JP4269951B2 - 3D computer graphics modeling system - Google Patents
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Description
本発明は、2次元図形形状から3次元モデルを入力・生成する3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional computer graphics modeling system that inputs and generates a three-dimensional model from a two-dimensional figure shape.
近年、製品の3次元モデルをコンピュータ上で仮想的に作成し、この3次元モデルに基づいて製品モデルをイメージング、あるいは試作する方法が提案されている。 In recent years, a method has been proposed in which a three-dimensional model of a product is virtually created on a computer and the product model is imaged or prototyped based on the three-dimensional model.
このような3次元モデルには、ワイヤーフレームモデルが最も良く使用されている。一般に、図1のようなワイヤー画面モデルは、そのオブジェクトの各面の情報によって表される。 The wire frame model is most often used for such a three-dimensional model. In general, a wire screen model as shown in FIG. 1 is represented by information on each surface of the object.
従来のモデリング手法によると、ワイヤーフレームモデルは、まず、図2に示すような各面における全ての頂点(x,y,z)、全ての辺、及び面リストを3次元ワールド座標系によって定義し、これらのデータを描画プログラムやデータファイルに取りこみ、次に3次元ワールド座標系のデータを2次元スクリーン座標系のデータに変換してコンピュータディスプレイ上に立体的に物体を表現していた。 According to the conventional modeling method, the wireframe model first defines all vertices (x, y, z), all sides, and surface lists on each surface as shown in FIG. 2 by a three-dimensional world coordinate system. These data are incorporated into a drawing program or a data file, and then data in the three-dimensional world coordinate system is converted into data in the two-dimensional screen coordinate system to represent the object three-dimensionally on the computer display.
しかし、このような方法では、表現する物体の形状が複雑になるにつれ、3次元ワールド座標系によってオブジェクトの各頂点の定義、及びそのデータを入力することは極めて困難になってしまい、3次元コンピュータグラフィックについての知識のない人にとっては実現することが難しい。 However, in such a method, as the shape of the object to be expressed becomes complicated, it becomes very difficult to input the definition and data of each vertex of the object by the 3D world coordinate system. It's difficult for people with no knowledge of graphics.
上記ワイヤーフレームモデルを用いた3次元描画方法を簡便にした方法については、いくつかの提案がなされている。例えば、特許文献1には画面上に構想図や図面を表示してこれらをなぞって断面形状を定義すると共に寸法値や拘束条件、更に奥行き量を定義してこれら定義をもとに3次元形状を生成する方法が提案されている。この方法は簡便ではあるが、要素の1つ1つの値を求める必要があるため、そのデータ収集は容易ではない。
特許文献2では、相互に異なる複数の座標平面からの2次元画像データ、具体的には正面図と側面図を利用して3次元画面を生成する方法に係わるシステムであるが、入力すべきデータ数が多く、かつ安価なシステムであるとは言いがたい。 Patent Document 2 is a system related to a method of generating a two-dimensional image data from a plurality of mutually different coordinate planes, specifically, a three-dimensional screen using a front view and a side view. It is hard to say that the system is large and inexpensive.
本発明の目的は、従来の3次元図形モデリングシステムと比べると、より容易で、かつ3次元形状が把握しやすい3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional computer graphics modeling system that is easier and easier to grasp a three-dimensional shape than a conventional three-dimensional graphic modeling system.
すなわち本発明は、
(1)描画したい多面体オブジェクトの任意の面を前面と決定し、
(2)ディスプレイの描画画面上で、該多面体オブジェクトのワイヤーフレームモデルを前面から見たときの全ての頂点を(前面から見て同じ位置に複数の頂点がある場合、頂点が2個の場合は、1回、3個以上の複数の頂点があった場合は、その頂点の数だけ)入力し、更に辺を入力描画することにより多面体オブジェクトの2次元形状を作図し、
(3)次いで、前面と同一の投影面が平行に存在するとして自動的に定義されている裏面の各頂点、及び/または前面の各頂点の奥行き方向の位置を決めるため、奥行きデータを、描画したいオブジェクトと定義されたオブジェクトとが異なっている場合は、その数値を変更することにより編集、決定し、
(4)更に、辺関係編集画面において、各頂点間に、入力し、または自動的に表示されている辺関係を描画したいオブジェクトの辺関係になるよう新しい辺を入力するか、削除することにより編集し
(5)編集結果をディスプレイ上で遠近法により表示される3次元オブジェクト表現画面に表示することからなる3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムである。
That is, the present invention
(1) An arbitrary surface of a polyhedral object to be drawn is determined as the front surface,
(2) On the display screen of the display, all vertices when the wireframe model of the polyhedral object is viewed from the front (if there are multiple vertices at the same position when viewed from the front, if there are two vertices once, when there are three or more of the plurality of vertices, the number of vertices only) type, and drawing a two-dimensional shape of the polyhedral objects by further input drawing the sides,
(3) Next, in order to determine the position in the depth direction of each vertex of the back surface and / or each vertex of the front surface that is automatically defined as the same projection plane as the front surface exists in parallel, drawing the depth data If the object you want and the defined object are different, edit and decide by changing the value,
(4) Further, in the edge relation editing screen, by inputting or deleting a new edge so as to be the edge relation of an object to be input or automatically displayed between the vertices. (3) A three-dimensional computer graphics modeling system comprising editing (5) displaying a result of editing on a three-dimensional object representation screen displayed by perspective on a display.
ディスプレイ上に、更に奥行きデータ編集画面を設け、頂点の奥行き方向の位置を決めるため奥行きデータの編集を、当該画面上で行うことが好ましい。 It is preferable that a depth data editing screen is further provided on the display, and the depth data editing is performed on the screen in order to determine the position of the vertex in the depth direction .
辺関係編集画面と3次元オブジェクト表視画面とがディスプレイ上に、同時に表示されていることが好ましい。It is preferable that the edge relationship editing screen and the three-dimensional object view screen are displayed on the display at the same time.
頂点の入力と辺関係の編集をマウスのクリック、および/または、ドラッグで行うことが好ましい。 It is preferable to perform input of vertices and editing of edge relations by clicking and / or dragging with the mouse .
遠近法により3次元オブジェクト表視画面に表示される3次元図形は、回転可能であることが好ましい。 Three-dimensional graphic to be displayed on the three-dimensional object table view screen by the perspective method is preferably rotatable.
本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムによれば、従来の三次元アニメーションの方法では立体が変化する度に各頂点の座標を計算する必要があり、多くの手間を要していたのに比べて、簡単な手法で3次元オブジェクトを得ることができる。また、遠近法を用いることにより、3次元モデルを容易に取得でき、しかも、行列Vのρ、φ、θ及び視点Eとスクリーンとの間の距離変数dを変化させるだけでアニメーション化における計算手間が短縮される。また、ディスプレイ画面にアニメーションを円滑に表示することができる。 According to the three-dimensional computer graphics modeling system of the present invention, in the conventional three-dimensional animation method, it is necessary to calculate the coordinates of each vertex every time a solid is changed, which requires much labor. Compared to the above, a three-dimensional object can be obtained by a simple method. In addition, by using the perspective method, a three-dimensional model can be easily obtained, and the computational effort in animation is simply changed by changing ρ, φ, θ of the matrix V and the distance variable d between the viewpoint E and the screen. Is shortened. Moreover, animation can be smoothly displayed on the display screen.
本発明の実施の形態につき詳しく説明する。本発明のシステムを実施するためのハードウエアとしては、好ましくはパーソナルコンピュータ(パソコン)を用いる。パソコンは、データや図を表示するためのディスプレイ、データを入力するためのキーボード、及びマウス、格納されたプログラムを立ち上げて入力したデータを演算し、出力し、記憶するための本体、及び必要に応じてプログラムやデータを格納するためのコンピュータディスク、サーバー等の追加の記憶装置とからなっている。 An embodiment of the present invention will be described in detail. As hardware for implementing the system of the present invention, a personal computer (personal computer) is preferably used. The personal computer has a display for displaying data and diagrams, a keyboard and mouse for inputting data, a main body for calculating, outputting and storing the data entered by launching the stored program, and necessary. In accordance with the above, it is composed of an additional storage device such as a computer disk or a server for storing programs and data.
本発明では、パソコンのマウスを用いて入力することにより3次元図形オブジェクトを形成する。本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムでは、ディスプレイ上の画面としては、前面の2次元形状の描画画面、描画画面と連動したシステム制御画面、奥行きデータ入力画面、前面辺編集画面、裏面辺編集画面、遠近法による3次元オブジェクト表現および回転画面、円柱及び球データ入力画面、データ表示画面等の複数の画面が用意されている。これらの画面は1つ1つ切り替わるようになっていてもよいし、1つの画面にいくつものフレームとして表示されていてもよい。 In the present invention, a three-dimensional graphic object is formed by inputting using a mouse of a personal computer. In the 3D computer graphics modeling system of the present invention, the screen on the display includes a front 2D shape drawing screen, a system control screen linked to the drawing screen, a depth data input screen, a front side editing screen, A plurality of screens such as a back side edit screen, a perspective three-dimensional object representation and rotation screen, a cylinder and sphere data input screen, and a data display screen are prepared. These screens may be switched one by one or may be displayed as a number of frames on one screen.
なお、本明細書において、オブジェクトとは、3次元化の対象とする物体、あるいは、物体を本発明の方法により描かれた3次元化された画面上の物体のいずれをも含む。 In the present specification, the object includes both an object to be three-dimensionalized or a three-dimensional object on the screen in which the object is drawn by the method of the present invention.
本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムでは、前面から見たときの全頂点と辺を直接にシステムの描画入力画面上で描画することによりオブジェクトの前面と裏面の形状を定義することと、前面の全頂点の奥行き方向の情報をシステムの奥行きデータ入力画面上で入力することにより前面と裏面間の辺即ちオブジェクトの奥行き方向の形状を定義することと、前面の辺リスト及び裏面の辺リストをシステムの辺編集画面上で編集することにより前面に同一位置を持ち奥行き方向の位置が異なった複数の辺と複数の頂点が表現できることから3次元オブジェクトを形成する。 In the three-dimensional computer graphics modeling system of the present invention, the front and back shapes of an object are defined by drawing all vertices and sides when viewed from the front directly on the drawing input screen of the system. And defining the shape between the front and back sides, that is, the depth direction of the object, by inputting information on the depth direction of all the front vertices on the depth data input screen of the system, and the front side list and back side By editing the edge list on the edge editing screen of the system, a plurality of edges and vertices having the same position on the front surface and different positions in the depth direction can be expressed, thereby forming a three-dimensional object.
本発明のシステムでは、まずオブジェクトの前面に着目し、前面から見たオブジェクトにおける全ての頂点及び辺の位置を描画により定義する。このオブジェクトの前面としてどの面を選ぶかは特に限定されないが、好ましくは、描画が容易で、かつ前面から見たとき裏面の各頂点の重なりが多い面を選択すると、本発明の効果が得られやすいため好ましい。円柱や円錐等、円が構成面の一部となっているオブジェクトの場合は、円の部分を前面や裏面とすることが、描きやすいため好ましい。 In the system of the present invention, first, attention is paid to the front surface of the object, and the positions of all vertices and sides of the object viewed from the front surface are defined by drawing. The surface to be selected as the front surface of the object is not particularly limited, but preferably, the surface of the present invention can be obtained by selecting a surface that is easy to draw and has many overlapping vertices on the back surface when viewed from the front surface. It is preferable because it is easy. In the case of an object in which a circle is a part of the constituent surface, such as a cylinder or a cone, it is preferable to use the circle as the front surface or the back surface because it is easy to draw.
図3は、本発明のシステムにおけるオブジェクトの前面からみた2次元形状を描画するためのディスプレイ上の描画画面である。画面上には、好ましくはグリッドを併せて表示し、断面形状の定義をし易くする。描画画面サイズの目安として、中心は(0,0)、x軸は(-10,10)、y軸は(-10,10)とする。この画面に連動して、データリセット、データ保存・表示、次へ進む、システム終了等システム制御機能を設けておいてもよい。 FIG. 3 is a drawing screen on a display for drawing a two-dimensional shape viewed from the front of the object in the system of the present invention. Preferably, a grid is also displayed on the screen to facilitate the definition of the cross-sectional shape. As a guideline for the drawing screen size, the center is (0,0), the x axis is (-10,10), and the y axis is (-10,10). In conjunction with this screen, system control functions such as data reset, data storage / display, proceed to the next, and system termination may be provided.
本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムにより3次元ワイヤーモデルを得るには、オペレータは、まず、マウスを使って、上記画面上に作成したいオブジェクトの前面の描画を行う。 In order to obtain a three-dimensional wire model by the three-dimensional computer graphics modeling system of the present invention, an operator first draws the front surface of an object to be created on the screen using a mouse.
本発明の好ましい実施態様では、オペレータは、直線を引く場合、画面上の任意の点から左クリックの状態でドラッグする。目的の点に到着したときマウスボタンを開放すると、両点間に直線が描かれる。同時にこの直線の始点頂点と終点頂点の番号が表示される。このような操作を繰り返すことにより、前面からみた2次元形状モデルを作成することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the operator drags from any point on the screen with a left click when drawing a straight line. When the mouse button is released when the target point is reached, a straight line is drawn between the two points. At the same time, the numbers of the start and end vertices of this line are displayed. By repeating such an operation, a two-dimensional shape model viewed from the front can be created.
図1のオブジェクトを表現する例につき説明する。まず図4に示したように描画画面上で前面頂点を入力する。図4では、前面から見た2次元描画画面の左上の頂点を番号0としてスタートし、例えば時計まわりの方向に順次数値が増加された頂点の番号が表示される。 An example of expressing the object in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 4, the front vertex is input on the drawing screen . In FIG. 4, the top left vertex of the two-dimensional drawing screen as viewed from the front is started with the number 0, and for example, the vertex numbers whose numerical values are sequentially increased in the clockwise direction are displayed.
上記入力操作において、頂点の番号は自動的に割振られるようになっていることが好ましい。また、頂点、直線の描画位置や描画順番は自由である。 In the above input operation, it is preferable that the vertex numbers are automatically assigned. Further, the drawing positions and drawing order of vertices and straight lines are arbitrary.
前面から見た同じ位置に複数の頂点がある場合を考える。頂点が2個の場合、前面以外の頂点は裏面の頂点として自動的に表示されるようになっていることが好ましい。3個以上の複数の頂点があった場合は、マウスをその頂点の数だけクリックする。そのクリック回数に応じて頂点番号が一列に並べて表示される。次に奥行きデータ入力画面を利用してこれら複数の頂点の奥行き方向における位置を別々に決めるようになっていることが好ましい。 Consider the case where there are multiple vertices at the same position as seen from the front. When there are two vertices, it is preferable that vertices other than the front face are automatically displayed as vertices on the back face. If there are more than two vertices, click the mouse for the number of vertices. Vertex numbers are displayed in a line according to the number of clicks. Next, it is preferable that the positions in the depth direction of these vertices are determined separately using a depth data input screen.
一方、前面の辺に重なって複数の辺があった場合は、一つの辺だけ描いて、この辺の上で適当な頂点をマウスの左クリックによって描画し、次に前面辺関係編集画面あるいは裏面辺関係編集画面を利用してこれら複数の辺を区別して描画されることが好ましい。 On the other hand, if there are multiple sides that overlap the front side, draw only one side, draw an appropriate vertex on this side by left-clicking the mouse, and then click the front side relationship editing screen or back side It is preferable to draw by distinguishing these plural sides using the relationship editing screen.
前面の2次元図形の形状を確定したら、次に、前面の各頂点の奥行き方向における情報を入力する。図5は、頂点の奥行き方向のデータを決定するための画面である。ある頂点は前面から見たときは一つの頂点だが、実際にこの頂点は奥行き方向で見ると一つの点ではなく、2つの点、あるいは一つの辺である場合がある。記述と入力の便利のために、前面の各頂点の奥行き方向における座標値をDFと呼ぶ。裏面におけるその頂点の奥行き方向の座標値をDBと呼ぶ。この頂点が表前面、裏面で二つの異なった奥行き位置をもつことを、この前面の頂点が裏面にマップされるという。図5の実施例では前面の全頂点がマップされており、一つの頂点番号に対して、左側の数値は、その頂点のDFの値で、右側の数値はその頂点に対応したDBの値である。また、各頂点のDF
とDBの値の初期値は(10,−10)とし、それぞれのチョイスメニューから選択により変更出来るようになっている。
Once the shape of the two-dimensional figure on the front surface is determined, information on the depth direction of each vertex on the front surface is input next. FIG. 5 is a screen for determining the data in the depth direction of the vertex. A vertex is one vertex when viewed from the front, but in reality this vertex may be two points or one side instead of one point when viewed in the depth direction. For convenience of description and input, the coordinate value in the depth direction of each vertex on the front is called DF. The coordinate value in the depth direction of the vertex on the back surface is called DB. The fact that this vertex has two different depth positions on the front and back surfaces is said to be mapped to the back surface. In the embodiment of FIG. 5, all the front vertices are mapped. For one vertex number, the left numerical value is the DF value of that vertex, and the right numerical value is the DB value corresponding to that vertex. is there. Also, each vertex DF
The initial value of DB and DB is (10, -10), and can be changed by selecting from each choice menu.
図5に示した奥行きデータ入力画面において、ある頂点のDFとDBの数値が一致していないならば、その頂点が実際に前面と裏面それぞれの2次元画面上に同じ2次元の位置を持つ二つの頂点があり、この二つの頂点を繋ぐ前面と裏面の間の辺が存在していることを意味している。ただし、状況によってその頂点の前面と裏面間の結ぶ辺を引くかどうかが選択できるようになっている。省略の場合はこの辺が自動的に引かれる。一方、図5に示した奥行きデータ入力画面において、ある頂点に対して、DFはDBと等しければ、その頂点が前面と裏面の間の頂点を繋ぐ辺が存在しないことを意味している。この場合には線引きチェックボックスは入力しなくてよい。 In the depth data input screen shown in FIG. 5, if the DF and DB values of a vertex do not match, the vertex actually has the same two-dimensional position on the two-dimensional screens on the front and back sides. This means that there are two vertices and there is an edge between the front and back that connects the two vertices. However, it is possible to select whether to draw an edge connecting the front surface and the back surface of the vertex depending on the situation. If omitted, this edge is automatically drawn. On the other hand, in the depth data input screen shown in FIG. 5, if DF is equal to DB for a certain vertex, it means that there is no edge connecting the vertex between the front surface and the back surface. In this case, it is not necessary to input the drawing check box.
本発明の実施例におけるシステムでは、前面の2次元形状の描画による定義が完了した時点で、自動的に前面と同一の投影面が裏面に存在するとして裏面の辺が定義される。また、奥行き情報では、前面の頂点は10、裏面の頂点は−10として予め自動的に入力しており、前面と裏面の形状が同一で平行な関係が得られたと同時に、奥行き方向の辺も自動的に定義されている。従って、前記前面の2次元形状の描画による定義を完了しただけで、3次元オブジェクトのデータ入力が終了できるため、直に2次元形状の描画画面上のOKボタンを押して、遠近法による3次元オブジェクト表現・回転画面へ切り替えることによりこのオブジェクトを表現・回転できるようになっている。もし、奥行き情報の修正が必要であれば、2次元形状の描画画面上の編集(EDIT)ボタンを押して図5の奥行き情報入力画面に切り替え、前面頂点のDFあるいはDB値を改めた後、図5の描画ボタンを押すと遠近法による3次元オブジェクト表現・回転画面へ切り替えることもできる。 In the system according to the embodiment of the present invention, when the definition by drawing the two-dimensional shape of the front surface is completed, the side of the back surface is automatically defined as the same projection surface as the front surface exists on the back surface. In the depth information, the front vertex is automatically entered as 10 and the back vertex is assumed to be −10 in advance. It is automatically defined. Therefore, since the data input of the 3D object can be completed simply by completing the definition by drawing the 2D shape on the front surface, the OK button on the drawing screen of the 2D shape can be directly pressed to display the 3D object by perspective. This object can be represented and rotated by switching to the representation and rotation screen. If the depth information needs to be corrected, press the EDIT button on the 2D shape drawing screen to switch to the depth information input screen shown in FIG. 5, change the DF or DB value of the front vertex, By pressing the 5 drawing button, it is possible to switch to a perspective three-dimensional object representation / rotation screen.
本発明のシステムでは、次に辺の編集を行う。前面において同一の位置に一つの辺だけ見えても、実際には奥行き方向の異なった位置に複数の辺が存在している場合、あるいは前面2次元形状の描画による定義した辺を変更したい場合、画面を編集画面にして作業を行う。画面の切換えは、図5の編集ボタンを押すことにより前面辺関係編集画面へ切り替わるようになっていてもよい。 In the system of the present invention, side editing is performed next. Even if only one side can be seen at the same position on the front side, if there are actually multiple sides at different positions in the depth direction, or if you want to change the side defined by drawing the front two-dimensional shape, Work with the screen as the editing screen. The screen may be switched to the front side relation editing screen by pressing an editing button in FIG.
前面辺関係編集画面には、上記の前面2次元形状の描画により定義した辺が自動的に提示される。前面における辺の編集は、例えば、図6に示した前面辺関係編集画面において行う。図6の画面では、左側の始点から、右側の複数のチョイスメニューで表示される複数の終点まで繋ぐ辺が存在するかどうかを選択し特定し、あるいは新しい辺を入力する。図6における数字の意味は、最上段は、頂点0から頂点1、頂点5に辺が引かれていることを、2段目は、頂点1から頂点2に辺が引かれていることを示す。このような辺の作成は、図4と図5で確認しつつ行なうことが好ましい。空白は辺がないことを示す。前面辺関係編集を完了した時点で、OKボタンを押して裏面辺関係編集画面に切換える。 On the front side relation editing screen, the side defined by drawing the front two-dimensional shape is automatically presented. For example, the side on the front side is edited on the front side relationship editing screen shown in FIG. In the screen of FIG. 6, it is selected and specified whether or not there is an edge connecting from the start point on the left side to a plurality of end points displayed in the plurality of choice menus on the right side, or a new side is input. The numbers in FIG. 6 indicate that the top row is drawn from vertex 0 to vertex 1 and vertex 5, and the second row is that edge is drawn from vertex 1 to vertex 2. . Such side creation is preferably performed while confirming with reference to FIGS. White space indicates no edge. When the front side relation editing is completed, press the OK button to switch to the back side relation editing screen.
前面と同様に裏面における頂点間の辺は、図7に示した画面において、チョイスメニューで数値を選択し入力し、確定する。裏面辺関係編集を完了した時点で、OKボタンで3次元オブジェクト表現・回転画面に切換えられる。 As with the front surface, the edge between the vertices on the back surface is determined by selecting and inputting a numerical value from the choice menu on the screen shown in FIG. When the back side relation editing is completed, the screen can be switched to the 3D object representation / rotation screen with the OK button.
以上述べたように、本発明の実施例においては、3次元モデルを作成するためのデータ入力画面(フレーム)は、好ましくは5フレーム以上存在する。図3の描画による前面2次元形状入力を終了後、あるいは図5の奥行きデータの入力を終了したら、直ちに図8の3次元オブジェクト描画画面に切換えられるようになっていてもよい。また、以上の入力完了後、前面の同じ位置に重ね合わされた頂点や辺を編集するため行われる前面辺関係編集と裏面辺関係編集のあとに、図8の3次元オブジェクト表現・回転画面に切換えられるようになっていてもよい。図8は上記入力した図1のオブジェクトを表現・回転する様子を示している。 As described above, in the embodiment of the present invention, there are preferably five or more data input screens (frames) for creating a three-dimensional model. After the front two-dimensional shape input by the drawing of FIG. 3 is completed, or when the input of the depth data of FIG. 5 is completed, the screen may be immediately switched to the three-dimensional object drawing screen of FIG. After completing the above input, after the front side relation editing and back side relation editing performed to edit the vertices and sides superimposed at the same position on the front, switch to the 3D object representation / rotation screen of FIG. It may come to be. FIG. 8 shows how the input object of FIG. 1 is expressed and rotated.
入力したデータが描画したい図形と一致しているか否かを確認するため、データ入力の任意の段階で3次元オブジェクト表現・回転画面に切換えられるようになっていることが好ましい。このような入力データの表示は図9のように、各データを1フレームに集合させ、一覧で確認できるようにしておくことが好ましい。これらのデータ保存・読み出しなどを利用して図形を保存・再描画を行うことが好ましい。 In order to check whether or not the input data matches the figure to be drawn, it is preferable to be able to switch to the three-dimensional object representation / rotation screen at any stage of data input. As shown in FIG. 9, such display of input data is preferably performed by collecting each data into one frame and confirming it in a list. It is preferable to save and redraw figures using these data saving and reading.
上記実施例においては、断面定義位置は、オブジェクトの前面と、最裏面の2面としたが、オブジェクトにおいて、前面と裏面との間に凹凸が多く存在する場合は、2面に限定されず、前面と裏面との間の要素が変化する断面を断面定義位置として、上記2次元形状と奥行きの情報入力方法を用いて複数の裏面を設けてその面における各頂点の座標、または辺を定義してもよい。 In the above embodiment, the cross-sectional definition position is the two surfaces of the front surface and the back surface of the object. However, in the object, when there are many irregularities between the front surface and the back surface, it is not limited to two surfaces. Using the cross-section definition position as a cross-section definition position where the element between the front and back surfaces changes, a plurality of back surfaces are provided using the above two-dimensional shape and depth information input method, and the coordinates or sides of each vertex on that surface are defined. May be.
上記3次元オブジェクト作成の手順を別の実施例により説明する。描画したい3次元オブジェクトは、図10に示した右上部に三角形の欠損部のある直方体である。このオブジェクトを得るには、まず図11の描画画面において、0→1→2→3→0の順にカーソルをマウスでクリック、ドラッグを繰り返すことにより4角形を描画する。次に、頂点4と頂点5間の辺をマウスでクリック、ドラッグすることにより引く。これでオブジェクト前面の2次形状の定義が終わる。 The procedure for creating the three-dimensional object will be described with reference to another embodiment. The three-dimensional object to be drawn is a rectangular parallelepiped with a triangular missing part in the upper right part shown in FIG. In order to obtain this object, first, on the drawing screen of FIG. 11, a quadrangle is drawn by repeatedly clicking and dragging the cursor in the order of 0 → 1 → 2 → 3 → 0. Next, the side between the vertex 4 and the vertex 5 is drawn by clicking and dragging with the mouse. This completes the definition of the secondary shape in front of the object.
次に奥行き方向決定画面で奥行き方向のデータを決定する。奥行き方向決定画面では、初期画面では図12に図示したように頂点0〜5に対して予めDFは全て10、DBは−10が定義され、入力されている。そこで、初期値が目的の画面と異なる値になっている頂点のDF,DBを修正する。図10の図形では、図13に示すように、頂点1〜3に対しては修正する必要がないので、そのまましておく。頂点0は奥行き方向における位置が頂点1、2、3、4、5で形成される面より奥まった位置にあるので、頂点0のDFを0に修正する。頂点0のDBの値−10はそのままにしておく。また、頂点4、5は、前面の頂点であるため、DBを10に改める。 Next, data in the depth direction is determined on the depth direction determination screen. In the depth direction determination screen, as shown in FIG. 12, in the initial direction screen, all DFs are defined 10 and DBs −10 are defined and input in advance for vertices 0 to 5. Therefore, the DF and DB of the vertex whose initial value is different from the target screen are corrected. In the figure of FIG. 10, as shown in FIG. 13, it is not necessary to correct the vertices 1 to 3. Since the position of the vertex 0 in the depth direction is deeper than the surface formed by the vertices 1, 2, 3, 4, and 5, the DF of the vertex 0 is corrected to 0. The DB value -10 at the vertex 0 is left as it is. Further, since the vertices 4 and 5 are the vertices on the front surface, the DB is changed to 10.
次に、前面辺関係編集画面で辺関係を修正する。上記の入力した2次元形状のデータに従って、前面辺関係編集画面における辺は予め自動的に図14のように表示されている。すなわち、初期状態では、前面には、頂点0から頂点1、頂点3との間、頂点1から頂点2との間、頂点2から頂点3との間、頂点4から頂点5との間に辺が存在すると仮定している。次に、図15のように前面における辺を図10に図示された図形の辺関係になるよう編集する。すなわち、これらのうち、実体と異なる辺関係を修正する。頂点1、2、3の辺および頂点4,5の辺関係も予め入力されているデータの通りで修正する必要はない。一方、頂点0から頂点4、頂点5との間にも辺があるため、始点を0、終点を4、5とする新たな辺を入れる。また、頂点0と頂点1、及び頂点0と頂点3との間の辺は存在しないので、1と3を削除する。また、始点を1、終点を5とする辺、及び始点を3、終点を4とする辺を新たに加える。 Next, the edge relation is corrected on the front edge relation editing screen. In accordance with the input two-dimensional shape data, the sides on the front side relationship editing screen are automatically displayed in advance as shown in FIG. In other words, in the initial state, there are edges between vertex 0 to vertex 1 and vertex 3, between vertex 1 and vertex 2, between vertex 2 and vertex 3, and between vertex 4 and vertex 5. Is assumed to exist. Next, as shown in FIG. 15, the sides on the front face are edited so as to have the side relation of the graphic shown in FIG. That is, of these, the side relation different from the entity is corrected. The sides of the vertices 1, 2 and 3 and the sides of the vertices 4 and 5 do not need to be corrected according to the pre-input data. On the other hand, since there is an edge between vertex 0 to vertex 4 and vertex 5, a new edge having a start point of 0 and an end point of 4 and 5 is inserted. Also, since there are no edges between vertex 0 and vertex 1 and between vertex 0 and vertex 3, 1 and 3 are deleted. Also, a side having a start point of 1, an end point of 5, and a side having a start point of 3 and an end point of 4 are newly added.
次に、裏面辺の修正を裏面辺関係編集画面において同様にして行う。図10に図示された図形では、辺関係は予め入力されているデータの通りで修正する必要はない。最後に3次元オブジェクト表現・回転画面に切換えると図10のオブジェクトが得られる。 Next, the rear side is corrected in the same manner on the rear side relationship editing screen. In the graphic shown in FIG. 10, the edge relation does not need to be corrected according to the pre-input data. Finally, the object shown in FIG. 10 is obtained by switching to the three-dimensional object representation / rotation screen.
オブジェクトが円筒、円錐、球、楕円球のような場合、頂点は存在しない。このようなときは、拘束条件モードを用いて円や楕円を用いた図形データ入力により図形を作成する。 If the object is a cylinder, cone, sphere, or ellipsoid, there are no vertices. In such a case, a figure is created by inputting figure data using a circle or an ellipse using the constraint condition mode.
本発明において、拘束条件とは円で拘束される図形における条件、例えば特定形状、半径等をいい、これらの拘束条件のみで円で構成される3次元図形を描くことができる。特にオブジェクトが円柱、円錐、球などの場合、円柱あるいは円錐の前面と裏面の円の横半径、縦半径などのデータ、球のx軸における半径、y軸における半径、z軸における半径などのデータ、すなわち拘束条件を定義して図形の形状を決めることができる。 In the present invention, the constraint condition refers to a condition in a figure constrained by a circle, such as a specific shape and a radius, and a three-dimensional figure composed of a circle can be drawn only by these constraint conditions. Especially when the object is a cylinder, cone, sphere, etc. Data such as the horizontal radius and vertical radius of the circle on the front and back of the cylinder or cone, data such as the radius on the x-axis, the radius on the y-axis, the radius on the z-axis That is, the shape of the figure can be determined by defining constraint conditions.
円柱のワイヤーフレームモデルを作成する場合、図16の画面においてデータ入力ポケットの第1段に、前面における円のデータ、すなわち左から前面円の縦半径、横半径、第2段に、裏面における円のデータ、左から裏面円の縦半径、横半径を入力する。第3段の左に、円柱の長さ入力である。これらのデータは予め10とした初期値を定義しており、長さの入力を省略してもシリンダーOKボタンを押すことにより、直ちに図17に示した円筒の画面が描けるようになっている。横半径を縦半径と異なった値とすれば楕円が描かれ、長さを0に指定すれば円柱ではなく、円が描かれる。また、前面または裏面、2つの円面のうちのいずれかの半径を0と指定すれば、図18のような円錐が描かれる。さらに、第3段の真中には円柱の内径を入力するためのチョイスメニューがある。内径を指定すると、図19のようなドーナツ状の円柱が描かれる。 When creating a cylindrical wire frame model, in the screen of FIG. 16, the data of the front side circle data in the first stage of the data input pocket, that is, the vertical circle and horizontal radius of the front circle from the left, the second stage, the circle on the back side Enter the data of, vertical radius and horizontal radius of the back circle from the left. To the left of the third row is the length input for the cylinder. These data define an initial value of 10 in advance, and even if the length input is omitted, the cylinder screen shown in FIG. 17 can be drawn immediately by pressing the cylinder OK button. If the horizontal radius is different from the vertical radius, an ellipse is drawn, and if the length is specified as 0, a circle is drawn instead of a cylinder. Further, if one of the front surface, the back surface, and the two circular surfaces is designated as 0, a cone as shown in FIG. 18 is drawn. In the middle of the third stage, there is a choice menu for entering the inner diameter of the cylinder. When the inner diameter is designated, a donut-shaped cylinder as shown in FIG. 19 is drawn.
円柱の3次元モデルを作成する場合、更にシリンダーの種類選択メニュー内の数を選択して前面と裏面の相対位置関係を特定することにより、多様な図形が描けるようになっていることが好ましい。例えば、1は、図20のように前面と裏面が平行でかつ直線からなる包絡線で結ばれ、前面と裏面が逆回転している位置関係を示す。2は、前面と裏面が平行でかつ凹状曲線からなる包絡線で結ばれている位置関係を示す。3は、前面と裏面が平行でかつ凸状曲線からなる包絡線で結ばれている位置関係を示す。4は、図21のように楕円の前面と楕円の裏面とが45℃の角度を持った位置関係であることを示す。 When creating a three-dimensional model of a cylinder, it is preferable that various figures can be drawn by further selecting the number in the cylinder type selection menu and specifying the relative positional relationship between the front surface and the back surface. For example, 1 indicates a positional relationship in which the front surface and the back surface are connected in parallel with each other as shown in FIG. Reference numeral 2 denotes a positional relationship in which the front surface and the back surface are parallel and connected by an envelope made of a concave curve. 3 indicates a positional relationship in which the front surface and the back surface are parallel and are connected by an envelope made of a convex curve. 4 indicates that the front surface of the ellipse and the back surface of the ellipse are in a positional relationship with an angle of 45 ° C. as shown in FIG.
一方、球状のワイヤーフレームモデルを作成する場合は、図16の入力画面の最下段に、球のカット数、X軸の半径、Y軸の半径、Z軸の半径等の拘束条件をチョイスメニューで指定する。これらの半径に関するデータは予め10とした初期値が定義されており、入力を省略してスフェアー(球状)OKボタンを押すと、図22に示したような球が描かれる。x軸半径、y軸半径で異なった値を入力すれば、図23に示したような楕円球が描かれる。 On the other hand, when creating a spherical wire frame model, at the bottom of the input screen in FIG. 16, the constraint conditions such as the number of cuts of the sphere, the radius of the X axis, the radius of the Y axis, the radius of the Z axis are displayed in the choice menu. specify. Data regarding these radii is defined in advance as an initial value of 10. When the sphere (spherical) OK button is pressed with no input, a sphere as shown in FIG. 22 is drawn. If different values are input for the x-axis radius and the y-axis radius, an elliptical sphere as shown in FIG. 23 is drawn.
同様に自由曲線、円弧、自由曲面の場合も、円弧の始点と終了、および半径等を定義することにより円弧を描くプログラムが具備されていることが好ましい。また、正方形、長方形、台形、その他星型等もシステム制御画面オブジェをクリックするとそれぞれ定義された図形が画面に描かれるようになっていることが好ましい。 Similarly, in the case of a free curve, an arc, and a free curved surface, it is preferable that a program for drawing an arc is defined by defining the start point and end of the arc, the radius, and the like. In addition, it is preferable that a defined figure is drawn on the screen when a system control screen object is clicked for squares, rectangles, trapezoids, and other star shapes.
上記の要領で入力された各種データは、修正することができるようになっていることが好ましい。また、修正操作により、辺の削除や追加が可能となっていることが好ましい。具体的には、前記図4〜図7の入力画面の数値を置換し、あるいは削除し、「確定」ボタンを押すことによりデータが変換、あるいは取り消しできるようになっていることが好ましい。 It is preferable that various data input in the above manner can be corrected. Moreover, it is preferable that the side can be deleted or added by a correction operation. Specifically, it is preferable that the data can be converted or canceled by replacing or deleting the numerical values on the input screens of FIGS. 4 to 7 and pressing the “OK” button.
本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムでは、更に別々に入力した形が異なった図形を同時に複数の3次元オブジェクト描画画面に並行的に表現され、それぞれの図形のデータを用いた複数の図形により必要に応じてもっと複雑な新しい図形を組み立てるようになっていることが好ましい。 In the three-dimensional computer graphics modeling system of the present invention, a plurality of differently input figures are simultaneously displayed on a plurality of three-dimensional object drawing screens in parallel, and a plurality of figures using the data of each figure are used. It is preferable that a more complicated new figure is assembled as required by the figure.
次ぎに、本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムでは、上記システムで得られた3次元モデルを、好ましくは、ディスプレイ上で、遠近法を用いた2次元画像で表現する。 Next, in the three-dimensional computer graphics modeling system of the present invention, the three-dimensional model obtained by the above system is preferably expressed on a display as a two-dimensional image using a perspective method.
上記方法で求めた3次元モデルを、ディスプレイ上で、遠近法を用い2次元画像で表現する方法について説明する。前提として、3次元座標を(x,y,z)、2次元座標を(X,Y)とする。また、上記3次元モデルでの座標をワールド座標と呼ぶ。3次元モデルをディスプレイ上で2次元で表現するには、下記図24に示した手順でワールド座標P(x,y,z)の一つ一つの頂点を写像し、写像点であるスクリーン座標P’(X,Y)へマッピングする作業を行う。 A method for expressing the three-dimensional model obtained by the above method as a two-dimensional image using a perspective method on a display will be described. As a premise, the three-dimensional coordinates are (x, y, z), and the two-dimensional coordinates are (X, Y). The coordinates in the three-dimensional model are called world coordinates. In order to represent the three-dimensional model in two dimensions on the display, each vertex of the world coordinates P (x, y, z) is mapped by the procedure shown in FIG. 'Mapping work to (X, Y).
本発明のコンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムにおいては、ワールド座標系をスクリーン座標に変換するには、ワールド座標系を一旦アイ座標系に変換した後に、アイ座標系をスクリーン座標系に変換するという手法をとる。ワールド座標系をアイ座標系に変換するには、ビューイングトランスフォーメーション(視点の変換)を行う。このビューイングトランスフォーメーションでは、まず、オブジェクトが位置するワールド座標系の原点Oを視点Eに移動させることで、同時に物体を移動させ、物体の中点がアイ座標系の原点Eとなるようにする。 In the computer graphics modeling system of the present invention, in order to convert the world coordinate system to the screen coordinate, the world coordinate system is once converted to the eye coordinate system, and then the eye coordinate system is converted to the screen coordinate system. Take the technique. To convert the world coordinate system to the eye coordinate system, a viewing transformation is performed. In this viewing transformation, first, by moving the origin O of the world coordinate system where the object is located to the viewpoint E, the object is simultaneously moved so that the midpoint of the object becomes the origin E of the eye coordinate system. .
視点の変換を行うためには、オブジェクトだけでなくビューポイント(視点)Eも必要となる。そして、原点Oをオブジェクトの中心に置き、EからOへオブジェクトを見る。ワールド座標系において、極座標(ρ:物体と目の間の距離、ψ:縦回転のための値、θ:横回転のための値)が与えられると、Eのワールド座標(xE,yE,zE)は、下記(1)式で表すことができ、グラフ化すると、図25のようになる。 In order to convert the viewpoint, not only the object but also the viewpoint (viewpoint) E is required. Then place the origin O at the center of the object and look at the object from E to O. In the world coordinate system, given polar coordinates (ρ: distance between object and eye, ψ: value for vertical rotation, θ: value for horizontal rotation), the world coordinates of E (x E, y E , z E ) can be expressed by the following equation (1), and is graphed as shown in FIG.
ベクトルEO(−EO)方向はビューイング‐ディレクション(視線の方向)と呼ばれる。原点がEであるアイ座標系は図14のようになる。 The vector EO (-EO) direction is called viewing direction. The eye coordinate system whose origin is E is as shown in FIG.
ところで、ワールド座標系(xw,yw, zw)をアイ座標系(xe,ye,ze)に変換するためにはビューイングマトリックスVが必要で、下記(2)式が成り立つ。 By the way, in order to convert the world coordinate system (x w , y w, z w ) into the eye coordinate system (x e , y e , z e ), a viewing matrix V is necessary, and the following equation (2) is established. .
従って、ワールド座標(xw,yw, zw)が与えられ、行列Vが求められれば、アイ座標(xe,ye,ze)が獲得できる。ところで、原点をOからEに移動させた場合、行列Tは下記(3)式のようになる。また、そのときの座標系は図27のようになる。 Therefore, if the world coordinates (x w , y w, z w ) are given and the matrix V is obtained, the eye coordinates (x e , y e , z e ) can be obtained. By the way, when the origin is moved from O to E, the matrix T is expressed by the following equation (3). The coordinate system at that time is as shown in FIG.
ここで、図を回転させる場合の座標の処理方法について説明する。まずZ軸を中心に回転する、すなわち、像が横回転する場合を考える。 Here, a coordinate processing method when rotating the figure will be described. First, consider a case where the image rotates about the Z axis, that is, the image rotates horizontally.
座標系を、z軸の回りをθだけ回転させると、この回転による行列Rzは下記(4)式のようになる。また、座標系は図16のようになる。なお、図16では、原点を移動した後にθ+90だけz軸について座標系を回転させている。 When the coordinate system is rotated by θ around the z-axis, the matrix R z resulting from this rotation is expressed by the following equation (4). The coordinate system is as shown in FIG. In FIG. 16, the coordinate system is rotated about the z axis by θ + 90 after the origin is moved.
次ぎにx軸の回りを回転する、すなわち、オブジェクトが縦回転する場合を考える。座標系を、x軸の回りをφだけ回転させると、この回転による行列Rxは下記(5)式のようになる。また、座標系は図17のようになる。なお、図17では、原点を移動した後にφだけx軸について座標系を回転させている。 Next, consider the case where the object rotates around the x axis, that is, the object rotates vertically. When the coordinate system is rotated by φ around the x-axis, the matrix R x resulting from this rotation is expressed by the following equation (5). The coordinate system is as shown in FIG. In FIG. 17, the coordinate system is rotated about the x axis by φ after moving the origin.
オブジェクトに対し、z軸とx軸、すなわち、前後左右複合の回転を加える場合は、z軸の回転後に、x軸について回転させる。その結果、前記の図17のようなxe,ye,zeをもつアイ座標系が出来上がる。以上の行列T,RZ,Rxの乗算で、下記(6)式のようなビューイングマトリックスVを得る。この行列Vを式(2)に代入することでワールド座標(xw,yw, zw)からアイ座標(xe,ye,ze)を獲得することができる。 When the object is subjected to z-axis and x-axis rotation, that is, combined front-rear and left-right rotation, the object is rotated about the x-axis after the z-axis rotation. As a result, an eye coordinate system having x e , y e , and z e as shown in FIG. 17 is completed. By viewing the matrix T, R Z and R x as described above, a viewing matrix V as shown in the following equation (6) is obtained. By substituting this matrix V into equation (2), the eye coordinates (x e , y e , z e ) can be obtained from the world coordinates (x w , y w, z w ).
次ぎに、本発明の3次元コンピュータグラフィックモデリング手法において、2次元表示に遠近法を取り入れる手法について説明する。上記アイ座標系へ変換を行った後、パースペクティブトランスフォーメーション(遠近法による変換)を行う。 Next, a method of incorporating a perspective method into a two-dimensional display in the three-dimensional computer graphic modeling method of the present invention will be described. After converting to the eye coordinate system, perspective transformation (conversion based on perspective) is performed.
遠近法の効果は、物体と目との間の距離に反比例する。目と物体が近ければ、遠近法の効果は強くなり、物体は大きく見える。物体が遠くにある場合、物体は小さく見える。 The effect of perspective is inversely proportional to the distance between the object and the eye. If the eyes and the object are close, the perspective effect becomes stronger and the object looks larger. If the object is far away, it will appear small.
遠近法によりスクリーン座標を求める原理について、図18により説明する。図18で、まずアイ座標が(0,0,-d)である点Qを選ぶ。ただし、dは正である。 The principle of obtaining the screen coordinates by the perspective method will be described with reference to FIG. In FIG. 18, a point Q whose eye coordinates are (0,0, -d) is first selected. However, d is positive.
視点からみると、アイ座標系におけるスクリーンはz=−d平面にある。すなわち、その平面はQを通り、z軸に垂直である。そのとき、スクリーン座標系は原点がQとなり、スクリーン座標系のX軸、Y軸はアイ座標系のx, y軸と平行となる。図18でxを求めるために、yの値が0である点Pを新たに置く。 From the viewpoint, the screen in the eye coordinate system is in the z = -d plane. That is, the plane passes through Q and is perpendicular to the z-axis. At that time, the origin of the screen coordinate system is Q, and the X and Y axes of the screen coordinate system are parallel to the x and y axes of the eye coordinate system. In order to obtain x in FIG. 18, a new point P with a y value of 0 is placed.
図30において、三角形EPRとEP‘Qは相似であることを利用して下記(7)式、(8)式を得る。 In FIG. 30, the following formulas (7) and (8) are obtained by utilizing the fact that the triangles EPR and EP′Q are similar.
同様にして下記(9)式を得る。 Similarly, the following equation (9) is obtained.
スクリーン座標系(X,Y)の原点Qがスクリーンの中心に置かれれば、式(8)、式(9)が使われる。視点Eとスクリーン、およびスクリーンに投影されるオブジェクトの関係を図31に示す。 If the origin Q of the screen coordinate system (X, Y) is placed at the center of the screen, equations (8) and (9) are used. FIG. 31 shows the relationship between the viewpoint E, the screen, and the object projected on the screen.
視点Eとスクリーンとの間の距離dと、三角形EP’1P’2とEP1P2の相似から下記式(10)を得る。 The following formula (10) is obtained from the distance d between the viewpoint E and the screen and the similarity between the triangles EP ′ 1 P ′ 2 and EP 1 P 2 .
上記式において、視点とスクリーンとの間の距離ρは既知であり、かつ3次元モデルから、オブジェクトのサイズと奥行きが既に求められているから、これらの値を式(9)に代入して、スクリーン上のイメージの座標を求めることができる。 In the above equation, since the distance ρ between the viewpoint and the screen is known and the size and depth of the object have already been obtained from the three-dimensional model, these values are substituted into equation (9), The coordinates of the image on the screen can be obtained.
具体的には、次の手順で行う。
(1)立体の各頂点Pに番号をつけ、各頂点の座標(DF,DB,Tx,Ty)を指定する。
(2)DFとDBと同じ値を持つ場合は、(DF,Tx,Ty)あるいは(DB,Tx,Ty)一回だけ変換する。
(3)DFとDBが異なった場合、(DF,Tx,Ty)と(DB,Tx,Ty)それぞれを変換する。
(4)最後に、前面エッジリスト及び裏面エッジリストに従って、各辺関係の始点番号と終点番号を指定した頂点同士を線で結んで物体を描画する。
(5)円、円柱、円錐の場合は、円の位置座標と円周を分割した座標(FD,Tx,Ty)を以上の手順で変換と線引きを行う。球の場合は、球のカット数と三つの軸半径に従って球座標系の三つの座標値(x,y,z)を計算し以上の手順で変換と線引きを行う。
Specifically, the following procedure is used.
(1) Number each vertex P of the solid and specify the coordinates (DF, DB, Tx, Ty) of each vertex.
(2) If DF and DB have the same value, conversion is performed only once (DF, Tx, Ty) or (DB, Tx, Ty).
(3) When DF and DB are different, (DF, Tx, Ty) and (DB, Tx, Ty) are converted.
(4) Finally, in accordance with the front edge list and the back edge list, an object is drawn by connecting vertices specifying the start point number and end point number of each side relationship with lines.
(5) In the case of a circle, cylinder, or cone, the position coordinates of the circle and the coordinates (FD, Tx, Ty) obtained by dividing the circumference are converted and drawn by the above procedure. In the case of a sphere, the three coordinate values (x, y, z) of the spherical coordinate system are calculated according to the number of cuts of the sphere and the three axis radii, and conversion and line drawing are performed according to the above procedure.
以上の変換によって、3次元アイ座標を2次元スクリーン座標へ変換し、遠近法による変換が完了する。また、3次元ワールド座標は2次元スクリーン座標へ変換され、3次元オブジェクトを2次元で表現することができる。 With the above conversion, the three-dimensional eye coordinates are converted into the two-dimensional screen coordinates, and the conversion by the perspective method is completed. Also, the three-dimensional world coordinates are converted into two-dimensional screen coordinates, and a three-dimensional object can be expressed in two dimensions.
本発明のシステムでは、好ましくは、画像を回転させることができる。回転は、図20に示したように、横回転、縦回転、横縦同時回転、指定された任意直線軸の回りを回転する任意軸回転、回転の一時停止等を行うためのボタンが設けられていてもよい。具体的には、φを増加すると上向きに回転し、減少すると下向きに回転する。また、θを増加すると左向きに回転し、減少すると右向きに回転する。また、回転速度も調整できるよう、回転速度可変ボタンが設けられていてもよい。 In the system of the present invention, the image can preferably be rotated. As shown in FIG. 20, buttons for performing horizontal rotation, vertical rotation, horizontal and vertical simultaneous rotation, arbitrary axis rotation that rotates around a specified arbitrary linear axis, rotation pause, etc. are provided. It may be. Specifically, when φ increases, it rotates upward, and when it decreases, it rotates downward. Further, when θ is increased, it rotates to the left, and when it decreases, it rotates to the right. A rotation speed variable button may be provided so that the rotation speed can be adjusted.
本発明のシステムでは、好ましくは、図形のスケールを拡大し、あるいは縮小させることができる。3次元図形回転画面上にスケールボタンとスケール調節画面が設けられてもよい。図形のスケール調整に従って得られた3次元図形は回転しながら、拡大されたり、縮小されたりして遠近法の効果を一層高めることが好ましい。視点Eとスクリーンとの間の距離変数dの変化により、図形のスケール変形、即ち図形の拡大及び縮小を回転とともに実行できる。調節値が小さければ、dが増加して図形が拡大され、逆に、調査値が大きければ、dが減少し図形が縮小される。 In the system of the present invention, it is preferable that the scale of the figure can be enlarged or reduced. A scale button and a scale adjustment screen may be provided on the three-dimensional figure rotation screen. The three-dimensional figure obtained according to the figure scale adjustment is preferably enlarged or reduced while rotating to further enhance the perspective effect. By changing the distance variable d between the viewpoint E and the screen, the scale deformation of the figure, that is, the enlargement and reduction of the figure can be executed together with the rotation. If the adjustment value is small, d increases and the figure is enlarged. Conversely, if the investigation value is large, d decreases and the figure is reduced.
また、得られた3次元モデル画面の、オブジェクト全体、面、線の色、背景色等の色を自由に設定することができる色調整ボタンが設けられていてもよい。例えば、3つのスクロールバーを設けて赤、緑、青の度合いを調整することもできる。更に輝度ボタンを設けることにより、画面全体、背景、あるいはオブジェクト明るさ、暗さを変えることができる。 In addition, a color adjustment button that can freely set colors such as the whole object, surface, line color, and background color of the obtained three-dimensional model screen may be provided. For example, three scroll bars can be provided to adjust the degree of red, green, and blue. Furthermore, by providing a brightness button, the entire screen, background, or object brightness or darkness can be changed.
以上の方法で作成した絵データは、保存することができる。保存は周知の如く、例えば、パソコンのROM,CD−ROM、MO,フロッピー(登録商標)ディスク、フラッシュメモリー、サーバー等のハードウエアで行うことができる。
また、保存した図形ファイルを開いて図形を再び表示することもできる。
The picture data created by the above method can be saved. As is well known, storage can be performed by hardware such as a ROM, a CD-ROM, an MO, a floppy (registered trademark) disk, a flash memory, and a server of a personal computer.
You can also open a saved graphic file and display the graphic again.
本発明のシステムには、他の一般的なシステムと同様、システム開始、データリセット、システム終了等の機能が具備されている。 The system of the present invention is provided with functions such as system start, data reset, and system end as in other general systems.
次ぎに、本発明の3次元コンピュータグラフィックモデリングシステムを用いたて得た立体的図形を例示するが、本発明はこれらの実施例になんら制約されるものではない。なお、これらはいずれも本システム用いて作図し、描画した2次元画像である。 Next, three-dimensional figures obtained by using the three-dimensional computer graphic modeling system of the present invention will be exemplified, but the present invention is not limited to these examples. These are two-dimensional images drawn and drawn using this system.
(実施例1/直方体)
上述の図3の入力画面を用いて直方体を作図し、図5の奥行きデータ入力画面上の初期値をそのまま利用して、表現されたワイヤーフレームモデムを図32に示す。
(Example 1 / cuboid)
FIG. 32 shows a wire frame modem expressed by drawing a rectangular parallelepiped using the input screen of FIG. 3 and using the initial values on the depth data input screen of FIG. 5 as they are.
(実施例2/一部が欠けた立方体)
図3の入力画面を用いて直方形と三角形を作図し、奥行きデータ入力画面、前面辺関係編集画面と裏面辺関係編集画面の値を修正した。得られたワイヤーフレームモデルを図33に示す。
(Example 2 / Cube with a part missing)
Using the input screen of FIG. 3, a rectangle and a triangle were drawn, and values on the depth data input screen, front side relationship editing screen, and back side relationship editing screen were corrected. The obtained wire frame model is shown in FIG.
(実施例3/三角錐)
図34の2次元前面形状を描画し、図35に示したように奥行きデータを指定した。得られたワイヤーフレームモデルを図25に示す。
(Example 3 / triangular pyramid)
The two-dimensional front shape of FIG. 34 was drawn, and depth data was designated as shown in FIG. The obtained wire frame model is shown in FIG.
(実施例4/四角錐)
図37の2次元前面形状を描画し、図38に示したように奥行きデータを指定した。得られた四角錐のワイヤーフレームモデルを図39に示す。
(Example 4 / Square pyramid)
The two-dimensional front shape of FIG. 37 was drawn, and depth data was designated as shown in FIG. FIG. 39 shows the obtained wire frame model of a quadrangular pyramid.
(実施例5/8つの稜の一部が欠けている立方体)
図10〜図15と同様の手順で、前面2次元形状の描画、奥行きデータ入力、前面辺関係の編集、裏面辺関係の編集を行った。得られた8つの稜の一部が欠けている立方体のワイヤーフレームモデルを図40に示す。
(Example 5/8 cube in which a part of the ridges is missing)
The front two-dimensional shape drawing, depth data input, front side relationship editing, and back side relationship editing were performed in the same procedure as in FIGS. FIG. 40 shows a cubic wire frame model in which some of the obtained eight edges are missing.
(実施例6/多面体)
この例は、前面の同一位置に複数の頂点がある多面体の例である。まず、前面2次元形状の描画入力画面において、一つの正方形を作図した。次に、正方形のそれぞれの頂点において、一回クリックすることにより前面から見て同じ位置に3個の頂点を発生させる。さらに、上記実施例と同様にして各頂点の奥行きデータを入力し、前面辺関係の編集、裏面辺関係の編集を行った。得られた奥行き方向複数辺と面を持つ多面体のワイヤーフレームモデルを図41に示す。
(Example 6 / polyhedron)
This example is an example of a polyhedron having a plurality of vertices at the same position on the front surface. First, one square was drawn on the drawing input screen of the front two-dimensional shape. Next, each vertex of the square is clicked once to generate three vertices at the same position when viewed from the front. Further, the depth data of each vertex was input in the same manner as in the above example, and the front side relation and the back side relation were edited. The obtained polyhedron wire frame model having a plurality of sides and faces in the depth direction is shown in FIG.
(実施例7/星型角柱)
図3の入力画面を用いて星形を作図した。図5の奥行きデータは入力画面上の初期値をそのまま利用した。得られた星型角柱ワイヤーフレームモデルを図42に示す。
(Example 7 / star prism)
A star shape was drawn using the input screen of FIG. Depth data of Figure 5 is used as it is an initial value on the input screen. The obtained star-shaped prismatic wire frame model is shown in FIG.
(参考例1/楕円柱)
図16の円入力画面上において、前面の円の横半径を10、縦半径を5、裏面の円の横半径を5、縦半径を10としてチョイスメニューで指定した。得られた楕円柱のワイヤーフレームモデルを図43に示す。
( Reference Example 1 / Oval cylinder)
On the circle input screen of FIG. 16, the horizontal radius of the front circle is set to 10, the vertical radius is set to 5, the horizontal radius of the back circle is set to 5, and the vertical radius is set to 10 in the choice menu. The obtained elliptical cylindrical wire frame model is shown in FIG.
(参考例2/ドーナツ状円筒)
図16の円入力画面上において、円柱の長さを5に改め、内径を5に指定する以外、前面の円の横半径と縦半径と、裏面の円の横半径と縦半径とは、チョイスメニュー上の初期値をそのまま利用した。得られたドーナツ状円筒のワイヤーフレームモデルを図44に示す。
( Reference Example 2 / Donut-shaped cylinder)
On the circle input screen in FIG. 16, the horizontal radius and vertical radius of the front circle and the horizontal radius and vertical radius of the back circle are the choices except that the length of the cylinder is changed to 5 and the inner diameter is specified as 5. The initial value on the menu was used as it was. The obtained donut-shaped cylindrical wire frame model is shown in FIG.
(参考例3/カット数を12とする球)
図16の円入力画面上において、球のx軸半径、y軸半径、z軸半径はチョイスメニュー上の初期値をそのままに利用し、球のカット数を12に指定した。得られたカット数を12とする球のワイヤーフレームモデルを図45に示す。
( Reference Example 3 / sphere with 12 cuts)
On the circle input screen of FIG. 16, the initial value on the choice menu is used as it is for the x-axis radius, y-axis radius, and z-axis radius of the sphere, and the number of cuts of the sphere is specified as 12. FIG. 45 shows a sphere wire frame model in which the obtained number of cuts is 12.
(実施例8/立方体と四角錐の合成)
図3の入力画面を用いて正方形と三角形を作図し、図5の奥行きデータ入力画面上において三角形の上の頂点のDFとDB値をともに0に修正し、ほかの頂点のDFとDBの初期値をそのまました。得られた立方体と四角錐の合成物のワイヤーフレームモデルを図46に示す。
Example 8 Synthesis of cube and square pyramid
Draw squares and triangles using the input screen shown in Fig. 3, modify both the DF and DB values of the vertices on the triangle to 0 on the depth data input screen shown in Fig. 5, and set the initial DF and DB values for the other vertices. The value was left as it was. FIG. 46 shows a wire frame model of a composite of the obtained cube and square pyramid.
(実施例9/ハウス型)
図3の入力画面を用いてハウス型の前面を作図し、図5の奥行きデータ入力画面上の初期値はそのまま利用した。得られたハウス型ワイヤーフレームモデルを図47に示す。
(Example 9 / house type)
The house-type front surface was drawn using the input screen of FIG. 3, and the initial values on the depth data input screen of FIG. 5 were used as they were. The obtained house-type wire frame model is shown in FIG.
(実施例10/複数の四角錘の合成)
上記と同様の手順で、複数の三角形と長方形の描画入力し、更に辺の編集を行った。得られたワイヤーフレームモデルを図47に示す。
Example 10 Synthesis of a plurality of square pyramids
In the same procedure as described above, drawing of a plurality of triangles and rectangles was input, and the sides were further edited. The obtained wire frame model is shown in FIG.
(実施例11/複数の直方体の合成)
上記と同様の手順で、複数の正方形の描画入力し、更に辺の編集を行った。得られたワイヤーフレームモデルを図49に示す。
(Example 11 / synthesis of a plurality of rectangular parallelepipeds)
In the same procedure as described above, drawing of a plurality of squares was input, and the sides were further edited. FIG. 49 shows the obtained wire frame model.
(実施例12/複数の直方体の合成)
上記と同様の手順で、台形と長方形の描画入力、奥行き情報入力と辺の編集を行った。得られたワイヤーフレームモデルを図50に示す。
(Example 12 / Composition of a plurality of rectangular parallelepipeds)
The trapezoid and rectangle drawing input, depth information input, and edge editing were performed in the same procedure as above. The obtained wire frame model is shown in FIG.
本発明の3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システムは、構成が簡単なため、安価に製作が可能で、かつその操作が簡単で容易に理解できるため、簡単な図形のイメージ把握のための、一般のコンピュータ・グラフィックス愛好者向け、あるいは、立体図形を簡単に描かれることで、3次元コンピュータ・グラフィックスの教育用ソフトとして有用であり、とりわけ小中高学生が簡便に使用する絵描きソフトとしても有用である。 3D computer graphics modeling system of the present invention, since the configuration is simple, can be manufactured at low cost, and since the operation can be simple and easily understood, for image understanding of simple graphics, It is useful for general computer graphics enthusiasts or as a 3D computer graphics education software by drawing 3D figures easily, especially as a drawing software for elementary, middle and high school students. Useful.
Claims (5)
(2)ディスプレイの描画画面上で、該多面体オブジェクトのワイヤーフレームモデルを前面から見たときの全ての頂点を(前面から見て同じ位置に複数の頂点がある場合、頂点が2個の場合は、1回、3個以上の複数の頂点があった場合は、その頂点の数だけ)入力し、更に辺を入力描画することにより多面体オブジェクトの2次元形状を作図し、
(3)次いで、前面と同一の投影面が平行に存在するとして自動的に定義されている裏面の各頂点、及び/または前面の各頂点の奥行き方向の位置を決めるため、奥行きデータを、描画したいオブジェクトと定義されたオブジェクトとが異なっている場合は、その数値を変更することにより編集、決定し、
(4)更に、辺関係編集画面において、各頂点間に、入力し、または自動的に表示されている辺関係を描画したいオブジェクトの辺関係になるよう新しい辺を入力するか、削除することにより編集し、
(5)編集結果をディスプレイ上で遠近法により表示される3次元オブジェクト表示画面に表示することからなる3次元コンピュータ・グラフィックス・モデリング・システム。 (1) An arbitrary surface of a polyhedral object to be drawn is determined as the front surface,
(2) On the display screen of the display, all vertices when the wireframe model of the polyhedral object is viewed from the front (if there are multiple vertices at the same position when viewed from the front, if there are two vertices once, when there are three or more of the plurality of vertices, the number of vertices only) type, and drawing a two-dimensional shape of the polyhedral objects by further input drawing the sides,
(3) Next, in order to determine the position in the depth direction of each vertex of the back surface and / or each vertex of the front surface that is automatically defined as the same projection plane as the front surface exists in parallel, drawing the depth data If the object you want and the defined object are different, edit and decide by changing the value,
(4) Further, in the edge relation editing screen, by inputting or deleting a new edge so as to be the edge relation of an object to be input or automatically displayed between the vertices. Edit
(5) A three-dimensional computer graphics modeling system comprising displaying an editing result on a three-dimensional object display screen displayed by a perspective method on a display.
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