JP2003271681A - フィレット作成方法、及び３次元ｃａｄプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 工業製品の形状を示す点群データから面デー
タを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面を
より効率よく作成するための技術を提供する。 【解決手段】 本発明によるフィレット作成方法は、モ
デリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上に
ある複数の点の座標によって示す点群データを取得しＳ
０１、前記点の集合であるクラウドに沿って、Ｒ頂点線
を定めＳ０２、前記Ｒ頂点線の上にあるＲ頂点に対応し
てＲ値を定めるＳ０３、前記Ｒ頂点を通り、且つ、前記
Ｒ頂点線に垂直な垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点を中
心とし、半径を前記Ｒ値とする円を定め、前記円を通過
するパイプ面を定めＳ０４、クラウドと、パイプ面とが
交差する位置にある２つの交線をＲ止まり線と定めＳ０
５、Ｒ頂点線とＲ止まり線とに基づいて、フィレット面
を定めるＳ０６。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィレット作成方
法及びそれを実行する３次元ＣＡＤ装置に関する。本発
明は、特に、物体の表面の位置の座標を示す点群データ
から３Ｄモデルを作成するときに使用されるフィレット
作成方法、及びそれを実行する３次元ＣＡＤ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータ技術の発達により、
３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置を用いた
工業製品のデザインが、広く行われるようになってきて
いる。３次元ＣＡＤ装置は、工業製品のデザインの効率
化に大きく貢献している。

【０００３】しかし、３次元ＣＡＤ装置のみによって、
デザイナーの感性を完全に生かしたデザインをすること
は容易ではない。このため、粘土によって作成されたク
レイモデルと３次元ＣＡＤ装置とを併用して工業製品を
デザインするデザイン方法が使用されている。

【０００４】このようなデザイン方法では、まず、デザ
イナーによりクレイモデルが作成される。続いて、作成
されたクレイモデルの形状が、ＣＣＤ（Charge Carryin
g Device）カメラやレーザースキャン装置のような３次
元形状測定装置によって測定される。３次元形状測定装
置を用いた測定により、クレイモデルの表面上の点のそ
れぞれの座標を示す点群データが取得される。続いて、
その点群データが３次元ＣＡＤ装置に入力され、以後
は、３次元ＣＡＤ装置を用いて工業商品のデザインが行
われる。

【０００５】３次元ＣＡＤ装置で扱われるのは、曲面関
数により表現された面データ（サーフェスデータ）であ
る一方、３次元形状測定装置により得られる点群データ
は、離散的に定められた点の座標を示すデータである。
このため、３次元ＣＡＤ装置では、点群データから面デ
ータが作成される。点群データからの面データの作成
は、曲面関数へのフィッティングにより行われる。

【０００６】しかし、クレイモデルの屈曲部、即ち、曲
率半径が小さい部分についての、曲面関数へのフィッテ
ィングによる面データの作成は、点群データに点と点と
の間の情報が欠けているために、精度よく実行すること
ができない。

【０００７】そこで、クレイモデルの屈曲部についての
点群データから面データの作成は、典型的には、以下の
方法によって行われる。図１０に示されているように、
まず、点群データに基づいて、クレイモデルの屈曲部を
近似的に表す２つの自由曲面１０１、１０２が定められ
る。自由曲面１０１、１０２は、いずれも曲率半径が大
きい面である。続いて、自由曲面１０１、１０２につい
てフィレット処理が行われ、フィレット面１０３を示す
曲面関数が定められる。この曲面関数が面データとして
使用される。このようなフィレット処理は、当業者にと
って周知であり、例えば、公開特許公報（特開平６−２
５９５１４、特開平６−３３２９９０、及び特開平１０
−２４０７９０）に開示されている。

【０００８】しかし、このような面データの作成方法で
は、クレイモデルに表現したデザイナーの意思が充分に
反映されにくい。

【０００９】そこで、デザイナーの意思をより反映する
ために、クレイモデル上に、フィレット処理に必要な共
通稜線を仮想的に指示するための構造体が実際に形成さ
れることがある。このような構造体としては、例えば、
アルミ棒や、粘土による盛り土が使用される。この場
合、まず、その構造物の形状が３次元形状測定器によっ
て測定され、その構造体の上にある複数の点の座標が測
定される。その点を滑らかに結ぶ曲線が求められ、その
曲線が仮想的な共通稜線として使用される。

【００１０】このような方法は、クレイモデルの上に仮
想的な共通稜線を指示するための構造体を形成するため
に高度な技能が必要であり、更に、多くの工数が必要で
ある。

【００１１】デザイナーの意思をより反映しながら、フ
ィレット面を効率よく作成するための技術が望まれてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、工業
製品の形状を示す点群データから面データを作成する際
に、面と面とを接続するフィレット面をより効率よく作
成するための技術を提供することにある。

【００１３】本発明の更に他の目的は、工業製品の形状
を示す点群データから面データを作成する際に、面と面
とを接続するフィレット面をデザイナーの意思をより反
映しながら、且つ、効率よく作成するための技術を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されている。但
し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記
載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１５】本発明によるフィレット作成方法は、
（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象
面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ
（４）を取得するステップと、（ｂ）前記点の集合であ
るクラウド（１１）に沿って、Ｒ頂点線（１２）を定め
るステップと、（ｃ）前記Ｒ頂点線（１２）の上にある
Ｒ頂点（１３）に対応してＲ値（Ｒ）を定めるステップ
と、（ｄ）前記Ｒ頂点（１３）を通り、且つ、前記Ｒ頂
点線（１２）に垂直な垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点
（１３）を中心とし、半径を前記Ｒ値とする円（１７
ａ）を定めるステップと、（ｅ）前記円（１７ａ）を通
過するパイプ面を定めるステップと、（ｆ）クラウド
（１１）と、パイプ面（１７）とが交差する位置にある
２つの交線をＲ止まり線（１８、１９）と定めるステッ
プと、（ｇ）Ｒ頂点線（１２）とＲ止まり線（１８、１
９）とに基づいて、フィレット面（２３）を定めるステ
ップとを備えている。当該フィレット作成方法は、フィ
レット面（２３）を規定するＲ止まり線（１８、１９）
を点群データ（４）から抽出し、フィレット面（２３）
の生成を効率化する。更に、当該フィレット作成方法
は、面データを媒介にせずに点群データ（４）から直接
的にＲ止まり線（１８、１９）を抽出し、デザイナーの
意図を、よりフィレット面（２３）の形状に反映させる
ことが可能である。

【００１６】Ｒ頂点（１３）と、Ｒ頂点（１３）に対応
して定められる円（１７ａ）とは複数であり、パイプ面
（１７）は、円（１７ａ）の全てを滑らかに接続する面
であることが好ましい。

【００１７】前記（ｆ）ステップは、（ｈ）前記点のう
ちの２点（１５）を結び、かつ、パイプ面（１７）と交
わる線分を複数定めるステップと、（ｉ）前記線分と前
記パイプ面（１７）との交点（２０）を定めるステップ
と、（ｊ）交点（２０）を滑らかに結ぶ曲線をＲ止まり
線（１８、１９）と定めるステップを含むことが好まし
い。

【００１８】前記（ｂ）ステップは、（ｋ）点群データ
（４）に基づいて、前記点のうちの３つ（１５）を頂点
とする３角形要素（１６）から構成されるメッシュ（１
４）を定めるステップと、（ｌ）３角形要素（１６）の
上に構成点（１３）を定めるステップと、（ｍ）前記構
成点（１３）を滑らかに結ぶ曲線をＲ頂点線（１２）と
定めるステップとを含むことが好ましい。

【００１９】構成点（１３）は、Ｒ値が定められる対象
であるＲ頂点（１３）に一致することがある。構成点
（１３）と、Ｒ値が定められる対象であるＲ頂点（１
３）とが一致することは、Ｒ頂点（１３）を新たに指定
する手間を省く。

【００２０】本発明による３次元ＣＡＤプログラムは、
（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象
面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ
（４）を取得するステップと、（ｂ）’入力装置（８）
になされた操作に応答して、前記点の集合であるクラウ
ド（１１）に沿って、Ｒ頂点線（１２）を定めるステッ
プと、（ｃ）’入力装置（８）になされた操作に応答し
て、Ｒ頂点線（１２）の上にあるＲ頂点（１３）に対応
してＲ値（Ｒ）を定めるステップと、（ｄ）Ｒ頂点（１
３）を通り、且つ、Ｒ頂点線（１２）に垂直な垂直平面
の上にある、Ｒ頂点（１３）を中心とし、半径を前記Ｒ
値とする円（１７ａ）を定めるステップと、（ｅ）円
（１７ａ）を通過するパイプ面を定めるステップと、
（ｆ）クラウド（１１）と、パイプ面（１７）とが交差
する位置にある２つの交線をＲ止まり線（１８、１９）
と定めるステップと、（ｇ）Ｒ頂点線（１２）とＲ止ま
り線（１８、１９）とに基づいて、フィレット面（２
３）を定めるステップとをコンピュータに実行させる。
このような３次元ＣＡＤプログラムは、フィレット面
（２３）を規定するＲ止まり線（１８、１９）を点群デ
ータ（４）から半自動的に抽出し、フィレット面（２
３）の生成の効率化を可能にする。更に、当該３次元Ｃ
ＡＤプログラムは、デザインの良否に多大な影響を及ぼ
すＲ頂点線（１２）の形状の決定を設計者に委ね、設計
者の意図を一層にフィレット面（２３）の形状に反映さ
せることを可能にする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明によるフィレット作成方法の実施の一形態を説明
する。

【００２２】本発明によるフィレット作成方法の実施の
一形態では、図２に示されている設計システム１０が使
用される。設計システム１０は、３次元形状測定装置１
と３次元ＣＡＤ装置２とを含む。３次元形状測定装置１
は、モデリングの対象であるクレイモデル３の表面の上
にある多数の点の位置を測定し、各点の座標を示す点群
データ４を生成する。３次元形状測定装置１は、生成し
た点群データ４を３次元ＣＡＤ装置２に送る。３次元形
状測定装置１としては、例えば、ＣＣＤカメラやレーザ
スキャナが使用される。

【００２３】３次元ＣＡＤ装置２は、点群データ４か
ら、クレイモデル３の形状を表す面データを作成する。
クレイモデル３の表面のうちの曲率半径が大きい部分に
ついては、点群データ４のフィッティングにより面デー
タが作成される。一方、曲率半径が小さい部分について
は、点群データ４のフィッティングにより生成された面
データは使用されず、フィレット面が別途に作成され
る。後述されるように、３次元ＣＡＤ装置２は、点群デ
ータ４からＲ止まり線を抽出し、そのＲ止まり線を用い
てフィレット面を作成する。このフィレット面の作成に
は、点群データ４をフィッティングすることにより得ら
れる面データは使用されない。

【００２４】３次元ＣＡＤ装置２としては、ワークステ
ーション等のコンピュータが使用される。３次元ＣＡＤ
装置２は、インターフェース５、記憶装置６、演算装置
７、入力装置８、及び表示装置９を含む。インターフェ
ース５は、演算装置７による制御の下、３次元形状測定
装置１から点群データ４を受け取る。記憶装置６は、イ
ンターフェース４が受け取った点群データ４を記憶す
る。記憶装置６は、更に、点群データ４から面データを
作成する過程で作成されるデータと、３次元ＣＡＤプロ
グラムとを記憶する。演算装置７は、記憶装置６に記憶
された３次元ＣＡＤプログラムを実行し、点群データ４
から面データを作成する処理、及び３次元ＣＡＤ装置２
の各部の制御を行う。

【００２５】入力装置８は、設計者から３次元ＣＡＤ装
置２への指示、及び設計者による選択を３次元ＣＡＤ装
置２に入力するために使用される。入力装置８として
は、例えば、キーボード、マウスが使用される。表示装
置９は、点群データ、点群データ４から面データを作成
する過程で作成されるデータ、及び最終的に作成された
面データを表示する。表示装置９としては、例えば、Ｃ
ＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイが使用される。

【００２６】図１は、本実施の形態のフィレット作成方
法を使用してクレイモデル３の形状を示す面データを作
成する作成プロセスを示す。

【００２７】まず、３次元形状測定装置１によってクレ
イモデル３の形状が測定され、点群データ４が３次元Ｃ
ＡＤ装置２に入力される（ステップＳ０１）。図３に示
されているように、表示装置９には、点群データ４に示
された点の集合１１が表示される。点群データ４に示さ
れた点の集合１１は、クラウド１１と呼ばれる。クラウ
ド１１は、クレイモデル３の表面の形状に対応してい
る。

【００２８】続いて、図４に示されているように、クラ
ウド１１に沿ってＲ頂点線１２が指定される。（図１の
ステップＳ０２）。Ｒ頂点線１２は、フィレット面の頂
点を規定するための曲線である。フィレット面の頂点を
規定するＲ頂点線１２は、デザインの良し悪しに重大な
影響を及ぼす。このため、Ｒ頂点線１２の指定は、設計
者の感性を最大限に生かすために設計者に委ねられる。

【００２９】Ｒ頂点線１２の指定のために、３次元ＣＡ
Ｄ装置２は、Ｒ頂点線１２の形状を指定する構成点１３
の位置の入力を設計者に要求する。構成点１３を滑らか
に結ぶ曲線が、Ｒ頂点線１２と定められる。構成点１３
は、Ｒ頂点線１２の上にあるＲ頂点になる。

【００３０】クラウド１１に沿ってＲ頂点線１２を指定
するためには構成点１３もクラウド１１に沿って指定さ
れる必要がある。図５は、構成点１３をクラウド１１に
沿って選択する方法を示している。構成点１３の指定の
ために、演算装置７は、点群データ４からメッシュ１４
を生成する。生成されたメッシュ１４は、クラウド１１
に含まれる点１５のうちの３つを頂点とする３角形要素
１６で構成されている。それぞれの３角形要素１６は一
の平面上にある。演算装置７は、設計者が入力装置８に
対して行った操作に応じて、３角形要素１６の上にある
点から構成点１３を選択する。演算装置７は、選択され
た構成点１３からＲ頂点線１２を生成する。

【００３１】続いて、図１に示されているように、構成
点１３のそれぞれについて、Ｒ値が設計者によって入力
装置８に入力される（ステップＳ０３）。３次元ＣＡＤ
装置２は、入力されたＲ値を受け取る。

【００３２】続いて、３次元ＣＡＤ装置２の演算装置７
により、図６に示されているように、Ｒ頂点線１２を中
心線とするパイプ面１７が求められる（図１のステップ
Ｓ０４）。パイプ面１７は、下記のようにして定められ
る。まず、構成点１３のそれぞれについて、構成点１３
を通り、且つ、Ｒ頂点線１２に垂直な垂直平面が定めら
れる。更に、その垂直平面の上に、構成点１３を中心と
し、且つ、その構成点１３に対応して定められたＲ値を
半径とする円１７ａが定められる。円１７ａは、構成点
１３のそれぞれについて定められる。図６には、構成点
１３の一部についてのみ、円１７ａが図示されている。
全ての円１７ａを通過し、且つ、円１７ａを滑らかに接
続する面が、パイプ面１７である。

【００３３】パイプ面１７の決定に使用されるＲ値は、
構成点１３に対応して定められるのではなく、Ｒ頂点線
１２の上に任意に定められた複数のＲ頂点のそれぞれに
対応して定められることが可能である。この場合、パイ
プ面１７の決定において、構成点１３の代わりに、任意
に定められたＲ頂点が使用される。但し、Ｒ値が構成点
１３に対応して定められることは、Ｒ値が定められる対
象であるＲ頂点を新たに指定する手間を省くことができ
る点で好ましい。

【００３４】続いて、パイプ面１７とクラウド１１とが
交差する位置にある交線が演算装置７により求められる
（図１のステップＳ０５）。図７に示されているよう
に、求められた２つの交線がＲ止まり線１８、１９と定
められる。

【００３５】クラウド１１は点で構成されるため、Ｒ止
まり線１８、１９を、２つの面が交わる曲線として求め
ることは出来ない。そこで、Ｒ止まり線１８、１９は、
以下に述べられる方法により求められる。図８に示され
ているように、Ｒ止まり線１８、１９の生成には、ステ
ップＳ０２において定められた３角形要素１６が使用さ
れる。既述のように、３角形要素１６は、クラウド１１
に含まれる点１５を頂点としている。この３角形要素１
６の辺のうちパイプ面１７と交わるものが、交差線分１
６ａとして選択され、選択された交差線分１６ａとパイ
プ面１７との交点２０が求められる。交点２０は、パイ
プ面１７とクラウド１１とが交差する２つの位置のそれ
ぞれについて求められる。交点２０を滑らかに接続する
曲線が、Ｒ止まり線１８、１９として定められる。

【００３６】Ｒ止まり線１８、１９が定められた後は、
３次元ＣＡＤ装置２が一般的に有する機能を使用して、
クレイモデル３の形状を示す面データの作成が行われる
（図１のステップＳ０６）。まず、クラウド１１のうち
のＲ止まり線１８、１９の間でない部分１１ａ、１１ｂ
について、点群データ４の曲面関数へのフィッティング
が行われる。図１４に示されているように、このフィッ
ティングにより、部分１１ａ、１１ｂにそれぞれ対応す
る自由曲面２１、２２の面データが作成される。

【００３７】更に、Ｒ頂点線１２、及びＲ止まり線１
８、１９から、自由曲面２１、２２を結ぶフィレット面
２３が作成される。Ｒ頂点線１２、及びＲ止まり線１
８、１９からのフィレット面２３の作成は、３次元ＣＡ
Ｄ装置が一般的に有する機能を用いて行われ、当業者に
とって周知であるフィレット処理方法により容易に実施
可能である。自由曲面２１、２２、及びフィレット面２
３の面データが演算装置７によって統合され、点群デー
タ４からの面データの作成が完了する。

【００３８】以上に説明されたように、本実施の形態で
は、フィレット面２３の作成のために必要ななＲ止まり
線１８、１９が、点群データ４から半自動的に作成さ
れ、フィレット面２３の作成が簡便になる。このとき、
デザインの良し悪しに大きく影響するＲ頂点線１２の決
定が設計者に委ねられ、これにより、デザイナーの感性
を生かしたデザインが実現されている。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、工業製品の形状を示す点
群データから面データを作成する際に、面と面とを接続
するフィレット面をより効率よく作成するための技術が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるフィレット作成方法の実
施の一形態を示す。

【図２】図２は、本発明によるフィレット作成方法で使
用される設計システム１０を示す。

【図３】図３は、３次元形状測定装置１によって生成さ
れた点群データ４に示された点の集合（クラウド）１１
を示す。

【図４】図４は、Ｒ頂点線１２の指定方法を示す。

【図５】図５は、Ｒ頂点線１２を規定する構成点１３の
指定方法を示す。

【図６】図６は、パイプ面１７の決定方法を示す。

【図７】図７は、生成されたＲ止まり線１８、１９を示
す。

【図８】図８は、Ｒ止まり線１８、１９の決定方法を示
す。

【図９】図９は、点群データ４から生成された自由曲面
２１、２２、及びフィレット面２３を示す。

【図１０】図１０は、従来の面データ作成方法を示す。

【符号の説明】

１：３次元形状測定装置 ２：３次元ＣＡＤ装置 ３：クレイモデル ４：点群データ ５：インターフェース ６：記憶装置 ７：演算装置 ８：入力装置 ９：表示装置 １０：設計システム １１：クラウド １２：Ｒ頂点線 １３：構成点 １４：メッシュ １５：点 １６：３角形要素 １７：パイプ面 １８、１９：Ｒ止まり線 ２０：交点 ２１、２２：自由曲面 ２３：フィレット面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）モデリング対象面の形状を、前記
   モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示
   す点群データを取得するステップと、 （ｂ）前記点の集合であるクラウドに沿って、Ｒ頂点線
   を定めるステップと、 （ｃ）前記Ｒ頂点線の上にあるＲ頂点に対応してＲ値を
   定めるステップと、 （ｄ）前記Ｒ頂点を通り、且つ、前記Ｒ頂点線に垂直な
   垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点を中心とし、半径を前
   記Ｒ値とする円を定めるステップと、 （ｅ）前記円を通過するパイプ面を定めるステップと、 （ｆ）前記クラウドと、前記パイプ面とが交差する位置
   にある２つの交線をＲ止まり線と定めるステップと、 （ｇ）前記Ｒ頂点線と前記Ｒ止まり線とに基づいて、フ
   ィレット面を定めるステップとを備えたフィレット作成
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のフィレット作成方法に
   おいて、 前記Ｒ頂点と、前記Ｒ頂点に対応して定められる前記円
   とは複数であり、 前記パイプ面は、前記円の全てを滑らかに接続するフィ
   レット作成方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のフィレット作成方法に
   おいて、 前記（ｆ）ステップは、 （ｈ）前記点のうちの２点を結び、かつ、前記パイプ面
   と交わる線分を複数定めるステップと、 （ｉ）前記線分と前記パイプ面との交点を定めるステッ
   プと、 （ｊ）前記交点を滑らかに結ぶ曲線を前記Ｒ止まり線と
   定めるステップを含むフィレット作成方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のフィレット作成方法に
   おいて、 前記（ｂ）ステップは、 （ｋ）前記点群データに基づいて、前記点のうちの３つ
   を頂点とする３角形要素から構成されるメッシュを定め
   るステップと、 （ｌ）前記３角形要素の上に構成点を定めるステップ
   と、 （ｍ）前記構成点を滑らかに結ぶ曲線を前記Ｒ頂点線と
   定めるステップとを含むフィレット作成方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のフィレット作成方法に
   おいて、 前記構成点は、前記Ｒ頂点に一致するフィレット作成方
   法。
6. 【請求項６】 （ａ）モデリング対象面の形状を、前記
   モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示
   す点群データを取得するステップと、 （ｂ）’入力装置になされた操作に応答して、前記点の
   集合であるクラウドに沿って、Ｒ頂点線を定めるステッ
   プと、 （ｃ）’入力装置になされた操作に応答して、前記Ｒ頂
   点線の上にあるＲ頂点に対応してＲ値を定めるステップ
   と、 （ｄ）前記Ｒ頂点を通り、且つ、前記Ｒ頂点線に垂直な
   垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点を中心とし、半径を前
   記Ｒ値とする円を定めるステップと、 （ｅ）前記円を通過するパイプ面を定めるステップと、 （ｆ）前記クラウドと、前記パイプ面とが交差する位置
   にある２つの交線をＲ止まり線と定めるステップと、 （ｇ）前記Ｒ頂点線と前記Ｒ止まり線とに基づいて、フ
   ィレット面を定めるステップとをコンピュータに実行さ
   せる３次元ＣＡＤプログラム。