JP2004005631A

JP2004005631A - 立体形状記述方法及びそれを用いたエンジニアリングシステム

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Publication number: JP2004005631A
Application number: JP2003128238A
Authority: JP
Inventors: Taro Takagi; 高木　太郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2020-09-18
Also published as: JP3895297B2

Abstract

【課題】３次元ビットマップの長所を残しながらデータサイズが小さく，さらにフィーチャに関する情報をデータに持たせる事ができる立体形状記述方法を提供する。
【解決手段】絶対座標系と浮動座標系を定義する機能、絶対座標系と浮動座標系の関係を記述する機能、３次元セル配列を定義する機能、浮動座標系と３次元セル配列を対応を記述する機能、３次元セル配列をソリッドモデルに変換する機能を持っている立体形状記述装置。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体形状記述方法及び立体形状記述装置及びそれを用いた立体形状設計支援システムに関し、特に自由形状の記述・操作・伝送に適する立体形状記述方法及び立体形状記述装置及びそれを用いた立体形状設計支援システムに関する。
【０００２】
【背景技術】
立体的な形状を記述する立体形状データにはいろいろなものが知られているが、よく使われるのは「ソリッドモデル」と「サーフェスモデル」である。ソリッドモデルとは、立体と点が与えられた時、点が立体の内部・外部・表面のいずれにあるかを、一定の手順で判定することができるようなデータ構造を持つ立体形状データのことである。一方サーフェスモデルは、そのようなデータ構造を持っていない。３次元ＣＡＤでは、立体の相互の干渉を短い時間で判定する必要があることから、一般的にはソリッドモデルが使われる。例えば、特開平８−３３５２７９号公報や特開平１１−２７２７３３号公報には、ソリッドモデルの生成法に関する発明が開示されている。
【０００３】
ソリッドモデルを実現するには、いくつかの方法が知られている。境界表現法（Ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ：Ｂ−ｒｅｐｓ）では、立体形状を構成する頂点・稜線・面・立体を代数的に定義するとともに、相互の位相関係（トポロジ）を定義することによって立体形状を記述する。集合演算法（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｓｏｌｉｄ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ：ＣＳＧ）では、基本的な立体形状であるプリミティブを組み合わせ、複雑な立体形状を記述する。３次元ビットマップでは、３次元空間に格子を定義し、これによって分割されるそれぞれの小領域（セル）が、立体の内部・外部・表面のいずれであるかを定義することによって立体形状を記述する。
【０００４】
これらの記述方法にはそれぞれ長所と短所があり、特に３次元ビットマップはＢ−ｒｅｐｓやＣＳＧと異なる特徴を持つ。それぞれの短所は次のとおり。
【０００５】
３次元ビットマップに対する、Ｂ−ｒｅｐｓやＣＳＧの長所：
ａ．一般にデータサイズが小さい。
ｂ．形状処理を行う際の計算量が少ない。
ｃ．フィーチャ（部分的な形状の意味）に関する情報を持つ。
ｄ．幾何学的に厳密である。
【０００６】
Ｂ−ｒｅｐｓやＣＳＧに対する、３次元ビットマップの長所：
ｅ．形状が同じであればデータ内容も同じである。
ｆ．微少な変形によってデータ構造が変わらない。
ｇ．形状を複雑にしてもデータサイズが無限に大きくならない。
すなわちそれぞれの短所は次のとおり。
【０００７】
３次元ビットマップに対する、Ｂ−ｒｅｐｓやＣＳＧの短所：
ｅ．形状が同じであってもデータ内容が同じとは限らない。
ｆ．微少な変形によってデータ構造が大きく変わることがある。
ｇ．形状を複雑にするとデータサイズが無限に大きくなる。
【０００８】
Ｂ−ｒｅｐｓやＣＳＧに対する、３次元ビットマップの短所：
ａ．一般にデータサイズが大きい。
ｂ．形状処理を行う際の計算量が多い。
ｃ．フィーチャ（部分的な形状の意味）に関する情報を持たない。
ｄ．幾何学的に厳密ではなく、モデルによる解釈が必要である。
【０００９】
ソリッドモデルの記述方法と、それぞれの特徴については「ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ」（Ｊ．Ｄ．Ｆｏｌｅｙ，Ａ．Ｄａｍ，Ｓ．Ｋ．Ｆｅｉｎｅｒ，Ｊ．Ｆ．Ｈｕｇｈｅｓ／Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ社）などの文献に詳しく記載されている。
【００１０】
これまでの３次元ＣＡＤでは、ソリッドモデルとしてＢ−ｒｅｐｓやＣＳＧが利用されていた。しかし最近では、コンピュータの処理能力が高まってきたこと、自由な加工ができるようになり、曲面を使った設計がしやすくなったこと、意匠デザインが重視されるようになったこと、自然物や既製品の形状を計測して立体形状データを作るリバースエンジニアリングが普及してきたことなどによって、３次元ビットマップの長所が見直されつつある。立体形状の設計に３次元ビットマップを利用すれば、複数の形状の比較や、微妙な変形の繰り返しによる形状の最適化や、３次元計測による実体物のデータ化などの作業を、特別なノウハウを必要とせずに行うことができる。
【００１１】
３次元ビットマップは先に挙げたａ〜ｄの短所を持っているが、このうちｂとｄは、コンピュータの処理能力の急速な向上によって解決されつつある。しかしａとｃは、依然として解決されるべき課題として残されていた。
【００１２】
データサイズを小さくする方法としては、データ圧縮技術の利用が考えられる。しかしＬＺＨ法などの複雑なデータ圧縮を行うと、使うたびに立体形状データの全体を伸長しなくてはならなくなり、ソリッドモデルとしての利用が難しくなる。そのためデータ圧縮の方法としては、８分木法など比較的単純で部分的に圧縮をしていくものを利用するしかなく、圧縮率を高めることが難しかった。
【００１３】
またフィーチャに関する情報、たとえば幾何学的な特徴や、形状の意味、加工方法、精度に関する情報などを持たせる方法としては、Ｂ−ｒｅｐｓやＣＳＧで記述された立体形状データを添付する方法が使われることもあった。しかしこの方法では、データサイズが大きくなるばかりでなく、３次元ビットマップの持つｅ・ｆ・ｇの長所が大きく失われた。
【００１４】
上記従来技術では、３次元ビットマップの長所を残しながら、短所を解決することが充分にできなかった。
【００１５】
【発明の開示】
本発明は、形状が同じであればデータ内容も同じ、微少な変形によってデータ構造が変わらない、形状を複雑にしてもデータサイズは無限に大きくならないといった３次元ビットマップの長所を残しながら、データサイズが小さく、さらにフィーチャに関する情報をデータに持たせることのできる立体形状記述方法と、それを利用するエンジニアリングシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
上記課題は、立体形状の記述に、絶対座標系と浮動座標系を定義する機能、絶対座標系と浮動座標系の関係を記述する機能、３次元セル配列を定義する機能、浮動座標系と３次元セル配列を対応を記述する機能、３次元セル配列をソリッドモデルに変換する機能を持たせることにより、解決することができる。
【００１７】
本発明の特徴は、ビットマップを使用して３次元空間にあるソリッドモデルを記述する立体形状記述方法もしくは立体形状記述装置であり、格子の粗い座標系と、格子の細かい座標系とを使用し、前記格子の細かい座標系の占める領域が、前記格子の粗い座標系の占める領域の一部、または全部と重なるように定義されることにある。
【００１８】
他の特徴は、３次元空間にあるソリッドモデルを記述する立体形状記述方法もしくは立体形状記述装置であり、前記３次元空間に対する固定座標系を定義し、単数または複数の浮動座標系を定義し、前記固定座標系に対する前記浮動座標系の相対的な位置関係を代数的に記述し、単数または複数の３次元セル配列を定義し、前記浮動座標系と前記３次元セル配列の対応を記述することにある。
【００１９】
この発明によれば、３次元ビットマップの持つ長所を残しながら、データサイズを縮小し、またデータにフィーチャに関する情報を持たせることができる。
【００２０】
他の特徴は、通信回線を使用して形状データを伝送し、前記形状データをもとに実際物を作製する立体物遠隔加工方法もしくは立体物遠隔加工装置であり、前記形状データが前記立体形状記述方法によって記述されることを特徴とする。
【００２１】
この特徴によれば、複雑な３次元ＣＡＤのデータを伝送する時間の短い立体物遠隔加工システムを提供することができる。
【００２２】
他の特徴は、複数の立体形状データを比較する立体形状データ比較方法であり、少なくとも一つの前記立体形状データを、前記立体形状記述方法によって記述されたソリッドモデルに変換する、データ変換過程を含むことにある。
【００２３】
この特徴によれば、複数の３次元ＣＡＤのデータを少ない記憶容量で比較することができる。
【００２４】
他の特徴は、複数の前記浮動座標系に対して順序を定義する、浮動座標系順序定義機能を持つ立体形状記述方法にある。
【００２５】
この特徴によれば、複数の座標系が重なっており、同じ点に対するボクセルの値が異なる場合であっても、その点が立体の内部・外部のどちらであるかを判定することができる。
【００２６】
他の特徴は、前記立体形状記述方法を用いたソリッドモデルの外観、あるいは断面を表示する機能を持つ立体形状表示方法であり、前記３次元セル配列に対し、前記ソリッドモデルの大域的な形状を表しているか、局所的な形状を表しているかを評価して優先度を求め、前記優先度の高い前記３次元セル配列を先に、前記優先度の低い前記３次元セル配列を後に表示することにある。
【００２７】
他の特徴は、前記ソリッドモデルを通信回線を使って伝送する機能を持つ立体形状伝送方法であり、前記３次元セル配列に対し、前記ソリッドモデルの大域的な形状を表しているか、局所的な形状を表しているかを評価して優先度を求め、前記優先度の高い前記３次元セル配列を先に、前記優先度の低い前記３次元セル配列を後に伝送することにある。
【００２８】
これらの方法によれば、立体の全体的な形状、または注目している部分の形状を、早く表示または伝送することができる。
【００２９】
他の特徴は、前記立体形状記述方法によって記述されたソリッドモデルに立体形状データを変換する立体形状データ変換方法であり、前記立体形状データが記述している立体形状の表面粗さ、表面位置のばらつき、面要素の大きさ、あるいは表面の曲率半径に基づき、前記浮動座標系を定義することにある。
【００３０】
この特徴によれば、３次元ＣＡＤのデータを、本発明の立体形状記述方法で記述された立体形状データに、半自動的に変換することができる。
【００３１】
他の特徴は、前記立体形状記述方法において、前記浮動座標系に対し、あるいは前記３次元セル配列に対応するボクセルに対し、素材の性質を示す属性を付加することのできる素材定義機能を持つことにある。
【００３２】
この特徴によれば、着色されている立体や、各種の素材でできている立体を記述し、操作することができる。
【００３３】
他の特徴は、前記立体形状記述方法において、前記浮動座標系に対し、あるいは前記３次元セル配列に対応するボクセルに対し、他の浮動座標系がより詳細な立体形状を記述しているかどうかを示す属性を付加することのできる、詳細化可能性定義機能を持つことにある。
【００３４】
この特徴によれば、立体形状を限りなく高精度で記述することができ、また任意の精度で立体形状を比較することができる。
【００３５】
他の特徴は、原形データをもとに実際物を作製する立体造形装置と、前記実際物を計測する立体計測装置を含む立体形状設計支援システムであり、前記原形データが前記立体形状記述装置によって記述され、前記立体計測装置によって得られる計測データをもとに、前記原形データを修正することにある。
【００３６】
この特徴によれば、計測データを造形データにフィードバックすることで複合モデリングを実現することが可能な立体形状設計支援システムを提供することができる。
【００３７】
他の特徴は、原形データをもとに実際物を作製する立体造形装置と、前記実際物を計測する立体計測装置を含む立体形状設計支援システムであり、前記原形データが前記立体形状記述装置によって記述され、前記立体計測装置が、前記原形データを参照して計測手順を決めることにある。
【００３８】
他の特徴は、前記立体形状設計支援システムにおいて、前記立体計測装置が、前記原形データに含まれる、前記３次元セル配列に対応するボクセルの寸法に基づき、計測分解能を変化させることにある。
【００３９】
これらの特徴によれば、計測が自動化されている高精度の立体形状設計支援システムを提供することができる。
【００４０】
他の特徴は、前記ソリッドモデルを作成あるいは変更する機能を持つ立体形状編集装置であり、前記ソリッドモデルを表示する表示手段と、前記浮動座標系と前記ソリッドモデルを重ねて表示する機能を持つ立体形状編集装置にある。
【００４１】
この特徴によれば、３次元ＣＡＤのデータを、本発明の立体形状記述方法で記述された立体形状データに変換することが可能な立体形状編集装置を提供することができる。
【００４２】
他の特徴は、前記ソリッドモデルを表示、または伝送する立体形編集方法であり、前記３次元セル配列に対する、前記優先度を決定する方法として、大域的な形状を表している前記３次元セル配列の前記優先度を高くする方法と、局所的な形状を表している前記３次元セル配列の前記優先度を高くする方法の、いずれかを選択することにある。
【００４３】
この特徴によれば形状の大域的な操作と局所的な操作を、いずれも快適に行うことが可能な立体形状編集装置を提供することができる。
【００４４】
他の特徴は、前記立体物遠隔加工システムにおいて、前記形状データが前記立体形状設計支援システムによって記述され、前記加工装置が、加工に使用する工具の加工分解能をもとに、詳細な立体形状を記述する他の浮動座標系を参照するかどうかを決定することにある。
【００４５】
この特徴によれば、要求された精度を確保しつつ、加工に要する時間を省くことが可能な立体物遠隔加工システムを提供することができる。
【００４６】
他の特徴は、前記立体形状設計支援システムにおいて、前記計測データの一部または全部を選択する機能と、選択された部分を前記原形データにコピーする機能を持つことにある。
【００４７】
この特徴によれば、計測データを造形データとして利用し、完全なリバースエンジニアリングを実現する立体形状設計支援システムを提供することができる。
【００４８】
他の特徴は、前記ソリッドモデルを記憶する媒体にある。
【００４９】
この特徴によれば、本発明の立体形状記述方法によって記述された立体形状データを移動・流通させることができる。
【００５０】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施例として、いくつかのエンジニアリングシステムを挙げることができるが、その効果は本発明の立体形状記述方法に帰依するものである。そこでエンジニアリングシステムの説明に先立ち、本発明の立体形状記述方法について説明することにする。
【００５１】
まず、本発明の立体形状記述方法と、従来の３次元ビットマップによって、同じ立体形状を記述した例を図１に示す。なお以下の説明では、わかりやすくするために立体形状を２次元で模式的に図示することがあるが、その場合でも実際の対象は３次元であるとして理解されたい。
【００５２】
図１の（ａ）は、従来の３次元ビットマップで立体形状を記述したものである。この方法では、３次元空間を多数のボクセルに分割する格子を定義する。それぞれのボクセルは、その中心が立体形状の内部にあるか、あるいは外部にあるかを表す情報を持つ。ここでは容積の５０％以上が立体形状の内部にあるボクセルを着色して示した。
【００５３】
この方法では、記述されている立体形状の表面に「ジャギ」と呼ばれる段差が生じる。ジャギを軽減するには格子を細かくしなければならないが、そうするとボクセルの数が増え、データサイズが非常に大きくなってしまう。これが３次元ビットマップの本質的な短所である。
【００５４】
これに対する図１の（ｂ）は、本発明の立体形状記述方法で、同じ立体形状を記述したものである。この方法では複数の座標系を使用し、それぞれの座標系に格子を定義する。ここでは粗い格子を定義する直交座標系と、細かい格子を定義する極座標系を使用している。
【００５５】
このように本発明の立体形状記述方法によれば、立体形状の表面で格子を細かくし、内部では格子を粗いままとすることで、データサイズをそれほど増やさずにジャギを軽減することができる。
【００５６】
次に、図２に、本発明の立体形状記述方法によって記述された立体形状データＤのデータ構造を示す。
【００５７】
立体形状データＤは、固定座標系ＤＡと、浮動座標系リストＤＬと、セル演算指定子ＤＣを一つずつ持っている。また立体形状データＤは、浮動座標系ＤＦをいくつでも持つことができるが、まったく持たなくてもよい。
【００５８】
それぞれの座標系は、座標パラメータと３次元セル配列を一つずつ持つことができるが、持たなくてもよい。座標パラメータは、３次元空間を分割する格子を定義する３個の独立な変数である。３次元セル配列は、この格子によって３次元空間が分割されてできる小領域（セル）の配列である。固定座標系ＤＡは、固定座標パラメータＤＡ１と、固定３次元セル配列ＤＡ２を持つことができる。また浮動座標系ＤＦは、浮動座標パラメータＤＦ１と、浮動３次元セル配列ＤＦ２を持つことができる。それぞれのセルは、その中心が対象とする立体形状の内部であるか、外部であるかを示す情報を持つ。
【００５９】
浮動座標系リストＤＬは、浮動座標系ＤＦを管理するリストである。
【００６０】
それぞれの座標系は、素材属性を一つ持つことができるが、持たなくてもよい。素材属性は３次元セル配列に含まれるそれぞれのセル、あるいは座標系によって記述される立体形状に対し、色・表面粗さ・光反射率・密度など、素材の性質を定義する属性である。
【００６１】
浮動座標系ＤＦは固定座標系ＤＡと異なり、座標変換関数ＤＦ４と大域／局所序数ＤＦ５を持っている。座標変換関数ＤＦ４は、浮動座標パラメータＤＦ１を固定座標パラメータＤＡ１に変換する関数である。これは次のような形式で記述される。
【００６２】
Ｘ＝Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）
Ｙ＝Ｙ（ｘ，ｙ，ｚ）
Ｚ＝Ｚ（ｘ，ｙ，ｚ）
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は固定座標パラメータＤＡ１であり、（ｘ，ｙ，ｚ）は浮動座標パラメータＤＦ１である。
【００６３】
座標パラメータ・３次元セル配列・座標変換関数を与えると、座標系に固有の立体形状が一意に決まる。図３に、これらの関係を例示する。ここでは浮動座標系ＤＦの例として、一つの極座標系を採り上げる。原点からの距離をパラメータｒ、Ｙ軸方向からの回転角をパラメータθとする。ｒとθはいずれも実数の値を取り、次のような変域を持つ。
【００６４】
１≦ｒ≦２
０≦θ≦２π
３次元セル配列はｒ・θを引数とする配列で、その要素は０と１のいずれかである。要素が０の場合、ｒとθによって決まるボクセルは立体形状の外部であり、要素が１の場合、そのボクセルは立体形状の内部である。ここで例示した３次元セル配列は、ｒ方向に８要素、θ方向に６０要素を含む。そのため左上の要素は、次のようなｒ・θの値に対応する。
【００６５】
ｒ＝１＋１／１６＝１．０６２５
θ＝０＋２π／１２０＝π／６０
このように３次元セル配列の要素を増やすことにより、格子を細かくすることができる。
【００６６】
座標変換関数は、この浮動座標系ＤＦに固有の座標パラメータであるｒとθを、絶対的な座標パラメータ、すなわち固定座標パラメータＤＡ１である、ＸとＹに変換する関数である。これによって絶対的な位置を持つ点（Ｘ、Ｙ）と、３次元セル配列の要素が対応付けられることになる。
【００６７】
再び図２に戻り、説明を続ける。
【００６８】
大域／局所序数ＤＦ５は、それぞれの浮動座標系ＤＦが大域的なものであるか、局所的なものであるかを示す序数である。立体形状データＤに含まれる座標系のうち、一般には固定座標系ＤＡが最も大域的な座標系である。固定座標系ＤＡの次に大域的な浮動座標系ＤＦの大域／局所序数ＤＦ５は１であり、局所的な浮動座標系ＤＦになるにしたがって大域／局所序数ＤＦ５は大きくなる。複数の浮動座標系ＤＦの大域／局所序数ＤＦ５が同じであることもあり得る。
【００６９】
ある点が立体の内部・外部のどちらであるかは、その点を含む座標系の３次元セル配列の値によって決まる。その点が複数の座標系に含まれている場合には、大域／局所序数ＤＦ５の大きい座標系の３次元セル配列の値が使われる。しかし複数の座標系の大域／局所序数ＤＦ５が同じ場合もある。セル演算指定子ＤＣは、このような場合に複数の３次元セル配列の値をどのように処理するかを指定するものであり、次のような値を取る。
【００７０】
ＯＲ演算　：複数の３次元セル配列の値のＯＲとする。いずれかの座標系で立体の内部と見なされる点が、最終的に内部と見なされる。
【００７１】
ＡＮＤ演算：複数の３次元セル配列の値のＡＮＤとする。すべての座標系で立体の内部と見なされる点が、最終的に内部と見なされる。
【００７２】
ＭＡＪ演算：複数の３次元セル配列の値のうち、数の多い方とする。内部と見なす座標系と、外部と見なす座標系の数が等しい場合には、大域／局所序数ＤＦ５の小さい座標系を参照する。
【００７３】
立体形状データＤは、浮動座標系ＤＦを限りなく多く持つことができるので、大域／局所序数ＤＦ５とセル演算指定子ＤＣを使って浮動座標系ＤＦを階層化し、限りなく細かい格子を定義することにより、ジャギの大きさを任意に与えられた有限のしきい値よりも小さくすることができる。
【００７４】
図４、図５、図６に、本発明の立体形状データＤの浮動座標系ＤＦにおける、大域／局所序数ＤＦ５の違いに伴う、立体形状データＤが記述する立体形状の変化を例示する。（ａ）は固定座標系ＤＡを表し、また（Ｂ）と（Ｃ）は２種類の浮動座標系ＤＦを表す。
【００７５】
固定座標系ＤＡの大域／局所序数ＤＦ５は０に固定されているが、浮動座標系ＤＦの大域／局所序数ＤＦ５は自由に指定することができる。
【００７６】
（Ｄ）と（Ｅ）と（Ｆ）は、これらの座標系をそれぞれ次の条件で組み合わせた場合の立体形状である。
【００７７】

このようにどの座標系の３次元セル配列の値が使われるかにより、立体形状は変化する。ジャギを軽減することを考えると、格子の細かい座標系の大域／局所序数ＤＦ５を大きくするようにするべきである。
【００７８】
以上が立体形状データＤのデータ構造である。このようなデータ構造のため、立体形状データＤは次のような性質を持つことができる。
１．座標系の定義が同じなら、複数の立体形状データＤが記述している立体形状が同じであるかどうかを、任意の精度で判定することができる。
２．座標系の定義が同じなら、立体形状データＤが記述している立体形状の任意の部分を、他の立体形状データＤにコピーすることができる。
３．高い精度が要求されない場合、簡単な計算処理によってデータサイズを小さくすることができる。
４．データサイズを大きくすれば、精度を限りなく高めることができる。
５．立体形状データＤが記述している立体形状を変形させる場合、変形量が小さいほど計算処理が少ない。
【００７９】
以下に挙げるエンジニアリングシステムも、本発明の立体形状記述方法によって記述された立体形状データＤの、このような性質を利用するものである。
【００８０】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例である立体物遠隔加工システムＳＡの構成を図７に示す。立体物遠隔加工システムＳＡは、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１と３次元加工装置Ｓ２を備えている。３次元ＣＡＤ装置Ｓ１と３次元加工装置Ｓ２は、通信回線Ｓ３３を経由して相互に接続されている。
【００８１】
３次元ＣＡＤ装置Ｓ１は、形状処理装置Ｓ１１と、データ記憶装置Ｓ１２と、表示装置Ｓ１３と、操作装置Ｓ１４と、外部インタフェースＳ１５を備えている。
【００８２】
形状処理装置Ｓ１１は、ＣＰＵやメモリ及びこのメモリに保持されたプログラムやデータ等を備えたパーソナルコンピュータやワークステーションである。形状処理装置Ｓ１１は、操作装置Ｓ１４からのコマンドＤ２を受け取って、データ記憶装置Ｓ１２に記憶されている立体形状データＤに対し、データの作成・変更・修正・比較、データ構造の変換、データの入出力などの処理を行う。
【００８３】
データ記憶装置Ｓ１２は、磁気ディスクや半導体メモリであり、本発明の立体形状記述方法によって記述された立体形状データＤを記憶する。
【００８４】
表示装置Ｓ１３は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイであり、立体形状データＤやその他の設計情報を、表示画像Ｄ１としてオペレータに表示する。
【００８５】
操作装置Ｓ１４は、マウスやキーボードなどであり、オペレータによる操作を受け取って、形状処理装置Ｓ１１にコマンドＤ２を送る。
【００８６】
外部インタフェースＳ１５は、ＬＡＮボードやネットワークアダプタであり、立体物遠隔加工システムＳＡに接続されている他の装置からＢ−ｒｅｐｓデータＤ３を受け取る。
【００８７】
このような構成の立体物遠隔加工システムＳＡを利用し、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３をもとに製品ＭＡを作り出す立体物遠隔加工工程ＰＡを図８に示す。立体物遠隔加工工程ＰＡは、Ｂ−ｒｅｐｓデータ準備過程Ｐ１と、Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２と、データ伝送過程Ｐ３と、制御コード作成過程Ｐ４と、ＮＣ加工過程Ｐ５を含む。
【００８８】
Ｂ−ｒｅｐｓデータ準備過程Ｐ１は、従来の一般的な３次元ＣＡＤのデータであるＢ−ｒｅｐｓデータＤ３を準備する過程である。３次元ＣＡＤを備えている他の装置を使ってＢ−ｒｅｐｓデータＤ３を作成し、これを外部インタフェースＳ１５を使って立体物遠隔加工システムＳＡに読み込む方法が現実的である。
【００８９】
Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２は、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３が記述している立体形状を本発明の立体形状記述方法で記述し、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３を立体形状データＤに変換する過程である。本発明の立体形状記述方法を利用すれば、非常に複雑な立体形状を記述する場合であってもデータサイズが変わらないので、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３が複雑な立体形状を記述している場合には、この変換によってデータサイズを小さくすることができる。
【００９０】
データ伝送過程Ｐ３は、通信回線Ｓ３３を利用し、立体形状データＤを３次元ＣＡＤ装置Ｓ１から３次元加工装置Ｓ２に伝送する過程である。
【００９１】
制御コード作成過程Ｐ４は、立体形状データＤをもとにＮＣ工作機械Ｓ２４の制御コードＤ４を作る過程である。制御コードＤ４としては、一般にＧコードと呼ばれているものを利用することができる。
【００９２】
ＮＣ加工過程Ｐ５は、制御コードＤ４によってＮＣ工作機械Ｓ２４を制御し、製品ＭＡを工作する過程である。
【００９３】
図９に、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３を立体形状データＤに変換する、Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２を詳しく示す。Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２は、固定座標系決定過程Ｐ２１と、浮動座標系作成過程Ｐ２２と、浮動座標系配置過程Ｐ２３と、３次元セル配列決定過程Ｐ２４を含む。
【００９４】
固定座標系決定過程Ｐ２１は、固定座標系ＤＡを決定する過程である。つまり原点と、基準となる座標軸を決め、固定座標パラメータＤＡ１を決定する過程である。通常のＢ−ｒｅｐｓデータＤ３は、原点と座標軸の定義を含んでいるので、これをそのまま利用してもよい。
【００９５】
浮動座標系作成過程Ｐ２２は、新しい浮動座標系ＤＦを作成する過程である。操作装置Ｓ１４にコマンドＤ２を入力することで、浮動座標パラメータＤＦ１、浮動３次元セル配列ＤＦ２、座標変換関数ＤＦ４が決定されていない浮動座標系ＤＦが作られる。このうち浮動３次元セル配列ＤＦ２と座標変換関数ＤＦ４は、浮動座標系配置過程Ｐ２３と３次元セル配列決定過程Ｐ２４で決定されるので、浮動座標系作成過程Ｐ２２では浮動座標パラメータＤＦ１の入力までを行う。
【００９６】
浮動座標系配置過程Ｐ２３は、浮動座標系ＤＦの配置を決定する過程である。すなわち浮動座標系ＤＦの座標変換関数ＤＦ４を決める過程である。図１０に、浮動座標系ＤＦを配置している時の、表示装置Ｓ１３の画面の例を示す。画面には、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３とともに、浮動座標系ＤＦの制御点が表示されている。作業者は配置したい座標系の制御点（原点や端点など）をマウスカーソルで指定したり、制御点の座標を入力したりして、浮動座標系ＤＦを配置する。
【００９７】
３次元セル配列決定過程Ｐ２４は、浮動座標系ＤＦの格子によって定義されるボクセルが、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ３が記述している立体形状の内部であるか、外部であるかを判定し、浮動３次元セル配列ＤＦ２の要素に値を代入する過程である。これによって浮動座標系ＤＦの浮動座標パラメータＤＦ１と、浮動３次元セル配列ＤＦ２と、座標変換関数ＤＦ４がすべて決定される。つまり浮動座標系ＤＦが、ある立体形状を記述したことになる。
【００９８】
３次元ＣＡＤ装置Ｓ１から比較的伝送速度の遅い通信回線Ｓ３３で伝送されてくる立体形状データＤを、３次元加工装置Ｓ２の表示装置Ｓ２３で見る場合には、立体形状データＤに含まれている座標系を調べ、大域／局所序数ＤＦ５の小さい座標系、すなわち大域的な座標系から先に表示する手法を利用するとよい。この方法によって作業者は、形状データＤの全体を受信する前であっても、およその立体形状を把握することができる。
【００９９】
図１１に、大域的な座標系から先に表示する手法を利用して立体形状データＤを見ている時の、表示装置Ｓ１３の画面の例を示す。立体形状データＤの多くの部分が受信されるにしたがい、より詳細な立体形状が表示されるようになる。
【０１００】
立体形状データＤをＮＣ工作機械Ｓ２４で切削加工するにも、立体形状データＤのデータ構造は有利である。立体形状データＤをＮＣ工作機械Ｓ２４を使って加工する手順を図１２、図１３に例示する。この図では素材の形状を太線で示しており、目的とする製品ＭＡの形状を着色して示している。
【０１０１】
図１２において、（ａ）は加工を行う前の素材である。これからまず、固定座標系ＤＡによって立体形状が決まる部分、つまり浮動座標系ＤＦが配置されていない部分のうちで、目的とする立体形状に含まれていない部分、つまり固定３次元セル配列ＤＡ２の要素の値が０であるボクセルに相当する部分を、エンドミルなどの工具を使って削る。この加工は、固定座標系ＤＡの粗い格子と、座標変換関数ＤＦ４によって定義される浮動座標系ＤＦの外形に沿って行われる。そのため径の大きい工具を使い、加工に要する時間を短縮することができる。これによって素材は（ｂ）に示す形状に加工される。
【０１０２】
次に径の小さい工具に交換し、固定座標系ＤＡの次に大域／局所序数ＤＦ５が小さい浮動座標系ＤＦについて同様の加工を行う。これによって素材は図１３の（ｃ）に示す形状に加工される。
【０１０３】
この例では工具を１回交換しただけで目的とする製品ＭＡが得られたが、もしさらに大域／局所序数ＤＦ５の大きい浮動座標系ＤＦが配置されている場合には、さらに径の小さい工具に交換し、より細かい加工を行う。
【０１０４】
このように立体形状データＤの加工では、固定座標系ＤＡと浮動座標系ＤＦの格子の細かさに応じた適切な径の工具を使い分けることができるので、高精度の加工を短い時間で行うことができる。
【０１０５】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例である立体形状設計支援システムＳＢの構成を図１４に示す。立体形状設計支援システムＳＢは、３次元ＣＡＤ装置１と、光造形装置Ｓ４と、Ｘ線ＣＴ装置Ｓ５を備えている。光造形装置Ｓ４とＸ線ＣＴ装置Ｓ５は、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１にそれぞれ接続されている。
【０１０６】
３次元ＣＡＤ装置Ｓ１は、第１の実施例と同じものである。
【０１０７】
光造形装置Ｓ４は、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１から、本発明の立体形状記述方法で記述された造形データＤ４を受け取り、その立体形状を持つ実体物を樹脂などで作製する。光造形装置Ｓ４の動作原理である光造形技術については、「積層造形システム」（中川威雄・丸谷洋二／工業調査会）などの文献に詳しく記載されている。
【０１０８】
Ｘ線ＣＴ装置Ｓ５は、切断面を少しずつ変えながら実体物の断層像を撮影する。多数の断層像を立体的に組み合わせることで、実体物の立体形状が求められる。これを本発明の立体形状記述方法によって記述して計測データＤ６とし、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１に送り出す。Ｘ線ＣＴ装置Ｓ５の動作原理であるＸ線ＣＴ技術については、「非接触計測・認識技術データブック」（オプトロニクス社）などの文献に詳しく記載されている。
【０１０９】
図１５に、本発明の第２の実施例になる立体形状設計工程のフローを示す。本実施例によれば、上記構成の立体形状設計支援システムＳＢを利用し、実際物である模型ＭＢを活用することで、３次元ＣＡＤだけでは設計しにくい立体形状、たとえば感性に基づく評価・最適化が必要な立体形状や、実験的な評価・最適化が必要な立体形状であっても迅速・的確に設計することができる。すなわち、
図１５において、立体形状設計工程ＰＢは、Ｂ−ｒｅｐｓデータ準備過程Ｐ１と、Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２と、模型作製過程Ｐ６と、模型評価過程Ｐ７と、模型修正過程Ｐ８と、原形データ修正過程Ｐ９と、模型計測過程Ｐ１０と、計測データ反映過程Ｐ１１を含む。
【０１１０】
Ｂ−ｒｅｐｓデータ準備過程Ｐ１は、第１の実施例と同じものである。
【０１１１】
Ｂ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２も、第１の実施例と同じものである。
【０１１２】
模型作製過程Ｐ６は、光造形装置Ｓ４を利用し、原形データＤ５によって記述されている立体形状を持つ模型ＭＢを作製する過程である。エポキシ樹脂を使う高精度の光造形装置を利用すれば、模型ＭＢを０．１ｍｍ以下の高い精度で作ることができる。
【０１１３】
模型評価過程Ｐ７は、評価者が模型ＭＢを眺めたり、持ったり、着色したり、照明を当てたりすることによって視覚的・触覚的に形状を評価し、あるいは模型ＭＢを使用する実験を行い、機械的な性能から模型ＭＢの形状を評価する過程である。
【０１１４】
模型修正過程Ｐ８は、模型ＭＢを加工することによって、その立体形状を修正する過程である。模型評価過程Ｐ７では、評価者が模型ＭＢの形状を評価する。満足な評価結果が得られなかった場合、模型ＭＢを削ったり、模型ＭＢにパテを盛ったり、他の部品を接着したりして、模型ＭＢの形状を修正する。この修正は実際物である模型ＭＢに対して直接的に行われるので、立体形状データＤを修正する方法に比べ、はるかに迅速・的確に行うことができる。
【０１１５】
模型修正過程Ｐ８で模型ＭＢの形状を修正したら、模型評価過程Ｐ７に戻って再び評価を行う。この繰り返しによって模型ＭＢの形状が最適化され、最終的に満足な評価結果を与える立体形状が得られる。
【０１１６】
原形データ修正過程Ｐ９は、形状処理装置Ｓ１１にコマンドＤ２を送り、原形データＤ５が記述している立体形状を修正する過程である。
【０１１７】
図１６に、原形データＤ５が記述している立体形状を修正し、目的の立体形状を作る原形データ修正過程Ｐ９を詳しく示す。原形データ修正過程Ｐ９は、３次元セル配列変更工程Ｐ９１と、座標系変更工程Ｐ９２を含む。
【０１１８】
模型計測過程Ｐ１０は、Ｘ線ＣＴ装置Ｓ５を利用し、模型Ｍの形状を計測して計測データＤ６を作成する過程である。高エネルギのＸ線を使う産業用Ｘ線ＣＴ装置を使えば、模型Ｍの形状を０．１ｍｍの精度で正確に計測することができる。
【０１１９】
計測データ反映過程Ｐ１１は、原形データＤ５と計測データＤ６を対比させ、立体形状に対してなされた修正を原形データＤ５に反映させる過程である。最も簡単な反映の形態としては、計測データＤ６をそのまま新しい原形データＤ５とするやり方が考えられる。あるいは形状の一部だけを修正するような場合、原形データＤ５の一部を計測データＤ６に置き換えるやり方が考えられる。また原形データＤ５と計測データＤ６を比較し、その差異を表示するやり方も有用である。
【０１２０】
このように立体形状設計支援システムＳＢによれば、３次元ＣＡＤを使用して仮想的に立体形状を設計する「ＣＡＤモデリング」と、実際物をうまく活用して現実的に立体形状を設計する「実際物モデリング」を密接に結合することができ、両方の長所を生かした「複合モデリング」を実現することが可能となる。
【０１２１】
ＣＡＤモデリングの長所：
ａ．モデリングの精度が高い
ｂ．数値入力が可能
ｃ．ＣＡＭ化への対応が容易
ｄ．複製・再利用が容易
ｅ．やり直しが容易
ｆ．伝送・共有が容易
ｇ．保管のための空間が不要
ｈ．工作技能・作業空間が不要
実際物モデリングの長所：
ｉ．直感的なモデリングが可能
ｊ．モデリングの手法が選べる
ｋ．既存物の利用が簡単
ｌ．情報量が多い
ｍ．ＣＡＤの専門知識が不要
ｎ．視点の変更が迅速
ｏ．触感の評価が容易
ｐ．実際の使用が可能
ｑ．ＶＤＴ障害の心配がない
すなわち立体形状設計支援システムＳＢを利用することにより、対象物の性質に応じて、ＣＡＤモデリングと実際物モデリングを適切に使い分けることができる。これにより、設計の能率と品質をともに向上させることができる。
【０１２２】
（第３の実施例）
次に本発明の第３の実施例として鉄道車両の形状の設計を採り上げ、これに本発明の立体形状設計支援システムＳＢを使用する効果を説明する。図１７に、本発明の立体形状記述方法で記述された鉄道車両の原形データＤ５の形状を示す。この原形データＤ５は３次元ＣＡＤを使用して作成されたものであり、単純な直方体を記述している。
【０１２３】
この鉄道車両の設計では、次の形状を決めなければならない。
【０１２４】
１．先頭部分（運転席などがある部分）の形状
２．後尾外周部分（客室などがある部分の外周）の形状
そこで原形データＤ５の立体形状に対し、いくつかの座標系を定義する。浮動座標系ＤＦは、固定座標系ＤＡよりも高い分解能を持つ格子で定義し、設計者のセンスに基づいて微妙な変形がなされる先頭部分と、断面の形状を正確に決める必要のある後尾外周部分に配置する。設計者は表示装置Ｓ１３の画面を見ながら、それぞれの座標系の格子を手動で定義し、座標系を配置する。
【０１２５】
図１８に、マウスを使用して浮動座標系ＤＦを配置している時の、表示装置Ｓ１３の画面の例を示す。画面には原形データＤ５が、ボリュームレンダリングによって表示されている。設計者はいくつかの新しい浮動座標系ＤＦを作り、制御点（原点や端点など）をマウスカーソルで指定したり、制御点の座標を入力したりすることで、座標系を配置していく。
【０１２６】
３次元ＣＡＤ装置Ｓ１には、座標系の定義を支援する機能が備えられている。一般に立体形状を細かく修正していくと、面要素は小さくなる。また複数の立体形状がある場合、頻繁に修正される部位では表面位置のばらつきが大きくなる。３次元ＣＡＤ装置Ｓ１はこのことを利用し、細かく修正された部位や頻繁に修正される部位を自動的に見つけ出して、その近傍に分解能の高い格子を配置する。こうして自動的に配置された格子は、設計者が手動で配置し直すこともできる。
【０１２７】
これが済んだら設計者は３次元ＣＡＤ装置Ｓ１にコマンドＤ２を送る。これにより、設計された立体形状から固定３次元セル配列ＤＡ２と浮動３次元セル配列ＤＦ２が自動的に作成され、本発明の立体形状記述方法で記述された原形データＤ５が得られる。この原形データＤ５は固定座標系ＤＡの他に、先頭部分座標系ＤＦａと後尾部分断面座標系ＤＦｂの、二つの浮動座標系ＤＦを持っている。
【０１２８】
本発明の立体形状記述方法によって記述された原形データＤ５を修正するには、二つの方法がある。一つは３次元の描画を行い、３次元セル配列を直接変更していく方法であり、立体形状を直接的に修正することができる。
【０１２９】
図１９に、この方法によって原形データＤ５を修正している時の、表示装置Ｓ１３の画面の例を示す。この例には、仮想的な球形の描画ツールをマウスカーソルでドラッグすることで、立体形状を修正している様子が示されている。描画操作を行うと、まず先頭部分座標系ＤＦａの３次元セル配列に対する変更がなされる。描画操作が終了すると、先頭部分座標系ＤＦａよりも大域／局所序数ＤＦ５の小さい座標系に、自動的に変更が反映される。
【０１３０】
もう一つは、座標系の格子の定義や、座標系の配置を変えていく方法である。この方法では、平行移動、回転移動、対称移動、拡大・縮小、複製などの操作を正確に行うことができる。
【０１３１】
図２０に、この方法によって原形データＤ５を修正している時の、表示装置Ｓ１３の画面の例を示す。この例には、マウスカーソルで後尾部分断面座標系ＤＦｂをドラッグし、移動させることで立体形状を修正している様子が示されている。移動操作の場合にも、まず後尾部分座標系ＤＦｂに対する変更がなされ、その後に大域／局所序数ＤＦ５の小さい座標系に自動的に変更が反映される。
【０１３２】
局所的な修正を行う際には、第１の実施例と反対に、大域／局所序数ＤＦ５の大きい座標系、すなわち局所的な座標系から先に表示する手法を利用するとよい。この方法によれば、作業者が形状を修正するたびに原形データＤ５の全体が表示されることがなくなり、変更の結果がすみやかに画面に反映されるので、作業が非常に快適になる。
【０１３３】
原形データＤ５には素材属性を持たせることができる。設計者は３次元ＣＡＤ装置Ｓ１を使い、固定座標系素材属性ＤＡ３・浮動座標系素材属性ＤＦ３を入力したり、操作したりすることができる。
【０１３４】
こうして作られた原形データＤ５を光造形装置Ｓ４に送ると、この立体形状を持つ模型ＭＢが自動的に作られる。図２１に、模型ＭＢの形状を示す。模型ＭＢをＸ線ＣＴ装置Ｓ５に取り付ける際の位置合わせを容易にするため、模型ＭＢには脚部ＭＢ１を付加している。
【０１３５】
設計者は模型ＭＢを使用して風洞実験を行い、空気力学的な特性を評価する。鉄道車両が高速で走行すると空気の渦が発生し、これが騒音の原因となる。また消費電力を抑えるには、空気抵抗を可能な限り小さくするべきである。この風洞実験によって空気の渦が発生することや、空気抵抗が大きすぎることがわかれば、部分的に模型ＭＢを削ったり、パテを盛ったりして、模型ＭＢの形状を修正することができる。風洞実験の経験が豊富な設計者にとって実際物の直接的な修正は、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１による原形データＤ５の修正よりも、むしろ迅速・的確に行うことができる作業である。
【０１３６】
空気力学的な特性の評価が済んだら、次に外見を評価する。模型ＭＢに着色を施し、いろいろな方向から見て評価を行う。実際物である模型ＭＢを利用すれば、表示装置Ｓ１３の画面で原形データＤ５を見るだけで外見を評価する方法と比べ、より直感的で的確な評価を行うことができる。不満な点がある場合には、やはり模型ＭＢを削ったり、パテを盛ったりして形状を整える。大きく形状が変わった場合には、空気力学的な特性の評価をもう一度やり直した方がよい。
【０１３７】
こうして模型ＭＢの空気力学的な特性と外見の評価が済み、立体形状が充分に最適化されたところで、これをＸ線ＣＴ装置Ｓ５に取り付け、立体形状の計測を行う。その際に設計者は、３次元ＣＡＤ装置Ｓ１にコマンドを送り、模型ＭＢのもととなった原形データＤ５をＸ線ＣＴ装置Ｓ５に送る。原形データＤ５には、分解能の異なる複数の座標系が含まれているので、これに基づいてＸ線ＣＴ装置Ｓ５は、撮像するべき断面の間隔を的確に選択することができる。これにより、計測に要する時間が節約される。さらに原形データＤ５のデータ構造に基づいて得られた断層像を処理することにより、原形データＤ５と同じデータ構造を持つ計測データＤ６を得ることができる。原形データＤ５が素材属性を持つ場合には、それを計測データＤ６にコピーすることにより、設計者が計測データＤ６の素材属性を入力する手間を省くことができる。
【０１３８】
計測データＤ６は、新しい原形データＤ５として利用することができる。また両者を比較し、原形データＤ５の修正に役立ててもよい。
【０１３９】
鉄道車両の場合、先頭部分の後方の部分は断面が変わらない、いわゆる押し出し形状である。しかし模型ＭＢを計測して得られた計測データＤ６では、先頭部分以外の部分を変形させなかったとしても、計測の誤差などにより、後方の部分が厳密な押し出し形状でなくなっている可能性がある。この部分を厳密な押し出し形状とするには、もとの原形データＤ５を部分的に使うか、計測データＤ６を修正して厳密な押し出し形状にするか、いずれかの処理をしなくてはならない。本発明の方法なら、後尾部分断面座標系ＤＦｂの格子が水平方向の軸を持つことを利用し、一つの断面を求めてからすべての断面にコピーすることによって、簡単に厳密な押し出し形状を作ることができる。
【０１４０】
また鉄道車両では、形状のほとんどの部分が左右対称である。しかし手作業で模型ＭＢを変形させる方法では、厳密な対称性が保持されない可能性が大きい。厳密な対称性を確保するには、計測データＤ６が記述している立体形状を、その中心面で左右に分割し、両方の変形量を算出して平均を求めなければならない。本発明の方法なら、先頭部分座標系ＤＦａと後尾部分断面座標系ＤＦｂをコピーしたものを作り、中心面で反転させて計測データＤ６に追加することによって、簡単に対称性を与えることができる。
【０１４１】
このように計測データＤ６に部分的に原形データＤ５をはめ込む、計測データＤ６の一部を複製して利用する、二つの計測データＤ６を比較する、二つの計測データＤ６の平均を求めるといった処理を行う場合には、本発明の立体形状記述方法を利用することで、操作が非常に簡単になる。
【０１４２】
鉄道車両の例は不適切であるが、ＮＣ切削機械を利用して製品を加工するにも、本発明の立体形状記述方法は有用である。小型の精巧なカッタで切削しなければならない部分は、浮動座標系によって定義されている部分に限られるので、それ以外の部分は大型のカッタで高速に切削することができる。すなわち切削加工に要する時間を大幅に短縮することができる。
【０１４３】
立体形状設計支援システムＳは、光造形装置Ｓ４とＸ線ＣＴ装置Ｓ５を備えているが、これらは必須の構成要素ではなく、類似する機能を持つ他の構成要素で置換することができる。たとえば光造形装置Ｓ４の代わりに、ＳＬＳ造形装置・ＬＯＭ造形装置・ＦＤＭ造形装置などのラピッドプロトタイピング装置、３軸・５軸のＮＣ加工装置を使用してもよい。これらの装置でワックスパターンを作り、消失模型鋳造を行ってもよい。
【０１４４】
造形物に着色を施すことのできるラピッドプロトタイピング装置を使用すれば、固定座標系素材属性ＤＡ３や浮動座標系素材属性ＤＦ３を利用し、自動的に着色された模型ＭＢを作ることができる。また素材属性を利用すると、特定の素材の部分だけを模型ＭＢにすることもできる。
【０１４５】
またＸ線ＣＴ装置Ｓ５の代わりに、光切断式計測装置や探針式計測装置を使用してもよい。あるいは複数の計測方法を組み合わせてもよい。写真式計測装置を使用すれば、着色された模型ＭＢの色を固定座標系素材属性ＤＡ３・浮動座標系素材属性ＤＦ３に反映させることができる。
【０１４６】
以上述べたように、本発明によれば、形状が同じであればデータ内容も同じ、微少な変形によってデータ構造が変わらない、形状を複雑にしてもデータサイズは無限に大きくならないといった３次元ビットマップの長所を残しながら、データサイズが小さく、さらにフィーチャに関する情報をデータに持たせることのできる立体形状記述方法と、それを利用するエンジニアリングシステムを提供することができる。
【０１４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の立体形状記述方法と、従来の３次元ビットマップによる立体形状の記述例を示す図。
【図２】図２は、本発明の立体形状記述方法によって記述された立体形状データＤのデータ構造を示す図。
【図３】図３は、本発明のデータ構造における、座標パラメータ・３次元セル配列・座標変換関数と、立体形状の関係を例示する図。
【図４】図４は、本発明の立体形状データＤの浮動座標系ＤＦにおける、大域／局所序数ＤＦ５の違いに伴う立体形状の変化を例示する図。
【図５】図５は、本発明の立体形状データＤの浮動座標系ＤＦにおける、大域／局所序数ＤＦ５の違いに伴う立体形状の変化を例示する図。
【図６】図６は、本発明の立体形状データＤの浮動座標系ＤＦにおける、大域／局所序数ＤＦ５の違いに伴う立体形状の変化を例示する図。
【図７】図７は、本発明の第１の実施例による立体物遠隔加工システムＳＡの構成を示す図。
【図８】図８は、第１の実施例における立体物遠隔加工工程ＰＡを示す図。
【図９】図９は、第１の実施例におけるＢ−ｒｅｐｓデータ変換過程Ｐ２を詳しく示す図。
【図１０】図１０は、第１の実施例において浮動座標系ＤＦを配置している時の、画面の例を示す図。
【図１１】図１１は、立体形状データＤを見ている時の、画面の例を示す図。
【図１２】図１２は、立体形状データＤをＮＣ工作機械Ｓ２４で加工する手順を例示する図。
【図１３】図１３は、立体形状データＤをＮＣ工作機械Ｓ２４で加工する手順を例示する図。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施例による立体形状設計支援システムＳＢの構成を示す図。
【図１５】図１５は、第２の実施例になる立体形状設計工程ＰＢを示す図。
【図１６】図１６は、図１５の原形データ修正過程Ｐ９を詳しく示す図。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施例になる立体形状記述方法で記述された鉄道車両の原形データＤ５の形状を示す図。
【図１８】図１８は、鉄道車両の設計において、浮動座標系ＤＦを配置している時の、画面の例を示す図。
【図１９】図１９は、本発明の立体形状記述方法によって記述された原形データＤ５を修正するために、３次元の描画を行っている時の、画面の例を示す図。
【図２０】図２０は、本発明の立体形状記述方法によって記述された原形データＤ５を修正するために、座標系の格子の定義や座標系の配置を変えている時の、画面の例を示す図。
【図２１】図２１は、本発明の第３の実施例により作成された模型ＭＢの形状を示す図。

Claims

座標系によって定義される格子点の上に該格子点が形状の内・外のいずれであるかを規定するセルが配列されたビットマップを使用して、３次元空間にあるソリッドモデルを記述する立体形状記述方法を用いたエンジニアリングシステムであり、
１つの前記ソリッドモデルに複数の異なる座標系を定義する機能と、該複数の異なる座標系のうち、１つの座標系の占める領域がその他の座標系の占める領域の一部または全部と重なるように定義する機能と、該複数の異なる座標系を用いて立体形状データを記述して立体形状を表示する表示装置を有していることを特徴とするエンジニアリングシステム。
座標系によって定義される格子点の上に該格子点が形状の内・外のいずれであるかを規定するセルが配列されたビットマップを使用して、３次元空間にあるソリッドモデルを記述する、情報処理システムにおける立体形状記述方法であり、
１つの前記ソリッドモデルが複数の異なる座標系を有し、
前記複数の異なる座標系のうち、１つの座標系の占める領域が、その他の座標系の占める領域の一部、または全部と重なるように定義され、
該複数の異なる座標系を用いて記述された前記ソリッドモデルの形状データから立体形状を表示することを特徴とする立体形状記述方法。