JP4323794B2 - スケッチに基づく３次元形状データ作成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デザイナー等が手書きで作成した３次元物体のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、デザイナーが手書きで作成したスケッチから３次元形状データを作成する手法が各種提案されている。例えば、ある平面で切断された際の断面線が描かれている３次元物体の透視図（スケッチ）を用いて、当該透視図に対する前記平面に対応する消失点等から、直交座標系の３次元空間内に於ける前記平面を表現する平面方程式を求め、当該平面方程式で表わされた前記平面に前記断面線を投影することにより、３次元物体の３次元形状データを作成する手法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１４９９４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、デザイナーが実際に手書きで作成するスケッチは、正確な直交座標系に従って描かれているわけではなく、座標系がデザイナーのイメージにより大局的に歪められていることが多い。従って、上述の従来技術のように、直交座標系の３次元空間に基づいて３次元形状データを生成した場合、得られた３次元形状データにデザイナーの意図するイメージが反映されない場合がある。
【０００５】
即ち、上述の従来技術では、デザイナーが作成するスケッチが数学的に不正確なパースとなっているにも拘らず、３次元直交空間で見た場合の最適なパースを探し出し、スケッチが正確なパースで表現されていると仮定して、３次元立体が創成されている。このため、上述の従来技術では、スケッチに表現されたデザイナーのコンセプトやイメージが反映されていない３次元形状データが創成されてしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを生成することができる、３次元形状データ作成方法、及び、コンピュータープログラムが記録された記録媒体、並びに、３次元形状データ作成装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、各スケッチの線図上の特定点を対応付けることにより各スケッチ平面相互の空間的位置関係を求め、該空間的位置関係に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含むことを特徴とする、方法により達成される。
【０００８】
本発明では、デザイナー等により作成されるスケッチにおいて、座標系がデザイナーのイメージにより大局的に歪められていることを考慮して、歪みのある３次元歪空間内にスケッチの線図が定義される。これにより、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【０００９】
また、上記目的は、請求項２に記載する如く、同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含み、
前記複数のスケッチは、前記３次元物体を斜め方向から表現した斜視スケッチ、前記３次元物体を側面視で表現した側面視スケッチ、及び、前記３次元物体の中心線を法線とする横断面で切断された際の前記３次元物体の外形線からなり、
前記第１ステップは、
前記３次元物体の中心線を含むセンター断面を定義する第１サブステップと、
前記斜視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点と、該少なくとも３点に対応する前記側面視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点とを対応付けることにより、前記センター断面を基準とした視点の３次元位置を定めると共に、前記側面視スケッチの平面を、前記視点及び前記斜視スケッチに対して空間的に位置付ける第２サブステップと、
前記外形線の前記センター断面上の点を第１の点とし、該第１の点に対応する前記側面視スケッチの前記断面線上の点を第２の点としたとき、前記第１の点を第２の点に一致させ、且つ、前記斜視スケッチの前記横断面上の少なくとも１点と、該少なくとも１点に対応する前記外形線上の少なくとも１点とを対応付けることにより、前記位置付けされた側面視スケッチの平面に対して、前記横断面を空間的に位置付ける第３サブステップと、
前記位置付けされた側面視スケッチの平面及び横断面に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第４サブステップとを含む、方法により達成される。
【００１０】
本発明によれば、センター断面を基準とした視点を考慮しつつ、立体構成、比率や角度が異なる各スケッチを適切に対応付けることにより、３次元歪空間が定義されるので、デザイナーの意図やイメージが一層反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【００１１】
尚、前記第１ステップに含まれる各サブステップは、適切にプログラムされた機械読取り可能なコンピュータープログラムにより実行することが可能であり、請求項３に記載する如く、当該コンピュータープログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登録商標）ディスク（Ｒ）等の記録媒体を介して実行されてよい。
【００１２】
また、本発明による３次元形状データ作成方法は、請求項４及び５に記載する如く、３次元形状データ作成装置として具現化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について、図１をベースに図２以下の各図を参照して説明する。尚、以下の説明は、車両を描いたスケッチに関するものであるが、本発明による３次元形状データ作成手法は、電化製品、鉄道、飛行機等のような車両以外の種々の３次元物体のスケッチに対して適用可能である。
【００１４】
図１は、スケッチから３次元形状データを作成する本発明による３次元形状データ作成手法の一実施例を示すフローチャートである。尚、本明細書において、「スケッチ」とは、デザイナーの意図やイメージを表現した絵、即ち、正確なパース表現ではなく、比率や角度が異なり、立体構成も不正確なものを指す。
【００１５】
３次元形状データを作成する基になるスケッチは、同一の３次元物体を異なる角度から表現した３つの異なるスケッチである。本実施例では、車両を斜め前方向から表現したスケッチ（以下、「クォータービュースケッチ」という）、車両を側方から表現したスケッチ（以下、「サイドビュースケッチ」という）、及び、車両前後方向から見た車両の外形線（即ち、車両前後方向に垂直な面（ドア断面）で切断した際の、ドアやルーフを含む車体の外形線であり、以下、「ドア断面線」という）が、３次元形状データ作成のための入力データとなる（ステップ１００）。また、入力データには、３次元物体の所与の諸元データ（本実施例では、車両の全長、全幅、高さ）が含まれる。尚、図２（ａ）−（ｃ）には、デザイナーにより作成されるクォータービュースケッチ、サイドビュースケッチ、及び、ドア断面線の一例が示されている。
【００１６】
各スケッチは、スキャナ等で読み込まれ、ディスプレイに画像として表示される（ステップ１１０）。尚、ディスプレイ上の各スケッチに対応する画像は、ユーザがマウス等を操作することで回転、移動、拡大及び縮小が可能である。各スケッチの画像線は、曲線データ化される（ステップ１２０）。このとき、各スケッチに対して任意の２次元直交座標が定義され、各スケッチの画像線は、それぞれの２次元直交座標系における座標値の集合として表現される。尚、スケッチの画像線の曲線データ化は、既存のＣＡＤ(computer-aided design)が通常的に備える曲線創成機能を用いて実行可能である。
【００１７】
以上の前段階のステップ１００乃至１２０が終了すると、本発明による３次元形状データ作成手法の主題をなす各ステップ１３０乃至１７０の処理が実行される。以下、各ステップの処理について詳説する。尚、以下の各ステップ（ステップ１８０を含む）の処理は、適切にプログラムされたコンピュータープログラムにより実行されてよい。
【００１８】
ステップ１３０では、スケッチにおけるセンター断面を考慮した視点ＥＰ及びセンター断面平面を定義するための処理が実行される。即ち、クォータービュースケッチとサイドビュースケッチを対応付けることによりパースが定義される。ここで、センター断面とは、３次元形状データ作成の対象となる３次元物体の中心軸を含む面であり、本実施例では、前後方向の車軸を含む鉛直面である。
【００１９】
本実施例において、クォータービュースケッチとサイドビュースケッチとの対応付けは、センター断面を重視したパースを定義するため、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、クォータービュースケッチのセンター断面上の幾つかの選定点に、当該各選定点に対応するサイドビュースケッチのセンター断面上の幾つかの選定点を空間的に対応付けることによって実現される。但し、この幾つかの選定点のうちの各１点は、センター断面上の点であると共にドア断面上の点でもある。尚、これらの幾つかの選定点は、両スケッチに表現されている重要な点（キーポイント）であってよく、本ステップ１３０の初期段階で、ユーザがマウス等を操作して対話式に選定されてよく、若しくは、上記ステップ１２０の曲線データ化処理の際に同様に選定されていてもよい。尚、図３（ｂ）以下で示すサイドビュースケッチには、理解の容易のため、センター断面上の断面線しか図示されていないが、実際には、図２（ｂ）のように、他の曲線が含まれている。
【００２０】
図４は、本ステップ１３０の処理の具体例を示す。図４に示すように、クォータービュースケッチのセンター断面上の３つの選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２（２次元）に、当該３つの選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２に対応するサイドビュースケッチのセンター断面上の３つの選定点ａ０，ｃ１，ｃ２（３次元）を空間的に対応付けることによって、センター断面を考慮した視点ＥＰと共にサイドビュースケッチのセンター断面のクォータービュースケッチに対する位置関係が定まる。即ち、クォータービュースケッチと視点ＥＰの位置関係は、指定された視野角θ１（焦点距離ｆ：視中心線Ｌの長さ）により決定されるので、視点ＥＰから選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２までの放射状の線上に選定点ａ０，ｃ１，ｃ２を位置決めすることで、サイドビュースケッチのセンター断面が、クォータービュースケッチ及び視点ＥＰに対して空間的に（３次元的に）位置決めされる。このようにして、位置決めされたサイドビュースケッチのセンター断面平面をＳ平面と称する。
【００２１】
尚、図４に示す実施例において、選定点Ａ０，ａ０は、車体のルーフ部の略中央の点であり、選定点Ｃ１，ｃ１は、フロントガラス前縁の点であり、選定点Ｃ２，ｃ２は、車体の先端の点である。また、視中心線Ｌは、視点ＥＰからクォータービュースケッチの中心に向かうベクトルであり、視中心線Ｌとサイドビュースケッチのセンター断面との交点が視中心点Ｌｐとなる。
【００２２】
本ステップ１３０での対応付け処理は、数学的には、下記の原理に基づいて実行されてよい。即ち、一般的に、２次元座標系の点と３次元座標系の点の対応付けは、数１に示す射影行列で表現される。
【００２３】
【数１】
ここで、２次元座標系の点（ｕ，ｖ）及び３次元座標系の点（ｘ，ｙ，ｚ）の対応関係は、ｓを定数として、数２のように表わされる。
【００２４】
【数２】
この場合、未知数は１１個であるため、対応点（即ち、選定点）が少なくとも６点あれば、数１の射影行列が定まり、２次元座標系の点と３次元座標系の点の対応付けが可能となる。また、拘束条件（焦点距離や仰角等）を与え、未知数を減らしていくと、対応点（即ち、選定点）が少なくとも３点あれば、数１の射影行列が定まり、２次元座標系の点と３次元座標系の点の対応付けが可能となる。
【００２５】
尚、本発明は、上述のセンター断面を重視したパースの設定手法（先に例示した３点の対応付けによる方法）に特に限定されることはなく、センター断面を重視したパース設定は種々の方法によって実現可能である。
【００２６】
次のステップ１４０では、図５に示すように、上述の如く定義されたＳ平面（及び、視点ＥＰ）に対してドア断面を空間的に位置決め・定義する処理が実行される。以下、３通りの定義手法について順に説明する。尚、以下の各種法により定義されるドア断面をＶｊ平面と称する。本実施例により定義されるＶｊ平面は、後述するように、必ずしもＳ平面に直交している必要はない。
【００２７】
＜３点パースフィックス方法（手法１）＞
先ず、３点パースフィックス方法と称する第１の手法について、図６を参照して説明する。尚、Ｓ平面上のドア断面上の点でもある選定点ａ０の座標値は、Ｓ平面が既に定義されているので既知である。本手法では、先ず、クォータービュースケッチのセンター断面上であり且つドア断面上の点でもある選定点Ａ０以外に、クォータービュースケッチのドア断面上の２つの点Ｂ１，Ｂ２が選定される。そして、図６に示すように、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ１を結ぶ直線ＥＰＢ１、及び、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ２を結ぶ直線ＥＰＢ２上に、それぞれ点ｂ１，ｂ２が、三角形ａ０ｂ１ｂ２と三角形Ａ０Ｂ１Ｂ２が相似になるように決定される。このとき、点ａ０，ｂ１，ｂ２を含む平面がＶｊ平面として定義される。
【００２８】
換言すると、本手法では、先ず、クォータービュースケッチのドア断面上の３つの選定点Ａ０，Ｂ１，Ｂ２に対応するドア断面線の点α０、β１，β２（図２（ｃ）参照）が選定される。次いで、選定点α０が選定点ａ０と一致し、且つ、選定点β１，β２がそれぞれ直線ＥＰＢ１及び直線ＥＰＢ２上に位置するように、ドア断面がＳ平面に対して位置合わせされる。そして、位置合わせされたドア断面がＶｊ平面として定義される。尚、本実施例において、選定点Ｂ１，β１は、ベルトライン部の点であり、選定点Ｂ２，ｂ２は、車体側方下部にあるロッカー部の点である。
【００２９】
＜２点パースフィックス方法（手法２）＞
次に、２点パースフィックス方法と称する第２の手法について、図７を参照して説明する。本手法では、先ず、クォータービュースケッチのセンター断面上であり且つドア断面上の点でもある選定点Ａ０以外に、クォータービュースケッチのドア断面上の１つの点Ｂ１が選定される。また、図７Ｂに示すように、クォータービュースケッチのドア断面上の２つの選定点Ａ０，Ｂ１に対応するドア断面線の点α０、β１が選定される。次に、選定点ａ０と選定点α０が一致し、且つ、選定点α０を通るドア断面のＺ軸が選定点ａ０を通るＳ平面のＺｓ軸と同軸になるように、ドア断面がＳ平面に対して位置合わせされる。そして、位置合わせされたドア断面が、ドア断面のＺ軸まわりに回転させられる。このとき、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ１を結ぶ直線ＥＰＢ１上の点をｂ１’（図７Ａ参照）とした場合、ドア断面のＺ軸と直線α０β１のなす角度θ２が、Ｓ平面のＺｓ軸と直線ａ０ｂ１’のなす角度θ３と一致するように、ドア断面の回転位置が調整される。このようにして、Ｓ平面に対して位置合わせされ且つ回転させられたドア断面がＶｊ平面として定義される。換言すると、直線α０β１をドア断面のＺ軸まわりに回転させてできる円錐の表面と直線ＥＰＢ１の交点（当該交点が２点ある場合には、視点ＥＰに近い側の点）がｂ１’となり、選定点ａ０を通るＳ平面のＺｓ軸及び点ｂ１’を含む平面がＶｊ平面として定義される。このとき、直線ａ０ｂ１’の長さと、直線α０β１の長さの比がスケーリング係数として定義される。そして、ドア断面線は、選定点α０を固定点としてスケーリング係数に応じてその平面内で拡大・縮小され、Ｖｊ平面が決定される（即ち、Ｖｊ平面の外形が、Ｓ平面のＸ軸方向に見て長方形から台形へと変化する）。
【００３０】
＜投射法（手法３）＞
次に、投射法と称する第３の手法について、図８を参照して説明する。本手法では、選定点ａ０を通るＳ平面のＺ軸を含み且つＳ平面に直交する平面がＶｊ平面として定義される。尚、この投射法により定義されたＶｊ平面は、Ｓ平面に直交することになる。
【００３１】
次のステップ１５０では、図９（ａ）に示すように、クォータービュースケッチの先端に相当するＳ平面の前側（図中、Ｘ方向で前側）のエッジＥＤ１を含み、Ｖｊ平面に対向する平面（以下、「先端Ｖｊ平面」という）を定義する処理が実行される。尚、本発明は、この先端Ｖｊ平面の定義手法を特定するものではなく、先端Ｖｊ平面の定義手法として種々の手法を採用することが可能である。例えば、図９（ｂ）に示すように、クォータービュースケッチの先端部の接線方向を指定し、当該接線上の一点（２次元座標）を上述の数１の射影行列により変換した３次元座標値を含む平面として先端Ｖｊ平面が定義されてもよい。或いは、先端Ｖｊ平面は、単に、Ｓ平面の前側のエッジＥＤ１を含み、Ｓ平面に垂直な平面として定義されてもよく、若しくは、Ｓ平面の前側のエッジＥＤ１を含み、上記ステップ１４０で定義されたＶｊ平面と平行な平面として定義されてもよい。
【００３２】
また、本ステップ１５０では、図９（ｃ）に示すように、先端Ｖｊ平面に加えて、先端Ｖｊ平面とＶｊ平面との間に新たな一若しくはそれ以上のＶｊ平面を定義することも可能である。同様に、先端Ｖｊ平面に加えて若しくはそれに代えて、クォータービュースケッチの後端に相当するＳ平面の後側のエッジＥＤ２を含み、Ｖｊ平面に対向する後端Ｖｊ平面（図示せず）を定義することも可能である。
【００３３】
次のステップ１６０では、上記ステップ１３０，１４０及び１５０で定義された各平面に基づいて、有限の３次元空間７０を定義する処理が実行される（図１０参照）。尚、本発明は、この３次元空間７０の定義手法を特定するものではなく、３次元空間７０の定義手法として種々の手法を採用することが可能である。例えば、図９（ａ）及び図１０を参照するに、Ｓ平面の上側のエッジＥＤ３を含み、Ｓ平面に垂直をなす３次元空間７０の上面７０ａを設定すると共に、Ｓ平面の下側のエッジＥＤ４及びＶｊ平面の下側のエッジＥＤｖ４を含む３次元空間７０の底面７０ｂを設定する。そして、Ｖｊ平面の側方のエッジＥＤｖ１及び先端Ｖｊ平面の側方のエッジＥＤｖ１’を含む３次元空間７０の側面７０ｃを設定すると共に、Ｓ平面の後端のエッジＥＤ２を含み、先端Ｖｊ平面に平行な３次元空間７０の後端面７０ｄを設定する。
【００３４】
ここで、上述の２点パースフィックス方法によりドア断面線が拡大若しくは縮小されている場合、Ｖｊ平面の外形が長方形から台形へと変化しているため（即ち、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ４とＳ平面のエッジＥＤ４のなす角度が、Ｘ軸方向に見て直角でない）、３次元空間７０の底面７０ｂはＳ平面に対して直交関係にならない。また、先端Ｖｊ平面を定義したときと同様の手法により側面７０ｃを決定すると、側面７０ｃは、Ｓ平面に平行になるとは限らない。
【００３５】
上述の如く、Ｖｊ平面及び／又は先端Ｖｊ平面及び／又は底面７０ｂがＳ平面に直交していない場合、及び／又は、側面７０ｃがＸ軸に平行とならない場合、各平面７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ及び先端Ｖｊ平面により定義される３次元空間は歪んだ３次元空間となる（即ち、直方体でない）。尚、上述の３点パースフィックス方法若しくは２点パースフィックス方法により定義されたＶｊ平面は、スケッチの上述の如く不正確な特性の故に、通常的にはＳ平面に直交することはなく、特に２点パースフィックス方法により定義されたＶｊ平面の外形は、スケーリング係数が初期的に１となる場合がほとんどないため、通常的には長方形にならない。従って、本ステップ１６０で定義される３次元空間には、歪が生ずるものとして以下の説明を続ける。
【００３６】
次のステップ１７０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間に対して３次元格子番線座標を定義する処理が実行される。本ステップ１７０で定義される３次元格子番線（図１０参照）は、Ｓ平面に定義された２次元格子番線と、Ｖｊ平面に定義された２次元格子番線に基づいて定義される（図９（ａ）参照）。尚、本ステップ１７０で定義される３次元格子番線は、３次元歪空間が上述の如く歪んでいるため、歪んだ３次元格子番線座標となる。
【００３７】
ここで、Ｓ平面のＸ軸方向の２次元格子番線は、図９（ａ）において破線で示すように、上側のエッジＥＤ３から下側のエッジＥＤ４まで等間隔に定義されてよい。また、Ｚ軸方向の各２次元格子番線は、図９（ａ）及び図９（ｃ）において破線で示すように、Ｓ平面とＶｊ平面との交線から前側のエッジＥＤ１まで等間隔に、且つ、当該交線から後側のエッジＥＤ２まで等間隔に定義されてよい。また、Ｓ平面の各エッジＥＤ１，２，３，４は、図９（ａ）に示すように、Ｓ平面上の断面線に接するものであってよい。
【００３８】
また、Ｖｊ平面の２次元格子番線についても、図９（ａ）に示すように、Ｓ平面のＸ軸方向の各２次元格子番線に対応させつつ、各エッジにおいて等間隔に定義されてよい。また、側面７０ｃの各２次元格子番線については、Ｖｊ平面の２次元格子番線に対応させつつ、Ｓ平面の対応する各２次元格子番線に平行に定義される。また、側面７０ｃのＺ軸方向の各２次元格子番線については、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１から先端Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１まで等間隔に、且つ、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１から後端面７０ｄまで等間隔に定義されてよい。そして、Ｓ平面のＺ軸方向の各２次元格子番線と側面７０ｃのＺ軸方向の対応する各２次元格子番線とによって形成される各平面、及び、Ｓ平面のＸ軸方向の各２次元格子番線とＶｊ平面のＹ方向の対応する２次元格子番線とによって形成される各平面によって、３次元歪空間７０内に歪格子７２が画成される（図１０参照）。
【００３９】
尚、Ｓ平面及びＶｊ平面に定義される２次元格子数（即ち、各２次元格子番線の間隔）は、対象となる３次元物体の所与の諸元データ（本実施例では、車両の全長、全幅、高さ）等に応じて適切に決定される。また、本発明は、上述の歪格子作成手法に限定されることはなく、局所的に粗い格子や細かい格子を作成するといったように、種々の歪格子作成手法を採用することが可能である。尚、歪格子７２の作成は、ＣＡＥ(computer-aided engineering)用のメッシュ作成用ツール（例えば、ＩＤＥＡＳ（Ｒ））が備えるソリッドメッシュ創成機能を用いて実行可能である。
【００４０】
次のステップ１８０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間（歪んだ３次元格子番線座標）内に曲線を創成する処理が実行される。本ステップ１８０では、先ず、図１１に示すように、サイドビュースケッチ中の任意の曲線６０（線図）（例えば、スケッチ中のベルトライン線）を選定し、当該曲線６０に対応する曲面８０（以下、「線織面８０」という）を３次元歪空間内に形成する。具体的には、Ｓ平面上の曲線６０を構成する各点は、Ｓ平面の２次元格子番線と側面７０ｃの２次元格子番線との対応関係を考慮して、側面７０ｃ上の各点へと変換される。この変換は、例えば、Ｓ平面上の所定の複数の代表点と側面７０ｃ上の所定の複数の代表点との既知の対応関係を用いて、適切な補間を行うことにより実行されてよい。そして、Ｓ平面上の各点と側面７０ｃ上の各変換点とを結ぶ直線の集合として線織面８０が、３次元歪空間において形成される。
【００４１】
一方、サイドビュースケッチ中の曲線６０に対応するクォータービュースケッチ中の曲線６２と視点ＥＰとを結ぶ放射状の曲面８２（以下、「一点放射面８２」という）が形成される。そして、図１１に示すように、一点放射面８２と線織面８０との交線８４が、スケッチ中の曲線に対応する曲線として、３次元歪空間において形成される。このようにして、スケッチ中の各曲線（例えば、キャラクターライン）に対応する各曲線が３次元歪空間において創成される。尚、３次元歪空間内に創成された各曲線は、点列（点の集合）として３次元格子番線座標系で座標値が定義されている。
【００４２】
次のステップ１９０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間（歪んだ３次元格子番線座標）を３次元直交空間に変換する処理が実行される（図１２参照）。本ステップ１９０では、３次元歪空間を３次元直交空間に変換する際、上記ステップ１８０で３次元歪空間内に創成された曲線８４も同時に３次元直交空間内に変換される。この結果、３次元歪空間内に創成された各曲線の点列は、直交３次元座標系で表現されることになる。
【００４３】
尚、３次元歪空間内の曲線の３次元直交空間内への変換は、歪み現象を取り扱う構造解析手法である有限要素法（ＦＥＭ）の原理を用いて実行可能である。例えば、３次元歪空間内の代表的な複数個のノード（節点）を用いて、３次元歪空間から３次元直交空間への変換式を求め、３次元歪空間で定義された曲線の点列を当該変換式により３次元直交空間へ変換することが可能である。
【００４４】
また、３次元物体の諸元値（例えば、全長や全幅）との対応関係は、３次元歪空間から３次元直交空間内へ変換する際に補正されてよく、若しくは、サイドビュースケッチのセンター断面上の断面線を曲線データ化する段階（上記ステップ１２０）でサイドビュースケッチのサイズを調整することで補正されていてもよい。
次のステップ２００では、上記ステップ１６０で得られた直交３次元座標系表現の各曲線データから、既存のＣＡＤ機能を用いて３次元物体の各曲面が創成される。この結果、デザイナーが作成した各スケッチから、最終的な３次元物体の３次元形状データが得られる。
【００４５】
以上説明した実施例によれば、デザイナーが作成した各スケッチから最終的な３次元物体の３次元形状データを生成する際、スケッチ特有の不正確な特性を補償する３次元歪空間を用いることで、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【００４６】
尚、上記実施例においては、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチ」が、クォータービュースケッチに、「側面視スケッチ」が、サイドビュースケッチに、「横断面」が、ドア断面にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「位置付けされた側面視スケッチの平面」が、Ｓ平面に、「位置付けされた横断面」が、Ｖｊ平面にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチのセンター断面上の少なくとも３点」が、選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２に、「側面視スケッチのセンター断面上の少なくとも３点」が、選定点ａ０，ｃ１，ｃ２にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「第１の点」が、選定点α０に、「第２の点」が、選定点ａ０にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチの横断面上の少なくとも１点」が、選定点Ｂ１若しくはＢ２に、「外形線上の少なくとも１点」が、β１若しくはβ２にそれぞれ対応している。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４８】
例えば、上述した実施例においては、３次元歪空間として線形な３次元歪空間（平面で各面が構成されている３次元歪空間）が例示されているが、例えば図１３に示すような非線形の３次元歪空間を用いることも可能である。また、３次元歪空間７０内の歪格子７２についても、線形な歪格子に限ることなく、非線形の歪格子であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、デザイナー等が作成した各スケッチから３次元物体の３次元形状データを生成する際、スケッチの線図を３次元歪空間内に創成することで、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による３次元形状データ作成手法の一実施例を示すフローチャートである。
【図２】本発明による３次元形状データ作成手法で用いる各スケッチの一例を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、クォータービュースケッチの選定点の一例を示し、図３（ｂ）は、サイドビュースケッチの選定点の一例を示す図である。
【図４】センター断面を考慮してクォータービュースケッチとサイドビュースケッチとを対応付ける処理の説明図である。
【図５】Ｓ平面に対してドア断面を位置決め・定義する処理の説明図である。
【図６】３点パースフィックス方法の説明図である。
【図７】２点パースフィックス方法の説明図である。
【図８】投射法の説明図である。
【図９】先端Ｖｊ平面を定義する処理の説明図である。
【図１０】３次元格子番線を定義する処理の説明図である。
【図１１】３次元歪空間内に曲線を創成する処理の説明図である。
【図１２】３次元歪空間を３次元直交空間に変換する処理の説明図である。
【図１３】本発明の代替実施例として非線形の３次元歪空間を示す図である。
【符号の説明】
６０ 曲線（線図）
７０ ３次元歪空間
８０ 線織面
８２ 一点放射面
【発明の属する技術分野】
本発明は、デザイナー等が手書きで作成した３次元物体のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、デザイナーが手書きで作成したスケッチから３次元形状データを作成する手法が各種提案されている。例えば、ある平面で切断された際の断面線が描かれている３次元物体の透視図（スケッチ）を用いて、当該透視図に対する前記平面に対応する消失点等から、直交座標系の３次元空間内に於ける前記平面を表現する平面方程式を求め、当該平面方程式で表わされた前記平面に前記断面線を投影することにより、３次元物体の３次元形状データを作成する手法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１４９９４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、デザイナーが実際に手書きで作成するスケッチは、正確な直交座標系に従って描かれているわけではなく、座標系がデザイナーのイメージにより大局的に歪められていることが多い。従って、上述の従来技術のように、直交座標系の３次元空間に基づいて３次元形状データを生成した場合、得られた３次元形状データにデザイナーの意図するイメージが反映されない場合がある。
【０００５】
即ち、上述の従来技術では、デザイナーが作成するスケッチが数学的に不正確なパースとなっているにも拘らず、３次元直交空間で見た場合の最適なパースを探し出し、スケッチが正確なパースで表現されていると仮定して、３次元立体が創成されている。このため、上述の従来技術では、スケッチに表現されたデザイナーのコンセプトやイメージが反映されていない３次元形状データが創成されてしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを生成することができる、３次元形状データ作成方法、及び、コンピュータープログラムが記録された記録媒体、並びに、３次元形状データ作成装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、各スケッチの線図上の特定点を対応付けることにより各スケッチ平面相互の空間的位置関係を求め、該空間的位置関係に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含むことを特徴とする、方法により達成される。
【０００８】
本発明では、デザイナー等により作成されるスケッチにおいて、座標系がデザイナーのイメージにより大局的に歪められていることを考慮して、歪みのある３次元歪空間内にスケッチの線図が定義される。これにより、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【０００９】
また、上記目的は、請求項２に記載する如く、同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含み、
前記複数のスケッチは、前記３次元物体を斜め方向から表現した斜視スケッチ、前記３次元物体を側面視で表現した側面視スケッチ、及び、前記３次元物体の中心線を法線とする横断面で切断された際の前記３次元物体の外形線からなり、
前記第１ステップは、
前記３次元物体の中心線を含むセンター断面を定義する第１サブステップと、
前記斜視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点と、該少なくとも３点に対応する前記側面視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点とを対応付けることにより、前記センター断面を基準とした視点の３次元位置を定めると共に、前記側面視スケッチの平面を、前記視点及び前記斜視スケッチに対して空間的に位置付ける第２サブステップと、
前記外形線の前記センター断面上の点を第１の点とし、該第１の点に対応する前記側面視スケッチの前記断面線上の点を第２の点としたとき、前記第１の点を第２の点に一致させ、且つ、前記斜視スケッチの前記横断面上の少なくとも１点と、該少なくとも１点に対応する前記外形線上の少なくとも１点とを対応付けることにより、前記位置付けされた側面視スケッチの平面に対して、前記横断面を空間的に位置付ける第３サブステップと、
前記位置付けされた側面視スケッチの平面及び横断面に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第４サブステップとを含む、方法により達成される。
【００１０】
本発明によれば、センター断面を基準とした視点を考慮しつつ、立体構成、比率や角度が異なる各スケッチを適切に対応付けることにより、３次元歪空間が定義されるので、デザイナーの意図やイメージが一層反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【００１１】
尚、前記第１ステップに含まれる各サブステップは、適切にプログラムされた機械読取り可能なコンピュータープログラムにより実行することが可能であり、請求項３に記載する如く、当該コンピュータープログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登録商標）ディスク（Ｒ）等の記録媒体を介して実行されてよい。
【００１２】
また、本発明による３次元形状データ作成方法は、請求項４及び５に記載する如く、３次元形状データ作成装置として具現化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について、図１をベースに図２以下の各図を参照して説明する。尚、以下の説明は、車両を描いたスケッチに関するものであるが、本発明による３次元形状データ作成手法は、電化製品、鉄道、飛行機等のような車両以外の種々の３次元物体のスケッチに対して適用可能である。
【００１４】
図１は、スケッチから３次元形状データを作成する本発明による３次元形状データ作成手法の一実施例を示すフローチャートである。尚、本明細書において、「スケッチ」とは、デザイナーの意図やイメージを表現した絵、即ち、正確なパース表現ではなく、比率や角度が異なり、立体構成も不正確なものを指す。
【００１５】
３次元形状データを作成する基になるスケッチは、同一の３次元物体を異なる角度から表現した３つの異なるスケッチである。本実施例では、車両を斜め前方向から表現したスケッチ（以下、「クォータービュースケッチ」という）、車両を側方から表現したスケッチ（以下、「サイドビュースケッチ」という）、及び、車両前後方向から見た車両の外形線（即ち、車両前後方向に垂直な面（ドア断面）で切断した際の、ドアやルーフを含む車体の外形線であり、以下、「ドア断面線」という）が、３次元形状データ作成のための入力データとなる（ステップ１００）。また、入力データには、３次元物体の所与の諸元データ（本実施例では、車両の全長、全幅、高さ）が含まれる。尚、図２（ａ）−（ｃ）には、デザイナーにより作成されるクォータービュースケッチ、サイドビュースケッチ、及び、ドア断面線の一例が示されている。
【００１６】
各スケッチは、スキャナ等で読み込まれ、ディスプレイに画像として表示される（ステップ１１０）。尚、ディスプレイ上の各スケッチに対応する画像は、ユーザがマウス等を操作することで回転、移動、拡大及び縮小が可能である。各スケッチの画像線は、曲線データ化される（ステップ１２０）。このとき、各スケッチに対して任意の２次元直交座標が定義され、各スケッチの画像線は、それぞれの２次元直交座標系における座標値の集合として表現される。尚、スケッチの画像線の曲線データ化は、既存のＣＡＤ(computer-aided design)が通常的に備える曲線創成機能を用いて実行可能である。
【００１７】
以上の前段階のステップ１００乃至１２０が終了すると、本発明による３次元形状データ作成手法の主題をなす各ステップ１３０乃至１７０の処理が実行される。以下、各ステップの処理について詳説する。尚、以下の各ステップ（ステップ１８０を含む）の処理は、適切にプログラムされたコンピュータープログラムにより実行されてよい。
【００１８】
ステップ１３０では、スケッチにおけるセンター断面を考慮した視点ＥＰ及びセンター断面平面を定義するための処理が実行される。即ち、クォータービュースケッチとサイドビュースケッチを対応付けることによりパースが定義される。ここで、センター断面とは、３次元形状データ作成の対象となる３次元物体の中心軸を含む面であり、本実施例では、前後方向の車軸を含む鉛直面である。
【００１９】
本実施例において、クォータービュースケッチとサイドビュースケッチとの対応付けは、センター断面を重視したパースを定義するため、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、クォータービュースケッチのセンター断面上の幾つかの選定点に、当該各選定点に対応するサイドビュースケッチのセンター断面上の幾つかの選定点を空間的に対応付けることによって実現される。但し、この幾つかの選定点のうちの各１点は、センター断面上の点であると共にドア断面上の点でもある。尚、これらの幾つかの選定点は、両スケッチに表現されている重要な点（キーポイント）であってよく、本ステップ１３０の初期段階で、ユーザがマウス等を操作して対話式に選定されてよく、若しくは、上記ステップ１２０の曲線データ化処理の際に同様に選定されていてもよい。尚、図３（ｂ）以下で示すサイドビュースケッチには、理解の容易のため、センター断面上の断面線しか図示されていないが、実際には、図２（ｂ）のように、他の曲線が含まれている。
【００２０】
図４は、本ステップ１３０の処理の具体例を示す。図４に示すように、クォータービュースケッチのセンター断面上の３つの選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２（２次元）に、当該３つの選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２に対応するサイドビュースケッチのセンター断面上の３つの選定点ａ０，ｃ１，ｃ２（３次元）を空間的に対応付けることによって、センター断面を考慮した視点ＥＰと共にサイドビュースケッチのセンター断面のクォータービュースケッチに対する位置関係が定まる。即ち、クォータービュースケッチと視点ＥＰの位置関係は、指定された視野角θ１（焦点距離ｆ：視中心線Ｌの長さ）により決定されるので、視点ＥＰから選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２までの放射状の線上に選定点ａ０，ｃ１，ｃ２を位置決めすることで、サイドビュースケッチのセンター断面が、クォータービュースケッチ及び視点ＥＰに対して空間的に（３次元的に）位置決めされる。このようにして、位置決めされたサイドビュースケッチのセンター断面平面をＳ平面と称する。
【００２１】
尚、図４に示す実施例において、選定点Ａ０，ａ０は、車体のルーフ部の略中央の点であり、選定点Ｃ１，ｃ１は、フロントガラス前縁の点であり、選定点Ｃ２，ｃ２は、車体の先端の点である。また、視中心線Ｌは、視点ＥＰからクォータービュースケッチの中心に向かうベクトルであり、視中心線Ｌとサイドビュースケッチのセンター断面との交点が視中心点Ｌｐとなる。
【００２２】
本ステップ１３０での対応付け処理は、数学的には、下記の原理に基づいて実行されてよい。即ち、一般的に、２次元座標系の点と３次元座標系の点の対応付けは、数１に示す射影行列で表現される。
【００２３】
【数１】
【００２４】
【数２】
【００２５】
尚、本発明は、上述のセンター断面を重視したパースの設定手法（先に例示した３点の対応付けによる方法）に特に限定されることはなく、センター断面を重視したパース設定は種々の方法によって実現可能である。
【００２６】
次のステップ１４０では、図５に示すように、上述の如く定義されたＳ平面（及び、視点ＥＰ）に対してドア断面を空間的に位置決め・定義する処理が実行される。以下、３通りの定義手法について順に説明する。尚、以下の各種法により定義されるドア断面をＶｊ平面と称する。本実施例により定義されるＶｊ平面は、後述するように、必ずしもＳ平面に直交している必要はない。
【００２７】
＜３点パースフィックス方法（手法１）＞
先ず、３点パースフィックス方法と称する第１の手法について、図６を参照して説明する。尚、Ｓ平面上のドア断面上の点でもある選定点ａ０の座標値は、Ｓ平面が既に定義されているので既知である。本手法では、先ず、クォータービュースケッチのセンター断面上であり且つドア断面上の点でもある選定点Ａ０以外に、クォータービュースケッチのドア断面上の２つの点Ｂ１，Ｂ２が選定される。そして、図６に示すように、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ１を結ぶ直線ＥＰＢ１、及び、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ２を結ぶ直線ＥＰＢ２上に、それぞれ点ｂ１，ｂ２が、三角形ａ０ｂ１ｂ２と三角形Ａ０Ｂ１Ｂ２が相似になるように決定される。このとき、点ａ０，ｂ１，ｂ２を含む平面がＶｊ平面として定義される。
【００２８】
換言すると、本手法では、先ず、クォータービュースケッチのドア断面上の３つの選定点Ａ０，Ｂ１，Ｂ２に対応するドア断面線の点α０、β１，β２（図２（ｃ）参照）が選定される。次いで、選定点α０が選定点ａ０と一致し、且つ、選定点β１，β２がそれぞれ直線ＥＰＢ１及び直線ＥＰＢ２上に位置するように、ドア断面がＳ平面に対して位置合わせされる。そして、位置合わせされたドア断面がＶｊ平面として定義される。尚、本実施例において、選定点Ｂ１，β１は、ベルトライン部の点であり、選定点Ｂ２，ｂ２は、車体側方下部にあるロッカー部の点である。
【００２９】
＜２点パースフィックス方法（手法２）＞
次に、２点パースフィックス方法と称する第２の手法について、図７を参照して説明する。本手法では、先ず、クォータービュースケッチのセンター断面上であり且つドア断面上の点でもある選定点Ａ０以外に、クォータービュースケッチのドア断面上の１つの点Ｂ１が選定される。また、図７Ｂに示すように、クォータービュースケッチのドア断面上の２つの選定点Ａ０，Ｂ１に対応するドア断面線の点α０、β１が選定される。次に、選定点ａ０と選定点α０が一致し、且つ、選定点α０を通るドア断面のＺ軸が選定点ａ０を通るＳ平面のＺｓ軸と同軸になるように、ドア断面がＳ平面に対して位置合わせされる。そして、位置合わせされたドア断面が、ドア断面のＺ軸まわりに回転させられる。このとき、視点ＥＰとクォータービュースケッチの選定点Ｂ１を結ぶ直線ＥＰＢ１上の点をｂ１’（図７Ａ参照）とした場合、ドア断面のＺ軸と直線α０β１のなす角度θ２が、Ｓ平面のＺｓ軸と直線ａ０ｂ１’のなす角度θ３と一致するように、ドア断面の回転位置が調整される。このようにして、Ｓ平面に対して位置合わせされ且つ回転させられたドア断面がＶｊ平面として定義される。換言すると、直線α０β１をドア断面のＺ軸まわりに回転させてできる円錐の表面と直線ＥＰＢ１の交点（当該交点が２点ある場合には、視点ＥＰに近い側の点）がｂ１’となり、選定点ａ０を通るＳ平面のＺｓ軸及び点ｂ１’を含む平面がＶｊ平面として定義される。このとき、直線ａ０ｂ１’の長さと、直線α０β１の長さの比がスケーリング係数として定義される。そして、ドア断面線は、選定点α０を固定点としてスケーリング係数に応じてその平面内で拡大・縮小され、Ｖｊ平面が決定される（即ち、Ｖｊ平面の外形が、Ｓ平面のＸ軸方向に見て長方形から台形へと変化する）。
【００３０】
＜投射法（手法３）＞
次に、投射法と称する第３の手法について、図８を参照して説明する。本手法では、選定点ａ０を通るＳ平面のＺ軸を含み且つＳ平面に直交する平面がＶｊ平面として定義される。尚、この投射法により定義されたＶｊ平面は、Ｓ平面に直交することになる。
【００３１】
次のステップ１５０では、図９（ａ）に示すように、クォータービュースケッチの先端に相当するＳ平面の前側（図中、Ｘ方向で前側）のエッジＥＤ１を含み、Ｖｊ平面に対向する平面（以下、「先端Ｖｊ平面」という）を定義する処理が実行される。尚、本発明は、この先端Ｖｊ平面の定義手法を特定するものではなく、先端Ｖｊ平面の定義手法として種々の手法を採用することが可能である。例えば、図９（ｂ）に示すように、クォータービュースケッチの先端部の接線方向を指定し、当該接線上の一点（２次元座標）を上述の数１の射影行列により変換した３次元座標値を含む平面として先端Ｖｊ平面が定義されてもよい。或いは、先端Ｖｊ平面は、単に、Ｓ平面の前側のエッジＥＤ１を含み、Ｓ平面に垂直な平面として定義されてもよく、若しくは、Ｓ平面の前側のエッジＥＤ１を含み、上記ステップ１４０で定義されたＶｊ平面と平行な平面として定義されてもよい。
【００３２】
また、本ステップ１５０では、図９（ｃ）に示すように、先端Ｖｊ平面に加えて、先端Ｖｊ平面とＶｊ平面との間に新たな一若しくはそれ以上のＶｊ平面を定義することも可能である。同様に、先端Ｖｊ平面に加えて若しくはそれに代えて、クォータービュースケッチの後端に相当するＳ平面の後側のエッジＥＤ２を含み、Ｖｊ平面に対向する後端Ｖｊ平面（図示せず）を定義することも可能である。
【００３３】
次のステップ１６０では、上記ステップ１３０，１４０及び１５０で定義された各平面に基づいて、有限の３次元空間７０を定義する処理が実行される（図１０参照）。尚、本発明は、この３次元空間７０の定義手法を特定するものではなく、３次元空間７０の定義手法として種々の手法を採用することが可能である。例えば、図９（ａ）及び図１０を参照するに、Ｓ平面の上側のエッジＥＤ３を含み、Ｓ平面に垂直をなす３次元空間７０の上面７０ａを設定すると共に、Ｓ平面の下側のエッジＥＤ４及びＶｊ平面の下側のエッジＥＤｖ４を含む３次元空間７０の底面７０ｂを設定する。そして、Ｖｊ平面の側方のエッジＥＤｖ１及び先端Ｖｊ平面の側方のエッジＥＤｖ１’を含む３次元空間７０の側面７０ｃを設定すると共に、Ｓ平面の後端のエッジＥＤ２を含み、先端Ｖｊ平面に平行な３次元空間７０の後端面７０ｄを設定する。
【００３４】
ここで、上述の２点パースフィックス方法によりドア断面線が拡大若しくは縮小されている場合、Ｖｊ平面の外形が長方形から台形へと変化しているため（即ち、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ４とＳ平面のエッジＥＤ４のなす角度が、Ｘ軸方向に見て直角でない）、３次元空間７０の底面７０ｂはＳ平面に対して直交関係にならない。また、先端Ｖｊ平面を定義したときと同様の手法により側面７０ｃを決定すると、側面７０ｃは、Ｓ平面に平行になるとは限らない。
【００３５】
上述の如く、Ｖｊ平面及び／又は先端Ｖｊ平面及び／又は底面７０ｂがＳ平面に直交していない場合、及び／又は、側面７０ｃがＸ軸に平行とならない場合、各平面７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ及び先端Ｖｊ平面により定義される３次元空間は歪んだ３次元空間となる（即ち、直方体でない）。尚、上述の３点パースフィックス方法若しくは２点パースフィックス方法により定義されたＶｊ平面は、スケッチの上述の如く不正確な特性の故に、通常的にはＳ平面に直交することはなく、特に２点パースフィックス方法により定義されたＶｊ平面の外形は、スケーリング係数が初期的に１となる場合がほとんどないため、通常的には長方形にならない。従って、本ステップ１６０で定義される３次元空間には、歪が生ずるものとして以下の説明を続ける。
【００３６】
次のステップ１７０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間に対して３次元格子番線座標を定義する処理が実行される。本ステップ１７０で定義される３次元格子番線（図１０参照）は、Ｓ平面に定義された２次元格子番線と、Ｖｊ平面に定義された２次元格子番線に基づいて定義される（図９（ａ）参照）。尚、本ステップ１７０で定義される３次元格子番線は、３次元歪空間が上述の如く歪んでいるため、歪んだ３次元格子番線座標となる。
【００３７】
ここで、Ｓ平面のＸ軸方向の２次元格子番線は、図９（ａ）において破線で示すように、上側のエッジＥＤ３から下側のエッジＥＤ４まで等間隔に定義されてよい。また、Ｚ軸方向の各２次元格子番線は、図９（ａ）及び図９（ｃ）において破線で示すように、Ｓ平面とＶｊ平面との交線から前側のエッジＥＤ１まで等間隔に、且つ、当該交線から後側のエッジＥＤ２まで等間隔に定義されてよい。また、Ｓ平面の各エッジＥＤ１，２，３，４は、図９（ａ）に示すように、Ｓ平面上の断面線に接するものであってよい。
【００３８】
また、Ｖｊ平面の２次元格子番線についても、図９（ａ）に示すように、Ｓ平面のＸ軸方向の各２次元格子番線に対応させつつ、各エッジにおいて等間隔に定義されてよい。また、側面７０ｃの各２次元格子番線については、Ｖｊ平面の２次元格子番線に対応させつつ、Ｓ平面の対応する各２次元格子番線に平行に定義される。また、側面７０ｃのＺ軸方向の各２次元格子番線については、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１から先端Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１まで等間隔に、且つ、Ｖｊ平面のエッジＥＤｖ１から後端面７０ｄまで等間隔に定義されてよい。そして、Ｓ平面のＺ軸方向の各２次元格子番線と側面７０ｃのＺ軸方向の対応する各２次元格子番線とによって形成される各平面、及び、Ｓ平面のＸ軸方向の各２次元格子番線とＶｊ平面のＹ方向の対応する２次元格子番線とによって形成される各平面によって、３次元歪空間７０内に歪格子７２が画成される（図１０参照）。
【００３９】
尚、Ｓ平面及びＶｊ平面に定義される２次元格子数（即ち、各２次元格子番線の間隔）は、対象となる３次元物体の所与の諸元データ（本実施例では、車両の全長、全幅、高さ）等に応じて適切に決定される。また、本発明は、上述の歪格子作成手法に限定されることはなく、局所的に粗い格子や細かい格子を作成するといったように、種々の歪格子作成手法を採用することが可能である。尚、歪格子７２の作成は、ＣＡＥ(computer-aided engineering)用のメッシュ作成用ツール（例えば、ＩＤＥＡＳ（Ｒ））が備えるソリッドメッシュ創成機能を用いて実行可能である。
【００４０】
次のステップ１８０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間（歪んだ３次元格子番線座標）内に曲線を創成する処理が実行される。本ステップ１８０では、先ず、図１１に示すように、サイドビュースケッチ中の任意の曲線６０（線図）（例えば、スケッチ中のベルトライン線）を選定し、当該曲線６０に対応する曲面８０（以下、「線織面８０」という）を３次元歪空間内に形成する。具体的には、Ｓ平面上の曲線６０を構成する各点は、Ｓ平面の２次元格子番線と側面７０ｃの２次元格子番線との対応関係を考慮して、側面７０ｃ上の各点へと変換される。この変換は、例えば、Ｓ平面上の所定の複数の代表点と側面７０ｃ上の所定の複数の代表点との既知の対応関係を用いて、適切な補間を行うことにより実行されてよい。そして、Ｓ平面上の各点と側面７０ｃ上の各変換点とを結ぶ直線の集合として線織面８０が、３次元歪空間において形成される。
【００４１】
一方、サイドビュースケッチ中の曲線６０に対応するクォータービュースケッチ中の曲線６２と視点ＥＰとを結ぶ放射状の曲面８２（以下、「一点放射面８２」という）が形成される。そして、図１１に示すように、一点放射面８２と線織面８０との交線８４が、スケッチ中の曲線に対応する曲線として、３次元歪空間において形成される。このようにして、スケッチ中の各曲線（例えば、キャラクターライン）に対応する各曲線が３次元歪空間において創成される。尚、３次元歪空間内に創成された各曲線は、点列（点の集合）として３次元格子番線座標系で座標値が定義されている。
【００４２】
次のステップ１９０では、上記ステップ１６０で定義された３次元歪空間（歪んだ３次元格子番線座標）を３次元直交空間に変換する処理が実行される（図１２参照）。本ステップ１９０では、３次元歪空間を３次元直交空間に変換する際、上記ステップ１８０で３次元歪空間内に創成された曲線８４も同時に３次元直交空間内に変換される。この結果、３次元歪空間内に創成された各曲線の点列は、直交３次元座標系で表現されることになる。
【００４３】
尚、３次元歪空間内の曲線の３次元直交空間内への変換は、歪み現象を取り扱う構造解析手法である有限要素法（ＦＥＭ）の原理を用いて実行可能である。例えば、３次元歪空間内の代表的な複数個のノード（節点）を用いて、３次元歪空間から３次元直交空間への変換式を求め、３次元歪空間で定義された曲線の点列を当該変換式により３次元直交空間へ変換することが可能である。
【００４４】
また、３次元物体の諸元値（例えば、全長や全幅）との対応関係は、３次元歪空間から３次元直交空間内へ変換する際に補正されてよく、若しくは、サイドビュースケッチのセンター断面上の断面線を曲線データ化する段階（上記ステップ１２０）でサイドビュースケッチのサイズを調整することで補正されていてもよい。
次のステップ２００では、上記ステップ１６０で得られた直交３次元座標系表現の各曲線データから、既存のＣＡＤ機能を用いて３次元物体の各曲面が創成される。この結果、デザイナーが作成した各スケッチから、最終的な３次元物体の３次元形状データが得られる。
【００４５】
以上説明した実施例によれば、デザイナーが作成した各スケッチから最終的な３次元物体の３次元形状データを生成する際、スケッチ特有の不正確な特性を補償する３次元歪空間を用いることで、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることができる。
【００４６】
尚、上記実施例においては、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチ」が、クォータービュースケッチに、「側面視スケッチ」が、サイドビュースケッチに、「横断面」が、ドア断面にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「位置付けされた側面視スケッチの平面」が、Ｓ平面に、「位置付けされた横断面」が、Ｖｊ平面にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチのセンター断面上の少なくとも３点」が、選定点Ａ０，Ｃ１，Ｃ２に、「側面視スケッチのセンター断面上の少なくとも３点」が、選定点ａ０，ｃ１，ｃ２にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「第１の点」が、選定点α０に、「第２の点」が、選定点ａ０にそれぞれ対応している。また、特許請求の範囲に記載の「斜視スケッチの横断面上の少なくとも１点」が、選定点Ｂ１若しくはＢ２に、「外形線上の少なくとも１点」が、β１若しくはβ２にそれぞれ対応している。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４８】
例えば、上述した実施例においては、３次元歪空間として線形な３次元歪空間（平面で各面が構成されている３次元歪空間）が例示されているが、例えば図１３に示すような非線形の３次元歪空間を用いることも可能である。また、３次元歪空間７０内の歪格子７２についても、線形な歪格子に限ることなく、非線形の歪格子であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、デザイナー等が作成した各スケッチから３次元物体の３次元形状データを生成する際、スケッチの線図を３次元歪空間内に創成することで、デザイナーの意図やイメージが反映された３次元物体の３次元形状データを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による３次元形状データ作成手法の一実施例を示すフローチャートである。
【図２】本発明による３次元形状データ作成手法で用いる各スケッチの一例を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、クォータービュースケッチの選定点の一例を示し、図３（ｂ）は、サイドビュースケッチの選定点の一例を示す図である。
【図４】センター断面を考慮してクォータービュースケッチとサイドビュースケッチとを対応付ける処理の説明図である。
【図５】Ｓ平面に対してドア断面を位置決め・定義する処理の説明図である。
【図６】３点パースフィックス方法の説明図である。
【図７】２点パースフィックス方法の説明図である。
【図８】投射法の説明図である。
【図９】先端Ｖｊ平面を定義する処理の説明図である。
【図１０】３次元格子番線を定義する処理の説明図である。
【図１１】３次元歪空間内に曲線を創成する処理の説明図である。
【図１２】３次元歪空間を３次元直交空間に変換する処理の説明図である。
【図１３】本発明の代替実施例として非線形の３次元歪空間を示す図である。
【符号の説明】
６０ 曲線（線図）
７０ ３次元歪空間
８０ 線織面
８２ 一点放射面
Claims (5)
- 同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、各スケッチの線図上の特定点を対応付けることにより各スケッチ平面相互の空間的位置関係を求め、該空間的位置関係に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含むことを特徴とする、方法。 - 同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する方法であって、
前記複数のスケッチに基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第１ステップと、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する第２ステップと、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する第３ステップとを含み、
前記複数のスケッチは、前記３次元物体を斜め方向から表現した斜視スケッチ、前記３次元物体を側面視で表現した側面視スケッチ、及び、前記３次元物体の中心線を法線とする横断面で切断された際の前記３次元物体の外形線からなり、
前記第１ステップは、
前記３次元物体の中心線を含むセンター断面を定義する第１サブステップと、
前記斜視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点と、該少なくとも３点に対応する前記側面視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３点とを対応付けることにより、前記センター断面を基準とした視点の３次元位置を定めると共に、前記側面視スケッチの平面を、前記視点及び前記斜視スケッチに対して空間的に位置付ける第２サブステップと、
前記外形線の前記センター断面上の点を第１の点とし、該第１の点に対応する前記側面視スケッチの前記断面線上の点を第２の点としたとき、前記第１の点を第２の点に一致させ、且つ、前記斜視スケッチの前記横断面上の少なくとも１点と、該少なくとも１点に対応する前記外形線上の少なくとも１点とを対応付けることにより、前記位置付けされた側面視スケッチの平面に対して、前記横断面を空間的に位置付ける第３サブステップと、
前記位置付けされた側面視スケッチの平面及び横断面に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する第４サブステップとを含む、方法。 - コンピューターに請求項２記載の各ステップを実行させるコンピュータープログラムが記録された記録媒体。
- 同一の３次元物体を異なる角度から表現した複数のスケッチから当該３次元物体の３次元形状データを作成する３次元形状データ作成装置であって、
前記複数のスケッチを読み込む手段と、
前記読み込まれた複数のスケッチを画面上に表示する手段と、
前記複数のスケッチの線図を曲線データ化する手段と、
前記曲線データ化された線図上に特定点を選定する手段と、
各スケッチの線図上の特定点を対応付けることにより各スケッチ平面相互の空間的位置関係を求め、該空間的位置関係に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する定義手段と、
前記３次元歪空間内に前記スケッチの線図を定義する手段と、
前記３次元歪空間内の線図を３次元直交空間内に変換する手段とを含むことを特徴とする、３次元形状データ作成装置。 - 前記複数のスケッチは、前記３次元物体を斜め方向から表現した斜視スケッチ、前記３次元物体を側面視で表現した側面視スケッチ、及び、前記３次元物体の中心線を法線とする横断面で切断された際の前記３次元物体の外形線からなり、
前記定義手段は、
前記３次元物体の中心線を含むセンター断面を定義する手段と、
前記斜視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３つの特定点と、該少なくとも３つの特定点に対応する前記側面視スケッチの前記センター断面上の少なくとも３つの特定点とを対応付けることにより、前記センター断面を基準とした視点の３次元位置を定めると共に、前記側面視スケッチの平面を、前記視点及び前記斜視スケッチに対して空間的に位置付ける手段と、
前記外形線の前記センター断面上の特定点を第１の点とし、該第１の点に対応する前記側面視スケッチの前記断面線上の特定点を第２の点としたとき、前記第１の点を第２の点に一致させ、且つ、前記斜視スケッチの前記横断面上の少なくとも１つの特定点と、該少なくとも１つの特定点に対応する前記外形線上の少なくとも１つの特定点とを対応付けることにより、前記位置付けされた側面視スケッチの平面に対して、前記横断面を空間的に位置付ける手段と、
前記位置付けされた側面視スケッチの平面及び横断面に基づいて、歪みのある３次元歪空間を定義する手段とを含む、請求項４記載の３次元形状データ作成装置。
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