JP2009110073A - Design support device, design support method, and design support program - Google Patents

Design support device, design support method, and design support program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the generation of the distortion of a shape in the deforming operation of a three-dimensional model configured of a curved surface patch in which a plurality of normal vectors are defined. <P>SOLUTION: This design support device includes: a means for extracting the normal vectors of each face element on an evaluation reference line configured by connecting the boundary lines of the face elements arrayed in a prescribed direction on a curved surface including a plurality of non-adjacent face elements; a means for calculating the first normal vector distribution curve indicating the distribution of the top ends of the normal vectors on the evaluation reference line; a means for calculating the second normal vector distribution curve by removing one or more normal vectors as the object of correction from the normal vectors included in the first normal vector distribution curve; a means for correcting the normal vectors as the object of correction by moving the normal vectors as the object of correction to the second normal vector distribution curve; and a means for correcting the face elements by the corrected normal vectors. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、設計支援技術に関する。   The present invention relates to design support technology.

画像データを滑らかに変化させて変形する処理技術としてモーフィングが知られている。さらに、このモーフィング技術を3次元CAD(Computer Aided Design)に適用した
システムも知られている。そのようなシステムでは、ポインティングデバイスのような操作手段によってユーザ操作を受け付け、3次元モデルを変形する。このような3次元モデルは、一般に、ポリゴン、パッチ(ポリゴンそのもの、または、複数のポリゴンの組合せ)、サーフェイスと呼ばれる曲面等を組み合わせて形成される。
Morphing is known as a processing technique for smoothly changing and deforming image data. Furthermore, a system in which this morphing technology is applied to a three-dimensional CAD (Computer Aided Design) is also known. In such a system, a user operation is accepted by an operating means such as a pointing device, and the three-dimensional model is deformed. Such a three-dimensional model is generally formed by combining polygons, patches (polygons themselves or a combination of a plurality of polygons), curved surfaces called surfaces, and the like.

一般に3次元CADでは、立体モデルが作成されたのち、種々の解析のため、立体モデルが、複数のメッシュ(例えば、テトラメッシュ等)に分解される。そして、解析が実行されるが、解析結果が満足できるものでない場合、立体モデルに変更を加える必要が生じることがある。この場合、3次元CADによって元の立体モデルを変更したのでは、再度メッシュへの分解が必要となり、工数が多くなる。そこで、メッシュに分解された状態で、3次元形状をモーフィングにより変形することが行われている。   In general, in a three-dimensional CAD, after a three-dimensional model is created, the three-dimensional model is decomposed into a plurality of meshes (for example, a tetra mesh) for various analyses. Then, the analysis is performed, but if the analysis result is not satisfactory, it may be necessary to change the three-dimensional model. In this case, if the original three-dimensional model is changed by three-dimensional CAD, decomposition into a mesh is necessary again, and man-hours increase. Therefore, a three-dimensional shape is deformed by morphing in a state of being decomposed into a mesh.

しかし、従来のモーフィング技術を適用したCADシステムでは、3次元形状データの変形処理の結果、形状データの表面、すなわち、3次元形状を構成するポリゴン、あるいはパッチにシワ、たるみ、あるいは、よたり等の形状の歪みが発生することがあった。このような形状の歪みは、3次元形状の見映えと品質を悪くする。特に、変形後の3次元形状を利用してCAE(Computer Aided Engineering)による解析を実行する際に、表面を修正・整備する必要が生じ、工数が大きくなる場合がある。   However, in the CAD system to which the conventional morphing technology is applied, the surface of the shape data, that is, the polygon or patch constituting the three-dimensional shape is wrinkled, sagging, or distorted as a result of the deformation processing of the three-dimensional shape data. In some cases, distortion of the shape occurred. Such distortion of the shape deteriorates the appearance and quality of the three-dimensional shape. In particular, when performing analysis by CAE (Computer Aided Engineering) using the deformed three-dimensional shape, it is necessary to correct and maintain the surface, which may increase man-hours.

このような3次元形状の変形操作に関連する技術としては、例えば、下記特許文献1が知られている。
特開平11−195054号公報 特開2005−275596号公報 特開2000−172742号公報
As a technique related to such a three-dimensional shape deformation operation, for example, the following Patent Document 1 is known.
JP-A-11-195054 JP 2005-275596 A JP 2000-172742 A

しかし、上記従来の技術では、曲面上の歪みに対する補正については配慮がなされていなかった。本発明の目的は、複数の法線ベクトルが定義される曲面を含む、パッチあるいはポリゴン等の面要素からなる3次元モデルの変形操作において、パッチあるいはポリゴンのシワ、たるみのような形状の歪みを修正し、低減することにある。特に、本発明の目的は、隣接パッチだけではなく、非隣接のパッチを含む曲面全体の品質を向上する技術を提供することである。 However, in the above conventional technique, no consideration is given to correction for distortion on the curved surface. An object of the present invention is to reduce distortion of a shape such as wrinkles or sagging of a patch or polygon in a deformation operation of a three-dimensional model including a surface element such as a patch or polygon including a curved surface in which a plurality of normal vectors are defined. It is to correct and reduce. In particular, an object of the present invention is to provide a technique for improving the quality of the entire curved surface including not only adjacent patches but also non-adjacent patches.

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、複数の頂点を含む境界線と前記境界線で取り囲まれた表面とを有する面要素の組合せによって立体モデルの曲面を形成する設計支援装置の構成によって例示される。この設計支援装置は、隣接する2つの面要素の境界位置でそれぞれの面要素の法線ベクトルを求める手段と、隣接する2つの面要素の境界位置でのそれぞれの法線ベクトルが一致しないときに共通の補正法線ベクトルに置き換える手段とを備える。このような構成によって、本設計支
援装置は、少なくとも、隣接する2つの面要素の境界位置を滑らかに接続する。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention is exemplified by the configuration of a design support apparatus that forms a curved surface of a three-dimensional model by a combination of surface elements having a boundary line including a plurality of vertices and a surface surrounded by the boundary line. The design support apparatus is configured to obtain a normal vector of each surface element at a boundary position between two adjacent surface elements and a normal vector at the boundary position between two adjacent surface elements do not coincide with each other. Means for replacing with a common correction normal vector. With such a configuration, the present design support apparatus smoothly connects at least the boundary positions of two adjacent surface elements.

さらに、本設計支援装置は、隣接しない複数の面要素を含む曲面上で、所定方向に配列された面要素の境界線をつないで構成される評価基準線上でそれぞれの面要素の法線ベクトルを抽出する手段と、評価基準線上での法線ベクトルの先端の分布を示す第1の法線ベクトル分布曲線を求める手段と、第1の法線ベクトル分布曲線に含まれる法線ベクトルから1以上の補正対象の法線ベクトルを除去することによって第2の法線ベクトル分布曲線を求める手段と、前記補正対象の法線ベクトルの先端を前記第2の法線ベクトル分布曲線に直交する方向に移動することによって前記補正対象の法線ベクトルを補正する手段と、補正された法線ベクトルによって面要素を補正する手段と、を備える。このような構成によって、本設計支援装置は、非隣接の面要素間においても、法線ベクトルの分布を滑らかにする。   In addition, the design support apparatus calculates a normal vector of each surface element on an evaluation reference line configured by connecting boundary lines of surface elements arranged in a predetermined direction on a curved surface including a plurality of non-adjacent surface elements. Means for extracting; means for obtaining a first normal vector distribution curve indicating a distribution of a tip of a normal vector on the evaluation reference line; and at least one of normal vectors included in the first normal vector distribution curve Means for obtaining a second normal vector distribution curve by removing the normal vector to be corrected, and moving the tip of the normal vector to be corrected in a direction orthogonal to the second normal vector distribution curve And means for correcting the normal vector to be corrected, and means for correcting the surface element by the corrected normal vector. With this configuration, the design support apparatus smoothes the distribution of normal vectors even between non-adjacent surface elements.

本発明によれば、隣接パッチあるいは非隣接のパッチを含む曲面全体の品質を向上することができる。   According to the present invention, the quality of the entire curved surface including adjacent patches or non-adjacent patches can be improved.

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)に係る設計支援装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。   A design support apparatus according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

<発明の骨子>
本設計支援装置は、ポリゴンあるいはポリゴンを組み合わせたパッチによって構成されている立体モデルに対して、ポインティングデバイスのような操作手段によってユーザ操作を受け付け、3次元モデルを変形(モーフィング)する。立体モデルを構成するポリゴンは、曲面ポリゴンと呼ばれるものであり、ポリゴン面内に複数方向の法線ベクトルを有している。
<Outline of the invention>
The design support apparatus accepts a user operation by an operating means such as a pointing device for a three-dimensional model constituted by polygons or patches combining polygons, and deforms (morphs) the three-dimensional model. Polygons constituting the three-dimensional model are called curved polygons, and have normal vectors in a plurality of directions within the polygon surface.

図1は、曲面ポリゴンで構成されている立体モデルを変形した例である。図1の符号C1で示される円形内で、歪みが発生している。図2は、図1の曲面ポリゴンをメッシュに分割した例を示す。この例では、曲面ポリゴンは、複数の三角形のメッシュを組み合わせて構成される。このような曲面は、例えば、ベジエ曲面として知られている。   FIG. 1 shows an example in which a three-dimensional model composed of curved polygons is modified. Distortion occurs in a circle indicated by a reference C1 in FIG. FIG. 2 shows an example in which the curved polygon of FIG. 1 is divided into meshes. In this example, the curved polygon is configured by combining a plurality of triangular meshes. Such a curved surface is known as a Bezier curved surface, for example.

ベジエ曲線は制御点と呼ばれる複数の点(一連の点)にしたがって定義される多項式曲線であり、さらに、ベジエ曲面は2次元状に配置された複数の点に基づいて定義される曲面である。なお、本実施形態では、曲面を構成する単位をパッチといい、パッチは、1または複数の曲面ポリゴンから構成される。すなわち、複数の曲面ポリゴン(例えば、3次三角ベジエ曲面)を複数個集めてパッチを構成する場合もある。   A Bezier curve is a polynomial curve defined according to a plurality of points (a series of points) called control points, and a Bezier curved surface is a curved surface defined based on a plurality of points arranged two-dimensionally. In this embodiment, a unit constituting a curved surface is called a patch, and the patch is composed of one or a plurality of curved polygons. That is, a plurality of curved polygons (for example, a cubic triangular Bezier curved surface) may be collected to form a patch.

このような曲面ポリゴンで被覆されている立体モデルの変形時に、本設計支援装置は、それぞれの曲面ポリゴン内の複数の法線ベクトルを補正する。   When the three-dimensional model covered with such a curved polygon is deformed, the present design support apparatus corrects a plurality of normal vectors in each curved polygon.

図3に、三角形のパッチによる立体モデルの例を示す。図3では、三角形の平面で構成された多面体が示されている。図3では、簡易に表示するため、三角形のパッチを平面で表示している。しかし、一般にパッチ、あるいは、曲面ポリゴンは、制御点を基に、多項式によって定義される曲面であるため、実際には、図3のそれぞれの三角形内で複数の法線を有している。図3に、曲面ポリゴン上の法線を矢印で示す。   FIG. 3 shows an example of a three-dimensional model using triangular patches. In FIG. 3, a polyhedron composed of triangular planes is shown. In FIG. 3, triangular patches are displayed in a plane for simple display. However, in general, a patch or a curved polygon is a curved surface defined by a polynomial on the basis of control points, and thus actually has a plurality of normal lines in each triangle in FIG. In FIG. 3, the normal line on the curved polygon is indicated by an arrow.

本設計支援装置は、このような個々の曲面ポリゴン内の法線ベクトルを補正する機能を
提供する。すなわち、本設計支援装置は、ユーザからの実行依頼を受け付け、曲面ポリゴンの歪み除去処理を実行する。
The present design support apparatus provides a function of correcting the normal vector in such individual curved polygons. That is, the design support apparatus receives an execution request from the user and executes a curved polygon distortion removal process.

以上の機能は、コンピュータ上に実現されるCADシステムの1つの機能として、コンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される。ここで、コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、入出力インターフェース、入出
力インターフェースに接続される外部記憶装置、表示装置、入力装置、通信装置等を有する。また、コンピュータプログラムは、複数のモジュールによって構成され、それぞれのモジュールがCPUで実行されることにより、本発明のそれぞれの手段を形成する。
The above functions are realized by a computer program executed on the computer as one function of the CAD system realized on the computer. Here, the computer includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an input / output interface, an external storage device connected to the input / output interface, a display device, an input device, a communication device, and the like. The computer program is composed of a plurality of modules, and each module is executed by the CPU, thereby forming each means of the present invention.

外部記憶装置は、例えば、ハードディスク駆動装置である。また、外部記憶装置は、着脱可能な記憶媒体の駆動装置、例えば、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory
)、DVD(Digital Versatile Disk)等の駆動装置を含む。さらに、外部記憶装置として、フラッシュメモリカードの入出力装置を用いてもよい。
The external storage device is, for example, a hard disk drive device. Also, the external storage device is a removable storage medium drive device such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory).
) And a drive device such as a DVD (Digital Versatile Disk). Further, a flash memory card input / output device may be used as an external storage device.

表示装置は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)、液晶ディスプレイ等である。また、入力装置は、キーボード、ポインティングデバイス等である。ポインティングデバイスには、マウス、ジョイスティック、タッチパネル、静電方式のフラットなポインティングデバイス、スティック形状のポインティングデバイス等を含む。通信装置は、例えば、LAN基板等である。   The display device is, for example, a CRT (Cathode Ray Tube), a liquid crystal display, or the like. The input device is a keyboard, a pointing device, or the like. Examples of the pointing device include a mouse, a joystick, a touch panel, an electrostatic flat pointing device, a stick-shaped pointing device, and the like. The communication device is, for example, a LAN board.

<立体モデルの曲面のデータ構造>
図4から図10により、本設計支援装置が立体モデルの曲面を規定するときのデータ構造例を示す。図4は、3次ベジエ曲線を示している。一般に、n+1個の制御点を基に、多項式で規定される曲線をn次ベジエ曲線という。n次ベジエ曲線は、以下の一般式である数1によって与えられる。ここで、Qnは、制御点の位置ベクトルであり、tはパラメータであり、Pは、n次ベジエ曲線上の位置ベクトルである。
<Data structure of the curved surface of the solid model>
4 to 10 show an example of the data structure when the design support apparatus defines the curved surface of the three-dimensional model. FIG. 4 shows a cubic Bezier curve. In general, a curve defined by a polynomial based on n + 1 control points is referred to as an nth-order Bezier curve. The n-th order Bezier curve is given by the following general formula (1). Here, Qn is a position vector of the control point, t is a parameter, and P is a position vector on the nth-order Bezier curve.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

例えば、3次ベジエ曲線Pは、P=(1−t)Q0+3t(1−t) Q1+3t
(1−t)Q2+tQ3で与えられる。
For example, the cubic Bezier curve P is expressed as follows: P = (1-t) 3 Q0 + 3t (1-t) 2 Q1 + 3t
2 (1-t) Q2 + t 3 Q3.

図5に、4角形パッチによる3次ベジエ曲面の例を示す。一般に、(n+1)×(n+1)個の配列状の制御点によって構成されるベジエ曲面をn次ベジエ曲面という。4角形パッチによるn次ベジエ曲面は、以下の一般式である数2によって与えられる。ここで、Qijは、制御点の位置ベクトルであり、uおよびvはパラメータであり、Pは、n次ベジエ曲面上の位置ベクトルである。   FIG. 5 shows an example of a cubic Bezier curved surface using a quadrangular patch. In general, a Bezier curved surface constituted by (n + 1) × (n + 1) arrayed control points is called an nth-order Bezier curved surface. The nth-order Bezier curved surface by the quadrangular patch is given by the following general formula (2). Here, Qij is a position vector of the control point, u and v are parameters, and P is a position vector on the nth-order Bezier surface.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

4角形パッチによる3次ベジエ曲面は、16個の制御点(4個の内部制御点)を有する
。このような四角形のベジエ曲面を接続することによって立体モデルの表面を形成できる。
A cubic Bézier curved surface with a quadrangular patch has 16 control points (4 internal control points). The surface of the three-dimensional model can be formed by connecting such square Bezier curved surfaces.

図6に、3次四角パッチとのその内部制御点の配置を示す。また、図7に、4次四角パッチとのその内部制御点の配置を示す。四角パッチの場合には、内部制御点は、次数が3次、4次、5次・・・のように次数が増えるとともに、4、9、16・・・と増加する。   FIG. 6 shows the arrangement of the internal control points with the tertiary square patch. FIG. 7 shows the arrangement of the internal control points with the quaternary square patch. In the case of a square patch, the internal control points increase to 4, 9, 16... As the order increases to 3rd order, 4th order, 5th order,.

図8に、三角形パッチによる3次ベジエ曲面の例を示す。三角形パッチによるn次ベジエ曲面は、以下の一般式である数3によって与えられる。ここで、Qijkは、制御点の位置ベクトルであり、u、vおよびwはパラメータである。   FIG. 8 shows an example of a cubic Bezier curved surface using triangular patches. An n-order Bezier curved surface by a triangular patch is given by the following general formula (3). Here, Qijk is a position vector of the control point, and u, v, and w are parameters.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

三角形パッチによる3次ベジエ曲面は、10個の制御点(1個の内部制御点)を有する。このような三角形のベジエ曲面を接続することによって立体モデルの表面を形成できる。   A cubic Bézier curved surface with a triangular patch has 10 control points (one internal control point). The surface of the three-dimensional model can be formed by connecting such triangular Bezier curved surfaces.

図9に、3次三角パッチとのその内部制御点の配置を示す。また、図10に、4次三角パッチとのその内部制御点の配置を示す。三角パッチの場合には、内部制御点は、次数が3次、4次、5次、6次・・・のように次数が増えるとともに、1、3、6、9・・・と増加する。   FIG. 9 shows the arrangement of the internal control points with the tertiary triangular patch. FIG. 10 shows the arrangement of the internal control points with the quaternary triangular patch. In the case of a triangular patch, the internal control points increase to 1, 3, 6, 9... As the order increases to 3rd order, 4th order, 5th order, 6th order,.

本設計支援装置は、n次ベジエ曲面(例えば、図6に示した三角形状の3次ベジエ曲面)を曲面ポリゴン(パッチともいう)として、そのような曲面ポリゴンを組み合わせて立体モデルを構成する。なお、複数の曲面ポリゴンを組み合わせてパッチを構成し、そのようなパッチによって立体モデルを構成してもよい。   The design support apparatus uses an n-order Bezier curved surface (for example, the triangular cubic Bezier curved surface shown in FIG. 6) as a curved polygon (also referred to as a patch), and configures a three-dimensional model by combining such curved polygons. Note that a patch may be configured by combining a plurality of curved polygons, and a three-dimensional model may be configured by such a patch.

<歪み検出機能>
本設計支援装置は、歪みの補正の前提として、曲面ポリゴン内の法線の角度の一致・不一致、法線の角度の変化率、サンプル点付近の複数の曲面ポリゴン間での法線の一致・不一致、それらの法線間の角度の変化率、およびサンプル点またはサンプル点近傍の稜線での曲率の変化率から、歪みの発生を検知することもできる。なお、本実施形態では、2以上の曲面ポリゴンの境界線を稜線と呼ぶ。
(1)曲面ポリゴン内の法線一致チェック
単一の曲面ポリゴンについては、その内部の複数の法線ベクトルは、いずれも一致するか、または、それらの法線ベクトル間の角度の相違は、所定の基準値(E1)以内の場合が多い。ここで、基準値は、本設計支援装置による3次元モデルの適用対象、設計対象に応じて、ユーザが適宜設定または選択できるようにすればよい。以下の他の基準値、限界値等も同様である。
<Distortion detection function>
This design support device assumes that the normal angle in the curved polygon matches or does not match, the normal angle change rate, and the normal matches between multiple curved polygons near the sample point. The occurrence of distortion can also be detected from the mismatch, the rate of change of the angle between the normals, and the rate of change of curvature at the sample point or the ridge line near the sample point. In the present embodiment, a boundary line between two or more curved polygons is called a ridge line.
(1) Normal match check in curved polygons For a single curved polygon, all of the normal vectors inside it match, or the difference in angle between the normal vectors is predetermined. Is often within the reference value (E1). Here, the reference value may be appropriately set or selected by the user according to the application target and design target of the three-dimensional model by the design support apparatus. The same applies to other reference values and limit values below.

そこで、本設計支援装置は、それぞれの曲面ポリゴン内に複数の位置にて法線ベクトルを算出し、法線ベクトル間の角度が、所定の基準値(E1)以内か否かを判定する。今、曲面ポリゴン上の位置ベクトルをS(u,v)とすると、その位置での法線ベクトルは、以下の数4で与えられる。   Therefore, the present design support device calculates normal vectors at a plurality of positions in each curved polygon, and determines whether or not the angle between the normal vectors is within a predetermined reference value (E1). If the position vector on the curved polygon is S (u, v), the normal vector at that position is given by the following equation (4).

Figure 2009110073
Figure 2009110073

すなわち、曲面ポリゴン(表面形状)上の位置ベクトルを線要素u方向と、線要素v方向で、それぞれ偏微分し、その外積を求めればよい。さらに、法線ベクトル間の角度は、法線ベクトルの内積と逆三角関数とによって求めればよい。これにより、曲面ポリゴン内での歪みの発生を検知する。
(2)曲面ポリゴン間の法線一致チェック
曲面ポリゴン内での歪みの発生が検知されない場合であっても、曲面ポリゴン間の位置関係で歪みが発生する場合がある。通常、立体モデルの表面を被覆する隣接する曲面ポリゴンについては、本来稜線で不連続に傾きが変化した部分(面が折れ曲がった箇所)以外の箇所では、それぞれの曲面ポリゴンの法線ベクトルが一致するか、法線ベクトル間の角度の相違は、所定の基準値(E1)以内の場合が多い。一方、本来稜線で不連続に傾きが変化した部分では、それぞれの曲面ポリゴンの法線ベクトル間の角度の相違は、前記基準値E1より大きな基準値(E2)以上となることが多い。そこで、一般的な立体形状に関する経験則をコンピュータ上の処理に組み込む。
That is, the position vector on the curved polygon (surface shape) may be partially differentiated in the line element u direction and the line element v direction, respectively, to obtain the outer product. Furthermore, the angle between the normal vectors may be obtained from the inner product of the normal vectors and the inverse trigonometric function. Thereby, the occurrence of distortion in the curved polygon is detected.
(2) Normal line matching check between curved polygons Even when the occurrence of distortion in the curved polygon is not detected, distortion may occur due to the positional relationship between the curved polygons. Normally, for adjacent curved polygons that cover the surface of a three-dimensional model, the normal vectors of the curved polygons match at locations other than the portion where the slope changes discontinuously on the ridgeline (the portion where the surface is bent). In many cases, the difference in angle between normal vectors is within a predetermined reference value (E1). On the other hand, in a portion where the slope changes discontinuously on the original ridgeline, the difference in angle between the normal vectors of the curved polygons is often greater than or equal to the reference value (E2) greater than the reference value E1. Therefore, an empirical rule related to a general three-dimensional shape is incorporated into the processing on the computer.

図11に、指定のサンプル点Paとその周囲に存在する複数の曲面ポリゴン11−15の法線ベクトルN1−N5との関係を示す。この場合、サンプル点Psの法線ベクトルは、以下の数5で与えられる。   FIG. 11 shows the relationship between the designated sample point Pa and the normal vectors N1-N5 of the plurality of curved polygons 11-15 existing around it. In this case, the normal vector of the sample point Ps is given by the following formula 5.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

数5は、複数の法線ベクトルの重み加算を示している。重みは、例えば、個々のパッチの面積によって決定してもよい。また、重みを1としてもよい。これらの法線ベクトルN1−N5、およびサンプル点PAの法線ベクトルNAとの間で、それらの間の角度が基準値E1から基準値E2の範囲にあるか否かによって歪みの発生を検知する。
(3)稜線上の法線一致チェック
2つの曲面ポリゴンの境界に位置する稜線上で、曲面ポリゴンの法線を複数個求め、法線間の角度が所定の基準値(E1)以内か否かを判定する。処理手順は、法線を求める位置が稜線上にあること以外は、上記(1)と同様である。
(4)稜線の曲率解析
曲面パッチの境界線である稜線上で稜線の曲率を求める。そして、変形操作時に稜線の曲率を監視し、曲率が基準値より大きい点を検知する。あるいは、曲率の変化の大きな点(例えば、曲率方向の内積<0の点、すなわち、角度90度より大きな変化)を検知する。すなわち、曲率の変化として、1つの稜線上での曲率の方向の変化を検知してもよい。また、1つの稜線上の大きさの変化を検知してもよい。すなわち、稜線上で、曲率の方向が、極端に大きく変化し、あるいは、曲率の値が極端に大きく変化する点を検知してもよい。さらに、稜線上の変曲点の数の変化等を検出し、変曲点数が所定以上の稜線を歪みの検出された稜線としてもよい。さらにまた、稜線歪み判定手段が、稜線ごとに曲率を逐一記録しておき、前回判定時点と今回時点での曲率の差分を曲率の変化としてもよい。
Equation 5 shows the weight addition of a plurality of normal vectors. The weight may be determined by the area of each patch, for example. Also, the weight may be 1. The generation of distortion is detected depending on whether or not the angle between these normal vectors N1-N5 and the normal vector NA of the sample point PA is in the range of the reference value E1 to the reference value E2. .
(3) Normal line coincidence check on ridge lines On the ridge line located at the boundary between two curved polygons, a plurality of curved polygon normals are obtained, and whether or not the angle between the normal lines is within a predetermined reference value (E1). Determine. The processing procedure is the same as (1) except that the position for obtaining the normal is on the ridge line.
(4) Curvature analysis of ridgeline The curvature of a ridgeline is calculated | required on the ridgeline which is a boundary line of a curved surface patch. And the curvature of a ridgeline is monitored at the time of deformation | transformation operation, and the point where a curvature is larger than a reference value is detected. Alternatively, a point having a large change in curvature (for example, a point where the inner product in the curvature direction <0, that is, a change greater than an angle of 90 degrees) is detected. That is, as a change in curvature, a change in the direction of curvature on one ridge line may be detected. Moreover, you may detect the change of the magnitude | size on one ridgeline. That is, it is possible to detect a point on the ridge line where the direction of curvature changes significantly or the value of curvature changes extremely greatly. Furthermore, a change in the number of inflection points on the ridge line or the like may be detected, and a ridge line having a predetermined number of inflection points or more may be used as a ridge line in which distortion is detected. Furthermore, the ridge line distortion determination means may record the curvature for each ridge line one by one, and the difference in curvature between the previous determination time and the current time may be used as the change in curvature.

曲率は、曲線上の点の位置ベクトルPに対して、その2次微分として求めることができる。曲線上の点の位置ベクトルPの曲線の長さsによる1次微分P’=dP/dsは、以下の数6で与えられる。ここで、ピードット(ベクトルPの上部に黒丸を付加したもの)は、ベクトルPの時間微分を表す。ピードットは、曲線の接線方向のベクトルを表し、数6は、接線方向の単位ベクトルとなっている。   The curvature can be obtained as the second derivative of the position vector P of the point on the curve. The first derivative P ′ = dP / ds with respect to the length s of the position vector P of the point on the curve is given by the following equation (6). Here, a pea dot (a vector P added with a black circle) represents a time derivative of the vector P. Pedot represents a vector in the tangential direction of the curve, and Equation 6 is a unit vector in the tangential direction.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

数6をさらに、曲線の長さsによって微分すると、曲率となる。曲率R=P”を以下の数7で示す。ここで、ピーツードット(ベクトルPの上部に黒丸を2個付加したもの)は、ベクトルPの2次の時間微分(加速度)を表す。   When the equation 6 is further differentiated by the length s of the curve, the curvature is obtained. The curvature R = P ″ is expressed by the following formula 7. Here, the P2 dot (the one in which two black circles are added to the top of the vector P) represents the second-order time differentiation (acceleration) of the vector P.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

曲率Rは、以下の数8の形式で表すこともできる。   The curvature R can also be expressed in the following formula 8.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

曲線上の点の位置ベクトルをPとした場合、曲率R=P”、速度ピードット、加速度ピーツードットの関係は、概念的には、図12に示すことができる。ここで、速度ピードットは、曲線の接線方向のベクトルであり、曲率P”は、接線と直交する方向である。   When the position vector of the point on the curve is P, the relationship between the curvature R = P ″, the speed pea dot, and the acceleration pe two dot can be conceptually shown in FIG. , A tangential vector of the curve, and the curvature P ″ is a direction orthogonal to the tangent.

速度ピードットに対して、その加速度ピーツードットを求め、速度ピードットを一辺とし、対辺が加速度ピーツードットの先端を通る長方形22を作図する。この場合に、速度ピードットの先端21を通り、長方形22の対角線23に直交する直線24と、速度ピードットの曲線との接点20から引いた速度ピードットに直交する直線25との交点26を求める。この場合、接点20から交点26までの長さが曲率P”になる。
(5)曲面ポリゴンの曲率解析
図13に、曲面ポリゴンの曲率解析の概念を示す図である。曲面ポリゴン、すなわち、パッチは、例えば、1以上のベジエ曲面で構成される。稜線と異なり、曲面ポリゴンでは、一般式による曲率解析(数7、数8参照)ができない。そこで、本実施形態の設計支援装置では、以下の手順で、曲面ポリゴンの曲率解析を実行する。
(a)解析の対象となる立体モデルの領域を特定する。これは、例えば、ユーザ操作によって対象となる解析領域の選択を受ければよい。
(b)上記解析領域に含まれる曲面ポリゴンの頂点、例えば、ベジエ曲面の外部制御点(稜線上の制御点)を抽出する。
(c)各頂点にて、法線ベクトルN(頂点ごとに区別する場合は、法線Nkという)を求める。
(d)各頂点に接続される稜線L(稜線ごとに区別する場合は、稜線Liという)を求める。また、頂点から所定距離のすべての稜線を選択してもよい。そして、頂点近傍での稜線Lの接線T(稜線ごとに区別する場合は、接線Tiという)を求める。
(e)稜線Lを頂点の法線Nと稜線Lの接線Tがなす平面に投影する。これによって、3次元空間上の稜線Lが平面上の投影線となる。この投影線上の曲率を数7、または数8によって算出する。さらに、投影線上の曲率の最大値R(稜線ごとに区別する場合は、曲率の最大値Riという)を求める。
(f)このような曲率の最大値のうち、解析領域内のすべての頂点について、それぞの頂点に接続されるすべての稜線に対して、(c)〜(e)を繰り返す。これによって、解析領域内での最大の曲率を求め、これを曲面ポリゴンの曲率とする。この曲面ポリゴンが所定の基準値E3を越えるか否かによって、歪みの発生を判定する。なお、(c)〜(e)を繰り返して得られた曲率Riをヒストグラムで表示して歪みの発生状況を表示してもよい。
The acceleration pe-to-dot is obtained for the speed pea dot, and the rectangle 22 is drawn with the speed pea dot as one side and the opposite side passing through the tip of the acceleration pe-dot. In this case, an intersection 26 of a straight line 24 that passes through the tip 21 of the speed peadot and is orthogonal to the diagonal line 23 of the rectangle 22 and a straight line 25 that is perpendicular to the speed peadot drawn from the contact point 20 with the curve of the speed peadot. Ask. In this case, the length from the contact 20 to the intersection 26 is the curvature P ″.
(5) Curvature Analysis of Curved Polygon FIG. 13 is a diagram showing the concept of curvature analysis of a curved polygon. The curved polygon, that is, the patch is configured by one or more Bezier curved surfaces, for example. Unlike edge lines, curved surface polygons cannot perform curvature analysis using general formulas (see Equations 7 and 8). Therefore, in the design support apparatus of the present embodiment, the curvature analysis of the curved polygon is executed by the following procedure.
(A) A region of the three-dimensional model to be analyzed is specified. For example, it is only necessary to select a target analysis region by a user operation.
(B) Extract vertices of curved polygons included in the analysis region, for example, external control points (control points on ridge lines) of Bezier curved surfaces.
(C) At each vertex, a normal vector N (referred to as normal Nk when distinguished for each vertex) is obtained.
(D) A ridgeline L connected to each vertex (referred to as ridgeline Li when distinguished for each ridgeline) is obtained. Moreover, you may select all the ridgelines of predetermined distance from the vertex. Then, a tangent line T of the ridge line L in the vicinity of the vertex (referred to as tangent line Ti when distinguished for each ridge line) is obtained.
(E) The ridge line L is projected onto the plane formed by the normal line N of the vertex and the tangent line T of the ridge line L. Thus, the ridge line L in the three-dimensional space becomes a projection line on the plane. The curvature on the projection line is calculated by Equation 7 or Equation 8. Furthermore, the maximum value R of the curvature on the projection line (referred to as the maximum value Ri of the curvature when distinguished for each ridgeline) is obtained.
(F) Of such maximum values of curvature, (c) to (e) are repeated for all vertices connected to each vertex for all vertices in the analysis region. As a result, the maximum curvature in the analysis region is obtained and used as the curvature of the curved polygon. The occurrence of distortion is determined by whether or not the curved polygon exceeds a predetermined reference value E3. It should be noted that the curvature Ri obtained by repeating (c) to (e) may be displayed as a histogram to display the occurrence of distortion.

<歪み修正機能>
(1)隣接パッチ間での歪みの修正
図14に、歪み補正の第1の課題として隣接パッチ間での歪み修正の概念を例示する。図14で、「修正」で示された矢印の上側に歪みの発生している曲面の断面図例を示す。この曲面は、隣接する2つの曲面パッチPAT1、PAT2からなる。第1の曲面パッチPAT1は、パッチ境界付近に法線ベクトルV1およびV2を有する。また、第2の曲面パッチPAT2は、パッチ境界付近に法線ベクトルV3およびV4を有する。2つの曲面パッチPAT1、PAT2の境界線近傍で、法線ベクトルV2とV3とは、所定の限界値以上に角度が相違している。このため、2つの曲面パッチPAT1、PAT2の境界線付近では、曲面の断面に不連続な変化、すなわち急峻な窪みが発生している。
<Distortion correction function>
(1) Correction of Distortion Between Adjacent Patches FIG. 14 illustrates the concept of correcting distortion between adjacent patches as a first problem of distortion correction. FIG. 14 shows an example of a cross-sectional view of a curved surface in which distortion is generated above the arrow indicated by “correction”. This curved surface is composed of two adjacent curved surface patches PAT1 and PAT2. The first curved surface patch PAT1 has normal vectors V1 and V2 near the patch boundary. The second curved patch PAT2 has normal vectors V3 and V4 in the vicinity of the patch boundary. In the vicinity of the boundary line between the two curved patches PAT1 and PAT2, the normal vectors V2 and V3 are different in angle by more than a predetermined limit value. For this reason, in the vicinity of the boundary line between the two curved patches PAT1 and PAT2, a discontinuous change, that is, a steep depression occurs in the cross section of the curved surface.

図14で「修正」で示された矢印の下側に、上述の歪みを修正した曲面の断面図例を示す。ただし、参考用に点線で修正前の曲面も表示している。すなわち、修正後は、2つの法線ベクトルが、いずれも、1つの法線ベクトルVCに変更されている。そして、2つの曲面パッチPAT1、PAT2の境界付近で法線ベクトルがVCとなるように、2つの曲面パッチPAT1、PAT2が変形され、PAT1CおよびPATC2となっている。2つの曲面パッチPAT1C、PAT2Cは、互いに境界線付近で法線ベクトルVCが一致するので、滑らかに接続する。   An example of a cross-sectional view of a curved surface in which the above-described distortion is corrected is shown below the arrow indicated by “correction” in FIG. However, the curved surface before correction is also displayed as a dotted line for reference. That is, after the correction, both of the two normal vectors are changed to one normal vector VC. Then, the two curved patches PAT1 and PAT2 are deformed to be PAT1C and PATC2 so that the normal vector becomes VC near the boundary between the two curved patches PAT1 and PAT2. The two curved patches PAT1C and PAT2C are connected smoothly because the normal vectors VC coincide with each other in the vicinity of the boundary line.

このように、曲面パッチ境界線近傍の法線ベクトルに所定の限界値以上の相違が検出されたときには、共通となるべき修正後の目標法線ベクトルVC(補正法線ベクトルに相当)を求め、さらに、その2つの曲面パッチの境界線の法線ベクトルが目標法線ベクトルとなるように、法線ベクトルを設定する。そして、目標法線ベクトルVCにしたがって、2つの曲面パッチを変形すればよい。このような2つの法線ベクトルV2、V3について、目標法線ベクトルは、例えば、単純に、2つの法線ベクトルの中央を通るベクトルVCの方向とすればよい。
(数9)
(ベクトルVC) =( (ベクトルV2)+(ベクトルV3))/2
ここで、(V)は、Vがベクトルであることを示す。また、(V1)+(V2)は、ベクトル各要素、例えば、3次元座標(x、y、z)それぞれの成分の和である。
In this way, when a difference greater than or equal to a predetermined limit value is detected in the normal vector in the vicinity of the curved patch boundary line, a corrected target normal vector VC (corresponding to a corrected normal vector) to be shared is obtained, Further, the normal vector is set so that the normal vector of the boundary line between the two curved patches becomes the target normal vector. Then, the two curved patches may be deformed according to the target normal vector VC. For such two normal vectors V2 and V3, the target normal vector may simply be set to the direction of the vector VC passing through the center of the two normal vectors, for example.
(Equation 9)
(Vector VC) = ((Vector V2) + (Vector V3)) / 2
Here, (V) indicates that V is a vector. Further, (V1) + (V2) is the sum of each component of the vector, for example, each of the three-dimensional coordinates (x, y, z).

図15に、3次元曲面パッチについて、法線ベクトルが決定された後に(変更された後
)、改めて、3次元曲面パッチを求める手順を例示する。図15の中央の矢印の左側には、3つの頂点P1、P2、P3を含む3次元曲面パッチPATが描かれている。この曲面パッチPATは、それぞれのP1、P2、P3にて、法線ベクトルN1、N2、N3を有する。この法線ベクトルN1、N2、N3が同一(角度が一致)であれば、曲面パッチPATは、単なる平面にすぎない。図15の場合には、法線ベクトルN1、N2、N3は、互いに角度が異なる。このため、曲面パッチPATは、頂点P1、P2、P3近傍が曲がった曲面を有している。曲面の曲がりの程度は、法線ベクトルN1、N2、N3によって決定される。このような曲面パッチをPN triangleと呼ぶ。
FIG. 15 illustrates a procedure for obtaining a three-dimensional curved surface patch again after a normal vector is determined (after being changed) for the three-dimensional curved surface patch. A three-dimensional curved surface patch PAT including three vertices P1, P2, and P3 is drawn on the left side of the center arrow in FIG. The curved patch PAT has normal vectors N1, N2, and N3 at P1, P2, and P3, respectively. If the normal vectors N1, N2, and N3 are the same (the angles are the same), the curved surface patch PAT is merely a plane. In the case of FIG. 15, the normal vectors N1, N2, and N3 have different angles. For this reason, the curved surface patch PAT has a curved surface in which the vicinity of the vertices P1, P2, and P3 is bent. The degree of curvature of the curved surface is determined by normal vectors N1, N2, and N3. Such a curved surface patch is called a PN triangle.

このような曲面パッチPATの3次三角ベジエ曲面は、次の数10で表すことができる。   A cubic triangular Bezier curved surface of such a curved surface patch PAT can be expressed by the following equation (10).

Figure 2009110073
Figure 2009110073

したがって、曲面パッチPATの頂点座標P1、P2、P3と、各頂点での法線ベクトルが分かっていれば、3次三角ベジエ曲面を得ることができる。今、例えば、隣接パッチとの接続を滑らかにするため、頂点P1およびP2において、法線ベクトルがN1C、N2Cに変更されたとする。その場合に、数10のN1の代わりにN1Cを、また、N2の代わりにN2Cを用いて計算することで、修正後の曲面パッチの3次三角ベジエ曲面を得ることができる。すなわち、隣接パッチ間で共通の法線ベクトルを設定できれば、少なくとも、隣接する曲面パッチについては、滑らかな接続を実現できる。
(2)非隣接パッチを含む曲面全体での歪みの修正
図16−図19に、歪み補正の第2の課題を示す。図16は、隣接曲面パッチ間は滑らかであるが、非隣接曲面パッチ間で歪みが発生している曲面を模式的に例示する図である。上記隣接パッチの境界線近傍のそれぞれの法線ベクトルを一致させることによって、隣接パッチ間のなめらかさを向上し、面品質を維持できる。しかし、非隣接パッチを含む面全体については、必ずしも面品質の向上につながらない場合がある。すなわち、個々の隣接パッチ間では、滑らかな接続が実現できても、さらに広がる範囲については、面のしわ、凹凸、うねり等(これらを「よたり」ともいう)を除去できない場合がある。
Therefore, if the vertex coordinates P1, P2, and P3 of the curved surface patch PAT and the normal vector at each vertex are known, a cubic triangular Bezier curved surface can be obtained. Now, for example, it is assumed that the normal vectors are changed to N1C and N2C at the vertices P1 and P2 in order to make the connection with adjacent patches smooth. In this case, a cubic triangular Bezier curved surface of the modified curved surface patch can be obtained by calculating using N1C instead of N1 and N2C instead of N2. That is, if a common normal vector can be set between adjacent patches, smooth connection can be realized at least for adjacent curved patches.
(2) Correction of distortion in entire curved surface including non-adjacent patches FIGS. 16 to 19 show a second problem of distortion correction. FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a curved surface that is smooth between adjacent curved patches, but is distorted between non-adjacent curved patches. By matching the normal vectors in the vicinity of the boundary line between the adjacent patches, the smoothness between adjacent patches can be improved and the surface quality can be maintained. However, the entire surface including non-adjacent patches may not necessarily improve the surface quality. That is, even if a smooth connection can be realized between individual adjacent patches, there are cases where wrinkles, irregularities, undulations, etc. (also referred to as “slippery”) cannot be removed in a wider range.

図17は、そのような面のしわ、凹凸、うねり等を例示する図である。図17(1)は、複数の曲面パッチからなる曲面上で、特定の境界線を設定し、その境界線上の法線ベクトルの分布を描いた図である。法線ベクトルの始点は、境界線上の各点である。また、法線ベクトルの先端(終点)は、各始点からそれぞれの3次元空間の方向に位置する。境界線とは、曲面パッチのエッジをつないで、曲面を2つに仕切る線をいう。この境界線上に位置する曲面の法線ベクトルの先端(終点)の分布を示す曲線として、法線ベクトル分布曲線が構成されている。図16のように、法線ベクトル分布曲線法線は、例えば、法線ベクトルの先端を接続した曲線、法線ベクトルの先端を制御点とする曲線等の場合には、一般的には3次元空間上の曲線となる。法線ベクトルの先端がそろっていないと、法線ベクトル分布曲線は、急激に変化したものとなる。すなわち、同一曲面上の法線ベクトルであ
っても、非隣接のパッチ間では、法線ベクトルの分布に大きなうねりが生じている。これは、隣接パッチ間が滑らかであっても、非隣接のパッチ間では、曲率の大きさと曲がり向きとが大きく異なる場合があることを示している。また、曲線の変化率が極端に大きいことを意味している。このような曲率の大きさ、曲線の変化率の大きさの上限値は、本設計支援装置が適用される設計対象に応じて、ユーザに適宜設定できる機能を提供すればよい。
FIG. 17 is a diagram illustrating wrinkles, irregularities, undulations, and the like on such a surface. FIG. 17A is a diagram in which a specific boundary line is set on a curved surface made up of a plurality of curved patches, and the distribution of normal vectors on the boundary line is drawn. The starting point of the normal vector is each point on the boundary line. Further, the tip (end point) of the normal vector is located in the direction of the respective three-dimensional space from each start point. The boundary line is a line that connects the edges of the curved surface patch to partition the curved surface into two. A normal vector distribution curve is constructed as a curve indicating the distribution of the tip (end point) of the normal vector of the curved surface located on this boundary line. As shown in FIG. 16, the normal vector distribution curve normal is generally three-dimensional in the case of, for example, a curve in which the tips of the normal vectors are connected, a curve having the tips of the normal vectors as control points, and the like. It becomes a curve in space. If the tips of the normal vectors are not aligned, the normal vector distribution curve changes rapidly. That is, even if the normal vectors are on the same curved surface, a large undulation occurs in the distribution of normal vectors between non-adjacent patches. This indicates that even when the adjacent patches are smooth, the magnitude of the curvature and the bending direction may differ greatly between the non-adjacent patches. It also means that the rate of change of the curve is extremely large. The upper limit value of the magnitude of the curvature and the rate of change of the curve may be provided with a function that can be appropriately set by the user according to the design target to which the present design support apparatus is applied.

図17(2)は、図17(1)をサーフェイスモデルに変換し、さらに、法線ベクトルの方向を色分けして(パターン分けして)示したものである。図17(3)は、曲面に含まれるそれぞれの曲面パッチついて、1つずつサンプル点を選択し、サンプル点での法線ベクトルの分布を示した図である。この例では、サンプル点は、複数の曲面パッチの境界線上に設定している。さらに、それら複数の曲面パッチ間で、サンプル点での法線ベクトルの向きを一致させている。この手法により、それぞれのサンプル点周辺では、曲面パッチ間の滑らかな接続を実現できる。しかしながら、上述のように、非隣接の曲面パッチを含む、さらに広い範囲での面品質の向上という課題が残る場合がある。   FIG. 17 (2) shows FIG. 17 (1) converted into a surface model, and the direction of the normal vector is color-coded (pattern-divided). FIG. 17 (3) is a diagram showing the distribution of normal vectors at sample points by selecting sample points one by one for each curved surface patch included in the curved surface. In this example, the sample points are set on the boundary lines of a plurality of curved patches. Furthermore, the direction of the normal vector at the sample point is matched between the plurality of curved surface patches. By this method, a smooth connection between the curved patches can be realized around each sample point. However, as described above, there may remain a problem of improving the surface quality in a wider range including non-adjacent curved patches.

図18は、モーフィング、すなわち、曲面モデルに対する変形操作によって、面のしわ、凹凸、うねり等が発生する例を示している。図18中央の矢印(モーフィング操作を示す)の左側で、元の面とあるのは、モーフィング実行前の曲面の例である。この場合、特定の境界線上の法線ベクトルの分布100は、概ね一様となっている。   FIG. 18 shows an example in which wrinkles, irregularities, undulations, etc. of a surface are generated by morphing, that is, a deformation operation on a curved surface model. In FIG. 18, the left side of the center arrow (indicating morphing operation) is the example of the curved surface before the morphing is performed. In this case, the distribution 100 of normal vectors on a specific boundary line is substantially uniform.

一方、モーフィング操作を示す矢印の右側に、変形の結果歪んだ面が示されている。この場合の法線ベクトルの分布101は、図17(1)と同様、大きなうねりを発生させている。   On the other hand, a surface distorted as a result of deformation is shown on the right side of the arrow indicating the morphing operation. In this case, the normal vector distribution 101 generates a large swell as in FIG.

図19は、色分け表示によって、歪みおよび領域間の結合性を例示する図である。すなわち、図19(1)は、変形の結果歪んだ面を色分けして(パターン分けして)示したものであり、図19(2)は、特定の境界線上において、境界線で区切られた領域間の結合性を色分け(線種で分けて)示す図である。ここでは、太い実線、太い点線、細い実線、細い点線の4つの線で境界線上の結合性が示されている。太い実線は、接線不連続を示している。接線不連続な場合、境界線で破断は発生していないが、接線の連続性がないことを示す。一方、細い点線は、接線連続が維持されている境界である。   FIG. 19 is a diagram illustrating distortion and connectivity between regions by color-coded display. That is, FIG. 19 (1) shows the surface distorted as a result of deformation by color (pattern classification), and FIG. 19 (2) is divided by a boundary line on a specific boundary line. It is a figure which shows the connectivity between area | regions according to a color classification (dividing by line type). Here, the connectivity on the boundary line is indicated by four lines: a thick solid line, a thick dotted line, a thin solid line, and a thin dotted line. A thick solid line indicates a tangential discontinuity. When the tangent is discontinuous, no breakage occurs at the boundary line, but there is no continuity of the tangent. On the other hand, a thin dotted line is a boundary where tangent continuity is maintained.

図20および図21に、以上のような曲面における歪み補正の課題とその解決策の概念を示す。以上のように、非隣接の曲面パッチを含む範囲において、特定の方向に向かう曲面パッチ境界線上で法線ベクトルを表示すると、それぞれの法線ベクトルの頂点が無秩序に分布している場合がある。これは、図18に示したようなモーフィングの実行によって顕著となる。   20 and 21 show the problem of distortion correction on a curved surface as described above and the concept of the solution. As described above, when normal vectors are displayed on curved patch boundary lines in a specific direction in a range including non-adjacent curved patches, the vertices of the respective normal vectors may be distributed randomly. This becomes conspicuous by performing morphing as shown in FIG.

そこで、特定の方向に向かう一続きの曲面パッチ境界線上で法線ベクトルを可能な限り一致させることが面品質の向上につながる。そこで、ここでは、目標となる曲線を設定し、特定の方向に向かう曲面パッチ境界線上の法線ベクトルの先端をその曲線上に移動することで、法線ベクトルを少なくとも、上記曲線上に整列させることとする。   Therefore, it is possible to improve the surface quality by matching the normal vectors as much as possible on a continuous curved patch boundary line in a specific direction. Therefore, here, the target curve is set, and the normal vector is aligned at least on the curve by moving the tip of the normal vector on the curved patch boundary line in a specific direction onto the curve. I will do it.

図20(2)、図21(2)に、そのような法線ベクトルの整列による曲面パッチの補正例の概念を示す。すなわち、特定の方向に向かう曲面パッチ境界線(評価基準線に相当)上の法線ベクトルの先端が構成する曲線のゆがみを補正することで、法線ベクトルを補正し、面品質を向上させる。   FIGS. 20 (2) and 21 (2) show the concept of examples of correction of curved patches by such normal vector alignment. That is, the normal vector is corrected by correcting the distortion of the curve formed by the tip of the normal vector on the curved patch boundary line (corresponding to the evaluation reference line) directed in a specific direction, thereby improving the surface quality.

図22に、そのような法線ベクトルの補正を2方向で実行する処理例を示す。2方向と
は、曲面上の1の境界線に対して、交差する方向が含まれることをいう。2方向で法線ベクトルの補正を実行することで、補正の対象が2次元的に広がる。その結果、さらに面品質が向上する。そのような補正対象の曲面パッチ境界線を複数箇所設けることでさらに面品質が向上する。例えば、図22のような縦方向と横方向の境界線をそれぞれ複数本設定して、法線ベクトルを補正すればよい。
FIG. 22 shows a processing example in which such normal vector correction is executed in two directions. The two directions mean that a direction intersecting one boundary line on the curved surface is included. By performing normal vector correction in two directions, the correction target is expanded two-dimensionally. As a result, the surface quality is further improved. Surface quality is further improved by providing a plurality of curved patch boundary lines to be corrected. For example, a normal vector may be corrected by setting a plurality of vertical and horizontal boundary lines as shown in FIG.

図23に、特定の方向に向かう曲面パッチ境界線上の法線ベクトルを補正するときの手順の概要を示す。今、曲面パッチで構成された曲面を補正対象の曲面として想定する。さらに、この曲面においては、すでに、隣接パッチ間ので法線ベクトルの修正がなされているものとする。すなわち、隣接パッチ間では、法線ベクトルは、一致するとする。   FIG. 23 shows an outline of a procedure for correcting a normal vector on a curved patch boundary line directed in a specific direction. Now, a curved surface constituted by curved patches is assumed as a curved surface to be corrected. Further, on this curved surface, it is assumed that the normal vector has already been corrected between adjacent patches. That is, it is assumed that the normal vectors match between adjacent patches.

この曲面上で、非隣接パッチを含み、複数の曲面パッチの境界線をつないだ曲面全体に渡る境界線112を設定する。そして、その境界線112上の法線ベクトル114の頂点座標を取得する。法線ベクトルの始点は、例えば、境界線上で各曲面パッチに1個または数個サンプル点を設定すればよい。サンプル点には、曲面パッチのエッジの両端が含まれるようにすればよい。すべての法線ベクトルの頂点を結ぶ曲線を法線分布曲線115とする。そして、法線分布曲線上の法線ベクトルの頂点座標のうち、急変部分の頂点116(および、その法線ベクトル)を抽出する。このような急変部分は、法線分布曲線115の曲率または変化率が所定の限界値を越えたか否かを基準に求めればよい。曲率または変化率は、各法線ベクトルの先端(終点)付近で算出すればよい。   On this curved surface, a boundary line 112 is set over the entire curved surface including non-adjacent patches and connecting the boundary lines of a plurality of curved surface patches. Then, the vertex coordinates of the normal vector 114 on the boundary line 112 are acquired. As the starting point of the normal vector, for example, one or several sample points may be set for each curved surface patch on the boundary line. The sample points may include both ends of the curved patch edge. A curve connecting the vertices of all normal vectors is defined as a normal distribution curve 115. Then, the vertex 116 (and its normal vector) of the sudden change portion is extracted from the vertex coordinates of the normal vector on the normal distribution curve. Such a sudden change portion may be obtained based on whether or not the curvature or change rate of the normal distribution curve 115 exceeds a predetermined limit value. The curvature or rate of change may be calculated near the tip (end point) of each normal vector.

そして、抽出された急変部分の頂点116を除外した頂点列を通る曲線(以下、補正曲線117という)を生成する。補正曲線117は、例えば、座標値の多項式の形式でスプライン曲線として求めればよい。あるいは、ベジエ曲線として求めてもよい。   Then, a curve (hereinafter referred to as a correction curve 117) passing through the vertex row excluding the extracted vertex 116 of the sudden change portion is generated. The correction curve 117 may be obtained as a spline curve in the form of a coordinate value polynomial, for example. Alternatively, it may be obtained as a Bezier curve.

次に、補正曲線117において、法平面を求める。法平面は、補正曲線117と直交する平面である。そして、求めた法平面と、補正曲線との交点を求める。すなわち、補正曲線117でそのような法平面を移動していく。そして、法平面が前記急変部分の法線ベクトルの始点を通るときに、法線ベクトルの始点から、法平面と補正曲線117との交点に至る直線を補正後の法線として、法線ベクトルを修正する。以上のようにして、補正法線ベクトルの始点は補正前のままで、法線ベクトルの先端(終点)を補正曲線に直交する方向に移動することができる。   Next, a normal plane is obtained in the correction curve 117. The normal plane is a plane orthogonal to the correction curve 117. And the intersection of the calculated | required normal plane and a correction curve is calculated | required. That is, such a normal plane is moved by the correction curve 117. Then, when the normal plane passes through the start point of the normal vector of the sudden change portion, a straight line from the start point of the normal vector to the intersection of the normal plane and the correction curve 117 is used as a corrected normal line, and the normal vector is Correct it. As described above, the start point (end point) of the normal vector can be moved in a direction orthogonal to the correction curve while the start point of the correction normal vector remains unchanged.

以上の手順によって、法線分布曲線上の急変箇所すべてにおいて、法線ベクトルが補正曲線上の法平面との交点に向くように、同様に補正する。そして、法線ベクトルが補正されたすべての曲面パッチについて、数10にしたがって、3次ベジエ曲面を生成する。これによって、非隣接曲面パッチ間で急峻に変化する部分の法線ベクトルが除外された曲面が再構成される。   According to the above procedure, the correction is performed in the same manner so that the normal vector is directed to the intersection with the normal plane on the correction curve at all sudden change points on the normal distribution curve. Then, a cubic Bezier curved surface is generated according to Equation 10 for all curved surface patches whose normal vectors are corrected. As a result, a curved surface is reconstructed from which normal vectors of portions that change sharply between non-adjacent curved patches are excluded.

<処理フロー>
図24および図25に、本設計支援装置の非隣接法線補正処理フローを例示する。この処理は、CADを構成するコンピュータ上で実行されるプログラムによって実現される。この処理では、設計支援装置は、法線ベクトル列Ni(i=1,K)の入力を受け付ける(S1)。ここで、入力を受け付けるとは、例えば、コンピュータ上で実行されるプログラムのサブルーチンが引数でデータを引き渡されることをいう。また、例えば、コンピュータ上で実行されるプログラムがファイル名で指定されたハードディスク上のファイルからデータを読み出すことをいう。
<Processing flow>
24 and 25 illustrate a non-adjacent normal correction processing flow of the present design support apparatus. This process is realized by a program executed on a computer constituting the CAD. In this process, the design support apparatus receives an input of a normal vector sequence Ni (i = 1, K) (S1). Here, accepting an input means, for example, that a subroutine of a program executed on a computer is handed over data with an argument. In addition, for example, it means that a program executed on a computer reads data from a file on a hard disk designated by a file name.

次に、本設計支援装置は、法線分布曲線を生成する(S2)。この法線分布曲線が、第1の法線分布曲線に相当する。法線分布曲線は、例えば、数1に示したn次ベジエ曲線で
記述すればよい。すなわち、図4に示した制御点Qi(iは、1からn+1)として、n+1涸の法線ベクトルの先端(終点)を用いて、曲線上の点P(t)を記述すればよい。
Next, this design support apparatus generates a normal distribution curve (S2). This normal distribution curve corresponds to the first normal distribution curve. The normal distribution curve may be described by, for example, an n-order Bezier curve shown in Equation 1. That is, the point P (t) on the curve may be described using the tip (end point) of the normal vector of n + 1 涸 as the control point Qi (i is 1 to n + 1) shown in FIG.

ただし、本発明の実施において、法線分布曲線を記述する記述形式に制限があるわけではない。例えば、数11のようなスプライン曲線(X、Y、Z)を用いてもよい。ここで、Xi,Yi,Ziは、法線ベクトルの先端(終点)の座標であり、Bi(t)は、係数であり、tは、曲線の区間(t1=<t=<t2)にて設定されるパラメータである。   However, in the practice of the present invention, the description format for describing the normal distribution curve is not limited. For example, a spline curve (X, Y, Z) as shown in Equation 11 may be used. Here, Xi, Yi, Zi are the coordinates of the tip (end point) of the normal vector, Bi (t) is a coefficient, and t is a curve section (t1 = <t = <t2). The parameter to be set.

Figure 2009110073
Figure 2009110073

また、法線分布曲線として、B−スプライン曲線を用いてもよい。 A B-spline curve may be used as the normal distribution curve.

次に、本設計支援装置は、各法線ベクトルの先端Piにて、法線分布曲線の曲率Riを算出する(S3)。曲率Riは、例えば、数7または数8によって求めることができる。そして、本設計支援装置は、求めた曲率Riが、所定の限度epsRより大きいか否かを判定する(S3)。曲率Riが所定の限度epsRより大きい場合、本設計支援装置は、点Piを除外点とする(S4)。除外点とは、補正曲線を作成するときに、間引かれる点である。   Next, the design support apparatus calculates the curvature Ri of the normal distribution curve at the tip Pi of each normal vector (S3). The curvature Ri can be obtained by, for example, Equation 7 or Equation 8. Then, the design support apparatus determines whether or not the calculated curvature Ri is larger than a predetermined limit epsR (S3). When the curvature Ri is larger than the predetermined limit epsR, the design support apparatus excludes the point Pi (S4). The excluded points are points that are thinned out when creating a correction curve.

次に、本設計支援装置は、すべての法線Niについて、曲率の解析を終了したか否かを判定する(S6)。すべての法線Niについて、曲率の解析を終了していないとき、本設計支援装置は、制御をS3に戻す。一方、すべての法線Niについて、曲率の解析を終了すると、本設計支援装置は、法線ベクトルの終点Pi(i=1,K)のうち、除外点を除いた点を用いて、補正曲線を生成する(S7)。この法線分布曲線が、第2の法線分布曲に相当する。補正曲線の生成の手順は、S2の法線分布曲線と同様である。   Next, this design support apparatus determines whether or not the analysis of the curvature has been completed for all the normal lines Ni (S6). When the analysis of curvature has not been completed for all the normal lines Ni, the design support apparatus returns the control to S3. On the other hand, when the analysis of the curvature is finished for all the normal lines Ni, the present design support apparatus uses the points excluding the excluded points from the end points Pi (i = 1, K) of the normal vectors. Is generated (S7). This normal distribution curve corresponds to the second normal distribution curve. The procedure for generating the correction curve is the same as the normal distribution curve of S2.

次に、各除外点にて、以下の補正処理を実行する。すなわち、今、除外点Pjを終点とする法線ベクトルNjの始点をBj(Xbj、Ybj、Zbj)とする。この始点Bjを含み、かつ、補正曲線に直交する平面を生成する。より具体的には、補正曲線の各点の接線に直交する平面のうち、始点Bjを通る平面を求める(S8)。この平面を補正曲線の法平面という。例えば、補正曲線の点Q(Qx、Qy、Qz)での接線方向の単位ベクトルをV1(a,b,c)とすると、法平面は、a・(X−Qx)+b・(Y−Qy)+c・(Z−Qz)=0という平面の方程式で求めることができる(図23参照)。このような平面の方程式のうち、始点Bjを通るものを求める。より具体的には、補正曲線の点Q(Qx、Qy、Qz)を所定のピッチで移動しつつ、平面の方程式を求め、始点Bjが、所定の誤差epsHの範囲で平面の方程式を満足するか否かを判定する。そのような法平面と補正曲線の交点Q(Qxj、Qyj、Qzj)を点Qjとする(S9)。   Next, the following correction process is executed at each exclusion point. That is, now, let Bj (Xbj, Ybj, Zbj) be the starting point of the normal vector Nj whose end point is the excluded point Pj. A plane including the start point Bj and orthogonal to the correction curve is generated. More specifically, a plane passing through the start point Bj is obtained from the planes orthogonal to the tangent line of each point of the correction curve (S8). This plane is called the normal plane of the correction curve. For example, if the unit vector in the tangential direction at the point Q (Qx, Qy, Qz) of the correction curve is V1 (a, b, c), the normal plane is a · (X−Qx) + b · (Y−Qy). ) + C · (Z−Qz) = 0 (see FIG. 23). Among such plane equations, the one passing through the start point Bj is obtained. More specifically, a plane equation is obtained while moving the correction curve point Q (Qx, Qy, Qz) at a predetermined pitch, and the start point Bj satisfies the plane equation within a predetermined error epsH. It is determined whether or not. An intersection point Q (Qxj, Qyj, Qzj) between such a normal plane and the correction curve is set as a point Qj (S9).

そして、法線ベクトルの終点Pjを直線BjQjの方向に移動する。より具体的には、始点をBjとし、直線BjQj方向の単位ベクトルを補正後の法線ベクトルNjとする(S10)。この処理を実行する設計支援装置のCPUが、法線ベクトルを補正する手段に相当する。   Then, the end point Pj of the normal vector is moved in the direction of the straight line BjQj. More specifically, the starting point is Bj, and the unit vector in the direction of the straight line BjQj is the corrected normal vector Nj (S10). The CPU of the design support apparatus that executes this processing corresponds to means for correcting the normal vector.

このような補正後の法線ベクトルをすべての除外点について求める。これによって、元の法線分布曲線上の点のうち、曲率が所定値epsRより大きい個所に関して、点が除去される。そして、滑らかな補正曲線に直交する方向に法線ベクトルが移動されることになる。   Such corrected normal vectors are obtained for all exclusion points. As a result, the points on the original normal distribution curve are removed with respect to the points where the curvature is larger than the predetermined value epsR. Then, the normal vector is moved in a direction orthogonal to the smooth correction curve.

図26に、本設計支援装置の曲面補正処理フローを例示する。この処理では、本設計支援装置は、補正対象の曲面に含まれる曲面パッチPi(i=1,N)を入力する。それぞれの曲面パッチPiは、例えば、数3、数4等で記述できる。例えば、3次ベジエ曲面を用いる場合には図8に示した10個の制御点を与えることによって、曲面パッチPiが規定される。   FIG. 26 illustrates a curved surface correction process flow of the present design support apparatus. In this process, the design support apparatus inputs a curved surface patch Pi (i = 1, N) included in the curved surface to be corrected. Each curved surface patch Pi can be described by, for example, Equation 3, Equation 4, and the like. For example, when a cubic Bezier curved surface is used, the curved surface patch Pi is defined by giving ten control points shown in FIG.

次に、図20に示したように、曲面を所定方向に横断(または縦断)するパッチ境界点列PPi(i=1,L)を設定する(S22)。ここで、所定の方向は、例えば、CADシステムの表示装置に表示された3次元モデルに対するユーザ操作を受け付けて決定すればよい。例えば、ユーザが3次元モデル上で、マウスポインタ等のポインティングデバイスで、指示すればよい。ここで、パッチ境界点列は、各パッチ上、隣接するパッチとの境界線上の点を代表点として、1つずつ選択したものである。より具体的には、各パッチの1つエッジ上の一方の端点を選択すればよい。   Next, as shown in FIG. 20, a patch boundary point sequence PPi (i = 1, L) that crosses (or vertically cuts) the curved surface in a predetermined direction is set (S22). Here, the predetermined direction may be determined by receiving a user operation on the three-dimensional model displayed on the display device of the CAD system, for example. For example, the user may point on the three-dimensional model with a pointing device such as a mouse pointer. Here, the patch boundary point sequence is selected one by one with a point on the boundary line between each patch and an adjacent patch as a representative point. More specifically, one end point on one edge of each patch may be selected.

次に、本設計支援装置は、パッチ境界点列PPi(I=1,L)にて、隣接パッチ間で法線ベクトルR1Ni(I=1,L)を一致させる補正処理を実行する(S23)。すなわち、隣接パッチ間で互いに法線ベクトルが一致しない場合に、共通する補正法線ベクトルVCを求める。この処理は、例えば、図14で説明したように、数9にしたがって、求めればよい。さらに、パッチ境界点列PPiでの法線ベクトルを求めた補正法線ベクトルVCに置き換える。この処理を実行する設計支援装置のCPUが、補正法線ベクトルに置き換える手段に相当する。その結果、隣接パッチ間では、法線ベクトルR1Niは、同一の方向を向くことになる。   Next, the design support apparatus executes correction processing for matching the normal vector R1Ni (I = 1, L) between adjacent patches in the patch boundary point sequence PPi (I = 1, L) (S23). . That is, when the normal vectors do not match between adjacent patches, a common correction normal vector VC is obtained. This processing may be obtained according to Equation 9 as described in FIG. Further, the normal vector in the patch boundary point sequence PPi is replaced with the corrected normal vector VC obtained. The CPU of the design support apparatus that executes this processing corresponds to means for replacing the correction normal vector. As a result, the normal vector R1Ni is directed in the same direction between adjacent patches.

次に、法線ベクトルR1Ni(I=1,L)に対して、非隣接補正処理を実行する(S24)。この手順は、図24および図25における説明と同様である。S24の処理を実行する設計支援装置のCPUが、本発明の面要素を補正する手段に相当する。   Next, non-adjacent correction processing is executed on the normal vector R1Ni (I = 1, L) (S24). This procedure is the same as the description in FIGS. The CPU of the design support apparatus that executes the process of S24 corresponds to means for correcting the surface element of the present invention.

次に、パッチ境界点列PPi(I=1,L)に交差するパッチ境界点列PQi(i=1,M)を設定する(S25)。その手順は、パッチ境界点列PQi(i=1,M)がパッチ境界点列PPi(I=1,L)と交差する方向である以外は、S22の場合と同様である。ただし、パッチ境界点列PQi(i=1,M)を含むパッチ境界線は、パッチ境界点列PPi(I=1,L)と交差するように設定する(図22参照)。   Next, a patch boundary point sequence PQi (i = 1, M) that intersects the patch boundary point sequence PPi (I = 1, L) is set (S25). The procedure is the same as in S22 except that the patch boundary point sequence PQi (i = 1, M) is in the direction intersecting the patch boundary point sequence PPi (I = 1, L). However, the patch boundary line including the patch boundary point sequence PQi (i = 1, M) is set so as to intersect the patch boundary point sequence PPi (I = 1, L) (see FIG. 22).

次に、パッチ境界点列PQi(I=1,M)にて、隣接パッチ間で法線ベクトルR2Ni(I=1,M)を一致させる補正処理を実行する(S25)。この処理は、S23と同様である。   Next, correction processing for matching the normal vector R2Ni (I = 1, M) between adjacent patches is executed in the patch boundary point sequence PQi (I = 1, M) (S25). This process is the same as S23.

次に、S25で求めた法線ベクトルR2Ni(I=1,M)に対して、非隣接補正処理を実行する(S26)。この手順は、S24と同様である。S24およびS26の処理によって、図22のように、2方向にて、法線ベクトルが補正されることになる。   Next, non-adjacent correction processing is executed on the normal vector R2Ni (I = 1, M) obtained in S25 (S26). This procedure is the same as S24. By the processing of S24 and S26, the normal vector is corrected in two directions as shown in FIG.

次に、本設計支援装置は、補正後の法線ベクトル列R1Ni(i=1,L)およびR2Ni(i=1,M)によって、各曲面パッチの代表点の法線ベクトルを置き換える。そして、置き換えられた法線ベクトルを含む法線ベクトルの全体で、曲面パッチの生成を再度実行する(S27)。この手順は、図15に示した通りであり、曲面パッチが数10の式によって生成される。   Next, the present design support device replaces the normal vector of the representative point of each curved surface patch with the corrected normal vector sequences R1Ni (i = 1, L) and R2Ni (i = 1, M). Then, the generation of the curved surface patch is executed again for the entire normal vector including the replaced normal vector (S27). This procedure is as shown in FIG. 15, and a curved surface patch is generated according to the equation (10).

以上の処理によって、曲面パッチからなる曲面について、隣接パッチ間の境界線で法線ベクトルが統一され、さらに、非隣接の法線ベクトル群の先端が滑らかな補正曲線上に移動されることになる。この結果、その法線ベクトル群で規定される曲面パッチが、非隣接の曲面パッチを含む広範囲において、歪みが補正されることになる。   As a result of the above processing, the normal vectors are unified at the boundary between adjacent patches for a curved surface consisting of curved patches, and the tips of non-adjacent normal vector groups are moved onto a smooth correction curve. . As a result, the distortion of the curved patch defined by the normal vector group is corrected in a wide range including non-adjacent curved patches.

<実施例>
図27−図31に、本設計支援装置による曲面の補正処理結果を示す。図27は、歪みの発生した曲面の例である。図27では、面内にシワ、たるみ、よたりと呼ばれる歪みがある。このため、隣接パッチ間の境界で、それぞれの曲面パッチの法線ベクトルN1とN2とが一致しない。また、非隣接パッチ間でも法線ベクトルの方向が不一致となっている。
<Example>
FIGS. 27 to 31 show the results of curved surface correction processing by the present design support apparatus. FIG. 27 is an example of a curved surface in which distortion occurs. In FIG. 27, there are distortions called wrinkles, sagging, and distortion in the plane. For this reason, the normal vectors N1 and N2 of the curved patches do not match at the boundary between adjacent patches. In addition, the direction of the normal vector also does not match between non-adjacent patches.

図28にこの場合の法線分布曲線の変化を例示する。図28(1)は、補正後の法線分布曲線の例である。図28(3)は、図28(1)のビュー方向を示すA矢印の方向に法線分布曲線を見た図である。一方、図28(2)は、図28(3)の補正前の状態を示している。   FIG. 28 illustrates the change in the normal distribution curve in this case. FIG. 28 (1) is an example of a corrected normal distribution curve. FIG. 28 (3) is a view of the normal distribution curve in the direction of arrow A indicating the view direction of FIG. 28 (1). On the other hand, FIG. 28 (2) shows a state before correction of FIG. 28 (3).

図28(2)のように、不均一な法線の並びが、図28(3)のように、法線の並びを整列できた。これは、不均一な法線の並びから法線分布曲線のうちの曲率の大きい部分にある構成点を間引くことによって、法線分布曲線を滑らかにし、各法線を滑らかな法線分布曲線上に移動できたからである。   As shown in FIG. 28 (2), the non-uniform normal lines can be aligned as shown in FIG. 28 (3). This is because the normal distribution curve is smoothed by thinning out the constituent points in the portion of the normal distribution curve where the curvature is large from the sequence of non-uniform normal lines, and each normal is placed on the smooth normal distribution curve. It was because it was able to move to.

図29は、図28の曲面を拡大し、法線を示したものである。隣接パッチ間で、法線ベクトルが一致するとともに、非隣接パッチ間でも、法線の並びが均一となり、曲面の歪みが除去されたことがわかる。   FIG. 29 shows the normal line by enlarging the curved surface of FIG. It can be seen that the normal vectors match between adjacent patches, and the alignment of normals is uniform between non-adjacent patches, and the distortion of the curved surface is removed.

図30は、モーフィング時の曲面に対して、本設計支援装置の補正を適用した例である。図30(1)は、モーフィング前の曲面を示す。斜線で示されている帯状部分100は、矩形境界線101上の法線分布である。すなわち、帯状部分100の上端が法線分布曲線に相当する。   FIG. 30 shows an example in which the correction of the present design support apparatus is applied to a curved surface during morphing. FIG. 30 (1) shows a curved surface before morphing. A belt-like portion 100 indicated by diagonal lines is a normal distribution on the rectangular boundary line 101. That is, the upper end of the strip-like portion 100 corresponds to a normal distribution curve.

モーフィングによって、曲面を操作すると、図30(2)のように、法線分布102が大きく歪むことになる。したがって、曲面パッチが不均一になっている。この場合、隣接する曲面パッチだけでなく、非隣接の曲面パッチ間で、法線分布が大きく変動している。   When the curved surface is manipulated by morphing, the normal distribution 102 is greatly distorted as shown in FIG. Therefore, the curved patch is non-uniform. In this case, the normal distribution greatly fluctuates not only between adjacent curved patches but also between non-adjacent curved patches.

図30(3)は、本実施形態の法線補正(図30では、法線整列)を実行した場合の法線分布103を示す。法線補正によって、法線分布103がほぼ均一になることが分かる。図31(1)は、曲面の歪みをパターンで表示した図である。また、図31(2)は、隣接パッチ間の結合性を表示した図である。本実施形態の設計支援装置によれば、曲面の歪みを低減し、隣接パッチ間の結合性を維持できる。ここで、隣接パッチの結合性とは、例えば、隣接パッチ間で、接線接続が維持される場合に、結合性が維持されているという。   FIG. 30 (3) shows the normal distribution 103 when the normal correction (normal alignment in FIG. 30) of the present embodiment is executed. It can be seen that the normal distribution 103 becomes substantially uniform by the normal correction. FIG. 31 (1) is a diagram showing curved surface distortion as a pattern. FIG. 31 (2) shows the connectivity between adjacent patches. According to the design support apparatus of the present embodiment, curved surface distortion can be reduced and the connectivity between adjacent patches can be maintained. Here, the connectivity of adjacent patches is, for example, that the connectivity is maintained when tangential connection is maintained between adjacent patches.

<変形例>
上記実施形態では、図22および図26のように、曲面上の2方向の境界線に沿って、曲面の法線ベクトルを補正した。しかし、本設計支援装置の処理は、このような処理には限定されない。例えば、図20のように一方向の境界線に沿って、曲面の法線ベクトルを補正してもよい。また、それぞの方向で複数の境界線に沿って、曲面の法線ベクトルを補正してもよい。その手順は、例えば、図26に示したS21−S24の処理を繰り返せばよい。
<Modification>
In the above embodiment, as shown in FIGS. 22 and 26, the normal vector of the curved surface is corrected along the boundary line in two directions on the curved surface. However, the process of this design support apparatus is not limited to such a process. For example, the normal vector of the curved surface may be corrected along the boundary line in one direction as shown in FIG. Moreover, you may correct | amend the normal vector of a curved surface along several boundary lines in each direction. For this procedure, for example, the processing of S21 to S24 shown in FIG. 26 may be repeated.

上記実施形態では、補正された法線ベクトルを含む曲面パッチの記述形式として、数11を用いた。すなわち、数11にしたがって、PN triangleに含まれる頂点のベクトルと法線ベクトルとから3次三角ベジエ曲面の制御点を算出し、3次三角ベジエ曲面上の点を求めた。しかし、本発明の実施は、そのような手順に限定されるものではなく、4次以上のベジエ曲面を用いてもよい。また、三角ベジエ曲面に代えて、四角ベジエ曲面を用いてもよい。また、ベジエ曲面以外の曲面の記述形式、例えば、B−スプライン曲面を用いてもよい。   In the above embodiment, Expression 11 is used as the description format of the curved surface patch including the corrected normal vector. That is, according to Equation 11, the control points of the cubic triangular Bezier surface were calculated from the vertex vectors and normal vectors included in the PN triangle, and the points on the cubic triangular Bezier surface were obtained. However, the implementation of the present invention is not limited to such a procedure, and a fourth-order or higher-order Bezier curved surface may be used. Further, a square Bezier curved surface may be used instead of the triangular Bezier curved surface. Further, a description format of a curved surface other than a Bezier curved surface, for example, a B-spline curved surface may be used.

上記実施形態では、除外点として、各法線ベクトルの先端付近での法線分布曲線の曲率を求め、その曲率が所定の限界値以上の場合に、その法線ベクトルの先端に該当する法線分布曲線上の点を除外点とした。しかし、本発明の実施は、そのような処理に限定される訳ではない。例えば、境界線112上において所定区間(1または複数の法線ベクトルを含む区間)で、曲率を算出するようにしてもよい。そして、曲率が所定の限界値以上の場合に、その区間に含まれる法線分布曲線全体を除外点としてもよい。そして、そのような区間に含まれる法線ベクトルをまとめて補正してもよい。
が分布する法線ベクトルを選択した。
In the above embodiment, as the exclusion point, the curvature of the normal distribution curve near the tip of each normal vector is obtained, and when the curvature is equal to or greater than a predetermined limit value, the normal corresponding to the tip of the normal vector is obtained. Points on the distribution curve were excluded. However, the implementation of the present invention is not limited to such processing. For example, the curvature may be calculated in a predetermined section (section including one or a plurality of normal vectors) on the boundary line 112. And when a curvature is more than a predetermined limit value, it is good also considering the whole normal distribution curve contained in the section as an exclusion point. And you may correct | amend the normal vector contained in such an area collectively.
The normal vector with the distribution is selected.

曲面ポリゴンで構成されている立体モデルを変形した例を示す図である。It is a figure which shows the example which deform | transformed the solid model comprised by the curved surface polygon. 曲面ポリゴンをメッシュに分割した例を示す図である。It is a figure which shows the example which divided | segmented the curved-surface polygon into the mesh. 三角形のパッチによる立体モデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the solid model by a triangular patch. 3次ベジエ曲線を示す図である。It is a figure which shows a cubic Bezier curve. 4角形パッチによる3次ベジエ曲面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cubic Bezier curved surface by a quadrangular patch. 3次四角パッチとのその内部制御点の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the internal control point with a tertiary square patch. 4次四角パッチとのその内部制御点の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the internal control point with a quartic square patch. 三角形パッチによる3次ベジエ曲面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cubic Bezier curved surface by a triangular patch. 3次三角パッチとのその内部制御点の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the internal control point with a tertiary triangular patch. 4次三角パッチとのその内部制御点の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the internal control point with a quartic triangular patch. サンプル点とその周囲に存在する複数の曲面ポリゴンとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a sample point and the some curved surface polygon which exists around it. 曲線上の点の位置ベクトルと、その1次微分、2次微分の関係を示す図である。It is a figure which shows the position vector of the point on a curve, and the relationship between the 1st derivative and the 2nd derivative. 曲面ポリゴンの曲率解析の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the curvature analysis of a curved-surface polygon. 立体モデルの歪み修正の概念を例示する図である。It is a figure which illustrates the concept of distortion correction of a solid model. 法線ベクトルが決定された後に、3次元曲面パッチを求める手順を例示する図である。It is a figure which illustrates the procedure which calculates | requires a three-dimensional curved surface patch after a normal vector is determined. 非隣接曲面パッチ間で歪みが発生している曲面を模式的に例示する図である。It is a figure which illustrates typically the curved surface which distortion has generate | occur | produced between non-adjacent curved patches. 面のしわ、凹凸、うねり等を例示する図である。It is a figure which illustrates the wrinkle of a surface, unevenness | corrugation, a wave | undulation, etc. 曲面モデルに対する変形操作によって、面のしわ、凹凸、うねり等が発生する例を示している。An example is shown in which wrinkles, irregularities, undulations, etc. of the surface occur due to the deformation operation on the curved surface model. 色分け表示によって、歪みおよび領域間の結合性を例示する図である。It is a figure which illustrates distortion and the connectivity between area | regions by a color-coded display. 曲面における歪み補正の課題とその解決策の概念を示す図である。It is a figure which shows the subject of the distortion correction in a curved surface, and the concept of the solution. 曲面における歪み補正の課題とその解決策の概念を示す図である。It is a figure which shows the subject of the distortion correction in a curved surface, and the concept of the solution. 法線ベクトルの補正を2方向で実行する処理例である。It is an example of a process which performs correction | amendment of a normal vector in two directions. 特定の方向に向かう曲面パッチ境界線上の法線ベクトルを補正するときの手順の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the procedure when correct | amending the normal vector on the curved surface patch boundary line which goes to a specific direction. 設計支援装置の非隣接法線補正処理フローを例示する図である。It is a figure which illustrates the non-adjacent normal correction processing flow of a design support apparatus. 設計支援装置の非隣接法線補正処理フローを例示する図である。It is a figure which illustrates the non-adjacent normal correction processing flow of a design support apparatus. 設計支援装置の曲面補正処理フローを例示する図である。It is a figure which illustrates the curved surface correction process flow of a design support apparatus. 歪みの発生した曲面の例である。It is an example of the curved surface which distortion generate | occur | produced. 法線分布曲線の変化を例示する図である。It is a figure which illustrates the change of a normal distribution curve. 曲面を拡大し、法線を例示した図である。It is the figure which expanded the curved surface and illustrated the normal line. モーフィング時の曲面に対して、設計支援装置の補正を適用した例である。This is an example in which the correction of the design support device is applied to the curved surface during morphing. 色分け表示によって、歪みおよび領域間の結合性を例示する図である。It is a figure which illustrates distortion and the connectivity between area | regions by a color-coded display.

符号の説明Explanation of symbols

PAT1、PAT2 曲面パッチ
V1、V2、V3、V4、N1、N2 法線ベクトル
112 境界線
114 法線ベクトル
115 法線分布曲線
116 急変部分の頂点
117 補正曲線
PAT1, PAT2 Curved patch V1, V2, V3, V4, N1, N2 Normal vector 112 Boundary line 114 Normal vector 115 Normal distribution curve 116 Apex of sudden change portion 117 Correction curve

Claims (6)

複数の頂点を含む境界線と前記境界線で取り囲まれた表面とを有する面要素の組合せによって形成される立体モデルの操作を支援する設計支援装置であって、
隣接する2つの面要素の境界位置でそれぞれの面要素の法線ベクトルを求める手段と、
前記隣接する2つの面要素の境界位置でのそれぞれの法線ベクトルが一致しないときに共通の補正法線ベクトルに置き換える手段と、
隣接しない複数の面要素を含む曲面上で、所定方向に配列された面要素の境界線をつないで構成される評価基準線上でそれぞれの面要素の法線ベクトルを抽出する手段と、
前記評価基準線上での前記法線ベクトルの先端の分布を示す第1の法線ベクトル分布曲線を求める手段と、
前記第1の法線ベクトル分布曲線に含まれる法線ベクトルから1以上の補正対象の法線ベクトルを除去することによって第2の法線ベクトル分布曲線を求める手段と、
前記補正対象の法線ベクトルの先端を前記第2の法線ベクトル分布曲線に直交する方向に移動することによって前記補正対象の法線ベクトルを補正する手段と、
前記補正された法線ベクトルによって前記面要素を補正する手段と、を備える設計支援装置。
A design support device that supports operation of a solid model formed by a combination of surface elements having a boundary line including a plurality of vertices and a surface surrounded by the boundary line,
Means for obtaining a normal vector of each surface element at a boundary position between two adjacent surface elements;
Means for replacing with a common correction normal vector when respective normal vectors at the boundary positions of the two adjacent surface elements do not match;
Means for extracting a normal vector of each surface element on an evaluation reference line formed by connecting boundary lines of surface elements arranged in a predetermined direction on a curved surface including a plurality of non-adjacent surface elements;
Means for obtaining a first normal vector distribution curve indicating a distribution of a tip of the normal vector on the evaluation reference line;
Means for obtaining a second normal vector distribution curve by removing one or more normal vectors to be corrected from normal vectors included in the first normal vector distribution curve;
Means for correcting the normal vector of the correction target by moving the tip of the normal vector of the correction target in a direction orthogonal to the second normal vector distribution curve;
Means for correcting the surface element by the corrected normal vector.
前記補正対象の法線ベクトルは、前記法線ベクトル分布曲線の曲率または変化率が所定の限界値を超える曲線部分の分布に含まれる法線ベクトルから選択される請求項1に記載の設計支援装置。   The design support apparatus according to claim 1, wherein the normal vector to be corrected is selected from normal vectors included in a distribution of a curved portion where a curvature or change rate of the normal vector distribution curve exceeds a predetermined limit value. . 複数の頂点を含む境界線と前記境界線で取り囲まれた表面とを有する面要素の組合せによって形成される立体モデルの操作を支援する設計支援方法であって、コンピュータが、
隣接する2つの面要素の境界位置でそれぞれの面要素の法線ベクトルを求めるステップと、
前記隣接する2つの面要素の境界位置でのそれぞれの法線ベクトルが一致しないときに共通の補正法線ベクトルに置き換えるステップと、
隣接しない複数の面要素を含む曲面上で、所定方向に配列された面要素の境界線をつないで構成される評価基準線上でそれぞれの面要素の法線ベクトルを抽出するステップと、
前記評価基準線上での前記法線ベクトルの先端の分布を示す第1の法線ベクトル分布曲線を求めるステップと、
前記第1の法線ベクトル分布曲線に含まれる法線ベクトルから1以上の補正対象の法線ベクトルを除去することによって第2の法線ベクトル分布曲線を求めるステップと、
前記補正対象の法線ベクトルの先端を前記第2の法線ベクトル分布曲線に直交する方向に移動することによって前記補正対象の法線ベクトルを補正するステップと、
前記補正された法線ベクトルによって前記面要素を補正するステップと、を実行する設計支援方法。
A design support method for supporting the operation of a solid model formed by a combination of surface elements having a boundary line including a plurality of vertices and a surface surrounded by the boundary line, the computer comprising:
Obtaining a normal vector of each surface element at a boundary position between two adjacent surface elements;
Replacing each normal vector at the boundary position of the two adjacent surface elements with a common correction normal vector when they do not match;
Extracting a normal vector of each surface element on an evaluation reference line configured by connecting boundary lines of surface elements arranged in a predetermined direction on a curved surface including a plurality of non-adjacent surface elements;
Obtaining a first normal vector distribution curve indicating a distribution of a tip of the normal vector on the evaluation reference line;
Obtaining a second normal vector distribution curve by removing one or more normal vectors to be corrected from normal vectors included in the first normal vector distribution curve;
Correcting the normal vector to be corrected by moving the tip of the normal vector to be corrected in a direction perpendicular to the second normal vector distribution curve;
And correcting the surface element with the corrected normal vector.
前記補正対象の法線ベクトルは、前記法線ベクトル分布曲線の曲率または変化率が所定の限界値を超える曲線部分の分布に含まれる法線ベクトルから選択される請求項3に記載の設計支援方法。   The design support method according to claim 3, wherein the normal vector to be corrected is selected from normal vectors included in a distribution of a curved portion where a curvature or change rate of the normal vector distribution curve exceeds a predetermined limit value. . 複数の頂点を含む境界線と前記境界線で取り囲まれた表面とを有する面要素の組合せによって形成される立体モデルの操作を支援する設計支援プログラムであって、コンピュータに、
隣接する2つの面要素の境界位置でそれぞれの面要素の法線ベクトルを求めるステップと、
前記隣接する2つの面要素の境界位置でのそれぞれの法線ベクトルが一致しないときに共通の補正法線ベクトルに置き換えるステップと、
隣接しない複数の面要素を含む曲面上で、所定方向に配列された面要素の境界線をつないで構成される評価基準線上でそれぞれの面要素の法線ベクトルを抽出するステップと、
前記評価基準線上での前記法線ベクトルの先端の分布を示す第1の法線ベクトル分布曲線を求めるステップと、
前記第1の法線ベクトル分布曲線に含まれる法線ベクトルから1以上の補正対象の法線ベクトルを除去することによって第2の法線ベクトル分布曲線を求めるステップと、
前記補正対象の法線ベクトルの先端を前記第2の法線ベクトル分布曲線に直交する方向に移動することによって前記補正対象の法線ベクトルを補正するステップと、
前記補正された法線ベクトルによって前記面要素を補正するステップと、を実行させる設計支援プログラム。
A design support program for supporting the operation of a solid model formed by a combination of surface elements having a boundary line including a plurality of vertices and a surface surrounded by the boundary line, the computer comprising:
Obtaining a normal vector of each surface element at a boundary position between two adjacent surface elements;
Replacing each normal vector at the boundary position of the two adjacent surface elements with a common correction normal vector when they do not match;
Extracting a normal vector of each surface element on an evaluation reference line configured by connecting boundary lines of surface elements arranged in a predetermined direction on a curved surface including a plurality of non-adjacent surface elements;
Obtaining a first normal vector distribution curve indicating a distribution of a tip of the normal vector on the evaluation reference line;
Obtaining a second normal vector distribution curve by removing one or more normal vectors to be corrected from normal vectors included in the first normal vector distribution curve;
Correcting the normal vector to be corrected by moving the tip of the normal vector to be corrected in a direction perpendicular to the second normal vector distribution curve;
And a step of correcting the surface element with the corrected normal vector.
前記補正対象の法線ベクトルは、前記法線ベクトル分布曲線の曲率または変化率が所定の限界値を超える曲線部分の分布に含まれる法線ベクトルから選択される請求項5に記載の設計支援プログラム。   The design support program according to claim 5, wherein the normal vector to be corrected is selected from normal vectors included in a distribution of a curved portion where a curvature or change rate of the normal vector distribution curve exceeds a predetermined limit value. .
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