JP4736304B2 - 透明体の動的透視歪み評価方法および透明体の三次元形状設計支援方法 - Google Patents
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Description
本発明は、透明体の動的透視歪み評価方法および三次元形状設計支援方法に関する。
背景技術
近年、自動車等の製造においてはデザインや空力特性などの要請から複雑な三次元形状を有する窓ガラスが採用されている。このような三次元曲面で構成される窓ガラスを透して物体を目視すると、物体が歪んで見える場合がある。この現象は透視歪み現象といわれ、ガラス板の非平行部分や曲面部分で発生することが知られている。この透視歪みは特に自動車の運転では視認性を阻害する要因となるため、JIS(Japanese Industrial Standards)規格にも透視歪みの許容最大値が定められている。
透視歪みは、対象となるガラス板の光学性能を検査し、もしくは対象となるガラス板を官能的に試験することにより評価する。また、近年では、コンピュータ技術の発展に伴い、従来の光学性能検査や官能試験に代わり、CAD(Computer Aided Design)で作成したガラス板の三次元形状モデルに基づいて、透視歪みを評価する手法もある。
ところで、これら従来の評価方法は、ガラス板を透して静止物体を目視したときの透視歪み(以下、静的透視歪みと記す)を評価するものである。したがって、固定建造物に利用されるガラス板の透視歪みを評価するに場合には適するが、自動車等の移動体に利用されるガラス板の透視歪みを評価する場合には問題が生じる。
すなわち、静的透視歪みの評価が、ガラス板局部の透視歪みを多数点において独立に評価したものであり、複数点間での透視歪みの連続性を考慮したものではないからである。そのため、局部毎の透視歪みが所定の規格値を満足するガラス板であっても、隣接する局部間の透視歪みの変化が大きい場合、そのようなガラス板を透して移動体の中から外の風景を目視すると、移動体の移動に伴って像の透視歪みが大きく変化し、うねりとして認識されることがある。
自動車等の移動体にあっては、静止した状態において、ガラス板を透して物体を目視したときの静的透視歪みを評価することは勿論のこと、運転した状態においてガラス板を透して物体を目視したときの透視歪み(以下、動的透視歪みと記す)を評価することが重要な検査項目となっている。
また、近年では、CADを用いてガラス板の三次元形状を設計する手法が広く行われていることから、設計段階において、動的透視歪みの評価結果を考慮してガラス板形状を最適化することが望ましい。
そこで、本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、ガラス等の透明体を透して移動体の中から外の風景を目視したときの動的透視歪みを評価することができる動的透視歪み評価方法を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、動的透視歪みの評価結果に基づいて透明体の三次元形状を最適に決定することができる透明体の三次元形状決定方法を提供することを第2の目的とする。
発明の開示
本発明は、所定の屈折率を有する透明体の三次元曲面形状モデルを生成するステップと、この三次元曲面形状モデルの一方の側にアイポイントを設定し、上記三次元曲面形状モデルの他方の側に複数の評価ポイントを有する仮想評価パターンを設定するステップと、上記アイポイントから上記透明体を介して上記仮想評価パターンを目視し、この目視によって得られた2次元画像の中から、上記透明体を透視した上記評価ポイントの像である透視評価ポイントを抽出し、隣接する上記透視評価ポイント同士の間隔値を求めるステップと、これらの間隔値のうちの任意の一つを基準値に設定するステップと、この基準値に対する上記各間隔値の比を求めることにより、上記透明体の動的透視歪みを評価するステップと、を有することを特徴とする透明体の動的透視歪み評価方法を提供する。
また、本発明の一態様は、上記基準値に対する上記各間隔値の比の変化率に基づいて、上記透明体の動的透視歪みを評価する、上記透明体の動的透視歪みの評価方法を提供する。
また、上記間隔値うちの最小値を上記基準値として選択し、この最小値に対する上記各間隔値の比のうちの最大値に基づいて、上記透明体の動的透視歪みを評価する、上記透明体の動的透視歪みの評価方法を提供する。
また、上記仮想評価パターンは、直交格子パターンである、上記透明体の動的透視歪みの評価方法を提供する。
また、上記透明体は、ガラス板および樹脂板から選択される少なくとも一つである、上記透明体の動的透視歪みの評価方法を提供する。
また、上記透明体の三次元曲面形状モデルを透過して見える像をアニメーション表示する、上記透明体の動的透視歪みの評価方法を提供する。
また、本発明は、所定の屈折率を有する透明体の三次元曲面形状モデルを生成するステップと、この三次元曲面形状モデルの一方の側にアイポイントを設定し、上記三次元曲面形状モデルの他方の側に複数の評価ポイントを有する仮想評価パターンを設定するステップと、上記アイポイントから上記透明体を介して上記仮想評価パターンを目視し、この目視によって得られた2次元画像の中から、上記透明体を透視した上記評価ポイントの像である透視評価ポイントを抽出し、隣接する上記透視評価ポイント同士の間隔値を求めるステップと、これらの間隔値のうちの任意の一つを基準値に設定するステップと、この基準値に対する上記各間隔値の比を求めることにより、上記透明体の動的透視歪みを評価するステップと、上記評価に応じて上記透明体の三次元曲面形状モデルを修正するステップと、を有することを特徴とする透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
また、本発明の一態様は、上記基準値に対する上記各間隔値の比の変化率に基づいて、上記透明体の動的透視歪みを評価する、上記透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
また、上記間隔値うちの最小値を上記基準値として選択し、この最小値に対する上記各間隔値の比のうちの最大値に基づいて、上記透明体の動的透視歪みを評価する、上記透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
また、上記仮想評価パターンは、直交格子パターンである、上記透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
また、上記透明体は、ガラス板および樹脂板から選択される少なくとも一つである、上記透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
また、上記透明体の三次元曲面形状モデルを透過して見える像をアニメーション表示する、上記透明体の三次元形状設計支援方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施の形態に係わる動的透視歪みの評価方法を示す流れ図である。図2は図1に示した動的透視歪みの評価方法を実施するための評価システムを示すブロック図である。図3は評価モデルを示す。
まず、形状データを入力または記憶装置等から読み出して透明体(ガラス板または樹脂板など)の三次元曲面形状モデルを生成する(ステップS1)。形状データの入力方法は公知であり、図2に示すように、CADデータ5を磁気テープなどから磁気再生装置6によってコンピュータ9に入力したり、設計図面7をディジタイザ8でプロットしてコンピュータ9に入力したりすることができる。また、透明体の三次元曲面形状モデルの生成処理も公知の手法を使うことができる。例えば、マイラー図と称される透明体の平面図および側面図上の多数の点の三次元座標データを上述したようにコンピュータ9に入力する。
次に、中央処理装置17は入力されたデータに基づいて、点列を通る格子状の三次元スプライン曲線を生成し、スプライン曲線を境界として曲面を四辺形パッチに分割し、パッチの各辺に沿ったパラメータによって表現されるクーンズ面のような双3次パラメトリック曲面を生成する。そして、この曲面を透明体の内表面の形状モデルとし、内表面の形状モデルを板厚分だけオフセットして外表面の形状モデルを生成する。最終的な形状モデルは、これら内表面および外表面の形状モデルを合体させたものとなる。
得られた形状モデルのデータは形状データファイル18に格納される。これら一連の三次元曲面形状のモデル生成作業は、コンピュータ9のプログラム部10に形状モデル作成手段11として格納されたプログラムを、中央処理装置17が読み出して実行することにより、実施される。
次に、キー入力手段4などから予め入力した設定条件が格納された条件データファイル19のデータに基づいて、中央処理装置17はアイポイントEPの設定(ステップS2)及び仮想グリッドボードの生成(ステップS3)を行う。本実施の形態においては、仮想評価パターンとして仮想グリッドボード2(図3参照)を想定し、評価ポイントとしてその格子点(PS1,PS2,PS3)を想定するが、縦横に規則的に配列するような他の評価パターンでもよい。なお、アイポイントEPで目視される各評価ポイントは、透明体の屈折率により、格子点(PR1,PR2,PR3(以下、透視評価ポイントという))となる。
さらに、同様に条件データファイル19のデータに基づいて、透明体の形状モデル1の取付け角度、アイポイントEPと透明体の形状モデル1と仮想グリッドボード2とのそれぞれの間隔、仮想グリッドボード2の格子間隔を決定する。以上で、測定を開始する前のすべての条件設定が行われ、得られた配置データが配置データファイル20に格納される(ステップS4)。
これら一連の評価条件の設定作業は、コンピュータ9のプログラム部10に評価条件設定手段12として格納されたプログラムを、中央処理装置17が読み出して実行することにより、実施される。
次に、コンピュータ9は、プログラム部10の光路追跡計算手段13を呼び出し、透明体の形状モデル1、アイポイントEP及び仮想グリッドボード2の配置データを用いて、透明体の形状モデル1に対する視線を定義し(ステップS5)、屈折による透視歪み(アイポイントEPから見た格子点位置のずれ)を求めるための計算を行う(ステップS6)。格子点位置のずれの計算は、原理的には、透明体の形状モデル1がある場合とない場合とで屈折作用により光線の進行方向が変わることを利用する。
具体的な計算の流れを図4に示す。また、詳細な光路の追跡を図5を用いて説明する。まず、仮想グリッドボード2上に任意の格子点P0を定める(ステップSS1)。次に、アイポイントEPからP0の方向に向かう仮想光線3の進行方向のベクトルVR0を求める(ステップSS2)。次に、アイポイントEPを通りかつベクトルVR0と同じ向きの直線と、透明体の形状モデル1の内表面SU1との交点P1を求め(ステップSS3)、この交点P1における透明体の形状モデル1の内表面SU1の法線ベクトルVE1を求める(ステップSS4)。
さらに、上記ベクトルVR0とベクトルVE1とから屈折の法則にしたがって仮想光線3が透明体の形状モデル1の外表面SU2で屈折した後の進路を表すベクトルVR1を求める(ステップSS5)。すなわち、アイポイントEPからの仮想光線3の内表面SU1への入射角度(法線に対するもの)をi、仮想光線3の内表面SU1での屈折角度(法線に対するもの)をr、透明体の空気に対する屈折率をnとすると、sin i/sin r=nが成り立つので、既知であるベクトルVR0、ベクトルVE1および屈折率nから屈折角度rを求めることができ、これからベクトルVR1を得る。
次に、交点P1を通りかつベクトルVR1と同じ方向の直線と、透明体の形状モデル1の外表面SU2との交点P2を求め(ステップSS6)、この交点P2における透明体の形状モデル1の外表面SU2の法線ベクトルVE2を求める(ステップSS7)。さらに、上記ベクトルVR1とベクトルVE2とから上述の屈折の法則に従って仮想光線3が透明体の形状モデル1の外表面SU2で屈折した後の進路を表すベクトルVR2を求める(ステップSS8)。そして、交点P2を通りかつベクトルVR2と同じ方向の直線と、仮想グリッドボード2との交点P3を求める(ステップSS9)。
その後、P3がP0に近づくようにP1の位置をずらしてから、上記ステップSS1〜SS9に従って再びP3を求める。すなわち、ベクトルP3P0の向きに、線分P3P0よりも短い距離だけP1を移動し、新たなP1(以下、P11という)を設定し、再びP3を求める。その結果、線分P3P0があらかじめ設定しておいた長さよりも短くなれば(以下、P3≒P0という)、P11をP1として設定し、VR2を求める。もし、P3≒P0とならなければ、新たなP1(=P12’・・・,P1n(n:任意自然数))を設定して上記ステップを繰り返し、P3≒P0となるP1を求める(ステップSS10)。
以上により、交点(仮想点)P1の位置は、近似的に、アイポイントEPから観察したときに仮想点P0が実際に観察される位置とみなすことができる。
その他のすべての格子点についても、ステップSS1〜SS10を実行することにより(ステップS7)、それぞれの格子点に対応する交点を求める。これらの交点のそれぞれを連結すると、新たな格子形状が構築される(ステップS8)。交点のデータは結果データファイル21に格納される。
次に、動的透視歪みの評価を行うためのパラメータであるダイナミックディストーション値とダイナミックディストーションの強度を求める。本実施の形態では、各パラメータを求めるプログラムは、いずれもプログラム部10の結果データ評価手段14に格納されている。まず、上記結果データをもとに、透明体を透して見える格子位置(上記交点)の内、上下方向で一番格子間隔の狭いものを計算する。例えば、図3で、3つの格子点PS1、PS2及びPS3に対応する交点として、透視評価ポイントPR1、PR2及びPR3が求められたとして説明する。この場合、透視評価ポイントPR1とPR2の距離が上下方向の格子間隔となる。距離は2つの点の座標値から求められる。このようにして上下方向の格子間隔をすべて求めると、その中の最小値が判明する(ステップS9)。
図6は評価モデルにより構築された新たな評価パターンを示しており、d1〜dnは上下方向の格子間隔を示している。図6において、格子間隔の最小値はd4で示される。この最小値でその他の格子間隔を除して格子間隔比di/d4(i=1〜n,n:格子の個数)を求める(ステップS10)。この格子間隔比の最大値をダイナミックディストーション値とする(ステップS11)。
次に左右方向にも同様にダイナミックディストーション値を求める。まず、左右方向の格子間隔を求める。図3の例では、透視評価ポイントPR1とPR3の距離が左右方向の格子間隔となる。このようにして左右方向の格子間隔をすべて求めると、その中の最小値が判明する。この最小値でその他の格子間隔を除して格子間隔比を求め、その最大値をダイナミックディストーション値とする(ステップS12)。
本実施の形態では、格子間隔の最小値を基準値として、上下左右方向の他の格子間隔を除して格子間隔比を得、このうちの最大値をダイナミックディストーション値として定義している。しかし、ダイナミックディストーション値は、格子間隔の任意の1つを基準値とし、この基準値とその他の格子間隔の比に基づく相対的なものであり、本実施の形態に限られない。本実施の形態のように、基準値を格子間隔の最小値に設定し、この最小値に対するその他の格子間隔のうち最大のものとすれば、最小値を確定する際の演算を容易かつ高速に行うことができる。また、透視歪みにより拡大されて見える部分と縮小されて見える部分との差が数値化し易くなる。
次に、上下方向および左右方向の両方向(二次元方向)について、格子間隔比の変化率を計算する(ステップS13)。例えば、図3で、仮想グリッドボード2を左右に横切る直線L1の方向において、左から右へ順番に格子間隔比を並べる。これをグラフ化したのが図7であり、勾配が最もきつそうな領域を選択し、この領域の格子間隔比に対して最小自乗法等を適用することにより求める。このグラフをもとに格子間隔比の変化率を勾配として計算し、勾配の最大値をダイナミックディストーションの強度と定める(ステップS14)。この変化率が大きいほど、周囲との透視歪みの差が大きいことを意味し、ダイナミックディストーション値(格子間隔比の最大値)が同じでも、変化率が大きければ移動体から透明体を透して目視した場合のちらつきを実感しやすい。変化率の導入により、透視歪みの連続性が考慮され、動的透視歪みの評価が可能となる。
ここまでで、一つの形状モデルについて、ダイナミックディストーション値とダイナミックディストーションの強度を求める処理が完了した。結果データ評価手段14により、これらの結果は、結果データファイル21に保存される。
なお、図1の流れ図には示されていないが、それぞれ得られた格子間隔比、ダイナミックディストーション値、格子間隔比の変化率等のデータは、格子間隔比の分布図、格子間隔比の変化率のグラフなどの形式で結果表示手段22またはプリンタ23によって随時表示または印刷されることが望ましい。
次に、コンピュータ9のプログラム部10のモデル形状決定手段15を呼び出す。このプログラムでは、得られたダイナミックディストーション値と予め設定した閾値との比較を行い(ステップS15)、閾値より低い値であれば合格として判定作業を終了し、閾値より高い場合は不合格としてCAD上で形状修正作業を行うように設定されている(ステップS16)。修正は、格子間隔が最大となった部分に該当するモデル部位が表示され、その部分の面内曲率やトリム形状を変更するように促される。修正後、再び上記データ処理を行いダイナミックディストーション値を求める(ステップS17)。閾値より低い値になり合格するまでシミュレーションと修正が繰り返されるので、最適な形状を求めることができる。
最後に、コンピュータ9のプログラム部10にあるアニメーション作成手段16を呼び出す。合格した形状モデルについて、例えば移動中の自動車から透明体越しに眺めた風景を、グラフィックディスプレイ24にアニメーション画像として表示させ、修正が完全に行われたことを視覚的に確認する。アニメーション表示は、結果データファイル21に格納された結果データを利用する。また、修正前の形状モデルについても同様に、例えば移動中の自動車から透明体越しに眺めた風景を、グラフィックディスプレイ24に、CG(Computer Graphics)等からなるアニメーション画像として表示させる。その結果、ユーザは修正前後のアニメーション画像を対比することにより、効果的に修正効果を確認することができる。
以下、本実施の形態で行った形状判定における閾値の決定方法について説明する。多数の透明体の実物を用いてその形状モデルを作成し、それぞれのダイナミックディストーション値を計算した(図8A)。同時に、これらの透明体越しに移動する物体を実際に目視したときに感じられるちらつき感を官能評価試験により複数の被験者で5段階評価した(図8B)。
両グラフともに、横軸はサンプルA〜I、縦軸はダイナミックディストーション値を示す。両方のグラフを比較して明らかなように、このダイナミックディストーション値が実際の目視評価との相関性が極めて高いこと、つまり動的透視歪みを充分に反映した指標であることを確認した。そして、官能評価試験においてサンプルHとサンプルIが不良と判定されたことに基づいて、ダイナミックディストーション値の閾値を1.6と設定した。
多数の透明体について、ダイナミックディストーション値(格子間隔比の最大値)に加えて、ダイナミックディストーションの強度(格子間隔比の最大勾配)を測定すると、図9の領域▲1▼から領域▲3▼に分布し、上記のアニメーションによる視覚的確認及び実物による評価から、ちらつきが実感されにくい領域Aの範囲を判定基準と設定した。ダイナミックディストーション値とダイナミックディストーションの強度で二重に判定を行うことにより、設計段階でより精度の高い評価が可能となる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、これまで評価の対象となっていなかった透明体の動的透視歪みを定量化(ダイナミックディストーション値、およびダイナミックディストーションの強度)することができ、自動車などの移動体からガラスや樹脂等の透明体を透して外界を目視したときに生じる動的透視歪みに対して、従来よりも信頼性の高い評価を実施できる。また、設計精度の向上とともに製造工程へのフィードバックも容易になり、歩留りと品質の向上が図られ、無用な型製作や型修正によるロスコストが削減され、設計の自由度も広がる。従って、本発明は特に多品種少量生産の場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
図1:本発明の一実施の形態による透明体の動的透視歪みの評価方法の処理を示す流れ図である。
図2:図1に示す評価方法を実施するための評価システムを示す概略構成図である。
図3:評価モデルを示す構成図である。
図4:透明体を透して見た格子点位置のずれを求める計算手順を示す流れ図である。
図5:透明体を透して見た格子点位置のずれを求める手順を説明するための図である。
図6:評価モデルにより新たに構築された評価パターンを示す図である。
図7:格子間隔比を左右方向にわたって示したグラフである。
図8A:ダイナミックディストーション値の計算結果を示すグラフである。
図8B:官能評価試験により動的透視歪みの測定結果を示すグラフである。
図9:透明体のダイナミックディストーション値とダイナミックディストーションの強度の関係を示すグラフである。
Claims (12)
- コンピュータが実行する透明体の動的透視歪み評価方法であって、前記コンピュータが、
所定の屈折率を有する透明体の三次元曲面形状モデルを生成するステップと、
この三次元曲面形状モデルの一方の側にアイポイントを設定し、前記三次元曲面形状モデルの他方の側に複数の評価ポイントを有した縦横に規則的に配列する仮想評価パターンを設定するステップと、
前記アイポイントから前記透明体を介して前記仮想評価パターンを目視したと仮定したときの仮想光線の前記透明体の屈折による光路を求めることによって前記評価ポイントの像である透視評価ポイントを抽出し、隣接する前記透視評価ポイント同士の間隔値を求めるステップと、
これらの間隔値のうちの任意の一つを基準値に設定するステップと、
この基準値に対する前記各間隔値の比を求めることにより、前記透明体の動的透視歪みを評価するステップと、
を実行することを特徴とする透明体の動的透視歪み評価方法。 - 前記コンピュータが、前記基準値に対する前記各間隔値の比の変化率に基づいて、前記透明体の動的透視歪みを評価する、請求の範囲1に記載の透明体の動的透視歪みの評価方法。
- 前記コンピュータが、前記間隔値うちの最小値を前記基準値として選択し、この最小値に対する前記各間隔値の比のうちの最大値に基づいて、前記透明体の動的透視歪みを評価する、請求の範囲1または2に記載の透明体の動的透視歪みの評価方法。
- 前記仮想評価パターンは、直交格子パターンである、請求の範囲1〜3の何れか一項に記載の透明体の動的透視歪みの評価方法。
- 前記透明体は、ガラス板および樹脂板から選択される少なくとも一つである、請求の範囲1〜4の何れか一項に記載の透明体の動的透視歪みの評価方法。
- 前記透明体の三次元曲面形状モデルを透過して見える像をアニメーション表示する、請求の範囲1〜5の何れか一項に記載の透明体の動的透視歪みの評価方法。
- コンピュータが実行する透明体の三次元形状設計支援方法であって、前記コンピュータが、
所定の屈折率を有する透明体の三次元曲面形状モデルを生成するステップと、
この三次元曲面形状モデルの一方の側にアイポイントを設定し、前記三次元曲面形状モデルの他方の側に複数の評価ポイントを有した縦横に規則的に配列する仮想評価パターンを設定するステップと、
前記アイポイントから前記透明体を介して前記仮想評価パターンを目視したと仮定したときの仮想光線の前記透明体の屈折による光路を求めることによって前記評価ポイントの像である透視評価ポイントを抽出し、隣接する前記透視評価ポイント同士の間隔値を求めるステップと、
これらの間隔値のうちの任意の一つを基準値に設定するステップと、
この基準値に対する前記各間隔値の比を求めることにより、前記透明体の動的透視歪みを評価するステップと、
前記評価に応じて前記透明体の三次元曲面形状モデルを修正するステップと、
を実行することを特徴とする透明体の三次元形状設計支援方法。 - 前記コンピュータが、前記基準値に対する前記各間隔値の比の変化率に基づいて、前記透明体の動的透視歪みを評価する、請求の範囲7に記載の透明体の三次元形状設計支援方法。
- 前記コンピュータが、前記間隔値うちの最小値を前記基準値として選択し、この最小値に対する前記各間隔値の比のうちの最大値に基づいて、前記透明体の動的透視歪みを評価する、請求の範囲7または8に記載の透明体の三次元形状設計支援方法。
- 前記仮想評価パターンは、直交格子パターンである、請求の範囲7〜9の何れか一項に記載の透明体の三次元形状設計支援方法。
- 前記透明体は、ガラス板および樹脂板から選択される少なくとも一つである、請求の範囲7〜10の何れか一項に記載の透明体の三次元形状設計支援方法。
- 前記コンピュータが、前記透明体の三次元曲面形状モデルを透過して見える像をアニメーション表示する、請求の範囲7〜11の何れか一項に記載の透明体の三次元形状設計支援方法。
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