JP2828271B2 - Ｃａｄシステムにおける形状生成方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、CAD（コンピュータ援用による設計）シス
テムにおける形状生成方式に関するものである。

［従来の技術］ 従来、CADシステムを用いて設計物の形状を生成する
場合、線分、円弧、円、楕円弧、楕円、スプライン等の
形状要素を逐次指定しながら生成するのが一般的であ
る。

第２図は、３次元CADシステムにおける従来の形状生
成方式の説明図である。今、第２図（Ａ）に示す厚みが
一定の直方体形状のブロック物１の形状を生成するもの
とする。

従来方式では、まず、入力したい最終形状１の厚み方
向と直交する表面２を構成している各形状要素2b1〜2b4
を、第２図（B1）〜第２図（B4）に示すように個々に順
次入力していく。このようにして表面２の形状の生成を
終了すると、オペレータは、表面２と裏面３とを結ぶ投
影方向及びその長さ情報を入力する。これにより、CAD
システムは、内部で演算して第２図（Ｃ）に破線を付し
た裏面の各形状要素2c1及び稜線を表す各形状要素2c2を
生成して、最終的に第２図（B5）に示す３次元形状を生
成する。

第３図は、表面における形状要素と生成される稜線と
の関係を示すものであり、この関係から稜線が形成され
る。点要素を除いて各形状要素に対しては、稜線を自動
的に生成するようになされている。

なお、第２図（Ｃ）に示す一括処理によって稜線や裏
面の形状要素を生成する方法の他に、従来、第２図（D
1）、（D2）、…のようにこれら各形状要素を逐一入力
していく方法もある。

また、稜線を自動的に生成する方法と、各形状要素を
逐一入力する方法とを選択可能にしたCADシステムも既
に提案されている。

このようにして生成された形状が図形記憶装置に記憶
される。

ところで、実際上、生成された形状を修正する場合が
ある。また、既に生成された形状に類似した形状を生成
しようとする場合もある。類似した形状を生成する場
合、既に生成された形状を読出してその一部を修正して
新たな形状を生成することが簡単である。

形状を修正する場合、従来では、各形状要素を指定し
て形状要素毎に修正し、又は、オペレータが予め複数の
形状要素をグループとして指定し、このグループ化の情
報を用いて修正していた。

なお、グループ化は、従来のCADシステムにおいて
は、形状生成の入力機能として用意されているものでは
なく、他の機能のために設けられているものが多く、こ
の情報を用いてグループ内の形状要素の位置の修正（移
動や回転）や形状要素の削除を指示することができるよ
うになされていた。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図及び第５図はそれぞれ、従来の形状修正例を示
すものである。

第４図は直方体形状の稜線の長さを修正する場合であ
る。この場合、第４図（Ａ）に示す形状要素e1〜e8毎に
その位置情報や長さ情報を指示して、第４図（Ｂ）に示
す形状に修正する。第５図は、貫通孔e9〜e14の径を修
正する場合である。グループ化情報を利用した修正は、
位置の修正に限定されているので、この場合も貫通孔に
かかる各形状要素e9〜e14毎に修正する。

このように、従来の形状生成方式に従って生成された
形状の修正には、非常に多くの操作を必要とし、しか
も、その指示手順も複雑になっていた。実際、生成され
る形状は、第４図及び第５図に示すような単純な形状で
はなく、多くの部品を積み上げた形状となっているの
で、かかる操作性の問題は大きな問題である。

また、従来、形状の入力操作にも多くの時間や工数が
割かれており、操作性の問題が生じていた。そこで、既
に生成された形状を修正して新たな形状を生成すること
で、形状の生成操作を簡単にすることも考えられるが、
上述のように、修正動作にも操作性の問題があり、十分
な効果を奏するものとはなっていない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、
修正操作を簡単にすると共にその操作時間が短くするこ
とができるように初期の形状を生成する形状生成方式を
提供しようとするものであり、また、初期の形状から修
正された新たな形状を簡単な操作で短時間で生成するこ
とができる形状生成方式を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するため、第１の本発明において
は、入力操作に応じて設計物体の形状データを生成する
CADシステムにおける形状生成方式において、生成する
形状データを、形状を表す形状データ本体と、形状補助
データとの組み合わせとし、さらに、形状補助データ
を、形状要素の特徴を表すパラメータとこのパラメータ
変更により形状データ本体を修正する際に必要となる修
正時補助データとでなる構造とし、生成された形状デー
タ本体に基づいて形状補助データを生成する形状補助デ
ータ生成部を設けた。

また、第２の本発明においては、第１の本発明にかか
るCADシステムに形状修正部を設け、当該形状修正部
が、入力操作により変更が指示されたパラメータの内容
及び指示されたパラメータが付与されている形状要素の
修正時補助データに基づいて、形状データ本体を修正し
て再生成するようにした。

［作用］ 第１の本発明においては、従来と同様な形状データ本
体だけを生成するのではなく、生成時に、形状補助デー
タを形状補助データ生成部が生成するようにした。この
形状補助データは、形状要素毎に生成されるものであ
り、形状要素の種類や大きさや形状要素線分の方向等の
形状要素の特徴を表すパラメータと、パラメータが変更
されたときに形状データ本体を変更するために必要とな
る、形状要素同士の関係や形状要素の特定点座標等の修
正時補助データとからなり、形状補助データ生成部は、
形状データ本体から形状補助データを生成する。

第２の本発明は、既に生成された形状を修正して新た
な形状を生成するものに関する。この発明では、形状デ
ータ本体に関する修正内容をパラメータの変更内容を入
力操作して行なうものである。形状修正部は、パラメー
タが変更されると、形状補助データの情報を参照しなが
ら、変更されたパラメータに基づいて形状データ本体を
修正する。このようにして、パラメータの変更によって
形状データ本体を修正する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述す
る。

第１図は、本発明の一実施例の形状生成方式を適用し
たCADシステムを形状生成面から示すブロック図であ
る。

第１図において、このCADシステムは、入力装置１
と、図形処理装置２と、図形表示装置３と、図形記憶装
置４とからなる。

入力装置１は、例えば、デジタイザ、マウス、キーボ
ードを備えたものであり、オペレータが操作して指示し
た情報、すなわち、処理モードや形状要素名（線分・円
弧・円等）や図形座標（数値・位置）等の情報を取り込
んで図形処理装置２に与えるものである。

図形処理装置２は、入力装置１から与えられた情報に
基づいて形状を生成するものであり、また、図形表示装
置３に形状図形やその他の情報を表示させるように制御
するものであり、さらに、後述する形状データ本体や形
状補助データを図形記憶装置４に記憶させたり、図形記
憶装置４から取り出したりするものである。

図形表示装置３は、例えばCRTディスプレイからな
り、上述のように、図形処理装置２の制御下で図形処理
装置２から与えられる形状図形等を表示するものであ
る。

図形記憶装置４は、この実施例の場合、生成された形
状データ（以下、後述する形状補助データと区別するた
め形状データ本体と呼ぶ）を格納する形状データ本体格
納部41と、形状データ本体と関係する、形状データ本体
の修正時に利用する形状補助データを格納する形状補助
データ格納部42とからなる。

図形処理装置２は、詳細には、以下の各部より構成さ
れている。当該図形処理装置２と接続する入力装置１、
図形表示装置３及び図形記憶装置４それぞれを制御する
入力取込部21と、表示制御部22と、記憶制御部23とを備
えている。このような外部装置の制御構成に加えて形状
の生成のために、２次元形状生成部24と、形状補助デー
タ生成部25と、３次元形状生成部26と、形状修正部27と
を備えている。

２次元形状生成部24は、入力装置１からの形状要素情
報（形状要素種類や座標データ）から２次元形状を生成
するものである。

形状補助データ生成部25は、この実施例の場合、２次
元形状の生成時や３次元形状の生成時に形状補助データ
を生成するものである。形状補助データは、例えば、各
形状要素の要素種類を含んだ形状要素に対する識別情報
F1、形状要素の特定点（例えば、直線であれば両端点、
円弧であれば両端点及び中心点）の座標情報F2、形状要
素の大きさ情報（例えば、直線であれば長さ、円弧であ
れば径情報や中心角）F3、形状要素に関連する他の形状
要素情報（例えば、投影方向形状要素及び稜線形状要
素）F4、形状要素の特徴を表すパラメータF5からなる
（後述の第７図参照）。なお、パラメータを除いた形状
補助データは、パラメータの変更に基づいて形状データ
本体を修正する際に必要となる情報であって、必要に応
じてこれら情報を纏めて修正時補助データと呼ぶ。

３次元形状生成部26は、既に生成された２次元形状及
び入力装置１からの投影情報から３次元形状を生成する
ものである。

形状修正部27は、既に生成された形状（形状データ本
体）を、形状補助データを参照しながら修正するもので
ある。

第６図は形状生成時の処理手順を示すフローチャー
ト、第７図は図形記憶装置４の形状補助データ格納部42
に格納される形状補助データについての説明図である。

次に、第６図を用いて形状生成時の処理手順を説明す
る。なお、この説明において適宜第７図を参照する。

オペレータは、生成しようとする設計物体の３次元形
状の表面（２次元形状）の形状要素情報を入力装置１に
対して順次入力する。２次元形状生成部24は、入力取込
部21を介して形状要素情報が与えられる毎に図形データ
である形状データ本体に変換して図形表示装置２及び図
形記憶装置４に与えて入力された段階までの生成形状を
表示させると共に、図形記憶装置４の形状データ本体格
納部41に格納させる（ステップ100、101）。この後、形
状補助データ生成部25は、入力された形状要素に対して
識別情報（形状要素種類情報を含めた情報）を付与し、
その識別情報と共にその形状要素の特定点情報及び大き
さ情報を、記憶制御部23の制御下で図形記憶装置４の形
状補助データ格納部42に記憶させる（ステップ102）。

このようなステップ100〜102でなる処理を投影情報が
与えられていないことを確認しつつ（ステップ103）、
１個の形状要素情報が与えられる毎に行なう。

例えば、第７図（Ａ）に示す立方体物体の形状を生成
する場合においては、かかる処理までで表面の４個の形
状要素L1〜L4（なお、かかる符号は要素の識別情報をも
示すものとする）が入力されて、要素L1〜L4でなる長方
形形状が図形表示装置３に表示されると共に、その形状
データ本体が図形記憶装置４に記憶される。また、形状
補助データ格納部42については、第７図（Ｂ）に示す識
別情報L1〜L4にかかる欄の特定点座標情報エリア及び要
素の大きさ情報エリアにそれぞれの情報が格納される。

オペレータは、表面形状（２次元形状）の全ての形状
要素の入力が終了すると、２次元形状から３次元形状を
生成させるのに必要な投影情報を入力する。ここで、投
影情報の入力は、２次元形状の形状要素の入力終了を意
味する。

この実施例の場合、図形処理装置２は、投影情報が与
えられたときに、直ちに、３次元形状の生成を行なうの
ではなく、２次元形状の各形状要素に対するパラメータ
の生成を行なってから３次元形状の生成処理に進む。

投影情報が与えられたとき、形状補助データ生成部25
は、既に入力された２次元形状の１個の形状要素の全て
の情報、すなわち、形状データ本体及び既に作成されて
いる形状補助データを取出す（ステップ104）。その
後、取出した形状要素が、既にパラメータが付与された
形状要素と、同一の大きさを有し、かつ、平行移動関係
又は線対称関係にあるか、すなわち、形状の修正時に同
一内容の修正を要するものか否かを判別する（ステップ
105）。この判別により、否定結果を得ると、この形状
要素に新たなパラメータを付与し、他方、肯定結果を得
ると、既に他の形状要素に付与されているパラメータと
同一のパラメータを付与して図形記憶装置４の形状補助
データ格納部42に格納させる（ステップ106、107）。

ここで、パラメータとは、パラメータを識別するため
の符号と、その形状要素の特徴を表すパラメータ内容と
からなる。

第８図（Ａ）は、パラメータ内容の既述方法例を一部
のパラメータ種類について示すものである。パラメータ
内容は、パラメータ種類を記述する文字（Ｌ、Ｒ、Ｄ又
はＡ）と形状要素の大きさ情報（10、５、10又は30）と
からなる。なお、角度パラメータのように２個の形状要
素に関するものは、相手側形状要素を明らかにする。な
お、１個の形状要素について複数のパラメータが付与さ
れることもある。

その後、形状補助データ生成部25は、２次元形状の全
ての形状要素に対するパラメータの付与処理を行なった
か否かを確認し、行なっていない場合は、上述のステッ
プ104に戻る（ステップ108）。

例えば、第７図（Ａ）の表面形状について、形状要素
L1には、パラメータ符号prm1及び15mmの直線であること
を表すパラメータ内容l15でなるパラメータが付与さ
れ、この形状要素L1と線対称又は平行移動関係にある形
状要素L3にも同一のパラメータが付与される。同様に、
形状要素L2及びL4に対してパラメータprm2（l20）が付
与される。

なお、第７図（Ａ）に示すブロック物形状の場合に
は、角度パラメータは90度以外の角度で交差する形状要
素に対してのみ付与するようにしても良い。他方、板金
物形状では、折り曲げ角度が問題となるので、常に角度
パラメータを付与することが好ましい。

第７図（Ｂ）は、角度パラメータの付与を実行してい
ない場合を示している。

このようにして２次元形状の各形状要素に対するパラ
メータ付与が終了すると、３次元形状生成部26は、ステ
ップ103で入力された投影情報、すなわち、投影方向及
び稜線の長さ情報に基づいて、既に生成されている２次
元形状から３次元形状を生成して図形表示装置３に表示
させると共に、図形記憶装置４の形状データ本体格納部
41に記憶させる（ステップ109）。なお、かかる処理は
従来と同様であり、この処理によって、稜線の形状要素
及び裏面の形状要素が新たに生成されることになる。

第７図（Ａ）の形状については、かかる処理により、
裏面の形状要素L5〜L8及び稜線の形状要素L9〜L12が生
成され、第７図（Ａ）に示す全体形状が表示記憶され
る。

形状補助データ生成部25は、このようにして新たに生
成された形状要素に識別情報を付与し、形状データ本体
に基づいて形状要素の大きさ情報及び特定点座標情報を
生成して図形記憶装置４の形状補助データ格納部41に記
憶させる（ステップ110）。

その後、形状補助データ生成部25は、表面及び裏面の
形状要素については、接続されている稜線情報及び反対
面での対応する形状要素情報でなる関連情報を生成し、
稜線の形状要素についてはこの稜線が接続する表面及び
裏面の形状要素情報でなる関連情報を生成して図形記憶
装置４の形状補助データ格納部41に記憶させる（ステッ
プ111）。

これまでの処理により、第７図（Ａ）の場合、形状要
素L5〜L12のパラメータを除き形状補助データが形成さ
れて記憶されたことになる。

次いで、形状補助データ生成部25は、稜線の形状要素
の全てについて同一の新たなパラメータを付与して図形
記憶装置４の形状補助データ格納部41に記憶させ、裏面
の形状要素については対応する表面の形状要素と同一の
パラメータを付与して図形記憶装置４の形状補助データ
格納部41に記憶させる（ステップ112、113）。

第７図（Ａ）の場合、かかる処理によって稜線の形状
要素L9〜L12に対して、新たなパラメータprm3（l40）が
付与される。また、裏面の形状要素L5、L6、L7、L8に対
してそれぞれ、表面の対応する形状要素L1、L2、L3、L4
と同一のパラメータprm1（l15）、prm2（l20）、prm1
（l15）、prm2（l20）が付与される。

これにより、第７図（Ａ）の場合、第７図（Ｃ）に示
すように各形状要素にパラメータが付与されたことにな
る。

このようにして全ての形状要素に対する形状補助デー
タの生成が終了すると、形状補助データ生成部25は、入
力装置１からパラメータの変更追加モードが指示された
か否かを判断し、指示された場合には、指示内容に応じ
て形状要素に付与されていたパラメータを変更し、又
は、新たなパラメータの追加を行ない、パラメータの変
更追加が終わったとき、又は、パラメータの変更追加が
指示されないときに、形状生成処理を終了する（ステッ
プ114、115）。

例えば、第７図（Ａ）の場合、かかる変更追加処理を
利用して、形状要素L1及びL2間（従って要素L5及びL6
間）の角度をもパラメータとして追加することができ
る。

このようにして、形状データ本体だけでなく、パラメ
ータを含めた形状補助データが形状生成時に生成されて
図形記憶装置４に格納される。

第９図は、既に生成された形状を修正する場合の処理
手順を示すフローチャートである。

次に、この第９図を参照しながら、形状の修正処理
（再生成処理）を説明する。

形状修正部27は、入力装置１から修正モードが指示さ
れたときに修正処理を開始し、指示された形状について
の形状データ本体及び形状補助データを図形記憶装置４
から取出して図形表示装置３によって３次元形状図形を
表示させると共に、形状補助データを第７図（Ｂ）に示
すような表形式で同時に表示させる（ステップ120）。
次いで、修正すべき形状要素情報を入力装置１から取込
み、その形状要素に関するパラメータを認識する（ステ
ップ121）。

その後、形状修正部27は、認識されたパラメータをパ
ラメータとする全ての形状要素を、形状補助データ格納
部42の格納内容に基づいて取り出す（ステップ122）。
次いで、形状修正部27は、入力装置１を用いてオペレー
タが入力したパラメータの修正情報を取り込んで、指示
された修正内容にそのパラメータを変更する（ステップ
123）。なお、このとき、指示されたパラメータにかか
る形状要素を目視確認させるように表示上で、その形状
要素の色を他の形状要素の表示色と変えたり、そのパラ
メータ変更が指示された形状要素のデータを表示形状と
は異なる位置に別個表示したりするようにしても良い。

この後、パラメータの内容が変更された形状要素につ
いての関連形状要素情報及び特定点情報に基づいて、各
形状要素の形状補助データを修正すると共に、形状デー
タ本体を修正する（ステップ124）。この場合におい
て、例えば、表面の形状要素及び稜線にかかる形状要素
については、一方の端点（例えば、原点座標に近い側の
点）を固定点として修正する。

このようにして１個のパラメータの修正入力に応じた
修正が終了すると、他の修正が指示されたか否かを判断
する（ステップ125）。その結果、修正する形状要素
（パラメータ）があると判断すると、上述のステップ12
1に戻る。他方、これ以上の修正が指示されていないと
判断すると、修正後の形状を新規登録することが指示さ
れたか否かを判断する（ステップ126）。

その結果、新規登録が指示された場合には、入力され
た形状の識別情報を取り込んで図形記憶装置４の新たな
エリアに形状データ本体及び形状補助データを記憶し、
他方、新規登録が指示されない場合には、いままで格納
されていた図形記憶装置４のエリアに形状データ本体及
び形状補助データを再格納する（ステップ127、128）。

従って、上述の実施例によれば、生成時に各形状要素
について形状データ本体だけでなく形状補助データをも
併せて登録するようにしたので、修正時及び既に登録さ
れた形状を利用した新たな形状の生成を形状補助デー
タ、特にパラメータを利用して容易に行なうことができ
る。

例えば、第10図（Ａ）に示すような板金形状が既に登
録されており、その表面形状について、第10図（Ｂ）に
示すように各形状要素にパラメータが設定されている
と、それらパラメータを変更することにより、第10図
（C1）、（C2）、（C3）のような各種の形状を修正処理
を通じて生成することができる。第10図（Ｂ）に示すパ
ラメータprm12は、折曲げによるアールを示すパラメー
タであって径０を内容とするものであるが、このような
０を内容とするパラメータをも予め生成しておくことが
できる。

なお、上述の実施例では、３次元CADシステムに本発
明を適用したものを示したが、２次元CADシステムに対
しても本発明を適用することができる。

また、上述の実施例においては、表面及び裏面を結ぶ
側面に、突起部分や孔等を有しない形状について示した
が、側面にも変化を有する形状に対しても本発明を適用
することができる。

さらに、上述の実施例においては、各形状要素との関
係でパラメータを付与するものを示したが、第８図
（Ｂ）に示すように、形状全体に対するパラメータ、例
えば、質量や材質等を表すパラメータをも付与するよう
にしても良い。

さらにまた、上述では、パラメータに対する制約がな
いものを示したが、自動的に又は入力操作に基づいて、
パラメータに対して修正可能な範囲を設定するようにし
ても良い。第11図（Ａ）は、条件式によってパラメータ
の修正範囲を制約された形状の例を示すものである。こ
の場合には、パラメータの修正指示の取込みが終了した
とき、この条件式を満足するか否かを判断し、満足され
たときに、初めて修正を行なうものである。従って、こ
の例の場合、条件式に従うと、第11図（Ｂ）に示す形状
を修正によって再生成することはできない。なお、第11
図（Ｂ）における条件式におけるパラメータ符号は、長
さを指示しているものとする。

また、形状要素に対するパラメータは、修正を容易に
する特徴表現であれば良く、上記実施例の表現に限定さ
れない。例えば、グループ化情報や色情報をもパラメー
タとするようにしても良い。各座標軸方向に沿う成分の
長さで表わしても良い。この場合、同一内容の形状要素
かの判別がし易いものとなる。また、座標原点からの形
状要素の特徴点座標までの長さでパラメータを設定する
ようにしても良い。この場合、座標原点位置を変更する
ことにより、全体を平行移動した修正をも可能となる。
修正時補助データも上記実施例のものに限定されず、例
えば、稜線以外の接続関係情報をもデータに含めるよう
にしても良い。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、形状データ本体の他
に、各形状要素について修正可能な情報をパラメータの
形で設定すると共に、このパラメータの変更による修正
を可能とする各種情報をも生成しておくようにしたの
で、修正による再生成を容易に行なうことができ、最初
の形状生成には多少の時間を要するが、多くの形状生成
からみると、その生成入力操作を簡単なものとすること
ができてトータルとしての入力操作時間を短いものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による形状生成方式の一実施例を適用し
たCADシステムを示すブロック図、第２図は従来の形状
生成方式を示す説明図、第３図は稜線の生成規則を示す
図表、第４図及び第５図はそれぞれ従来の欠点を説明す
る説明図、第６図は上記実施例での当初の形状生成処理
を示すフローチャート、第７図は形状補助データ例を示
す説明図、第８図はパラメータの表現の説明図、第９図
は上記実施例の形状修正処理を示すフローチャート、第
10図は修正処理を通じて再生成される形状を示す説明
図、第11図はパラメータに対する条件式の設定を示す説
明図である。 １……入力装置、２……図形処理装置、３……図形表示
装置、４……図形記憶装置、21……入力取込部、22……
表示制御部、23……記憶制御部、24……２次元形状生成
部、25……形状補助データ生成部、26……３次元形状生
成部、27……形状修正部、41……形状データ本体格納
部、42……形状補助データ格納部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力操作に応じて設計物体の形状データを
   生成するCADシステムにおける形状生成方式において、 生成する形状データを、形状を表す形状データ本体と、
   形状補助データとの組み合わせとし、 上記形状補助データを、形状要素の特徴を表すパラメー
   タとこのパラメータ変更により上記形状データ本体を修
   正する際に必要となる修正時補助データとでなる構造と
   し、 生成された上記形状データ本体に基づいて上記形状補助
   データを生成する形状補助データ生成部を設けたことを
   特徴とするCADシステムにおける形状生成方式。
2. 【請求項２】上記CADシステムに形状修正部を設け、当
   該形状修正部が、入力操作により変更が指示されたパラ
   メータの内容及び指示されたパラメータが付与されてい
   る形状要素の修正時補助データに基づいて、上記形状デ
   ータ本体を修正することを特徴とする請求項第１項に記
   載のCADシステムにおける形状生成方式。