CN116034399A - 显示控制装置、加工仿真装置、显示控制方法及程序 - Google Patents

Abstract

显示控制装置(10)具有：形状数据取得部(11)，其取得通过加工仿真而加工后的假想的加工物的形状数据；照明条件取得部(12)，其取得由假想光源对加工物照射光时的照明条件；材质信息取得部(13)，其取得加工物的材质信息；照相机位置信息取得部(14)，其取得决定图像的显示范围的假想照相机的位置信息；观察状态取得部(16)，其取得观察者的观察状态信息；以及显示图像生成部(17)，其生成图像，提供给显示部(20)。显示图像生成部(17)基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及观察状态信息，对由假想光源对加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即第1反射光之中的、从所述各位置朝向观察者的眼的第2反射光进行计算，在从假想照相机观察的假想的加工物的图像中附加第2反射光。

Description

显示控制装置、加工仿真装置、显示控制方法及程序

技术领域

本发明涉及显示控制装置、加工仿真装置、显示控制方法及程序。

背景技术

NC(Numerical Control)工作机械基于由CAM(Computer Aided Manufacturing)装置等创建的加工程序而进行加工。在由NC工作机械加工后的加工物中，有时会发生表示是与加工程序的设计者的意图不同的完成品的加工不良。加工不良例如是在加工程序中存在问题的情况下，在由于加工条件或NC工作机械的调整不适当而NC工作机械没有追随加工程序的指示等情况下发生的。在由NC工作机械进行切削加工时加工程序中存在问题的情况下，加工不良是由于切削残留或切削过量而发生的。

为了防止发生如上所述的加工不良，在通过NC工作机械进行加工前，基于预先创建的加工程序进行加工仿真的装置正在普及。例如，参照专利文献1。在专利文献1中记载有下述技术，即，使基于加工程序进行加工仿真后的假想的加工物的加工面的形状在显示部进行显示。

另外，通过计算机对建筑原材料的完成品进行仿真的技术正在普及。例如，参照专利文献2。在专利文献2中记载有下述技术，即，使与观察环境的变化及建筑原材料的朝向的变化相对应的建筑原材料的图像在显示部进行显示。

专利文献1：日本特开2017－156170号公报

专利文献2：日本特开2017－33319号公报

发明内容

但是，由NC工作机械加工后的加工物的加工面的质感与建筑原材料不同，根据加工物的材质、刀具的加工路径等也不同。另外，与加工物的用途相应地，加工面的评价基准不同。因此，在上述任意的现有技术中，基于预先创建的加工程序对加工物的加工面的质感进行预测，难以基于该预测而修正为与针对加工物的每个用途的评价基准相对应的加工程序。

另外，观察者基于与观察状态相应地变化的表面的质感(例如，光泽及阴影的位置)，对加工物的形状及质感进行识别。但是，在上述任意的现有技术中，在显示部显示出的假想的加工物的图像中的质感没有如实际环境那样与观察状态相应地变化。因此，基于加工仿真的结果，难以对加工物中的加工不良的有无进行确认。

本发明的目的在于，将对通过加工仿真而加工后的假想的加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光附加于图像。

本发明的一个方式所涉及的显示控制装置使通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像在显示部进行显示，该显示控制装置具有：形状数据取得部，其取得表示所述加工物的形状的形状数据；照明条件取得部，其取得由假想的光源对所述加工物照射光时的照明条件；材质信息取得部，其取得表示所述加工物的材质的材质信息；照相机位置信息取得部，其取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示决定所述显示部中的所述图像的显示范围的假想的照相机的位置；观察状态取得部，其取得观察状态信息，该观察状态信息包含从所述显示部的显示面至观察者的眼的位置为止的距离和所述观察者的视线相对于所述显示面的方向；以及显示图像生成部，其生成从所述照相机观察的所述加工物的所述图像，提供给所述显示部，所述显示图像生成部基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息及所述观察状态信息，对由所述光源对所述加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即第1反射光之中的、从所述各位置朝向所述观察者的眼的反射光即第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

本发明的其他方式所涉及的显示控制方法由使通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像在显示部进行显示的显示控制装置执行，该显示控制方法具有下述步骤：取得表示所述加工物的形状的形状数据；取得由假想的光源对所述加工物照射光时的照明条件；取得表示所述加工物的材质的材质信息；取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示决定所述显示部中的所述图像的显示范围的假想的照相机的位置；取得观察状态信息，该观察状态信息包含从所述显示部的显示面至观察者的眼的位置为止的距离和所述观察者的视线相对于所述显示面的方向；生成从所述照相机观察的所述加工物的所述图像，提供给所述显示部，在对所述显示部提供所述图像的步骤中，基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息及所述观察状态信息，对由所述光源对所述加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即1次反射光之中的、从所述各位置朝向所述观察者的眼的反射光即第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

发明的效果

根据本发明，能够将对通过加工仿真而加工后的假想的加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光附加于图像。

附图说明

图1是概略地表示实施方式1所涉及的加工系统的结构的框图。

图2是表示图1所示的NC工作机械的球头铣刀的结构的侧视图。

图3是表示由图2所示的球头铣刀加工后的加工物的斜视图。

图4是表示实施方式1所涉及的加工仿真装置的使用状态的概略图。

图5是概略地表示实施方式1所涉及的加工仿真装置的结构的框图。

图6是表示由实施方式1所涉及的显示控制装置生成对显示部提供的图像的假想空间的示意图。

图7的(A)是表示对加工物的加工面的各位置照射出的入射光及该入射光的反射光之中的1次反射光的示意图。图7的(B)是表示对加工物的加工面的各位置照射出的入射光、该入射光的反射光之中的1次反射光及2次反射光的示意图。

图8的(A)是表示由实施方式1所涉及的显示控制装置的显示图像生成部生成的微观用显示图像的一个例子的图。图8的(B)是表示由实施方式1所涉及的显示控制装置的显示图像生成部生成的宏观用显示图像的一个例子的图。

图9的(A)是表示在图8的(A)所示的显示器的左侧以下降的方式倾斜时在显示器进行显示的图像的一个例子的图。图9的(B)是表示在图8的(A)所示的显示器的右侧以下降的方式倾斜时在显示器进行显示的图像的一个例子的图。

图10是概略地表示实施方式1所涉及的加工仿真装置的硬件结构的图。

图11是表示实施方式1所涉及的显示控制装置的动作的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式1所涉及的显示控制装置、加工仿真装置、显示控制方法及程序进行说明。以下的实施方式1只不过是个例子，能够适当变更。

〈实施方式1〉

图1是概略地表示实施方式1所涉及的加工系统1的结构的框图。如图1所示，加工系统1具有加工仿真装置100、CAM装置200和NC工作机械300(以下，也称为“NC加工机”)。

加工仿真装置100是对NC工作机械300针对被加工物的加工进行模拟的装置。此外，关于加工仿真装置100的结构，在后面记述。

CAM装置200创建记述有向NC工作机械300的动作指令的加工程序。

NC工作机械300基于由CAM装置200创建的加工程序，对被加工物进行加工。在图1所示的例子中，NC工作机械300具有作为切削用刀具的球头铣刀301和对球头铣刀301进行驱动的驱动部302。球头铣刀301能够将被加工物的表面形成为自由形状。驱动部302例如具有电动机和将电动机的驱动力传递至球头铣刀301的传递机构(例如齿轮)。此外，NC工作机械300并不限定于球头铣刀，也可以具有钻头等其他刀具。

图2是表示图1所示的NC工作机械300的球头铣刀301的结构的侧视图。如图2所示，球头铣刀301的前端部301a的形状例如为球状。另外，球头铣刀301的除了前端部301a以外的部分301b例如为圆柱状。

图3是表示由图2所示的球头铣刀301加工后的加工物400的斜视图。加工物400具有由球头铣刀301加工后的加工面410。在图3所示的例子中，加工面410具有多个切削面411、412、413。球头铣刀301在加工物400形成圆弧状的切削面411、412、413。在这里，在多个切削面411、412、413之中的相邻的切削面之间，形成有三角形状的尖部414、415。

接下来，对在切削加工后的加工物发生的加工不良进行说明。在由图1及图2所示的球头铣刀301切削加工后的加工物，有时由于切削路径等问题而在加工面及加工物的形状发生加工不良。在发生加工不良的情况下，产品无法出厂，因此希望不会发生加工物中的加工不良。

通常来说，在加工不良中存在“伤”及“加工不均匀”这2种不良。在这里，“伤”例如是在加工物的加工面形成的具有微小深度的槽。槽的深度例如为大约10μm。换言之，“伤”是在加工后原本为连续面的加工面的一部分形成台阶而发生的加工不良。“伤”的有无通过加工面的形状的不规则性进行识别，因此通过由人触摸加工面，从而能够进行判断。

“加工不均匀”例如是在加工物的加工面形成的具有微小高度的不连续的凹凸。凹凸的高度例如为大约1μm。“加工不均匀”是在加工面中质感的波动在大范围发生的加工不良。即，“加工不均匀”是加工物的形状没有均质化，加工面中的一部分的部位的颜色或样式与其他部位的颜色或样式看起来不同的加工不良。“加工不均匀”的有无能够通过光的衍射，基于彩虹色的颜色不均匀或形状不均匀在加工面出现而进行判断。

通常来说，“伤”及“加工不均匀”的有无由NC加工机的用户通过视觉方式进行评价。例如，用户进行加工物的试制加工，通过将室内的照明光或太阳光等照射到该试制加工后的加工物的加工面时的反射光对加工不良的有无进行确认。在由用户判定为存在加工不良时，该加工物无法出厂。因此，用户进行对加工程序中的加工参数进行修正的作业。但是，包含试制加工及加工参数的修正作业在内的加工准备过程是需要大量时间的过程。因此，希望削减该加工准备过程，使加工作业高效化。

接下来，对由人实施的物体表面的质感的识别进行说明。在实际环境中，对物体照射出的光的反射光与物体的材质、物体的表面的形状或位于物体的周边的光源的特性等相应地发生变化。例如，人根据通过反射光的变化而表现出的物体的表面的微细的凹凸、光泽及阴影的变化，对物体的材质进行理解。由此，人能够对物体的表面性状，即，物体的质感进行识别。

由此，本说明书中的“质感”是人通过由物体的表面(即，加工物的加工面)反射出的反射光所理解的材质特性。反射光具有波长特性(以下，也称为“色调”)、指向性及扩散性等特性。

另外，在人对物体的表面进行观察的情况下，进行使眼、头或身体移动这一能动的动作。基于如上所述观察时的动作，物体的表面的光泽及阴影发生变化，由此人更容易理解物体的材质。由此，如果与观察时的人的动作相应地，在加工仿真装置100的显示部(即，后面记述的图4所示的显示器20)显示的假想的加工物(以下，也称为“对象”)的图像变化，则能够进行模拟出由NC加工机实际加工后的加工物的加工面的显示。

在由物体的表面反射出的反射光中包含镜面反射出的反射光成分及扩散反射出的反射光成分。镜面反射是指光的入射角和反射角彼此为相同角度的反射。扩散反射是入射光从反射面向各种方向反射。因此，镜面反射出的反射光成分的指向性强，扩散反射出的反射光成分向全方位方向反射。另外，在由物体的表面反射出的反射光中还包含进行内部反射的反射光成分及进行相互反射的反射光成分。内部反射是在物体的内部传输的光在该内部散射而朝向物体的外部反射。相互反射是从物体反射出的光照到其他物体而进一步反射。

因此，在使对显示于加工仿真装置100的显示部的假想的加工物的图像附加的反射光的色调变化的情况下，能够进一步提高该加工物的真实感。反射光的色调的变化例如能够通过在下述图像中发生而实现，该图像将包含存在于显示部的周边的物体或人在内的风景及该显示部与所照射的光的色调相对应地映入。

接下来，对加工仿真装置100的结构进行说明。图4是表示图1所示的加工仿真装置100的使用状态的概略图。如图4所示，加工仿真装置100具有显示控制装置10和作为显示部的显示器20。显示控制装置10是能够执行实施方式1所涉及的显示控制方法及实施方式所涉及的程序的装置。

显示控制装置10使通过加工仿真而加工后的假想的加工物502的图像在显示器20进行显示。加工仿真装置100的用户即观察者50通过观察显示器20，从而能够对加工仿真的结果进行确认。在图4所示的例子中，在显示器20显示出的图像是后面记述的图8的(B)所示的宏观用显示图像A2。

显示器20例如是液晶显示器、有机EL(Electro Luminescense)显示器、微型LED(Light Emitting Diode)显示器等。此外，显示器20也可以是空中显示器、HMD(HeadMounting Display)、VR(Virtual Reality)装置、AR(Augmented Reality)装置等其他显示装置。

在图4所示的例子中，显示控制装置10及显示器20设置于终端装置30。终端装置30例如是平板型PC(Personal Computer)、笔记本型PC等。此外，显示控制装置10也可以设置于除了具有显示器20的终端装置以外的其他终端装置。

图5是概略地表示实施方式1所涉及的加工仿真装置100的结构的框图。如图5所示，显示控制装置10具有形状数据取得部11、照明条件取得部12、材质信息取得部13、照相机位置信息取得部14、显示范围信息取得部15、观察状态取得部16和显示图像生成部17。

形状数据取得部11取得表示加工物的形状的形状数据。形状数据取得部11是经由被观察者50(参照图4)操作的输入装置(例如，键盘及鼠标等)110而取得形状数据。形状数据取得部11例如取得3维的体数据而作为形状数据。取得的形状数据存储于显示控制装置10的存储部(未图示)。此外，形状数据取得部11并不限于取得3维的体数据的结构，也可以取得通过使加工物的表面向法线方向变化而进行了表现凹凸感的凹凸映射所得到的数据。另外，形状数据取得部11也可以取得通过3维形状测量装置对实际切削加工后的加工物的形状进行测量而得到的数据。形状数据取得部11将所取得的形状数据输出至显示图像生成部17。

照明条件取得部12取得由假想的光源(即，后面记述的图6所示的假想光源42)对加工物照射光时的照明条件。在加工物的材质为金属的情况下，照明条件例如包含从假想的光源射出的光向加工面射入时的角度、假想的光源的位置、光的强度、光的配光分布、假想的光源的数量、光的颜色及光的波长特性的大于或等于任1个。

在图5所示的例子中，照明条件取得部12经由输入装置110取得照明条件。照明条件取得部12将所取得的照明条件输出至显示图像生成部17。此外，照明条件取得部12也可以不经由输入装置110取得照明条件，可以存储有预先决定的照明条件。另外，照明条件取得部12也可以存储有预先决定的多个照明条件。例如，在加工物的材质为金属的情况下，与照明条件相应地对加工面照射的光的反射特性不同。照明条件取得部12存储有多个照明条件，由此能够取得与加工物的材质或形状相对应的照明条件。

材质信息取得部13取得表示加工物的材质的材质信息。在实施方式1中，材质信息取得部13作为材质信息而取得表示加工物的原材料的原材料信息。加工物的原材料例如包含金属(例如铝、铁、钛等)、树脂(例如塑料)、木材及橡胶的任意者。在材质信息取得部13例如存储有预先决定的多个原材料信息。材质信息取得部13取得从所存储的多个原材料信息经由输入装置110由观察者50选择出的原材料信息而作为材质信息。此外，在加工物的原材料信息没有存储于材质信息取得部13的情况下，材质信息取得部13可以取得经由输入装置110输入的新的原材料信息而作为材质信息。另外，材质信息取得部13并不限于原材料信息，也可以取得包含与加工物的物体颜色有关的信息或与镜面反射强度有关的信息在内的纹理图像而作为材质信息，也可以取得BRDF(Bidirectional Reflectance DistributionFunction)数据而作为材质信息。

照相机位置信息取得部14取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示将观察显示器20(参照图4)的观察者50的眼虚拟地置换后的假想的照相机(即，后面记述的图6所示的假想照相机41)的位置。照相机位置信息取得部14例如经由键盘及鼠标等输入装置110取得照相机位置信息。此外，在显示器20是能够进行触摸操作的显示器(以下，也称为“触摸面板显示器”)的情况下，照相机位置信息取得部14可以经由触摸面板显示器中的观察者50的触摸操作而取得照相机位置信息。

显示范围信息取得部15取得由照相机位置信息取得部14取得的照相机位置信息，作为表示在显示器20显示的假想的加工物的图像的显示范围的显示范围信息。

观察状态取得部16取得表示观察显示器20的观察者50(参照图4)的观察状态的观察状态信息。观察状态信息包含从显示器20的显示面20a(参照图4)至观察者50的眼的位置为止的距离，和观察者50的视线相对于显示面20a的方向。观察状态取得部16例如是对观察者50进行拍摄而跟踪观察者50的拍摄装置(例如彩色照相机、红外线照相机等)。

观察状态取得部16例如对通过拍摄观察者50而取得的图像所包含的观察者50的头50a(参照图4)的面积进行检测，由此取得从显示器20的显示面20a至观察者50的眼的位置为止的距离。在由观察状态取得部16检测出的头50a的面积大于预先决定的阈值的情况下，能够检测出观察者50处于比预先决定的基准位置更近的位置。另外，在检测出的头50a的面积小于或等于该阈值的情况下，能够检测出观察者50处于比基准位置远的位置。此外，观察状态取得部16也可以对观察者50的头50a的宽度或长度进行检测。另外，观察状态取得部16也可以以该拍摄装置最初拍摄到观察者50时的观察者的眼的位置为基准位置，根据观察者的眼是否相对于该基准位置向左右方向及上下方向的任意方向移动而取得观察状态信息。

另外，观察状态取得部16也可以取得检测出的头50a的图像中的像素的移动量，基于该像素的移动量而取得观察者50相对于显示面20a的位置。另外，也可以在检测出的头50a的面积历时地变小时，取得与该头50a的面积的变化量相对应的像素的移动量，基于该像素的取得量而取得观察者50相对于显示面20a的位置。

如图4所示，在实施方式1中，观察状态取得部16设置于显示器20。此外，观察状态取得部16也可以设置于显示器20的附近。另外，观察状态取得部16也可以设置于显示控制装置10或显示控制装置10的附近。在该情况下，观察状态取得部16可以是加速度传感器、陀螺仪传感器、ToF(Time of Flight)传感器等。另外，观察状态取得部16如果能够取得显示器20和观察者50的相对的位置关系，则可以配置于远离加工仿真装置100的位置。

另外，在由照明条件取得部12取得的照明条件之中的假想的光源的位置远离预先决定的基准位置的条件的情况下，通过加工仿真而加工后的对象的外形(即质感)没有变化。此时，观察状态取得部16可以不取得观察者50相对于显示面20a的位置。

显示图像生成部17生成对显示器20提供的假想的加工物的图像。显示图像生成部17基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及观察状态信息而生成图像。具体地说，显示图像生成部17生成基于照明条件、材质信息、照相机位置信息及观察状态信息对加工物的形状数据进行渲染处理后的图像。假想的加工物的图像是在假想的3维空间(即，后面记述的图6所示的假想空间V)中生成的。

图6是表示生成假想的加工物(以下，简称为“加工物”)500的假想空间V的示意图。在图6示出了XYZ正交坐标系。X轴及Y轴是与水平面平行的坐标轴。Z轴是与X轴及Y轴这两者正交的坐标轴。如图6所示，在假想空间V中存在决定显示器20中的加工物500的图像的显示范围的假想照相机41和作为假想空间V中的光源的假想光源42。

假想照相机41的位置是通过加工仿真而加工后的假想的加工物500的图像在显示器20进行显示时的视点位置。显示器20中的加工物500的显示范围是基于假想照相机41的位置确定的。即，显示器20中的加工物500的图像的显示范围与假想照相机41的位置相对应。在实施方式1中，观察者50(参照图4)对照相机位置信息取得部14输入假想照相机41的位置，由此确定显示器20中的加工物500的显示范围。即，假想照相机41的位置表示观察显示器20的观察者50的视点的位置。如上所述，通过观察者50的输入操作，使假想空间V中的假想照相机41的位置发生变化，由此能够将显示器20中的加工物500的显示范围自由地设定为由观察者50观察的范围。

假想光源42作为对加工物500照射的光而照射入射光L1。在图6所示的例子中，假想照相机41及加工物500各自的位置固定，假想光源42的位置与观察者50(参照图4)的观察状态相应地变化。例如，假想照相机41固定于将加工物500在显示器20(参照图4)中能够显示的位置，假想光源42的位置与观察者50的观察状态相应地在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的任意方向变化。

显示图像生成部17(参照图5)基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及观察状态信息，对由假想光源42对加工物500的各位置照射出的入射光L1的反射光即第1反射光L2之中的、从该各位置朝向观察者50的眼的反射光即第2反射光L3的强度进行计算，在从假想照相机41观察的加工物500的图像中附加该第2反射光L3。例如，在与观察状态相应地假想光源42的位置变化时，显示图像生成部17对从加工物500的加工面的各位置朝向观察者50的眼的第2反射光L3的强度进行变更。由此，在显示器20中显示的加工物500的质感变化。

如图5所示，显示控制装置10还具有比例尺信息取得部18和比例尺信息判断部19。此外，显示控制装置10即使是不具有比例尺信息取得部18及比例尺信息判断部19的结构，也能够实现。

比例尺信息取得部18取得表示显示器20中的图像的比例尺的比例尺信息。在显示器20为触摸面板显示器的情况下，比例尺信息取得部18例如经由通过触摸操作产生的手势动作或使用滑块条的GUI(Graphical User Interface)而取得比例尺信息。此外，在显示器20中没有内置触摸传感器的情况下，比例尺信息取得部18例如可以经由键盘及鼠标等输入装置而取得比例尺信息。

在实施方式1中，由比例尺信息取得部18取得的比例尺具有第1比例尺和大于第1比例尺的第2比例尺。第1比例尺是对通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像的一部分进行放大显示时的比例尺。第2比例尺是对通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像进行等倍显示或缩小显示时的比例尺。

比例尺信息判断部19基于由比例尺信息取得部18取得的比例尺信息，对在显示器20中显示的图像的种类进行判断。在实施方式1中，比例尺信息判断部19在第1比例尺由比例尺信息取得部18取得时，判断为使显示器20对微观用显示图像(即，后面记述的图8的(A)所示的微观用显示图像A1)进行显示。比例尺信息判断部19在第2比例尺由比例尺信息取得部18取得时，判断为使显示器20对宏观用显示图像(即，后面记述的图8的(B)所示的宏观用显示图像A2)进行显示。此外，比例尺信息判断部19在具有大于或等于预先决定的基准值的放大率的比例尺信息由比例尺信息取得部18取得时，可以判断为使显示器20对微观用显示图像进行显示。另外，比例尺信息判断部19在具有与基准值相同或小于基准值的放大率的比例尺信息由比例尺信息取得部18取得时，可以判断为使显示器20对宏观用显示图像进行显示。

显示图像生成部17具有微观用显示图像生成部17a和宏观用显示图像生成部17b。

微观用显示图像生成部17a在由比例尺信息判断部19判断为在显示器20中显示的图像是微观用显示图像时，生成该微观用显示图像。微观用显示图像是附加有由图6所示的假想光源42照射出的入射光L1的第1反射光L2之中的1次反射光(即，后面记述的图7的(A)所示的1次反射光L21～L25)的图像。如上所述，微观用显示图像生成部17a是对附加有1次反射光的图像进行渲染(也称为“描绘”)的渲染部。

宏观用显示图像生成部17b在由比例尺信息判断部19判断为在显示器20中显示的图像是宏观用显示图像时，生成该宏观用显示图像。宏观用显示图像是附加有由图6所示的假想光源42照射出的入射光L1的第1反射光L2之中的1次反射光(即，后面记述的图7的(B)所示的1次反射光L23、L25)及2次反射光(即，后面记述的图7的(B)所示的2次反射光L31、L32、L33)的图像。如上所述，宏观用显示图像生成部17b是对附加有1次反射光及2次反射光的图像进行渲染的渲染部。

使用图7的(A)及图7的(B)，对照射至加工物的光的1次反射光L21～L25及2次反射光L31～L33进行说明。图7的(A)是表示对加工物500的加工面500a的各位置照射出的入射光L11～L15及该入射光L11～L15的反射光之中的1次反射光L21～L25的示意图。如图7的(A)所示，1次反射光L21～L25是对加工物500的加工面500a的各位置照射出的入射光L11～L15在加工面500a进行1次反射而到达观察者50(参照图4)的眼的反射光。即，1次反射光L21～L25是入射光L11～L15照射到加工物500的加工面500a而产生的反射光。1次反射光L21～L25前进的方向及强度是基于加工面500a的入射光L11～L15的入射角度及加工面500a的法线方向而决定的。

1次反射光L21～L25的亮度值例如通过凹凸映射进行计算。另外，光学反射的计算例如通过Phong模型、Torrance－Sparrow模型及Blinn模型等反射模型之中的与加工物的材质相对应的反射模型进行。附加有1次反射光L21～L25的图像的渲染处理是在由照相机位置信息取得部14、观察状态取得部16、比例尺信息取得部18各自取得的信息每次更新时进行的。由此，能够将与更新后的各信息相对应的图像实时地在显示器20进行显示。

图7的(B)是表示对加工物500的加工面500a的各位置照射出的入射光L11～L15及该入射光L11～L15的反射光之中的1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33的示意图。在图7的(B)所示的例子中，对加工面500a的各位置照射出的入射光L11～L15之中的入射光L13、L15作为在加工面500a进行1次反射出的1次反射光L23、L25而到达观察者50的眼。入射光L11～L15之中的入射光L11、L12、L14作为在加工面500a进行2次反射出的2次反射光L31、L32、L33而到达观察者50的眼。2次反射光L31、L32、L33是对加工物500的加工面500a的各位置照射出的入射光L11、L12、L14由加工面500a多次反射而到达观察者50的眼的反射光。2次反射光L31、L32、L33包含表面下散射成分、折射成分、相互反射光成分及衍射光成分。

2次反射光L31、L32、L32的亮度值例如是通过使用基于对光线的传输进行测量而模型化的物理基本渲染、光子映射、光的衍射而创建的模型式的近似进行计算的。另外，2次反射光L31、L32、L32的亮度值也可以通过使用BRDF或NDF(Normal DistributionFunction)而进行渲染处理的微平面理论进行计算。附加有1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33的图像的渲染处理是在由照相机位置信息取得部14、观察状态取得部16及比例尺信息取得部18各自取得的信息每次更新时进行的。由此，能够将与更新后的各信息相对应的图像实时地在显示器20进行显示。

附加有1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33的图像的反射特性，与仅附加有1次反射光L21～L25的图像的反射特性相比更复杂。即，在通过加工仿真而加工后的对象的图像附加1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33，由此能够使该对象的质感接近实际环境。

接下来，使用图8的(A)及图8的(B)以及图9的(A)及图9的(B)，对由显示图像生成部17生成的图像的具体例进行说明。图8的(A)是表示由显示图像生成部17的微观用显示图像生成部17a生成的微观用显示图像A1的一个例子的图。图8的(B)是表示由显示图像生成部17的宏观用显示图像生成部17b生成的宏观用显示图像A2的一个例子的图。微观用显示图像A1及宏观用显示图像A2是通过对使用了球头铣刀301(参照图2)的切削加工进行仿真而得到的图形。

微观用显示图像A1是在由图5所示的比例尺信息取得部18取得的比例尺为第1比例尺时生成的图像。即，微观用显示图像A1是在对通过加工仿真而加工后的加工物501进行放大显示时在显示器20中显示的图像。在微观用显示图像A1附加有由微观用显示图像生成部17a计算出的1次反射光L21～L25(参照图7的(A))。

宏观用显示图像A2是在由比例尺信息取得部18取得的比例尺为第2比例尺时生成的图像。即，宏观用显示图像A2是在对通过加工仿真而加工后的加工物502进行等倍/缩小显示时在显示器20中显示的图像。在宏观用显示图像A2附加有由宏观用显示图像生成部17b计算出的1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33(参照图7的(B))。

宏观用显示图像A2的反射特性与微观用显示图像A1的反射特性相比更复杂，因此能够使宏观用显示图像A2的加工物502的质感接近实际环境。另一方面，在微观用显示图像A1附加有1次反射光L21～L25，在宏观用显示图像A2附加有1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33，因此能够与用于生成宏观用显示图像A2的渲染处理时间相比缩短用于生成微观用显示图像A1的渲染处理时间。因此，能够追随观察者50的视线的方向而使微观用显示图像A1在显示器20顺滑地显示。

观察显示器20的观察者50基于在显示器20显示出的微观用显示图像A1及宏观用显示图像A2，对假想的加工物501、502中的加工不良的有无进行确认，由此能够对是否需要加工程序的修正进行评价。

例如，观察者50观察微观用显示图像A1，由此能够对放大显示出的加工物501的加工面中的伤的有无进行确认。通常来说，NC工作机械300(参照图1)的用户在对通过该NC工作机械300加工后的加工物中的加工不良的有无进行评价的情况下，对加工物中的像的有无进行确认。具体地说，用户通过目视或使用用于将该加工面放大的放大镜对加工物的加工面进行确认。如图9的(A)所示，在显示控制装置10中，在对通过加工仿真而加工后的加工物501进行放大显示的情况下，附加1次反射光L21～L25，不附加2次反射光的微观用显示图像A1在显示器20进行显示。由此，在微观用显示图像A1中，难以发生带彩虹色的颜色不均匀或颜色波动，因此观察者50容易对加工物501的加工面的微细的凹凸形状(即，切削形状)进行识别。由此，能够对加工物501的加工面中的伤的有无进行确认。

另外，观察者50通过观察宏观用显示图像A2，从而能够通过视觉方式对加工物502的形状在大范围是否均质进行确认。由此，观察者50能够对加工物502中的加工不均匀的有无进行确认。

图9的(A)是表示在图4所示的显示器20的左侧以下降的方式倾斜时在显示器20中显示的图像A3的一个例子的图。图9的(A)所示的图像A3是由观察者50将图8的(A)所示的显示器20的左侧以下降的方式倾斜时的图像。图9的(B)是表示在图8的(A)所示的显示器20的右侧以下降的方式倾斜时在显示器20中显示的图像A4的一个例子的图。图9的(B)所示的图像A4是由观察者50将图8的(A)所示的显示器20的右侧以下降的方式倾斜时的图像。

如图9的(A)及图9的(B)所示，图像A3的光泽比图像A4的光泽强，图像A3比图像A4明亮。如上所述，与观察者50针对显示器20的观察状态的变化相应地，在显示器20中显示的图像的反射特性不同。即，显示图像生成部17与观察状态的变化相应地，对朝向观察者50的眼的第2反射光L3(参照图6)的强度进行变更。由此，在显示器20中显示的加工物501的真实感提高，因此观察者50容易对加工物501的加工面的质感进行确认。

图10是概略地表示加工仿真装置100的硬件结构的图。如图10所示，加工仿真装置100具有存储器10a、处理器10b和显示器20。

显示控制装置10(参照图5)能够由计算机实现，该计算机具有：存储器10a，其是对作为软件的程序进行储存的存储装置；以及处理器10b，其是执行在存储器10a中储存的程序的信息处理部。存储器10a例如是RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等。处理器10b通过执行程序，从而实现显示控制装置10的各结构的功能。此外，可以将显示控制装置10的结构的一部分通过存储器10a和处理器10b实现。另外，显示控制装置10也可以通过电路实现。

接下来，对显示控制装置10的动作进行说明。图11是表示显示控制装置10的动作的流程图。

首先，在步骤S1中，形状数据取得部11取得表示通过加工仿真进行加工的假想的加工物500的形状的形状数据。

在步骤S2中，材质信息取得部13取得表示加工物500的材质的材质信息。

在步骤S3中，照相机位置信息取得部14在假想空间V中，取得决定加工物500的图像的显示范围的假想照相机41的位置。假想照相机41的初始位置预先存储于照相机位置信息取得部14。假想照相机41的位置在后面记述的步骤S10中，在显示范围更新时进行变更。由此，观察者50能够对假想照相机41的位置、即在显示器20中显示的加工物500的显示范围自由地设定，因此观察者50能够在期望的显示范围观察加工物500，因此容易对该加工物500的质感进行确认。

在步骤S4中，照明条件取得部12取得由假想光源42将入射光L1对加工物500进行照射时的照明条件。照明条件在后面记述的步骤S11中，在取得观察显示器20的观察者50的观察状态信息的情况下进行变更。

在步骤S5中，比例尺信息判断部19判定由比例尺信息取得部18取得的比例尺是否是第1比例尺，在判定为该比例尺是第1比例尺的情况下(即，在步骤S5中判定为Yes的情况下)，使处理向步骤S6进入。比例尺信息判断部19在判定为由比例尺信息取得部18取得的比例尺不是第1比例尺的情况下(即，在步骤S5中判定为No的情况下)，使处理向步骤S7进入。即，在比例尺信息判断部19判定为由比例尺信息取得部18取得的比例尺是第2比例尺的情况下，使处理向步骤S7进入。此外，在步骤S5中判定为No的情况下，还包含比例尺信息取得部18没有经由输入装置110取得比例尺信息的情况。即，在步骤S5中，比例尺信息判断部19在没有输入比例尺信息的情况下，也使处理向步骤S7进入。

在步骤S6中，微观用显示图像生成部17a基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及第1比例尺，对1次反射光L21～L25进行计算，生成附加有1次反射光L21～L25的微观用显示图像A1。

在步骤S7中，宏观用显示图像生成部17b基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及第2比例尺，对1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33进行计算，创建附加有1次反射光L23、L25及2次反射光L31、L32、L33的宏观用显示图像A2。

在步骤S8中，显示图像生成部17将通过步骤S7及步骤S8创建的图像提供给显示器20。显示器20中的图像的更新频度例如小于或等于100ms。由此，观察显示器20的观察者50难以对图像的显示的延迟进行识别。此外，显示器20中的图像的更新频度可以与观察状态取得部16的更新频度相对应，例如可以为30fps。

在步骤S9中，显示控制装置10判定是否结束显示器20中的图像的显示，在判定为结束显示的情况下(即，步骤S9中判定为Yes的情况下)，使处理向步骤S13进入。显示控制装置10在判定为不结束显示器20中的显示图像的显示的情况下(即，在步骤S9中判定为No的情况下)，使处理返回至步骤S8。

在步骤S10中，显示控制装置10判定显示器20中的图像的显示范围的更新的有无。即，显示控制装置10判定是否由显示范围信息取得部15取得显示范围信息。在这里，图像的显示范围的更新是对在显示器20中显示的图像的显示范围进行变更。显示范围的更新的有无是通过由照相机位置信息取得部14取得的照相机位置信息是否更新进行判定的。

在作为显示器20的触摸面板显示器中显示出2维的对象的图像的情况下，观察者50进行使手指在触摸面板显示器上向左右方向及上下方向移动的操作，由此取得照相机位置信息，对显示范围进行更新。另外，在触摸面板显示器中显示出3维的对象的图像的情况下，观察者50进行使手指在触摸面板显示器上向左右方向及上下方向移动的操作，由此显示范围3维地进行更新。此外，在显示器20为HMD的情况下，显示范围可以通过观察者50的手的动作的识别或由操纵杆进行的操作进行更新。

在步骤S10中，显示控制装置10在判断为显示范围进行了更新的情况下(即，在步骤S10中判定为Yes的情况下)，使处理返回至步骤S3。另外，显示控制装置10在判断为显示范围没有更新的情况下(即，在步骤S10中判定为No的情况下)，结束处理。

在步骤S11中，显示控制装置10判定是否由观察状态取得部16取得观察状态信息，在判定为取得观察状态信息的情况下(即，在步骤S11中判定为Yes的情况下)，使处理返回至步骤S4。即，在由观察状态取得部16取得观察状态信息的情况下，对照明条件进行更新。然后，在处理进入至步骤S6的情况下，微观用显示图像生成部17a在形状数据、材质信息、照相机位置信息及第1比例尺的基础上，基于更新后的照明条件，生成微观用显示图像A1。即，在取得观察状态信息的情况下，微观用显示图像生成部17a基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息、观察状态信息及第1比例尺，生成微观用显示图像A1。

另外，在取得观察状态信息后，在处理进入至步骤S7的情况下，宏观用显示图像生成部17b在形状数据、材质信息、照相机位置信息及第2比例尺的基础上，基于更新后的照明条件，生成宏观用显示图像A2。即，在取得观察状态信息的情况下，宏观用显示图像生成部17B基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息、观察状态信息及第2比例尺，生成宏观用显示图像A2。

显示控制装置10在判定为没有由观察状态取得部16取得观察状态信息的情况下(即，在步骤S11中判定为No的情况下)，结束处理。

在步骤S12中，比例尺信息判断部19判定是否由比例尺信息取得部18对比例尺信息进行了更新，在判定为比例尺信息更新后的情况下(即，在步骤S12中判定为Yes的情况下)，使处理返回至步骤S6。比例尺信息判断部19在判定为比例尺信息没有更新的情况下(即，在步骤S12中判定为No的情况下)，结束处理。

在步骤S13中，显示器20结束加工物500的图像的显示。

如以上说明所述，根据实施方式1所涉及的显示控制装置10，显示图像生成部17基于形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息及观察状态信息，对由假想光源42对加工物500的加工面的各位置照射出的入射光L1的反射光即第1反射光L2之中的、从各位置朝向观察者50的眼的反射光即第2反射光L3进行计算，在从假想照相机41观察的加工物500的图像中附加第2反射光L3。由此，在显示器20中显示的加工物500的图像的光泽及阴影变化，该加工物500的质感接近实际环境，因此能够使加工物500的真实感提高。由此，观察者50能够对通过加工仿真而加工后的加工物500中的加工不良的有无进行确认。

在由CAM装置200创建的加工程序中存在问题的情况下，通过在该加工程序中记述的指令码即G码，有时无法制造出具有期望的形状的加工物。另外，NC加工机的刀具通过NC加工机的工作部(例如，图1所示的驱动部302的旋转轴)进行动作，但该刀具的动作速度、动作范围、加速度及减速度是预先决定的。因此，NC加工机的刀具的实际的动作有时不追随在加工程序中记述的动作指令，无法制造具有期望形状的加工物。

通过NC加工机实际加工后的加工物和具有期望的形状的加工物的差异点，有时难以由NC加工机的用户进行视觉识别。例如，在实际加工后的加工物的加工面，有时作为加工不良而发生深度及宽度为几微米、长度为几十微米的伤或缺陷。

因此，在通过NC加工机进行加工前，有时对由软质且低价的材料形成的试制用被加工物进行试制加工，由此进行对在加工程序中是否存在问题进行确认的试制加工的工序。NC加工机的用户对试制加工后的加工物进行目视检查，由此对该加工物中的加工不良的有无进行判断。在判断为存在加工不良的情况下，对加工程序进行修正。

但是，在如上所述的试制加工的工序中，花费时间及成本。试制加工的工序所花费的时间例如为几小时。另外，有时直至创建出不发生加工不良的加工程序为止重复进行试制加工的工序。根据实施方式1所涉及的显示控制装置10，如上所述，在显示器20中显示的加工物500的真实感提高，观察者50容易对通过加工仿真而加工后的加工物500中的加工不良的有无进行确认。因此，不需要使用NC加工机的试制加工的工序，能够使生产率提高。

另外，根据实施方式1，附加有由显示控制装置10计算出的第2反射光L3的图像在显示器20进行显示。由此，显示出的图像作为加工仿真的结果在数字空间中被进行确认，因此观察者50能够与处于远方的作业者共享该结果。

另外，根据实施方式1，显示图像生成部17与观察状态的变化相应地对第2反射光L3的强度进行变更。由此，在显示器20中显示的加工物501的真实感提高，因此观察者50容易对加工物501的加工面的表面性状进行确认。由此，容易对通过加工仿真而加工后的加工物500中的加工不良的有无进行确认。

另外，根据实施方式1，显示控制装置10具有取得表示显示器20中的图像的比例尺的比例尺信息的比例尺信息取得部18，显示图像生成部17在形状数据、照明条件、材质信息、照相机位置信息、观察状态信息的基础上，基于比例尺信息对第2反射光L3进行计算，在从假想照相机41观察的加工物500的图像中附加第2反射光L3。由此，与图像的比例尺相应地，能够对在显示器20中显示的图像进行变更。

另外，根据实施方式1，在由比例尺信息取得部18取得的比例尺是使在显示器20中显示的图像放大显示的第1比例尺时，生成将1次反射光L21～L25附加于图像的微观用显示图像A1。另外，在由比例尺信息取得部18取得的比例尺是使在显示器20中显示的图像等倍/缩小显示的第2比例尺时，生成将1次反射光L23、L25及L31、L32、L33附加于图像的宏观用显示图像A2。由此，能够与用于生成宏观用显示图像A2的渲染处理时间相比缩短用于生成微观用显示图像A1的渲染处理时间。能够追随观察者50的视线的方向使微观用显示图像A1在显示器20顺滑地显示。

另外，根据实施方式1，在宏观用显示图像A2附加有1次反射光L23、L25及L31、L32、L33。由此，宏观用显示图像A2的反射特性与微观用显示图像A1的反射特性相比较更复杂，因此能够使宏观用显示图像A2接近实际环境。因此，观察者容易对通过加工仿真而加工后的加工物中的加工不良的有无进行确认。

另外，根据实施方式1，照相机位置信息取得部14经由被观察者50操作的输入装置110而取得照相机位置信息。由此，在照相机位置信息每次更新时对显示器20中的图像的显示范围进行变更，因此能够从观察者50观察的方向对通过加工仿真而加工后的加工物500进行确认。由此，能够更容易地对加工物500中的加工不良的有无进行确认。

标号的说明

1加工系统，10显示控制装置，10a存储器，10b处理器，11形状数据取得部，12照明条件取得部，13材质信息取得部，14照相机位置信息取得部，15显示范围信息取得部，16观察状态取得部，17显示图像生成部，17a微观用显示图像生成部，17b宏观用显示图像生成部，18比例尺信息取得部，19比例尺信息判断部，20显示器，20a显示面，30终端装置，41假想照相机，42假想光源，50观察者，100加工仿真装置，110输入装置，200CAM装置，300NC工作机械，301球头铣刀，L1、L11、L12、L13、L14、L15入射光，L2第1反射光，L3第2反射光，L21、L22、L23、L24、L25 1次反射光，L31、L32、L33 2次反射光，V假想空间。

Claims (8)

1.一种显示控制装置，其使通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像在显示部进行显示，

该显示控制装置具有：

形状数据取得部，其取得表示所述加工物的形状的形状数据；

照明条件取得部，其取得由假想的光源对所述加工物照射光时的照明条件；

材质信息取得部，其取得表示所述加工物的材质的材质信息；

照相机位置信息取得部，其取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示决定所述显示部中的所述图像的显示范围的假想的照相机的位置；

观察状态取得部，其取得表示观察状态的观察状态信息，该观察状态包含从所述显示部的显示面至观察者的眼的位置为止的距离和所述观察者的视线相对于所述显示面的方向的至少一者；以及

显示图像生成部，其生成从所述照相机观察的所述加工物的所述图像，提供给所述显示部，

所述显示图像生成部基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息及所述观察状态信息，对由所述光源对所述加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即第1反射光之中的、从所述各位置朝向所述观察者的眼的反射光即第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

2.根据权利要求1所述的显示控制装置，其中，

所述显示图像生成部与所述观察状态的变化相应地，对所述第2反射光的强度进行变更。

3.根据权利要求1或2所述的显示控制装置，其中，

还具有比例尺信息取得部，该比例尺信息取得部取得表示所述显示部中的所述图像的比例尺的比例尺信息，

所述显示图像生成部基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息、所述观察状态信息及所述比例尺信息，对所述第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

4.根据权利要求3所述的显示控制装置，其中，

所述显示图像生成部，

在所述比例尺为第1比例尺时，将所述第1反射光之中的1次反射光作为所述第2反射光而附加于所述图像，

在所述比例尺为大于第1比例尺的第2比例尺时，将所述第1反射光之中的所述1次反射光及2次反射光作为所述第2反射光而附加于所述图像。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示控制装置，其中，

所述照相机位置信息取得部经由被所述观察者进行操作的输入装置而取得所述照相机位置信息。

6.一种加工仿真装置，其具有：

权利要求1至5中任一项所记载的显示控制装置；以及

所述显示部。

7.一种显示控制方法，其由使通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像在显示部进行显示的显示控制装置执行，

该显示控制方法具有下述步骤：

取得表示所述加工物的形状的形状数据；

取得由假想的光源对所述加工物照射光时的照明条件；

取得表示所述加工物的材质的材质信息；

取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示决定所述显示部中的所述图像的显示范围的假想的照相机的位置；

取得观察状态信息，该观察状态信息包含从所述显示部的显示面至观察者的眼的位置为止的距离和所述观察者的视线相对于所述显示面的方向；

生成从所述照相机观察的所述加工物的所述图像，提供给所述显示部，

在对所述显示部提供所述图像的步骤中，基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息及所述观察状态信息，对由所述光源对所述加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即1次反射光之中的、从所述各位置朝向所述观察者的眼的反射光即第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

8.一种程序，计算机使通过加工仿真而加工后的假想的加工物的图像在显示部进行显示，

该程序使计算机进行下述步骤：

取得表示所述加工物的形状的形状数据；

取得由假想的光源对所述加工物照射光时的照明条件；

取得表示所述加工物的材质的材质信息；

取得照相机位置信息，该照相机位置信息表示决定所述显示部中的所述图像的显示范围的假想的照相机的位置；

取得表示观察状态的观察状态信息，该观察状态包含从所述显示部的显示面至观察者的眼的位置为止的距离和所述观察者的视线相对于所述显示面的方向的至少一者；

生成从所述照相机观察的所述加工物的所述图像，提供给所述显示部，

在对所述显示部提供所述图像的步骤中，基于所述形状数据、所述照明条件、所述材质信息、所述照相机位置信息及所述观察状态信息，对由所述光源对所述加工物的加工面的各位置照射出的光的反射光即1次反射光之中的、从所述各位置朝向所述观察者的眼的反射光即第2反射光进行计算，在从所述照相机观察的所述加工物的所述图像中附加所述第2反射光。

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