JP2736908B2 - Shape input / output device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は計算機援助による設計またはコンピュータグ
ラフィックスにおける図形処理に係り，特に，意匠設計
や機械の曲面設計，立体画像の生成などにおける立体形
状の認識と創成にとって好適な形状入出力装置に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to computer-aided design or graphic processing in computer graphics, and in particular, to the design of three-dimensional shapes in design design, curved surface design of machines, and generation of three-dimensional images. The present invention relates to a shape input / output device suitable for recognition and creation.
ピンマトリックスについては，矩形の基板にマトリッ
クス状に穴を設け，各穴に１本づつ一定長さの棒を挿入
した構造を持つ，ピンプロファイルという名称の商品が
市販されている。この商品は，棒の下端を物体で押しあ
げると，棒の高さがそれに伴って変化し棒の上部が作る
波形が物体の形状を示す。さらに物体の動きにつれて棒
の先端が上下して，その波形の作る像が物体の動きをア
ニメーションする。また，文献電気通信学会論文誌VOL.
J66−D NO.5,PP571〜576（1983）に「色彩情報付輪郭線
による立体の再生」と題してアニメーション画像作成の
目的で，基となる物体の輪郭線入力に，ピンスクリーン
の一次元版に相当する，櫛型ゲージを用いて物体の断面
に櫛型ゲージをあて，得られたゲージの先端が作る曲線
形状を，画像入力装置PDA（Photo Diode Array）を用い
て物体の輪郭線データとして計算機に入力する例が発表
されている。With regard to the pin matrix, a product called a pin profile is commercially available, which has a structure in which holes are formed in a matrix on a rectangular substrate, and a rod having a fixed length is inserted into each hole. In this product, when the lower end of the bar is pushed up with an object, the height of the bar changes accordingly, and the waveform created by the upper portion of the bar shows the shape of the object. Furthermore, the tip of the bar moves up and down as the object moves, and the image created by the waveform animates the movement of the object. In addition, the IEICE Transactions Vol.
J66-D NO.5, PP571-576 (1983), entitled "Reproduction of 3D with contour line with color information", one-dimensional pin screen for contour line input of base object for animation image creation Using a comb gauge corresponding to a plate, apply a comb gauge to the cross section of the object using a comb gauge, and use the image input device PDA (Photo Diode Array) to draw the contour line of the object An example of inputting to a calculator has been announced.
自動車の車体設計や，扇風機，掃除機などを家電品の
外装設計においては，形の持つ美しさを創り出す意匠設
計が大切である。従来の意匠設計では，クレイモデルの
作成を通じて意匠検討が行なわれ，完成モデルの測定を
経て設計図面が作成されていた。最近では，意匠検討の
一部と，設計図面の作成は，グラフィックディスプレイ
を用いたCAD（Computer Aided Design）で行なわれてい
る。最近ではカラー一次元グラフィックスの発展によ
り，クレイモデルを必要としない意匠設計が行なわれて
いる。しかしながら，グラフィックディスプレイ上に画
かれた像は，平面的な画像でしかなく、このため実物の
イメージを得るため計算機で得られた結果をもとに，実
物相当の，或いは実物を縮小した一次元の実体モデルを
後で作成して意匠の再検討が必要になる。この検討結果
は再度，計算機に入力されて計算機内モデルの修正に用
いられる。場合によっては，計算機内モデルによる意匠
設計と，実体モデルの作成および実体モデルによる意匠
検討は複数回くり返される。ところで，クレイモデルま
たは実体モデルによる意匠設計ないし意匠検討は，デザ
イナーの感性を尊重できるという直接の利点があるが，
モデルの作成に要する時間とコストが大きいという欠点
がある。再作成を必要とする場合には，特にこのディメ
リットが問題となる。一方，計算機内モデルによる意匠
設計は，実体モデルによる場合とほぼ正反対の利害損失
がある。すなわちモデル創成や変更に伴う時間とコスト
は，原理的にはそれほど大きくはならない。しかしなが
らグラフィックディスプレイによって，計算機内モデル
を作るには，計算機特有の操作技術を必要とし，それが
簡略化されつつあるとは云え，それはデザイナーの感性
に密着したものとは云い難い。In car body design, exterior design of electric appliances such as electric fans and vacuum cleaners, design design that creates the beauty of form is important. In the conventional design design, design examination was performed through creation of a clay model, and a design drawing was created through measurement of a completed model. Recently, part of the design study and the creation of design drawings have been performed by CAD (Computer Aided Design) using graphic displays. Recently, with the development of color one-dimensional graphics, design designs that do not require a clay model are being performed. However, the image drawn on the graphic display is only a two-dimensional image. Therefore, based on the results obtained by a computer to obtain the real image, a one-dimensional image corresponding to the real object or a reduced real object is obtained. It is necessary to create a real model of the model later and reconsider the design. The result of this examination is again input to the computer and used for correcting the model in the computer. In some cases, design design using an in-computer model, creation of a real model, and design study using a real model are repeated several times. By the way, design design or design examination using a clay model or a real model has the direct advantage of respecting the designer's sensibilities.
There is a disadvantage that the time and cost required to create the model are large. This disadvantage is particularly problematic when re-creation is required. On the other hand, design design using the in-computer model has almost the opposite interest loss as that of the real model. In other words, the time and cost involved in model creation and change are not so large in principle. However, using a graphic display to create an in-computer model requires a computer-specific operation technique, which can be said to be being simplified, which is hardly close to the designer's sensitivity.
本発明の目的は，計算機で創成した三次元モデルを具
体的な三次元形状に表わし，かつ三次元形状に計算機に
入力する形状入出力装置を用い，デザイナーの感性に密
着した計算機援助による意匠設計を行う装置を提供する
ことにある。An object of the present invention is to use a shape input / output device for expressing a three-dimensional model created by a computer in a specific three-dimensional shape and inputting the three-dimensional shape to the computer, and to assist design design in close contact with a designer's sensitivity. The present invention provides an apparatus for performing the above.
上記目的は、複数の画素からなる画面を表示し該画素
の三次元情報を出力する図形表示装置と，平面にマトリ
ックス状に配置された複数のピンの前記平面から該ピン
の先端までの距離を任意の値に可変し三次元画面を表示
するピンマトリックスと，前記画素の三次元情報を入力
し前記ピンマトリックスの平面の各位置における平面か
ら先端までの距離を制御する制御信号を出力するピンマ
トリックス制御装置と，前記三次元形状入出力装置又は
前記図形表示装置から前記三次元情報を入力して情報処
理を行い前記三次元形状入出力装置又は前記図形表示装
置に出力する計算機とを有する図形処理装置と，を有す
る形状入出力装置を提供することにより達成される。The object is to provide a graphic display device that displays a screen composed of a plurality of pixels and outputs three-dimensional information of the pixels, and a distance between the plane of a plurality of pins arranged in a matrix on the plane and the tip of the pins. A pin matrix that changes to an arbitrary value and displays a three-dimensional screen, and a pin matrix that inputs three-dimensional information of the pixel and outputs a control signal for controlling a distance from a plane to a tip at each position of the plane of the pin matrix Graphic processing comprising a control device and a computer for inputting the three-dimensional information from the three-dimensional shape input / output device or the graphic display device, performing information processing, and outputting the information to the three-dimensional shape input / output device or the graphic display device And a shape input / output device having the same.
複数の画素からなる画面を表示しているその画素の三
次元情報を図形表示装置から出力して，ピンマトリック
ス制御装置に入力すると，平面にマトリックス状に配置
された複数のピンを有するピンマトリックスのその画素
の平面の各位置におけるそのピンの先端までの距離を可
変制御する制御信号を出力し，そのピンの先端までの距
離を任意の値に可変し三次元形状を表示する。When three-dimensional information of a pixel displaying a screen composed of a plurality of pixels is output from a graphic display device and input to a pin matrix control device, a pin matrix having a plurality of pins arranged in a matrix on a plane is obtained. A control signal for variably controlling the distance to the tip of the pin at each position on the plane of the pixel is output, and the distance to the tip of the pin is changed to an arbitrary value to display a three-dimensional shape.
そして各ピンの先端までの距離を設定する情報を前記
制御信号とは別途に入力するピン高さ入力手段と，前記
各ピンの先端までの距離を測定するピン高さ測定手段と
を設けることにより，各ピンの先端までの距離を手動で
任意に設定することにより，三次元形状の修正が容易に
出来ピン高さ測定手段により修正した三次元形状の情報
を図形表示装置へ入力することが出来る。By providing pin height input means for separately inputting information for setting the distance to the tip of each pin separately from the control signal, and pin height measuring means for measuring the distance to the tip of each pin. By manually setting the distance to the tip of each pin manually, the three-dimensional shape can be easily corrected and the information of the three-dimensional shape corrected by the pin height measuring means can be input to the graphic display device. .
更に立体形状入出力装置と，図形表示装置との間で三
次元情報の授受を行う手段を介して計算機を設けること
により，図形処理装置を構成し三次元情報の加工を行う
図形処理が出来る。Further, by providing a computer through means for transmitting and receiving three-dimensional information between the three-dimensional shape input / output device and the graphic display device, a graphic processing device can be configured to perform graphic processing for processing the three-dimensional information.
また図形処理手段を計算機内に設けることにより，計
算機との対話による図形処理操作を支援することが出来
る。Further, by providing the graphic processing means in the computer, it is possible to support the graphic processing operation by dialogue with the computer.
以下，本発明の実施例を，第１図〜第10図を用いて説
明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
実施例１ 第１図は図形表示装置及びそれに接続する，立体形状
入出力装置を示し，図形表示装置100は，表示制御機構1
10,Zバッファ120およびディスプレイ130により構成す
る。Embodiment 1 FIG. 1 shows a graphic display device and a three-dimensional shape input / output device connected to the graphic display device.
10, a Z buffer 120 and a display 130.
次に，公知であるＺバッファ120と画素（ピクセル）
対ピンの意味で１対１の関係にある，ピンマトリックス
220を設ける。さらに,Zバッファ120に直結し，その内容
を受けて，オンラインで該ピンマトリックス220の各ピ
ンの位置を設定するオンライン・ピン位置設定部221
を，ピンマトリックス制御機構210として設け合わせて
立体形状入出力装置200として構成する。Next, a well-known Z buffer 120 and a pixel
A pin matrix that has a one-to-one relationship in the sense of a pin
220 is provided. Further, an online pin position setting unit 221 that is directly connected to the Z buffer 120, receives the contents, and sets the position of each pin of the pin matrix 220 online.
Are provided as a pin matrix control mechanism 210 to form a three-dimensional shape input / output device 200.
以下，図形表示装置100と，立体形状入出力装置200の
動作を示す。Hereinafter, the operations of the graphic display device 100 and the three-dimensional shape input / output device 200 will be described.
図形表示装置100は図示せざる計算機内モデルの情報2
1を受けて，これをＺバッファ120上に，表示データとし
て展開する。この表示データは接続22,23を経て，ディ
スプレイ130に表示される。同時に，この表示データは
接続24を経て，ピンマトリックス制御機構210に転送さ
れ，オンライン・ピン位置設定部211は機構210の制御の
もとでピンマトリックス220を走査して,Zバッファ120の
ピクセル番号（i,j）のデータを基に，番号（i,j）であ
るピン27の高さHijを基板28を基準にして設定する。The graphic display device 100 is a computer model information 2 not shown.
Upon receiving 1, the data is developed on the Z buffer 120 as display data. This display data is displayed on the display 130 via the connections 22 and 23. At the same time, the display data is transferred to the pin matrix control mechanism 210 via the connection 24, and the online pin position setting unit 211 scans the pin matrix 220 under the control of the mechanism 210, and outputs the pixel number of the Z buffer 120. Based on the data of (i, j), the height Hij of the pin 27, which is the number (i, j), is set with reference to the substrate 28.
以上の動作により，図形表示装置100と立体形状入出
力装置200はＺバッファ120を介して連動する。この場
合，装置200は立体・図形出力装置として機能し，操作
者26は，ディスプレイ130とピンマトリックス220が示す
立体図形を交互に視ることにより，あたかも実体モデル
を視るごとく，計算機内モデルを確認することができ
る。By the above operation, the graphic display device 100 and the three-dimensional shape input / output device 200 are linked via the Z buffer 120. In this case, the device 200 functions as a three-dimensional / graphic output device, and the operator 26 alternately looks at the three-dimensional graphic indicated by the display 130 and the pin matrix 220, and thus, as if looking at the real model, the model in the computer. You can check.
実施例２ 第２図に立体形状入出力装置の他の実施例を示す。Embodiment 2 FIG. 2 shows another embodiment of the three-dimensional shape input / output device.
実施例１における立体形状入出力装置200のピンマト
リックス制御機構210に，図形表示装置100のＺバッファ
120とは独立に，手動でピンマトリックス220の各ピン
（高さ）位置を設定できる，オフライン・ピン位置設定
部212と，各ピン位置を測定するピン位置測定部213とを
付加する。The Z buffer of the graphic display device 100 is added to the pin matrix control mechanism 210 of the three-dimensional shape input / output device 200 in the first embodiment.
An off-line pin position setting unit 212 capable of manually setting each pin (height) position of the pin matrix 220 and a pin position measuring unit 213 for measuring each pin position are added independently of the 120.
このとき，オンライン・ピン位置設定部211は指令の
流れ24と25に関し，実施例１に延べたと同じ動作をす
る。新たに付加されたオフライン・ピン位置設定部212
は，手動ピン位置設定指令31を受けて指令32により，ピ
ンマトリックス220の該当ピンの位置を設定する。また
ピン位置測定部213は，指令25ないし32の結果として得
られたピンマトリックス220の各ピン位置，或いは指定
されたピンの位置34を，指令33に基づいて測定し，位置
情報35として出力する。以上の動作により，立体形状入
出力装置200は図形表示装置100と連動する，立体形状入
出力装置200として機能し，操作者26は，あたかも実体
モデルを視るごとく，またクレイモデルを実際に作る如
く，立体形状の確認と創成を行うことができる。At this time, the online pin position setting unit 211 performs the same operation as that described in the first embodiment with respect to the command flows 24 and 25. Offline pin position setting unit 212 newly added
Receives the manual pin position setting command 31 and sets the position of the corresponding pin of the pin matrix 220 according to the command 32. Further, the pin position measuring unit 213 measures each pin position of the pin matrix 220 obtained as a result of the commands 25 to 32, or the designated pin position 34 based on the command 33, and outputs it as position information 35. . By the above operation, the three-dimensional shape input / output device 200 functions as the three-dimensional shape input / output device 200 linked with the graphic display device 100, and the operator 26 actually creates a clay model as if looking at a real model. Thus, confirmation and creation of a three-dimensional shape can be performed.
実施例３ 第３図に図形表示装置と立体形状入出力装置の関係を
示す。Third Embodiment FIG. 3 shows the relationship between a graphic display device and a three-dimensional shape input / output device.
実施例１ないし２においては，図形表示装置100のＺ
バッファ120の画素とピンマトリックス220のピンを１対
１に対応させたが，この実施例では,Zバッファ120から
ピンマトリックス220の上への画素とピン27間の対応を
行うマッピングを行い，例えばピン42に対し,Zバッファ
120の隣接するピクセル群41を対応させる。このとき，
オンライン・ピン位置設定部211から，ピンマトリック
ス220に対して発せられる，ピン42の位置情報25は，た
とえば，ピン42に対応するＺバッファ120の画素群41の
値の平均値を用いる。同様にピン位置情報35の値は，画
素群41の値の平均値として扱う。In the first and second embodiments, the Z
Although the pixels of the buffer 120 correspond to the pins of the pin matrix 220 in a one-to-one correspondence, in this embodiment, mapping is performed from the Z buffer 120 to the top of the pin matrix 220 to perform the correspondence between the pixels and the pins 27. Z buffer for pin 42
The 120 adjacent pixel groups 41 correspond to each other. At this time,
As the position information 25 of the pin 42 issued from the online pin position setting unit 211 to the pin matrix 220, for example, an average value of the values of the pixel group 41 of the Z buffer 120 corresponding to the pin 42 is used. Similarly, the value of the pin position information 35 is handled as an average value of the values of the pixel group 41.
本実施例により，ピン数の少ないピンマトリックス22
0を有する立体形状入出力装置200が得られる。According to this embodiment, the pin matrix 22 having a small number of pins is used.
A three-dimensional shape input / output device 200 having 0 is obtained.
実施例４ 第4a図にピンマトリックス制御機構を示す。Embodiment 4 FIG. 4a shows a pin matrix control mechanism.
実施例２におけるピンマトリックス制御機構210の具
体的な構成を示す。まず，該ピンマトリックス制御機構
210を，全体を制御する部分を他と分離して，ピンマト
リックス制御機構本体部210Aとし,3つの機構部，すなわ
ちオンラインピン位置設定部211,オフラインピン位置設
定部212およびピン位置測定部213を，ピンマトリックス
220の各ピン27毎にアクチュエータ54および位置判定の
ための目盛56とストッパ55を設けて，ピンマトリックス
駆動・検出部210Bとして各ピン27毎に１つにまとめる。
このとき，ピンマトリックス制御機構の動作は次のよう
になる。9 shows a specific configuration of a pin matrix control mechanism 210 according to the second embodiment. First, the pin matrix control mechanism
The part 210 that controls the whole is separated from the others to form a pin matrix control mechanism main body part 210A, and three mechanism parts, namely, an online pin position setting part 211, an offline pin position setting part 212 and a pin position measuring part 213, , Pin matrix
An actuator 54, a scale 56 for position determination, and a stopper 55 are provided for each pin 27 of 220, and are integrated into one for each pin 27 as a pin matrix drive / detection unit 210B.
At this time, the operation of the pin matrix control mechanism is as follows.
ピン識別番号（i,j）とピン高さ位置Hijの組からなる
データ群が指令24によって図形表示装置100によりオン
ライン的に，または手動指令31によってオフライン的に
ピンマトリックス制御機構本体部210Aに与えられると，
ピンマトリックス制御機構本体部210Aはピン位置を走査
して，ピン27のストッパ55を指令53にてアンロックし，
アクチュエータ54に対する指令52にて，ピン27の高さH
ijを設定し，ついでストッパ55をッロックする。この際
アクチュエータ54は、値Hijに対する目盛56を判読して
ピン27の高さを設定するものとする。また，ピン位置測
定指令35が与えられると，上記と同様な手順により，ア
クチュエータ54は，ピン27の高さ位置Hijを測定し，そ
の値を指令52を介して35として出力する。この際，スト
ッパ55に対する指令53は不要であるが，ピン位置設定の
場合を含めて，指令53を不要とする，ストッパ55に対す
る次の代案がある。すなわち，ストッパ55をピン27の自
重を常に拘束するが，この自重をある値だけ越える荷重
に対して可動状態となる機構とすればよい。この代案を
用いた場合，ピン27は，ピン27の上端または下端を指先
または物体57で押すことによってピン27の手動による位
置設定が行なわれる。もう１つの代案として，第4b図に
示すような，指先または物体57に装着されて送信器58
と，これとは別に送信器58から発せられる信号59を受信
するセンサ5Aを，ピン27の上端に設ける。ここで，送信
器58は,ON,OFFの状態制御と,ON状態で,UpまたDownの信
号59を選択的に送信できる構造とする。この場合，送信
器58を装着した指先または物体をピン27に近づけ，送信
器58をON状態としてUp（またはDown）の信号59を発する
と，センサ5Aは信号59を受信し，自分のピン番号（i,
j）と信号Up（またはDown）を5Bとして出力し，第5a図
の31を介してピンマトリックス制御装置本体部210Aに送
る。アクチュエータ54は，ピンマトリックス制御装置本
体部210Aの制御を受けて，送信器58がON状態を維持する
間，あるいは信号の大きさに応じた時間だけ，一定速度
で，ピン27の高さを上向きに（または下向きに）移動さ
せる。この代案により，非接触的に手動のピン位置設定
が行なわれる。なお，この代案において，送信器58を不
要とし，送信器58の機能を指令31で別途与え，センサ5A
は指先または物体の近接または接触を感知して，自分の
ピン番号（i,j）を5Bに出力する構造にすることもでき
る。A data group consisting of a set of the pin identification number (i, j) and the pin height position H ij is sent to the pin matrix control mechanism main body 210A online by the graphic display device 100 according to the command 24 or offline by the manual command 31. Given,
The pin matrix control mechanism main body 210A scans the pin position, unlocks the stopper 55 of the pin 27 with the command 53,
By command 52 to the actuator 54, the height H of the pin 27
ij is set, and then the stopper 55 is locked. At this time, the actuator 54 sets the height of the pin 27 by reading the scale 56 corresponding to the value Hij . Further, when the pin position measurement command 35 is given, the actuator 54 measures the height position H ij of the pin 27 and outputs the value as 35 via the command 52 according to the same procedure as described above. At this time, although the command 53 for the stopper 55 is unnecessary, there is the following alternative to the stopper 55 that makes the command 53 unnecessary including the case of setting the pin position. That is, the stopper 55 always restricts the own weight of the pin 27, but may be a mechanism that is movable with respect to a load exceeding this own weight by a certain value. When this alternative is used, the position of the pin 27 is manually set by pressing the upper or lower end of the pin 27 with a fingertip or an object 57. As another alternative, the transmitter 58 is mounted on a fingertip or object 57, as shown in FIG. 4b.
In addition, a sensor 5A for receiving a signal 59 emitted from the transmitter 58 is provided at the upper end of the pin 27. Here, the transmitter 58 has a structure in which ON and OFF state control is performed and an Up or Down signal 59 can be selectively transmitted in the ON state. In this case, when the fingertip or the object wearing the transmitter 58 is brought close to the pin 27, and the transmitter 58 is turned on to emit an Up (or Down) signal 59, the sensor 5A receives the signal 59 and receives its own pin number. (I,
j) and the signal Up (or Down) are output as 5B and sent to the pin matrix controller main unit 210A via 31 in FIG. 5a. Under the control of the pin matrix controller main unit 210A, the actuator 54 raises the height of the pin 27 upward at a constant speed while the transmitter 58 is maintained in the ON state or for a time corresponding to the signal magnitude. (Or downward). According to this alternative, manual pin position setting is performed in a non-contact manner. In this alternative, the transmitter 58 is not required, and the function of the transmitter 58 is separately given by the command 31 so that the sensor 5A
Can be configured to detect the proximity or contact of a fingertip or an object and output its own pin number (i, j) to 5B.
以上により，実施例２におけるピンマトリックス制御
機構210を，ピンマトリックス220の各ピン27毎にアクチ
ュエータ54と，ストッパ55を設けることによって，オン
ラインおよびオフラインのピン位置設定部211,212と，
ピン位置測定部213をピン27毎に１つにまとめることが
できる。さらには，手動のピン位置設定をピンの上端ま
たは下端を接触的ないし，非接触的に指示することで設
定でき，ピン位置測定部213と組合わせて,3次元物体の
表面位置データを収集するだけでなく，操作者26があた
かもクレイモデルを作るがごとく，立体形状の形状操作
を行うことができる。As described above, by providing the pin matrix control mechanism 210 in the second embodiment with the actuator 54 and the stopper 55 for each pin 27 of the pin matrix 220, the online and offline pin position setting units 211, 212
The pin position measuring section 213 can be integrated into one for each pin 27. Furthermore, manual pin position setting can be set by specifying the top or bottom of the pin in a contact or non-contact manner, and in combination with the pin position measuring unit 213, collects surface position data of a three-dimensional object. In addition, the operator 26 can perform a three-dimensional shape operation as if a clay model were created.
実施例５ 第５図に他のピンマトリックス制御機構を示す。Embodiment 5 FIG. 5 shows another pin matrix control mechanism.
実施例５は実施例４の代案である。アクチュエータ54
をピン27より分離し，ピンマトリックス220の１ライン
分に相当するアクチュエータ54よりなるアクチュエータ
列216を設ける。動作としては，実施例４と原則的に同
じであるが，ピンマトリックス制御装置本体部210Aはピ
ンマトリックス220の１ライン単位の情報を扱う。すな
わち，ピンマトリックス制御装置本体部210Aはピンマト
リックス220の各ラインに対応するライン番号と，その
ラインに属するピン群27に係わる位置情報などを，指令
52を介してアクチュエータ列216に送る。アクチュエー
タ列216は，ピンマトリックス制御装置本体部210Aの制
御のもとで，ピン群27よりなる指定されたラインに，下
端より接近し一時的に該ラインに装着され，ピン群27の
ストッパ55のロック／アンロック位置設定または位置測
定を行い，必要ならば指令52を介して出力35を行なう。
そのあと，装着をはずし下端に退避する。Embodiment 5 is an alternative to Embodiment 4. Actuator 54
Are separated from the pins 27, and an actuator row 216 composed of the actuators 54 corresponding to one line of the pin matrix 220 is provided. The operation is basically the same as that of the fourth embodiment, but the pin matrix control device main body 210A handles information of the pin matrix 220 in units of one line. In other words, the pin matrix control device main unit 210A sends the line number corresponding to each line of the pin matrix 220 and the position information related to the pin group 27 belonging to the line to the command.
It sends to the actuator row 216 via 52. Under the control of the pin matrix control device main body 210A, the actuator row 216 is attached to the specified line composed of the pin group 27 from the lower end and temporarily attached to the line. Lock / unlock position setting or position measurement is performed, and an output 35 is performed via a command 52 if necessary.
After that, remove it and retract to the lower end.
以上の構成により，ピンマトリックス制御機構におけ
るアクチュエータ54の数を削減するとともに，構造およ
び制御の手順を単純にすることができる。With the above configuration, the number of actuators 54 in the pin matrix control mechanism can be reduced, and the structure and control procedure can be simplified.
実施例６ 第6a図，第6b図にピンマトリックス上端へ弾性を有す
る材料を付加した例を示す。Embodiment 6 FIGS. 6a and 6b show an example in which an elastic material is added to the upper end of the pin matrix.
ピンマトリックス220の各ピン27の上端部を通る,1枚
の弾性膜71を付加した，弾性膜付ピンマトリックス220A
または，同じく各ピンの上端部を通るたて方向の弾性弦
72とよこ方向の弾性弦73で作られる，弾性格子付ピンマ
トリックス220Bを構成する。この際，各ピン27と弾性膜
71または弾性弦72,73との拘束は，ピン27の高さ方向固
定であり，基板28の面内方向では自由または固定とす
る。Pin matrix with elastic membrane 220A with one elastic membrane 71 added passing through the upper end of each pin 27 of pin matrix 220
Alternatively, the elastic string in the vertical direction passing through the upper end of each pin
A pin matrix 220B with an elastic lattice is formed by elastic strings 73 in the horizontal direction. At this time, each pin 27 and elastic membrane
The constraint with the elastic strings 71 or the elastic strings 72 and 73 is fixed in the height direction of the pin 27, and is free or fixed in the in-plane direction of the substrate.
この弾性膜付ピンマトリックス220Aまたは弾性格子付
ピンマトリックス220Bを用いると，ピン27の端部が作る
形状が滑らかなものとなり，曲面の認識と創成が容易に
なる。When the pin matrix with elastic membrane 220A or the pin matrix with elastic grid 220B is used, the shape formed by the ends of the pins 27 becomes smooth, and the recognition and creation of a curved surface becomes easy.
実施例７ ピンマトリックスの各ピンを伸縮させることによっ
て，ピン（高さ）位置を可変とする実施例である。第7a
図に示す方法は，各ピン27に対応して一定高さの透明な
中空管81を基板上に配置する。各ピン27を該中空管81に
充填させる着色された液柱で代表させることで，液柱式
ピンマトリックス220Cを構成する。このとき，ピン位置
は液柱の高さを下部82より液量制御ないし圧力制御する
ことで設定できる。第7b図に示す方法は，釣竿の原理を
用いて，各ピン27を互いに摺動可能な同心円管によって
代表させた，釣竿式ピンマトリックス220Dを構成する。
各円管が等長な３層の円管でピン27を構成したものであ
り,2進法の意味で，ピンの内側よりそれぞれ22，21，20
の位置設定を分担するものとすると，図に示すように，
ピン位置を20＝１より23−１＝７までの範囲で制御する
ことができる。Embodiment 7 This is an embodiment in which the pin (height) position is made variable by expanding and contracting each pin of the pin matrix. 7a
In the method shown in the figure, a transparent hollow tube 81 having a fixed height corresponding to each pin 27 is arranged on a substrate. Each pin 27 is represented by a colored liquid column filled in the hollow tube 81 to form a liquid column type pin matrix 220C. At this time, the pin position can be set by controlling the liquid column height from the lower part 82 by controlling the liquid amount or pressure. The method shown in FIG. 7b uses the principle of a fishing rod to construct a fishing rod-type pin matrix 220D in which each pin 27 is represented by a concentric pipe slidable relative to each other.
Are those in which each circular tube constituted the pin 27 in a circular pipe of equal length which three layers, in the sense of a binary, respectively 2 2 than the inner pins, 2 1, 2 0
Assuming that the position setting is shared, as shown in the figure,
The pin position can be controlled in the range of up to 2 0 = 1 from 2 3 -1 = 7.
以上の構成をとることにより，実施例４ないし５とは
別のメカニズムに基づくピンマトリックス制御機構が可
能となる。また，液柱式ピンマトリックス220Cを用いた
場合には，各ピンに相当する液柱の色を制御することが
でき，したがって，カラー表示の立体形状入出力装置が
実現される。With the above configuration, a pin matrix control mechanism based on a mechanism different from those of the fourth and fifth embodiments becomes possible. Further, when the liquid column type pin matrix 220C is used, the color of the liquid column corresponding to each pin can be controlled, and therefore, a three-dimensional shape input / output device for color display is realized.
実施例８ 第８図に図形処理装置および図形処理システムを示
す。Embodiment 8 FIG. 8 shows a graphic processing apparatus and a graphic processing system.
図形処理装置100と，これと連動する立体形状入出力
装置200を，計算機300に直結し図形処理装置を構成す
る。さらに計算機300に，全体の図形処理操作を対話的
に支援する図形処理手段310を設けて図形処理システム
とする。ここで11は装置100と300,12は装置100と200,そ
して13は装置200と300との間を結ぶ接続を示す。この例
においては装置200は実施例２によって実現されている
ものとする。また，図形処理手段310は，立体形状の計
算機内モデルの創成すなわちモデルの生成，加工，編集
と該計算機内モデルの回転，移動，拡大，縮少，切断な
どの操作を行うように構成される。以下，本図形処理シ
ステムの動作を示す。操作者26は，指令14により図形処
理手段310で計算機内モデルを生成する。或いは，立体
形状入出力装置200に対して，手動ピン位置設定指令31
とピン位置測定指令33により，該計算機内モデルを生成
することもできる。この際直接指令31Aにより指先でピ
ンマトリックスのピン位置を設定するか，指先の代りに
既成の物体を用いて，その物体形状を入力するか，また
は指令31Bにより図形処理手段310と接続13を介してピン
マトリックス220のピン位置をオフライン・ピン位置設
定部212で設定するかの選択が可能であり，結果として
得られたピンマトリックス220のピン位置を，指令33に
より測定し，結果を接続13を介して図形処理手段310に
送り，図形処理手段310が計算機内モデルとして，測定
データを編集する。The graphic processing device 100 and the three-dimensional shape input / output device 200 interlocked with the graphic processing device 100 are directly connected to the computer 300 to constitute a graphic processing device. Further, the computer 300 is provided with a graphic processing means 310 for interactively supporting the entire graphic processing operation, thereby forming a graphic processing system. Here, 11 indicates a connection between the devices 100 and 300, 12 indicates a connection between the devices 100 and 200, and 13 indicates a connection between the devices 200 and 300. In this example, it is assumed that the device 200 is realized by the second embodiment. The graphic processing means 310 is configured to perform operations such as creation of a three-dimensional computer model, ie, generation, processing, and editing of the model, and rotation, movement, enlargement, reduction, and cutting of the computer model. . Hereinafter, the operation of the graphic processing system will be described. The operator 26 generates an in-computer model by the graphic processing means 310 according to the command 14. Alternatively, a manual pin position setting command 31 is sent to the three-dimensional shape input / output device 200.
And the pin position measurement command 33, the computer model can be generated. At this time, the pin position of the pin matrix is set directly with the fingertip according to the command 31A, or the shape of the object is input by using an existing object instead of the fingertip, or the command processing is performed via the connection 13 with the graphic processing means 310 by the command 31B. It is possible to select whether to set the pin position of the pin matrix 220 by the offline pin position setting unit 212, measure the pin position of the resulting pin matrix 220 by the command 33, and connect the result to the connection 13. The graphic data is sent to the graphic processing unit 310 via the computer, and the graphic processing unit 310 edits the measured data as a computer model.
いずれの場合にも，図形処理手段310は，結果として
得られた計算機内モデルを接続11を通して図形表示装置
100に表示するとともに，図形処理装置100のＺバッファ
の情報を，接続12を介して立体形状入出力装置200に転
送し，立体形状入出力装置200はオンラインピン位置設
定部211によりピンマトリックス220のピン位置設定を行
う。操作者26は図形処理装置200を目視により確認し，
指令14にて計算機モデルの加工，編集か，該モデルに対
して回転，移動，拡大，縮少，切断などの操作指示を行
う。あるいは，指令31,33に基づいて，立体形状入出力
装置200のピンマトリックス220のピン位置を修正するこ
とによって，計算機内モデルの加工を行うこともでき
る。いずれの場合にも，これらの結果は図形処理装置10
0および立体形状入出力装置200に転送されて再出力され
る。以下同様な手順を繰り返すことにより所望の立体形
状の確認と創成が行なわれる。In either case, the graphic processing means 310 transmits the resulting in-computer model through the connection 11 to the graphic display device.
At the same time, the information of the Z buffer of the graphic processing device 100 is transferred to the three-dimensional shape input / output device 200 via the connection 12, and the three-dimensional shape input / output device 200 Set the pin position. The operator 26 visually checks the graphic processing device 200,
The instruction 14 is used to process or edit the computer model or to give operation instructions to the model, such as rotation, movement, enlargement, reduction, and cutting. Alternatively, the model in the computer can be processed by correcting the pin positions of the pin matrix 220 of the three-dimensional shape input / output device 200 based on the commands 31 and 33. In either case, these results are
0 and transferred to the three-dimensional shape input / output device 200 and output again. Thereafter, the same procedure is repeated to confirm and create a desired three-dimensional shape.
以上のことから，本実施例によれば，クレイモデルの
作成やロクロにより陶器の作成などの手順または，実体
モデルによる形状の確認の手順が，計算機モデルを作る
のと同一の場で模擬され，且つこの模擬は計算機援助の
特長を生かした，よりフレキシブルで効果的なものとな
る。云い換えれば，本実施例は，アーティストの感性に
密着した形で，複雑な立体形状を認識したり創成するこ
とを支援する。ここで，図形処理手段の有する回転，移
動，拡大，縮少，切断などの操作機能を併用することに
より，原理的には任意に複雑な立体形状が取扱える。From the above, according to the present embodiment, a procedure such as creation of a clay model or pottery by a potter's wheel, or a procedure of confirming a shape by a real model is simulated in the same place as that of a computer model. And this simulation is more flexible and effective, taking advantage of the features of computer aid. In other words, the present embodiment assists in recognizing and creating a complex three-dimensional shape in a form closely related to the artist's sensitivity. Here, a complicated three-dimensional shape can be handled arbitrarily in principle by using the operation functions such as rotation, movement, enlargement, reduction, and cutting of the graphic processing means.
実施例９ 第９図に図形表示装置と一体化した立体形状入出力装
置の例を示す。Ninth Embodiment FIG. 9 shows an example of a three-dimensional shape input / output device integrated with a graphic display device.
実施例１においては，図形表示装置130とピンマトリ
ックス220とを別に設けたが，この実施例では，図形表
示装置130に表示された図形をレンズ91を介してピンマ
トリックス220の基板28に結像するようにし，ピンマト
リックス220のピン27をガラス，アクリル樹脂等の透明
材料で構成することによって，上方からピンマトリック
ス220を見て図形を認識することができる。このように
図形表示装置130とピンマトリックス220とを一体化する
ことで，ピンマトリックス220のみを見て，立体形状を
入出力することが可能となり，作業性を著しく改善する
ことができる。この場合の図形表示装置130とレンズ91
は，投射型ディスプレイを用いることもできる。又，第
10図に示す如くピン27を光ファイバーで製作し底部に
赤，緑，青の微小な発光体221たとえばLEDまたは液晶素
子を各１個取付け，発光強度をコントロールすることで
実現することもできる。この場合には，光ファイバーの
性質から，ピンの先端が発光し，ピンマトリックス全体
で，カラフルな立体を表現できるという効果がある。In the first embodiment, the graphic display device 130 and the pin matrix 220 are provided separately. In this embodiment, the graphic displayed on the graphic display device 130 is imaged on the substrate 28 of the pin matrix 220 via the lens 91. By configuring the pins 27 of the pin matrix 220 with a transparent material such as glass or acrylic resin, the figure can be recognized by looking at the pin matrix 220 from above. By integrating the graphic display device 130 and the pin matrix 220 in this way, it becomes possible to input and output a three-dimensional shape while viewing only the pin matrix 220, thereby significantly improving workability. In this case, the graphic display device 130 and the lens 91
Can use a projection type display. Also,
As shown in FIG. 10, the pin 27 may be made of an optical fiber, and a small luminous body 221 of red, green, and blue, for example, one LED or liquid crystal element may be attached to the bottom to control the luminous intensity. In this case, due to the properties of the optical fiber, the tip of the pin emits light, and there is an effect that a colorful solid can be expressed by the entire pin matrix.
本発明によれば，計算機で創成した三次元モデルを具
体的な三次元形状に表示し，かつ三次元形状を計算機に
入力する形状入出力装置と計算機を有する図形処理装置
を用いることにより，計算機への三次元情報の入出力が
容易にできるので、デザイナーの感性に密着した計算機
援助による三次元体の意匠設計を行う操作性の優れた装
置を提供出来る。According to the present invention, by using a shape input / output device for displaying a three-dimensional model created by a computer in a specific three-dimensional shape and inputting the three-dimensional shape to the computer and a graphic processing device having the computer, the computer Since it is possible to easily input and output three-dimensional information to and from a computer, it is possible to provide an apparatus with excellent operability for designing a three-dimensional body design with the aid of a computer in close contact with the sensibility of the designer.
第１図は本発明の実施例に係る立体形状入出力装置と図
形表示装置のブロック図、第２図は第１図に示した立体
形状入出力装置の他の実施例のブロック図、第３図は本
発明の実施例に係る図形表示装置のＺバッファと立体形
状入出力装置のピンマトリックスとの対応図、第4a図，
第4b図は本発明の実施例に係るピンマトリックスの制御
装置の説明図、第５図は本発明の実施例に係るピンマト
リックスの制御装置の他の実施例の説明図、第6a図，第
6b図は本発明の実施例に係るピンマトリックスに弾性材
を付加する場合の斜視図、第7a図，第7b図は本発明の実
施例に係るピンが伸縮する場合の断面図、第８図は本発
明の実施例に係る図形処理装置のブロック図、第９図は
本発明の立体形状入出力装置の他の実施例の説明図、第
10図は本発明の立体形状入出力装置の他の実施例の説明
図である。 100……図形表示装置、110……表示制御機構、120……
Ｚバッファ、130……ディスプレイ、200……立体形状入
出力装置、210……ピンマトリックス制御機構、211……
オンラインピン位置設定機構、212……オフラインピン
位置設定機構、213……ピン位置測定機構、214……ピン
マトリックス走査機構、215……アクチュエータ制御機
構、300……計算機、310……図形処理手段。FIG. 1 is a block diagram of a three-dimensional shape input / output device and a graphic display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of the three-dimensional shape input / output device shown in FIG. FIG. 4A is a diagram showing the correspondence between the Z buffer of the graphic display device according to the embodiment of the present invention and the pin matrix of the three-dimensional shape input / output device,
FIG. 4b is an explanatory diagram of a pin matrix control device according to the embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of another embodiment of the pin matrix control device according to the embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 6b is a perspective view when an elastic material is added to the pin matrix according to the embodiment of the present invention. FIGS. 7a and 7b are cross-sectional views when the pin according to the embodiment of the present invention expands and contracts. FIG. 9 is a block diagram of a graphic processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of another embodiment of the three-dimensional shape input / output apparatus of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory view of another embodiment of the three-dimensional shape input / output device of the present invention. 100: Graphic display device, 110: Display control mechanism, 120:
Z buffer, 130, display, 200, three-dimensional shape input / output device, 210, pin matrix control mechanism, 211 ...
Online pin position setting mechanism 212 212 Offline pin position setting mechanism 213 Pin position measuring mechanism 214 Pin matrix scanning mechanism 215 Actuator control mechanism 300 Computer 310 Graphic processing means.
フロントページの続き (72)発明者 野中 士郎 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中島 憲宏 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 武内 良三 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 実開 昭60−178866（ＪＰ，Ｕ)Continued on the front page (72) Inventor Shiro Nonaka 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. ) Inventor Ryozo Takeuchi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References Japanese Utility Model Application Sho 60-178866 (JP, U)
Claims (14)
三次元情報を出力する図形表示装置と、平面にマトリッ
クス状に配置された複数のピンの前記平面から該ピンの
先端までの距離を任意の値に可変し三次元形状を表示す
るピンマトリックスと前記画素の三次元情報を入力し前
記ピンマトリックスの平面の各位置における前記ピンの
先端までの距離を制御する制御信号を出力するピンマト
リックス制御装置とからなる立体形状入出力装置と、を
有することを特徴とする形状入出力装置。1. A graphic display device for displaying a screen composed of a plurality of pixels and outputting three-dimensional information of the pixels, and a distance from the plane of a plurality of pins arranged in a matrix on the plane to a tip of the pins. A pin that inputs a three-dimensional information of a pixel and a pin matrix that displays a three-dimensional shape by changing the value to an arbitrary value and outputs a control signal that controls the distance to the tip of the pin at each position on the plane of the pin matrix And a three-dimensional shape input / output device comprising a matrix control device.
定する情報を前記制御信号とは別途に入力するピン高さ
入力手段と、前記各ピンの平面から先端までの距離を測
定するピン高さ測定手段とを前記ピンマトリックス制御
装置に設けた請求項１に記載の形状入出力装置。2. A pin height input means for separately inputting information for setting a distance from a plane to a tip of each of the pins, separately from the control signal, and a pin for measuring a distance from a plane to a tip of each of the pins. 2. The shape input / output device according to claim 1, wherein a height measuring means is provided in the pin matrix control device.
リックスとを、１画素対１ピン又は隣接する複数の画素
対１ピンで組み合わせる手段を前記図形表示装置に設け
た請求項１又は請求項２に記載の形状入出力装置。3. The graphic display device according to claim 1, further comprising means for combining the screen of the graphic display device and the pin matrix with one pixel to one pin or a plurality of adjacent pixels to one pin. 3. The shape input / output device according to 2.
面から先端までの距離を変える駆動手段と、平面から先
端までの距離を検出する検出手段と、動作を停止する停
止手段とを前記ピンマトリックスに設けた請求項２に記
載の形状入出力装置。4. A pin matrix comprising: a driving means for changing a distance from a plane to a tip for each pin of the pin matrix; a detecting means for detecting a distance from the plane to the tip; and a stopping means for stopping operation. The shape input / output device according to claim 2, wherein
端までの距離を変える制御信号をピンの端面に直接入力
する入力手段を設けた請求項２に記載の形状入出力装
置。5. The shape input / output device according to claim 2, further comprising input means for directly inputting a control signal for changing a distance from a plane of the pin to a tip of the pin matrix to an end face of the pin.
項４に記載の形状入出力装置。6. The shape input / output device according to claim 4, wherein said pin matrix is for one row.
ピンについて、隣接するピンの上端間を接続する弾性膜
若しくは弾性網を有する請求項１から請求項６に記載の
形状入出力装置。7. The shape input / output device according to claim 1, further comprising an elastic film or an elastic net connecting between upper ends of adjacent pins for a part or all of the pins of the pin matrix.
が伸縮自在である請求項１から請求項７に記載の形状入
出力装置。8. The shape input / output device according to claim 1, wherein the length of each pin of the pin matrix is freely expandable.
である請求項１から請求項７に記載の形状入出力装置。9. The shape input / output device according to claim 1, wherein a color of each pin of said pin matrix is variable.
三次元情報として入出力する立体形状入出力装置と、該
立体形状入出力装置からの三次元情報を入力して画面に
表示若しくは情報処理された三次元情報を出力する図形
表示装置と、前記立体形状入出力装置又は前記図形表示
装置から前記三次元情報を入力して情報処理を行い前記
立体形状入出力装置又は前記図形表示装置に出力する計
算機とを有する図形処理装置。10. A three-dimensional shape input / output device for inputting / outputting a three-dimensional shape as three-dimensional information using a pin matrix, and three-dimensional information from the three-dimensional shape input / output device is input to be displayed or processed on a screen. A three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device or the three-dimensional shape input / output device. A graphic processing device having a computer.
る図形処理手段を前記計算機に設けた請求項10に記載の
図形処理装置。11. The graphic processing apparatus according to claim 10, wherein graphic processing means for supporting a three-dimensional information processing operation by interaction is provided in said computer.
像を前記ピンマトリックス面に投影する光学系を設けた
請求項１又は請求項２に記載の形状入出力装置。12. The shape input / output device according to claim 1, further comprising an optical system for projecting a two-dimensional image displayed on the graphic display device onto the pin matrix surface.
表示する図形表示装置である請求項１又は請求項２に記
載の形状入出力装置。13. The shape input / output device according to claim 1, wherein said pin matrix surface is a graphic display device for displaying a two-dimensional image.
のある材料で形成し、該各ピンの一端に前記図形表示装
置の二次元画像に対応して発光する素子を配置した請求
項１から請求項９に記載の形状入出力装置。14. The pin matrix according to claim 1, wherein each pin of the pin matrix is formed of a material having permeability, and an element which emits light corresponding to a two-dimensional image of the graphic display device is arranged at one end of each pin. The shape input / output device according to claim 9.
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1988
- 1988-12-28 JP JP63334768A patent/JP2736908B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02178720A (en) | 1990-07-11 |
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