汎用コンピューターであるデータ処理システムで実行されるソフトウェアにおいて実行されることができる。
【００６０】
デジタル表現を生成するサブプロセスは、一組の入手可能なタイプの連結要素からの１つ又は複数の連結要素を選択し、例えば適した座標系に対して、選択された連結要素のそれぞれについての位置及び向きを選択する初期ステップＳ４０１を含む。例えば、このプロセスは座標系に対する離散３Ｄ格子を画定するができる。格子の格子点のうちの幾つか又は全てが、連結要素についての有効位置を示すことができる。例えば、３Ｄ格子は、それぞれが矩形又は正方形の格子の２Ｄ格子を含む平行平面の形態を有することができる。個々の平面の２Ｄ格子は互いと位置合わせできる。連結要素、それらの位置及び／又はそれらの向きの選択は、少なくとも部分的にそれぞれのユーザーによる選択に基づくことができることが理解されるであろう。例えば、ユーザーにあるタイプの連結要素を選択する機能を提供できる。このため、データ処理システムは、データベース４１１、又はそれぞれの連結要素のデジタル表現の別の適したリポジトリを含むことができる。データベース４１１又は他のリポジトリは、メモリ、又はデータ処理システムの適した格納デバイスに格納できる。同様に、選択した連結要素を配置する位置を選択する機能をユーザーに提供できる。このプロセスは選択可能な位置を３Ｄ格子の格子点に自動的に限定できる。同様に、選択した連結要素の向きを選択する機能をユーザーに提供できる。このプロセスは向きを、例えば座標系に対して離散方向に自動的に限定できる。選択した連結要素のグラフィカル表現は、データ処理システムのユーザーインターフェースのディスプレイエリア内の選択した位置において表示できる。連結要素、それらの位置及び向きのデジタル表現４１０を生成し、メモリ、又はデータ処理システムの他の記憶媒体内に格納できる。
【００６１】
概して、幾つかの実施形態では、当該プロセスは、ユーザー定義の組立要素と１つ又は複数の予め製造された組立要素とを接続する接続部を、ユーザーが最初に指定することを可能にする機能を提供できる。これは多数の方法で行うことができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、データ処理システムによって維持される連結要素の群から、一般には３Ｄプリンティングによって又は具体的には手近な特定の３Ｄプリンティングシステムによって良好に得られることが分かっている１つ又は複数の例をユーザーは選択できる。その場合、格子のタイプ及び組立システムが課す規則がどのようなものであっても、それに従ってシステムはユーザーがこれらの連結部を配置するのに役立つことができる。例えば、ＬＥＧＯの名称で販売されているモジュラー組立システムの場合、連結部の配置は、１本の格子上に水平に並び、別の格子上に垂直に並ぶ。或る特定の連結要素は特定の向きに限定することができ、例えば、突起部は常に上向きであるといった具合である。代替的に又は付加的に、ユーザーは、ユーザー定義の組立要素を取り付け可能である連結要素群から連結要素を選択できる。プロセスは次に、適したタイプの嵌合型連結要素を自動的に選択し、ユーザーの嵌合型連結要素の配置を可能にできる。
【００６３】
代替的又は付加的に、データ処理システムは、玩具組立システムの組立要素から構成される玩具モデルのデジタル表現のユーザーによるインポートを可能にする機能を提供してもよい。玩具モデルのデジタル表現は例えば国際公開第２００４／０３４３３３号において開示されている方法のようなものとして知られている任意の適した方法を用いて生成できる。市販されている適したデジタルモデル化ツールの一例が、ＬＥＧＯ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｅｓｉｇｎｅｒという名称の下で入手可能である。特に、そのようなデジタルモデルは、インポートしたモデルを組み立てることができる組立要素の連結要素の位置及びタイプの表現を含むことができる。その場合、インポートしたモデルは、ユーザー定義の新たな組立要素が取り付け可能であるべきベースを表示できる。これに従って、ユーザー定義の組立要素にとって利用可能な連結要素を取り付け可能であるインポートしたデジタルモデルの露呈した連結要素をプロセスは特定できる。プロセスは次に、ユーザー定義の組立要素が取り付け可能であるべき特定された露呈した連結要素のうちの１つ又は複数のユーザーによる選択を可能にする機能を提供できる。プロセスは次に、インポートしたデジタルモデルのユーザーによって特定された連結要素に接続可能であるようになっている連結要素のタイプ、位置及び向きを決定できる。
【００６４】
一例として、ユーザーが新たな空力的前方面を作り出すことを望むモデル列車を挙げることができる。ユーザーは、ＬＥＧＯ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｅｓｉｇｎｅｒで機関車全体を構築し、新たな前方開口部を取り付ける余地及び突起部を残すことができる。効果的には、ＬＥＧＯ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｅｓｉｇｎｅｒが組立システムの規則とのモデル適合性を予め確保していれば、関連の格子及び規則に対して、選択された組の連結部は予め適切に位置合わせられるとともに向き付けられるであろう。
【００６５】
ステップＳ４０２において、このプロセスはユーザーが組立要素の形状を設計することを可能にする機能をユーザーに提供する。例えば、組立要素のテンプレートを選択する機能をユーザーに提供できる。このため、データ処理システムは、データベース４１２又は組立要素のそれぞれの設計テンプレート及び／又は組立要素の部分のデジタル表現の別の適したリポジトリを含むことができる。データベース４１２又は他のリポジトリはデータ処理システムのメモリ又は他の適した格納デバイスに格納できる。
【００６６】
当該プロセスは、選択されたテンプレート及び選択された連結要素のグラフィカル表現をデータ処理システムのグラフィカルユーザーインターフェースのディスプレイエリアにおいて表示できる。プロセスは、例えば様々な描写及び当該技術分野におけるようなものとして既知の設計ツールによってユーザーが形状を変更可能にする機能を更に提供できる。代替的又は付加的に、最初にテンプレートを選択することなく、新たな形状を設計する機能をユーザーに提供できる。
【００６７】
概して、連結要素の配置を選択すると、新たな組立要素が連結要素と交わるように、そして、連結要素がプリンティング可能な単一の連結された立体幾何学形状を形成するように、新たな組立要素の実際の形状を容易に設計する高度の自由度をユーザーは与えられ得る。例えば、プロセスはユーザー定義の形状を表示するボクセル構造を生成できる。プロセスは次に、ボクセル構造に基づき、形状が単一の連結された幾何学形状を有しているかを（例えば着色アルゴリズムによって）判定できる。さらに、プロセスは、薄化プロセス又は同様のモルフォロジー演算を用いて幾何学形状の薄い／脆弱な部分を特定できる。設計は、当該技術分野におけるようなものとして既知の技術、例えば、コンピューター援用設計（ＣＡＤ）システム及び／又はモデル化プログラムからのようなものとして既知の技術を用いる自由形態プロセスとすることができる。幾つかの実施形態では、プロセスは、基本形状原形（箱形、球形、トルス、円筒形等）とより細密で装飾的な予め設計されたテンプレートとを含む所定の形状群を提供できる。ユーザーは、形状を他の方法で配置、回転、スケーリング、かつ場合によっては変えることによって、そのようなアイテムを変更することができねばならない。プロセスは、フリーハンド造形モードを提供する機能を提供でき、そのモードでは、ユーザーは、例えば石膏モデルに対して直に作業することによく似て、手（マウス）で容易に形状面の特定の部分を軽く押し、滑らかにし、拡張させ、収縮させ、及び／又は別様に操作できる。さらに、プロセスは、例えばインターネットからダウンロードされた任意の３Ｄモデルから形状をインポートすることを可能にできる。
【００６８】
当該プロセスは、形状を連結してより複雑な形状にすることを可能にする機能をユーザーに更に提供できる。このようにして、個々の形状を組み立てる必要又は技術がなくとも、基本形状と所定の形状とを連結することで、熟練していないユーザーであっても所望の組立要素を迅速に組み立てることができる。複数のサブ形状と組立要素の一形状とのユーザーによる連結を可能にする、使用が容易な機能を提供する一例を、以下でより詳細に記載する。
【００６９】
当該プロセスは、選択した連結要素を含む、ユーザーが変更及び／又は設計した形状の変更されたデジタル表現４１０を、データ処理システムのメモリ又は他の適した格納デバイスに格納できる。
【００７０】
ステップＳ４０１及びステップＳ４０２は、図４において別個のステップとして示されているが、組み合わせて単一のステップにしても、異なる順で行ってもよいことが理解されるであろう。例えば、プロセスは、ユーザーが連結要素を選択及び位置決めする前と選択及び位置決めした後との双方においてユーザー定義の形状を編集することを可能にできる。
【００７１】
ステップＳ４０３中、プロセスは複数の予め画定された設計上の制約が果たされているかどうかを検証する。このため、データベース４１３又は設計上の制約の別の適したリポジトリをデータ処理システムは含むことができる。データベース４１３又は他のリポジトリはデータ処理システムのメモリ又は他の適した格納デバイスに格納できる。プロセスは、１つ又は複数の設計上の制約が履行されていないと判定する場合、関連する設計上の制約をユーザーに知らせ、関連する設計上の制約を履行する方法に関するガイドラインを任意選択的に提供できる。代替的に又は付加的に、プロセスは、設計上の制約の履行を実行するように、ユーザーによって設計された形状を自動的に変更してもよい。履行されていない設計上の制約に関する警告に応答して、ユーザーが行った変更に起因する変化、及び／又は、設計上の制約の自動実行に起因する変化があると、デジタル表現４１０が変化する。さらに、プロセスは、行われた変更を適切に任意選択的に強調させることにより、変更された形状のグラフィカル表現を表示できる。
【００７２】
当該プロセスは、戻って設計プロセスの一部を調整するか又は取り消すオプションを任意選択的に含むユーザーによって設計された形状を維持する機能と、最終的に設計された形状の一部でもある選択された接続部へのより形式的な要件を処理する機能とを提供できる。ここで、連結要素に関連付けられる設計上の制約の例をより詳細に記載する。
【００７３】
幾つかの実施形態では、プロセスは、例えば、通常の和、積及び／又は差の集合演算子を用いて、ユーザー定義の形状及び／又はユーザーによって選択された形状と、それぞれの連結要素と関連付けられる形状とを表現する階層的に連結した幾何学形状を生成することで、一組の設計上の制約を実行できる。これにより、プロセスは、形状と、この形状を構成するサブ形状との間の関係を定める。このため、プロセスは、コンストラクティブソリッドジオメトリ（ＣＳＧ）として既知の技法を採用できる。一般には、ＣＳＧにより、ユーザーが（和及び差の集合演算子及び／又は積演算子を用いて）２つの形状をともに「足す」か、又は或る形状を別の形状から「差し引く」ことが可能になる。
【００７４】
これより以下では図５及び図６に示されている例を参照しながら、連結要素と関連付けられる設計上の制約の実行を説明する。図５及び図６が幾何学形状を二次元断面の形態で示していることは留意するに値する。しかしながら、説明した原理は３Ｄモデルにも当てはまることが理解されるであろう。さらに、図５及び図６は連結要素とユーザー定義の形状との特定の例を示す。しかしながら、形状とサブ形状との間の集合関係を画定することで、設計上の制約を実行するプロセスは他のタイプの連結要素及び／又はユーザー定義の形状にも当てはめることができることが理解されるであろう。
【００７５】
図５ａに示されている例では、ユーザーは、基本矩形５０１を楕円形５０２に足すことを選択した結果、湾曲縁及び直線縁の双方を有するより複雑な立体形状５０３を得ている。３Ｄでは、矩形は箱体に対応し、楕円形は楕円体に対応でき、縁は３Ｄ面に対応する。
【００７６】
上記プロセスは、例えばＣＳＧツリーの形態で階層的な構造を維持することで元の基本形状（及びそれらの配置、スケーリング等）、及びそれらの基本形を連結する選択された演算子、図５ａの例では和演算子を定義することができる。
【００７７】
したがって、概して、ユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成するプロセスの実施形態は、例えばバイナリツリーである階層データ構造として、ユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成できる。その場合、ツリーのリーフノードが基本幾何学形状を表し、各ノードがその直前のノードの集合演算を表す。したがって、ルートノードは最終的な組立要素を表す。ノードは、自身と関連付けられる更なる属性を有することができることが更に理解されるであろう。例えば、基本形状を表すリーフノードは、自身と関連付けられる、形状の位置及び回転を表す座標を有することができる。
【００７８】
図５ｂに示されている例では、ユーザーは、代わりに楕円形（楕円体）５０２から矩形（箱体）５０１を差し引く／切り離すことを選択した結果、異なる、より複雑な立体形状５０４を得ている。
【００７９】
したがって、和及び差等の集合演算子は、例えば物体内にあるか又は物体を貫通する円形若しくは矩形の穴を形成するか、又は粗形状の底面を平滑にする使用が容易な機構をユーザーに提供する。
【００８０】
再度述べるが、上記プロセスは、新たな連結形状５０３又は５０４について、内部構造としては例えばＣＳＧツリーである小さな階層データ構造を維持するだけでよいが、画面上には直接の幾何学形状結果を表示できる。
【００８１】
ＣＳＧ等の階層データ構造及び集合演算子は、より小さい階層構造から構成される形状を更に連結することで、大きな階層構造を形成する結果、それらを単にインタラクティブに足す及び差し引くことによって非常に複雑な形状を得ることを可能にすることがそれらの利点である。例えばユーザーが楕円体５０１と箱体５０２とを足すことによって形成された初期形状５０３から、より小さな円筒５０５を差し引くことを選択した結果、それによって、得られた形状５０７の上面に小さな空洞５０６が形成されている例を図５ｃは示す。なお、内部表現としては、上記形状を連結する演算を含む階層構造全体を維持することで、後で、戻って形状の連結を取り消す、すなわち、例えば初期の球形の位置を調整し、最終的に得られる形状を単に再算出することが容易である。
【００８２】
本明細書に記載しているユーザー定義の組立要素のデジタル表現を生成する設計プロセスの実施形態に関し、ＣＳＧツリー等の階層構造を用いて形状の連結の順を確保し、それにより、ユーザーが設計された組立要素の全体形状をどのように定義しようとも、初期に配置された接続部の完全性を効果的に実現できる。
【００８３】
概して、各連結要素は１つ又は複数の第１の体積、すなわち、材料によって満たされるべき３Ｄスペースの或る領域と、空のままとすべきである１つ又は複数の第２の体積とに関連付けることができる。
【００８４】
例えば、それぞれがフック状の側方突起６０４を有する一対の突出アームの形態の連結要素６０２を備える予め製造された組立要素６０１の一例を図６ａは示す。連結要素６０２に取り付け可能なユーザー定義の組立要素の嵌合型連結要素は、例えば、一対の対向する面に、対応する他の面側に向かって突出するそれぞれのフランジが設けられ、円筒形の止まり穴又は他の形状の形態を有することができる。したがって、ユーザー定義の組立要素は、連結要素６０２が接続できる適した構造を含むとともに、予め製造された組立要素からの連結要素６０２を挿入できる十分なスペースと、連結要素６０２の要素が撓む必要があり得る余地とを提供すべきである。
【００８５】
このため、ユーザー定義の組立要素の連結要素は、材料によって満たされることで連結要素６０２がユーザー定義の組立要素上に捉えられることを可能にする第１の体積６０５と、空のままであることでコネクターアームを撓ませる余地を含む適所に連結要素６０２が摺動することを可能にするべき第２の体積６０６とによって画定され得る。２つのタイプの体積、すなわち、材料によって満たされる必要がある１つ又は複数の体積及び空のままである必要がある１つ又は複数の体積が、他のタイプの連結要素に関しても画定され得ることが理解されるであろう。
【００８６】
その場合、上記プロセスは、各タイプの組立要素に関して上記２つのタイプの体積を画定することによって、連結要素と関連付けられる設計上の制約を実行できる。したがって、ユーザー定義の組立要素に含まれる連結要素は、ユーザー定義の組立要素を表す階層データ構造内のリーフノードとして２つのタイプの体積を伴うことができる。プロセスは、連結要素と関連付けられた体積を残りの形状と連結する後続のノードを更に生成することができる。特に、第１の体積は和演算によって連結でき、その一方、第２の体積は差演算によって連結できる。
【００８７】
特に、組立要素と関連付けられた体積はツリー構造のルートに近接して配置でき、その一方、ユーザーによって設計された全ての形状は連結要素と関連付けられた体積の下位のサブツリー内に配置される。それによって、ユーザーが足す立体体積が、連結要素が必要とする空洞のいずれも満たすことがないことが確実となる。同様に、ユーザーが適切な連結機能に必要とされる連結要素のいかなる部分も切り離すことがないことをプロセスは確実にすることができる。
【００８８】
図６ｂはデジタル表現の一例をツリー構造の形態で概略的に示す。ツリー構造はリーフ６２１、６２２、６２３を備え、リーフ６２１はユーザー定義の形状を表し、リーフ６２２及び６２３は予め製造された組立要素６０１の連結要素６０２に取り付け可能な連結要素と関連付けられた体積を表す。リーフ６２２は立体である、すなわち材料によって満たされる必要がある第１の体積を表すのに対し、リーフ６２３は空のままである必要がある第２の体積を表す。ノード６２１はリーフノードとして示されているが、ユーザー定義の形状６２１をともに形成するそれぞれの部分形状の連結を表す複数のノードを備えるサブツリーのルートとすることができることが理解されるであろう。
【００８９】
体積６２１から（ノード６２４によって表されているように）体積６２３を差し引き、これにより得られる差分の体積に和演算によって（ルートノード６２５によって表されているように）体積６２２を足すと、得られる形状は体積６２６によって示される形態を有する。このことで、得られる組立要素を連結要素６０２に接続できることが確実となる。特に、ユーザーによって設計された形状６２１は接続部を画定する体積６２２及び６２３の下位にあるため、形状６２３は常に連結要素が適所に摺動することができるのに必要なスペースを削り、形状６２２は常に連結要素６０２がヒンジ接続することができる縁を提供する必要がある場合に材料を足す。
【００９０】
したがって、ＣＳＧツリー等のツリー構造では、連結要素と関連付けられた体積がルートレベルにおいて適用されると、ユーザー定義の組立要素の得られる形状の連結完全性を確保することができる。
【００９１】
設計されたアイテムにこのアイテムに関して設計されたモデルと一致しない部分がないことを確実にするように、上記プロセスはインポートされた基本モデルを表示する関連付けられた体積を含むことができることが更に理解されるであろう。さらに、アイテムが選択された接続部の適所に摺動するのに必要とされる必要な余分な自由スペースを算出することで、プロセスは理論上では適合するが実際には取り付けることができない設計をユーザーが作成することを効果的に防ぐことができる。
【００９２】
再び図４を参照すると、ステップＳ４０３は、図４では別個のステップとして示されているが、設計上の制約の検証及び／又は実行は、例えば、上記の格子に対する、連結要素の有効な位置決めの実行に関して記載されているように、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２の一方又は双方に部分的に又は完全に統合することができることが理解されるであろう。
【００９３】
設計プロセスは、例えばユーザーコマンドに応答することによって完了すると、得られたデジタル表現４１０を３Ｄプリンタ又は組立要素の自動製造に用いる別の適した周辺デバイスに転送できるか、別様には、ステップＳ４０１に戻ることでユーザーが設計プロセスを続行することを可能にすることができる。ユーザーが設計プロセスを終了し、設計された組立要素を製造する準備を完了すると、組立要素の正確な形状が、例えば上述した階層データ構造に基づいて、立体幾何学形状仕様としてソフトウェアにおいて表現される。プロセスは、不揮発性メモリに、ハードディスク又は別の適した記憶媒体上に、デジタル表現を保存できることが理解されるであろう。
【００９４】
モデルを３Ｄプリンタシステムに送る前に、ソフトウェアはモデルに対して様々なチェック及び適合を行うことができ、それらのチェック及び適合の一部は採用される実際の３Ｄプリンティング技術に応じて要求され得る。
【００９５】
多くの３Ｄプリンタは、下から上、又は上から下に積層してアイテムを製造する。双方の場合とも過剰な（又は不足の）細部、すなわち、３Ｄプリンティングプロセスがそれらの細部をつなぐ層に達するまでアイテムの残りの部分につながっていない細部は、プリンティングされるアイテムの、それに対する適合を必要とする場合がある。そのような（一時的な）セグメント化及び構造の分解を防止するには、モデルをプリンタに送る前にモデルに一時的な支持構造体、通常はプリンティングが終了するまで構造の分離部分を支持する小さい材料コラムを付加する必要がある場合がある。その後、ユーザーはこれらの支持構造体を手で取り外し、例えば、コラムの残りのスタブを切り落とすか又はやすりをかけて磨くことによってアイテムを仕上げる。
【００９６】
さらに、プリンティングプロセス中に様々な細部にかかる重力を最小限に抑えるように支持構造体を付加する必要がある場合がある。ソフトウェアプロセスは、アイテムをプリンティングする前にアイテムにこれらの物理的な算出を行うことができ、自動的に又はユーザーと協働して支持構造体を含むべき場所及び方法を指定できる。
【００９７】
また、通常は数学的モルフォロジーを幾何学的構造体に加えることによって、設計されたアイテムを製造する前に設計アイテムの完全性に関する他のチェックをソフトウェアは行うことができる。そのようなチェックは薄すぎて製造すること又は耐久性を有することができないセグメント及び部分を除外するチェック（及び警告）を含むことができる。
【００９８】
また、材料使用、エネルギー使用、製造時間及び／又は価格を低減するために、又は重量及び製造アイテムにかかる応力を低減するために、数学的モルフォロジーを適用して非常に大きい立体体積の内部に空洞をもたらすか、又は立体構造全体を、その面のいかなる部分も変えることなくシェル表現にすることができる。ここでも同様に、必要性及び方法は近くの３Ｄプリンティング技術に応じて様々とすることができる。
【００９９】
さらに、上記プロセスは、デジタル表現を変更しないままで、又は異なる形式への変換後に転送することができる。ソフトウェアプロセスは、ユーザーとのいかなる所要の対話（ユーザーが要求することができるマニュアルセットアッププロセスをサポートするダイアログも含め）、３Ｄプリンタ（及びそれに伴う下位レベルのドライバソフトウェア）と更に直接対話することができる。これは、熟練していないユーザーが立体モデルをファイルにエクスポートすることができず、場合によっては特定のプリンタに適する別の３Ｄファイル形式にそのモデルを変換することができず、また何らかのサードパーティーソフトウェアを用いて最終的にモデルをプリンティングすることができない可能性があるため、有利であり得る。熟練していないユーザーをサポートするのに、また、迅速な反復による設計サイクルを可能にするのに、製造プロセス全体がソフトウェアの一環でなければならない。
【０１００】
最後にステップＳ４０４において、ユーザー定義の組立要素を３Ｄプリンタ又は他の周辺デバイスによって製造する。
【０１０１】
当業者は本発明の範囲内で上記の方法の変形形態を実施することができることが理解される。例えば、上記ステップのうちの幾つかの順は変更されてもよく、ステップは組み合わされてもよいといった具合である。
【図１ａ】
2014523025.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2014523025.tif 000011
【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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