JP4650878B2 - ３次元形状処理装置及び３次元形状処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元形状処理装置に関し、特に、曲面表現に制約のあるソリッドCAD装置への境界表現ソリッドデータ入力を可能とする３次元形状処理装置、３次元形状処理装置における３次元形状処理方法及びプログラムに関する。

実用的な３次元CAD装置では、ソリッドを取り扱うものが主流であり、そのうちのほぼすべてが、境界表現でソリッドを表現している。これら３次元CAD装置間のデータ交換では、IGESなどの標準フォーマットが多く使われる。この標準フォーマットでは、以前は、受け取り側で曲面を張り合わせることで、曲面だけの情報からソリッド化することが多かった。最近では、標準フォーマット自体も、ソリッドを表現することが可能になり、ソリッドのままデータの交換をすることが可能になっている。

このソリッドでのデータ変換に関して、技術的に困難な点として、主なものが２点あげられる。１つは、受け取り側CADの精度が比較的高い場合の困難である。もう１つは、受け取り側CADの表現に制約がある場合の困難である。このうち、精度については、従来、修正手段が開発されている。例えば、次に示すソリッドデータ修正方法などがある。

特許文献１に開示された「ソリッドデータ修正方法」は、頂点部や境界曲線と曲面との間で、システムの許容誤差範囲からずれたり、そこに隙間があったりした場合、境界曲線の端点同士や境界曲線と曲面との隙間を埋め、高い精度の許容誤差範囲内に修正し得るソリッドデータ修正方法である。ソリッドモデルの表面を表す面の境界曲線の端点が集まる頂点部において、各境界曲線の端点の座標が対象とするシステムの許容誤差範囲からずれている場合に、当該注目頂点部に集まる各境界曲線の端点と、これらの境界曲線の端点に対応する曲面上の座標の情報とを基に、許容誤差範囲内に収まるような頂点の座標を求める。その後、この頂点の座標が端点となるように、各境界曲線を修正する。さらに、境界曲線と曲面とが許容誤差範囲からずれている場合に、境界曲線と曲面とがシステムの許容誤差範囲内で一致するように、曲面の形状を変形させる。
特開2000-231580号公報 特開2001-28061号公報 「３次元CADの基礎と応用」（共立出版）129ページ。

しかし、従来のソリッドCAD装置では、表現の制約については解決できなかった。表現の制約の中で典型的なものは、曲面表現の違いである。あるCAD装置では１枚の面で表現可能な曲面が、別のCAD装置では複数枚の曲面でないと表現できない場合がある。出力側CAD装置で１枚の面で表現できる曲面が、入力側CAD装置では複数枚の曲面にしなければならない場合、そのままでは、入力側CAD装置内部には、ソリッドとしての取り込みができなかった。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、表現の制約があるCAD装置にも、境界表現ソリッドデータを、ソリッドデータとして取り込めるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、第１の形式で表現された境界表現ソリッドデータを、第２の形式の出力ソリッドデータに変換する３次元形状処理装置であって、前記境界表現ソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換するとともに、第２の形式による制限に応じて分割する必要のある曲面を分割して分割曲面位相情報を生成する曲面変換分割部と、前記境界表現ソリッドデータの位相情報と前記分割曲面位相情報とを対応付ける位相対応情報付加部と、対応付けられた位相情報に基づいて分割曲面を接合して第２の形式の出力ソリッドデータを生成する曲面接合部とを備え、前記位相対応情報付加部は、元データでの稜線が複数に分割されている稜線又は稜線群について、分割された一方の面に対して分割された別の面において対応する稜線又は稜線群を探し、対応する稜線又は稜線群の中に頂点群が幾何的に一致していないものがあるときは、前記別の面において前記一致していない頂点にもっとも近い位置の稜線を分割して頂点を生成し、生成された稜線に対して同じ元稜線を対応付け、前記生成された頂点、及び幾何的に一致していると判断された前記別の面の頂点を互いに対応付ける頂点処理を行うことを特徴とする構成とした。

すなわち、入力側CAD装置で位相情報を直接再現するのではなく、境界表現ソリッドデータの幾何情報を曲面データとして取り込み、稜線と頂点の位相情報を用いて曲面同士を接合する。その際、入力側CAD装置で処理できない元の曲面を分割し、分割した面の稜線や頂点も位相情報に反映させて利用する。

上記のように構成したことにより、ソリッドCAD装置間のデータ交換の際に、位相情報を直接利用できない場合でも、ソリッドデータでの交換ができ、曲面表現に制約のあるCAD装置へのソリッドデータの入力が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、ある形式で表現された境界表現ソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換し、他の形式による制限に応じて分割する必要のある曲面を分割して、稜線と頂点の両方の分割曲面位相情報を生成し、境界表現ソリッドデータの位相情報と分割曲面位相情報とを対応付け、対応付けられた位相情報に基づいて分割曲面を接合して他の形式の出力ソリッドデータを生成する３次元形状処理装置である。

図１は、本発明の実施例における３次元形状処理装置の構成を示す概念図である。図１において、CAD装置１は、データ出力側のCAD装置である。入力インターフェース部２は、データ出力側のCAD装置の元データを、データ入力側のCAD装置の形式の出力データに変換する手段である。曲面変換分割部３は、元データの曲面情報を幾何情報に変換し、他の形式による制限に応じて分割する必要のある元の曲面を分割して、分割曲面の位相情報を生成する手段である。位相対応情報付加部４は、元データの位相情報と分割曲面の位相情報とを対応付ける手段である。曲面接合部５は、分割した曲面を接合してソリッドデータに戻す手段である。CAD装置データベース６は、データ入力側（受取側）のCAD装置のデータベースである。

図２（ａ）は、データ出力側のCAD装置の曲面データの例を示す図である。図２（ｂ）は、曲面を分割して読み込んだ結果を示す図である。図３は、曲面処理の流れ図である。図４（ａ）は、元データの稜線の頂点と、分割された稜線と頂点を示す図である。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、頂点処理を示す図である。図５は、頂点処理の流れ図である。

上記のように構成された本発明の実施例における３次元形状処理装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、３次元形状処理装置の機能の概略を説明する。入力インターフェース部２で、出力側CAD装置１から出力されたソリッドデータファイルを受信し、そのソリッドデータを、入力側CAD装置のデータに変換し、入力側のCAD装置データベース６に送る。出力側CAD装置１から出力されるソリッドデータファイルは、IGESファイルなどの標準フォーマットでもよいし、その他の形式のデータでもよい。

入力インターフェース部２は、曲面変換分割部３と、位相対応情報付加部４と、曲面接合部５とからなる。曲面変換分割部３では、元のソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換しつつ、入力側CAD装置で処理できない曲面を分割し、さらに、元データでの位相情報から得られるその曲面の境界曲線情報と合わせて、曲面の位相情報を生成する。生成された曲面の位相情報は、位相対応情報付加部４において、元データの位相情報に対応付けがなされる。入力曲面に対してこれらの処理がすべて終了した後、曲面接合部５において、曲面に付加された位相情報にもとづいて曲面を接合して、ソリッドデータを生成する。

次に、曲面変換分割部３の動作を説明する。元のソリッドデータ中の各面のデータから、その面の曲面データを得て、入力側CAD装置での幾何データに変換する。変換するのは幾何データだけなので、入力側CAD装置が扱える位相情報では処理できない形状についても、データ構造の中に幾何データを置くだけであれば、この変換は可能である。さらに、その曲面データに対して、トリム境界曲線を付加する。このトリム境界曲線情報は、元データの位相情報から、次のようにして得られる。

通常の境界表現ソリッドであれば、面データが曲面の幾何情報と複数のループ情報を持っている。このループ情報が、稜線情報を持っており、さらに、稜線情報が曲線の幾何情報を持っているので、順に参照することで、境界曲線情報を参照することができる。その曲面データが、入力側CAD装置では処理できないと判断される場合は、トリム境界曲線情報とともに分割する。この境界曲線を含めた分割に関しては、既存の技術、例えば、特許文献２に開示された方法を用いることが可能である。

元の面データの例を、図２（ａ）に示す。この面は、曲面S1を持ち、ループL1とL2を境界に持っている。このデータの曲面を分割して読み込んだ結果を、図２（ｂ）に示す。曲面はS2とS3に分割され、稜線が生成および分割され、頂点が生成されている。曲面変換分割部３で生成されたデータに対して、位相対応情報付加部４では、元データでの稜線および頂点のIDを、生成されたデータにおける頂点および稜線のIDに付加する。これは、互いの稜線や頂点が持つ幾何情報を参照して、対応付けして行う。

曲面は分割されているので、元の稜線で１本であったものが、生成されたデータでは、分割されて複数本になっている場合がある。その場合は、生成されたデータにおける複数の稜線が、同じ元の稜線に対応付けられる。稜線が分割されている場合は、分割された稜線の間の頂点に対しては、元のデータでの頂点は対応しない。このことから、同じ元の稜線情報が対応している稜線の間の頂点には、対応する元データの頂点は存在していないことを確認することで、データに整合が取れていることを確認できる。

曲面処理の流れ図を、図３に示す。ステップ１において、元データの曲面データを、入力側CAD装置で取り扱える幾何データに変換する。ステップ２において、元データの位相情報からトリム境界曲線情報を得て、幾何データに変換した曲面データに付加する。ステップ３において、入力側CAD装置では処理できない曲面データの曲面を分割する。ステップ４において、分割した曲面の稜線と頂点について、元データの稜線と頂点の情報と対応付けする。

図４（ａ）に、元データの稜線の頂点と、分割された稜線と頂点を示す。Ｅo1が元の稜線であり、その両端に、頂点Ｖo1，Ｖo2がある。一方、Ｅc1，Ｅc2が、変換し分割された稜線であり、Ｖc1，Ｖc2，Ｖc3が頂点である。図４（ａ）のデータに対して対応付けを行うと、次のようになる。
Ｅc1→Ｅo1
Ｅc2→Ｅo1
Ｖc1→Ｖo1
Ｖc3→Ｖo2
Ｖc2→対応なし

以下、元データでのIDを、元稜線ID、元頂点IDなどと表記する。なお、この説明では、曲面変換分割部３と位相対応情報付加部４とを分けているが、曲面変換分割部３の中で、トリム境界曲線情報を得る時点で、その曲線と元の稜線IDの対応をとっておき、稜線が生成された時点で、元の稜線IDをつける方法も可能である。すべての面に対して位相対応情報が付けられた後は、曲面接合部５で、すべての面同士を接合し、閉じたソリッドのデータを生成する。具体的には、例えば、非特許文献１で説明されているような方法で接合する。その際、対応する稜線について、幾何的に同一性を判断するのではなく、稜線に保持された元稜線IDを用いて対応付けを行う。

元データでの稜線が複数に分割されている稜線(稜線群)に対しては、次のような処理を行う。
（１）別の面の同じ元稜線IDを持つ稜線(群)を探す。
（２）稜線群内の各頂点に対して、次の（３）〜（５）の処理を行う。
（３）別の面の対応している稜線群の中の頂点群の中で、幾何的に一致しているものを探す。
（４）幾何的に一致しているものがなければ、別の面のその頂点にもっとも近い位置の稜線を分割し、頂点を生成する。ここで生成された稜線に対しては、同じ元稜線IDをつける。
（５）使われていない元頂点IDを求め、上で生成された頂点、または幾何的に一致していると判断された別の面の頂点に、求められた元頂点IDをつける。
（６）別の面の稜線群の間の頂点で、元頂点IDの付いていないものについても、逆に（３）〜（５）の処理を行う。

図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に、頂点処理の例を示す。図４（ｂ）の２本の曲線Ｅa，Ｅbが、対応する稜線であり、処理前の状態である。ＥaのＶa2，Ｖa3にあたる頂点をＥb上に生成した後の状態が図４（ｃ）である。さらに、ＥbのＶb2にあたる頂点Ｖa5をＥa上に生成した後の状態が図４（ｄ）である。

頂点処理の流れ図を、図５に示す。ステップ11において、別の面の対応稜線を探す。ステップ12において、元頂点IDが対応していない頂点をあげる。ステップ13において、幾何的に一致しているものか否かを調べる。一致していなければ、ステップ14において、頂点を生成する。一致していれば、ステップ15において、同一頂点IDを付ける。ステップ16において、元頂点が対応していない頂点が残っているか否かを調べる。残っていれば、ステップ12に戻る。残っていなければ、ステップ17において、稜線が２本目か否かを調べる。２本目でなければ、ステップ12に戻り、２本目の処理を行う。２本目であれば、その一組の稜線の頂点処理を終了する。

以上の方法で頂点の対応付けを行うことによって、接合するべき稜線の数は一致するので、接合を完全に行うことができるようになる。接合が完全に行われると、ソリッド形状が生成される。

上記のように、本発明の実施例では、３次元形状処理装置を、ある形式で表現された境界表現ソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換し、他の形式による制限に応じて分割する必要のある曲面を分割して、稜線と頂点の両方の分割曲面位相情報を生成し、境界表現ソリッドデータの位相情報と分割曲面位相情報とを対応付け、対応付けられた位相情報に基づいて分割曲面を接合して他の形式の出力ソリッドデータを生成する構成としたので、位相情報を直接利用できないCAD装置へ、境界表現ソリッドデータを入力することができる。

本発明の３次元形状処理装置は、曲面表現に制約のあるソリッドCAD装置への境界表現ソリッドデータの入力を可能とするためのデータ変換装置として最適である。

本発明の実施例における３次元形状処理装置の構成を示す概念図である。 本発明の実施例における３次元形状処理装置で処理する元の面データと、分割読み込み結果を示す図である。 本発明の実施例における３次元形状処理装置での曲面に対する処理の流れ図である。 本発明の実施例における３次元形状処理装置で処理する元データの稜線の頂点と、分割された稜線と頂点と、頂点処理を示す図である。 本発明の実施例における３次元形状処理装置での頂点処理の流れ図である。

符号の説明

１・・・CAD装置、２・・・入力インターフェース部、３・・・曲面変換分割部、４・・・位相対応情報付加部、５・・・曲面接合部、６・・・CAD装置データベース。

Claims (9)

1. 第１の形式で表現された境界表現ソリッドデータを、第２の形式の出力ソリッドデータに変換する３次元形状処理装置であって、
   前記境界表現ソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換するとともに、第２の形式による制限に応じて分割する必要のある曲面を分割して分割曲面位相情報を生成する曲面変換分割部と、前記境界表現ソリッドデータの位相情報と前記分割曲面位相情報とを対応付ける位相対応情報付加部と、対応付けられた位相情報に基づいて分割曲面を接合して第２の形式の出力ソリッドデータを生成する曲面接合部とを備え、
   前記位相対応情報付加部は、元データでの稜線が複数に分割されている稜線又は稜線群について、分割された一方の面に対して分割された別の面において対応する稜線又は稜線群を探し、対応する稜線又は稜線群の中に頂点群が幾何的に一致していないものがあるときは、前記別の面において前記一致していない頂点にもっとも近い位置の稜線を分割して頂点を生成し、生成された稜線に対して同じ元稜線を対応付け、前記生成された頂点、及び幾何的に一致していると判断された前記別の面の頂点を互いに対応付ける頂点処理を行うことを特徴とする３次元形状処理装置。
2. 前記分割曲面位相情報は、稜線と頂点の両方の情報を含み、分割曲面を接合するための位相情報として、稜線と頂点の両方の情報を用いることを特徴とする請求項１記載の３次元形状処理装置。
3. 前記曲面変換分割部に、前記境界表現ソリッドデータにおいて分割されている曲面をさらに分割する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の３次元形状処理装置。
4. 前記位相対応情報付加部に、分割された曲面に新たに生成された頂点に対応する頂点を、前記幾何情報と前記分割曲面位相情報とを参照して生成して対応付ける手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の３次元形状処理装置。
5. 第１の形式で表現された境界表現ソリッドデータの曲面情報を幾何情報に変換するとともに、第２の形式による制限に応じて分割する必要のある曲面を分割して分割曲面位相情報を生成する曲面変換分割部と、前記境界表現ソリッドデータの位相情報と前記分割曲面位相情報とを対応付ける位相対応情報付加部と、対応付けられた位相情報に基づいて分割曲面を接合して第２の形式の出力ソリッドデータを生成する曲面接合部とを備えた、第１の形式で表現された境界表現ソリッドデータを第２の形式の出力ソリッドデータに変換する３次元形状処理装置における３次元形状処理方法であって、
   元データでの稜線が複数に分割されている稜線又は稜線群について、分割された一方の面に対して分割された別の面において対応する稜線又は稜線群を探し、対応する稜線又は稜線群の中に頂点群が幾何的に一致していないものがあるときは、前記別の面において前記一致していない頂点にもっとも近い位置の稜線を分割して頂点を生成し、生成された稜線に対して同じ元稜線を対応付け、前記生成された頂点、及び幾何的に一致していると判断された前記別の面の頂点を互いに対応付ける頂点処理を行うことを特徴とする３次元形状処理方法。
6. 前記分割曲面位相情報は、稜線と頂点の両方の情報を含み、分割曲面を接合するための位相情報として、稜線と頂点の両方の情報を用いることを特徴とする請求項５記載の３次元形状処理方法。
7. 前記境界表現ソリッドデータにおいて分割されている曲面をさらに分割することを特徴とする請求項５記載の３次元形状処理方法。
8. 分割された曲面に新たに生成された頂点に対応する頂点を、前記幾何情報と前記分割曲面位相情報とを参照して生成して対応付けることを特徴とする請求項５記載の３次元形状処理方法。
9. 請求項１ないし４のいずれかに記載された３次元形状処理装置のコンピュータを、前記曲面変換分割部と、位相対応情報付加部と、曲面接合部として機能させるためのプログラム。
   

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