JP3187809B2 - Object surface shape data creation method - Google Patents

Object surface shape data creation method

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JP3187809B2
JP3187809B2 JP03341286A JP3341286A JP3187809B2 JP 3187809 B2 JP3187809 B2 JP 3187809B2 JP 03341286 A JP03341286 A JP 03341286A JP 3341286 A JP3341286 A JP 3341286A JP 3187809 B2 JP3187809 B2 JP 3187809B2
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【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。 A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術 D発明が解決しようとする問題点(第1図、第2図) E問題点を解決するための手段(第3図) F作用(第3図) G実施例 (G1)三辺形パツチの表現(第3図) (G2)四辺形パツチの表現(第3図) (G3)三辺形パツチ及び四辺形パツチ接続の原理(第4
図) (G4)三辺形パツチに対する四辺形パツチの2次元的接
続(第5図) (G5)四辺形パツチに対する三辺形パツチの2次元的接
続(第6図) (G6)パツチ接続処理手順(第7図) (G7)実施例の効果 (G8)他の実施例(第8図) H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明は物体の表面形状データ作成方法に関し、例え
ばCAD(computer aided design)又はCAM(computer ai
ded manufacturing)などにおいて、自由曲面をもつた
物体の形状を形成する場合に適用して好適なものであ
る。 B発明の概要 本発明は、物体の大まかな形状を特定する枠組み処理
によつて境界曲線で囲まれた多数の枠組み空間を形成
し、この枠組み空間に所定のベクトル関数で表される物
体の細部表面形状を形成する際に、互いに隣接する三辺
形枠組み空間及び四辺形枠組み空間の共有境界につい
て、接平面連続の条件を満足する三辺形細部表面形状及
び四辺形細部表面形状を直接滑らかに接続することがで
きることにより、適正に滑らかな表面形状をもつ物体を
造形できる。 C従来の技術 例えばCADの手法を用いて自由曲面をもつた物体の形
状をデザインする場合(giometric modeling)、一般に
デザイナは、曲面が通るべき3次元空間における複数の
点(これを節点と呼ぶ)を指定し、当該指定された複数
の節点を結ぶ境界曲線網の所定の関数を用いてコンピユ
ータによつて演算させることにより、いわゆるワイヤフ
レームで表現された曲面を作成する。かくして境界曲線
によつて囲まれた枠組み空間を形成することができる
(このような処理を以下枠組み処理と呼ぶ)。 かかる枠組み処理によつて形成された境界曲線網は、
それ自体デサイナがデザインしようとする物体の大まか
な形状を表しており、各枠組み空間を含む境界曲線を用
いて所定のベクトル関数によつて表現できる細部表面形
状の曲面を補間演算することができれば、全体としてデ
ザイナが物体についてデザインした自由曲面(2次関数
で規定できないものを言う)を生成することができる。
ここで各枠組み空間に張られた曲面は全体の曲面を構成
する基礎要素を構成し、これをパツチと呼ぶ。 従来この種のCADシステムにおいては、境界曲線網を
表現するベクトル関数として、計算が容易な例えばベジ
エ(Bezier)式、Bスプライン(B−spline)式でなる
3次のテンソル積が用いられており、例えば形状的に特
徴がないような自由曲面を数式表現するには最適である
と考えられている。 すなわち形状的に特殊な特徴がないような自由曲面
は、空間に与えられた点をxy平面上に投影したとき、当
該投影された点が規則的にマトリクス状に並んでいるこ
とが多く、この投影点の数がm×nで表されるとき、当
該枠組み空間を3次のベジエ式で表される四辺形パツチ
を用いて容易に張ることができることが知られている。 D発明が解決しようとする問題点 しかしこの従来の数式表現は、形状的に特徴がある曲
面(例えば大きく歪らんだ形状をもつ曲面)に適用する
場合には、パツチ相互間の接続方法に困難があり、高度
な数学的演算処理を実行する必要があるため、コンピユ
ータによる演算処理が複雑かつ膨大になる問題があつ
た。 とくに極端に歪んだ形状をもつ曲面が枠組みされたと
きには、当該指定された点の配列の規則性が乱されるこ
とにより、第1図に示すように、四辺形パツチの間に三
辺形パツチが残るような枠組みしかできないような場合
が生じ得る。 第1図の場合は、デザイナによつて指定された節点 によつて与えられた曲面を枠組み処理するにつき、比較
的容易にパツチ相互間を接続し得ると考えられる四辺形
パツチを形成するように隣合う節点を順次枠組みして行
くという考え方の下に、枠組み処理をしたものである。
しかしデザイナによつて指定された節点は、デザイン上
の要求に基づいて決められているので、四辺形パツチの
間に、節点によつて囲まれる三辺形パツチが残ることを避け得な
い。 ところが従来は三辺形パツチを四辺形パツチに滑らか
に接続する方法が提案されておらず、実際上このような
曲面上に滑らかな曲面を生成させることは極めて困難で
あると考えられていた。 このような場合には、第2図に示すように、四辺形パ
ツチの間にある三辺形パツチ(すなわち節点 によつて囲まれている三辺形パツチ)の中心点 から新たに3本の枠組み曲面CN1、CN2、CN3を3辺を横
断するように引き出し、この枠組み曲線CN1、CN2、CN3
によつて、三辺形パツチと、これに連接する四辺形パツ
チとを改めて四辺形パツチに分割し直すような修正枠組
み処理をすることによつて全てのパツチを四辺形パツチ
に統一し、その後パツチ相互間を接続する処理を実行す
るような手法が考えられる。 しかしこのようにすると、実際上コンピユータに、三
辺形パツチを四辺形パツチに修正するための枠組み処理
プログラムを別途用意しなければならず、この分コンピ
ユータの演算処理が膨大になることを避け得ない。 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、指定さ
れた節点の配列が規則性を乱されることにより、物体の
大まかな形状を特定する枠組み処理の結果得られた四辺
形枠組み空間の間に三辺形枠組み空間が残つた場合(又
は逆の場合)のような境界曲線網が与えられたときに
も、三辺形枠組み空間(又は四辺形枠組み空間)を修正
処理せずに直接滑らかに三辺形細部表面形状(又は四辺
形細部表面形状)を接続することができるようにした物
体の表面形状データ作成方法を提案しようとするもので
ある。 E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、CAD
装置を用いて、枠組み処理によつて境界曲線で囲まれか
つ物体の大まかな形状を表す多数の枠組み空間を形成
し、各枠組み空間において、当該各枠組み空間内の位置
を所定間隔で順次指定されるパラメータu,vによつて順
次指定してベクトル関数を演算することにより各枠組み
空間内の各位置における位置ベクトルデータを求め、こ
れにより物体の細部表面形状を表す細部表面形状データ
を作成する物体の表面形状データ作成方法において、1
つの境界曲線を共有境界COMとして隣接する三辺形枠組
み空間及び四辺形枠組み空間について、接平面連続の条
件を満足する制御辺ベクトルデータによつて表される内
部制御点を三辺形枠組み空間及び四辺形枠組み空間にそ
れぞれ設定することにより共有境界COMにおいて互いに
接続された三辺形パツチ でなる三辺形細部表面形状及び四辺形パツチ でなる四辺形細部表面形状を形成する細部表面形状デー
タを生成し、制御辺ベクトルデータは、共有境界COMに
沿う方向に向う制御辺ベクトルデータと、共有境界COM
を横断するように三辺形枠組み空間に向う3つの制御辺
ベクトルデータと、共有境界COMを横断するように四辺
形枠組み空間に向う4つの制御辺ベクトルデータとを含
み、接平面連続の条件は、共有境界COMから当該共有境
界を横断してそれぞれ三辺形細部表面形状を表す三辺形
パツチ 及び四辺形細部表面形状を表す四辺形パツチ に向う第1及び第2の接線ベクトルと共有境界COMの方
向に向う第3の接線ベクトルとによつて形成される接平
面を同一にすることであり、隣接する三辺形細部素面形
状すなわち三辺形パツチ 及び四辺形細部表面形状すなわち四辺形パツチ を表示手段上に表示すると共に、共有境界COM上の点の
法線ベクトル、又は三辺形細部表面形状すなわち三辺形
パツチ 及び四辺形細部表面形状すなわち四辺形パツチ 内の等高線を表示することにより、共有境界COMにおけ
る接続状態の滑らかさを確認して内部制御点を修正でき
るようにした。 F作用 互いに隣接する三辺形枠組み空間及び四辺形枠組み空
間に対して、その共有境界COMについて接平面連続の条
件を満足するような内部制御点を三辺形枠組み空間及び
四辺形枠組み空間にそれぞれ設定することにより、三辺
形細部表面形状すなわち三辺形パツチ 及び四辺形細部表面形状すなわち四辺形パツチ を接平面連続の条件を満足するように直接接続し得、こ
れにより比較的小規模な演算量で三辺形枠組み空間及び
四辺形枠組み空間が混在する物体の細部の表面形状を適
正な滑らかさで容易に生成し得る。 G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。 第3図に示すように、互いに隣合う三辺形枠組み空間
及び四辺形枠組み空間(物体の大まかな形状を表す)に
物体の細部の表面形状を表す細部表面形状としてそれぞ
れ張られた曲面すなわち第1及び第2のパツチ は、共に保有している境界(これを共有境界と呼ぶ)を
介して以下に述べる手法で接平面連続の条件を満足する
ように接続される。 (G1)三辺形パツチの表現 この実施例の場合、三辺形枠組み空間の境界を表す境
界曲線、及びこの三辺形枠組み空間に張られるパツチ を次式 のように3次のベジエ式でなるベクトル関数を用いて表
現する。(1)式において は共有境界COMの一端を表す位置ベクトルでなり、他端
の位置ベクトル と、第1のパツチ の位置ベクトル と、第2のパツチ の位置ベクトル と共に、枠組み処理の際に指定される節点を構成する。 かくして第1のパツチ でなる三辺形パツチは、節点 の3つの境界曲線でなる3辺によつて囲まれていること
が分る。 これらの境界曲線のうち節点 間の共有境界COMは、2つの制御点 によつて規定された3次のベジエ式で表される。同様に
して節点 間の境界曲線、 間の境界曲線は、それぞれ2つの制御点 によつて規定される3次のベジエ式により表される。 また、(1)式において、E及びFは、u方向及びv
方向のシフト演算子で、パツチ の位置ベクトルで表される制御点 に対して次式 の関係をもつ。ここで u≧0 ……(4) v≧0 ……(5) u+v≦1 ……(6) である。 さらに(1)式において、u及びvは、u方向及びv
方向のパラメータで、第3図に示すように、パツチ に対してそれぞれ節点 から横方向にu軸をとり、かつ縦方向にv軸をとつた座
標(u、v)を用いてパツチ 内の自由曲面上の点を表すことができる。 このように定義した場合、共有境界COM上の各点にお
いて、第1のパツチ のu方向にとつた接線ベクトル は、(1)式をパラメータuについて1階偏微分するこ
とにより、 で表される。ここで は節点 から制御点 に向かう制御辺ベクトルを示し、シフト演算子Fと共に
第1のパツチ について、次式 によつて制御辺ベクトル を表すことができる。すなわち は共有境界COMの制御点 から第1のパツチ の制御点 へ向かう制御辺ベクトルを示し、また は同様にして共有境界COMの制御点 から制御点 へ向かう制御辺ベクトルを示す。 また共有境界COM上の点における第1のパツチ のv方向(すなわち共有境界COMに沿う方向)の接線ベ
クトル は、(1)式をパラメータvについて1階偏微分するこ
とにより次式 で表される。ここで は接点 から制御点 へ向かう制御偏ベクトルを示し、シフト演算子Fと共に
共有境界COMについて、次式 によつて制御辺ベクトル を表すことができる。 は制御点 から へ向かう制御辺ベクトルを示し、 は同様にして制御点 から節点 へ向かう制御辺ベクトルを示す。 (G2)四辺形パツチの表現 この実施例において、四辺形枠組み空間の境界を表す
境界曲線、及びこの四辺形枠組み空間に張られるパツチ
すなわち第2のパツチ のように3次のベジエ式でなるベクトル関数を用いて表
現する。(11)式において節点 は、第3図に示すように、共有境界COMの他端の位置ベ
クトル を、第2のパツチ の位置ベクトル と共に、枠組み処理時に指定される節点を構成する。 かくして第2のパツチ は、節点の4つの境界曲線によつて囲まれていることが分る。 この第2のパツチ において共有境界COMは、第1のパツチ について上述したように、2つの制御点 によつて規定される3次のベジエ式によつて表される。
これに対して、節点 間の境界曲線 間の境界曲線、 間の境界曲線は、それぞれ2つの制御点 によつて規定される3次のベジエ式によつて表される。 また(11)式において、u方向及びv方向のシフト演
算子E及びFは、パツチ 上の位置ベクトルで表される制御点 に対して次式 の関係をもつ。ここでパラメータu及びvは u,v∈〔0,1〕 ……(14) で表されるように、0〜1の値をとる。このように定義
することにより、共有境界COM上の点における第2のパ
ツチ のu方向(すなわち共有境界COMを横断する方法)にと
つた接線ベクトル は(11)式をパラメータuについて1階偏微分すること
により、 で表される。ここで は、接点から第2のパツチ の制御点 に向かう制御辺ベクトルを示し、シフト演算子Fと共に
第2のパツチ について次式 によつて制御辺ベクトル を表すことができる。ここで は、共有境界COMの制御点 から第2のパツチ の制御点 へ向かう制御辺ベクトルを示し、 は節点 から制御点 へ向かう制御辺ベクトルを示す。 (G3)三辺形パツチ及び四辺形パツチ接続の原理 ところで、第3図に示すような枠組み処理によつて形
成された隣合う2つの枠組み空間に、当該枠組み空間を
囲む制御点を用いてそれぞれ三辺形パツチ 及び四辺形パツチ を張つた場合、共有境界COMにおける曲面は一般に滑ら
かにはならない。そこで、共有境界COMを有する2つの
パツチ を共有境界COMについて滑らかに接続するように、各パ
ツチ の内部の制御点 を設定し直すことにより、パツチに張るべき自由曲面の
補間演算し直す。かくすることにより、境界曲線網によ
つて枠組みされた曲面全体に亘つて、全てのパツチを滑
らかに接続して行くことができることにより、多くの物
体の外形形状を不自然にならないように表現できる。 この共有境界COMにおける滑らかな接続は、接平面連
続の条件を満足するような制御辺ベクトル を求めることにより実現される。 共有境界COM上の全ての点において接平面連続の条件
が成り立つためには、第1のパツチ についてそのu方向の接線ベクトル ((7)式によつて表される)と、v方向の接線ベクト
((9)式によつて表される)と、第2のパツチ のv方向の接線ベクトル ((15)式によつて表される)とが同一平面上にあるこ
とが必要であり、これを実現するためには次式の条件を満足させるようにパラメータを設定し直せば良
い。 (17)式において、μ(v)、ν(v)はスカラ関数
で、 μ(v)=κ(1−v)+κv ……(18) ν(v)=η(1−v)+ηv ……(19) に選定される。 そこで(18)式、(19)式を(17)式に代入すると共
に、(8)式、(10)式、(15)式を(17)式に代入
し、その結果(17)式が成り立つように未知数κ、κ
及びη、ηを選定すれば、接平面連続の条件を満
足しながら、2つのパツチ を接続することができることになる。 実際上(7)式、(9)式、(15)式と、(18)式、
(19)式とは、(1−v)及びvで表される項をもつて
おり、(17)式の左辺及び右辺は、(1-v)3、v(1-v)2
v2(1−v)、v3の項の和の形に展開整理できる。従つ
て展開式の各項ごとに係数部が互いに等しいという条件
を立てれば、 で表される連立方程式が得られ、かくして4つの未知数
κ、κ及びη、ηを解くことができる。 ここで接平面とは、共有境界COMの点におけるu方向
及びv方向の接線ベクトルによつて形成される平面を称
し、従つて共有境界COMの全ての点においてパツチ の接平面が同一のとき、接平面連続の条件が成り立つ。 すなわち、共有境界COM上の任意の点 (v=0〜1)における接平面連続の条件は、第4図に
示すように決めることができる。すなわち第1のパツチ について、共有境界COMを横断する方向(すなわちu方
向)の接線ベクトル ((7)式で表される)、及び共有境界COMに沿う方向
(すなわちv方向)の接線ベクトル ((9)式で表される)の法線ベクトル は、 で表される。また第2のパツチ について、共有境界COMを横断する方向(すなわちu方
向)の接線ベクトル ((15)式によつて表される)、及び共有境界COMに沿
う方向の接線ベクトル((9)式で表される)の法線ベクトル は、 で表される。 このような条件の下に、接平面連続というためには、接
線ベクトル が同一平面に存在しなければならず、その結果法線ベク
トル は同一方向に向くことになる。 このようにして接平面連続の条件を成り立たせるため
には、(20)式〜(23)式において、先ず制御辺ベクト
を決定し、これにより(21)式及び(22)式から制御辺
ベクトル を決定すれば良い。因に制御辺ベクトル は、共有境界COMが、デザイナによつて指定された節点 に基づいて制御点 が枠組み処理の際に指定されており、これらの制御辺ベ
クトルに基づいて制御点 を示す制御辺ベクトル と、制御点 を示す制御辺ベクトル を接平面連続の条件の下に決めることができる。 制御辺ベクトル の選定方法としては、例えば、共有境界COMにおいてv
の変化に伴う横断方向の接線ベクトル の変化率が一定であることを条件として設定し得る。こ
のようにすれば、制御辺ベクトル のように、既知の制御辺ベクトル に基づいて決めることができる。 その結果(20)式〜(23)式において未知数はκ
κ及びη、ηだけになるので、この連立方程式を
解くことによつて未知数κ、κ及びη、ηを求
めることができ、かくして接平面連続の条件のもとに三
辺形パツチ を、四辺形パツチ に共有境界COMを介して滑らかに接続することができ
る。 (G4)三辺形パツチに対する四辺形パツチの2次元的接
続 第3図について上述した手法によつて、隣接する2つ
の三辺形パツチ及び四辺形パツチを接平面連続の条件を
満足するように接続することができるが、この手法を用
いて第5図に示すように、デザイナが指定した節点に基
づいて形成された三辺形枠組み空間に対して任意の方向
に拡がつて行くように(すなわち2次元的に拡がつて行
くように)隣接する四辺形枠組み空間に、それぞれパツ
チを張ることを考える。 このような接続をするには、三辺形枠組み空間に張ら
れた三辺形パツチを3つの辺を介してそれぞれ隣接する
四辺形枠組み空間に張られた四辺形パツチと、同時に接
平面連続の条件を満足させながら四辺形パツチを接続し
て行く必要がある。このような接続方法を2次元的な接
続方法と呼ぶ。 第5図の実施例においては、1つの三辺形パツチを構成する3つの辺について、それぞれ隣接する四辺形
パツチ、すなわち に対してそれぞれ第3図について上述した手法によつて
接平面連続の条件を満足するような3枚のサブパツチを
生成し、この3枚のサブパツチを互いに重ね合わせるよ
うなベクトル関数表現を用いることによつて1つのパツ
チに合成する。このようにして3枚のサブパツチを重ね
合わせることによつて、3つの辺にそれぞれ隣接する3
つの四辺形パツチ に同時に接平面連続の条件を満足するように2次元的に
接続し得る自由曲面を三辺形パツチ として作成することができる。 第5図において、先ず、3つの辺を構成する境界曲線
でなる共有境界COM1、COM2、COM3を介して3つのパツチ に隣接する三辺形パツチ において共有境界COM1及びCOM2が交わる節点を基準とし
て共有境界COM1及びCOM2に沿う方向にパラメータv及び
uの座標軸を割り当てる。これと一致するように共有境
界COM1及びCOM2を介して隣接する四辺形パツチ のv及びuの座標軸を選定する。 共有境界COM1は、パツチ について、パラメータuをu=0に設定した時の位置ベ
クトル(すなわち境界曲線)を表す。また共有境界COM2
は、パツチ についてパラメータvをv=0に設定した時の位置ベク
トル(すなわち境界曲線)を表す。さらに共有境界COM3
は、パツチ について、パラメータu及びvをu+v=1に設定した
時の位置ベクトル(すなわち境界曲線)を表す。 このような座標系を設定したとき、中央の三辺形枠組
み空間に張る三辺形パツチ を細部表面形状として次式 によつて表されるベクトル関数によつて定義する。 この(27)式において、第1項 は、四辺形パツチ を共有境界COM1を介して三辺形パツチ に接平面連続の条件を満足するように設定された第1の
サブパツチすなわち第1の副細部表面形状を表す。また
(27)式の第2項 は、四辺形パツチ を共有境界COM2を介して三辺形パツチ に接平面連続の条件を満足するように設定された第2の
サブパツチすなわち第2の副細部表面形状を表す。さら
に(27)式の第3項 は四辺形パツチを共有境界COM3を介して三辺形パツチ に接平面連続の条件を満足するように設定された第3の
サブパツチすなわち第3の副細部表面形状を表す。 かくして(27)式は、三辺形パツチ が、3つの辺を形成する共有境界COM1、COM2、COM3を介
して接続すべき3つの四辺形パツチ との関係において、それぞれ接平面連続の条件を満足す
るような3枚のサブパツチを互いに重ね合わせるような
ベクトル関数によつて表現された1枚のパツチを示して
いる。 (27)式において、α(u、v)、β(u、v)、γ
(u、v)は、それぞれパラメータu及びvを変数とし
て表されるスカラ量で、 によつて定義する。 (27)式に(28)式〜(30)式を代入すれば明らかな
ように、(27)式で表される三辺形パツチ は、v=0、u=0、1−u−v=0の位置(すなわ
ち、第1、第2、第3の共有境界COM1、COM2、COM3上の
位置)においてそれぞれサブパツチ と等しくなることにより、それぞれ第1、第2、第3の
共有境界COM1、COM2、COM3の位置において三辺形パツチ が四辺形パツチ に接平面連続の条件の下に接続されていることが分る。
かくして三辺形パツチの3つの辺に、これらの四辺形パ
ツチをそれぞれサブパツチを介して同時に接平面連続の
条件が成り立つように三辺形パツチに接続することがで
きる。 (G5)四辺形パツチに対する三辺形パツチの2次元的接
続 第3図について上述した手法において、四辺形パツチ の4つの辺に対してそれぞれ三辺形パツチを接続する必
要がある場合を考える。 例えば、第6図に示すように、中央部にある四辺形パ
ツチ に対して、4つの共有境界COM1、COM2、COM3、COM4を介
して三辺形パツチを接続する場合には、各共有境界COM1、COM2、COM3、CO
M4について上述の(20)式〜(23)式によつて求めるこ
とができる制御辺ベクトル によつて四辺形パツチの内部に2つずつ決めることがで
きる制御点 を四辺形パツチ 内に設定することができる。 かくして4つの辺について求めた8つの制御点を含ん
でなる四辺形パツチ を次式 によつて表されるベクトル関数によつて定義する。 ここでδ(u、v)及びε(u、v)は、それぞれパ
ラメータu及びvを変数として表されるスカラ関数で、 によつて定義する。 (32)式から明らかなように、(31)式の第1項 は、v=0、又はv=1(すなわちv方向を横断する共
有境界COM1及びCOM4を表す)について接平面連続の条件
を満足してv方向に隣接するパツチと接続し得る第1の
サブパツチを表す。 これに対して(33)式から明らかなように、(31)式
の第2項 は、パラメータuがu=0、又はu=1(すなわちu方
向を横断する共有境界COM1及びCOM4を表す)について接
平面連続の条件を満足してu方向に隣接するパツチと接
続し得る第2のサブパツチを表す。 かくして(31)式によつて表される四辺形パツチ は、第2のサブパツチ によつて、共有境界COM1及びCOM4を介して隣接する三辺
形パツチ に対して、(20)式〜(23)式について上述した手法に
よつて接平面連続の条件を満足するように接続される。 これと同時に(31)式によつて表される四辺形パツチ は、第1項のサブパツチ によつて、共有境界COM2及びCOM3を介して隣接する三辺
形パツチ を(20)式〜(23)式について上述した手法によつて接
平面連続の条件を満足するように接続される。 このようにして、第6図の中央部にある四辺形パツチ に対して、4つの供給境界COM1〜COM4にそれぞれ隣接す
る三辺形パツチ を滑らかに接続することができる。 なお上述においては第5図及び第6図において、中央
部にある三辺形パツチ 及び四辺形パツチ に対してそれぞれ四辺形パツチ及び三辺形パツチを接続
する際の接続処理方法を説明したが、その周辺にある四
辺形パツチ相互間の接続は、(31)式〜(33)式につい
て上述した手法を用いて接続することができる。 すなわち第5図において三辺形パツチ に接続されている3つの四辺形パツチ に対して、その周辺部にある四辺形パツチ を全て、(31)式で示すように、u方向及びv方向に関
する2つのサブパツチを用いて表現し、各サブパツチに
ついてu方向及びv方向に隣接するパツチを接平面連続
の条件を満足させながら接続して行くようにすれば良
い。 これに対して第6図に示すように、中央の四辺形パツ
に接続された4つの三辺形パツチ に、その周辺にある四辺形パツチ を接続する場合には、第5図について上述したように、
三辺形パツチを中心とした接続方法をそのまま用いれば
良い。 (G6)パツチ接続処理手順 第5図及び第6図について上述した三辺形パツチ及び
四辺形パツチの2次元的な接続は、これをCAD装置を用
いた物体の表面形状データ作成装置によつて第7図に示
す処理手順を実行することにより実現し得る。第7図に
おいて、ステツプSP1において接続処理手順が開始され
ると、コンピユータはステツプSP2においてパツチデー
タを読み込む。このパツチデータは例えばデザイナが自
由曲面をデザインする際に、別途3次元空間に位置ベク
トルを指定して行き、これを境界曲線網に枠組みするこ
とにより得られる。その枠組み処理に異常がなければ、
境界曲線によつて囲まれている隣合うパツチは共有境界
COMをもつており、従つて以下に述べる接続処理によつ
てこの共有境界COMにおいて各パツチを接平面連続の条
件の下に滑らかに接続することができる。 コンピユータはステツプSP2においてパツチデータを
読み込んだ時、3次のベジエ式で表される曲面を対応す
る境界曲線上に張る際に必要とされる所定数の制御点
(三辺形パツチについては3個、四辺形パツチについて
は8個)を設定して各枠組み空間の頂点にある節点と共
にパツチ内の補間演算を実行する。 この補間演算は、三辺形枠組み空間については(27)
式〜(30)式で表されるサブパツチを設定し、四辺形枠
組み空間には(31)式〜(33)式で表されるサブパツチ
を設定することを意味する。 コンピユータは、次のステツプSP3において、接続す
べき中央部の三辺形パツチ (第5図の場合)、又は四辺形パツチ (第6図の場合)と、その周辺の四辺形パツチ (第5図)、又は三辺形パツチ(第6図)を指定した後、ステツプSP4に移る。 このステツプSP4においては、接続しようとする三辺
形パツチ及び四辺形パツチ間の共有境界COM(第3図)
について、共有境界COMの両端にある節点 において、制御辺ベクトルが同一平面上にあるかどうか
を調べる。すなわち節点 において制御辺ベクトル が同一平面になければ接平面連続の条件が成り立たない
ことになる。同時に節点 において制御辺ベクトルが同一平面上になければ、接平
面連続の条件が成り立たないことになる。 そこでコンピユータはステツプSP4において肯定結果
が得られたときには、次のステツプSP5に進む。これに
対して否定結果が得られたときは、ステツプSP6におい
て同一平面にない制御辺ベクトルを回転させることによ
つて同一平面上に修正した後、次のステツプSP5に進
む。 このステツプSP5は、三辺形パツチ (第5図)の3枚のサブパツチの作成順序を指定し、又
は四辺形パツチ (第6図)の2枚のサブパツチの作成順序を指定する。
かくして三辺形パツチ 又は四辺形パツチ をその周辺の四辺形パツチ又は三辺形パツチに対して所
定の順序で接平面連続の条件を求めて行くことができ
る。 続いてコンピユータは、ステツプSP7に移つて当該所
定順序で三辺形パツチ 又は四辺形パツチ の内部に設定すべき制御点を求める。かくして第5図の
三辺形パツチ についてその3辺を共有境界として隣接する4つの四辺
形パツチを滑らかに接続する3つのサブパツチで表され
る1つの三辺形パツチを作成することができる。また第
6図の四辺形パツチ についてその4つの辺を共有境界として隣接する4つの
三辺形パツチにu方向及びv方向に滑らかに接続する2
つのサブパツチでなる1つの四辺形パツチを作成するこ
とができる。 その後、コンピユータは、次のステツプSP8に移つて
全てのパツチを接続したか否かの判断をし、否定結果が
得られたとき上述のステツプSP3に戻つて新たに接続す
べき三辺形パツチ、又は四辺形パツチを指定することに
よつて、上述のサブパツチの作成処理を繰り返し実行す
る。 やがて全てのパツチの接続が終了して、上述のステツ
プSP8において肯定結果が得られると、コンピユータは
ステツプSP9に移つて表示装置を用いて各パツチを囲む
境界曲線の各点における法線ベクトル及びパツチ内の等
高線を表示することにより、パツチの接続が滑らかであ
るか否かをオペレータが目視確認できるように表示す
る。 この表示を見てオペレータは次のステツプSP10におい
て、共有境界上の法線ベクトルが隣接する三辺形パツチ
及び四辺形パツチについて互いに一致しているか否かを
確認でき、一致していない場合にはステツプSP11におい
てその原因を調べ、必要に応じて数値的な修正を行う。
かくして一連のパツチ接続処理手順をステツプSP12にお
いて終了する。 (G7)実施例の効果 上述の実施例によれば、オペレータが指定した節点に
よつて枠組み処理をした際に、第5図に示すように三辺
形枠組み空間の3つの辺にそれぞれ四辺形枠組み空間が
隣接し、又は第6図に示すように四辺形枠組み空間の4
つの辺に三辺形枠組み空間が隣接するような立体曲面が
指定されたとき、三辺形パツチ、又は四辺形パツチを直
接接平面連続の条件の下に隣接する四辺形パツチ、又は
三辺形パツチに接続することができる。かくするにつき
第2図について上述したように、全ての枠組み空間を四
辺形に枠組みし直すような処理を必要としないので、比
較的少ないコンピユータの演算量で滑らかに接続された
自由曲面を容易に得ることができる。 (G8)他の実施例 (1)上述の実施例においては、本発明による自由曲面
作成方法を、デザイナが物品の形状をデザインする際に
用いる手段として適用した場合の実施例を述べたが、本
発明はこれに限らず種々の形状作成手段に適用し得る。 例えば第8図に示すように、例えば人手によつて粘土
等の材料を用いて制作された原模型に基づいて、工作機
械を用いて製品模型を工作する製品模型工作装置に適用
した場合には、先ずステツプSP21において人手によつて
作成された原模型を3次元測定器に装着して3次元デー
タを作る。 このデータは次のステツプSP22において上述の自由曲
面作成方法を実施する曲面作成装置において曲面を生成
する。かくしてステツプSP22において隣接するパツチを
滑らかに接続してなる自由曲面を表す自由曲面データが
得られる。 続いて次のステツプSP23において自由曲面データを工
作機械の工具経路を示すアルゴリズムに変換した後、ス
テツプSP24において当該アルゴリズムに従つて例えばNC
工作機械をスイツチ制御することにより、製品模型を工
作する。 第8図のように構成すれば、人手によつて創作された
原模型に基づいて自動的に製品模型を工作することがで
きる。従つて人が創作する原模型をつくるための材料と
しては、人手によつて加工し易い材料のものを選定し
得、これにより任意の材質の製品模型を自由に作ること
ができる。 (2)また上述の実施例においては、枠組み空間に3次
のベジエ式で表されるパツチを張る場合について述べた
が、数式の実数はこれに限らず4次以上にしても良い。 (3)さらに上述の実施例においては、ベジエ式によつ
て表されるパツチを張るようにした場合について述べた
が、これに限らず、スプライン式、クーンズ(Coons)
式、フオーガソン(Furgason)式などの他のベクトル関
数を用いるようにしても良い。 H発明の効果 以上のように本発明によれば、物体の大まかな形状を
特定する枠組み処理によつて2次元的に任意の方向に拡
がる境界曲線網に物体の細部の表面形状を表す自由曲面
を張るにつき、三辺形枠組み空間と、四辺形枠組み空間
とが隣接したような場合に、これら隣合う枠組み空間
に、接平面連続の条件を満足するような三辺形細部表面
形状及び四辺形細部表面形状を直接接続する。かくして
比較的簡易な演算量によつて容易に適正な滑らかさをも
つ物体の細部表面形状データを作成することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION   The present invention will be described in the following order. A Industrial application fields Summary of invention B C Conventional technology Problems to be solved by the invention D (Figs. 1 and 2) Means for solving problem E (Fig. 3) F action (Fig. 3) G Example (G1) Representation of a triangular patch (Fig. 3) (G2) Representation of a quadrilateral patch (Fig. 3) (G3) Principle of triangular patch and quadrilateral patch connection (fourth
(Fig.) (G4) Two-dimensional connection of a quadrilateral patch to a triangular patch
Continued (Fig. 5) (G5) Two-dimensional connection of a triangular patch to a quadrilateral patch
Continued (Fig. 6) (G6) Patch connection processing procedure (Fig. 7) (G7) Effect of the embodiment (G8) Another embodiment (FIG. 8) Effect of H invention A Industrial application fields   The present invention relates to a method for creating surface shape data of an object, for example,
For example, CAD (computer aided design) or CAM (computer ai
ded manufacturing)
It is suitable for application when forming the shape of an object.
You. Summary of invention B   The present invention provides a framework processing for specifying a rough shape of an object.
Forms many framework spaces surrounded by boundary curves
And the object represented by a predetermined vector function in this framework space
Three sides adjacent to each other when forming the detailed surface shape of the body
About the shared boundary of the shape framework space and the quadrilateral framework space
And the triangular detail surface shape and
And smooth connection of quadrilateral detail surface shapes.
The object with an appropriately smooth surface shape
Can be shaped. C Conventional technology   For example, the shape of an object with a free-form surface using CAD techniques
When designing a shape (giometric modeling), generally
The designer has to create multiple
Specify a point (this is called a node), and
Using a predetermined function of the boundary curve network connecting the nodes of
Data, so-called wire
Create a surface represented by frames. Thus the boundary curve
Can form a framework space surrounded by
(Such processing is hereinafter referred to as framework processing).   The boundary curve network formed by such framework processing is
A rough sketch of the object that the designer itself is trying to design
Shape using a boundary curve that includes each framework space.
Surface shape that can be expressed by a predetermined vector function
If it is possible to interpolate a curved surface,
Freeform surface (quadratic function) designed by Zaina for the object
Which cannot be specified in the above).
Here, the curved surface set in each framework space constitutes the entire curved surface
This constitutes a basic element, which is called a patch.   Conventionally, in this type of CAD system, a boundary curve network
As a vector function to express, for example, veg
It consists of a Bezier formula and a B-spline formula.
A cubic tensor product is used.
Ideal for expressing free-form surfaces that have no sign
It is believed that.   In other words, a free-form surface with no special features in shape
Is the projection of a given point in space onto the xy plane.
Make sure that the projected points are regularly arranged in a matrix.
When the number of projection points is represented by m × n,
A quadrilateral patch expressed by the cubic Bezier equation
It is known that it can be easily stretched by using. Problems to be solved by invention D   However, this conventional mathematical expression is used for songs that are characteristic in shape.
Apply to a surface (eg, a curved surface with a greatly distorted shape)
In some cases, there are difficulties in connecting
Computational operations must be performed.
Data processing is complicated and huge.
Was.   Especially when a curved surface with an extremely distorted shape was framed
In this case, the regularity of the specified point array may be disturbed.
Thus, as shown in FIG.
When only a framework that leaves a rectangular patch can be created
Can occur.   In the case of Fig. 1, the nodes specified by the designer For processing the surface given by
A quadrilateral which can be easily connected between patches
Adjacent nodes are sequentially framed to form a patch.
This is a framework processing based on the concept of
However, the nodes specified by the designer are
Is determined based on the requirements of
Between the nodesCan not avoid leaving a triangular patch surrounded by
No.   However, in the past, a triangular patch was smoothed into a quadrilateral patch.
No way to connect to it has been proposed, and in practice
It is extremely difficult to generate a smooth surface on a surface.
Was thought to be.   In such a case, as shown in FIG.
A triangular patch (ie, a node Center point of a triangular patch) surrounded by 3 new framework surfaces CN1, CNTwo, CNThreeThree sides
Pull out this framework curve CN1, CNTwo, CNThree
, A triangle patch and a quadrilateral patch connected to it
Modification framework that re-divides into a quadrilateral patch again
Process all patches by quadrangle patch
And then execute the process of connecting patches.
Such a method can be considered.   But in this way, in effect, the computer
Framework processing to modify a quadrilateral patch into a quadrilateral patch
A separate program must be prepared, and
It is unavoidable that the computational processing of the user becomes enormous.   The present invention has been made in consideration of the above points, and
The disorder of the array of nodes
Four sides obtained as a result of framework processing for specifying a rough shape
If a triangular framework space remains between the
When the boundary curve network is given as
Also modified the triangular framework space (or quadrilateral framework space)
Triangular detail surface shape (or four sides) directly and smoothly without processing
Objects that can be connected to each other
It is intended to propose a method for creating body surface shape data.
is there. Means for solving problem E   In order to solve such a problem, in the present invention, CAD
Using the device, make sure that the boundary curve is
Form multiple framework spaces that represent the approximate shape of a single object
In each framework space, the position within each framework space
In the order specified by the parameters u and v that are specified sequentially at predetermined intervals.
By calculating the vector function by specifying the following, each framework
Find the position vector data at each position in the space,
Detail surface shape data representing the detailed surface shape of the object
In the method for creating surface shape data of an object for creating
Triangular framework with two boundary curves as common boundary COM
Tangent plane continuity
Of control edge vector data that satisfies
Control points in the triangle and quadrilateral framework spaces.
By setting each, each other at the shared border COM
Connected triangular patches Triangular detail surface shape and quadrilateral patch consisting of Surface shape data to form a quadrilateral detail surface shape consisting of
And the control edge vector data is transferred to the shared border COM.
Control edge vector data in the direction along the line and shared boundary COM
Control edges in a triangular framework space to traverse
Four sides so as to cross the vector data and the shared border COM
Including the four control edge vector data
Only, the condition of continuation of the tangent plane
A triangle that represents each triangle detail surface shape across the world
Patch And a quadrilateral patch representing the detailed surface shape of the quadrilateral Of first and second tangent vectors towards COM and shared boundary COM
Tangent formed by the third tangent vector pointing in the direction
To make the faces the same, adjacent triangular details
Shape or triangular patch And quadrilateral detail surface shape, ie quadrilateral patch Is displayed on the display means, and the point
Normal vector or triangle detail surface shape or triangle
Patch And quadrilateral detail surface shape, ie quadrilateral patch Displaying contour lines inside
Check the smoothness of the connection state and correct internal control points.
It was to so. F action   Triangular and quadrilateral frames adjacent to each other
Between the tangent plane continuity of its shared boundary COM
The internal control points that satisfy the condition are
By setting each in the quadrilateral framework space, three sides
Surface detail, ie triangular patch And quadrilateral detail surface shape, ie quadrilateral patch Can be directly connected to satisfy the condition of tangent plane continuity.
As a result, the triangular framework space and
Adapts the surface shape of the details of objects with mixed quadrilateral framework space.
Can be easily generated with positive smoothness. G Example   An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.   As shown in Fig. 3, adjacent triangular framework spaces
And the quadrilateral framework space (representing the rough shape of the object)
Each as a detailed surface shape that represents the surface shape of the details of the object
Tensioned surfaces, first and second patches Defines the boundaries they hold together (this is called the shared boundary)
Satisfies the condition of tangent plane continuity by the method described below
Connected. (G1) Representation of a triangular patch   In the case of this embodiment, a boundary representing the boundary of the triangular framework space.
Boundary curve and patch attached to this triangular framework space Is Is expressed using a vector function consisting of a cubic Bezier equation, such as
Manifest. In equation (1) Is a position vector representing one end of the common boundary COM, and the other end
Position vector And the first patch Position vector And the second patch Position vector Together with a node specified at the time of framework processing.   Thus the first patch The triangular patch consists of nodes Is surrounded by three sides consisting of the three boundary curves
I understand.   Nodes of these boundary curves The shared boundary COM between the two control points Is represented by a third-order Bezier equation defined by Likewise
Then a node Boundary curve between, The boundary curves between each two control points Is represented by a third-order Bezier equation defined by   In the equation (1), E and F are in the u direction and v
Direction shift operator, patch Control point represented by the position vector For With the relationship here u ≧ 0 (4) v ≧ 0 (5) u + v ≦ 1 (6) It is.   Further, in the expression (1), u and v are in the u direction and v
The direction parameter, as shown in FIG. For each node Seat with the u axis in the horizontal direction and the v axis in the vertical direction
Patch using markers (u, v) Can be represented on the free-form surface.   With this definition, each point on the shared border COM
And the first patch Tangent vector taken in the u direction of Is the first-order partial differentiation of the equation (1) with respect to the parameter u.
And by It is represented by here Is a node From control point And the control edge vector toward
The first patch For the following equation By the control edge vector Can be represented. Ie Is the control point of the shared boundary COM The first patch from Control point Indicates the control edge vector going to Is the control point of the shared boundary COM From control point This shows the control edge vector going to.   Also, the first patch at a point on the shared border COM Tangent line in the v direction (ie, the direction along the shared boundary COM)
Khutor Is the first order partial differentiation of equation (1) with respect to parameter v.
And It is represented by here Is a contact From control point The control bias vector towards
For shared boundary COM, By the control edge vector Can be represented. Is the control point From Indicates the control edge vector going to Is the control point Node from This shows the control edge vector going to. (G2) Expression of quadrilateral patch   In this embodiment, the boundary of the quadrilateral framework space is represented.
Boundary curve and patch attached to this quadrilateral framework space
That is, the second patch formula Is expressed using a vector function consisting of a cubic Bezier equation, such as
Manifest. Node in equation (11) Is located at the other end of the shared boundary COM, as shown in FIG.
Khutor To the second patch Position vector Together with a node specified at the time of framework processing.   Thus the second patch Is a nodeIt can be seen that it is surrounded by the four boundary curves.   This second patch In the shared border COM, the first patch As described above for the two control points Is represented by a third-order Bezier equation defined by
In contrast, the node Boundary curve between Boundary curve between, The boundary curves between each two control points Is represented by a third-order Bezier equation defined by   Also, in equation (11), the shift performance in the u and v directions
Arithmetic elements E and F are patches Control point represented by the above position vector For With the relationship Where the parameters u and v are u, v∈ [0,1] …… (14) Takes a value from 0 to 1 as represented by Defined like this
The second path at a point on the shared border COM.
Tsuchi In the u-direction (ie how to traverse the shared border COM)
Ivy tangent vector Is to perform first-order partial differentiation of equation (11) with respect to parameter u.
By It is represented by here Is the contactFrom the second patch Control point And the control edge vector toward
The second patch About By the control edge vector Can be represented. here Is the control point of the shared boundary COM From the second patch Control point Indicates the control edge vector going to Is a node From control point This shows the control edge vector going to. (G3) Principle of connecting triangular patches and quadrilateral patches   By the way, the framework processing as shown in FIG.
In the two adjacent framework spaces that have been created,
Each triangular patch using the surrounding control points And quadrilateral patch , The surface at the shared boundary COM is generally smooth
It doesn't matter. Therefore, two
Patch Each connection so that the connection
Tsuchi Control points inside By re-setting, the free-form surface
Recalculate the interpolation. By doing so, the boundary curve network
All patches over the entire curved surface
By being able to connect easily, many things
The external shape of the body can be expressed without becoming unnatural.   The smooth connection at this shared boundary COM is
Control edge vector that satisfies the condition of continuation Is realized by seeking   Condition of tangent plane continuity at all points on shared boundary COM
Must be satisfied by the first patch. Tangent vector in the u direction for (Represented by equation (7)) and the tangent vector in the v direction
Le (Represented by equation (9)) and the second patch Tangent vector in the v direction (Represented by equation (15)) are on the same plane.
Is required, and to achieve this,It is good to reset the parameters to satisfy the condition of
No.   In equation (17), μ (v) and ν (v) are scalar functions
so, μ (v) = κ1(1-v) + κ2v …… (18) ν (v) = η1(1-v) + η2v …… (19) Is selected.   Therefore, substituting equations (18) and (19) into equation (17) gives
And substitute (8), (10), and (15) into (17)
And as a result the unknown κ1, Κ
2And η1, Η2Satisfies the condition of tangent plane continuity
Two patches while adding Can be connected.   In practice, equations (7), (9), (15), and (18),
The expression (19) has terms expressed by (1-v) and v.
And the left and right sides of equation (17) are (1-v)Three, V (1-v)Two,
vTwo(1-v), vThreeCan be expanded and arranged in the form of a sum of terms. Follow
Condition that the coefficient parts are equal to each other for each term of the expansion equation
If you set Is obtained, and thus the four unknowns
κ1, Κ2And η1, Η2Can be solved.   Here, the tangent plane is the u direction at the point of the common boundary COM
And the plane formed by the tangent vectors in the v direction
Therefore, patching at all points of the shared border COM Are the same, the condition of continuation of the tangent plane holds.   That is, any point on the shared border COM The condition for continuation of the tangent plane in (v = 0 to 1) is shown in FIG.
Can be determined as shown. That is, the first patch For the direction across the shared boundary COM (ie, u direction
Tangent vector (Represented by equation (7)), and the direction along the common boundary COM
Tangent vector (ie, v-direction) Normal vector (represented by equation (9)) Is It is represented by Also the second patch For the direction across the shared boundary COM (ie, u direction
Tangent vector (Represented by equation (15)), and
Tangent vectorNormal vector (represented by equation (9)) Is It is represented by Under these conditions, in order for a tangent plane to be continuous,
Line vector Must lie on the same plane, so that the normal vector
Torr Will face in the same direction.   In order to satisfy the condition of continuation of the tangent plane in this way,
In equations (20) to (23), first, the control side vector
Le Is determined, whereby the control edge is obtained from the equations (21) and (22).
vector Should be determined. Control edge vector Means that the shared boundary COM is a node specified by the designer Control point based on Are specified at the time of framework processing.
Control points based on the vector Control edge vector indicating And the control point Control edge vector indicating Can be determined under the condition of continuation of a tangent plane.   Control edge vector As a selection method of, for example, v
Tangent vector in the transverse direction due to changes in Can be set on condition that the rate of change of is constant. This
Then the control edge vector Is A known control edge vector, such as Can be determined based on   As a result, in equations (20) to (23), the unknown is κ1,
κ2And η1, Η2So this simultaneous equation is
Unknown κ1, Κ2And η1, Η2Seeking
Under the condition of tangent plane continuity.
Side patch To the quadrilateral patch Can be connected smoothly via shared border COM
You. (G4) Two-dimensional connection of a quadrilateral patch to a triangular patch
Continued   By the method described above with reference to FIG.
The triangle patch and quadrilateral patch of
You can connect satisfactorily, but use this technique.
As shown in Fig. 5, based on the nodes specified by the designer,
Any direction with respect to the triangular framework space formed
(That is, two-dimensionally
Each adjacent quadrilateral frame space
Think about putting up.   To make such a connection, it is necessary to set
Triangular patches are adjacent to each other via three sides
Simultaneously connect with the quadrilateral patch set in the quadrilateral frame space.
Connect quadrangular patches while satisfying the condition of planar continuity.
I need to go. Such a connection method is used for two-dimensional connection.
It is called a continuation method.   In the embodiment of FIG. 5, one triangular patch is used.For each of the three sides that make up
Patch, ie In the manner described above with reference to FIG.
Three subpatches that satisfy the condition of tangent plane continuity
Generate and overlay these three sub-patches on top of each other
By using a vector function expression such as
And combine them. In this way, three subpatches are stacked
By combining, three adjacent to each of the three sides
Quadrilateral patches In two dimensions so that the condition of tangent plane continuity is satisfied at the same time
Connect a free-form surface with a triangular patch Can be created as   In FIG. 5, first, a boundary curve forming three sides
Three patches via the shared border COM1, COM2, COM3 Triangle patch adjacent to At the intersection of the shared boundaries COM1 and COM2
Parameter v in the direction along the shared boundaries COM1 and COM2
Assign the u coordinate axis. Shared boundaries to match this
Quadrilateral patches adjacent via COM1 and COM2 V and u coordinate axes are selected.   Shared border COM1 patch With respect to the position position when the parameter u is set to u = 0.
Represents a vector (ie, a boundary curve). Also shared border COM2
Is a patch Position vector when parameter v is set to v = 0
Torr (ie, boundary curve). Further sharing boundary COM3
Is a patch , Parameters u and v were set to u + v = 1
Represents the position vector of time (ie, the boundary curve).   When such a coordinate system is set, the central triangle frame
Triangle patch stretched over the space Is the following formula as the detail surface shape Is defined by a vector function represented by.   In this equation (27), the first term Is a quadrilateral patch Share a triangle patch through the border COM1 To the first tangent plane
Sub-patch or first sub-detail surface shape. Also
The second term of equation (27) Is a quadrilateral patch Share a triangle patch through the border COM2 The second set to satisfy the condition of the tangent plane continuation
Represents a sub-patch or second sub-detail surface shape. Further
The third term of equation (27) Is a quadrilateral patchShare a triangle patch via the border COM3 The third set to satisfy the condition of the tangent plane continuation
Represents a subpatch or third sub-detail surface shape.   Thus, equation (27) is a triangular patch. Through the shared borders COM1, COM2, COM3 forming three sides
Quadrilateral patches to connect Satisfies the condition of continuation of the tangent plane
Like three subpatches stacked on top of each other
Show one patch expressed by a vector function
I have.   In equation (27), α (u, v), β (u, v), γ
(U, v) are parameters u and v as variables, respectively.
Is a scalar quantity expressed as Is defined by   It is clear from substituting equations (28) to (30) into equation (27).
As shown, the triangular patch expressed by equation (27) Is the position of v = 0, u = 0, 1−uv = 0 (that is,
First, on the first, second, and third shared boundaries COM1, COM2, and COM3
Position) , The first, second, and third
Triangle patch at the location of the shared border COM1, COM2, COM3 Is a quadrilateral patch It can be seen that they are connected under the condition of continuation of the tangent plane.
Thus, on the three sides of the triangle patch, these quadrilateral patches
The switches are simultaneously connected to the tangent plane via the sub-patches.
It can be connected to a triangular patch so that the condition holds.
Wear. (G5) Two-dimensional connection of a triangular patch to a quadrilateral patch
Continued   In the method described above with reference to FIG. A triangle patch must be connected to each of the four sides
Consider when it is necessary.   For example, as shown in FIG.
Tsuchi Via four shared boundaries COM1, COM2, COM3, and COM4
Then a triangular patchAre connected, each shared boundary COM1, COM2, COM3, CO
M4 is calculated using the above equations (20) to (23).
Control edge vector Can determine two inside the quadrilateral patch
Control point A quadrilateral patch Can be set within.   Thus including the eight control points found for the four sides
Quadrilateral patch consisting of Is Is defined by a vector function represented by.   Where δ (u, v) and ε (u, v) are
A scalar function represented by parameters u and v as variables, Is defined by   As is clear from equation (32), the first term in equation (31) Is v = 0, or v = 1 (that is,
Tangent plane continuity condition for the bordered COM1 and COM4)
That can be connected to a patch adjacent in the v direction by satisfying
Indicates a subpatch.   On the other hand, as is clear from equation (33), equation (31)
Second term of Is that if the parameter u is u = 0 or u = 1 (that is,
(Representing COM1 and COM4)
Satisfies the condition of plane continuity and contacts with adjacent patches in u direction
Represents a second subpatch that can be followed.   Thus the quadrilateral patch represented by equation (31) Is the second subpatch The three sides adjacent via the shared border COM1 and COM4
Shaped patch In contrast, the method described above for equations (20) to (23)
Therefore, they are connected so as to satisfy the condition of continuation of the tangent plane.   At the same time, a quadrilateral patch expressed by equation (31) Is the sub-patch of item 1. The three sides adjacent via the shared border COM2 and COM3
Shaped patch By the method described above with respect to equations (20) to (23).
They are connected so as to satisfy the condition of planar continuity.   Thus, the quadrilateral patch at the center of FIG. For the four supply boundaries COM1 to COM4, respectively.
Three-sided patch Can be connected smoothly.   In the above description, in FIGS. 5 and 6, the center
Triangle patch in the section And quadrilateral patch Connect a quadrilateral patch and a triangular patch to
The connection processing method when connecting is explained.
The connections between the rectangular patches are as shown in Equations (31) to (33).
Can be connected using the method described above.   That is, in FIG. Three rectangular patches connected to And the quadrilateral patch around it Are all related to the u direction and the v direction as shown in equation (31).
To be expressed using two subpatches
The adjacent patches in the u and v directions are tangent plane continuous
It is good to connect while satisfying the conditions of
No.   On the other hand, as shown in FIG.
H Four triangular patches connected to And the quadrilateral patch around it Is connected, as described above with reference to FIG.
If you use the connection method centering on the triangular patch as it is
good. (G6) Patch connection processing procedure   The triangular patch described above with reference to FIGS.
For the two-dimensional connection of quadrilateral patches, use a CAD device
FIG. 7 shows an apparatus for creating surface shape data of a touched object.
It can be realized by executing a processing procedure. In FIG.
In step SP1, the connection processing procedure is started.
Then, the computer is patched at step SP2.
Data. This patch data is, for example,
When designing a curved surface, position it separately in three-dimensional space.
To be specified and framed in a boundary curve network.
And is obtained by If there is no abnormality in the framework processing,
Adjacent patches surrounded by boundary curves are shared boundaries
It has COM, and therefore uses the connection process described below.
Each patch is connected to the tangent plane
Can be connected smoothly under the matter.   The computer reads the patch data in step SP2.
When reading, it corresponds to the surface represented by the cubic Bezier equation.
Of the required number of control points when extending on the boundary curve
(3 pieces for a triangular patch, 3 pieces for a quadrilateral patch
Are set to 8) and shared with the nodes at the vertices of each framework space.
Then, the interpolation operation in the patch is executed.   This interpolation operation is (27) for the triangle framework space.
Set the sub-patches expressed by the formulas (30) to (30),
Sub-patches expressed by equations (31) to (33)
Means to set.   The computer connects in the next step SP3.
Triangle patch at the center of power (In the case of Fig. 5) or a quadrilateral patch (In the case of Fig. 6) and its surrounding quadrilateral patch (Fig. 5) or a triangular patchAfter designating (FIG. 6), the process proceeds to step SP4.   In this step SP4, the three sides to be connected
Common border COM between rectangular patch and quadrilateral patch (Fig. 3)
The nodes at both ends of the shared boundary COM Whether the control edge vector is on the same plane
Find out. Ie nodes Control edge vector at Are not in the same plane, the condition of continuation of the tangent plane does not hold
Will be. Nodes at the same time If the control edge vectors are not on the same plane,
The condition of plane continuity is not satisfied.   So the computer gave a positive result in step SP4
Is obtained, the process proceeds to the next step SP5. to this
If a negative result is obtained,
By rotating control edge vectors that are not on the same plane
After making corrections on the same plane, proceed to the next step SP5.
No.   This step SP5 is a triangular patch Specify the order of creating the three subpatches (Fig. 5), and
Is a quadrilateral patch The creation order of the two sub-patches shown in FIG. 6 is designated.
Thus a triangular patch Or quadrilateral patch To the surrounding quadrilateral or triangular patch.
Can determine the condition of continuation of the tangent plane in a fixed order.
You.   Subsequently, the computer moves to step SP7 and
Triangle patch in fixed order Or quadrilateral patch A control point to be set inside is calculated. Thus, in FIG.
Triangle patch Four adjacent four sides with the three sides as shared boundaries
It is represented by three subpatches that connect the shape patches smoothly.
One triangular patch can be created. Also the
Fig. 6 Quadrilateral Patch Of the four adjacent four
Smoothly connect to the triangular patch in u and v directions 2
Creating a quadrilateral patch with two subpatches
Can be.   Then, the computer moves to the next step SP8.
Judge whether or not all patches have been connected.
When it is obtained, return to step SP3 above and make a new connection.
To specify a triangular patch or quadrilateral patch
Therefore, the above-described sub-patch creation process is repeatedly executed.
You.   Eventually, all the patches are connected and the above-mentioned steps are completed.
If a positive result is obtained in SP8, the computer
Move to step SP9 and surround each patch using a display device
Normal vector at each point of the boundary curve and in the patch etc.
Displaying the high line makes the patch connection smooth.
Is displayed so that the operator can check it visually.
You.   Looking at this display, the operator can proceed to the next step SP10.
The normal triangle on the shared boundary
And whether they match with each other for the quadrilateral patch.
If you can confirm it and it does not match, go to step SP11
Investigate the cause and make numerical corrections as necessary.
Thus, a series of patch connection processing procedures are described in step SP12.
And end. (G7) Effect of the embodiment   According to the above embodiment, the node specified by the operator is
Thus, when the framework processing is performed, the three sides are
A quadrilateral framework space on each of the three sides of the framework space
Adjacent or 4 of the quadrilateral framework space as shown in FIG.
A three-dimensional curved surface such that a triangular framework space is adjacent to one side
When specified, a triangular patch or quadrilateral patch is
Adjacent quadrilateral patches under the condition of tangent plane continuity, or
Can be connected to a triangular patch. About to hide
As described above with reference to FIG.
Since there is no need for processing to reframe the polygon,
Smoothly connected with relatively little computer computation
A free-form surface can be easily obtained. (G8) Other embodiments (1) In the above embodiment, the free-form surface according to the present invention
The creation method is used when the designer designs the shape of the article.
Although the embodiment when applied as a means to be used has been described,
The invention is not limited to this, and can be applied to various shape creating means.   For example, as shown in FIG.
Machine tools based on the original model produced using materials such as
Applied to a product model machine that makes a product model using a machine
If this is done, first in step SP21,
The created original model is mounted on a three-dimensional measuring instrument and three-dimensional data
Make   In the next step SP22, this data
Generate a curved surface in a curved surface creation device that implements a surface creation method
I do. Thus, in step SP22, the adjacent patches are
Free-form surface data representing a free-form surface connected smoothly
can get.   Then, in the next step SP23, the free-form surface data
After converting to an algorithm that indicates the tool path of the machine tool,
In step SP24, for example, NC
By controlling the machine tool with a switch, the product model can be
Make.   If constructed as shown in Fig. 8, it was created manually.
It is possible to automatically make a product model based on the original model
Wear. Therefore, materials for making original models created by humans
Therefore, select materials that are easy to process by hand.
To make product models of any material freely
Can be. (2) In the above-described embodiment, the third order is added to the framework space.
Described the case of putting a patch expressed by the Bezier formula
However, the real number of the mathematical expression is not limited to this, and may be fourth or higher. (3) Further, in the above-described embodiment, the Bezier equation is used.
Described the case where a patch was set up.
But not limited to this, spline type, Coons
Expressions, other vector functions such as the Furgason expression
A number may be used. Effect of H invention   As described above, according to the present invention, the rough shape of an object is
Two-dimensionally expand in any direction by the specified framework processing
Free-form surface representing detailed surface shape of object on curved boundary curve network
The triangle frame space and the quadrilateral frame space
Are adjacent to each other, these adjacent framework spaces
In addition, a triangular detail surface that satisfies the condition
Connect shape and quadrilateral detail surface shape directly. Thus
Relatively simple operation amount makes it easy to achieve proper smoothness.
The detailed surface shape data of one object can be created.

【図面の簡単な説明】 第1図は任意な方向に三辺形枠組み空間及び四辺形枠組
み空間が混在しながら拡がる境界曲線網を示す略線図、
第2図は四辺形枠組み空間に枠組み処理し直してなる境
界曲線網を示す略線図、第3図は本発明による物体の表
面形状データ作成方法の原理を示す略線図、第4図は接
平面連続の条件の説明に供する略線図、第5図は三辺形
パツチに対して四辺形パツチを2次元的に接続する場合
の実施例を示す略線図、第6図は四辺形パツチに対して
三辺形パツチを2次元的に接続する実施例を示す略線
図、第7図はパツチ接続処理手順を示すフローチヤー
ト、第8図は本発明を製品模型工作装置に適用した場合
の処理手順を示すフローチヤートである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a boundary curve network in which a triangular framework space and a quadrangular framework space are mixed and expanded in arbitrary directions;
FIG. 2 is a schematic diagram showing a boundary curve network re-framed in a quadrilateral framework space, FIG. 3 is a schematic diagram showing the principle of a method for creating surface shape data of an object according to the present invention, and FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an embodiment in which a quadrilateral patch is connected two-dimensionally to a triangular patch, and FIG. 6 is a quadrilateral. FIG. 7 is a schematic diagram showing an embodiment in which a triangular patch is two-dimensionally connected to a patch, FIG. 7 is a flow chart showing a patch connecting procedure, and FIG. 8 is an application of the present invention to a product model machine. 6 is a flowchart showing a processing procedure in the case.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.CAD装置を用いて、枠組み処理によつて境界曲線で
囲まれかつ物体の大まかな形状を表す多数の枠組み空間
を形成し、上記各枠組み空間において、当該各枠組み空
間内の位置を所定間隔で順次指定されるパラメータによ
つて順次指定してベクトル関数を演算することにより上
記各枠組み空間内の上記各位置における位置ベクトルデ
ータを求め、これにより上記物体の細部表面形状を表す
細部表面形状データを作成する物体の表面形状データ作
成方法において、 1つの境界曲線を共有境界として隣接する三辺形枠組み
空間及び四辺形枠組み空間について、接平面連続の条件
を満足する制御辺ベクトルデータによつて表される内部
制御点を上記三辺形枠組み空間及び上記四辺形枠組み空
間にそれぞれ設定することにより上記共有境界において
互いに接続された三辺形細部表面形状及び四辺形細部表
面形状を形成する細部表面形状データを生成し、 上記制御辺ベクトルデータは、上記共有境界に沿う方向
に向う制御辺ベクトルデータと、上記共有境界を横断す
るように上記三辺形枠組み空間に向う3つの制御辺ベク
トルデータと、上記共有境界を横断するように上記四辺
形枠組み空間に向う4つの制御辺ベクトルデータとを含
み、 上記接平面連続の条件は、上記共有境界から当該共有境
界を横断してそれぞれ上記三辺形細部表面形状及び上記
四辺形細部表面形状に向う第1及び第2の接線ベクトル
と上記共有境界の方向に向う第3の接線ベクトルとによ
つて形成される接平面を同一にすることであり、 上記隣接する三辺形細部表面形状及び上記四辺形細部表
面形状を表示手段上に表示すると共に、上記共有境界上
の点の法線ベクトル、又は上記三辺形細部表面形状及び
上記四辺形細部表面形状内の等高線を表示することによ
り、上記共有境界における接続状態の滑らかさを確認し
て上記内部制御点を修正できるようにした ことを特徴とする物体の表面形状データ作成方法。
(57) [Claims] Using a CAD device, a number of framework spaces surrounded by boundary curves and representing the rough shape of the object are formed by the framework processing, and positions in the framework spaces are sequentially determined at predetermined intervals in each of the framework spaces. By sequentially specifying the designated parameters and calculating a vector function, position vector data at each of the positions in each of the framework spaces is obtained, thereby generating detailed surface shape data representing the detailed surface shape of the object. In the method for generating surface shape data of an object to be simulated, a boundary curve space and a quadrilateral frame space adjacent to each other with one boundary curve as a shared boundary are represented by control edge vector data satisfying a condition of continuation of a tangent plane. By setting internal control points in the triangle frame space and the quadrilateral frame space, respectively, Generating detailed surface shape data for forming the connected triangular detailed surface shape and the quadrilateral detailed surface shape, the control edge vector data includes control edge vector data oriented in a direction along the shared boundary, and the shared boundary And three control edge vector data directed to the quadrilateral framework space to traverse the shared boundary and four control edge vector data directed to the quadrilateral framework space to traverse the shared boundary. The first and second tangent vectors from the common boundary to the triangle detail surface shape and the quadrilateral detail surface shape, respectively, across the common boundary and the third tangent vector in the direction of the common boundary. Tangent planes formed by the tangent vector of the triangle and the adjacent triangle detail surface shape and the quadrilateral detail surface shape are displayed on display means. Both, by displaying the normal vector of the point on the shared boundary, or the contour lines in the triangle detailed surface shape and the quadrilateral detailed surface shape, confirm the smoothness of the connection state in the shared boundary. A method for creating surface shape data of an object, wherein the internal control points can be modified.
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