(57)【要約】本発明により物理的構造の仮想モデルを生成するシステムは、基板と、センサデータを供給する少なくとも１つのセンサと、該センサにより感知することが可能であって前記基板上に取り付け可能な少なくとも１つの構築部品と、前記センサとインターフェースされて該センサからデータを入力すると共に前記基板上に取り付けられた各部品の位置及び寸法を上記センサデータに基づいて決定するコンピュータとを有し、該コンピュータは、前記基板上に取り付けられた前記部品の各々からなる構造の、コンピュータ表示器上に表示されるべき仮想モデルを前記部品の各々の位置及び寸法に基づいて生成する。前記構築部品は、電気署名を持つような電気接点を有する。前記センサは、電源に接続された回路基板であり、電圧計と、電流計と、切換ネットワークと、前記電圧計からデータを入力すると共に前記電圧計、電流計及び切換ネットワークを制御するプロセッサとを有する。該センサは、各構築部品の上記回路基板上での上記電気署名、位置及び向きを感知する。
2004519034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ駆動型表示器上に表示されるべき物理的構造の仮想モデルを生成するシステムにおいて、
基板と、
センサデータを供給する少なくとも１つのセンサと、
前記センサにより感知することが可能な少なくとも１つの部品であって、各々が前記基板上に取り付け可能な部品と、
前記センサをコンピュータに結合するインターフェースと、
を有し、前記コンピュータは前記基板上に取り付けられた前記各部品の位置及び寸法を前記センサデータに基づいて決定し、前記コンピュータは前記基板上に取り付けられた場合の前記部品の配置を表す構造の、コンピュータ表示器上に表示されるべき仮想モデルを生成することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記各部品は、当該部品が前記基板上に取り付けられた場合に前記センサにより感知することが可能な材料を有すると共に、前記センサにより感知することが可能な識別ラベルを含み、
前記センサデータは、前記識別ラベルから感知される識別データと、感知された前記各部品に関する位置データ及び向きデータとを有し、
前記センサデータは前記コンピュータ及び前記センサの一方により記憶されることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記各部品は非導電材料から形成されると共に、導電材料から形成された少なくとも１つの突出電気接点を更に有し、
前記センサは所定の位置に電気的接触孔のアレイを設ける回路基板を有し、
前記部品の各々における前記突出接点の各々は、前記孔の各々に受入されて、前記回路基板と電気的接触をなすことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記センサ及び前記コンピュータの一方は前記各部品に関する前記識別データに関連された特性データを記憶し、該特性データは当該部品の寸法及び形状を表すデータを有していることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記各部品の前記識別ラベルは電子署名を有し、
前記センサは、取り付けられた前記各部品の位置及び該部品の電子署名を感知することが可能な回路基板である、
ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記各部品に関する前記識別ラベルは磁気署名を有し、
前記センサは、取り付けられた前記各部品の位置及び前記磁気署名を読み取ることが可能な磁気感知ボードを有している、
ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項３に記載のシステムにおいて、前記センサは前記基板の上面上に形成され、前記回路基板は、該回路基板上に電気接点のアレイを露出させるために所定位置に配置された孔のアレイを有するような非導電性被覆により被覆されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記センサは、電源に接続されると共に、正の電圧を判定するために電圧計にアクセスし、正の電圧を有する前記回路基板上の接点における電流を決定するために電流計にアクセスし、切換ネットワークにアクセスし、且つ、前記電圧計からデータを入力すると共に前記電圧計、電流計及び切換ネットワークを制御するためにプロセッサにアクセスすることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項３に記載のシステムにおいて、
前記各部品は２つの関連された電気接点を有し、
前記各部品の前記各電気接点は複数の導体を有し、前記電気接点の１つにおける前記導体の各々は関連する接点における１つの導体と１対１の対であり、
前記回路基板上の前記各電気接触孔は複数の導体を有し、
取り付けられた部品の接点と前記回路基板の接触孔との間の電気的接触が、前記取り付けられた部品の前記接点における前記複数の導体と前記回路基板の接触された前記接触孔における前記複数の導体との間で１対１の電気的接触を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記センサデータは、取り付けられた前記部品の関連する接点と電気的に接触する前記回路基板上の接点の位置と、前記関連する接点に関して前記電流計により読み取られた電流値とを有していることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記各部品における前記対の導体は独立して電気的に接続され、各電気的接続部は所定の群の可能性のある抵抗から選択された少なくとも１つの抵抗を有し、
前記各部品の識別ラベルが選択された前記抵抗を含んでいる、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記各部品は２つの電気接点を有し、これら電気接点の各々は３つの導体を有し、これら導体の対の間の各電気的接続部が１つの抵抗を有していることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記部品の各々に対して、前記導体の対の間における前記電気的接続部の１つがダイオードを有し、
前記各部品の向きは、当該部品の関連する接点の何れが前記ダイオードを備えた前記電気的接続部における前記導体対に対して零電流値を有するかを決定することにより判定される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
非導電材料から形成され、基板上に取り付けるための部品において、
関連された電気接点の対を有し、これら接点の各々は複数の導体を有し、これら導体の各々は関連する接点における関連する導体に対して１対１の対応で独立して接続され、各接続部は一群の可能性のある抵抗から選択された抵抗を含み、
前記部品を識別する電子署名が、該部品における前記関連する導体の前記複数の接続部における前記抵抗の組合せを含む、
ことを特徴とする部品。
【請求項１５】
請求項１４に記載の部品において、前記接続部の１つがダイオードを更に含むことを特徴とする部品。
【請求項１６】
基板上に取り付けられた少なくとも１つの部品に関するセンサデータを入力するソフトウェア・アプリケーションであって、コンピュータ・プログラム・コードを有するようなソフトウェア・アプリケーションにおいて、
前記センサデータは、前記基板上に取り付けられた前記各部品に関して該基板上における素性、向き及び位置を表すデータを有し、
前記コンピュータ・コードは前記センサデータを処理して、前記基板上に取り付けられた前記各部品の前記素性、位置及び向きを決定し、
前記コンピュータ・コードは、取り付けるのに利用可能な前記各部品の寸法及び形状を表すデータを含むような特性データにアクセスして、前記基板上に取り付けられた各部品の寸法及び形状を該各部品の前記素性に基づいて決定し、
前記コンピュータ・コードは、前記基板上に取り付けられた前記部品の配置を表す仮想画像を、該基板上に取り付けられた各部品の形状、寸法、向き及び位置に基づいて生成する、
ことを特徴とするソフトウェア・アプリケーション。
【請求項１７】
請求項１６に記載のソフトウェア・アプリケーションにおいて、
前記基板は回路基板を有し、
前記センサデータは、前記回路基板上の接点の格子における各接点と関連された電流値及び関連の抵抗値を示すデータを有し、
前記素性は、前記回路基板上に取り付けられた各部品に関連する抵抗値に基づいて決定される、
ことを特徴とするソフトウェア・アプリケーション。
【請求項１８】
基板上に取り付けられる部品の素性、位置及び向きを感知するセンサにおいて、
前記基板上に取り付けられ、接点の格子を有する回路基板であって、前記各接点が複数の導体を有するような回路基板を有し、
前記センサは、電源に接続されると共に、電圧計、電流計及び交換ネットワークにアクセスし、
前記センサは、更にプロセッサにアクセスして、前記電圧計からデータを入力すると共に、前記電圧計、電流計及び交換ネットワークを制御する、
ことを特徴とするセンサ。
【請求項１９】
コンピュータ駆動型表示器上に表示されるべき、基板上に取り付けられた少なくとも１つの部品を表す仮想画像を生成する方法であって、前記基板上に取り付けられた各部品は前記基板上に形成された電気回路基板と電気的に接触し、前記回路基板は接点のアレイを有し、前記各接点が前記回路基板上において所定の位置を有するような方法において、
前記各接点に高インピーダンス電圧を順次印加して、前記接点のアレイにおける各接点をテストすると共に、該テストされている接点と接触するような取り付けられた部品の存在及び位置を決定するステップと、
前記テストされている接点の所定の半径内における前記基板上の接点に関して前記電圧を測定するステップと、
前記テストされている接点及び関連する接点において、部品が前記テストされている接点と電気的に接触していること及び非零測定電圧を有するような関連する接点を判定するステップであって、前記テストされている接点及び前記関連する接点の位置が、電気的に接触していると判定された部品に関する位置データであるようなステップと、
取り付けられた部品と電気的に接触していると判定された場合に、前記テストされている接点に低インピーダンス電圧を印加するステップと、
前記テストされている接点及び該接点に関連する接点に関し、前記テストされている接点及び該接点に関連する接点に接触していると判定された部品の識別を示すような電流値を感知するステップであって、前記部品の前記識別が識別データであるようなステップと、
各部品の識別に関して寸法データを含むような特性データを記憶する部品の識別のデータベースを調べるステップと、
前記基板上に取り付けられた場合の前記部品の配置を表すような仮想モデルを、各部品に関する位置データ、識別データ及び特性データに基づくような前記部品の各々からなる構造に従って生成するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、部品がレベルで基板上に取り付けられ、順次のレベルを有する仮想画像が、
第１レベルの仮想モデルを生成するステップと、
第２レベルに関して物理的構造を生成するステップと、
前記第２レベルの仮想モデルを生成すると共に、該モデルを前記第１モデルの仮想モデルに統合するステップと、
により形成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仮想モデルを生成するシステム及び方法に係り、特には、物理的に操作可能な構成部品から形成される３Ｄ物理モデルを変換すると共に、該物理モデルを仮想モデルに転換するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縮尺モデルは、建物等の完全なサイズの構造を設計又は解析するために、しばしば、有効である。モデルの例としては、三次元モデル（構造のような）、二次元モデル（図面のような）及び仮想モデルが含まれる。
【０００３】
仮想モデルは、三次元物理主体の二次元表面上でのコンピュータ表示であり、該画像は三次元であるように見える。仮想モデルは、人工主体又は自然主体であり得るような実際の又は仮想の三次元主体をモデル化するために生成することができる。仮想モデルは、研究的、娯楽的及び商用的並びに教育的用途に使用される。
【０００４】
仮想モデルに対しては、物理主体を解析し、該仮想モデルを操作すると共に修正し、斯かる修正されたものを解析し、及び仮想主体を生成するような多くの目的のためにソフトウェアを適用することができる。当該主体が人工のものであるような場合に関しては、仮想モデルは該主体の実際の建造のための青写真を作成するために使用することができる。
【０００５】
仮想画像を生成する手段を提供するために、コンピュータプログラムが種々の複雑さのレベルで存在する。典型的には、三次元構成部品のメニュが、マウス、タブレット及びスペースボール等の斯かる構成部品を操作するためのツールと共に提供される。ユーザは、構成部品及びこれら部品の配置を選択することにより、構成部品を空間的関係で合成する。コンピュータ補助設計（ＣＡＤ）のような高度に複雑なコンピュータ作図ツールが、技術者等の訓練された専門家により使用される。例えばアクティブ・ワールド、コスモ・ワールド、ＶＲクリエータ、インターネット・３Ｄスペース・ビルダ、Ｖ−Ｒｅａｌｍビルダ等々の仮想現実構築ツールのような余り技術指向でないコンピュータ・モデル化ツールも、素人にとり利用可能であるが、これらも、空間認識、仮想モデルを理解及び操作する能力、並びにコンピュータの使用に対する気楽さのレベルを必要とする。
【０００６】
現在のコンピュータ仮想モデルツールの欠点は、仮想構成部品の選択及び操作に対して利用可能な選択性の制限である。更に、現実と仮想モデルとの間にギャップが存在する。設計者の心にある思想を正確にモデル化する仮想モデルを作成するのは困難である。この結果、仮想モデルの設計者は、当該仮想助モデルから生成される青写真に従い構築された該仮想モデルの物理的実現（ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）に満足しないことになり得る。
【０００７】
頭部装着表示器、データ手袋及び他の人体センサを、任意選択的に触覚フィードバックと共に、仮想物体を操作するために使用することができる。しかしながら、これらは、物理的構造の正確な仮想モデルを生成するために該構造の実際の構成部品を感知する手段を提供するものではない。更に、斯様な装置は非常に高価である。
【０００８】
物理的物体の仮想三次元再生用に使用される３Ｄスキャナは、小さな体積に制限され、非常に高価でもある。
【０００９】
観念的画像、即ち観測される物理的主体と実際の三次元画像との間で変換するための平均的人間の能力の不足により、仮想画像の生成及び操作に関しても問題が存在する。空間的関係の概念化は、しばしば素人では発達していない又は不足している能力である。存在している又は想像的な主体の仮想画像の生成は、空間的描写及びコンピュータの使用について訓練されていない又は熟練していない人にとっては挑戦となる。
【００１０】
対照的に、早い年齢から、子供は物体を操作し及び構造を作ることにより学び及び遊ぶ。成人は、通常、観念的像又は観測される物理的主体に従い構造を構築し及び変更する高度に発達した能力を有している。子供を含む平均的な人は、適切なツールが提供された場合、完全なサイズの構造のミニチュアの物理的モデルを作成することができる。
【００１１】
しかしながら、平均的な人にとり仮想モデルよりも実サイズの構造の物理的モデルを作成する方が遙かに容易ではあるが、仮想モデルは物理的モデルが提供することができないような多くの利点をもたらす。
【００１２】
建築おもちゃから構築される構造に基づいて仮想モデルを作成するシステムは、三菱電機研究所（ＭＥＲＬ）によりＤａｖｉｄ Ａｎｄｅｒｓｏｎ他による２０００年４月の“触知的対話＋グラフィック的解釈：３Ｄモデル化の新方法”なる論文（ルイジアナ州、ニューオリンズ、２０００年７月２３〜２８日のＳＩＧＧＲＡＰＨ ２０００の原稿集に開示されており、ｗｗｗ．ｍｅｒｌ．ｃｏｍ／ｒｅｐｏｒｔｓ／ＴＲ２０００−１３／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌにも見られる）。しかしながら、このＭＥＲＬのシステムは複雑であり、製造するには高価である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、物理的モデルを仮想モデルに変換する簡単且つ安価なシステムに対する需要が存在する。
【００１４】
従って、本発明の１つの目的は、物理的主体の現実的な仮想モデルの作成を容易にするような使い易く且つ理解し易いシステム及び方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、物理的主体の物理的モデルを生成すると共に該モデルを仮想モデルに転換するシステム及び方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、物理的構造の構成部品を感知及び識別し、これら物理的構成部品の基準に対する位置及び向きを感知し、並びに上記物理的構造の仮想モデルを上記構成部品の識別情報及び相対配置位置に基づいて生成するシステム及び方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明により物理的構造の仮想モデルを生成するシステムは、基板と、センサデータを供給する少なくとも１つのセンサと、該センサにより感知することが可能であって前記基板上に取り付け可能な少なくとも１つの構築部品と、前記センサとインターフェースされて該センサからデータを入力すると共に前記基板上に取り付けられた各部品の位置及び寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を上記センサデータに基づいて決定するコンピュータとを有し、該コンピュータは表示手段上に表示されるべき仮想モデルを生成し、該仮想モデルは前記基板上に取り付けられた前記部品の各々からなる構造の前記部品の各々の位置及び寸法に基づくようなモデルである。
【００１８】
前記構築部品は、電気署名を持つような電気接点を有する。前記センサは、好ましくは電源に接続された回路基板であり、電圧計と、電流計と、切換ネットワークと、前記電圧計からデータを入力すると共に前記電圧計、電流計及び切換ネットワークを制御するプロセッサとを有する。該センサは、各構築部品の上記回路基板上での上記電気署名、位置及び向きを感知する。
【００１９】
また、本発明は、物理的構造の、コンピュータ表示器上に表示されるべき仮想モデルを生成する方法を含み、該方法は、基板上に取り付けられた各部品を感知するステップと、上記基板上に取り付けられた各部品の位置及び寸法を上記感知されたデータに基づいて決定するステップと、前記基板上に取り付けられた部品の各々からなる構造の仮想モデルを各部品の上記の決定された位置及び寸法に基づいて生成するステップとを有する。
【００２０】
上記方法は、上記基板の上層上に形成された電気回路基板を走査することにより先ず部品を感知する。上記回路基板は、該回路基板上で所定位置を有するアレイ状接点の各々を、各接点に電圧を印加すると共に近隣の接点の電圧及び電流レベルを感知することによって順次テストすることにより走査される。これら電圧及び電流のデータは、各部品の位置、向き及び素性（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）を決定するために使用されるデータを提供する。上記素性は、各部品の形状及び寸法を有するような特性を決定するために使用される。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的、特徴並びに利点は、添付図面を参照してなされる本発明の例示的実施例の下記詳細な説明に照らして明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
幾つかの図にわたり同様の符号が同様又は同一の構成要素を示す図面を参照すると、特に図１において、符号１０で示す本システムは基板１２と、該基板１２上に取り付ける構築部品１４と、基板１２上に取り付けられた各部品１４を感知する少なくとも１つのセンサ１６とを有している。センサ１６はコンピュータ１８にセンサデータを供給する。コンピュータ１８は、上記センサデータを表示データに変換して、構築部品１４により形成された構造の仮想画像を得る。モニタ２０のような表示手段は、コンピュータ１８から表示データを入力し、該表示データを表示する。
【００２３】
基板１２は、構築部品１４が取り付けられる面を設けている。好ましい実施例においては、該基板は上記構築部品の位置決めに対する基準面を提供する。更に、好ましい実施例においては、基板１２は、前記センサ１６、及び該センサ１６とコンピュータ１８との間をインターフェースするインターフェース２２を収容する。
【００２４】
各構築部品は、上記センサにより感知することが可能な材料から構成されている。各構築部品には、更に、上記センサにより感知することが可能な識別手段２４が設けられている。該識別手段は好ましくはラベルの形態であり、該ラベルは当該構築部品を、部品の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）のような該部品の特性を識別する目的で識別する。該識別ラベルは、バーコード、カラー、マイクロチップにより生成されるコード化又は如何なる識別的特徴とすることもできる。異なる向きで配置することが可能な構築部品は、適切な面から前記センサに対して識別ラベルを供給するように構成されている。
【００２５】
上記センサは、一緒に当該センサの機能を果たすような別個の部品を含むことができると理解されるべきである。該センサの機能は、各構築部品の空間内位置を該部品の次元に基づいて決定することである。好ましい実施例においては、このことは、各構築部品の存在を検出し、当該構築部品の位置（向きを含み）を検出し、該構築部品を識別することにより達成される。センサの幾つかの例は、カメラ、音響検出器、温度検出器及び電気的刺激の存在を感知する電気回路等を含む。
【００２６】
インターフェース２２は、センサ１６とコンピュータ１８との間の通信を容易にする。インターフェース２２は、例えば、ケーブル接続を容易にするようなＲＳ−２３２又はＵＳＢポート等のポートを含んでいる。インターフェース２２は無線とすることもでき、光学波、無線波、赤外波等を受信するインターフェースを含むことができる。他の実施例においては、インターフェース２２はネットワーク、イントラネット又はインターネットに接続する手段である。インターフェース２２が前記基板とは別体のユニットとすることも考えられる。コンピュータ１８は、単一のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラから複数の処理ノードにわたり分散されたコンピュータシステムまでの、如何なる計算装置でもよい。“コンピュータ”なる用語は、最も広い意味で使用されている。或る実施例においては、コンピュータ１８は、インターネットに接続され、該インターネットを介して前記センサによりアクセスされる。他の実施例においては、コンピュータ１８は上記センサとインターフェースされた第１コンピュータと、該第１コンピュータをインターネットのようなネットワークを介して通信する第２コンピュータとを有し、コンピュータ１８の機能が第１及び第２コンピュータに存在するようにする。
【００２７】
ソフトウェア・アプリケーションを実行するコンピュータ１８は、上記センサのデータを処理して、該データを構築部品１４により形成される構造の仮想画像に変換する。好ましい実施例においては、上記センサデータは、コンピュータ１８が各構築部品１４の識別子（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及び位置を決定することができるような充分なデータを提供するものとする。コンピュータ１８は、構築部品１４の特性及び寸法を該構築部品の識別子に基づいて決定する。また、コンピュータ１８は、上記の寸法情報を位置情報と合成して、当該構築部品１４の三次元画像を表示するための表示データを供給する。また、コンピュータ１８は各部品に関する上記表示データを合成して、構築部品１４により形成される構造の仮想画像を形成する。
【００２８】
ソフトウェア・アプリケーション及びコンピュータ１８の機能は、上記センサ及びコンピュータ１８に関連されるプロセッサ間で分散させることができる。更に、ソフトウェア・アプリケーション及びコンピュータ１８の機能は、ローカルなサーバと、例えばインターネットサービスを提供するウェブサーバ等の遠隔サーバとの間で分散させることができる。
【００２９】
本発明の第１実施例が図２に示されている。構築部品１４の各々は、非導電性材料から形成され、導電性材料から形成された突出ピン７２等の少なくとも１つの電気接点を更に有している。識別ラベル２４は、上記突出ピン７２と電子的接触がなされる場合に感知される電子署名である。好ましい例では、該電子署名は、所定量の抵抗値を供給する少なくとも１つの抵抗のような、各ピン７２に関連付けられた受動電子部品により供給される。
【００３０】
好ましい実施例においては、図３に示すように、各構築部品には２つの関連された導電ピン７２ａ、７２ｂが設けられる。各ピン７２ａ、７２ｂには少なくとも１つの独立した導体、好ましくは３つの導体７４ａ、７４ｂ、７４ｃが設けられ、各導体７４は独立してアドレス指定が可能である。各導体７４は、関連されたピンにおける他の導体７４と相互に対とされる。図示のように、ピン７２ａにおける導体７４ａ、７４ｂ、７４ｃは、ピン７２ｂにおける導体７４ａ、７４ｂ、７４ｃと各々対応する。抵抗７８を含む導電接続部７６が対応する導体の対の間に形成される。各抵抗７８は、１群の抵抗値から選択された抵抗値を有する。好ましい実施例においては、上記抵抗値の群は、１ｋ、２ｋ、５ｋ、１０ｋ、２０ｋ、５０ｋ、１００ｋ、２００ｋ及び５００ｋオームのような６ないし９個の異なる抵抗値からなる。各構造部品１４において導電接続部７６に対して選択される抵抗７８の組合せが、接続部７６間に電圧を印加すると共に流れる電流を測定することにより読み取り可能な当該構造部品１４の識別ラベル２４を提供する。上記導電接続部の１つに対して、対応する導体対の１つの間にダイオード８０が設けられている。該ダイオード８０は当該接続部を介して１方向のみに電流が流れるのを可能にする。
【００３１】
好ましい例においては、図２を参照すると、構築部品の関連されたピン７２ａ、７２ｂは互いに近接して配置され、追加の非導電ピン７６が設計に応じて基板１２上における当該構築部品１４の構造的支持のために設けられている。
【００３２】
他の実施例においては、小さな基部を有する構築部品に１つのピン７２が設けられ、該ピン７２は２組の対応する導体７４を有している。更に他の実施例においては、構築部品１４に３以上のピンが設けられる。更に他の実施例においては、各ピン７２に、自身に関連付けられた識別抵抗値を有する１つの導体対７４が設けられ、該抵抗値は抵抗の固有の直列の組合せにより形成され、これら抵抗は１群の既知の抵抗値から選択される。
【００３３】
図２を参照して、第１実施例におけるセンサ１６を説明する。該センサ１６は、基板の面上における各構築部品１４の存在及び位置を感知する。センサ１６は更に各構築部品１４に関する識別ラベル２４を読み取る。センサ１６は、所定の位置に電子接点８２のアレイを設けるような回路基板８１を含んでいる。好ましい実施例においては、上記センサは、基板１２の表面上に形成され、所定のピッチで配置された孔８６のアレイを有する非導電性被覆８４により覆われ、回路基板８１上の電子接点８２のアレイを露出させるような回路基板８１である。図４に示すように、各接点８２には、当該孔８６に挿入されるべきピン７２の各導体７４と接触させるための導体８８が設けられている。好ましい実施例においては、各接点８２は３つの導体８８を有する。当該センサは、取り付けられた構築部品１４に関して上記回路基板８１を走査する。
【００３４】
図５は、上記センサに関連された走査する手段の好ましい実施例を示し、該手段は選択された接点８２に電圧を印加するための電源１００のような電圧印加手段と、選択された接点８２における電圧を測定する電圧計１０２と、選択された接点８２における電流を決定する電流計１０４と、接点８２を選択する切換ネットワーク１０６と、電圧計１０２、電流計１０４及び切換ネットワーク１０６を制御すると共に上記電圧計からデータを入力する埋込プロセッサ１０８とを有している。プロセッサ１０８は、電子装置からデータを入力すると共に斯かる電子装置を制御することが可能な如何なる処理装置とすることもできる。インターフェース１１０は、前記コンピュータ１８とインターフェースするために、上記プロセッサ１０８を基板のインターフェース２２とインターフェースさせる。センサ１２に関連された上記プロセッサ１０８とコンピュータ１８とにより実行される処理及び機能は、これらプロセッサ１０８及びコンピュータ１８の間で分散させることができる。
【００３５】
使用時において、ユーザは構築部品のピン７２の各々を、これらピン７２が回路基板８１に接触するように孔８６の１つに挿入することにより、これら構築部品１４を基板１２上に取り付ける。ユーザが当該物理的モデルを仮想モデルに変換することを要求する準備が整うと、該ユーザはセンサ１６とコンピュータ１８との間のインターフェースを起動する。好ましい実施例においては、該インターフェース手段は基板１２内に収容されており、ケーブルが一端において基板１２内のインターフェース２２に結合され、他端においてコンピュータ１８に結合されている。ユーザは当該コンピュータ上のプログラムを実行させて、上記センサのデータを入力すると共に該データを仮想画像データに変換させる。ユーザは、センサ１６からコンピュータ１８へデータを転送する処理を、コンピュータ１８を介して選択を行うか又は該センサ１６に結合された基板１２上のスイッチにより開始させる。好ましい実施例においては、ユーザは上記処理をコンピュータ１８に関連されたユーザ・インターフェースを介して開始させ、該コンピュータが前記センサに回路基板８１の走査を開始するよう命令する。
【００３６】
上記走査処理及びセンサデータの記録の制御は、センサ１６のプロセッサ１０８若しくは上記コンピュータか、又はこれら２つの組合せにより提供される。
【００３７】
上記走査処理が図６に示されている。当該処理はステップ２００で開始し、該ステップにおいては、最初の接点８２が試験接点として選択される。ステップ２０５においては、電圧が上記試験接点に印加される。７４ａ又は７４ｃのような接続ダイオードのない導体のうちの１つの選択された導体にのみ電圧を印加する必要がある。該電圧はトランジスタ又は演算増幅器１１０等の高インピーダンスで以って印加されるので、取り付けられているであろう構築部品１４内の内部抵抗値は無関係となる。ステップ２１０において、上記試験接点を囲む接点８２の選択された導体に対応する導体が、正の電圧を有し、該試験接点と同一の構造部品１４に関連することを示すような接点を見付けるために前記電圧計によりテストされる。関連する接点のために走査される当該試験接点を囲む領域の大きさは、全ての構造部品１４の関連するピンの間の可能性のある最大の距離により決まる半径内の全ての接点を含む。ステップ２１５において、関連する接点が見付かったかが判定される。見付からなかった場合、制御はステップ２３５に進む。見付かった場合は、制御はステップ２２０に進む。ステップ２２０においては、電圧が、試験接点の各導体に一度に１つずつ、上記高インピーダンス無しで印加される。ステップ２２５において、関連する接点の各々の対応する導体において電流が測定される。判定ステップ２２７において、最後の導体が既にテストされたかの判定がなされる。されていないなら、制御はステップ２２０に戻る。全ての導体が一旦テストされると、制御はステップ２３０に進む。ステップ２３０において、当該試験接点及び関連する接点の位置と共にステップ２２５からの上記測定電流値を含むセンサデータが記憶される。ステップ２３５において、回路基板８１上の次の接点８２が選択される。各接点８２が、１度、試験接点として選択される。ステップ２４０において、走査されるべき接点８２がこれ以上存在せず、走査が完了したことを示すかが判定される。走査が完了した場合、ステップ２４５においてメッセージ又は信号がコンピュータ１８に伝送される。走査が未だ完了していない場合は、制御はステップ２０５に戻る。
【００３８】
上記走査処理が完了するまで、上記センサデータはセンサ１６により記憶される。完了に際して、該記憶されたセンサデータはコンピュータ１８に伝送される。他の例として、上記の記憶されたデータは生成される毎に送信され、コンピュータ１８により記憶されるようにしてもよい。
【００３９】
関連する接点の各対に対して、２組のデータが記憶される。関連する対の接点の第１組のデータにおいて測定され且つ記憶される電流は、ダイオードを含むような関連する導電接続部７６を経て通過する電流に関しては０アンペアである。同一の関連する導電接続部に関して第２組のデータにおいて測定され且つ記憶される電流は、反対方向に流れる電流の場合は非零であり、該関連する導電接続部７６に対して設けられた抵抗７８の抵抗値を示す。上記の第１及び第２なる用語の使用は、これらが測定される順序を示すものではない。上記第２組のセンサデータは、当該構築部品の識別ラベル２４となる、３つの関連する導電接続部７６の合計抵抗値を計算するために必要なデータを供給する。当該構築部品の向きは上記第１組のデータの零電流により決定される。このように、当該構築部品の上記向き、並びに関連するピンの記憶された位置及び識別ラベルは、該構築部品の可視像の生成のための必要な情報を提供する。
【００４０】
他の実施例においては、各構築部品の識別ラベルは前記基板上に当該構築部品を取り付ける前に決定される。例えば、構築部品の識別コードをキーボード又はバーコードリーダ等のユーザ・インターフェースを介して入力することができる。他の例として、各構築部品１４を識別するために知能的認識方法を使用することもできる。当該構築部品の位置も、同様に、ユーザ・インターフェースを介して手動で入力することができる。
【００４１】
走査が完了した場合、上記センサデータは、取り付けられた各構築部品の導電ピン８８と接触する当該センサ上の関連する接点８２の各組に関して測定された電流の値を含むことになる。コンピュータ１８は、該センサデータを入力及び処理して、関連する接点８２の各組の位置及び向き、並びに各構築部品１４の素性を決定する。コンピュータ１８は、構築部品に関するプロファイルのデータベースを調査して、識別された各構築部品の特性を取り出す。これら特性は、当該構築部品１４の形状及び寸法を含む。取り出された特性から、上記コンピュータは各構築部品の、前記基板上の当該構築部品の実際の位置に対応する位置における仮想画像を作成することができる。
【００４２】
好ましい実施例においては、ユーザは、単一の多レベル構造の仮想画像に合成されるような、順次のレベルの構築部品を構築し続けるオプションを有する。各レベルは基板１２上に別個に構築される。走査された後に各層を分解し、新たな層の構築に進むことにより、１つの基板１２を複数の層のために使用することも可能である。ユーザは、コンピュータに対し、当該新たな層が何のレベルにおいて仮想モデルに組み込まれるべきかを指定する。好ましい例においては、ユーザはコンピュータに対して１つの層を仮想モデルに複数回含ませるよう命令することができる。
【００４３】
好ましい実施例において、仮想画像の形成は、構造の完成に際して、上記基板内のインターフェースが上記コンピュータに接続された際に実行される。しかしながら、上記基板を構築部品が取り付けられつつある間に上記コンピュータにインターフェースさせ、該コンピュータが構築されつつある当該構造の進行中の表示を提供するようにすることも可能である。
【００４４】
次に図７に示す第２実施例を参照すると、各構築部品１４の識別ラベルは磁気署名であり、各ラベルは当該センサにより感知されるべき面からアクセスすることができる。
【００４５】
センサ１６は、基板１２の上面を形成する磁気感知ボード５２を有している。センサ１６の該ボード５２は、基板１２上に取り付けられた各構築部品１４の磁気署名識別ラベルを読み取ると共に、ボード５２上の構築部品１４の位置及び向きを感知することができる。インターフェース５６が、コンピュータ１８と通信するために設けられている。
【００４６】
他の実施例においては、構築部品１４は、導電性ポリマにより形成され、回路基板等の導電性材料を感知することが可能なセンサ上に直に載置される。
【００４７】
各構築部品１４の三次元形状は、上記センサにより感知されるか、又は上記センサ若しくはコンピュータにより当該構築部品１４の識別情報と関連させて記憶されるかの何れかである。
【００４８】
他の実施例においては、上記構築部品１４の各々及び／又は上記センサは埋め込まれたマイクロチップを有する。構築部品１４内の埋込チップは識別コードを記憶する。他の例として、構築部品１４に関連する特性は、当該構築部品１４自身内の又はその代わりにセンサ１６内の埋込チップに記憶される。
【００４９】
他の実施例においては、各構築部品が、自身の上に直に積み重ねられる構築部品を感知するためのセンサを含む。更に、各構築部品は、自身の上に直に積み重ねられた構築ブロックに対し該構築ブロックの素性について及び自身の上に何が積み重ねられたかを尋問するための埋込チップを含む。各構築部品は、自身の上に積み重ねられた構築部品の全てに関するセンサデータを記憶する。最下層の構築部品は、全てのセンサデータを前記基板に収容されたセンサに供給する。該基板は自身のセンサデータを生成して、該自身のセンサデータを上記最下層により供給されたセンサデータと共に前記コンピュータへ伝送する。
【００５０】
他の実施例においては、構築部品は近隣の構築部品を感知し、該センサデータを記憶し、且つ、該センサデータをコンピュータ１８に供給するセンサを含んでいる。
【００５１】
構築部品１４が、実寸法の構造に対する、ブロック、ビーム及びパネル等の実際の部品であることが考えられる。実際の構造の仮想モデル化は、コンピュータ処理ツールを用いることにより構造を解析する手段を提供する。コンピュータ１８は、既存の構造を、該構造の部品の特性、環境因子、当該構造の実際の状況及びユーザの現在／将来の要求に従って解析する。このように、本発明は、予測される地震、洪水、ハリケーン；将来の要求に対する改修計画；老朽化又は災害による損害の評価；及び予測される戦争に対する構造解析等の事象に関して判断を行うツールとなる。
【００５２】
また、上記基板上に取り付けられる構築部品を介して種々の構造をモデル化し得ることが考えられる。例えば、上記基板をマネキンとし、上記構築部品を衣装物品とすることができ；上記基板を何らかの基準点又は表面とし、上記構造を移送車両又は機械装置とすることができる。当該構造は構築部品の特性に従い仮想モデルに変換される。また、上記仮想モデルが当該構造の構成部品の動きを、これら部品の特性を取り入れながらシミュレーションすることも可能である。
【００５３】
以上、本発明を特定の好ましい実施例を参照しながら示し及び説明したが、当業者によれば、形態及び細部の種々の変更を添付請求項に記載された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく実施することができると理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明によるシステムのブロック図である。
【図２】
図２は、本発明によるシステムにおける基板の第１実施例の一部が展開された斜視図である。
【図３】
図３は、本発明の第１実施例によるシステムの構築部品における導体の回路図である。
【図４】
図４は、本発明の第１実施例によるシステムにおける回路基板の一部の詳細な図である。
【図５】
図５は、本発明の第１実施例によるシステムにおけるセンサの部品の回路図である。
【図６】
図６は、本発明の第１実施例によるシステムにおける回路基板を走査する間に実行されるステップのフローチャートである。
【図７】
図７は、本発明によるシステムにおける基板の第２実施例の斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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