JP3983581B2

JP3983581B2 - 三次元形状生成プログラム及び三次元形状生成方法

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Publication number: JP3983581B2
Application number: JP2002097256A
Authority: JP
Inventors: 孝志山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003296381A; US20030184542A1; US7184587B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状を設計するＣＡＤ（Computer Aided Design）システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、設計期間の短縮や設計品質の向上を図るために、コンピュータを使用して、工業製品や建築物などを設計するＣＡＤシステムが広く活用されている。多くの三次元ＣＡＤシステムでは、突起や穴などの形状特徴（フィーチャ）単位で、モデルを加工する手法が採用されている。また、三次元ＣＡＤシステムでは、フィーチャを定義するパラメータを変えることで、その形状を容易に変化させることができる「フィーチャパラメトリック機能」を備えていることが多い。そして、フィーチャパラメトリック機能を備えた多くの三次元ＣＡＤシステムでは、フィーチャは、１回の作図で作成される単位となると共に、その後の削除や生成履歴上の順序変更などの編集対象単位となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィーチャパラメトリック機能を備えた三次元ＣＡＤシステムでは、例えば、タップ穴（段付き穴）を生成するとき、次のような３つの方法でその形状を生成させることができる。即ち、第１の方法では、深さａの穴を作成すると共に、その底面から深さｂの穴を作成して、タップ穴の形状を生成させる。第２の方法では、タップ穴の縦断面形状の半分を３６０度回転させて、タップ穴の形状を生成させる。第３の方法では、タップ穴を生成するための専用コマンドを使用する。
【０００４】
しかしながら、このような方法では、夫々次のような問題点があった。即ち、第１の方法では、２つの穴でタップ穴を生成していたため、タップ穴が２つのフィーチャから構成されることとなり、その後の編集操作が容易でなかった。第２の方法では、タップ穴の縦断面図が必要であり、タップ穴を真上から見た平面図しかない場合には、その縦断面図を新たに作成しなければならなかった。第３の方法では、専用コマンドは決まった形状しか生成できないため、柔軟性に欠けるものであった。従って、三次元形状生成に係る作業効率があまり良好ではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、外形線が交差していない複数のループをもとに１つのフィーチャを構成すると共に、各ループに対して任意の押し出し寸法を入力できるようにすることで、三次元形状生成に係る作業効率を向上させた三次元形状生成技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る三次元形状生成技術では、外形線が交差していない複数のループからなる断面を作成し、各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法を夫々入力し、入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成することを特徴とする。このとき、断面は、基本フィーチャを母体として、１つのフィーチャを付加するための各種プリミティブから構成されることが望ましい。
【０００７】
かかる構成によれば、１つのフィーチャを付加するための断面を構成する各種プリミティブのうち、その外形線が交差していない各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法が夫々入力される。そして、入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状が生成される。このため、外形線が交差していない複数のループにより断面が作成され、これをもとに１つのフィーチャが作成されることとなり、フィーチャの削除や生成履歴上の順序変更などの編集操作において、編集対象の選択が容易となる。また、フィーチャを生成するために、縦断面図を用いていないため、縦断面図作成に要する労力が不要となる。さらに、共通断面において、これを構成する各ループに対して異なる寸法を入力することで、全く異なったフィーチャを生成させることができ、専用コマンドを一々切り替えて異なるフィーチャを作成する必要がない。従って、三次元形状生成に係る作業効率を向上させることができる。
【０００８】
このとき、断面を構成する各ループを操作者に通知するようにすれば、寸法入力が可能であることを認識させることができ、作業効率を一層向上させることができる。
また、一方のループが他方のループに内包されると共に、各ループに夫々寸法が指定されたときには、その指定の特徴を判断して、複数のループをどのように繋げて立体化するかを決定することが望ましい。具体的には、一方のループが他方のループに内包されていると共に、２つのループの押し出し量が共に０に設定されているときには、２つのループの外形線を連結するロフト処理を実行することが望ましい。
【０００９】
かかる構成によれば、一方のループが他方のループに内包されていると共に、各ループに夫々寸法が指定されているときには、その指定の特徴に応じて複数のループを繋げて種々の三次元形状が生成される。そして、特に、一方のループが他方のループに内包されていると共に、２つのループの押し出し量が共に０に設定されているときには、ロフト処理を実行することで、フィーチャとしてテーパ部を容易に生成することができる。
【００１０】
さらに、ループの寸法には、基準面に対する押し出し開始位置、及び、その押し出し量を入力することが望ましい。このようにすれば、ループの押し出し開始位置及びその押し出し量を任意に設定することで、フィーチャを容易かつ柔軟に変化させることができる。
その他、同一ループに対して複数の寸法を入力可能であることが望ましい。このようにすれば、例えば、さら穴のように、複数の特徴を有するフィーチャを容易に生成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した三次元形状生成装置の構成を示す。
三次元形状生成装置１０は、少なくとも中央処理装置（ＣＰＵ）とメモリとを備えたコンピュータから構成され、メモリにロードされたプログラムによって、三次元形状を生成するための各種機能が実現される。三次元形状生成装置１０は、断面図作成部１２と、フィーチャ管理部１４と、ループ管理部１６と、寸法入力部１８と、三次元形状生成部２０と、を含んで構成される。
【００１２】
断面図作成部１２では、モデルの土台となるフィーチャ（以下「基本フィーチャ」という）を母体として、突起や穴などの１つのフィーチャを付加するための各種プリミティブからなる断面図が作成される。フィーチャ管理部１４では、断面図作成部１２により作成された断面図、及び、断面図により構成されるフィーチャが管理される。ループ管理部１６では、断面図を構成する各ループの寸法が設定された管理テーブル１６Ａ、及び、断面図を構成する複数のループを検索するループ検索部１６Ｂにより、断面図を構成するループが管理される。ここで、「ループ」とは、外形線が交差していないプリミティブであって、これをもとに１つのフィーチャが構成されるものをいう。また、ループ検索部１６Ｂには、操作者（設計者）に対して、検索されたループを通知する機能も備えられる。寸法入力部１８では、ループ検索部１６Ｂにより検索された各ループについて、所定方向に押し出して三次元形状を生成するための寸法が入力される。三次元形状生成部２０では、寸法入力部１８により入力された寸法に基づいて、断面図を構成する各ループが所定方向に押し出され、三次元形状が生成される。
【００１３】
なお、断面図作成部１２，ループ検索部１６Ｂ，寸法入力部１８、並びに、三次元形状生成部２０により、夫々、断面作成機能及び断面作成手段，ループ通知機能，寸法入力機能及び寸法入力手段，並びに、三次元形状生成機能及び三次元形状生成手段がソフトウエア的に実現される。
次に、かかる三次元形状生成装置１０の作用について説明する。
【００１４】
三次元形状を生成するときには、先ず、図２（Ａ）に示すように、基本フィーチャに対してフィーチャを付加する「付加面」が指定される。付加面の指定以降は、同図（Ｂ）に示すように、付加面を二次元的に参照した断面に対して、１つのフィーチャを付加するための各種プリミティブが作成される。なお、以下の説明では、付加面に栽頭円錐形状の穴（以下「栽頭円錐穴」という）を付加するものとする。次に、同図（Ｃ）に示すように、付加面に対して、同心に配置された大円Ａ及び小円Ｂが作成される。ここで、同図（Ａ）〜（Ｃ）に示す一連の処理は、断面図作成部１２から提供される作図機能により行われる。
【００１５】
断面図の作成が完了すると、ループ検索部１６Ｂから提供されるループ検索機能により、断面を構成するループとしての大円Ａ及び小円Ｂが検索される。検索されたループは、例えば、画面上で表示色を変えたり、寸法入力を促すポップアップウインドウを表示することで、操作者に通知することが望ましい。そして、寸法入力部１８から提供される寸法入力機能により、同図（Ｄ）に示すように、検索された各ループに対して任意の寸法が夫々入力される。なお、寸法としては、付加面を基準とした絶対寸法、又は、他の面を基準とした相対寸法のどちらを採用してもよい。
【００１６】
各ループに対する寸法入力が完了すると、三次元形状生成部２０から提供される三次元形状生成機能により、各ループが所定方向に押し出される。そして、同図（Ｅ）に示すように、基本フィーチャに対してフィーチャが付加された三次元形状が生成され、これが画面上に表示される。
次に、具体的事例を用いて、三次元形状の生成原理について説明する。
【００１７】
図３は、第１事例として、付加面に深さの異なる２つの穴を付加する原理を示す。付加面において、同図（Ａ）に示すように、１つのフィーチャを構成する大円Ａ及び小円Ｂを夫々作成する。そして、大円Ａについて、付加面を基準としてａだけ押し出される一方、小円Ｂについて、付加面を基準としてｂだけ押し出されるように寸法を夫々入力すると、同図（Ｂ）に示すような管理テーブルが作成される。ここで、管理テーブルには、各ループの押し出し開始位置（項番１及び３）並びにその押し出し量（項番２及び４）が夫々設定される。管理テーブルが作成されると、その設定内容に応じて、同図（Ｃ）に示すような三次元形状が生成される。
【００１８】
図４は、第２事例として、付加面にタップ穴（段付き穴）を付加する原理を示す。付加面において、同図（Ａ）に示すように、１つのフィーチャを構成する、同心に配置された大円Ａ及び小円Ｂを夫々作成する。そして、大円Ａについて、付加面を基準としてａだけ押し出される一方、小円Ｂについて、絶対寸法ａ（大穴の底面）を基準としてｂだけ押し出されるように寸法を夫々入力すると、同図（Ｂ）に示すような管理テーブルが作成される。管理テーブルが作成されると、その設定内容に応じて、同図（Ｃ）に示すような三次元形状が生成される。
【００１９】
図５は、第３事例として、付加面に栽頭円錐穴を付加する原理を示す。付加面において、同図（Ａ）に示す大円Ａ及び小円Ｂを夫々作成する。そして、大円Ａについて、付加面を基準として０だけ押し出されると共に、小円Ｂについて、絶対寸法ｂを基準として０だけ押し出されるように寸法を夫々入力すると、同図（Ｂ）に示すような管理テーブルが作成される。ここで、管理テーブルには、各ループの押し出し開始位置のみが設定される。即ち、第３事例では、各ループの押し出し量が０であるので、これを省略することで、管理テーブルのサイズを小さくすることができる。管理テーブルが作成されると、その設定内容に応じて、同図（Ｃ）に示すような三次元形状が生成される。このとき、大円Ａ及び小円Ｂは、その押し出し量が共に０であるので、両者の外形線を連結するようにロフト処理が実行される。
【００２０】
図６は、第４事例として、付加面にさら穴を付加する原理を示す。付加面において、図６（Ａ）に示す大円Ａ及び小円Ｂを夫々作成する。そして、大円Ａについて、付加面を基準として０だけ押し出される一方、小円Ｂについて、絶対寸法ａを基準として０だけ押し出されると共に、絶対寸法ａを基準としてｂだけ押し出されるように寸法を入力すると、同図（Ｂ）に示すような管理テーブルが作成される。即ち、小円Ｂについて、複数のループＢ(1)及びＢ(2)があるものと取り扱い、各ループＢ(1)及びＢ(2)に対して任意の寸法を夫々入力できるようにする。管理テーブルが作成されると、その設定内容に応じて、同図（Ｃ）に示すような三次元形状が生成される。このとき、大円Ａ及び小円Ｂ（ループＢ(1)）は、その押し出し量が共に０であるので、両者の外形線を連結するようにロフト処理が実行されると共に、小円Ｂ（ループＢ(2)）は、絶対寸法ｂを基準としてｂだけ押し出され、さら穴が生成される。
【００２１】
従って、第２事例〜第４事例では、共通する断面において、これを構成する各ループに対して異なる寸法を入力することで、全く異なったフィーチャを生成させることができる。このため、従来のように、専用コマンドを一々切り替えて異なるフィーチャを作成する必要がなく、三次元形状生成に要する操作数を軽減することができる。また、第４事例のように、複数の特徴を有するフィーチャも容易に生成することができる。
【００２２】
そして、各事例では、大円Ａ及び小円Ｂは１つのフィーチャを構成しているので、その後の削除や生成履歴上の順序変更などの編集操作において、編集対象の選択が容易となる。さらに、各事例では、フィーチャを生成するための断面図を用いていないため、断面図作成に要する労力が不要となる。
なお、以上の説明では、付加面にループとしての円を作成したが、図７に示すように、矩形，五角形又はその他の形状からなるループを作成してもよい。また、事例として基本フィーチャに穴を作成した例を示しているが、突起物を作成することもできる。このような立体図形の作成は、周知のごとく複数のフィーチャで和集合や積集合などの演算をさせることで可能である。もちろん、基本フィーチャは必ずしも必要なものではなく、単に二次元的に作図された断面形状を押し出して立体化させたものをそのまま用いても構わない。
【００２３】
このような機能を実現するプログラムを、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録しておけば、本発明に係る三次元形状生成プログラムを市場に流通させることができる。そして、かかる記録媒体を取得した者は、一般的なコンピュータシステムを利用して、本発明に係る三次元形状生成装置を容易に構築することができる。
【００２４】
（付記１）外形線が交差していない複数のループからなる断面を作成する断面作成機能と、前記各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法を夫々入力する寸法入力機能と、該寸法入力機能により入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成する三次元形状生成機能と、をコンピュータに実現させるための三次元形状生成プログラム。
【００２５】
（付記２）前記断面は、基本フィーチャを母体として、１つのフィーチャを付加するための各種プリミティブからなることを特徴とする付記１記載の三次元形状生成プログラム。
【００２６】
（付記３）前記断面作成機能により作成された断面を検索して、該断面を構成する各ループを操作者に通知するループ通知機能が備えられたことを特徴とする付記１記載の三次元形状生成プログラム。
【００２７】
（付記４）前記三次元形状生成機能は、一方のループが他方のループに内方されると共に、前記ループに夫々寸法が指定されたときには、その指定の特徴を判断し、複数のループをどのように繋げて立体化するか決定する機能を有することを特徴とする付記１〜付記３のいずれか１つに記載の三次元形状生成プログラム。
【００２８】
（付記５）前記寸法入力機能は、基準面に対するループの押し出し開始位置、及び、その押し出し量を入力することを特徴とする付記２記載の三次元形状生成プログラム。
【００２９】
（付記６）前記三次元形状生成機能は、一方のループが他方のループに内包されると共に、２つのループの押し出し量が共に０に設定されているときには、２つのループの外形線を連結するロフト処理を実行することを特徴とする付記４又は付記５に記載の三次元形状生成プログラム。
【００３０】
（付記７）前記寸法入力機能は、同一ループに対して複数の寸法を入力可能であることを特徴とする付記１記載の三次元形状生成プログラム。
【００３１】
（付記８）外形線が交差していない複数のループからなる断面を作成し、前記各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法を夫々入力し、入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成することを特徴とする三次元形状生成方法。
【００３２】
（付記９）外形線が交差していない複数のループからなる断面を作成する断面作成手段と、前記各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法を夫々入力する寸法入力手段と、該寸法入力手段により入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成する三次元形状生成手段と、を含んで構成されたことを特徴とする三次元形状生成装置。
【００３３】
（付記１０）外形線が交差していない複数のループからなる断面を作成する断面作成機能と、前記各ループについて、所定方向に押し出すための任意の寸法を夫々入力する寸法入力機能と、該寸法入力機能により入力された寸法に基づいて、各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成する三次元形状生成機能と、をコンピュータに実現させるための三次元形状生成プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る三次元形状生成技術によれば、外形線が交差していない複数のループにより断面が作成され、これをもとに１つのフィーチャが構成されるため、フィーチャの削除や生成履歴上の順序変更などの編集操作が容易となる。また、フィーチャを生成する際に縦断面図が不要であるため、縦断面図作成に要する労力が不要となる。さらに、共通断面において、これを構成する各ループに対して異なる寸法を入力することで、全く異なったフィーチャを生成させることができる。このため、専用コマンドを一々切り替えて異なるフィーチャを作成する必要がなく、三次元形状の生成に要する操作数を軽減することができる。従って、三次元形状生成に係る作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化した三次元形状生成装置の構成図
【図２】同上における三次元形状の生成手順を示し、（Ａ）〜（Ｅ）は夫々第１手順〜第５手順の説明図
【図３】三次元形状の生成原理の第１事例を示し、（Ａ）は断面の説明図、（Ｂ）は管理テーブルの説明図、（Ｃ）は生成された三次元形状の説明図
【図４】三次元形状の生成原理の第２事例を示し、（Ａ）は断面の説明図、（Ｂ）は管理テーブルの説明図、（Ｃ）は生成された三次元形状の説明図
【図５】三次元形状の生成原理の第３事例を示し、（Ａ）は断面の説明図、（Ｂ）は管理テーブルの説明図、（Ｃ）は生成された三次元形状の説明図
【図６】三次元形状の生成原理の第４事例を示し、（Ａ）は断面の説明図、（Ｂ）は管理テーブルの説明図、（Ｃ）は生成された三次元形状の説明図
【図７】断面を構成する他のプリミティブを示し、（Ａ）〜（Ｃ）は夫々第１例〜第３例の説明図
【符号の説明】
１０三次元形状生成装置
１２断面図作成部
１６Ｂループ検索部
１８寸法入力部
２０三次元形状生成部

Claims

外形線が交差せず、かつ、一方のループが他方のループに内包される複数のループからなる断面を作成する断面作成機能と、
前記各ループについて、所定方向に押し出すための寸法として、基準面に対する押し出し開始位置及びその押し出し量を夫々入力する寸法入力機能と、
該寸法入力機能により入力された押し出し開始位置及びその押し出し量の特徴を判断して複数のループをどのように繋げて立体化するか決定し、その決定に従って各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成する三次元形状生成機能と、
をコンピュータに実現させるための三次元形状生成プログラム。
前記断面作成機能により作成された断面を検索して、該断面を構成する各ループを操作者に通知するループ通知機能が備えられたことを特徴とする請求項１記載の三次元形状生成プログラム。
前記寸法入力機能は、同一ループに対して複数の寸法を入力可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元形状生成プログラム。
前記三次元形状生成機能は、２つのループの押し出し量が共に０に設定されているときには、２つのループの外形線を連結するロフト処理を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元形状生成プログラム。
外形線が交差せず、かつ、一方のループが他方のループに内包される複数のループからなる断面を作成し、
前記各ループについて、所定方向に押し出すための寸法として、基準面に対する押し出し開始位置及びその押し出し量を夫々入力し、
入力された押し出し開始位置及びその押し出し量の特徴を判断して複数のループをどのように繋げて立体化するか決定し、その決定に従って各ループを所定方向に押し出して三次元形状を生成すること
を特徴とする三次元形状生成方法。