CN1383518A - 透明体的动态透视失真评价方法及透明体的三维形状设计支援方法 - Google Patents

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Abstract

本发明透明体的动态透视失真评价方法,具有以下步骤,即生成透明体的三维曲面形状模型的步骤;设定出射点(Eye Point)和假想评价图形(Pattern)的步骤;由出射点通过透明体观察假想评价图形,求出相邻的透视评价点彼此之间的间隔值的步骤;把这些间隔值中的任意一个值设定为基准值的步骤;通过求出相对于该基准值的各间隔值的比来评价所述透明体的动态透视失真的步骤。

Description

透明体的动态透视失真评价方法及透明体的三维形状设计支援方法
技术领域
本发明涉及透明体的动态透视失真评价方法以及三维形状设计支援方法。
背景技术
近年来，在汽车之类的制造中，由于设计及空气动力特性等方面的要求，采用了具有复杂的三维形状的窗玻璃。透过由这样的三维曲面构成的窗玻璃观察物体，则往往会发现物体出现失真。这种现象称作透视失真现象，通常知道是在因玻璃板的非平行部分及曲面部分发生的。由于这种透视失真特别是在汽车的行驶中会成为仿碍目视观察的重要因素，因此在日本工业标准(JIS)中规定了透视失真的最大容许值。
透视失真是通过检查作为对象的玻璃板的光学性能，或者对作为对象的玻璃板进行感官性试验来进行评价。近年来，随着计算机技术的发展，已出现了一种手法，即取代了历来的光学性能检查或感官试验，而根据由CAD(ComputerAided Design；计算机辅助设计)作成的玻璃板的三维形状模型来评价透视失真。
但是，这些已有的评价方法都是评价透过玻璃板观察静止物体时的透视失真(以下称为“静态透视失真”)。因此，在评价用于固定建造物的玻璃板的透视失真时，这种方法是适用的，而在评价用于汽车之类的移动物体的玻璃板的透视失真时就发生了问题。
就是说，这是由于静态透视失真的评价是仅仅在多个点上对玻璃板局部的透视失真进行了独立的评价，而并不考虑多个点之间的透视失真的连续性。因此，即便是其每个局部的透视失真均达到预定标准值的玻璃板，在相邻的局部之间的透视失真发生较大变化时，如果透过那种玻璃板从移动的物体中观察外观的风景，则往往会感受到随着移动物体的移动，像的透视失真产生较大的变化和起伏。
对于汽车等移动物体，处于静止状态时，当然是评价透过玻璃板观察物体时的静态透视失真，而处于行驶的状态时，评价透过玻璃板观察物体时的透视失真(以下称为“动态透视失真”)便成为重要的检查项目。
另外，近年来由于广泛地运用采用CAD来设计玻璃板的三维形状的手法，因此最好是在设计步骤就考虑动态透视失真的评价结果，以使玻璃板形状实现最佳化。
本发明是基于上述背景而形成的技术，其首要目的是提供一种动态透视失真评价方法，能够评价透过玻璃等透明体从移动物体中观察外面的风景时的动态透视失真。另外，本发明的第二个目的是提供一种透明体的三维形状决定方法，能够依据动态透视失真的评价结果来最适合地决定透明体的三维形状。
发明内容
本发明提供了一种透明体的动态透视失真评价方法，该方法的特征在于，具有以下几个步骤，即生成具有规定折射率的透明体的三维曲面形状模型的步骤；在该三维曲面形状模型的一侧设定出射点(Eue Point)，在上述三维曲面形状模型的另一侧设定具有多个评价点的假想评价图形(Pattern)的步骤；由上述出射点通过上述透明体观察上述假想评价图形，从该观察得出的二维图象中，抽出作为透视上述透明体的上述评价点的象的透视评价点，求出相邻的所述透视评价点彼此之间的间隔值的步骤；把这些间隔值中的任意一个值设定为基准值的步骤；通过求出上述各间隔值与该基准值的比来评价上述透明体的动态透视失真的步骤。
又，作为本发明的一种形态，提供了依据所述各间隔值与所述基准值的比的变化率来评价上述透明体的动态透视失真的透明体动态透视失真评价方法。
又，提供选择上述间隔值中的最小值作为上述基准值，根据上述各间隔值与该最小值的比中的最大值来评价上述透明体的动态透视失真的透明体动态透视失真评价方法。
又，提供所述假想评价图形是正交格子图形的透明体动态透视失真评价方法。
又，提供所述透明体是从玻璃板和树脂板中选择出的至少一种的透明体动态透视失真评价方法。
又，提供把透过所述透明体的三维曲面形状模型观察到的像直观显示(Animation)的透明体动态透视失真评价方法。
另外，本发明提供一种透明体的三维形状设计支援方法，该方法的特征为具有以下几个步骤，即生成具有规定折射率的透明体的三维曲面形状模型的步骤；在该三维曲面形状模型的一侧设定出射点，在所述三维曲面形状模型的另一侧设定具有多个评价点的假想评价图形的步骤；从所述出射点通过所述透明体观察所述假想评价图形，从该观察所得出的二维图象中提取作为透视所述透明体的所述评价点的图象的透视评价点，求出相邻的所述透视评价点彼此之间的间隔值的步骤；把这些间隔值中的任意一个值设定为基准值的步骤；通过求出所述各间隔值与该基准值的比来评价所述透明体的动态透视失真的步骤；根据所述评价来修正所述透明体的三维曲面形状的模型的步骤。
又，本发明的一种形态提供依据所述各间隔值与所述基准值的比的变化率来评价所述透明体的动态透视失真的所述透明体的三维形状设计支援方法。
又，提供选择所述间隔值中的最小值作为所述基准值，根据所述各间隔值与该最小值的比中的最大值来评价所述透明体的动态透视失真的所述透明体的三维形状设计支援方法。
又，提供所述假想评价图形是正交格子图形的透明体的三维形状设计支援方法。
又，提供所述透明体是从玻璃板及树脂板中选择出的至少一种的所述透明体的三维形状设计支援方法。
又，提供把透过所述透明体的三维曲面形状模型所观察到的图象直观显示的所述透明体的三维形状设计支援方法。
附图说明
图1是本发明一实施形态的透明体的动态透视失真的评价方法的处理流程图。
图2是用于实施图1所示的评价方法的评价系统的概略结构成图。
图3是评价模型的结构图。
图4是求透过透明体所观察到的格子点位置的偏移的计算程序流程图。
图5是用于说明求出透过透明体观察到的格子点位置的偏移的程序。
图6表示利用评价模型新构筑的评价图形。
图7在左右方向上表示格子间隔比。
图8A表示动态失真(Dynamic Distortion)值的计算结果。
图8B表示通过感官评价试验测定动态透视失真的测定结果。
图9表示透明体的动态失真值与动态失真的强度之间的关系。
具体实施例
下面参照附图对本发明的实施形态加以说明。
图1为本发明一实施形态的动态透高失真评价方法流程图。图2为表示将图1所示的动态透视失真评价方法付诸实施的评价系统的方块图。图3表示评价模型。
首先，输入或从存储装置中读出形状数据，以生成透明体(玻璃板或树脂板等)的三维曲面形状模型(步骤S1)。形状数据的输入方法是众所周知的，如图2所示，可以通过重放装置6把CAD数据5由磁带输入到计算机9，或将设计图7通过数字转换器(Digitizer)变成图表(plot)输入至计算机9。另外，透明体的三维曲面形状模型的生成处理也可以使用众所周知的方法。例如，将称为马依拉图的透明体的平面图及侧面图上多个点的三维坐标数据如上所述输入至所述计算机9。
接着，中央处理装置7根据输入的数据生成通过点序列的格子状三维花链(Spline)曲线，以花键曲线为界限将曲面分割为四边形小块(Patch)，生成由沿着小块各边的参数表达的科恩兹面那样的双三维参量曲面。然后，以该曲面作为透明体内表面的形状模型，再把内表面的形状模型仅仅以板厚的部分进行胶板印刷(offset)，从而生成外表面的形状模型。最终的形状模型为使这些内表面及外表面的形状模型合为一体的模型。
所获得的形状模型的数据存储于形状数据文件(file)18。这一连串的三维曲面形状模型的生成作业是通过由中央处理装置17读出作为形状模型作成手段11存储于计算机9的程序部10中的程序并加以执行而实施的。
然后，中央处理装置17根据存储从按键输入手段4等预先输入的设定条件的条件数据文件19的数据，进行出射点的设定(步骤S2)及假想栅格板(GridBoard)的生成(步骤3)。在本实施形态中，设想假想栅格板2作为假想评价图形(参照图3)，又设想其格子点(PS1，PS2，PS3)为评价点，也可以是有规则地纵横排列的其他评价图形。此外，在出射点EP观察的各评价点由于透明体的折射而形成格子点(PR1，PR2，PR3)  (下称“透视评价点”)。
又同样根据条件数据文件19的数据决定透明体形状模型1的安装角度、出射点EP、透明体形状模型1、假想栅格板2之间的各间隔、以及假想栅格板2的格子间隔。以上设定了开始测定前的一切条件，所获得的配置数据存储于配置数据文件20(步骤S4)。一连串的评价条件的设定工作通过中央处理装置17读出作为评价条件设定手段12存储于计算机9的程序部10中的程序并加以执行而得以实施。
接着，计算机9呼出程序部10的光路跟踪计算手段13，利用透明体形状模型1、出射点EP及假想栅格板2的配置数据，对相对于透明体形状模型1的视线进行定义(步骤S5)，然后进行计算，求出因折射而引起的透视失真(从出射点EP处看到的格子点位置的偏移)(步骤S6)。格子点位置偏移的计算是利用在有透明体形状模型1和没有透明体形状模型1的不同情况下，因折射的作用，光线的前进方向有所不同的原理。
具体的计算机流程示于图4。下面用图5说明详细光路跟踪。首先，在假想栅格板2上规定任意格子点P0(步骤SS1)。接着，求出由出射点EP射向P0方向的假想光线3的前进方向的向量(vector)VR0(步骤SS2)。然后，求出穿过出射点EP且与向量VR0相同方向的直线与透明体形状模型1的内表面SU1的交点P1(步骤SS3)，再求出该交点P1上的透明体形状模型1内表面SU1的法线向量VE1(步骤SS4)。
再依据折射定律，从所述向量VR0及向量VE1求出向量VR1(步骤SS5)，该向量表示假想光线3在透明体形状模型1的外表面SU2折射后的光路。也就是说，如果假设想来白出射点EP的假想光线3向内表面SU1入射的角度(相对于法线)为i，假想光线3在内表面SU1的折射角度(相对于法线)为r、透明体相对于空气的折射率为n，则sini/sinr＝n成立，因此从已知的向量VR0、向量VE1及折射率n可以求出折射率度r，再得出向量VR1。
接着，求出穿过交点P1且与向量VR1相同方向的直线与透明体形状模型1的外表面SU2的交点P2(步骤SS6)，再求出该交点P2上的透明体形状模型1外表面SU2的法线向量VE2(步骤SS7)。然后，再依据折射定律从所述向量VR1及向量VE2求出向量VR2(步骤SS8)，该向量表示假想光线3在透明体形状模型1的外表面SU2折射后的光路。然后，求出通过交点P2且与向量VR2相同方向的直线与假想栅格板2的交点P3(步骤SS9)。
其后，使P1的位置偏移，以使P3靠近P0，然后按步骤SS1～SS9再一次求P3。也就是说，在向量P3P0的方向上，使P1移动比线段P3P0短的距离，设定新的P1(下称“P1”)再求出P3。其结果是，如果线段P3P0比预先设定的长度变短(下称“P3P0”)，则设定P11为P1，以求出VR2。如果P3P0不成立，则设定新的P1(＝P12，…，P1n(n为任意自然数)，重复上述步骤，求P3P0的P1(步骤SS10)。
根据以上所述，交点(假想点)P1的位置可以近似地看作是从出射点观察时假想点P0实际被观察到的位置。
对于其他所有的格子点，也通过执行步骤SS1～SS10的操作(步骤S7)，求出对应于各格子点的交点。将这些交点分别连结，便构筑成新的格子形状(步骤S8)。交点的数据存储于结果数据文件21。
接着，求出作为用于评价动态透视失真的参数的动态失真值及动态失真的强度。本实施形态中，求各参数的程序均被存储于程序部10的结果数据评价手段14。首先，以上述结果数据为依据，计算在透过透明体能够观察到的格子位置(上述交点)中在上下方向上格子间隔最小的位置。例如图3中假设作为与3个格子点PS1、PS2及PS3对应的交点，已经求出透视评价点PR1。PR2及PR3进行说明。在这种情况下，透视评价点PR1与PR2的距离为上下方向的格子间隔。距离可从两个点的坐标值求出。这样一来，一旦上下方向的格子间隔全部求出，就可以得出其中的最小值(步骤S9)。
图6表示由评价模型构成的新的评价图形，d1～dn表示上下方向的格子间隔。图6中，格子间隔的最小值以d4表示。以该最小值除其他格子间隔以求出格子间隔比di/d4(i＝1～n，n为格子的个数)  (步骤S10)。以该格子间隔比的最大值为动态失真值(步骤S11)。
然后在左右方向上同样求动态失真值。首先，求出左右方向上的格子间隔。在图3的例子中，透视评价点PR1与PR3的距离为左右方向上的格子间隔。这样求出左右方向上的全部格子间隔，就可以得到其中的最小值。用该最小值除其他的格子间隔以求出格子间隔比，将其最大值作为动态失真值(步骤S12)。
本实施形态中，以格子间隔的最小值为基准值除上下左右方向的其他格子间隔以得出格子间隔比，把其中的最大值定义为动态失真值。但是，动态失真值是以格子间隔中的任意一个作为基准值，以这个基准值与其他格子间隔的比为依据的相对的数值，并不限于本实施形态。像本实施形态这样，把基准值设定为格子间隔的最小值，以相对于该最小值的其他格子间隔中的最大值作为动态失真值，就能够简单而且高速地进行确定最小值时的运算。而且，因透视失真而被放大后能看到的部分及被缩小后能看到的部分的差也易于数值化。
接着，就上下方向及左右方向两个方向(二维方向)计算格子间隔比的变化率(步骤S13)。例如在图3中，在左右横断假想栅格板2的直线L1的方向上，自左向右依序排列格子间隔化。图7为其图表化结果，选择斜率最陡的区域，对于该区域的格子间隔比使用最小二乘法等方法求出其变化率。根据该图表将格子间隔比的变化率作为斜率进行计算，斜率的最大值规定为动态失真的强度(步骤S14)。该变化率越大意味着与周围的透视失真的差也越大，即使动态失真值(格式间隔比的最大值)相同，如果变化率大，则从移动物体透过透明体进行目视观察时，容易产生闪烁的感觉。利用导入变化率的方法，可以考虑透视失真的连续性，进行动态透视失真的评价。
到这里为止，对一个形状模型求出动态失真值及动态失真的强度的处理已告完成。利用结果数据评价手段14把这些结果保存于结果数据文件21中。
此外，在图1的流程图中虽然表示，但分别得到的格子间隔比、动态失真值、格子间隔比变化率等数据最好是以格子间隔比分布图、格子间隔比变化率的图表等形式利用结果显示手段22或打印机23随时显示或印刷出来。
接着，呼出计算机9的程序部10中的模型形状决定手段15。在该程序中，设定为将取得的动态失真值与预先设定的阈值进行比较(步骤S15)，如得出的值比阈值低，则判定为合格，结束判定工作；如比阈值高，则判定为不合格，在CAD上进行形状修正操作(步骤16)。所谓修正就是显示相应于格间隔最大部分的模型部位，促使该部分的面内曲率及修整(trim)形状改变。修正后，再次进行上述数据处理，求出动态失真值(步骤S17)。在达到比阈值低的值、合格之前，反复进行模拟与修正，因而可以求出最合适的形状。
最后，呼叫在计算机9的程序部10中的直观显示作成手段16。对合格的形状模型，把例如从移动中的汽车越过透明体眺望的风景作为直观显示的图象在图象显示器24上显示出来，从而从对修正是否完全实施在视觉上加以确认。直观显示利用了存储于结果数据文件21中的结果数据。又，对修正前的形状模型，同样也把例如从移动中的汽车中透过透明体眺望的风景作为由CG(Computer Graphics；计算机制图)形成的直观显示图象在图象显示器24上显示。其结果是，用户利用对比修正前后的直观显示图象的方法可以有效地确认修正效果。
下面对本实施形态中所实行的形状判定中的阈值决定方法加以说明。采用多个透明体实物并作成其形状模型，计算出各自的动态失真值(图8A)。同时由多个被试验者利用感官评价试验对透过这些透明体实际观察移动物体时所感受到的闪烁分5级进行评价(图8B)。
在两个图表中，横轴均表示样器A～I，纵轴均表示动态失真值。比较两个图表便可以十分清晰地确认了这样一个事实，即该动态失真值与实际目视评价之间的相关性非常之高，也就是说，它是一个能够充分反映动态透视失真的指标。并且，在感官评价试验中，根据样品H和样品I被判定为不良的情况，将动态失真的阈值设定为1.6。
对于多个的透明体，如果测定动态失真值(格子间隔比的最大值)又测定动态失真的强度(格子间隔比的最大斜率)，则分布于图9的区域①到区域③，根据利用上述直观显示进行的视觉确认以及利用实物进行的评价，把不易实际感受到闪烁的区域A的范围设定为判定基准。利用以动态失真值和动态失值强度进行双重判定的方法，在设计阶段有可能进行更高精度的评价。
工业应用性
采用本发明，能够使迄今为止尚未成为评价对象的透明体的动态透视失真定量化(动态失真值、以及动态失真强度)，对从汽车等移动物体透明玻璃或树脂等透明体观察外界时所产生的动态透视失真，能够实施比以往可靠性更高的评价。另外，随着设计精度的提高，向制造工程反馈也变得容易，能谋求提高成品率和质量，减少因无用模具的制造及模具修正而发生的成本损耗，也可以扩展设计自由度。因此，本发明在多品种少量生产的情况下是有效的。

Claims (12)

1.一种透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，具备
生成具有规定折射率的透明体的三维曲面形状模型的步骤；
在该三维曲面形状模型的一侧设定出射点(Eue Point)，在所述三维曲面形状模型的另一侧设定具有多个评价点的假想评价图形(Pattern)的步骤；
由所述出射点通过所述透明体观察所述假想评价图形，从该观察得出的二维图象中，抽出作为透视所述透明体的所述评价点的像的透视评价点，求出相邻的所述透视评价点彼此之间的间隔值的步骤；
把这些间隔值中的任意一个值设定为基准值的步骤；以及
通过求出所述各间隔值与该基准值的比来评价所述透明体的动态透视失真的步骤。
2.根据权利要求1所述的透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，依据所述各间隔值与所述基准值的比的变化率，评价所述透明体的动态透视失真。
3.根据权利要求1或2所述的透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，选择所述间隔值中的最小值作为所述基准值，根据所述各间隔值与该最小值的比中的最大值来评价所述透明体的动态透视失真。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，所述假想评价图形是正交格子图形。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，所述透明体是从玻璃板和树脂板中选择出的至少一种。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的透明体的动态透视失真评价方法，其特征在于，把透过所述透明体的三维曲面形状模型能够观察到的像直观显示。
7.一种透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，具备
生成具有规定折射率的透明体的三维曲面形状的模型的步骤；
在该三维曲面形状的模型的一侧设定出射点，在所述三维曲面形状模型的另一侧设定具有多个评价点的假想评价图形的步骤；
从所述出射点通过所述透明体观察所述假想评价图形，从该观察得出的二维图象中，提取作为透视所述透明体的所述评价点的图象的透视评价点，求出相邻的所述透视评价点彼此之间的间隔值的步骤；
把这些间隔值中的任意一个值设定为基准值的步骤；
通过求出所述各间隔值与该基准值的比来评价所述透明体的动态透视失真的步骤；以及
根据所述评价来修正所述透明体的三维曲面形状模型的步骤。
8.根据权利要求7所述的透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，依据所述各间隔值与所述基准值的比的变化率评价所述透明体的动态透视失真。
9.根据权利要求7或8所述的透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，选择所述间隔值中的最小值作为所述基准值，根据所述各间隔值与该最小值的比中的最大值评价所述透明体的动态透视失真。
10.根据权利要求7或8或9所述的透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，所述假想评价图形是正交格子图形。
11.根据权利要求7～10中的任一项所述的透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，所述透明体是从玻璃板和树脂板中选择出的至少一种。
12.根据权利要求7～11中的任一项所述的透明体的三维形状设计支援方法，其特征在于，把透过所述透明体的三维曲面形状模型能够观察到的像直观显示。
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