JP3209003B2 - 立体形状の自動生成方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば平面図などの
２次元図形データから対話操作と自動処理によって立体
形状を簡易に生成することができる立体形状の自動生成
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば平面図から立体形状を作
成する場合には、与えられた平面図をもとに閉領域を作
業者がすべて手作業で抽出し、厚さを定義することによ
り、立体形状を作成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法にあっては、平面図上のすべての点を指
定して閉領域を抽出するため、図面が複雑である場合に
は、図面上の図形要素（線分、円弧、交点、引出し線な
ど）を識別して立体形状を作成するには相当の熟練が必
要であり、また、作業それ自体にもかなりの時間を要す
る。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、たとえば平面図などの２次
元図形データから対話操作と自動処理によって立体形状
を簡易に生成することができる立体形状の自動生成方法
および装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の立体形状自動生成装置は、２次元の図形デ
ータを読み取る図形データ読取り手段と、立体形状を生
成するための所用のデータを入力する入力手段と、読み
取った２次元の図形データから線分、円弧以外の図形要
素を消去する図形要素消去手段と、線分、円弧の交点を
求める交点演算手段と、線分、円弧を交点で分割してエ
ッジを求めるエッジ演算手段と、エッジを所定のルール
に従って探索し、探索に基づいて複数の閉平面を抽出す
る閉平面抽出手段と、抽出した複数の閉平面に、前記所
用のデータに含まれる高さデータをそれぞれ加えて閉平
面の立体形状を生成する閉平面立体化手段と、生成した
閉平面の立体形状を一つの立体形状に合成する立体形状
合成手段とを有して構成されている。

【０００６】上記閉平面抽出手段は、好ましくは、指定
されたエッジを始点として所定の方向（時計方向または
反時計方向）に回りながら左右所定の側（左側または右
側）に位置するエッジを始点に戻るまで連続的に探索す
る探索手段と、探索の結果抽出したエッジの抽出回数を
カウントするカウント手段とを有して構成されている。

【０００７】また、上記探索手段は、好ましくは、初期
化された状態においては指定されたエッジを始点として
所定の方向（たとえば、時計方向）に回りながら左右所
定の側（たとえば、左側）に位置するエッジを始点に戻
るまで連続的に探索し、その後は、抽出回数が２回未満
のエッジに対して、指定されたエッジを始点として前記
所定の方向と同一方向（時計方向）に回りながら前記左
右所定の側と反対の側（右側）に位置するエッジを始点
に戻るまで連続的に探索する。

【０００８】また、処理結果を作業者に表示してその利
便を供するために、立体形状合成手段によって合成され
てできた立体形状を表示する表示手段を有することが好
ましい。

【０００９】そして、上記装置による立体形状の自動生
成方法としては、入力装置によって２次元の図形データ
を読み取り、記憶装置に記憶する段階と、前記記憶装置
に記憶された２次元の図形データから線分、円弧以外の
図形要素を消去して、記憶装置に記憶する段階と、論理
演算装置によって円弧以外の図形要素を消去して記憶さ
れた２次元の図形データの線分、円弧のすべての交点を
求める段階と、前記論理演算装置によって線分、円弧を
交点で分割してエッジを求める段階と、前記論理演算装
置内のエッジの抽出回数を初期化する段階と、入力装置
からの対話操作により指定されたエッジを始点として、
前記論理演算装置によって所定の方向に回りながら左右
所定の側に位置するエッジを始点に戻るまで連続的に探
索して図形の外周形状を抽出する段階と、探索の結果抽
出したエッジについて、前記論理演算装置によって論理
演算装置内の抽出回数を１だけ増加する段階と、前記論
理演算装置によって、前記論理演算装置内の抽出回数が
２回未満のエッジに対して、指定されたエッジを始点と
して前記所定の方向と同一方向に回りながら前記左右所
定の側と反対の側に位置するエッジを始点に戻るまで連
続的に探索して、探索に基づいて閉平面を抽出し、記憶
装置に記憶する段階と、探索の結果抽出したエッジにつ
いて、前記論理演算装置によって論理演算装置に定義さ
れている抽出回数を１だけ増加する段階と、前記論理演
算装置によって、入力装置からの対話操作により入力さ
れた閉平面の高さデータを前記記憶装置に記憶された閉
平面に加えて閉平面の立体形状を生成する段階と、前記
論理演算装置によって、生成した閉平面の立体形状を合
成して、記憶手段に記憶する段階とを有する方法があ
る。

【００１０】

【作用】上記のように構成された本発明にあっては、図
形データ読取り手段によって２次元の図形データを読み
取ると、図形要素消去手段は読み取った２次元の図形デ
ータから線分、円弧以外の図形要素を消去し、交点演算
手段は線分、円弧のすべての交点を求め、そしてエッジ
演算手段は線分、円弧を交点で分割してエッジを求め
る。それから、閉平面抽出手段は、カウント手段の保持
するエッジ抽出回数を初期化した後、探索手段にて、対
話操作によりデータ入力手段を介して作業者によって適
当に指定されたエッジを始点として所定の方向（たとえ
ば、時計方向）に回りながら左右所定の側（たとえば、
左側）に位置するエッジを始点に戻るまで連続的に探索
し、カウント手段にて、探索の結果抽出したエッジの抽
出回数を１だけ増加する。これにより、一番外側の外周
形状が抽出される。そしてさらに、探索手段にて、抽出
回数が２回未満のエッジに対して、指定されたエッジを
始点として前記所定の方向と同一方向（時計方向）に回
りながら前記左右所定の側と反対の側（右側）に位置す
るエッジを始点に戻るまで連続的に探索し、カウント手
段にて、探索の結果抽出したエッジの抽出回数を１だけ
増加する。これにより、図形を構成する閉平面が抽出さ
れる。すべての閉平面の抽出が終了すると、閉平面立体
化手段は、対話操作によりデータ入力手段を介して作業
者によって入力された閉平面の高さデータに基づいて閉
平面の立体形状を生成し、立体形状合成手段は生成した
閉平面の立体形状を合成する。表示手段は、適宜、処理
結果を画面に表示する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明による立体形状自動生成装置
のハードウェアの構成図である。同図に示すように、本
装置は、ハードウェア的には、通常のコンピュータシス
テムと同様、制御装置１、内部記憶装置２、論理演算装
置４、およびバス５を有する中央処理装置（ＣＰＵ）５
と、イメージスキャナ６、キーボード７、およびマウス
８などの入力装置と、ディスプレイ９などの出力装置
と、外部記憶装置１０とから構成されている。

【００１２】制御装置１は、内部記憶装置２に記憶され
ているプログラムに従ってそれぞれの装置に必要な指示
を与えるものであって、入力装置（イメージスキャナ
６、キーボード７、マウス８など）に入力指示を与える
入力制御部、出力装置（ディスプレイ９など）に出力指
示を与える出力制御部、外部記憶装置１０に入出力指示
を与える外部記憶制御部などからなっている。各入力装
置６〜８からの入力データは、図示しないインタフェー
スおよびバス４を介して内部記憶装置２に送り込まれ、
指示されたアドレスの記憶領域に格納される。また、大
量の情報は、バス４および図示しないインタフェースを
介して外部記憶装置１０に転送、記憶され、後で必要の
たびに参照される。処理結果などの出力データは、内部
記憶装置２から取り出され、バス４および図示しないイ
ンタフェースを介してディスプレイ９に送られ、画面に
表示される。

【００１３】内部記憶装置３は、入力したデータやプロ
グラム、処理過程の中間結果のデータ、出力すべき処理
結果のデータなどを記憶するものである。イメージスキ
ャナ６で読み取った２次元図形データ（たとえば、平面
図）は、数値モデルの形式に変換されて記憶される。

【００１４】論理演算装置４は、所定のルールに従って
データの処理、加工を行うものであって、具体的には、
２次元の図形データ（たとえば、平面図）から、各図形
要素の属性に基づいて、線分、円弧以外の図形要素（た
とえば、文字、符号、引出し線など）を消去する図形要
素消去部と、線分、円弧の交点を求める交点演算部と、
線分、円弧を交点で分割してエッジ（交点で分割された
線分、円弧のことをこう呼ぶことにする）を求めるエッ
ジ演算部と、エッジを所定のルールに従って探索して閉
平面を抽出する閉平面抽出部と、抽出した閉平面に高さ
データを加えて閉平面の立体形状を生成する閉平面立体
化部と、生成した閉平面の立体形状を合成する立体形状
合成部とを有している。エッジ演算部は、求めたエッジ
を識別するためにそれらに番号を付す機能をも備えてい
る。また、閉平面抽出部は、指定されたエッジを始点と
して所定の方向に回りながら左右所定の側に位置するエ
ッジを始点に戻るまで連続的に探索する探索部と、探索
の結果抽出したエッジの抽出回数をカウントするカウン
ト部とからなっている。

【００１５】なお、図形データ読取り手段はイメージス
キャナ６、データ入力手段はキーボード７とマウス８、
図形要素消去手段、交点演算手段、エッジ演算手段、閉
平面抽出手段（探索部とカウント部からなる）、閉平面
立体化手段、および立体形状合成手段は論理演算装置
３、表示手段はディスプレイ９によってそれぞれ構成さ
れている。

【００１６】次に、図２と図３のフローチャートを参照
して本装置の動作を説明する。ここでは、図４に示す３
次元物体を例にとって説明する。なお、図５（Ａ）は図
４中のＡ方向から見た平面図、同図（Ｂ）と（Ｃ）は、
それぞれ、図４中のＢ方向およびＣ方向から見た側面図
である。

【００１７】電源が投入されてプログラムがスタートす
ると、まず、イメージスキャナ６から２次元の図形デー
タ（たとえば、平面図）を読み取り、数値モデルの形式
に変換して内部記憶装置２の所定の記憶領域に格納する
（Ｓ１）。

【００１８】それから、論理演算装置３は、図形要素消
去部にて、ステップＳ１で読み取った平面図から、各図
形要素の属性に基づいて、線分、円弧以外の図形要素
（たとえば、文字、符号、引出し線など）を消去し（図
５（Ａ）参照）（Ｓ２）、交点演算部にて、線分、円弧
のすべての交点を求めた（Ｓ３）後、エッジ演算部に
て、線分、円弧を交点で分割してエッジを求める（Ｓ
４）。求めたエッジにはすべて識別のために番号（たと
えば、１、２、…、ｎ）が付される。たとえば、図５
（Ａ）の例では、１２（ｎ＝１２）個のエッジが求めら
れる。

【００１９】それから、閉平面抽出部内のカウント部に
て、すべてのエッジの抽出回数Ｎiを０にリセットした
（図６（Ａ）参照）（Ｓ５）後、作業者により、立体化
したい図形の外周を構成する１つのエッジ（たとえば、
図６（Ｂ）の二重線のエッジ）をキーボード７またはマ
ウス８を介して指定する（Ｓ６）。

【００２０】それから、閉平面抽出部内の探索部にて、
ステップＳ６で指定されたエッジを始点として所定の方
向（たとえば、時計方向）に回りながら左右所定の側
（たとえば、左側）に位置するエッジを始点に戻るまで
連続的に探索し（Ｓ７）、カウント部にて、当該探索の
結果抽出したエッジの抽出回数を１だけ増加する（図６
（Ｃ）参照）（Ｓ８）。これにより、図形の一番外側の
外周形状が抽出される。なお、本実施例では、時計方向
に回りながら左側のエッジを連続探索しているが、これ
に限られるわけではなく、図形の外周形状を抽出できれ
ばよいので、反時計方向に回りながら右側のエッジを連
続探索するようにしてもよい。

【００２１】それから、指定エッジを始点としてステッ
プＳ７と同一方向（時計方向）に回りながら、今度はス
テップＳ７とは反対の側（右側）に位置するエッジを始
点に戻るまで連続的に探索し、もって図形を構成する閉
平面（図６（Ｄ）の斜線部分ＣＦ１）を抽出する（Ｓ
９）。抽出した閉平面ＣＦ１のデータ（たとえば、どの
エッジによって構成されているかなど）は、内部記憶装
置２の所定の記憶領域に格納され（Ｓ１０）、また、カ
ウント部にて、ステップＳ９の探索の結果抽出したエッ
ジの抽出回数を１だけ増加する（図６（Ｅ）参照）（Ｓ
１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１の処理
の順序は逆であってもよい。

【００２２】それから、カウント部におけるエッジ抽出
回数Ｎi のデータに基づいて、未抽出のエッジ、すなわ
ち、抽出回数Ｎi ＝０のエッジがあるかどうかを判断し
（Ｓ１２）、この判断結果としてＹＥＳの場合には、未
抽出のエッジの中から１つのエッジを指定して（Ｓ１
３）ステップＳ９に戻る。ステップＳ１３におけるエッ
ジの指定は、ディスプレイ９に表示された現在の処理結
果を見ながら作業者が選択するか、または、所定のロジ
ック（たとえば、最も小さい番号のエッジを選択するな
ど）により自動的に行う。

【００２３】図５（Ａ）の例では未抽出のエッジが存在
しないため、この点については図８を例にとって説明す
る。図８（Ａ）は１回目のステップＳ１１の段階、つま
り図６（Ｃ）の段階に相当する段階であり、ステップＳ
１３で、抽出回数Ｎi ＝０のエッジ（たとえば、図８
（Ｂ）の二重線のエッジ）を手動または自動で指定した
後、ステップＳ９で、所定の処理を行って閉平面（図８
（Ｃ）の斜線部分ＣＦ４）を抽出し、ステップＳ１０
で、抽出した閉平面ＣＦ４のデータを内部記憶装置２に
格納するとともに、ステップＳ１１で、カウント部に
て、ステップＳ９の探索の結果抽出したエッジの抽出回
数を１だけ増加する（図８（Ｄ）参照）。

【００２４】ステップＳ１２の判断結果としてＮＯの場
合は、引き続き、カウント部のエッジ抽出回数Ｎi デー
タに基づいて、抽出回数が１回（Ｎi ＝１）のエッジが
あるかどうかを判断し（Ｓ１４）、この判断結果として
ＹＥＳの場合には、抽出回数が１回のエッジの中から１
つのエッジ（たとえば、図６（Ｆ）の二重線のエッジ）
を指定して（Ｓ１５）ステップＳ９に戻る。ステップＳ
１５におけるエッジの指定については、ステップＳ１３
の場合と同様に、ディスプレイ９に表示された現在の処
理結果を見ながら作業者が選択するか、または、所定の
ロジック（たとえば、最も小さい番号のエッジを選択す
るなど）により自動的に行う。

【００２５】リターン後のステップＳ９では、所定の処
理を行って閉平面（図７（Ｇ）の斜線部分ＣＦ２）を抽
出し、ステップＳ１０で、抽出した閉平面ＣＦ２のデー
タを内部記憶装置２に格納するとともに、ステップＳ１
１で、カウント部にて、ステップＳ９の探索の結果抽出
したエッジの抽出回数を１だけ増加する（図７（Ｈ）参
照）。本例ではさらに抽出回数１回のエッジが存在する
ため、再びステップＳ１２とステップＳ１４の判断を経
て、ステップＳ１５で、抽出回数Ｎi ＝０のエッジ（た
とえば、図７（Ｉ）の二重線のエッジ）を手動または自
動で指定した後、ステップＳ９に戻って、所定の処理を
行って閉平面（図７（Ｊ）の斜線部分ＣＦ３）を抽出
し、ステップＳ１０で、抽出した閉平面ＣＦ３のデータ
を内部記憶装置２に格納するとともに、ステップＳ１１
で、カウント部にて、ステップＳ９の探索の結果抽出し
たエッジの抽出回数を１だけ増加する（図７（Ｋ）参
照）。この段階で、すべてのエッジの抽出回数が２回
（Ｎi ＝２）となっている。

【００２６】ステップＳ１４の判断の結果としてＮＯの
場合、すなわち、すべてのエッジの抽出回数が２回（Ｎ
i ＝２）である場合には、図面を構成するすべての閉平
面の抽出が終了したものと判断して、閉平面立体化部に
て、作業者により、抽出した閉平面のＺ方向の値（高さ
データ）をキーボード７を介して入力し（Ｓ１６）、当
該閉平面に対してＺ方向の値だけ厚み付けを行い（Ｓ１
７）、所望の表示処理（たとえば、ワイヤフレーム、隠
線消去、色付け、シェーディングなど）を施してディス
プレイ９に表示する（Ｓ１８）。たとえば、図９は閉平
面ＣＦ１の立体形状、図１０は閉平面ＣＦ２の立体形
状、図１１は閉平面ＣＦ３の立体形状をそれぞれワイヤ
フレームモデルで表示した例を示している。そして、ス
テップＳ１６〜ステップＳ１８の処理を、未処理の閉平
面がなくなるまで（Ｓ１９）繰り返す。

【００２７】すべての閉平面の立体形状が生成されると
（図９〜図１１参照）、立体形状合成部にて、すべての
閉平面の立体形状を合成し（Ｓ２０）、所望の表示処理
（たとえば、ワイヤフレーム、隠線消去、色付け、シェ
ーディングなど）を施してディスプレイ９に表示する
（Ｓ２１）。図９〜図１１の各立体形状を合成し、隠線
消去を行うと、図４に示すような、求める立体形状が得
られる。

【００２８】したがって、上述した実施例によれば、読
み取った平面図から線分、円弧以外の図形要素を消去
し、線分、円弧のすべての交点を求め、線分、円弧を交
点で分割してエッジを求め、エッジを所定のルールに従
って探索して図形を構成するすべての閉平面を抽出し、
抽出した閉平面に高さデータを加えて立体化し、それら
を合成することによって所望の立体形状を生成するよう
にしたので、平面図を用いて対話操作と自動処理により
立体形状を簡易に生成することが可能となり、図面など
に熟練してしない作業者でも簡易に立体形状を作成する
ことができるばかりか、作業時間も大幅に短縮すること
ができる。

【００２９】なお、上述の実施例においては、２次元の
図形データとして平面図を用いているが、これに限定さ
れるものではなく、図５（Ｂ）または（Ｃ）に示すよう
な側面図、またはその他の一面図であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】請求項１〜請求項５の発明によれば、２
次元の図形データを用いて対話操作と自動処理により所
望の立体形状を簡易に生成できるようになり、非熟練者
でも簡単に作業を行うことが可能となり、また、作業時
間の大幅な短縮が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による立体形状自動生成装置のハード
ウェアの構成図

【図２】 図１の装置の動作を示すフローチャート

【図３】 図２に続くフローチャート

【図４】 ３次元物体の一例を示す斜視図

【図５】 図４中のＡ〜Ｃ方向から見た一面図

【図６】 図２と図３のフローチャートの説明に供する
図

【図７】 図６に続く説明図

【図８】 図２と図３のフローチャートの説明に供する
図

【図９】 閉平面ＣＦ１の立体形状の一例を示す図

【図１０】 閉平面ＣＦ２の立体形状の一例を示す図

【図１１】 閉平面ＣＦ３の立体形状の一例を示す図

【符号の説明】

１…制御装置 ２…内部記憶装置 ３…論理演算装置（図形要素消去手段、交点演算手段、
エッジ演算手段、閉平面抽出手段（探索手段、カウント
手段）、閉平面立体化手段、立体形状合成手段） ４…バス ５…中央処理装置 ６…イメージスキャナ（図形データ読取り手段） ７…キーボード（データ入力手段） ８…マウス（データ入力手段） ９…ディスプレイ（表示手段） １０…外部記憶装置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元の図形データを読み取る図形デー
   タ読取り手段と、立体形状を生成するための 所用のデータを入力する入力
   手段と、読み取った ２次元の図形データから線分、円弧以外の図
   形要素を消去する図形要素消去手段と、 線分、円弧の交点を求める交点演算手段と、 線分、円弧を交点で分割してエッジを求めるエッジ演算
   手段と、 エッジを所定のルールに従って探索し、探索に基づいて
   複数の閉平面を抽出する閉平面抽出手段と、 抽出した複数の閉平面に、前記所用のデータに含まれる
   高さデータをそれぞれ加えて閉平面の立体形状を生成す
   る閉平面立体化手段と、 生成した閉平面の立体形状を一つの立体形状に合成する
   立体形状合成手段と、 を有することを特徴とする立体形状自動生成装置。
2. 【請求項２】 閉平面抽出手段は、 指定されたエッジを始点として所定の方向に回りながら
   左右所定の側に位置するエッジを始点に戻るまで連続的
   に探索する探索手段と、 探索の結果抽出したエッジの抽出回数をカウントするカ
   ウント手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の立体形状自動
   生成装置。
3. 【請求項３】 探索手段は、初期化された状態において
   は指定されたエッジを始点として所定の方向に回りなが
   ら左右所定の側に位置するエッジを始点に戻るまで連続
   的に探索し、その後は、抽出回数が２回未満のエッジに
   対して、指定されたエッジを始点として前記所定の方向
   と同一方向に回りながら前記左右所定の側と反対の側に
   位置するエッジを始点に戻るまで連続的に探索すること
   を特徴とする請求項２記載の立体形状自動生成装置。
4. 【請求項４】 前記立体形状合成手段によって合成され
   てできた立体形状を表示する表示手段を有することを特
   徴とする請求項１、２、または３記載の立体形状自動生
   成装置。
5. 【請求項５】 入力装置によって２次元の図形データを
   読み取り、記憶装置に記憶する段階と、前記記憶装置に記憶された ２次元の図形データから線
   分、円弧以外の図形要素を消去して、記憶装置に記憶す
   る段階と、論理演算装置によって円弧以外の図形要素を消去して記
   憶された２次元の図形データの 線分、円弧のすべての交
   点を求める段階と、前記論理演算装置によって 線分、円弧を交点で分割して
   エッジを求める段階と、前記論理演算装置内の エッジの抽出回数を初期化する段
   階と、入力装置からの 対話操作により指定されたエッジを始点
   として、前記論理演算装置によって所定の方向に回りな
   がら左右所定の側に位置するエッジを始点に戻るまで連
   続的に探索して図形の外周形状を抽出する段階と、 探索の結果抽出したエッジについて、前記論理演算装置
   によって論理演算装置内の抽出回数を１だけ増加する段
   階と、前記論理演算装置によって、前記論理演算装置内の 抽出
   回数が２回未満のエッジに対して、指定されたエッジを
   始点として前記所定の方向と同一方向に回りながら前記
   左右所定の側と反対の側に位置するエッジを始点に戻る
   まで連続的に探索して、探索に基づいて閉平面を抽出
   し、記憶装置に記憶する段階と、 探索の結果抽出したエッジについて、前記論理演算装置
   によって論理演算装置に定義されている抽出回数を１だ
   け増加する段階と、前記論理演算装置によって、入力装置からの 対話操作に
   より入力された閉平面の高さデータを前記記憶装置に記
   憶された閉平面に加えて閉平面の立体形状を生成する段
   階と、前記論理演算装置によって、 生成した閉平面の立体形状
   を合成して、記憶手段に記憶する段階と、 を有することを特徴とする立体形状の自動生成方法。