JP3198303B2 - 三次元構造体作製システム - Google Patents
三次元構造体作製システムInfo
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Description
製するためのシステムに関するもので、特に、陶器や磁
器、あるいはガラス製品等の各種工芸品を作製する場合
に好適な三次元構造体作製システムに関する。
る場合に、コンピュータを利用することがよく行われて
いる。すなわち、CAD(computer aided design)やC
AM(computer aided manufacturing)等のシステムを
利用して三次元構造体の仮想モデルを作製し、これを三
次元出力手段によって具現化する方法である。
の三次元構造体を正確、かつ迅速に作製することが可能
であり、寸法精度の向上や生産性の向上に寄与すること
ができるようになる。
器、あるいはガラス製品等の各種工芸品を作製する場合
には、通常、これを予め設計するという工程がなく、作
製しながらその形状を順次特定していく作業が主とな
る。例えば、陶芸にあっては、粘土材によって大まかな
粗形材の粗材を作製し、この粗形材に対して適宜変形を
加えることにり、創作者の頭に描いたイメージを順次具
現化していく作業がほとんどとなる。この場合、粗形材
を触った際の質感や、変形させる際に必要となる力、と
いった手から伝わる感覚的な情報がきわめて重要とな
り、これらの感覚的な情報が形状を決定する際の主たる
要件となる場合さえある。
ムにあっては、キーボードやマウス等、予めコンピュー
タに備えられた汎用の入力手段を介して三次元構造体の
データを作り上げていくものである。このため、実際に
三次元構造体を作製する際の作業とは全く異なり、上述
したような粗形材の質感や変形に必要となる力といった
感覚的な情報を得ることは不可能である。また、コンピ
ュータ操作に慣れていない者にとってキーボードやマウ
スによる入力操作はきわめて特殊なものであり、これを
意のままに操ること、つまりイメージ通りのデータを作
ることにも困難があるばかりか、イメージの創出を妨げ
る虞れもある。
作製対称が陶器や磁器、あるいはガラス製品等の各種工
芸品の場合、操作者の創作意欲を損なう、実際に三次元
出力された三次元構造体が操作者のイメージとは全く異
なったものになる、等々の問題を生じる。
りの三次元構造体を作製することのできるシステムを提
供することを解決課題とする。
ために本発明では、 操作者の指先に装着される各サッ
ク部分がそれぞれ6自由度を有するように支持する各支
持機構部を備えて構成され、各支持機構部の動作状態に
基づき、現実の空間におけるそれぞれのサック部分の位
置を示す位置情報が出力されるとともに、所定のフィー
ドバック信号が与えられた場合に当該フィードバック信
号の示す大きさおよび方向の力が加わるように動作する
入力手段を2つ備え、仮想モデルを操作者にリアルタイ
ムで画像表示するとともに、操作者の視差を利用して前
記仮想モデルを三次元的に視認させて所定の仮想空間上
に形成する仮想モデルの表示手段と、三次元座標データ
等のモデル形成データが与えられた場合に、このデータ
に基づく三次元構造体の仮想モデルを前記仮想空間上に
形成する仮想モデル形成部と、前記仮想モデルに対して
所定の力覚分布を与える力覚分布付与部と、前記仮想モ
デルに対して所定の画像変形用パラメータを与える画像
変形用パラメータ分布付与部と、前記入力手段から与え
られた現実空間の位置情報を、前記仮想モデルの存在す
る仮想空間上の位置情報である仮想位置情報に変換する
位置情報変換部と、この仮想位置情報に基づいて前記仮
想空間上に各サック部分の位置を示す三次元形状体の指
標を形成する指標形成部と、仮想位置情報と力覚分布と
に基づいて、仮想モデルから与えられる反力を算出し、
反力を大きさと方向とを示すフィードバック信号に変換
された後、それぞれが対応する入力手段に送出される反
力データ演算部と、前記仮想位置情報と前記画像変形用
パラメータ分布とに基づいて、仮想モデルの変形量およ
び変形の及ぶ範囲を算出し、これらの算出結果に基づい
て仮想モデルの形状更新データが生成され、この形状更
新データが新たなモデル形成データとして仮想モデル形
成部に与えられる視覚データ演算部を備え、前記仮想モ
デルに対して前記指標が接触した状態にあると判断した
場合に、前記反力データ演算部において力覚分布の変形
量を算出し、この変形量に基づいて前記仮想モデルから
の反力を算出し、この反力に対応したフィードバック信
号を生成してこれを対応する入力手段に与えるととも
に、前記変形量に応じて力覚分布の更新データが生成さ
れ、この更新データを前記力覚分布付与部に与えて新た
な力覚分布が形成される処理が行われるようにしてい
る。
基づいて本発明を詳細に説明する。図1は、本発明に係
る三次元構造体作製システムの一実施形態を示した機能
ブロック図、図2は、システムの概略構成を示す斜視図
である。
指サック型の入力デバイス10を2台使用する。これら
入力デバイス10は、操作者の指先に装着されるサック
部分11と、各サック部分11がそれぞれ6自由度を有
するように支持する支持機構部12とを備えて構成した
もので、各支持機構部12が適宜動作することにより指
先の移動に追従してサック部分11を移動させることが
可能である。また図には明示していないが、各入力デバ
イス10は、支持機構部12にそれぞれアクチュエータ
を備えており、所定のフィードバック信号が与えられた
場合に各アクチュエータの駆動により、それぞれのサッ
ク部分11に当該フィードバック信号の示す大きさおよ
び方向の力が加わるように動作することが可能である。
機構部12の動作状態に基づき、現実の空間におけるそ
れぞれのサック部分11の位置を示す位置情報が、主制
御部20において後述するデータ処理部21の位置情報
変換部22に常に出力されるようになる。
は、仮想モデル形成部23、力覚分布付与部24、画像
変形用パラメータ分布付与部25およびデータ処理部2
1を有し、さらにこのデータ処理部21は、位置情報変
換部22、反力データ演算部26および視覚データ演算
部27を有する。
標データ等のモデル形成データが与えられた場合に、こ
のデータに基づく三次元の仮想モデルを所定の仮想空間
上に形成する部分である。仮想モデル形成部23で形成
された仮想モデルは、パーソナルコンピュータで用いら
れるCRT等からなる表示手段30を通じてシステムの
操作者にリアルタイムで画像表示される。仮想モデルを
画像表示する場合には、例えば図2に示すように、操作
者が装着する立体視眼鏡40との協働により、視差を利
用して三次元的に視認させることが好ましい。
23で形成された仮想モデルに対して所定の力覚分布を
与える部分である。ここで、力覚分布付与部24が与え
る力覚分布は、仮想モデルの各部位を仮想的に変形させ
る際に必要となる力の分布であり、現実のものと同様と
なるように、その材質や形状等の条件に応じて決定され
るものである。例えば、粘土材によって形成された仮想
モデルと常温のガラス材によって形成された仮想モデル
とでは、両者が互いに同一の形状である場合、後者を変
形させる際の力が大きいものとなるように力覚分布が与
えられ、またひとつの仮想モデルでは、その厚肉部分に
対して薄肉部分を変形させる際の力が小さい値となるよ
うに力覚分布が与えられる。
仮想モデル形成部23で形成された仮想モデルに対して
所定の画像変形用パラメータを与える部分である。ここ
で、画像変形用パラメータ分布付与部25が与える画像
変形用パラメータ分布は、仮想モデルの各部位に所定の
力が与えられた場合にその変形量および変形の及ぶ範囲
等、仮想モデルの変形形状の決定に必要となるパラメー
タの分布であり、上述した力覚分布と同様に、現実のも
のと同様となるようにその材質や形状等の条件に応じて
決定されるものである。例えば、粘土材によって形成さ
れた仮想モデルと常温のガラス材によって形成された仮
想モデルとでは、両者が互いに同一の形状である場合、
後者の変形量および変形の及ぶ範囲が大きいものとなる
ように画像変形用パラメータが与えられ、またひとつの
仮想モデルでは、その厚肉部分に対して薄肉部分の変形
量および変形の及ぶ範囲が大きくなるように画像変形用
パラメータが与えられる。
から与えられた現実空間の位置情報を、仮想モデル形成
部23によって形成された仮想モデルの存在する仮想空
間上の位置情報に変換し、該変換した仮想位置情報を指
標形成部28に与える部分である。
ら与えられた仮想位置情報に基づいて仮想空間上に各サ
ック部分11の位置を示す指標を形成する部分である。
指標としては、指先の大きさに相当する三次元形状体で
あることが好ましく、本実施形態では球体を適用してい
る。なお2つの指標は、仮想空間上で識別できることが
好ましく、例えば互いに異なる形状や互いに異なる色彩
を付与するようにしてもよい。
仮想モデル形成部23で形成された仮想モデルと同様
に、上述した表示手段30を通じてシステムの操作者に
リアルタイムで画像表示される。この場合においても、
仮想モデルを画像表示する場合と同様に、操作者が装着
する立体視眼鏡40との協働により、視差を利用して上
記指標を三次元的に視認させることが好ましい。
は、位置情報変換部22で得た仮想位置情報と力覚分布
付与部24から与えられた力覚分布とに基づいて、仮想
モデルから与えられる反力を算出する部分である。この
反力データ演算部26で算出された反力は、さらにこれ
を大きさと方向とを示すフィードバック信号に変換され
た後、それぞれが対応する入力デバイス10に送出され
る。
部27は、上記仮想位置情報と画像変形用パラメータ分
布付与部25から与えられた画像変形用パラメータ分布
とに基づいて、仮想モデルの変形量および変形の及ぶ範
囲を算出する部分である。さらに、この視覚データ演算
部27では、これらの算出結果に基づいて仮想モデルの
形状更新データが生成され、この形状更新データが新た
なモデル形成データとして仮想モデル形成部23に与え
られることになる。
図3のフローチャートを参照しながら、このシステムに
よる三次元構造体の作製方法について説明する。
すように、親指および人差し指の各指先にそれぞれ入力
デバイス10のサック部分11を装着し、さらに立体視
眼鏡40を装着した状態で待機する。
タ処理部21は、図示せぬメモリに予め記憶された仮想
モデルの初期状態を示す初期モデル形成データ、例えば
有底の薄肉円筒状を成す仮想モデル用の初期モデル形成
データを読み出し、これを仮想モデル形成部23に対し
て送出する(ステップ100)。
て所定の仮想空間上に有底の薄肉円筒状を成す仮想モデ
ルVMが形成されることになる。
成されると、初期モデル形成データが示す形状および材
質の情報に基づき、力覚分布付与部24によって当該仮
想モデルVMに所定の力覚分布、例えば本実施形態で
は、有底の薄肉円筒状を成す粘土材に相当した力覚分布
が構成される。また、これと同時に、初期モデル形成デ
ータが示す形状および材質の情報に基づき、画像変形用
パラメータ分布付与部25によって当該仮想モデルVM
に、有底の薄肉円筒状を成す粘土材に相当した画像変形
用パラメータ分布が与えられる。
像変形用パラメータ分布付与部25に対して与える形状
および材質の情報としては、必ずしも有底の薄肉円筒状
を成す粘土材のものに限られるものではなく、人が手で
容易に変形できる形状および材質であれば、その他の情
報を与えるようにしてももちろん構わない。この場合、
現実空間においては直接手に触れることのできないよう
な材質、例えば高温状態にあるガラスや鉄といった材質
の情報を与えることも可能である。
理部21の位置情報変換部22は、各入力デバイス10
から与えられた位置情報を逐次仮想位置情報に変換して
おり(ステップ101)、これらの仮想位置情報を指標
形成部28に出力している(ステップ102)。
は、該仮想位置情報と仮想モデル形成部23によって形
成された仮想モデルVMとを対応付け、上記仮想空間上
の対応する位置にそれぞれ球体VFを形成する。
に示すように、表示手段30を通じ、立体視眼鏡40を
装着したシステムの操作者に、有底円筒状の仮想モデル
VMが三次元表示されるとともに、該操作者の親指およ
び人差し指の各指先に対応する位置にそれぞれ球体VF
が三次元表示されるようになる。
が親指や人差し指を適宜移動させると、指標形成部28
によって形成される球体VFの位置が順次更新されるこ
とになり、さらにこの更新結果が表示手段30を通じて
リアルタイムに三次元表示される。つまり、操作者が、
例えば親指、あるいは人差し指を仮想モデルVMに近づ
けるような動作を行えば、仮想空間上に表示された球体
VFもまた、仮想モデルVMに近づくように表示される
ことになる。従って、システムの操作者は、仮想空間上
に表示された2つの球体VFが、あたかも自分の指先で
あるような感覚を得ることができようになる。
デル形成部23で形成された仮想モデルVMと位置情報
変換部22で得た仮想位置情報とに基づき、仮想空間上
において仮想モデルVMと球体VFとの位置関係を常時
監視している(ステップ103)。
して球体VFが接触した状態にあると判断した場合に
は、手順をステップ200およびステップ300に移行
し、反力データ演算部26と視覚データ演算部27とで
並行的に処理を行う。
ルVMに対して球体VFが接触した状態にあると判断し
た場合、反力データ演算部26において力覚分布の変形
量を算出し(ステップ200)、この変形量に基づいて
仮想モデルVMからの反力、つまり本実施形態では粘土
材を触った場合と同様の反力を算出し(ステップ20
1)、さらにこの反力に対応したフィードバック信号を
生成してこれを対応する入力デバイス10に与える(ス
テップ202およびステップ203)。
イス10では、適宜アクチュエータが駆動し、当該フィ
ードバック信号に応じた大きさおよび方向の力がサック
部分11に加わるように動作することになる。従って、
システムの操作者は、その指先にサック部分11で再現
された力を受けることになり、つまり粘土材を触った場
合の反力を受けることになり、この反力から仮想モデル
VMの質感を得ることができるようになる。この場合、
上記システムによれば、入力デバイス10を2つ使用し
ているため、これら2つの入力デバイス10を協調さ
せ、例えば仮想モデルVMを摘む、あるいは引っ張るな
どの動作を行えば、システムの操作者に対して粘土材を
摘んだり、引っ張ったりした時と同様の感触を与えるこ
とが可能である。
力データ演算部26では、上述した変形量に応じて力覚
分布の更新データが生成され、この更新データを力覚分
布付与部24に与える処理が行われる(ステップ20
4)。この結果、力覚分布付与部24において、新たな
力覚分布が形成されることになる。
画像変形用パラメータ分布に基づいて仮想モデルVMの
変形量および変形の及ぶ範囲を算出し(ステップ30
0)、さらにこの算出結果に対応した仮想モデルVMの
形状更新データを生成してこれを新たなモデル形成デー
タとして仮想モデル形成部23に与える(ステップ30
1およびステップ302)。
成部23では、仮想空間上に変形後の仮想モデルVMが
形成されることになる。さらにこの変形後の仮想モデル
VMは、図5に示すように、表示手段30を通じてリア
ルタイムに三次元表示される。従って、システムの操作
者は、仮想空間上に表示された仮想モデルVMが、自己
の指先の動作によって変形されたような感覚を受けるこ
とになる。
成部23に対して新たに与えるモデル形成データとして
は、必ずしも仮想モデルVMの全体を現すものである必
要はなく、変形した部分のみのものであっても構わな
い。また、上述した動作によっても、画像変形用パラメ
ータ分布と仮想位置情報とに基づいて、球体VFの位置
が仮想モデルVMを変形させるに至らないものである場
合には、視覚データ演算部27で算出される変形量がゼ
ロとなり、仮想モデル形成部23に与えられるモデル形
成データも直前のものと同一となる。
ータ演算部27では、上述した変形量および変形の及ぶ
範囲に応じて画像変形用パラメータ分布の更新データが
生成され、これを画像変形用パラメータ分布付与部25
に与える処理が行われる(ステップ303)。この結
果、画像変形用パラメータ分布付与部25において、新
たな画像変形用パラメータ分布が形成されることにな
る。
表示されると、データ処理部21は、操作終了コマンド
が入力されたか否かを判断する(ステップ104)。こ
の操作終了コマンドは、例えば、仮想空間上に表示され
た球体VFを仮想空間上において所定の操作終了位置に
配置する操作を行った場合に入力されたものとすればよ
い。
ドが入力されなかった場合、上記データ処理部21は、
手順を101にリターンさせる。この結果、上記システ
ムにおいては、操作終了コマンドを入力するまでの間、
上述したステップ101からステップ104までの手順
が繰り返し行われることになる。従って、システムの操
作者は、仮想空間上に表示された仮想モデルVMに対し
て、常に指先に反力をリアルタイムに受けながら、かつ
形状変化をリアルタイムに視認しながら当該仮想モデル
VMの変形操作を行うことができる。
作は、実際の粘土材を使ってものを作製する場合の作業
ときわめて近似したものであり、操作者が頭に描いたイ
メージを容易に具現化することができるようになるとと
もに、イメージの創出を妨げる虞れも全くない。従っ
て、システムの操作者は、たとえコンピュータ操作に慣
れていない者であっても、仮想空間上において頭に描い
たイメージ通りの仮想モデルVMを容易に作り上げるこ
とができるようになる。なお、上述した操作の間、入力
デバイス10を介して仮想モデルVMを仮想空間上にお
いて移動、あるいは回転させるようにしても構わない。
り、システムの操作者によって操作終了のコマンドが入
力されると、手順がステップ105に移行する。すなわ
ち、データ処理部21は、操作終了のコマンドが入力さ
れると、仮想空間上に表示された仮想モデルVMのモデ
ル形成データを所定ファイル形式の三次元形状情報に変
換し(ステップ105)、さらにこの三次元形状情報を
三次元出力手段に対して送出し(ステップ106)、手
順を終了する。
クションやマシニングセンタ等のように、与えられた三
次元形状情報に基づいて仮想モデルVMを実際の三次元
構造体として忠実に出力するものである。この結果、シ
ステムの操作者は、仮想空間上に形成した所望形状の仮
想モデルVMを、イメージ通りの三次元構造体として実
際に手に取ることができるようになる。
形式とは、適用する三次元出力手段に応じたものであ
る。例えば、三次元出力手段としてラピッドプロダクシ
ョンを適用する場合には、STL形式である。
ば、仮想空間上に表示された仮想モデルVMに対して指
先に反力をリアルタイムに受けながら、しかも形状変化
をリアルタイムに視認しながら変形操作を実施すること
ができる。つまり、実際の粘土材に対して行う操作とき
わめて近似した操作によって仮想モデルVMを変形させ
ていくことが可能になる。従って、コンピュータ操作に
慣れていない人であっても、イメージの創出を妨げるこ
となく、仮想モデルVMをイメージ通りの形状に作り上
げ、これを最終的に三次元構造体として手に取ることが
できるようになる。
て遠隔地での三次元出力が可能であるため、例えば、沖
縄のガラス細工や信楽の陶器といった伝統工芸品を遠隔
地においても得ることができるようになり、これらの普
及に大いに寄与する。
り熟練した技術のデータベース化も容易となり、これら
技術の伝承や保存にも役立つ。
仮想空間上において指先に反力を受けながら、しかも結
果を視認しながら仮想モデルに対して変形操作を実施す
ることができる。こうした操作は、現実の空間において
実際に三次元構造体を作製する場合の作業にきわめて近
似したものであり、例えばコンピュータ操作に慣れてい
ない人であってもイメージ通りの操作を可能とし、かつ
操作中においてイメージの創出を妨げる虞れもない。従
って、本システムの操作者は、頭に描いたイメージ通り
の三次元構造体を容易に得ることができるようになる。
施形態を示した機能ブロック図である。
である。
る。
る。
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 操作者の指先に装着される各サック部分
がそれぞれ6自由度を有するように支持する各支持機構
部を備えて構成され、各支持機構部の動作状態に基づ
き、現実の空間におけるそれぞれのサック部分の位置を
示す位置情報が出力されるとともに、所定のフィードバ
ック信号が与えられた場合に当該フィードバック信号の
示す大きさおよび方向の力が加わるように動作する入力
手段を2つ備え、 仮想モデルを操作者にリアルタイムで画像表示するとと
もに、操作者の視差を利用して前記仮想モデルを三次元
的に視認させて所定の仮想空間上に形成する仮想モデル
の表示手段と、 三次元座標データ等のモデル形成データが与えられた場
合に、このデータに基づく三次元構造体の仮想モデルを
前記仮想空間上に形成する仮想モデル形成部と、 前記仮想モデルに対して所定の力覚分布を与える力覚分
布付与部と、 前記仮想モデルに対して所定の画像変形用パラメータを
与える画像変形用パラメータ分布付与部と、 前記入力手段から与えられた現実空間の位置情報を、前
記仮想モデルの存在する仮想空間上の位置情報である仮
想位置情報に変換する位置情報変換部と、 この仮想位置情報に基づいて前記仮想空間上に各サック
部分の位置を示す三次元形状体の指標を形成する指標形
成部と、 仮想位置情報と力覚分布とに基づいて、仮想モデルから
与えられる反力を算出し、反力を大きさと方向とを示す
フィードバック信号に変換された後、それぞれが対応す
る入力手段に送出される反力データ演算部と、 前記仮想位置情報と前記画像変形用パラメータ分布とに
基づいて、仮想モデルの変形量および変形の及ぶ範囲を
算出し、これらの算出結果に基づいて仮想モデルの形状
更新データが生成され、この形状更新データが新たなモ
デル形成データとして仮想モデル形成部に与えられる視
覚データ演算部を備え、 前記仮想モデルに対して前記指標が接触した状態にある
と判断した場合に、前記反力データ演算部において力覚
分布の変形量を算出し、この変形量に基づいて前記仮想
モデルからの反力を算出し、この反力に対応したフィー
ドバック信号を生成してこれを対応する入力手段に与え
るとともに、前記変形量に応じて力覚分布の更新データ
が生成され、この更新データを前記力覚分布付与部に与
えて新たな力覚分布が形成される処理が行われることを
特徴とする三次元構造体作製システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16310099A JP3198303B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 三次元構造体作製システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16310099A JP3198303B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 三次元構造体作製システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000353183A JP2000353183A (ja) | 2000-12-19 |
JP3198303B2 true JP3198303B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=15767183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16310099A Expired - Lifetime JP3198303B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 三次元構造体作製システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4557785B2 (ja) * | 2005-04-22 | 2010-10-06 | 株式会社スリーディー | 3次元オブジェクト制御装置および3次元オブジェクト制御プログラム |
JP5857946B2 (ja) * | 2012-11-30 | 2016-02-10 | カシオ計算機株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム |
JP7377615B2 (ja) * | 2019-03-27 | 2023-11-10 | 株式会社Subaru | 車両の非接触操作装置、および車両 |
-
1999
- 1999-06-09 JP JP16310099A patent/JP3198303B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1997年日本機械学会機械力学・計測制御講演論文集B 396−399頁 山下樹里ほか「力覚フィードバックを伴う3次元インタフェースを持つCADの開発」 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000353183A (ja) | 2000-12-19 |
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