JP4790580B2

JP4790580B2 - モデル作成装置、モデル作成方法、およびモデル作成プログラム

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Publication number: JP4790580B2
Application number: JP2006333600A
Authority: JP
Inventors: 力金剛; 誠小野寺; 喜充廣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP2008146399A

Description

本発明は、モデル作成装置、モデル作成方法、およびモデル作成プログラムに関し、具体的には、計算機を用いた数値解析により物理現象を数値的に模擬するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）システムにおける、形状モデル作成の技術に関する。

製品開発工程においてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を活用することで、開発コストの低減、設計開発期間の短縮が図られている。特に３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成した形状データから直接解析モデルを作成し、その解析モデルに対して解析を行い、解析結果を評価するといった状況には有効である。前記解析結果の評価に際しては、例えば形状データ（が示すモデル構造）に対し外部から力がかかったときに、前記形状データがその力によって変形することをシミュレーションによって確認する。これにより、形状データが示す強度を確認し、強度不十分で修正が必要な形状データを特定できる。

一方、解析モデルの形状データを修正する際には、３次元ＣＡＤにより、解析結果を反映し所定仕様を満たす形状データへと修正を行い、ここで修正した形状データに対して再度解析を行うこととなる。この反復的な形状データの作成手法により、製品信頼性の向上や設計開発時間の短縮を図るという設計プロセスが定着しつつある。こうした技術については特許文献１および特許文献２に開示がある。

また近年においては、形状データを修正するときに３次元ＣＡＤでの作業ステップに戻らずに、修正前の解析モデルの節点を移動させることで、修正後の解析モデルを作成するモーフィング技術が提案されている。３次元ＣＡＤでの作業に戻らずに解析モデルを作成できるので、解析メッシュの作成や境界条件の設定等のプロセスを行う必要がなくなることとなる。こうした技術については特許文献３に開示がある。
特開平３−７００８３号公報特開２００１−２９７１１８号公報特開２００３−１０８６０９号公報

前記のようにＣＡＥには、解析モデル作成時の作業負担軽減が求められるといった課題がある。このような課題に対して、特許文献３等に示す従来技術は、修正前解析モデルに対して基準点の移動による拡大縮小などの変形処理を行うことにより、修正後解析モデルを作成し、対応することとなっている。しかしながらこうした従来技術においては、修正前解析モデルに対して、特徴形状を追加するための技術が提案されていない。そのため、修正前解析モデルに特徴形状の追加を行う際には、従来通り３次元ＣＡＤでの作業ステップに処理を戻してから手作業で追加する形状の外形を作成する必要があった。すなわち、作業者等に作業負担がやはりかかってしまい、処理時間等も増大するという問題があったのである。

そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、修正前解析モデルに対して簡便に特徴形状を追加して、修正後解析モデルの効率的な作成作業を可能とする技術の提供を主たる目的とする。

上記課題を解決する本発明のモデル作成装置は、数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行う装置であって、予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する、特徴形状抽出部と、前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる座標指定受付部と、前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する追加処理部と、前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する、メッシュ演算部と、前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する、出力処理部と、を備える。

また、本発明のモデル作成装置において、前記特徴形状抽出部は、前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータにおける、所定節点の移動処理に応じた修正指示を入力インターフェイスより受け付けて、当該修正指示に応じたメッシュ節点の移動処理を実行することで前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを修正し、当該修正したメッシュモデルデータを特徴形状モデルデータとしてメモリに格納するものである、としてもよい。これによれば、メッシュデータにおける節点移動処理による特徴形状モデルの修正作業を、本発明のモデル作成方法に取り込むことが可能となる。

また、本発明のモデル作成装置は、前記メモリより修正後解析モデルデータを読み出して、この修正後解析モデルデータの示す修正後解析モデルに対する数値解析処理を実行し、その処理結果を出力インターフェイスに出力する解析実行部を有するとしてもよい。これによれば、効率的に作成された修正後解析モデルを数値解析対象として利用することで、数値解析処理自体の効率を向上できる。

また、本発明のモデル作成装置において、前記特徴形状抽出部は、参照解析モデルを構成する各表面要素から幾何特徴を抽出し、前記参照解析モデルを、前記幾何特徴で特定される表面要素の集合体として、出力インターフェイスに表示処理すると共に、入力インターフェイスを介して前記幾何特徴の指定または幾何特徴で特定される表面要素の指定を受け付けて、当該指定により特定される表面要素の集合体を特徴形状モデルとするものである、としてもよい。これによれば、ユーザとして、特徴形状を指定する作業が容易となり、作業の迅速化、正確化がより図られることとなる。

また、本発明のモデル作成方法は、数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行うコンピュータシステムが、予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する処理と、前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる処理と、前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する処理と、前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する処理と、前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する処理と、を実行することを特徴とする。

また、本発明のモデル作成プログラムは、数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行うコンピュータに、予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する処理と、前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる処理と、前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する処理と、前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する処理と、前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する処理と、を実行させることを特徴とする。

なお、特徴形状モデルにおける幾何特徴を抽出するための特徴認識技術としては、「メッシュモーフィングシステムの開発：日本応用数理学会２００６年度年会講演予稿集P38-P39」などに記載されている既存技術を採用すればよい。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、修正前解析モデルに対して簡便に特徴形状を追加して、修正後解析モデルの効率的な作成作業が可能となる。

−−−システム構成−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態におけるモデル作成装置の構成図である。本実施形態におけるモデル作成装置１００は、例えば、応力負荷に対する耐力等をシミュレーションする数値解析処理において、その解析対象となる形状モデルを作成処理する装置を想定する。

前記モデル作成装置１００は、本発明のモデル作成方法を実行する機能を実現すべく書き換え可能メモリなどのプログラムデータベース１０１に格納されたプログラム１０２をメモリ１０３に読み出し、演算装置たるＣＰＵ１０４により実行する。また、前記モデル作成装置１００は、コンピュータ装置が一般に備えている各種キーボードやボタン類といった入力インターフェイス１０５や、ディスプレイなどの出力インターフェイス１０６、ならびにユーザ等が使用する外部端末２００との間のデータ授受を担う通信装置１０７などを有している。モデル作成装置１００は、前記通信装置１０７により、前記外部端末２００と例えばインターネットやＬＡＮ、シリアル・インターフェース通信線などのネットワーク１４０を介して接続しデータ授受を実行する。

続いて、前記モデル作成装置１００が例えばプログラム１０２に基づき構成・保持する機能部につき説明を行う。前記モデル作成装置１００は、数値解析対象たる修正前解析モデル（原モデル）に対して追加する特徴形状モデルのデータを、ユーザ指定の参照解析モデルデータの示す形状より抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリ１０３に格納する、特徴形状抽出部１１０を備える。ここで、前記原モデルを修正前解析モデルと記載したが、これは修正後解析モデルとの対比に於いて「修正前」と記した。よって、本実施形態においては、前記原モデルを修正前解析モデルと記載することとする。

なお、前記特徴形状抽出部１１０は、前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータにおける、所定節点の移動処理に応じた修正指示を入力インターフェイス１０５より受け付けて、当該修正指示に応じたメッシュ節点の移動処理を実行することで前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを修正し、当該修正したメッシュモデルデータを特徴形状モデルデータとしてメモリ１０３に格納するものである、としてもよい。

また、前記特徴形状抽出部１１０は、参照解析モデルを構成する各表面要素から幾何特徴を抽出し、前記参照解析モデルを、前記幾何特徴で特定される表面要素の集合体として、出力インターフェイスに表示処理すると共に、入力インターフェイス１０５を介して前記幾何特徴の指定または幾何特徴で特定される表面要素の指定を受け付けて、当該指定により特定される表面要素の集合体を特徴形状モデルとするものである、としてもよい。

また、前記モデル作成装置１００は、前記修正前解析モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置の座標指定を入力インターフェイス１０５から受け付けて、この座標情報をメモリ１０３に格納する座標指定受付部１１１を備える。

また、前記モデル作成装置１００は、前記メモリ１０３より前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記修正前解析モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリ１０３に格納する追加処理部１１２を備える。

また、前記モデル作成装置１００は、前記メモリ１０３より前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記修正前解析モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリ１０３に格納する、メッシュ演算部１１３を備える。

また、前記モデル作成装置１００は、前記メモリ１０３より前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイス１０６に出力処理する、出力処理部１１４を備える。

また、前記モデル作成装置１００は、前記メモリ１０３より修正後解析モデルデータを読み出して、この修正後解析モデルデータの示す修正後解析モデルに対する数値解析処理を実行し、その処理結果を出力インターフェイス１０６に出力する解析実行部１１５を備えるとしてもよい。

また、前記モデル作成装置１００は、新たに作成しようとする解析モデルの基になる、つまり原モデルたる修正前解析モデルの入力を入力インターフェイス１０５を介して受け付けて、ここで受け付けたモデルのデータを修正前解析モデルデータとしてメモリ１０３に登録する、修正前解析モデル入力部１１６を備えるとしてもよい。

また同様に、前記モデル作成装置１００は、前記修正前解析モデルに追加する特徴形状を有する解析モデルデータの指定を入力インターフェイス１０５を介して受け付けて、ここで受け付けた解析モデルデータを参照解析モデルデータとしてメモリ１０３に登録する、参照解析モデル指定部１１７を備えるとしてもよい。

なお、これまで示したモデル作成装置１００における各機能部１１０〜１１７は、ハードウェアとして実現してもよいし、メモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの適宜な記憶装置に格納したプログラムとして実現するとしてもよい。この場合、前記ＣＰＵ１０４がプログラム実行に合わせて記憶装置より該当プログラムをメモリ１０３に読み出して、これを実行することとなる。

また、前記ネットワーク１４０に関しては、インターネット、ＬＡＮの他、ＡＴＭ回線や専用回線、ＷＡＮ（Wide Area Network）、電灯線ネットワーク、無線ネットワーク、公衆回線網、携帯電話網、シリアル・インターフェース通信線など様々なネットワークを採用することも出来る。また、ＶＰＮ（Virtual Private Network）など仮想専用ネットワーク技術を用いれば、インターネットを採用した際にセキュリティ性を高めた通信が確立され好適である。なお、前記シリアル・インターフェイスは、単一の信号線を用いて１ビットずつ順次データを送るシリアル伝送で、外部機器と接続するためのインターフェースを指し、通信方式としてはRS-232C、RS-422、IrDA、USB、IEEE1394、ファイバ・チャネルなどが想定できる。

−−−データベース構造例−−−
次に、本実施形態におけるモデル作成装置１００が利用するデータベースの構造について説明する。図２は本実施形態におけるデータベースのデータ構造例を示す図である。同図２（ａ）に示す修正前解析モデルデータベース１２５は、修正前解析モデルデータを格納するデータベースである。ここで、前記修正前解析モデルデータの格納先としてメモリ１０３をあげていたが、格納先として修正前解析モデルデータベース１２５を想定するとできる。この場合、前記修正前解析モデルデータはメモリ１０３に一旦格納された後、このメモリ１０３から修正前解析モデルデータベース１２５に格納される。こうした修正前解析モデルデータベース１２５は、例えば、修正前解析モデルＩＤをキーとして、ユーザＩＤ、修正前解析モデルのデータファイル３００を関連づけたレコードの集合体となっている。

また、参照解析モデルデータの格納先としてメモリ１０３をあげていたが、格納先として参照解析モデルデータベース１２６を想定するとできる。この場合、前記参照解析モデルデータはメモリ１０３に一旦格納された後、このメモリ１０３から参照解析モデルデータベース１２６に格納される。こうした参照解析モデルデータベース１２６は、例えば、図２（ｂ）に示すように、参照解析モデルＩＤをキーとして、ユーザＩＤ、参照解析モデルのデータファイル４００、特徴形状モデルの追加対象となる修正前解析モデルのファイル名を関連づけたレコードの集合体となっている。

また、特徴形状モデルデータの格納先としてメモリ１０３をあげていたが、格納先として特徴形状モデルデータベース１２７を想定するとできる。この場合、前記特徴形状モデルデータはメモリ１０３に一旦格納された後、このメモリ１０３から特徴形状モデルデータベース１２７に格納される。こうした特徴形状モデルデータベース１２７は、例えば、図２（ｃ）に示すように、特徴形状モデルＩＤをキーとして、ユーザＩＤ、特徴形状モデルのデータファイル５００、参照解析モデルデータのファイル名、特徴形状モデルの追加対象となる修正前解析モデルのファイル名を関連づけたレコードの集合体となっている。

また、修正後解析モデルデータの格納先としてメモリ１０３をあげていたが、格納先として修正後解析モデルデータベース１２８を想定するとできる。この場合、前記修正後解析モデルデータはメモリ１０３に一旦格納された後、このメモリ１０３から修正後解析モデルデータベース１２８に格納される。こうした修正後解析モデルデータベース１２８は、例えば、図２（ｄ）に示すように、修正後解析モデルＩＤをキーとして、ユーザＩＤ、修正後解析モデルのデータファイル６００、特徴形状モデルの追加対象となる修正前解析モデルのファイル名、を関連づけたレコードの集合体となっている。

−−−処理フロー例１−−−
以下、本実施形態におけるモデル作成方法の実際手順について、図に基づき説明する。なお、以下で説明するモデル作成方法に対応する各種動作は、前記モデル作成装置１００がメモリ１０３に読み出して実行するプログラム１０２によって実現される。そして、このプログラム１０２は、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。

図３は、本実施形態のモデル作成方法の処理手順例を示す図である。本実施形態のモデル作成装置１００において、前記修正前解析モデル入力部１１６は、新たに作成しようとする解析モデルの基になる、つまり原モデルたる修正前解析モデルの入力を入力インターフェイス１０５を介して受け付けて、ここで受け付けたモデルのデータを修正前解析モデルデータとして修正前解析モデルデータベース１２５に登録する（Ｓ１００）。

図４は、前記修正前解析モデル入力部１１６による修正前解析モデル入力処理に際して出力インターフェイス１０６にて表示される操作画面２の例を示す。この操作画面２には、修正前解析モデルデータフィールド２０１、実行ボタン２０２、キャンセルボタン２０３が設けられている。この操作画面２においてユーザは、前記外部端末２００ないし入力インターフェイス１０５により修正前解析モデルデータフィールド２０１に対し、修正前解析モデルデータ３００のファイル名を入力することとなる。モデル作成装置１００ではこの入力動作を受け付けると共に、前記実行ボタン２０２が押下されたことを認識すると、修正前解析モデルデータフィールド２０１に入力されたファイル名に対応するファイルを、例えば適宜な記憶装置（モデル作成装置１００が備えるもので、修正前解析モデルとなりうるデータを格納しているハードディスクドライブなど）ないしは記憶媒体読取り装置を通じた記憶媒体（例：モデル作成者等が所持するもの）より読み出し、修正前解析モデルデータ３００として修正前解析モデルデータベース１２５に登録する。他方、前記操作画面２においてキャンセルボタン２０３が押下された場合は、修正前解析モデルデータフィールド２０１に入力されたファイル名を処理対象から解除する。

次に、前記モデル作成装置１００の参照解析モデル指定部１１７は、前記修正前解析モデルに追加する特徴形状を有する解析モデルデータの指定を入力インターフェイス１０５を介して受け付けて、ここで受け付けた解析モデルデータを参照解析モデルデータ３００として参照解析モデルデータベース１２６に登録する（Ｓ１０１）。

図５は、前記参照解析モデル指定部１１７による参照解析モデル入力処理に際して表示される操作画面３の例を示す。前記操作画面３には、参照解析モデルデータフィールド３０１、実行ボタン３０２、キャンセルボタン３０３が設けられている。この操作画面３においてユーザは、まず外部端末２００ないしは入力インターフェイス１０５により、参照解析モデルデータフィールド３０１に参照解析モデルデータ４００のファイル名を入力することとなる。モデル作成装置１００ではこの入力動作を受け付けると共に、前記実行ボタン３０２の押下を認識すると、前記参照解析モデルデータフィールド３０１に入力されたファイル名に対応するファイルを、例えば適宜な記憶装置（モデル作成装置１００が備えるもので、参照解析モデルとなりうるデータを格納しているハードディスクドライブなど）ないしは記憶媒体読取り装置を通じた記憶媒体（例：モデル作成者等が所持するもの）より読み出し、参照解析モデルデータ４００として参照解析モデルデータベース１２６に登録する。他方、前記操作画面３においてキャンセルボタン３０３が押下された場合、参照解析モデルデータフィールド３０１に入力されたファイル名を処理対象から解除する。

次に、前記モデル作成装置１００の特徴形状抽出部１１０は、数値解析対象たる修正前解析モデル（原モデル）に対して追加する特徴形状モデルのデータを、ユーザ指定の参照解析モデルデータ４００の示す形状より抽出して、特徴形状モデルデータ５００として特徴形状モデルデータベース１２７に格納する（Ｓ１０２）。

なお、本実施形態における前記特徴形状抽出部１１０は、参照解析モデルを構成する各表面要素から幾何特徴を抽出し、前記参照解析モデルを、前記幾何特徴で特定される表面要素の集合体として、出力インターフェイス１０６に表示処理すると共に、入力インターフェイス１０５を介して前記幾何特徴の指定または幾何特徴で特定される表面要素の指定を受け付けて、当該指定により特定される表面要素の集合体を特徴形状モデルとするものを想定できる。

図６は、特徴形状抽出部１１０による特徴形状抽出に際して表示される操作画面４の例を示す。特徴形状抽出部１１０は、この操作画面４において、参照解析モデルデータ４００に関する特徴形状の指定指示を受け付けることで特徴形状モデルデータ５００を特定し、これを特徴形状モデルデータベース１２７に登録することとなる。

この操作画面４が備える幾何面認識実行ボタン４０１は、抽出する特徴形状を構成する表面要素の指定を容易にするための機能に対応したインターフェイスである。当該幾何面認識実行ボタン４０１が押下されると、前記特徴形状抽出部１１０は幾何面認識処理を実行する。この幾何面認識処理の実行により、参照解析モデルデータ４００の表面要素が、平面、円筒面、円錐面、球面および自由曲面の幾何グループ（幾何特徴）に分類される。幾何認識処理の詳細については、後述する。

前記操作画面４において、抽出すべき特徴形状を構成する表面要素または幾何グループをユーザが選択すると、特徴形状抽出部１１０は、特徴形状構成要素リストフィールド４０２にて、選択された表面要素に属する節点番号または、幾何グループに属する節点番号をリスト表示する。また、前記操作画面４において実行ボタン４０３が押下されると、前記特徴形状抽出部１１０は、特徴形状構成要素リストフィールド４０２に表示されている節点番号で囲まれた表面要素を、前記参照解析モデルデータ４００から取り出す。取り出した表面要素と他形状との隣接部分については、隣接部分の幾何形状に応じて形状を整えるものとする。他形状と隣接する要素を削除し、隣接部分の幾何が平面であれば、その平面と削除した要素で囲まれる領域に対してメッシュを再作成する。特徴形状抽出部１１０は、このように要素の形状を整えたものを特徴形状モデルデータ５００として特徴形状モデルデータベース１２７に登録する。

図７では、前記幾何面認識処理によって分類された表面要素の例を示す。この例での参照解析モデルデータ４００の例として、図示するように、５つのリブで補強されたＬ字型の平板体であるモデル５０１を想定する。前記操作画面４において幾何面認識実行ボタン４０１が押されると、特徴形状抽出部１１０は幾何面認識処理を実行し、モデル５０１を、太線で囲まれた幾何グループ（表面要素）の集合体であるモデル５０２と認識する。

ここでユーザが、このモデル５０２を出力インターフェイス１０５上で認識し、モデル５０２を構成する表面要素を適宜選択することで、特徴形状の指定を行うものとする。例えば、そこでユーザが表面要素５０２−１のリブ形状を特徴形状として指定する場合には、表面要素５０２−２、表面要素５０２−３および表面要素５０２−４の幾何グループを選択する。この選択動作は、前記操作画面４においてマウスポインタ等を該当表面要素にあわせてクリックする動作を行うことで行われ、モデル作成装置１００がこれを認識するとできる。

こうしてユーザが特徴形状として表面要素を選択すると、特徴形状抽出部１１０は、特徴形状構成要素リストフィールド４０２において、ユーザが選択した幾何グループに属する節点番号（参照解析モデルデータ４００に含まれている。つまり参照解析モデルデータベース１２６に格納されていて、特徴形状抽出部１１０が読み出し可能）をリストとして表示するのである。

ここで前記実行ボタン４０３が押下されると、特徴形状抽出部１１０は、特徴形状構成要素リストフィールド４０２に表示されている節点番号で囲まれた表面要素群５０３を、前記モデル５０２（参照解析モデルデータ４００）より取り出す。この場合、互いに隣接する表面要素の幾何が平面で構成されているため、境界上にある要素を平面でカットすると特徴形状モデルデータ５００たる特徴形状モデル５０４が作成される。この特徴形状モデル５０４のデータは、前記特徴形状抽出部１１０が、特徴形状モデルデータベース１２７に登録する。

ここで図８を参照して、上記幾何面認識処理の動作詳細を説明する。ここで特徴形状抽出部１１０は、参照解析モデルデータ４００の各表面要素を幾何グループに分類するために、参照解析モデルデータ４００の表面要素のうち、幾何グループに属さない要素を取り出す（Ｓ１１）。また、ここで取り出した表面要素に属する節点および、隣接する節点の座標値を、平面、円筒面、球面、円錐の方程式に当てはめることで、その要素が属する幾何を特定する（Ｓ１２）。

前記節点の座標値（x,y,z）を当てはめる方程式としては、以下のようなものを想定できる。例えば、
（１）平面の方程式：ax + by + cz + d = 0
（２）２次曲面（円筒面、円錐面、球面）の方程式：
対称行列A、列ベクトルb 、スカラー値c、座標値Xとすると、
^ｔXAX＋２^ｔbX＋c＝０
などがあげられる。上記二次曲面の式の場合、行列Aの固有値をλ_１、λ_２、λ_３（λ_１≧λ_２≧λ_３）とすると、λ_１、λ_２、λ_３が正の値で同じ値の場合に球面となり、λ_１、λ_２が正の値で同じ値の場合は、λ_３が0であれば円筒面、λ_３が負の値であれば円錐面と判断できる。

上記のような幾何の特定処理によっても、どの幾何にも属さない表面要素がある場合は、前記特徴形状抽出部１１０は、この表面要素に自由曲面として幾何番号を付与する。また、隣接する表面要素に対しても、前記ステップＳ１２で特定した幾何に属するか、特定した幾何の方程式に節点の座標値を当てはめることで調べる。隣接する表面要素が同一幾何であったならば、同一の幾何番号をその表面要素に対して付与する（Ｓ１３）。こうした処理は、隣接する表面要素から同一の幾何がなくなるまで繰り返す（Ｓ１４）。

前記特徴形状抽出部１１０は、全ての表面要素に対して幾何番号が付与されているか調べ（Ｓ１５）、全ての表面要素に幾何番号が付与されていない場合には、幾何番号が付与されていない表面要素を取り出して（Ｓ１１）、ステップＳ１２からの操作を繰り返す。これにより、全ての表面要素がどの幾何に属するか分類することができる。

また、特徴形状モデルデータ５００に登録されたモデルデータを特開２００３−１０８６０９号公報に記載のモデル変更方法により、変更したモデルを特徴形状モデルデータ５００に登録することも可能である。つまり、前記特徴形状抽出部１１０は、前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータにおける、所定節点の移動処理に応じた修正指示を入力インターフェイス１０５より受け付けて、当該修正指示に応じたメッシュ節点の移動処理を実行することで前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを修正し、当該修正したメッシュモデルデータを特徴形状モデルデータとしてメモリ１０３に格納するものであるとしてもよい。

ここで図３のフローの説明に戻る。前記モデル作成装置１００の座標指定受付部１１１は、前記修正前解析モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置の座標指定を入力インターフェイス１０５から受け付けて、この座標情報をメモリ１０３に格納する（Ｓ１０３）。図９に、座標指定受付部１１１による位置指定処理の際に表示される操作画面７の例を示す。まずユーザは、前記操作画面７において、修正前解析モデルデータ３００における任意の座標を欄７０１に入力する。次にユーザは、欄７０１に入力された座標位置に一致させる、特徴形状モデルデータ５００における欄７０４に入力する。

次にユーザは、前記座標の位置において修正前解析モデルに特徴形状モデルを追加する際の、方向を合わせるために、方向ベクトルを欄７０２、７０３、７０５、７０６に入力する。欄７０２および欄７０３には、前記欄７０１に入力した座標からの２方向のベクトルを入力し、欄７０５および欄７０６には、欄７０４に入力された座標からの方向ベクトルで、欄７０２および欄７０３で指定されたベクトルに一致させる方向ベクトルを入力する。

ここで前記座標指定受付部１１は、欄７０４に入力された座標が欄７０１に一致するように特徴形状モデルの座標系を平行移動させる。次に、一致させた座標（欄７０１に入力された座標）から一致させる軸を決定する。これには、欄７０２および欄７０５で入力されたベクトルを一致させるために特徴形状モデルの座標系を欄７０２と欄７０５のベクトルの角度分、回転移動させる。おなじように欄７０３および欄７０５で入力されたベクトルを一致させるように、特徴形状モデルの座標系を回転移動させることで、修正前解析モデルと特徴形状モデルとの２つの座標系が完全に一致し、特徴形状モデルを修正前解析モデルへ追加処理する際の位置が決まるのである。

引き続き、図３のフローの説明に戻る。前記モデル作成装置１００の追加処理部１１２は、前記メモリ１０３より前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記修正前解析モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリ１０３に格納する（Ｓ１０４）。但し、本実施形態における例では、この追加処理部１１２の処理内容を、メッシュ演算部１１３が実行するものとしている。

そこで、前記メッシュ演算部１１３は、前記メモリ１０３より前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記修正前解析モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリ１０３に格納する（Ｓ１０５）。

前記メッシュ演算部１１３は、こうして、修正前解析モデルデータ３００に特徴形状モデルデータ５００を追加し、修正後解析モデルデータ６００を作成する。これにより、特徴形状モデルデータベース１２７に登録されている特徴形状モデルデータ５００が、修正前解析モデルデータ３００に追加された修正後解析モデルが作成される。作成された修正後解析モデルデータ６００は、修正後解析モデルデータベース１２８など適宜な記憶手段に登録される。

以下、図１０のフローチャートに沿って上記追加処理の詳細を説明する。まず、前記メッシュ演算部１１３は、座標指定受付部１１１が入力を受け付けた特徴形状モデルの位置（修正前解析モデルデータ３００に対する相対位置）を参照して、解析モデル間の位置合わせを行う（Ｓ２１）。そしてメッシュ演算部１１３は、修正前解析モデルと特徴形状モデルとで重複する干渉部分のメッシュを削除する（Ｓ２２）。さらにメッシュ演算部１１３は、ステップＳ２２でメッシュを削除した領域について、部分メッシュを再生成する（Ｓ２３）。このとき、表面境界のメッシュ形状は保持したままメッシュを再生成する。

そして、メッシュ演算部１１３は、ステップＳ２３で再生成した部分メッシュについて、表面要素面のマージ処理を行う（Ｓ２４）。このマージ処理は、メッシュ加減乗除をブーリアン型で演算することにより実現される。

なお、メッシュ演算部１１３は、メッシュ化演算により、解析モデル（修正前解析モデルおよび特徴形状モデル）からメッシュモデルを作成する。メッシュモデルは、３次元の形状モデルであり、その形状モデルが４面体（３角錐）を組み合わせることによって構成される。なお、メッシュ化演算は、例えば、文献（P.L.Geoge著、"Automatic mesh generator with specified boudary"、Compt.Meth. in Appl.Mesh.andEng.92,pp259-288）、または、文献（谷口健男著、"三次元凸体の四面体有限要素自動分割"、土木学会論文集I-16巻432号 pp137-144(1991)）に記載されている。

以上、図１０のフローチャートに沿って、修正前解析モデルへの特徴形状モデルの追加処理について説明した。なお、前記ステップＳ２４の結果、マージされたメッシュモデルは、例えば、シミュレーション処理への入力として活用することができる。すなわち、前記モデル作成装置１００の解析実行部１１５は、前記メモリ１０３より修正後解析モデルデータを読み出して、この修正後解析モデルデータの示す修正後解析モデルに対する数値解析処理（シミュレーション処理）を実行し、その処理結果を出力インターフェイス１０６に出力するとしてもよい。

ここでのシミュレーション処理は、例えば、形状データ（修正後解析モデル）に対して外部から力がかかったときに、形状データがその力によって変形することを確認する剛体シミュレーション、または、形状データに対して外部から風圧がかかったときに、その風圧が流れていく軌跡を確認する流体シミュレーションなどが挙げられる。それらのシミュレーションの演算は、例えば有限要素法によって実現される。また、モデル作成装置１００が利用可能な記憶装置７０に当該シミュレーションのアプリケーションプログラムが格納されていて、前記シミュレーション処理実行時に呼び出して利用するものとする。

なお、前記モデル作成装置１００の出力処理部１１４は、前記メモリ１０３より前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイス１０６に出力処理する（Ｓ１０６：図３）。

以上説明した図１０のフローチャートの処理について、具体例を説明する。図１１（ａ）は、特徴形状モデルとしてのリブを修正前解析モデルに追加処理する際の説明図である。この場合、修正前解析モデルデータ３００と、特徴形状モデルデータ５００の一例である追加したリブとの位置合わせが行われる（ａ１）。つぎに、修正前解析モデルと特徴形状モデルとにおける干渉部分のメッシュが削除される（ａ２）。さらに、削除された領域に部分メッシュが生成され、修正前解析モデルへの前記リブの追加処理が完了する（ａ３）。

本実施形態によれば、修正前解析モデルに対して簡便に特徴形状を追加して、修正後解析モデルの効率的な作成作業が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本実施形態におけるモデル作成装置の構成図である。本実施形態におけるデータベースのデータ構造例を示す図である。本実施形態のモデル作成方法の処理手順例を示す図である。本実施形態における修正前解析モデル入力処理に際して表示される操作画面の例を示す図である。本実施形態における参照解析モデル入力処理に際して表示される操作画面の例を示す図である。本実施形態における特徴形状抽出処理に際して表示される操作画面の例を示す図である。本実施形態における特徴形状抽出処理の例を示す説明図である。本実施形態における幾何認識処理の動作を示すフローチャートである。本実施形態における座標位置指定処理に際して表示される操作画面の例を示す図である。本実施形態におけるメッシュ演算の動作を示すフローチャートである。本実施形態におけるメッシュ演算の動作を示す説明図である。

符号の説明

１００モデル作成装置１０１プログラムデータベース
１０２プログラム１０３メモリ
１０４ＣＰＵ１０５入力インターフェイス
１０６出力インターフェイス１０７通信装置
１１０特徴形状抽出部１１１座標指定受付部
１１２追加処理部１１３メッシュ演算部
１１４出力処理部１１５解析実行部
１１６修正前解析モデル入力部１１７参照解析モデル指定部
１２５修正前解析モデルデータベース１２６参照解析モデルデータベース
１２７特徴形状モデルデータベース１２８修正後解析モデルデータベース
１４０ネットワーク２００外部端末
３００修正前解析モデルデータ４００参照解析モデルデータ
５００特徴形状モデルデータ６００修正後解析モデルデータ

Claims

数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行う装置であって、
予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する、特徴形状抽出部と、
前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる座標指定受付部と、
前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する追加処理部と、
前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する、メッシュ演算部と、
前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する、出力処理部と、
を備えるモデル作成装置。
前記特徴形状抽出部は、前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータにおける、所定節点の移動処理に応じた修正指示を入力インターフェイスより受け付けて、当該修正指示に応じたメッシュ節点の移動処理を実行することで前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを修正し、当該修正したメッシュモデルデータを特徴形状モデルデータとしてメモリに格納するものである、請求項１に記載のモデル作成装置。
前記メモリより修正後解析モデルデータを読み出して、この修正後解析モデルデータの示す修正後解析モデルに対する数値解析処理を実行し、その処理結果を出力インターフェイスに出力する解析実行部を有する請求項１に記載のモデル作成装置。
前記特徴形状抽出部は、参照解析モデルを構成する各表面要素から幾何特徴を抽出し、前記参照解析モデルを、前記幾何特徴で特定される表面要素の集合体として、出力インターフェイスに表示処理すると共に、入力インターフェイスを介して前記幾何特徴の指定または幾何特徴で特定される表面要素の指定を受け付けて、当該指定により特定される表面要素の集合体を特徴形状モデルとするものである、請求項１に記載のモデル作成装置。
数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行うコンピュータシステムが、
予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する処理と、
前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる処理と、
前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する処理と、
前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する処理と、
前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する処理と、
を実行するモデル作成方法。
数値解析対象となる形状モデルの作成処理を行うコンピュータに、
予め参照解析モデルとなりうる所定データを格納した記憶装置か、前記所定データを記憶した記憶媒体の読み取り装置より、ユーザ指定に応じた参照解析モデルデータを読み出し、該読み出した参照解析モデルデータの示す形状より、数値解析対象たる原モデルに対して追加する特徴形状モデルのデータを抽出して、特徴形状モデルデータとしてメモリに格納する処理と、
前記原モデルにおける前記特徴形状モデルの追加位置と前記特徴形状モデルにおける前記追加位置への対応位置の各座標、および前記各座標における前記原モデルと前記特徴形状モデルの方向ベクトルの指定を入力インターフェイスから受け付けて、前記座標および方向ベクトルの情報をメモリに格納し、前記情報に基づいて、前記特徴形状モデルでの対応位置の座標が前記追加位置の座標に一致し、かつ、当該一致した前記座標での特徴形状モデルの方向ベクトルが前記原モデルの方向ベクトルに一致するよう特徴形状モデルの移動および回転を行い、原モデルと特徴形状モデルの座標系を一致させる処理と、
前記メモリより前記座標情報を読み出し、前記座標情報に対応する位置において前記原モデルのメッシュモデルデータに前記特徴形状モデルのメッシュモデルデータを追加して、候補モデルデータを作成し、この候補モデルデータをメモリに格納する処理と、
前記メモリより前記候補モデルデータを読み出して、当該候補モデルデータにおいて前記原モデルと前記特徴形状モデルとの間で互いのメッシュモデルデータが重複する領域のメッシュを削除し、当該削除領域についての部分メッシュモデルデータを新たに作成し、当該部分メッシュモデルデータを前記候補モデルデータの前記削除領域に適用して、修正後解析モデルデータを作成し、この修正後解析モデルデータをメモリに格納する処理と、
前記メモリより前記修正後解析モデルのデータを読み出して、この修正後解析モデルデータを出力インターフェイスに出力処理する処理と、
を実行させるモデル作成プログラム。