JP4115205B2 - 3次元形状表示方法、3次元形状表示装置、該方法を実行するプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元形状の表示技術に関し、例えば、CADによる形状設計の分野に応用可能な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
3次元グラフィックス表示システムにおいて、大規模アセンブリのような大量の3次元モデルを表示し、視点変更などの操作者との対話的な操作を行なう際、対話性を維持するために、すべてのモデルを描画せず、一定のモデルを描画したところで、描画の更新を行なうことで、描画時間(フレームレート)を一定に保つ処理が行なわれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとくに、フレームレートを保つためにすべてのモデルを描画しないようにした場合、どのモデルを描画するかにより、対話操作中における走査者の形状理解が大きく左右される。
【0004】
このようなモデル描画の表示順序としては、一般には、体積の大きい順や、表面積の大きい順などが考えられるが、かならずしもそれが好ましい表示とはならない。例えば、複雑な工業製品としてのアセンブリが組み上がっている状態では、モデルの一番外側のモデルから描画されるべきであり、実際、そのようなアセンブリの表示では、アセンブリ内部のモデルが存在しても、外側から見えることはないため、描画する必要はない。
【0005】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、大規模アセンブリのような大量の3次元モデルの表示において、視点変更操作等の対話的な操作を行なう際、最も外側から見えるモデルから描画することで、対話性を維持しつつ、形状理解に適した3次元表示を高速に行なうようにした3次元表示方法、装置、該方法を実行するプログラム及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、3次元形状を表示する3次元形状表示方法において、3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を算出部によって算出するステップと、前記算出部で算出した前記描画領域の面積値を格納部に格納するステップと、該格納部に格納した面積値及び設定された視点に従って、3次元形状を表示する際の表示の順番をソート部がソートするステップと、該ソート部がソートした順番に従って、表示部が3次元形状を表示するステップとを有し、前記算出するステップにおいて、前記3次元形状の2次元領域への投影は、指定した軸方向への投影であり、前記算出部が前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴としたものである。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記算出するステップは、前記算出部が、前記指定する軸方向として、3次元形状が定義される世界座標系において、X軸、−X軸、Y軸、−Y軸、Z軸、及び−Z軸の6方向を指定し、前記格納するステップは、前記格納部が、各軸方向別に分類して各描画領域の面積値を格納することを特徴としたものである。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記算出するステップは、前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影が、3次元形状を包含する球に対する該3次元形状の投影であり、前記算出部が、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴としたものである。
【0013】
請求項4の発明は、3次元形状を表示する3次元形状表示装置において、3次元形状を2次元領域に投影し、描画領域の面積を算出する算出部と、該算出部で算出した前記描画領域の面積値を格納する格納部と、視点を設定する視点設定部と、該視点設定部で設定された視点に従って、3次元形状を表示する際の表示する順番をソートするソート部と、該ソートした順番に従って3次元形状を表示する表示部とを有し、前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影は、指定した軸方向への投影であり、該算出部は、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴としたものである。
【0014】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記算出部は、前記指定する軸方向として、3次元形状が定義される世界座標系において、X軸、−X軸、Y軸、−Y軸、Z軸、及び−Z軸の6方向を指定し、前記格納部は、各軸方向別に分類して各描画領域の面積値を格納することを特徴としたものである。
【0015】
請求項6の発明は、請求項4の発明において、前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影は、3次元形状を包含する球に対する該3次元形状の投影であり、該算出部は、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴としたものである。
【0018】
請求項7の発明は、コンピュータに、請求項1ないし3のいずれかの方法を実行させるためのプログラムである。
請求項8の発明は、請求項7に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明が適用される装置の構成例を示すブロック図である。
算出部1は、3次元形状を2次元領域に投影した際の各モデルの描画領域中の面積を算出する。投影方法として、以下のものがある。
【0020】
(軸方向への投影)
モデルの世界座標系において、モデルを囲む直方体の外側で、+X軸、−X軸、+Y軸、−Y軸、+Z軸、−Z軸の各々6方向上に視点を置いた場合に、平行投影により描画された結果の各モデルの描画領域を算出する。投影においては、通常のZバッファによる隠面処理を行い、隠面処理の結果における各モデルの描画領域の面積を算出する。領域の算出を高速化するため、投影面を格子状に区切り分割領域を生成し、各格子(分割領域)内におけるもっとも視点方向に近い面を面積1として計算する。すなわち、格子1つ文の面積を1単位として、格子内で視点方向に最も近いモデルに対してその面積単位1を割り当て、全ての格子について各モデルの面積単位を積算することにより、各モデルの描画領域の面積を算出する。
【0021】
(球面への投影)
モデルの世界座標系において、モデルを囲む球にモデルを投影した場合の描画領域の面積を算出する。球への投影としては、球の中心から球面へ伸ばしたベクトルと、モデルの各面の交点のうち、もっとも外側の点を求めることで、描画領域を求めることができる。領域の算出を高速化するため、実際には、投影用の球を立体角で表現される格子に区切り、各格子内においてもっとも投影面に近いモデルを面積1として、上記軸方向と同様にかくモデルの描画領域の面積を計算する。また、球をいくつかの領域(例えば北半球と南半球や、8方向の領域分割)に分けて投影してもよい。
【0022】
上記のごとくの所定の投影方法によって投影され、算出部1で算出されたモデルの描画領域の面積値は、投影方向別に格納部2に格納される。
【0023】
ソート部3は、格納部2に格納された各モデルの描画領域における面積値の降順にモデルをソートする。ソートの際に利用する面積値は、格納部2に投影方向別に分類され格納されているため、視点設定部4にて設定され視点の情報により、以下のようにして値を利用する。
【0024】
算出部1において軸方向の投影が行なわれた場合は、世界座標系で規定されるモデル全体を囲む最小直方体において、該最小直方体の各面により分割された空間のうちどの空間に視点が設定されたかに従って、視点から見える直方体の面の法線方向に投影した面積を利用する。例えば、直方体のX軸方法、Y軸方向、Z軸方向の3面が見える位置に視点が設定された場合、単純に各々の方向に対応する面積値の和によりソートしたり、各軸と視線ベクトルの内積値を掛けた和にして、視点方向の向きを加味した値としてソートすることができる。
【0025】
一方、算出部1において球面への投影が行なわれた場合、投影の球面が複数の領域に分割されている場合は、各領域のどこに視点が存在するかに従って、視点が存在する半球面に投影した面積値を使う。
【0026】
図2は、本発明に係わる上記算出部における軸方向の投影の一例で、物体11,12をY軸方向に2次元の投影面10に投影した状態を示す図である。また、図3は、本発明に係わる上記算出部における軸方向の投影における面積算出の例を示すもので、投影面10における面積単位1の格子13の例を示す。
【0027】
表示部5は、描画用バッファとグラフィックディスプレイとを有し、ソート部3によりソートされたモデルを順番に描画用バッファに描画し、すべてのモデルを描画し終わるか、描画開始からの指定した時間が経過した時点で、描画用バッファの中身をグラフィックスディスプレイに表示する。描画においては、通常のZバッファ法による描画を行なう。
【0028】
図4は、本発明における形状表示処理の一例を説明するためのフローチャートで、表示部を中心とした形状表示の処理の流れを示すものである。視点の設定と再描画が終了したかどうかを判断し(ステップS1)、これらが終了していれば描画処理を終了し、終了していなければ視点を設定し(ステップS2)、さらに視点の位置に応じてモデルを描画領域の面積順にソートする(ステップS3)。そしてモデルが最後のモデルか、または予め指定した時間が経過しているか判断し(ステップS4)、最後のモデルでなく、かつ指定時間が経過していなければモデルの描画を行い(ステップS5)、ステップS4に戻る。ステップS4で最後のモデルまたは指定時間が経過していれば、画面を更新し(ステップS6)、ステップS2に戻る。
【0029】
図5は、本発明における形状処理の流れの他の例を説明するためのフローチャートで、算出部を中心とした形状表示の前処理の流れを示すものである。まず、全ての投影方向で処理が終わっているかどうかを判断し(ステップS11)、終わっていれば算出部における描画領域の算出処理を終了し、そうでなければ投影方向の設定を行う(ステップS12)。そしてモデルが最後のモデルかどうかを判断し(ステップS13)、最後のモデルでなければその投影方向にモデルを描画し(ステップS14)、ステップS13に戻る。ステップS13で最後のモデルであれば、描画領域を算出し(ステップS15)、算出した描画領域を格納部に格納して(ステップS16)、ステップS12に戻る。
【0030】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、大規模アセンブリのような大量の3次元モデルの表示において、視点変更操作等の対話的な操作を行なう際、対話性を維持しつつ、形状理解に適した3次元表示を、高速に行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】 本発明に係わる算出部における軸方向の投影の一例を示す図である。
【図3】 本発明に係わる算出部における軸方向の投影における面積算出の例を示す図である。
【図4】 本発明における形状表示処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図5】 本発明における形状処理の流れの他の例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1…算出部、2…格納部、3…ソート部、4…視点設定部、5…表示部、10…投影面、11,12…物体、13…面積単位1の格子。
Claims (8)
- 3次元形状を表示する3次元形状表示方法において、
3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を算出部によって算出するステップと、
前記算出部で算出した前記描画領域の面積値を格納部に格納するステップと、
該格納部に格納した面積値及び設定された視点に従って、3次元形状を表示する際の表示の順番をソート部がソートするステップと、
該ソート部がソートした順番に従って、表示部が3次元形状を表示するステップとを有し、
前記算出するステップにおいて、前記3次元形状の2次元領域への投影は、指定した軸方向への投影であり、前記算出部が前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴とする3次元形状表示方法。 - 前記算出するステップは、前記算出部が、前記指定する軸方向として、3次元形状が定義される世界座標系において、X軸、−X軸、Y軸、−Y軸、Z軸、及び−Z軸の6方向を指定し、
前記格納するステップは、前記格納部が、各軸方向別に分類して各描画領域の面積値を格納することを特徴とする請求項1に記載の3次元形状表示方法。 - 前記算出するステップは、前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影が、3次元形状を包含する球に対する該3次元形状の投影であり、
前記算出部が、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状表示方法。 - 3次元形状を表示する3次元形状表示装置において、3次元形状を2次元領域に投影し、描画領域の面積を算出する算出部と、該算出部で算出した前記描画領域の面積値を格納する格納部と、視点を設定する視点設定部と、該視点設定部で設定された視点に従って、3次元形状を表示する際の表示する順番をソートするソート部と、該ソートした順番に従って3次元形状を表示する表示部とを有し、
前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影は、指定した軸方向への投影であり、該算出部は、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴とする3次元形状表示装置。 - 前記算出部は、前記指定する軸方向として、3次元形状が定義される世界座標系において、X軸、−X軸、Y軸、−Y軸、Z軸、及び−Z軸の6方向を指定し、前記格納部は、各軸方向別に分類して各描画領域の面積値を格納することを特徴とする請求項4に記載の3次元形状表示装置。
- 前記算出部における前記3次元形状の2次元領域への投影は、3次元形状を包含する球に対する該3次元形状の投影であり、該算出部は、前記描画領域の面積値を算出する際に、投影面を領域分割し、該領域分割した個々の領域において最も視点に近い前記3次元形状に単位面積1を付与し、得られた単位面積を3次元形状毎に積算することにより、前記3次元形状を2次元領域に投影した際の描画領域の面積値を求めることを特徴とする請求項4に記載の3次元形状表示装置。
- コンピュータに、請求項1ないし3のいずれかの方法を実行させるためのプログラム。
- 請求項7に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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US8000609B2 (en) | 2005-04-14 | 2011-08-16 | British Telecommunications Public Limited Company | Communicating or reproducing an audible sound |
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