JP2978787B2 - 複数の物体の構造性立体幾何表示を作る方法及び装置 - Google Patents
複数の物体の構造性立体幾何表示を作る方法及び装置Info
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Description
幾何(以下、CSGという)表示の自動構築に関する。
本発明は、特に、複数の物体の走査で得られたデータか
ら進化的計算を使用して類似のCSG表示をヴォクセル
フォーマットで創作する技術に関する。
ブと呼ばれる簡単な立体の合成物として定義するモデリ
ング方法を指す用語である。プリミティブを合成して立
体とするためにブール演算子が使用される。立体は、2
次元又は3次元の物体の形をとることができる。
は矩形、三角形、及び円である。3次元の文脈でのプリ
ミティブは、箱、4面体、円柱、円錐、及び球を含む。
ブール演算は、結び、差、及び交わりを含む。物体のC
SG表示は、プリミティブである葉とブール演算子であ
る非終端ノードとを有する順序づけられたバイナリツリ
ーである。
リングに役立つ。或る形のCSG表示は、代表的には計
算機援用(CAD)システムと仮想体験システムでの現
行作業とに使われている。他の形も、物体を表現するた
めに使われている。境界表示は、物体をその境界及び縁
に応じて画定する。この表示法は、立体の面、縁、及び
頂点を描く。体積表示法(a volumetric representatio
n)と呼ばれる他の表示法では、物体は2次元又は3次元
の点データの排列として描かれる。一般的にはピクセル
と呼ばれている2次元の点データは物体内の領域を表示
し、一般的にはヴォクセルと呼ばれている3次元点デー
タは物体の体積を表示する。ヴォクセルという用語は、
2次元及び3次元の両方の点データを指すのに一般的に
使用される。
或る物体から他の物体への変更を実行するのに有益であ
る。一つの形では、1物体から他の物体への操作はモー
フィング(morphing)と呼ばれる。このモーフィングで
は、元の物体が第2の物体に見えるようになるまで元の
物体に小さな変更が加えられる。CSG表示法は、物体
の種々の特徴を組み合わせる作業も支援することもでき
る。1物体から他の物体へとCSG表示を効率的に操作
するために、CSGツリーはプリミティブの種類及び構
造に関して類似しているべきである。2つの物体のCS
G表示の差違がツリーの中のプリミティブのサイズ及び
方位だけであるときには、最も容易な変更を行うことが
できる。
ができ、また操作が容易であるけれども、特別の物体を
表現するCSGモデルの操作が困難であることもある。
類似する2つの表示を作らなければならないときには、
その困難の度合いが非常に大きい。他の形の表示を作る
のは容易である。境界表示法は、種々の部分の寸法を示
す物体の機械製図に似ている。レーザ又はその他の装置
で走査を行うことによって現実の物体から体積表示を得
ることができる。
明確には定義されない。境界表示又はCSG表示から、
それらの表示が画定している領域又は体積を作り出すこ
とにより体積表示を容易に作ることができる。同じく、
境界評価法(a boundary evaluator)と呼ばれるアルゴ
リズムの集合を使って、CSG表示から境界表示を計算
することができる。しかし、境界表示からCSG表示へ
の変換や体積表示から境界表示への変換は、著しく困難
である。更に、体積表示からCSG表示へ直接変換する
方法は知られていない。
ヴォスラーは、CSG表示から境界表示への構成及び最
適化に関する幾つかの論文を発表した。そのうちの2つ
の論文、即ち1991年1月/2月の「計算機援用設
計」に掲載された“CSG表示の構成及び最適化”
(“Construction and Optimization of CSG Represent
ations", Computer Aided Design, January/February,
1991)と、1991年9月のASME会報に掲載された
“2次元立体の効率的CSG表示”(“Efficient CSGRe
presentations of Two Dimensional Solids", Transact
ions of the ASME, September, 1991)は、境界表示から
CSG表示への変換を行うために使われている種々の技
術に伴う難点を論じている。これらの論文によれば、C
SG表示を作るときの難点は、立体のCSG描写が1つ
だけに限られない。同じ立体の形を得るためにサイズ、
形状、位置及び種類の異なる種々のプリミティブを種々
の方法で組み合わせることができる。
ることができる。分割法では、多角形は重なり合う部分
の無い凸状の部材の結合として表示される。これらの方
法は不必要に冗長なCSG表示を作り出す。被覆法は、
多角形を被覆する重なり合う部材の集合を決定して多角
形の共線的な縁を利用しようとする。しかし、この種の
方法は、立体の形によっては必ずしも直接に解けるとは
限らない。また、これらの方法は、一般には、真っ直ぐ
で平らな物体のみに対して適用されている。湾曲した平
らな物体や3次元の物体に関する論議は限られている。
CSG表示を画定する方法を提案している。彼らは半空
間の集合が物体を描くのに必要で且つ十分であるか否か
を決定するいろいろな方法について論じている。彼ら
は、半空間の集合が最小であるか否かについての決定に
関しても論じている。彼らは、その集合が物体を描くの
に最少数のプリミティブを使うことを意味する半空間が
絶対最小限であるのか、それとも絶対最小限に近いのか
を決定しようとはしていない。CSG表示における半空
間の使用に関する議論の全体を検討しても、これらの論
文は、その集合において考慮するべき半空間をどのよう
に決定するかを論じていない。更に、コンピュータモデ
リングに役立つCSG表示を作るときにプリミティブは
半空間としてではなくて一般的には基本的幾何空間とし
て定義される。
るACM会報」に掲載された“CSG変換への境界の分
離”(“Separation for Boundary to CSG Conversio
n", ACM Transactions on Graphics, January, 1993)と
いう最近の論文において、シャピロとヴォスラーは立体
を定義する集合に用いることのできる半空間を決定する
ための幾つかの手法について論じている。それらの手法
は、余分で不要な半空間で表示を生じさせる。
ているとともに、上記のいずれの論文も体積表示からC
SG表示への変換に関連するものではない。物体の表面
上の各点を3次元空間内の点として容易に表示すること
ができるが、境界をヴォクセルデータから画定すること
は容易ではない。境界表示を作り出すためには、表面上
の全ての点を分析して、直線状の縁、湾曲した縁、或い
は不均一な縁がどこに存在するかを決定するとともに、
平らな面及び湾曲した面についての方程式を決定しなけ
ればならないであろう。そのような変換を行うための幾
つかのアルゴリズムが開発されたけれども、それらは複
雑で、用途が限られている。
のヴォクセル表示から物体のCSG表示へ容易に且つ自
動的に変換することのできるシステムが必要である。ま
た、複数の物体について類似するCSG表示を容易に作
ることのできるシステムも必要である。
示からCSG表示に自動的に変換するとともに複数の物
体を類似のCSG表示に変換するシステムを提供する。
本発明は、一面において、大域アルゴリズムによりラン
ダムなCSGツリーの集団を発生させる。最初の集団
は、種類、サイズ、位置及び方位を含むプリミティブの
ランダムな生成と、プリミティブのランダムな結合とに
より作られる。その集団のその後のメンバーが、既存の
集団に対するランダムな変形により作られる。好ましい
実施の形態では、その集団の中の、所望の物体に余り似
ていない部分が時折削除される。この様に、進化的プロ
セスを使用して、物体をより正確に表現するCSGツリ
ーが作られる。更に、本発明は、従来技術が必要とした
縁及び面の位置及びサイズなどの、物体の特徴を決定す
る手続きを必要とせずにツリーを作って変形させてCS
G表示を得る。
ゴリズムにより、集団の中の各CSGツリーが所望の物
体にどの程度近いかを決定する。好ましい実施の形態で
は、CSGツリーの物体との近さは、物体の中には無い
ツリーのヴォクセルの数(余分)と、ツリーの中には無
い物体のヴォクセルの数(むきだし)と、ツリーの中の
プリミティブの数とに基づいて決定される。その決定の
際にプリミティブの数を考慮に入れるので、物体が能率
的に表現される結果となる。従来技術では各プリミティ
ブが必要であるか否かを特別に判定すること必要があっ
たが、本発明ではそのような判定を要することなくその
能率が得られる。ツリーの物体との近さを決定するのに
余分のヴォクセルとむきだしのヴォクセルとの数を使用
するので、表示の客観的尺度が得られるのであるが、こ
れも従来技術では利用できなかったものである。
をより正確に表示するために、ツリーを評価するととも
に、プリミティブに対して若干の変更を加える。プリミ
ティブは、位置、サイズ及び方位に関する評価に応じて
修正される。好ましい実施の形態では、プリミティブの
局所的領域中の余分の領域及びむきだしの領域が決定さ
れる。ツリーの中のプリミティブの運動の方向及び距離
を示すために、その余分の領域及びむきだしの領域の中
のヴォクセルの分布の種々の特徴を使用する。
に、始めに集団の複数の同一の集合を作る。各集団の中
の対応するツリーに対して同じ変形を行う。次に、各ツ
リーを対応する物体について別々に最適化する。表示の
適合の良さを全ての物体についてのスコアに基づいて決
定する。従って、より良いツリーが全ての物体をより良
く表現する。このようにして、プリミティブの位置、サ
イズ、及び方位のみが異なるCSG表示が複数の物体に
ついて得られる。
複数の物体のCSG表示を作る方法は、複数のCSGツ
リーの集合であって、それぞれが前記複数の物体の中の
一つに対応する前記CSGツリーの集合における各集合
の前記CSGツリーの一つを同様に変形させて各集合中
に新しいCSGツリーを作る変形ステップと、前記新し
いCSGツリーを各物体に関して局所的に最適化する最
適化ステップと、前記最適化された新しいCSGツリー
が前記複数のCSGツリーの各集合における一つのCS
Gツリーより前記物体をより良く表現する場合は、前記
複数のCSGツリーの各集合の中の前記一つのCSGツ
リーを前記新しいCSGツリーと置き換える置き換えス
テップを備えるものである。
G表示を作る方法において、前記変形ステップは、複数
のCSGツリーの前記集合の中のランダムな1つをラン
ダムに変形させるものである。
G表示を作る方法は、前記変形ステップの前に、複数の
ランダムなCSGツリーの集合を複数のCSGツリーの
前記集合として作り、前記複数のランダムなCSGツリ
ーの各々を対応する物体に関して局所的に最適化するス
テップを更に含むものである。
G表示を作る方法において、前記変形ステップは、前記
1つのCSGツリーの中のプリミティブの種類を変化さ
せること、前記1つのCSGツリーの中のサブCSGツ
リー構造を変化させること、前記1つのCSGツリーの
中のプリミティブの代わりにサブCSGツリーを付加す
ること、及び、前記1つのCSGツリーの中のサブCS
Gツリーを削除すること、の中の1つを含むものであ
る。
Gを作る方法は、複数のCSGツリーの前記集合の中の
第1の部分を複数のCSGツリーの前記集合の中の第2
の部分と置き換えるステップを更に有し、前記第1の部
分は、前記物体を最も悪く表現するCSGツリーを含ん
でおり、前記第2の部分は前記物体を最も良く表現する
CSGツリーを含むものである。
Gを作る方法は、各物体のそれぞれのCSGツリーによ
り覆われない領域、前記それぞれのCSGツリーの前記
物体を覆わない領域、及び前記CSGツリーの中のプリ
ミティブの数に基づいて、複数のCSGツリーの各集合
の中から1つずつのCSGツリーから成る対応するCS
Gツリーの集合が前記物体を表現する程度を決定するス
テップを更に備えるものである。
Gを作る方法は、前記変形ステップの前に、少なくとも
1つの物体を走査してその少なくとも1つの物体の寸法
を決定するステップを更に備えるものである。
Gを作る方法において、前記局所的最適化のステップ
は、前記1つのCSGツリーの中のプリミティブの位置
を調整し、前記プリミティブのサイズを調整し、前記プ
リミティブの方位を調整するステップを含むものであ
る。
示を容易に且つ自動的に得ることができ、また、複数の
物体について類似するCSG表示を容易に得ることがで
きる。
のCSG表示を決定する装置は、複数のCSGツリーの
集合であって、それぞれが前記複数の物体の中の一つに
対応する前記CSGツリーの集合における各集合の前記
CSGツリーの一つを同様に変形させて各集合中に新し
いCSGツリーを作る変形手段と、前記新しいCSGツ
リーを各物体に関して局所的に最適化する最適化手段
と、前記新しいCSGツリーが前記複数のCSGツリー
の各集合の前記一つのCSGツリーより前記物体をより
良く表現する場合は、前記複数のCSGツリーの各集合
における前記1つのCSGツリーを前記新しいCSGツ
リーと置換する置換手段とを備えるものである。
体のCSG表示を決定する装置において、前記変形手段
は、前記複数のCSGツリーの各集合の中の対応するC
SGツリーのランダムな集合をランダムに変形させるも
のである。
体のCSG表示を決定する装置は、複数のランダムなC
SGツリーを複数のCSGツリーの前記集合として作る
CSGツリー生成手段と、前記複数のランダムなCSG
ツリーの各集合を対応する物体に関して局所的に最適化
する初期最適化手段とを更に備えるものである。
体のCSG表示を決定する装置において、前記変形手段
は、前記1つのCSGツリーの中のプリミティブを変化
させる手段と、前記1つのCSGツリーの中の演算子を
変化させる手段と、前記1つのCSGツリーのサブCS
Gツリーを置換する手段の中の少なくとも1つを含むも
のである。
体のCSG表示を決定する装置は、複数のCSGツリー
の前記集合の中の第1の部分を複数のCSGツリーの前
記集合の中の第2の部分と置き換える手段を更に備え、
前記第1の部分は、前記物体を最も悪く表現するCSG
ツリーを含んでおり、前記第2の部分は前記物体を最も
良く表現するCSGツリーを含んでなるものである。
体のCSG表示を決定する装置は、前記物体の、前記対
応するCSGツリーの中のそれぞれの1つにより覆われ
ない領域、前記対応するCSGツリーの中の、それぞれ
の1つの前記それぞれの物体を覆わない領域、及び前記
CSGツリーの中のプリミティブの数に基づいて、対応
するCSGツリーの集合が前記物体を表現する程度を決
定する手段を更に備えるものである。
体のCSG表示を決定する装置において、前記最適化手
段は、前記1つのCSGツリーの中のプリミティブの位
置を調整する手段と、前記プリミティブのサイズを調整
する手段と、前記プリミティブの方位を調整する手段と
を含んでなるものである。
示へ容易に且つ自動的に得ることができ、また、複数の
物体について類似するCSG表示を容易に得ることがで
きる。
により本発明がより良く理解される。添付図面におい
て、同じ符号は同様の対象を示す。
す。図1に示されているように、カメラ10、スキャナ
又は製図編集機などを使用して物体に関するデータが決
定される。物体に関するデータは、一般的には、物体の
領域又は体積を画定するヴォクセルのビットマップを含
む。物体に関するデータはメモリ30に記憶され、シス
テムが作るCSG構造と比較される。複数の物体につい
ての物体データが得られ、記憶される。中央処理装置
(CPU)20は、メモリに記憶された物体データとの
関係で以下に記述するプロセスのステップを実行する。
システムの最終出力は、物体のCSG表示である。これ
を、例えばディスプレイ40に出力したり、或いは電子
フォーマットの形で出力50を通して他のコンピュータ
又はメモリ資源に出力するなど、いろいろな方法で出力
することができる。
2のブロック流れ図に示されている。ステップ110に
おいて、CSGツリーの集団がランダムに作られる。C
SGツリーは、プリミティブの集合の結合を通して表示
を作り出す。各プリミティブは、座標系において画定さ
れた種類、サイズ、位置、及び方位を有する。当然に、
プリミティブのための座標系は、物体データを決定する
ために使われる座標系と一致する。
使用して本発明により作られた文字PのCSGツリー表
示を示す。各端末ノード、即ち葉180−184は矩形
のプリミティブである。プリミティブは、その位置、
幅、高さ、及び方位により画定される。内側のノード1
91−193、195は、葉に対するブール結合子であ
る。ブール結合子は、結び191、192、交わり19
3及び差195を含む。図3は、ツリーの各ノードにお
いてCSG表示が何に見えるかをも示す。一番上のノー
ド195にはツリー全体の表示がある。
プリミティブの集合をランダムに選び、サブツリー構造
と、各ツリーに対するブール演算子の集合とを選ぶ。最
初のツリー集団の複雑さを調整するために、プリミティ
ブ及びサブツリー構造の数についての平均偏差及び標準
偏差をシステムに供給することができる。各ノードにあ
るサブツリー構造について、システムはサブツリーの中
のプリミティブを2つの部分に分け、それは後の左側の
サブツリー及び右側のサブツリーとなる。サブツリー構
造についての平均偏差及び標準偏差は、プリミティブが
どの程度に均一に分離されるかに関連する。
に説明するようにステップ115で局所的に最適化され
て評価される。評価プロセスは、目標の物体の表示の近
さに対応するスコアを各ツリーについて決定する。ステ
ップ120で、ランダムに選ばれたツリーがランダムに
変形される。種々の変形が可能である。好ましい実施の
形態では、変形は、(1)プリミティブの種類の変更、
(2)サブツリー構造の変更、(3)新しいサブツリー
の付加、(4)サブツリーの削除を含む。サブツリー構
造の変更は、新しいノードを持っていて、プリミティブ
のサブツリーへの分離が異なっているサブツリーを同じ
プリミティブで作り直すことを含む。新しいサブツリー
を付加するために、1つのプリミティブをサブツリー内
の複数のプリミティブと置き換える。サブツリーが削除
されると、そのサブツリーより上のノードは除去され、
そのノードから残ったサブツリーはツリーの上の方に移
される。また、内側のノードのブール演算を変更するこ
とができる。
に、変形の種類の各々についての確率を設定することが
できる。好ましい実施の形態における変形はランダムで
あるが、最良のツリーを決定するための時間を改善する
ことのできる変形を管理して実行することができる。変
形されたツリーは、次にステップ125で局所的に最適
化され、評価される。変形後のツリーが既存のツリーよ
り良ければ(ステップ130)、変形後のツリーが元の
ツリーと置き換わる(ステップ135)。もし変形後の
ツリーが元のツリーより良くなっていなければ、既存の
ツリーは置換されない。システムは、物体をより良く表
現するツリーを決定するための進化的プロセスを提供す
るものである。
テップ145で劣るツリーが時折集団から除去される
(これを再播種と称する)。再播種は、設定された数の
変形が行われた後に行われることができる。再播種する
ために、ステップ150でツリーはそのスコアに応じて
分類される。ステップ155で、ツリーの中の悪いスコ
アを有する半分が、より良いスコアを持っているツリー
と置き換えられる。すると、更なる変形が行われる前に
集団の中でより良いスコアを有するツリーの各々が2倍
になる。このために、集団全体が物体をより良く表すよ
うになり、最良のツリーが迅速に得られることになる。
劣るツリーの時折の置換を含むランダムな変形のプロセ
スは、所定回数の反復中に改善が見られなくなるまで、
継続して行われる(ステップ140)。最良のツリーに
おいてそれ以上の改善が見られなくなると、このプロセ
スは終了し(ステップ170)、最良のツリーがその物
体のCSG表示として出力される。
ーの局所的最適化及び評価は、図4のブロック図に示さ
れている。物体をより良く表現するために局所的最適化
によりCSGツリーの中のプリミティブの位置、サイズ
及び方位に小さな変更を加える。各プリミティブは別々
に操作される。第1のステップ即ちステップ205は、
第1のプリミティブを選択する。
らない(ステップ210)。CSG表示と物体データと
のフォーマットは同じではない。上記したように、物体
データはヴォクセルの集合又はビットマップである。表
示同士を比較するために、CSG表示もビットマップと
しての体積表示に変換される。ツリーの中の各プリミテ
ィブについてのビットマップを作ることによってツリー
ビットマップを作ることができる。次にプリミティブに
ついてのビットマップをツリーノードのブール演算に従
って結合させる。全てのブール演算が実行されると、ビ
ットマップはこのツリーについてのCSG表示を表す。
ビットを物体データの中のビットと比較して適合度を決
定する(ステップ215)。適合度は、ツリービットマ
ップが物体の中に無い部分(余分と称する)を覆う程度
と、ツリービットマップにより覆われない物体の部分
(むきだしと称する)とにより決定される。図5は、物
体410とCSG表示420とについての余分の領域4
41、442とむきだしの領域431、432とを示
す。
度に良く物体を表すかを示すCSGツリーについてのス
コアが決定される。好ましい実施の形態では、スコア
は、余分のヴォクセルの数と、むきだしのヴォクセルの
数と、乗数及びプリミティブの数の積との和に等しい。
物体の効率的な表示を得るために、スコアにプリミティ
ブの数を用いる。ツリーに用いられているプリミティブ
が少ないほどスコアは良くなるし、より効率的な表示と
なる。良いツリーほどスコアが低い。
リーについてのスコアを最善にするためにプリミティブ
に小さな調整を行う。選択されたプリミティブの局所領
域内にある余分のヴォクセル及びむきだしのヴォクセル
がステップ225で決定される。選択されたプリミティ
ブの位置、サイズ、及び方位は、余分の局所領域及びむ
きだしの局所領域に基づいてステップ230、235で
調整される。位置を調整するために(ステップ23
0)、余分の局所領域及びむきだしの局所領域の中心と
面積とが決定される。プリミティブの位置は、その中心
が余分の局所領域の中心からむきだしの局所領域の中心
へのベクトルに沿って動くこととなるように移される。
その移動の大きさは、余分の局所領域とむきだしの局所
領域との面積のプリミティブの総面積に対する比により
決定される。
域の面積との差に比例する量だけサイズが調整される
(ステップ235)。もし、むきだしの局所領域の面積
が余分の局所領域の面積より大きければ、サイズは大き
くされ、もし余分の局所領域の面積がむきだしの局所領
域の面積より大きければ、サイズは小さくされる。
難しい。2次元の物体に対しては試行錯誤法を用いるこ
とができる。その試行錯誤法では、プリミティブを小さ
な角度だけ回転させ、スコアを計算し直す。スコアが良
くなり続けている間は、プリミティブを小角度だけ回転
させてスコアを計算し直すプロセスを反復する。もしス
コアが初めに良くならなければ、プリミティブを逆方向
に小角度だけ回転させてスコアを計算し直す。反対方向
への回転でスコアが良くなり続ける間は、このプロセス
を繰り返す。どちらの方向に回転させてもスコアが良く
ならなければ、プリミティブは元の方位にとどまる。
余分の局所領域とむきだしの局所領域との主軸を決定し
なければならない。余分の局所領域及びむきだしの局所
領域についての慣性テンソルマトリックスを計算するこ
とにより、主軸を決定することができる。その2つのマ
トリックスの主固有ベクトルが余分の領域及びむきだし
の領域の主軸を与える。次に、プリミティブの主軸が余
分の領域の主軸から遠ざかってむきだしの領域の主軸に
向かって移動するようにプリミティブを回転させること
ができる。余分の局所領域の体積とむきだしの局所領域
の体積との比から回転の程度を決定することができる。
るプリミティブは、物体の中の穴として作用するので、
「負のプリミティブ」と見なすことができる。そのよう
なプリミティブを調整するときには、運動を反転させ
る。例えば、負のプリミティブの位置は、むきだしの局
所領域の中心から余分の局所領域の中心へと調整され
る。負のプリミティブについて移動の種類を反転させる
か、又は余分の領域及びむきだしの領域の定義を逆にす
ることによって、これらの変更を行うことができる。
位の調整が終わると、新しいCSGツリーについてのス
コアが計算される(ステップ250)。もしスコアが良
くなっていれば、システムは新しいCSGツリーを採用
し(ステップ255)、スコアが最早良くはならなくな
るか(ステップ275)、又は最大反復回数に達するま
で(ステップ280)、各プリミティブに対して調整を
行い続ける。
類、及び調整の回数に関して、この反復プロセスをいろ
いろに規制することができる。図4のブロック流れ図
は、いずれかのプリミティブを再び調整する前に各プリ
ミティブに対して位置、サイズ及び方位の調整を1回ず
つ行うことを示している。よって、ステップ260で最
後のプリミティブを選択したか否か判定する。選択され
ていない場合は、次のプリミティブを選択し(ステップ
265)、評価及び調整のプロセスを反復する。この様
にする代わりに、第2のプリミティブの調整を行う前
に、最良のスコアが得られるまで第1のプリミティブに
対して位置、サイズ及び方位の調整を繰り返し行うこと
もできる。もう一つの方法では、サイズ又は方位を調整
する前に最良のスコアが得られるまでプリミティブの位
置を調整する。図4は、反復の順序についての好ましい
例を示す。物体を覆うことに関して全てのプリミティブ
のサイズ、位置及び方位は互いに関連し合っているの
で、全てのプリミティブの全ての要素を数個のステップ
の各々において1回ずつ少量だけ局所最善に向かって調
整すれば、局所最善に収斂しやすい。
するための本発明のシステムの動作を示すグラフであ
る。このグラフに示されているように、反復回数が大き
くなるに従って、最良のスコアも平均スコアも著しく低
下していく。このことは、最良のツリーが物体の最小の
CSG表示に近づいていくだけではなくて、ツリーの集
団も全体として物体の適度の表示に近づき始めることを
示す。
セスは、単一の物体の場合と同じ手順を使用する。しか
し、CSGツリーの単一の集団の代わりに、ツリーの複
数の集団を、各物体について1集団ずつ使用する。ステ
ップ110で最初のツリーを作るとき(図2)、各集団
は同一である。各ツリーは、各集団の中に、同じプリミ
ティブ、ブール演算子及び構造を伴う対応するツリーを
有する。ステップ115で、それらのツリーは最適化さ
れ評価される。各ツリーは、図4に関して上記したプロ
セスを使って、その集団に関連する物体を最も良く表す
ように最適化される。最適化後は、各集団の中の対応す
るツリーは、ツリーの中のプリミティブのサイズ、位置
及び方位のみに関して異なっている。対応するツリーの
各々の集合に、いろいろな物体の表示に対するスコアの
組み合わせである総スコアが与えられる。
中の対応するツリーの全てが同じく変形される。同じプ
リミティブ及びブール演算子が付加され、変更され、又
は削除される。次に、変形されたツリーが再び各物体に
関して別々に最適化され評価される(ステップ12
5)。ツリーが良くなったか否か判定され(ステップ1
30)、もし総スコアが良くなっていれば置き換えられ
る(ステップ135)。また、再播種時には、総スコア
に基づいてツリーが分類され、置き換えられる。この様
にして、選ばれたCSG表示は全ての物体を最良に表現
する。
2つの物体、即ち文字A及びHについて作られた類似の
CSG表示を示す。各CSG表示が、類似のプリミティ
ブ510−512、530−531を伴う類似の構造を
有する。そのプリミティブは、サイズ、位置及び方位だ
けが異なる矩形である。また、ブール演算子(結び)が
各ノード520−521、540−541にある。プリ
ミティブのサイズ、位置及び方位の差をステップに分離
して、各ステップで各プリミティブを調整することによ
り、容易にこれら2つのCSG表示を操作して一方の物
体を他方の物体に変化させることができる。類似のプリ
ミティブを使って物体の特徴も容易に組み合わせること
ができる。
記記述は本発明を限定をするものではなく、単なる例示
に過ぎないということは当業者にとっては明白である。
数々の変形や他の実施形態が当業者の想到範囲内にあっ
て、それらは、従属請求項の範囲内にあると考えられ
る。
ば、物体のCSG表示を容易に且つ自動的に得ることが
でき、また、複数の物体について類似するCSG表示を
容易に得ることができる方法、装置を提供することがで
きるという効果を奏する。
ック図である。
ある。
善を示す図である。
構造を示す図である。
構造を示す図である。
ィスプレイ、180、181、182、183、184
葉、191、192 結び(ブール結合子)、193
交わり(ブール結合子)、195 差(ブール結合
子)、410 物体、420 CSG表示、441、4
42 余分の領域、431、432 むきだしの領域、
510、511、512、530、531 類似のプリ
ミティブ、520、521、540、541 ブール演
算子。
Claims (15)
- 【請求項1】 複数の物体の構造性立体幾何(CSG)
表示を作る方法であって、 複数のCSGツリーの集合であって、それぞれが前記複
数の物体の中の一つに対応する前記CSGツリーの集合
における各集合の前記CSGツリーの一つを同様に変形
させて各集合中に新しいCSGツリーを作る変形ステッ
プと、 前記新しいCSGツリーを各物体に関して局所的に最適
化する最適化ステップと、 前記最適化された新しいCSGツリーが前記複数のCS
Gツリーの各集合における前記一つのCSGツリーより
前記物体をより良く表現する場合は、前記複数のCSG
ツリーの各集合の中の前記一つのCSGツリーを前記新
しいCSGツリーと置き換える置き換えステップとを備
えてなる複数の物体の構造性立体幾何(CSG)表示を
作る方法。 - 【請求項2】 前記変形ステップは、複数のCSGツリ
ーの前記集合の中のランダムな1つをランダムに変形さ
せる請求項1に記載の複数の物体の構造性立体幾何表示
を作る方法。 - 【請求項3】 前記変形ステップの前に、 複数のランダムなCSGツリーの集合を複数のCSGツ
リーの前記集合として作り、 前記複数のランダムなCSGツリーの各々を対応する物
体に関して局所的に最適化するステップを更に含んでな
る請求項1又は請求項2に記載の複数の物体の構造性立
体幾何表示を作る方法。 - 【請求項4】 前記変形ステップは、前記1つのCSG
ツリーの中のプリミティブの種類を変化させること、前
記1つのCSGツリーの中のサブCSGツリー構造を変
化させること、前記1つのCSGツリーの中のプリミテ
ィブの代わりにサブCSGツリーを付加すること、及
び、前記1つのCSGツリーの中のサブCSGツリーを
削除すること、の中の1つを含んでなる請求項1乃至請
求項3のいずれかに記載の複数の物体の構造性立体幾何
表示を作る方法。 - 【請求項5】 複数のCSGツリーの前記集合の中の第
1の部分を複数のCSGツリーの前記集合の中の第2の
部分と置き換えるステップを更に備え、前記第1の部分
は、前記物体を最も悪く表現するCSGツリーを含んで
おり、前記第2の部分は前記物体を最も良く表現するC
SGツリーを含んでなる請求項1乃至請求項4のいずれ
かに記載の複数の物体の構造性立体幾何表示を作る方
法。 - 【請求項6】 各物体のそれぞれのCSGツリーにより
覆われない領域、前記それぞれのCSGツリーの前記物
体を覆わない領域、及び前記CSGツリーの中のプリミ
ティブの数に基づいて、複数のCSGツリーの各集合の
中から1つずつのCSGツリーから成る対応するCSG
ツリーの集合が前記物体を表現する程度を決定するステ
ップを更に備えてなる請求項1乃至請求項5のいずれか
に記載の複数の物体の構造性立体幾何表示を作る方法。 - 【請求項7】 前記変形ステップの前に、少なくとも1
つの物体を走査してその少なくとも1つの物体の寸法を
決定するステップを更に備えてなる請求項1乃至請求項
6のいずれかに記載の複数の物体の構造性立体幾何表示
を作る方法。 - 【請求項8】 前記局所的最適化のステップは、 前記1つのCSGツリーの中のプリミティブの位置を調
整し、 前記プリミティブのサイズを調整し、 前記プリミティブの方位を調整するステップを含んでな
る請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の複数の物体
の構造性立体幾何表示を作る方法。 - 【請求項9】 複数の物体の構造性立体幾何表示を決定
する装置において、 複数のCSGツリーの集合であって、それぞれが前記複
数の物体の中の一つに対応する前記CSGツリーの集合
における各集合の前記CSGツリーの一つを同様に変形
させて各集合中に新しいCSGツリーを作る変形手段
と、 前記新しいCSGツリーを各物体に関して局所的に最適
化する最適化手段と、 前記新しいCSGツリーが前記複数のCSGツリーの各
集合の前記一つのCSGツリーより前記物体をより良く
表現する場合は、前記複数のCSGツリーの各集合にお
ける前記1つのCSGツリーを前記新しいCSGツリー
と置換する置換手段とを備えてなる複数の物体の構造性
立体幾何表示を作る装置。 - 【請求項10】 前記変形手段は、前記複数のCSGツ
リーの各集合の中の対応するCSGツリーのランダムな
集合をランダムに変形させる請求項9に記載の複数の物
体の構造性立体幾何表示を作る装置。 - 【請求項11】 複数のランダムなCSGツリーを複数
のCSGツリーの前記集合として作るCSGツリー生成
手段と、 前記複数のランダムなCSGツリーの各集合を対応する
物体に関して局所的に最適化する初期最適化手段とを更
に備えてなる請求項9又は請求項10に記載の複数の物
体の構造性立体幾何表示を作る装置。 - 【請求項12】 前記変形手段は、 前記1つのCSGツリーの中のプリミティブを変化させ
る手段と、 前記1つのCSGツリーの中の演算子を変化させる手段
と、 前記1つのCSGツリーのサブCSGツリーを置換する
手段の中の少なくとも1つを含んでなる請求項9乃至請
求項11のいずれかに記載の複数の物体の構造性立体幾
何表示を作る装置。 - 【請求項13】 複数のCSGツリーの前記集合の中の
第1の部分を複数のCSGツリーの前記集合の中の第2
の部分と置き換える手段を更に備え、前記第1の部分
は、前記物体を最も悪く表現するCSGツリーを含んで
おり、前記第2の部分は前記物体を最も良く表現するC
SGツリーを含んでなる請求項9乃至請求項12のいず
れかに記載の複数の物体の構造性立体幾何表示を作る装
置。 - 【請求項14】 前記物体の、前記対応するCSGツリ
ーの中のそれぞれの1つにより覆われない領域、前記対
応するCSGツリーの中の、それぞれの1つの前記それ
ぞれの物体を覆わない領域、及び前記CSGツリーの中
のプリミティブの数に基づいて、対応するCSGツリー
の集合が前記物体を表現する程度を決定する手段を更に
備えてなる請求項9乃至請求項13のいずれかに記載の
複数の物体の構造性立体幾何表示を作る装置。 - 【請求項15】 前記最適化手段は、 前記1つのCSGツリーの中のプリミティブの位置を調
整する手段と、 前記プリミティブのサイズを調整する手段と、 前記プリミティブの方位を調整する手段とを含んでなる
請求項9乃至請求項14のいずれかに記載の複数の物体
の構造性立体幾何表示を作る装置。
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