JP4438767B2 - 設計支援装置、設計支援方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、設計支援技術に関する。

従来から、３次元形状の処理技術、特に、設計された仮想車両の視界を注視点（アイポイントとともいう）データに基づいて模擬し、当該仮想車両の視界を表す画像を表示する技術としては、例えば、下記特許文献１が知られている。図１および図２に、従来の技術によって仮想車両の視界を表す画像を得る手順を示す。

この手順では、まず、アイポイントから所定方向（例えば、車両の進行方向）の所定の位置に平面スクリーンを設定する。そして、アイポイントから、視線に相当する放射状の仮想の光線（直線）を放射し、視線を遮る３次元空間の形状を平面スクリーンに投影する。なお、図１の例では、車両の進行方向と直交する方向（略鉛直方向）に平面スクリーンを設定した。しかし、そのような平面スクリーンに代えて、略水平方向の平面スクリーンを設定し、視界を評価する場合もある。

図１に示すように、３次元空間の形状と、仮想の光線とが接触する接点列のなす境界線を視界ハード線と呼び、その視界ハード線を上記平面スクリーンへ投影することで、視界を表す画像を得ている。このような画像により、設計された車両の視界が所定の法規に適合するか否かを設計段階で確認している。

しかし、実際に製造される車両には個体ごとのばらつきが生じる。そのため、設計上、法規で定められた視界が確保されることを確認するともに、さらに、所定の余裕をもたせた設計がなされる。すなわち、視界が確保されたか否かの検査の観点からは、法規で定められた視界よりも厳しい基準をクリアするか否かが確認される。

図２に、そのような設計中の仮想車両に対する視界検査の例を示す。この視界検査では、設計中の車両の周囲に、高さ１メートル（直径３０センチメートル）のポールが設定され、アイポイントからそのポールが見えるか否か、すなわち、視界ハード線で遮られない視界の範囲に、ポールが見えるか否かが検査される。図２の例では、視界ハード線は、ボンネットフードと視線との接点の列によって形成されている。

その場合、上記個体ごとのばらつきを考慮し、実際の視界ハード線を通る視線よりも、例えば、仰角を０．１度上方に移動した視線によって、ポールが見えるか否かが判定される。この場合には、本来の視界ハード線を通過する視線に対して、仰角を０．１度上方に移動した視線によって視界ハード線を平面スクリーンに投影する必要が生じる。

図３に、そのような仰角を変更したときの視界ハード線の投影線を従来の技術にしたがって求める手順を示す。図３において、車両内の運転席上方に、アイポイントＰが設定されている。また、車両の前方に、平面スクリーンＳが設定されている。さらに、アイポイントＰからの視線を遮る、車両のボンネットフード、ピラー等によって形成される視界ハード線が平面スクリーンＳ上に投影され、ラインＬ１００が形成されている（投影位置の座標が算出されている）。なお、以下では、視界ハード線を平面スクリーンに投影したラインＬ１００をも視界ハード線と呼ぶ。

このような状態で、視線の仰角を例えば、０．１度上方に移動したときの視界ハード線の平面スクリーン上での投影位置を求める手順を説明する。まず、平面スクリーンのライ
ンＬ１００上の点Ａを選択する。点Ａの選択基準に、特に限定はなく、例えば、ラインＬ１００と、車両の中心を通る鉛直方向の平面（車両を左右に二分する平面）との交点を点Ａとすればよい。

次に、アイポイントＰと点Ａとを通る直線Ｂを設定する。さらに、点Ａにおいて、ラインＬ１００と接する接線Ｃを設定する（なお、ラインＬ１００が点Ａの近傍で直線である場合には、接線Ｃは、ラインＬ１００と直線部分で一致する）。

また、アイポイントＰにおいて、直線Ｂに対する法平面Ｄを設定する。そして、接線Ｃを直線Ｂの法平面Ｄに投影した直線Ｅを設定する。この直線Ｅの周りに直線Ｂを回転させ、直線Ｂの仰角を０．１度上方に移動した直線Ｆを設定する。そして、平面スクリーンＳと直線Ｆとの交点Ｇを求める。

さらに、点Ａと同様の点を所定の間隔で、ラインＬ１００上に複数設定し、上記手順と同様の手順で、直線Ｂ、仰角を０．１度移動した直線Ｆ、および直線Ｆと平面スクリーンＳとの交点Ｇを順次作成する。このようにして、得られた複数の点Ｇから、新たな視界ハード線が投影されたラインＬ１０１を構成する。
特開２００５−２４２４６３号公報 特開２００１−１２５９４８号公報

しかし、上述した技術では、移動前の視界ハード線上の複数の点Ａに対応する移動先の点Ｇをそれぞれ求め、つなぎ合わせて新たな視界ハード線を求めるため、新たに得られる視界ハード線の精度は、元の視界ハード線上に設定した点（図３の点Ａ）の個数、あるいは、その間隔（繰り返し回数）に依存していた。そして、その繰り返し回数に相当する計算を繰り返す必要があった。したがって、新たな視界ハード線を精度よく滑らかに求めるためには、工数および手間を要していたさらに、繰り返し回数に依存して算出されるデータ量が増加する結果となっていた。

本発明の目的は、簡易に設計対象の仮想車両の視界を表す画像を得る技術を提供することにある。

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、３次元空間内に視点を設定する手段と、前記視点からの視線との干渉が評価される形状データを記憶する手段と、前記視点から前記形状データを見た視線によって形成される前記形状データの境界線が前記視点を中心する所定半径の球面上に投影されたときの投影形状を算出する手段と、前記視線を所定角度だけ前記境界線から離間する方向に移動したときの視線と前記球面との交点を求める手段と、前記投影形状を前記交点にオフセットする手段と、前記交点に移動された投影形状が所定の平面に投影された形状を算出する手段と、を備える設計支援装置である。

本発明によれば、視点から前記形状データを見た視線によって形成される形状データの境界線が前記視点を中心する所定半径の球面上に投影された投影形状については、アイポイントから等距離の球面スクリーン上では、例えば、仰角０．１度分の移動は投影形状上のどの点でもすべて等距離の移動となる。したがって、任意の１点で移動距離を求めてしまえば、後は球面上に投影された投影形状を球面上で前記移動距離分オフセットするだけで、仰角０．１度移動した新たな視界ハード線を求めることができる。

なお、本発明は、以上のいずれかの処理をコンピュータに実行させるプログラムであってもよい。また、本発明は、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリカード等であってもよい。また、本発明は、コンピュータがそのような処理を実行する方法として実現してもよい。

本発明によれば、簡易に設計対象の仮想車両の視界を表す画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る設計支援装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

＜処理概要＞
図４から図６により、本設計支援装置の処理概要を示す。図４に、示すように、本設計支援装置においても、設計対象の仮想車両の運転席上方にアイポイントＰを設定する。また、仮想車両のピラー、あるいは、ボンネットフード等の３次元形状がアイポイントからの視線を遮り、視線と３次元形状との接点のなす境界線が視界ハード線を構成する。

なお、図４−６に示したような仮想車両の３次元形状は、設計支援装置の所定の記憶手段に記憶されている。

本設計支援装置においても、仮想車両の周囲に１メートルポールを設定し、アイポイントから見えるか否か（視野の範囲に１メートルポールの上部先端が入るか否か）が確認される。その際、本設計支援装置では、車両の周囲に、地面から高さ１メートルで水平な平面スクリーンＨを設定する。そして、アイポイントＰからの放射状の視線により、視界ハード線を車両前方の平面スクリーンＨに投影する。

図６に示すように、平面スクリーンＨ上に投影された視界ハード線の位置によって、車両の視界を検査できる。図６で、平面スクリーンＨ上の領域Ａ１は、アイポイントＰから視界ハード線をそのまま投影した境界線によって形成される領域である。したがって、領域Ａ１の範囲に、１メートルポールが設定されても、アイポイントＰから視認することができる。

一方、領域Ａ１のさらに前方（車両から遠ざかる方向の位置）に設けられた領域Ａ２は、アイポインポＰからの視線の仰角を０．１度上方に移動した場合に、その視線によって視界ハード線が投影された境界線Ｌ１１によって形成される領域である。すなわち、領域Ａ２は、領域Ａ１よりも０．１度仰角を厳しく設定した場合の視界を示している。したがって、領域Ａ２によって特定される視界が法規を満たしていれば、０．１度の余裕をもって法規を満足する車両が設計できたことになる。

本設計支援装置の特徴は、このような高さ１メートルで水平な平面スクリーンに視界ハード線を投影する際に、一旦、球面スクリーンに視界ハード線を投影し、その球面スクリーン上の視界ハード線をさらに平面スクリーンにアイポイントＰを中心として放射投影することにある。

図４に示すように、設計対象の仮想車両の周囲に球面スクリーンＴが設定され、視界ハード線が投影され、曲線Ｌ１０を形成する。曲線Ｌ１０は、球面の方程式と、アイポイントＰから視界ハード線の部分を通る曲面の交線として得ることができる。すなわち、アイ
ポイントＰからの視線を遮る、車両のボンネットフード、ピラー等によって形成される視界ハード線が球面スクリーンＴ上に投影され、曲線Ｌ１０が形成されている。

次に、図５に示すように、球面スクリーンＴの曲線Ｌ１０上の点Ａを選択する。そして、アイポイントＰと点Ａとを通る直線Ｂを設定する。さらに、点Ａにおいて、曲線Ｌ１０（および球面スクリーンＴ）と接する接線Ｃを設定する。

また、アイポイントＰにおいて、直線Ｂに対する法平面Ｄを設定する。そして、接線Ｃを直線Ｂの法平面Ｄに投影した直線Ｅを設定する。この直線Ｅの周りに直線Ｂを回転させ、直線Ｂの仰角を０．１度上方に移動した直線Ｆを設定する。そして、球面スクリーンＴと直線Ｆとの交点Ｇを求める。

そして、曲線Ｌ１０を球面スクリーン上で交点Ｇの位置にオフセットし、曲線Ｌ１１を形成する。

さらに、アイポイントＰを中心として、曲線Ｌ１１をスクリーンＨに対して放射投影した曲線を算出することにより、図６に示した領域Ａ２の境界線Ｌ１２を得る。

以上の機能は、コンピュータ上に実現されるＣＡＤシステムの１つの機能として、コンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される。ここで、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インターフェース、入出力インターフェースに接続される外部記憶装置、表示装置、入力装置、通信装置等を有する。

外部記憶装置は、例えば、ハードディスク駆動装置である。また、外部記憶装置は、着脱可能な記憶媒体の駆動装置、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の駆動装置を含む。さらに、外部記憶装置として、フラッシュメモリカードの入出力装置を用いてもよい。

表示装置は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、液晶ディスプレイ等である。また、入力装置は、キーボード、ポインティングデバイス等である。ポインティングデバイスには、マウス、ジョイスティック、タッチパネル、静電方式のフラットなポインティングデバイス、スティック形状のポインティングデバイス等を含む。通信装置は、例えば、ＬＡＮ基板等である。

＜処理フロー＞
図７に、本設計支援装置の処理フローを示す。この処理フローは、設計支援装置のＣＰＵで実行される。この処理では、設計支援装置は、まず、３次元空間内にアイポイントＰを設定する（Ｓ１）。この処理を実行する設計支援装置のＣＰＵが、本発明の視点を設定する手段に相当する。アイポイントＰは、ユーザ操作によって３次元形状内に設定してもよい。また、予め設計対象の３次元形状データ内に所定の座標データ（変更可能なパラメータ）として設定しておいてもよい。

次に、設計支援装置は、アイポイントＰを基準に、設計対象の車両のハード境界線を球面内壁に投影し、曲線Ｌ１０を求める（Ｓ２）。すなわち、設計支援装置は、アイポイントＰから放射状の視線に相当する直線を発生させ、３次元形状（図４の車両のピラー、ボンネットフード等）との接点列（ハード境界線）を求める。そして、ハード境界線を球面内壁に投影する。すなわち、アイポイントＰとハード境界線を通る直線が球面と交差する交点列を求め、曲線Ｌ１０とする。この処理を実行する設計支援装置のＣＰＵが、本発明
の投影形状を算出する手段に相当する。

次に、曲線Ｌ１０上の所定の１点（Ａ点）にて、曲線Ｌ１０の接線Ｃを算出する（Ｓ３）。この場合、接線Ｃは、Ａ点における球面との接線でもある。

次に、設計支援装置は、曲線Ｌ１０上の所定の１点（Ａ点）とアイポイントＰとを結ぶ直線のアイポイントＰにおける法平面Ｄを求める。そして、接線Ｃを法平面Ｄに投影して直線Ｅを求める（Ｓ４）。

次に、設計支援装置は、直線Ｅを回転軸にして直線Ｂを回転し、直線Ｂの仰角を０．１度上に移動し、直線Ｆを求める（Ｓ５）。

次に、設計支援装置は、直線Ｆと球面との交点Ｇを求める（Ｓ６）。この処理を実行する設計支援装置のＣＰＵが、本発明の視点と球面との交点を求める手段に相当する。

そして、設計支援装置は、曲線Ｌ１０を球面上で移動し、曲線Ｌ１１を求める（Ｓ７）。この場合の移動は、Ａ点から交点Ｇへのオフセットを曲線Ｌ１０上の各点に適用すればよい。この処理を実行する設計支援装置のＣＰＵが、本発明の交点にオフセットする手段に相当する。

次に、設計支援装置は、曲線Ｌ１１を高さ１メートルの水平な平面スクリーンＨに投影し、視界を示す領域Ａ２（図６の境界線Ｌ１２）を求める（Ｓ８）。すなわち、視点Ｐと曲線Ｌ１１上の各点を通る直線Ｆ（図５参照）を生成し、そのような直線Ｆと平面スクリーンＨとの交点を求めればよい。この処理を実行する設計支援装置のＣＰＵが、本発明の平面に投影された形状を算出する手段に相当する。

以上述べたように、本実施形態の設計支援装置によれば、設計中の仮想車両において、視界を求める場合、視界ハード線を一旦球面上に投影する。そして、視界ハード線から球面に投影された曲線（図５のＬ１１）をさらに、高さ１メートルの水平な平面スクリーンＨに投影することによって、視界を求める。

球面上に投影された曲線が、その球の中心点を中心に、球面上を一定角度移動された場合は、その曲線上のどの点もすべて等距離の移動となる。したがって、図５のように、視界ハード線を投影した曲線Ｌ１０に対して、視線の仰角を０．１度上に移動した視線による曲線Ｌ１１についても、移動前の曲線Ｌ１０をオフセットすることによって簡易に求めることができる。さらに、そのようなオフセットされた曲線Ｌ１１を用いて、仰角を０．１度上方に移動した視線による視界を示す画像（図５の曲線Ｌ１２）を簡易に生成することができる。

なお、本実施形態では、視線の仰角を０．１度上方に移動した視界を示す画像を求めた。しかし、本発明の実施は、角度の変更が０．１度の場合に限定されるものではない。すなわち、０．１度より小さな角度の変更であってもよいし、０．１度より大きな角度の変更であってもよい。

従来の技術によって仮想車両の視界を表す画像を得る手順を示す図（その１）である。 従来の技術によって仮想車両の視界を表す画像を得る手順を示す図（その２）である。 仰角を変更した視界ハード線を従来の技術にしたがって求める手順を示す図である。 車両の視界を検査する概要を示す図（その１）である。 車両の視界を検査する概要を示す図（その２）である。 車両の視界を検査する概要を示す図（その３）である。 車両の視界を検査する設計支援装置の処理フローである。

符号の説明

Ａ１、Ａ２ （視界を示す）領域
Ｂ、Ｆ 直線（視線）
Ｃ 接線
Ｄ 法平面
Ｌ１０ 視界ハード線をアイポイントＰを中心として球面スクリーンＴに対して放射投影した曲線
Ｐ 視点（アイポイント）
Ｔ 球面スクリーン
Ｌ１１ 視界ハード線を球面スクリーンＴ上で上へ０．１度オフセットさせた曲線
Ｌ１２ 曲線Ｌ１１をアイポイントＰを中心として球面スクリーンＴに対して放射投影した曲線
Ｈ （地面から）高さ１メートルの水平な面
Ｓ 平面スクリーン

Claims (3)

1. ３次元空間内に視点を設定する手段と、
   前記視点からの視線との干渉が評価される形状データを記憶する手段と、
   前記視点から前記形状データを見た視線によって形成される前記形状データの境界線が前記視点を中心する所定半径の球面上に投影されたときの投影形状を算出する手段と、
   前記視線を所定角度だけ前記境界線から離間する方向に移動したときの視線と前記球面との交点を求める手段と、
   前記投影形状を前記交点にオフセットする手段と、
   前記交点に移動された投影形状が所定の平面に投影された形状を算出する手段と、を備える設計支援装置。
2. コンピュータが、３次元空間内に視点を設定するステップと、
   前記視点からの視線との干渉が評価される形状データを記憶から参照するステップと、
   前記視点から前記形状データを見た視線によって形成される前記形状データの境界線が前記視点を中心する所定半径の球面上に投影されたときの投影形状を算出するステップと、
   前記視線を所定角度だけ前記境界線から離間する方向に移動したときの視線と前記球面との交点を求めるステップと、
   前記投影形状を前記交点にオフセットするステップと、
   前記交点に移動された投影形状が所定の平面に投影された形状を算出するステップと、を実行する設計支援方法。
3. コンピュータに、３次元空間内に視点を設定するステップと、
   前記視点からの視線との干渉が評価される形状データを記憶から参照するステップと、
   前記視点から前記形状データを見た視線によって形成される前記形状データの境界線が前記視点を中心する所定半径の球面上に投影されたときの投影形状を算出するステップと、
   前記視線を所定角度だけ前記境界線から離間する方向に移動したときの視線と前記球面との交点を求めるステップと、
   前記投影形状を前記交点にオフセットするステップと、
   前記交点に移動された投影形状が所定の平面に投影された形状を算出するステップと、を実行させるプログラム。

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