JP3278473B2 - ３次元モデル配置システムおよび３次元モデル配置方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元モデルの配置をチ
ェックする仮想設計に用いられる３次元モデル配置シス
テムおよび３次元モデル配置方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発電所や工場の監視や制御を行う
監視室やワードプロセッサなどを使うオフィスなどの設
計は、デザイナーが監視卓や机、椅子などの什器を配置
した室内の様子を種々の視点から描いたスケッチ画をも
とに行っていた。

【０００３】この場合、かかる配置チェックをするに際
しては、監視員が監視卓に座ったときに監視卓に視野を
さえぎられることなく壁の大スクリーンに表示されてい
る情報を見ることができるか、スーパバイザーの卓から
他の監視員の状況を見ることができるか、居住感はどう
かなどがチェックのポイントになっている。

【０００４】スケッチ画を描くには、このような点を考
慮した視点で描くのであるが、監視員の身長が違う場合
などに対応するには、任意の視点から見る必要がある。
スケッチ画でのチェックでは、このような任意の視点か
らの様子をチェックすることは不可能である。

【０００５】そこで、最近、このようなスケッチ画によ
る設計チェックの問題点を解決するため、コンピュータ
・グラフィックスを用いて設計チェックを行う３次元モ
デル配置システムが考えられている。

【０００６】このようなシステムによるコンピュータ・
グラフィックスの設計チェックでは、スケッチ画のかわ
りにＣＡＤなどを使用して、入力した監視卓や机、椅子
などの３次元モデルを３次元空間に配置することによ
り、コンピュータ・グラフィックスでは、３次元空間を
任意の視点からの透視投影図を見ることができ、任意の
視点から設計のチェックを行うことができるようにな
る。

【０００７】しかし、単にスケッチ画をコンピュータ・
グラフィックスに置き換えただけでは、ワードプロセッ
サやパーソナル・コンピュータなどで使用するときに問
題になる天井灯などのあかりのＣＲＴ管面への映り込み
の様子をチェックをすることができない。

【０００８】また、配置の不具合を発見したときに、コ
ンピュータ・グラフィックスにより単に表示しているだ
けでは、配置の変更、卓などの寸法や管面の傾斜の変更
などを行うことができなかった。つまり、コンピュータ
・グラフィックスは単に表示ツールとしての使い方であ
るので、表示に用いる３次元データはあくまでも表示の
為にだけ使われ、その後の設計・製造工程に利用するこ
とができない。

【０００９】一方、３次元物体の位置関係を人間が把握
するときには、床面に対して落ちている影が役だってい
る。従来のコンピュータ・グラフィックスでの影つけの
アルゴリズムとしては、鏡面反射モデルに基づくレイト
レーシングや完全拡散モデルに基づくラジオシティ・ア
ルゴリズムなどがある。前者は金属面での反射などを計
算するのに適し、後者は柔らかな影を算出するのに適し
ている。

【００１０】しかし、両者とも計算時間が非常にかかる
欠点がある。そこで、正確な影ではないが、床などの限
られた面に対してだけ、影を算出するフェーク・シャド
ゥという高速な影つけのアルゴリズムがある。このアル
ゴリズムは計算は速いが、計算された影はくっきりした
のものである。オフィスや監視室などの作業空間では天
井に多くの蛍光灯がついているので、床面に対して、ぼ
んやりした境界のはっきりしない影となる。このため、
高速ではあるが、フェーク・シャドゥで算出した影では
はっきりしすぎていて、自然な影に見えないという欠点
があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のコ
ンピュータ・グラフィックスによる表示を用いた３次元
モデル配置システムでは、ＣＲＴ管面への天井灯の映り
込みなど運用時に問題になる点をチェックすることがで
きず、また、表示されている３次元モデルの配置や形状
の不具合をチェック時に直接修正することができないば
かりか、修正した結果を後の設計・製造工程に利用でき
る形態で出力することもできず、さらに、高速に多光源
による境界のはっきりしない柔らかな影を算出すること
などもできなかった。

【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、天井灯の映り込みのチェックを可能にした３次元
モデル配置システムおよび３次元モデル配置方法を提供
することを目的とする。

【００１３】本発明は、３次元モデルの配置や形状の不
具合をチェック時に直接修正することができ、しかもそ
の結果を設計・製造工程などに利用できるようにした３
次元モデル配置システムおよび３次元モデル配置方法を
提供することを目的とする。

【００１４】また、本発明は、多光源による境界のはっ
きりしない柔らかな影を速やかに算出することができる
ようにした３次元モデル配置システムおよび３次元モデ
ル配置方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、３次元モデル
に関する情報を入力する入力手段と、この入力手段より
入力される情報を記憶する３次元モデル記憶手段と、こ
の３次元モデル記憶手段に記憶された３次元モデルを所
定の視線位置に応じて表示する表示手段と、この表示手
段で表示された３次元モデルの該３次元モデルに対応す
る３次元空間内での配置位置を変更させずに、該３次元
モデルの向き、形状、大きさを変更するために、それら
を該３次元空間内の座標で指示する直接指示手段と、前
記表示手段に表示された３次元モデルの該３次元モデル
に対応する３次元空間内での配置位置を、該３次元モデ
ルの２次元配置図上の座標で指示する間接指示手段と、
前記直接指示手段と間接指示手段の切り替えを指示する
指示切り替え手段とを具備したことを特徴とする。

【００１６】本発明は、入力された３次元モデルの情報
に基づき、該第３次元モデルを所定の視線位置に応じて
表示し、表示された前記３次元モデルの該３次元モデル
に対応する３次元空間内での配置位置を変更させずに、
該３次元モデルの向き、形状、大きさを変更するとき
は、それらを該３次元空間内の座標で直接指示手段によ
って指示し、表示された前記３次元モデルの該３次元モ
デルに対応する３次元空間内での配置位置を変更すると
きは、該３次元モデルの２次元配置図上の座標で間接指
示手段によって指示することを特徴とする。

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明によれば、３次元モデルの３次元空間内
での配置位置を変更させずに、該３次元モデルの向き、
形状、大きさを変更するときは、３次元空間内の座標で
指示し、３次元モデルの３次元空間内での配置位置を変
更するときは、該３次元モデルの２次元配置図上の座標
で指示することにより、それぞれの位置決めが容易に行
える。特に、３次元空間の座標による位置合わせが困難
な、３次元モデルの配置位置などを変更するときは、２
次元配置図上の座標で指示を行うことにより、３次元モ
デルの３次元空間内での配置位置の変更が容易に行え
る。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従い説明す
る。

【００２２】図１は同実施例の概略構成を示すものであ
る。図において、１は入力部で、この入力部１は、ＣＡ
Ｄなどで作られた３次元モデルをネットワークを経由し
て取り込むようにしたもの、あるいはカートリッジＭＴ
などの記憶媒体から入力データを取り込む入力ドライ
バ、３次元モデルの配置を入力したり配置などの修正を
指示するためのマウスなどのポインティング・デバイ
ス、データ・グローブ、３次元磁気センサなどからなる
３次元ポインティング・デバイスおよびキーボードなど
からなっている。

【００２３】そして、この入力部１からの入力データを
情報管理部９に与える。この情報管理部９は、入力部１
を始め、データ変換部２、３次元記憶部３、表示変換部
４、表示部５、直接指示部６、間接指示部７、指示切り
替え部８のそれぞれの間の情報伝達の管理を行うもので
ある。

【００２４】データ変換部２は、入力部１より入力され
た３次元モデルのデータ形式を変換するためのものであ
る。

【００２５】３次元記憶部３は、入力部１により入力さ
れデータ変換部２で変換された３次元モデルを前記入力
部１により指示された配置で記憶するものである。

【００２６】表示変換部４は、３次元記憶部３に記憶さ
れた３次元モデルを、この３次元記憶部３に記憶された
配置で表示する際に、入力部１により指示された視点位
置からの距離に応じて透視投影や高速表示変換を行った
り、後述する映り込み指示部１１による指示に基づいて
映り込み算出部１０が算出した映り込みを対象のコンー
ソール・モニターの位置にあわせて表示するようにした
ものである。

【００２７】表示部５は、表示変換部４により変換され
た３次元モデルを表示するＣＲＴなどからなるものであ
る。

【００２８】直接指示部６は、表示部５に表示された３
次元モデルの配置を修正する際に、入力部１のデータ・
グローブや３次元磁気センサなどの３次元ポインティン
グ・デバイスを用いて、３次元空間上の位置を直接指示
し、表示されている３次元モデルと同一の３次元空間内
で該当の３次元モデルを把持したり、押したり、引いた
りなどの動作により配置などの修正を行うものである。

【００２９】間接指示部７は、表示されている３次元モ
デルと対応はしているが、別の３次元あるいは２次元の
空間内で、入力部１のマウスなどのポインティング・デ
バイスを用いて、該当の３次元モデルの移動や回転など
の配置などの修正を行うものである。

【００３０】そして、指示切り替え部８は、直接指示部
６と間接指示部７の切り替えを指示するものである。こ
の指示切り替え部８には、映り込み算出部１０と映り込
み指示部１１を接続している。

【００３１】映り込み算出部１０は、３次元記憶部３に
記憶された３次元モデルのうち、蛍光灯などの映り込み
計算の対象となる灯の位置、形状、照度などの属性と、
コンソール・モニターなど映り込まれる対象となる管面
の位置と曲率や反射係数などの属性をもとに映り込みを
算出するものである。

【００３２】映り込み指示部１１は、映り込み算出部１
０に対し、蛍光灯などのあたりにルーバーなどの映り込
み防止策が講じられた場合と、そうでない場合とを算出
するように指示するものである。

【００３３】このような構成において、表示変換部４で
は、大量の３次元モデルを高速に表示するために既に知
られている階層簡略化の手法を適用し、例えば視点より
遠方にあるものは３次元モデルを簡略化し、この３次元
モデルを構成するポリゴンの数を減らして描画するよう
にしている。

【００３４】これには、例えば、図２（ａ）に示すよう
に、入力部１より入力された３次元モデルの原データを
視点からの距離に応じた簡略レベル０、１、２で簡略化
した同図（ｂ）に示す各モデルを情報管理部９に保持し
ておくことになる。この簡略化は、図２（ｃ）のように
３次元モデルの底面の多角形の頂点から対角線に対して
引いた垂線の長さが一定の値ｄより長ければその頂点を
残すという２分割法を用いて頂点の数を減らし、同図
（ｄ）に示す各簡略レベルを求めるようにしている。従
って、ｄの値が大きいほど簡略できる。

【００３５】このような階層簡略化により、３次元モデ
ルを構成するポリゴンの数を1/10程度に減らすことが可
能になり、例えば、表示部４に、監視室の様子として図
３や図４のような画面をリアルタイムに表示できる。こ
こで、図３は監視室の照明にルーバがついていない場合
で、符号３１が映り込んでいる蛍光灯の状態を示し、図
４は監視室の照明にルーバがついている場合で、符号４
１が映り込んでいる蛍光灯の状態を示している。

【００３６】以下、このような監視室の３次元配置につ
いて実施例の動作を説明する。

【００３７】図５は映り込みの処理のフローチャートを
示している。まず、蛍光灯を映り込ませるコンソール・
モニター面の頂点データとして３次元記憶部３に記憶さ
れた３次元モデルのデータ（図示５７）を読み取る（ス
テップ５１）。この場合の頂点データは、図６に示すよ
うなデータ形式のもので、情報管理部９を経由して映り
込み算出部１０に取り込まれる。ここで、図６に示す口
径／曲率（ｄ／ｒ）の関係でｄ／ｒの値が０ということ
はｒが無限大であり、モニター面が平面であることを表
す。そして、モニター面が丸くなるにつれ、ｄ／ｒの値
は大きくなる。

【００３８】次に、３次元記憶部３に記憶された３次元
モデルのうち、映り込みの対象となる蛍光灯などの灯の
３次元空間での位置と、その頂点データ、ルーバーなし
の状態での照度、ルーバーありの状態での照度の各デー
タ（図示５８）を読み取る（ステップ５２）。この場合
の各データ形式は、図７に示すようになっており、情報
管理部９を経由して映り込み算出部１０に取り込まれ
る。

【００３９】そして、ステップ５３でモニター面への蛍
光灯の投影計算を行う。この場合、図７に示す蛍光灯面
の頂点データより構成される蛍光灯ポリゴンを、図６の
コンソール・モニターの頂点データにより構成されるモ
ニター面に投影するようになる。

【００４０】ここで、モニター面が平面、つまりｄ／ｒ
が０の場合は、図８に示すように蛍光灯の頂点Ｌとモニ
ターＭ面に対して視点Ｅと鏡像関係にある仮想視点Ｅ´
を結ぶ直線とモニターＭ面との交点を算出する。この交
点がモニターＭ面での反射点Ｐとなる。そして、このよ
うな反射点Ｐを蛍光灯ポリゴンの各頂点に対して算出
し、モニターＭ面上での蛍光灯の投影ポリゴンを生成す
る。なお、視点Ｅは入力部１より入力された操作者の身
長や成人男子（または女子）の平均身長に基づき割だし
たものを用いる。

【００４１】一方、モニターＭ面が曲面の場合は（ここ
では球面で近似できると考える。）、図９（ａ）に示す
ように視点Ｅと球面（モニターＭ面）に関しての焦点Ｆ
の位置を計算する。この場合、焦点Ｆは、図９（ｂ）に
示すようにモニターＭ面上の適当なサンプル点Ｓを選
び、このサンプル点Ｓと視点Ｅを結んだ線とサンプル点
Ｓと球の中心点Ｏとを結んだ線とのなす角度が等しくな
る点Ａを求め、この点Ａとサンプル点Ｓと結んだ線と視
点Ｅと中心点Ｏとを結んだ線の交点として求められる。

【００４２】そして、こうして求めた焦点Ｆと蛍光灯ポ
リゴンの各頂点を結んでできる直線とモニターＭ面との
交点を算出し、この算出された交点より蛍光灯の投影ポ
リゴンを生成することになる。

【００４３】次に、ステップ５４では、例えば、図１０
に示すようにステップ５３で投影されたポリゴンＰＬが
モニターＭ画面からはみ出している場合には、このはみ
出した断片を刈り込む（クリッピング）。

【００４４】このクリッピング計算については、例え
ば、文献"An Analysis and Algorithmfor Polygon Clip
ping" by Liang, Y-D., and B.A. Batsky, CACM,26(1
1),November 1983,pp.868-877のLiang-Barskyによる方
法が適用される。

【００４５】次に、ステップ５５において、ルーバーの
有無を判定する。ここで、ルーバー有りが映り込み指示
部１１で指定されている場合は、次のステップ５６でル
ーバーの効果を計算する。ここで、映り込み指示部１１
での指示は、具体的には、入力部１のキーボードから特
定のコマンドの入力あるいはファンクション・キーの打
鍵、あるいはモニター面上に映り込んでいる蛍光灯を入
力部１のデータ・グローブを用いての直接指示すること
により実現される。

【００４６】なお、ルーバーが有る場合でも投影ポリゴ
ンを求めるステップ５３とクリッピングを行うステップ
５４での処理に変わりはなく、モニター画面のへの映り
込みの光の強度がルーバーにより遮られる分だけ減じる
ようになる。これは、蛍光灯からの光の放射角に依存す
る。

【００４７】図１１は、ルーバーＬＶが有る場合の光の
放射をモデル化して示すものである。この場合、ルーバ
ーＬＶにより反射された光しか投影されない放射限界角
をαとすると、放射角θが０からαの間にある場合は反
射光しか存在しない。

【００４８】そして、この反射光の強度をＩmin とする
と、Ｉmin はルーバーＬＶの材質や間隔、高さなどの特
性に依存する。図７に示す蛍光灯データでは、ルーバー
ＬＶのある場合とない場合とでその強度が半減するよう
な例を示している。

【００４９】また、放射角θがπ／２になったときは、
ルーバーＬＶがない状態と等しくなり、このときの強度
はＩmax となる。従って、放射角θがαより大きくπ／
２より小さいときの強度Ｉは、 Ｉ＝Ｉmin ＋ （Ｉmax ーＩmin ）・ｆ（θーα） で表すことができる。

【００５０】ここで、補間関数ｆには、例えば図１２の
ような２次曲線を用いる。そして、蛍光灯ポリゴンの各
頂点について、上式に従って光の強度を算出することに
より、上述のステップ５６でのルーバーの効果を考慮し
た投影ポリゴンの各頂点の強度が得られることになる。

【００５１】なお、蛍光灯が複数ある場合は、図７では
灯「Ｌ」が適用され、Ｌ個の蛍光灯について上述のステ
ップ５１からステップ５６の処理を行うようになる。ま
た、映り込まれるモニター面が複数ある場合は、図６で
は、モニター「Ｎ」が適用され、それぞれのモニター面
について、ステップ５１からステップ５６の処理を行う
ようになる。

【００５２】このようにして、図５に示すフローチャー
トに従って映り込み算出部１０により算出された映り込
み例が上述した図３と図４である。

【００５３】図３は蛍光灯にルーバーがついていない場
合で、図４は蛍光灯にルーバーがついている場合であ
る。この場合、表示変換部４によりモニター画面上の投
影ポリゴンの光の強度を透明度に変換し、モニター画面
に表示されている画面に対して重ねて表示する。つま
り、投影ポリゴンの光の強度が強ければ、透明度を低く
して、蛍光灯の映り込みによって後方の画面がみえにく
い状況をシミュレートし、逆に強度が低ければ、透明度
を高くして、後方の画面を邪魔しないようにしている。

【００５４】従って、このようにすれば映り込み算出部
１０での映り込み処理は蛍光灯ポリゴンの頂点の投影を
算出するだけなので、その計算を高速にできる。そし
て、以下に述べるようなモニター面の位置の変更に追随
して、モニター上に映り込んだ蛍光灯を表示することが
できるようになる。

【００５５】この場合、操作者は、入力部１においてデ
ータ・グローブをはめた手を移動して、表示部５に表示
されている手をモニター面の近くまで移動する。

【００５６】そして、モニター面の十分近くで、データ
・グローブをはめた手を、例えば把持の形にする。この
場合、指示切り替え部８は、例えば図１４のように指示
切り替えのジェスチャーなどの解釈のための表を持って
いて、図１３に示すフローチャートに従って入力を解釈
する。この例では、データ・グローブを把持した場合
で、図１４を参照すると直接指示を指示しているので、
指示切り替え部８では、図１３のステップ１３２で直接
指示と判断し、直接指示部６に指示を切り替える（ステ
ップ１３３）。

【００５７】これにより直接指示部６では、これ以降、
入力部１から入力されてきた座標値を、表示部４に表示
されている３次元モデルの位置していると同じ３次元空
間に対応するようになる。この状態で、例えば、モニタ
ー面の角度を変化させて、蛍光灯の映り込みの様子がど
のように変化するかをチェックしたい場合、モニター面
の近くまでもっていったデータ・グローブに対応する手
を握ると、モニター面に対して直接指示ができるように
なる。そして、表示されているモニター面の端を押すよ
うにデータ・グローブに対応する手を移動すると、情報
管理部９では、入力部１から入力された座標値に基づい
てモニター面の位置を変更するようになる。この状態
で、例えば、モニター面の右端をデータ・グローブに対
応する手が押したとする。すると、データ・グローブか
ら入力された座標値(gx,gy,gz)によりモニター面の右端
の中点の奥行き（ｚ方向）が、データ・グローブの移動
により変化したと解釈され、図６のモニター面０の頂点
データのｚ方向の値が次のように変更される。

【００５８】 変更前 変更後 Z0 Z00-gz+(Z20+Z30)/2 Z01 Z01-gz+(Z20+Z30)/2 Z02 gz+(Z20-Z30)/2 Z03 gz+(Z30-Z20)/2 これにより、モニター面の位置がデータ・グローブの移
動に従って変更されるようになる。

【００５９】一方、モニター面の左端が押された場合も
同様で、モニター面の左端の中点の奥行き座標がデータ
・グローブの座標値に合わせられ、モニター面の位置が
変更される。モニター面の上端あるいは下端が押されて
いる場合も同様で、その中点のx,y 座標をデータ・グロ
ーブのx,y 座標に合わせられ、モニター面の位置が変更
される。

【００６０】また、監視卓の長さを短くしたいような場
合、上述の直接指示になっている状態から、データ・グ
ローブをはめた手により切る仕草をすると、カットの指
示がでたと解釈し、データ・グローブの位置に対応する
ｙｚ平面で監視卓の端を切ったように表示することも可
能である。

【００６１】次に、モニター全体の位置を変更するよう
な場合、３次元空間内でモニターを直接移動させて正確
に位置合わせを行うこのはなかなか難しい。このような
場合は、上空に視点があるときの２次元空間に設定し、
マウスなどを用いて移動を指示する方が正確な移動が可
能である。

【００６２】そこで、このような場合、入力部１より、
例えばキーボードのファンクションキー２を押すと、図
１４に示すように間接指示を指示しているので、指示切
り替え部８では、図１３のステップ１３２で直接指示で
ないと判断し、間接指示部７に指示を切り替える（ステ
ップ１３４）。

【００６３】これにより、表示部５では、モニターの２
次元配置図を表示するので、間接指示部７では、これ以
降、入力部１から入力されるマウスなどの入力座標によ
りモニター全体の位置の変更できるようになる。

【００６４】なお、本実施例では入力部１からの指示に
従って、直接指示部６と間接指示部７を切り替える例に
ついて述べたが、必ずしも、これに限定されるものでは
ない。例えば、３次元モデルの属性として、編集のやり
易いのが直接指示であれば、直接指示のフラグを３次元
モデルを構成する部品に対してあらかじめ記述しておく
ことも可能である。

【００６５】次に、以上のような実施例で扱う３次元記
憶部３のデータにＣＡＤで作成されるデータを変換する
データ変換部２での動作について説明する。

【００６６】この場合、３次元記憶部３では、例えば情
報管理部９や表示変換部４や表示部５がもっとも高速で
扱い易い３次元モデルの記述形式としてシリコン・グラ
フィックス社のフリップ・ファイル・フォーマットを用
いて記述されている。ここで、もっとも簡単な立方体を
フリップ・ファイル・フォーマットで表した例を図１５
に示している。同図において、１５１はスタート、１５
２は頂点、１５３はスペース、１５４〜１５６はｘ、
ｙ、ｚの法線ベクトル、１５７は頂点のｘ、ｙ、ｚ座標
をそれぞれ表し、以下、同様にして３次元モデルについ
ての記述がなされている。一方、ＣＡＤで作成されるデ
ータ形式は、例えばAutoDesk社のdxf 形式がよく使われ
る。ここで、立方体をdxf 形式で表現すると、図１６に
示すように表すことができる。

【００６７】しかして、データ変換部２での処理は、図
１７のステップ１７１からステップ１７９が実行され
る。

【００６８】ところで、図１６の形式では、３次元図形
を構成している図形の種類、たとえばPOLYLINEとそれを
構成する頂点VERTEXとからなっているのに対し、上述の
図１５のフリップ・ファイル・フォーマットでは、四角
形ポリゴンを構成する４つの頂点と四角形ポリゴンの向
きを示す法線ベクトルが含まれている。ここでの法線ベ
クトルは四角形ポリゴンに光が当ったときの輝度計算を
するのに欠かせないものである。

【００６９】しかし、図１６のdxf には、法線ベクトル
のデータが含まれていない。そこで、頂点データだけか
ら法線ベクトルを算出する場合、頂点データを左巻きに
するか、右巻きにするかで２通りの法線ベクトルがでて
くる。図１７のステップ１７７はこれを計算するもので
ある。ここでは安全のため、２通りの法線ベクトルを算
出する。また、ステップ１７６は、dfx の図形の種別に
応じて、四角形ポリゴンへの分割を行うものである。そ
して、ステップ１７６で算出した四角形ポリゴンとステ
ップ１７７で算出した法線ベクトルとを、ステップ１７
９で３次元記憶部３に書き込むようになる。

【００７０】逆に、フリップ・ファイル・フォーマット
をdxf に変換するときには、一律にPOLYLINEと頂点デー
タに変換するようになる。

【００７１】従って、このようにすれば天井灯のＣＲＴ
管面への映り込みのシミュレーションを行うことがで
き、しかも、映り込み具合に応じてＣＲＴ管面の角度な
どを修正したり、あるいは視野の蹴りがないように監視
卓や机などの配置を修正するなどが可能になる。つま
り、それぞれに対して扱い易い操作方法を有することに
より、３次元モデルの配置を運用時そのままの様子で表
示し、その不具合を修正することもできる。さらに修正
された結果をＣＡＤデータに変換して出力できるので、
その後の設計・製造工程にそのＣＡＤデータを直接利用
することができ、工数を大幅に短縮できる。また、もの
ができる前に、顧客も一緒に不具合をチェックできるの
で、ものができた後で、顧客から考えていたものとイメ
ージが違うなどのクレームがなくなり、設計のやり直
し、製品のつくり直しを大幅に減らすことができる。

【００７２】なお、上記においてはＣＡＤデータの形状
をそのまま保存する形で変換し、それを記憶ことを想定
したが、ある程度加工した形で記憶してもよい（ｄ×ｆ
の逆変換を行わない場合）。例えば、直線と見做しても
よいような滑らかな曲線を直線として近似する処理を行
うことでポリゴンの数を減らすことができる。このとき
の直線近似における誤差の程度を制御するパラメータ
は、後段の画面表示の際に問題とならない程度（人間の
目には区別できない）、あるいは描画装置の性能から決
められる。また、対象となる３次元オブジェクトが入り
込んだ形状をしている場合、あるいは内部構造を有して
いる場合において外部から見えない面を削除してもよ
い。この時、外から完全に見えない面を削除するのは勿
論だが、外からのしゃ蔽の程度を定義することにより、
さらにポリゴン数を減らすことが可能である。例えば、
可能な視点領域の９０％以上の領域から見えない面は取
り除くという処理を行ってもよい。この時、真上から見
える面は、絶対に取り除かないという具合に方向に対し
て重みづけ（または優先度）を行うことも可能である。
上記のしゃ蔽程度を制御するパラメータ（例えばしゃ蔽
が起こる視点数の割合）は、後段の画面表示で取り得る
視点方向の制約あるいは描画装置の性能から決定され
る。

【００７３】以上のすべての実施例では入力部１はデー
タ・グローブなど特殊な入力デバイスを用いた場合につ
いて説明しているが、必ずしもこれに限定されるもので
はない。たとえば、操作する人間の手の画像を取り込
み、これを画像処理し解析して、直接手の動きや位置を
入力として用いることも可能である。

【００７４】図１８は、本発明の他の実施例の概略構成
を示すものである。

【００７５】この場合、図１に示す実施例と入力部１、
データ変換部２、３次元記憶部３、表示変換部４、表示
部５、情報管理部９については同様で、この他に３次元
記憶部３に記憶された３次元物体に対して基本影を算出
する基本影算出部１２と、基本影算出部１２により算出
された基本影に対して周囲をぼかした詳細な影を算出す
る詳細影算出部１３を設けている。

【００７６】図１９は基本影を算出した後に、詳細影を
算出する処理のフローチャートを示したものである。

【００７７】この場合、基本影算出部１２の基本影の算
出には、例えば、文献"Me and My (Fake) Shadow" by B
linn, J.F., CG & A, 9(1), January 1988, pp.82-86に
あるFake Shadow などの高速で３次元モデルのデータ構
造に制約のないアルゴリズムを用いるようにする。

【００７８】まず、基本影ポリゴンを生成する（ステッ
プ１９１）。図２０は、３次元物体２０に対して基本影
算出部１２が算出した投影面２１上に投影された基本影
２２を示している。

【００７９】次に、詳細影算出部１３が基本影ポリゴン
の各頂点に対して、拡張の三角形ポリゴン２４を生成す
る（ステップ１９２）。三角形ポリゴンは、図２０に示
すように光源を該当平面に投影した投影点２３と基本影
２２の各頂点を結ぶ線分の長さを一定値δ延長した延長
点により生成される。

【００８０】次に、基本影ポリゴンの各辺を対する四角
形ポリゴン２５を生成する（ステップ１９３）。そし
て、ステップ１９２と１９３で生成された拡張ポリゴン
の基本影２２の頂点、辺に接している頂点の濃度を１、
別の頂点の濃度を０とし、その中間をたとえば線形で補
間して濃度を算出する（ステップ１９４）。

【００８１】さらに、ステップ１９４で算出された濃度
を透明度に変換して塗りつぶして、描画を行う（ステッ
プ１９５）。例えば、濃度が高ければ透明度が低くなる
ように、濃度ｐに対して、透明度ｔは、 ｔ＝１．０−ｐ のような変換をする。

【００８２】以上述べたような変換処理により、基本影
２２の周辺にぼんやりした半影のある影を高速に表示で
き、床に対して柔らかな影が落ちるようにできるので、
ユーザは３次元モデルの３次元空間での位置関係を容易
に把握できることになる。

【００８３】なお、ステップ１９４では基本影の周辺か
ら半影を生成しているが、必ずしもこれに限定されるも
のではない。光源の投影点を濃度１として、拡張ポリゴ
ンの外周を濃度０として、その中間を補間することで全
体にぼやかした影を生成することも可能である。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、３次元モデル記憶手段
に記憶された３次元モデルの映り込み対象と映り込まれ
る対象のそれぞれの配置および属性の各情報に基づい
て、映り込み算出手段により映り込み対象の映り込まれ
る対象表面への映り込みが計算され、映り込み対象の映
り込み防止策が講じられた場合とそうでない場合の指示
に基づいて、映り込み算出手段で算出された映り込みを
映り込まれる対象の３次元モデルとあわせて表示できる
ようになるので、例えば、ＣＲＴ画面など対する天井灯
の映り込みなど、運用時に問題になる点を事前にチェッ
クすることができるようになる。

【００８５】また、本発明によれば、表示手段に表示さ
れた３次元モデルに対応する３次元空間内での直接操作
と、３次元モデルに対応する２次元空間内での間接操作
を適宜切り替えて実行できるようになるので、３次元モ
デルの配置や形状の不具合に応じて、ＣＲＴ管面の角度
などを修正したり、あるいは視野の蹴りがないように監
視卓や机などの配置を修正することなどが可能になる。
つまり、３次元モデルの配置を運用時そのままの様子で
表示し、その不具合を適宜に修正することができるよう
になる。

【００８６】さらに本発明によれば、基本影算出手段に
より算出された３次元モデルに対する基本影に対し詳細
影算出手段により基本影周辺に対して拡張部を生成する
とともに、該拡張部に対し影濃度を順に変化するような
詳細化処理を行うことで、多光源による境界のはっきり
しない柔らかな影を生成できるようになるので、床に対
して柔らかく影が落ちているような状態を得られ、ユー
ザは３次元モデルの３次元空間での位置関係を容易に把
握することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成を示す図。

【図２】一実施例の３次元モデル高速表示のための階層
簡略化モデルの説明と簡略化処理の一例を示す図。

【図３】一実施例の表示例を示す図。

【図４】一実施例の表示例を示す図。

【図５】一実施例の映り込み処理を説明するフローチャ
ート。

【図６】一実施例の映り込み処理に用いるモニター面の
データ例を示す図。

【図７】一実施例の映り込み処理に用いる蛍光灯のデー
タ例を示す図。

【図８】一実施例のモニター面が平面の場合の映り込み
処理を説明するための図。

【図９】一実施例のモニター面が球面の場合の映り込み
処理を説明するための図。

【図１０】一実施例の映り込み処理での投影ポリゴンの
クリッピングを説明するための図。

【図１１】一実施例の映り込み処理でルーバーがついて
いる場合の光の放射を説明するための図。

【図１２】一実施例の映り込み処理でルーバーがついて
いる場合の光の放射強度の計算モデルを示す図。

【図１３】一実施例の指示切り替え部を説明するフロー
チャート。

【図１４】一実施例の指示切り替え部での入力指示の解
釈規定の一例を示す図。

【図１５】一実施例の３次元記憶部で記憶されている３
次元モデルの記述形式の一例を示す図。

【図１６】一実施例で使用する外部のＣＡＤで作られた
３次元モデルの記述形式の一例を示す図。

【図１７】一実施例のデータ変換部のデータ変換処理を
説明するフローチャート。

【図１８】本発明の他の実施例の該略構成を示す図。

【図１９】他の実施例の影生成処理を説明するフローチ
ャート。

【図２０】他の実施例の影生成を説明するための図、

【符号の説明】

１…入力部、２…データ変換部、３…３次元記憶部、４
…表示変換部、５…表示部、６…直接指示部、７…間接
指示部、８…指示切り替え部、９…情報管理部、１０…
映り込み算出部、１１…映り込み指示部、１２…基本影
算出部、１３…詳細影算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 福井 美佳 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 名井健 外４名，ＶＲ技術を利用した 遠隔監視・制御システムの設計，情報処 理学会研究報告，日本，社団法人情報処 理学会，ｖｏｌ．92 ｎｏ．15，ｐ109 −116 尾本林貞ほか，ＣＧ機器とその応用, 情報処理学会研究報告，日本，社団法人 情報処理学会，ｖｏｌ．90 ｎｏ．34, ｐ１−８ 三輪道雄ほか，人工現実感用シェルＰ ＬＯＴＳの開発，電子情報通信学会技術 研究報告，日本，社団法人電子情報通信 学会，ｖｏｌ．92 ｎｏ．26，ｐ７−14 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 17/50 634

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元モデルに関する情報を入力する入力
   手段と、 この入力手段より入力される情報を記憶する３次元モデ
   ル記憶手段と、 この３次元モデル記憶手段に記憶された３次元モデルを
   所定の視線位置に応じて表示する表示手段と、 この表示手段で表示された３次元モデルの３次元空間内
   での配置位置を変更させずに、該３次元モデルの向き、
   形状、大きさを変更するために、該３次元空間内の座標
   で指示する直接指示手段と、 前記表示手段に表示された３次元モデルの３次元空間内
   での配置位置を、該３次元モデルの２次元配置図上の座
   標で指示する間接指示手段と、 前記直接指示手段と間接指示手段の切り替えを指示する
   指示切り替え手段とを具備したことを特徴とする３次元
   モデル配置システム。
2. 【請求項２】入力された３次元モデルの情報に基づき、
   該第３次元モデルを所定の視線位置に応じて表示し、 表示された前記３次元モデルの３次元空間内での配置位
   置を変更させずに、該３次元モデルの向き、形状、大き
   さを変更するときは、該３次元空間内の座標で直接指示
   手段によって指示し、 表示された前記３次元モデルの３次元空間内での配置位
   置を変更するときは、該３次元モデルの２次元配置図上
   の座標で間接指示手段によって指示することを特徴とす
   る３次元モデル配置方法。