JP5163210B2

JP5163210B2 - 設計支援装置

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Publication number: JP5163210B2
Application number: JP2008074002A
Authority: JP
Inventors: 嘉男神村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009230386A

Description

本発明は、部品の三次元形状をコンピュータ上で仮想的に表現して当該部品の設計を支援する設計支援装置に関する。

周知のとおり、自動車の運転席に座っている運転者は、フロントウィンドウなどの窓部材を通じて、車外環境を視認し、その視認結果に応じて車両の運転操作を行っている。ここで、通常、窓部材は、透明ガラスなどの透明材料から構成されており、運転者による車外環境の視認性が阻害されることは少ない。ただし、特殊環境、例えば、車内より車外のほうが暗くなる夜間やトンネルでは、窓部材が鏡のように作用し、車載部品、例えば、メータ文字盤などが窓部材に映り込む場合がある。こうした、車載部品の窓部材への映り込みは、外界環境の視認の邪魔になり、望ましくない。

従来、こうした映り込みを防止するために、試作車両を用いて車載部品の窓部材への映り込み状況の検討が行われていた。そして、車載部品の映り込みが原因で、外界環境の視認性が低下するような場合には、当該車載部品と窓部材との相対位置関係を再調整するなどの対策がとられていた。しかしながら、こうした試作車両を用いた検討は、試作車両を実際に製造する必要があり、コストの増加や、設計期間の長期化という問題を招いていた。

特開２００３−６２３８号公報特開２００４−１３０９１６号公報特開２００６−２９００８１号公報

そこで、一部では、ＣＡＭなどの解析装置を用いて、窓部材の光学特性（透視歪特性、視界特性、内面映込特性など）を解析する技術が提案されている（例えば特許文献１など）。しかし、こうした技術は、あくまで、窓部材の材料特性を解析しているに過ぎず、窓部材と、当該窓部材に映り込む車載部品と、の位置関係については何ら検討されていなかった。

また、偏光板や偏光フィルムを用いて、車載部品の像反射状況を調整し、窓部材への映り込みを防止する技術も考えられている（例えば、特許文献２，３など）。しかし、この場合、偏光板や偏光フィルムといった新たな部品が必要となり、コスト増加や製造の手間増加を招いていた。

そこで、本発明では、車載部品の窓部材への映り込み状況を、より簡易に検討でき得る設計支援装置を提供することを目的とする。

本発明の設計支援装置は、部品の三次元形状をコンピュータ上で仮想的に表現して当該部品の設計を支援する設計支援装置であって、窓部材の形状および配置を示す窓部材データと、運転者と窓部材との間に配される車載部品の形状および配置を示す車載部品データと、運転者の視点位置に関する情報を含む視点関連データと、を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたデータに基づいて、前記車載部品が窓部材へ映り込んだ映込像を表す映込データを算出する制御手段と、前記窓部材データ、車載部品データ、および、算出された映込データが示す三次元形状を仮想的に表示する表示手段と、を備え、前記制御手段は、前記視点関連データに基づいて、運転者の視点位置を算出し、前記車載部品の像光のうち、窓部材の表面で正反射して前記運転者の視点に到達する像光の光線経路を算出し、前記算出された光線経路に沿って、前記車載部品を前記窓部材の表面に投影した投影図形を映込データとして算出し、前記制御手段は、前記光線経路の算出を、前記窓部材の表面に複数の反射点を設定し、各反射点ごとに、前記視点位置から前記反射点を結ぶ直線である仮反射光線と、前記反射点を通って前記窓部材に垂直な垂線を対称軸として前記仮反射光線に対称な直線である仮入射光線と、を算出し、前記複数の反射点ごとに算出された仮入射光線のうち、前記車載部品に到達する仮入射光線と、前記到達する仮入射光線に対応する仮反射光線とを、前記光線経路として特定する、ことにより行う、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記制御手段は、運転者の右眼位置に相当する右視点位置と、左眼位置に相当する左視点位置と、をそれぞれ算出し、前記右視点に対応する映込データと、左視点に対応する映込データと、を算出する。

前記窓部材が、フロントウィンドウである場合、前記記憶手段は、さらに、前記フロントウィンドウの部分ごとの重要度の違いを示す領域図形を示す領域図形データを記憶し、前記表示手段は、前記映込データとともに前記領域図形データが示す三次元形状も仮想表示することが望ましい。

また、前記窓部材が、サイドウィンドウである場合、前記記憶手段は、さらに、サイドミラーの形状および配置を示すサイドミラーデータも記憶しており、前記制御手段は、さらに、サイドミラーを、運転者の視点に向かってサイドウィンドウに投影した像光範囲図形を示す像光範囲データも算出し、前記表示手段は、前記映込データとともに前記像光範囲データが示す三次元形状も仮想表示することが望ましい。

本発明によれば、車載部品が窓部材へ映り込んだ映込像を表す映込データが算出され、さらに、この映込データが示す形状が仮想表示される。その結果、試作車両を製造する必要はなく、映り込みの状態をより容易に確認することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である設計支援装置１０の概略構成図である。この設計支援装置１０は、ユーザの対話的操作に基づいて各部品の形状および配置を示すＣＡＤデータを生成するともに、当該ＣＡＤデータが示す三次元形状を表示画面上に仮想的に表示する装置である。換言すれば、この設計支援装置１０は、いわゆる、三次元ＣＡＤ装置である。

この設計支援装置１０の物理的構成は、一般的な計算機とほぼ同様である。すなわち、設計支援装置１０は、ＣＰＵなどからなる制御部１２と、ハードディスクやメモリなどからなる記憶部１４、ＬＣＤなどからなる表示部１６、キーボードやマウスなどからなる入力部１８、ＬＡＮカードなどからなる通信インターフェース部（通信Ｉ／Ｆ）２０などを備えている。記憶部１４には、ＣＡＤアプリケーションプログラム２２やＣＡＤデータファイル等の各種データファイル２４が記憶されている。ユーザからの指示に応じて、計算機の制御部１２が、ＣＡＤアプリケーションプログラムを起動させることで、当該計算機が設計支援装置１０として機能する。

また、設計支援装置１０は、通常の三次元ＣＡＤ装置と同様に、各種部品の設計（ＣＡＤデータ作成）を支援するために必要な各種機能を備えている。例えば、設計支援装置１０は、二次元図形（線分や円弧など）や三次元図形（ブロックや球体など）といった各種図形の描画機能や、描画された図形同士の接線や交点といった図形の自動描画機能などを備えている。かかる機能を用いて描画された図形の形状および配置は、複数の三次元座標値や、各座標値同士の関係を示す線データや面データ等から構成されるＣＡＤデータとして記憶部１４に記憶される。なお、上述したような機能は、いずれも、公知の技術で実現できるため、具体的処理手順等についての詳説は省略する。

本実施形態の設計支援装置１０は、上述した公知の機能の他に、車載部品３２の窓部材への映り込み状態を表す映込データの算出機能も備えている。より具体的には、映り込みの発生時に、窓部材に見える映込像を示す図形データを映込データとして算出している。

ここで、この映り込みの発生原理について図２を用いて簡単に説明する。図２は、映り込みの発生原理を示す図であり、図２（ａ）はフロントウィンドウ３０周辺の概略側面図であり、図２（ｂ）はフロントウィンドウ３０周辺の概略正面図である。なお、以下の説明では、車両の幅方向をｘ方向、前後方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向と呼ぶ。

周知のとおり、車両には、フロントウィンドウ３０やサイドウィンドウ（図２では図示せず）などの窓部材が搭載されている。これらの窓部材３０は、運転者による車外環境の視認を容易にするために、透明ガラスなどの透光性材料からなる。ただし、特定の環境、例えば、夜間やトンネル内などのように車外より車内のほうが明るい環境下では、この窓部材３０が、鏡のように作用する場合がある。そして、この場合、メータ文字盤やイントルメントパネルなどの車載部品３２の映込像２６が窓部材３０の表面に映り込む場合がある。この映り込みは、車載部品３２の像光が、窓部材３０の表面に当たって反射し、その反射光が運転者の視点Ｅ（眼）に入射することで生じる。

かかる映込像２６は、その発生位置によっては、運転者による車外環境の視認性に悪影響を与えることになる。例えば、映込像２６が、運転者の視点Ｅの真正面に位置する場合、運転者による外界環境の視認性が大幅に低下することになる。そのため、従来では、試作車両を用いて、車載部品３２の窓部材３０への映り込み状況を確認していた。そして、確認の結果、映込像２６が、視認性低下を招くような位置、例えば、運転者の視点Ｅの真正面などに発生する場合には、窓部材３０や車載部品３２の位置や形状を変更していた。

ここで、この従来の映り込み状態の確認は、非常に重要である一方で、試作車両を製造する必要があり、コストや設計期間の増加を招いていた。かかる問題を解決するために、本実施形態では、予め用意された窓部材３０や車載部品３２のＣＡＤデータ、および、運転者の視点位置に関するデータに基づいて映込データを算出し、当該映込データに基づいて、試作車両を用いることなく、映り込み状態の検討ができるようにしている。以下、この映込データの算出について詳説する。

はじめに、フロントウィンドウ３０への映り込みを例に挙げて、映込データの基本的な算出方法について図３を参照して説明する。図３は、映込データの算出の様子を示すイメージ図である。映込データを算出する場合、制御部１２は、フロントウィンドウ３０や車載部品３２の形状および配置を示すＣＡＤデータを読み込む。

また、制御部１２は、記憶部１４に記憶されている視点関連データも読み込み、当該視点関連データに基づいて、運転者の視点Ｅの座標値を算出する。ここで、この視点関連データの詳細な内容、および、視点座標値の具体的な内容については後に詳説する。また、実際には、右眼に相当する右視点および左眼に相当する左視点の二点が算出されるが、ここでは、説明の都合上、視点Ｅが一点のみとして説明する。

視点Ｅの座標値が算出できれば、続いて、制御部１２は、車載部品３２の像光のうち、フロントウィンドウ３０の表面で正反射して運転者の視点Ｅに到達する像光の光線経路を算出する。この光線経路は、車載部品３２の表面からフロントウィンドウ３０の表面に到達する入射光線Ｌ_inと、当該入射光線Ｌ_inがフロントウィンドウ３０の正面で反射して視点Ｅまで到達する反射光線Ｌ_refと、から構成される。ここで、正反射の場合は、入射角と反射角は等しくなる。したがって、当然ながら、入射光線Ｌ_inとフロントウィンドウ３０との成す角度αは、反射光線Ｌ_refとフロントウィンドウ３０の成す角度βと等しい。制御部１２は、このα＝βという条件を満たす入射光線Ｌ_inと反射光線Ｌ_refとを算出する。

具体的な入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refの算出手順としては、いくつかの手順が考えられるが、本実施形態では、次の手順で算出している。すなわち、制御部１２は、視点Ｅの座標値が算出できれば、続いて、フロントウィンドウ３０の表面に均等に配置される反射点Ｒを複数設定する。この反射点Ｒは、入射光線Ｌ_inが反射する点を意味する。反射点Ｒが設定できれば、続いて、視点Ｅと、一つの反射点Ｒと、を結ぶ直線を、仮反射光線Ｌ_ref ^*として算出する。続いて、当該一つの反射点Ｒを通ってフロントウィンドウ３０に垂直な垂線Ｌ_vを算出する。そして、この垂線Ｌ_vを対象軸として、仮反射光線Ｌ_ref ^*に対称な直線を仮入射光線Ｌ_in ^*として算出する。この仮入射光線Ｌ_in ^*が、車載部品３２に到達する場合には、当該仮入射光線Ｌ_in ^*および仮反射光線Ｌ_ref ^*を、正式な入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refとする。一方、仮入射光線Ｌ_in ^*が、車載部品３２に到達しない場合には、当該光線経路に沿った映り込みは発生しないと判断し、算出された仮入射光線Ｌ_in ^*および仮反射光線Ｌ_ref ^*を破棄する。そして、次の、反射点Ｒについて、同様の手順を繰り返す。

このような手順に従って、入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refの組が一組以上、算出できれば、続いて、制御部１２は、算出された入射光線Ｌ_inに沿って、車載部品３２をフロントウィンドウ３０の表面に投影した投影図形を算出する。この投影図形が、フロントウィンドウ３０に映り込んだ映込像２６に相当するものであり、当該投影図形を示す図形データが、映込データとなる。

なお、図３では、説明を簡単にするために、入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refを一組だけ図示しているが、より正確な映込データ算出のためには、複数組の入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refを得ることが望ましい。そこで、入射光線Ｌ_inおよび反射光線Ｌ_refが一組以上、見つかった場合には、図４に図示するように、当該反射光線Ｌ_refに対して僅かに角度をずらした新たな反射光線Ｌ_ref、および、この新たに作成された反射光線Ｌ_refに対応する入射光線Ｌ_inを複数算出することが望ましい。そして、この算出された複数の入射光線Ｌ_inに従って、車載部品３２の部分ごとに投影方向を異ならせることが望ましい。具体的には、図４において部分Ｐ₁については、第一入射光線Ｌ_in1の方向に投影し、部分Ｐ₂については第二入射光線Ｌ_in2の方向に投影することが望ましい。

以上の手順で算出された映込データが示す図形は、フロントウィンドウＣＡＤデータや車載部品ＣＡＤデータが示す図形とともに、表示部１６に仮想表示される。設計者は、この仮想表示された図形を目視で確認することで、試作車両を製造しなくても、映込状況を確認することができる。

ところで、上述の説明では、理解を容易にするために、視点Ｅを一点のみとしている。しかし、本実施形態では、実際には、複数の視点Ｅを算出している。これについて図５を参照して説明する。図５は、視点Ｅの座標算出の様子を示すイメージ図である。

既述したとおり、本実施形態では、視点位置に関連する視点関連データに基づいて視点Ｅの座標値を算出している。この視点関連データには、９９％アイレンジ３４の形状および配置を示す９９％アイレンジＣＡＤデータと、右眼と左眼との距離（眼間距離）を示す眼間距離データと、が含まれている。９９％アイレンジ３４とは、全運転者のうち９９％の運転者の視点位置（より正確には両目の中間点である眼間中間点の位置）のバラつき範囲を示す図形である。より具体的には、９９％アイレンジ３４は、ｙｚ平面に配される楕円図形で、９９％の運転者の眉間位置（左眼と右眼の中間点）を包絡するような大きさを備えている。この９９％アイレンジＣＡＤデータは、多数の運転者の視点位置（あるいは眉間位置）を実測した結果に基づいて予め作成され、記憶部１４に記憶されている。また、眼間距離データも、多数の運転者の視点位置、特に、右眼と左眼との距離を実測した結果に基づいて予め作成され、記憶部１４に記憶されている。

視点Ｅの座標値を算出する場合、制御部１２は、フロントウィンドウ３０や車載部品３２のＣＡＤデータとともに、この９９％アイレンジＣＡＤデータも読み込む。続いて、制御部１２は、読み込んだ９９％アイレンジ３４を、予め規定されたオフセット分だけ、外側にオフセットしたオフセットアイレンジ３６を算出する。ここで、オフセットアイレンジ３６を算出するのは、視点（眉間位置）のバラツキ範囲を広げ、より多様な状況に対応するためである。

オフセットアイレンジ３６が算出できれば、続いて、制御部１２は、当該オフセットアイレンジ３６の線上で、最も高い点である最上点Ｐ_mを求める。ここで、最上点Ｐ_mを求めるのは、フロントウィンドウ３０の場合、視点位置が高いほど、映り込みに起因する視認性の低下が発生しやすいからである。最上点Ｐ_mが算出できれば、当該最上点Ｐ_mを、予め記憶されている眼間距離に応じて、左右（ｘ方向プラス側およびマイナス側）にオフセットした点の座標値を、それぞれ、左眼に相当する左視点Ｅ_lおよび右眼に相当する右視点Ｅ_rの座標値として算出する。

右視点Ｅ_rおよび左視点Ｅ_lの座標値が算出できれば、上述した手順に従って、各視点Ｅ_r，Ｅ_lごとに対応する映込像２６を算出する。したがって、最終的には、右視点Ｅ_rに対応する右映込像と、左視点Ｅ_l対応する左映込像が算出されることになる。

そして、最終的には、図６に図示するように、フロントウィンドウＣＡＤデータや車載部品ＣＡＤデータが示す図形とともに、左映込像２６_lおよび右映込像２６_rが表示されることになる。なお、ここで説明した視点Ｅの算出方法は、一例であり、適宜、他の手順で視点Ｅを算出するようにしてもよい。例えば、視点Ｅの座標値を、設計者が、キーボードなどを介して入力するようにしてもよい。

ところで、同じフロントウィンドウ３０の領域内であっても、外界環境を視認する際の重要度は、その部分によって異なる。例えば、運転者視点のほぼ真正面に位置する部分は、外界環境の視認に当たって非常に重要な部分といえる。一方で、フロントウィンドウ３０の上端近傍や下端近傍は、外界環境の視認に与える影響は低い部分といえる。そこで、映込像２６を表示する場合には、こうしたフロントウィンドウ３０の部分ごとの重要度の違いを示す領域図形も同時に表示することが望ましい。重要度の違いを示す領域図形としては、様々な態様が考えられるが、例えば、図６において一点鎖線で図示するように、重要度の違いに応じてフロントウィンドウ３０を区分けする区分け線を領域図形としてもよい。また、図６に図示するように、重要度の違いに応じて色や色の濃度を異ならせるようにしてもよい。いずれにしても、重要度の違いを示す領域図形を表示することで、設計者は、映込状態の良否を容易に判断することが出来る。そして、映込像２６が、重要度の高い領域に発生している場合には、フロントウィンドウ３０や車載部品３２の位置や形状を変更すればよい。

次に、サイドウィンドウ４０に対応する映込データの算出について説明する。図７は、サイドウィンドウ４０周辺の概略上面図であり、サイドウィンドウ４０への映り込みの様子を示している。

サイドウィンドウ４０への映り込みの発生原理は、フロントウィンドウ３０への映り込みの発生原理と同じである。すなわち、車載部品３２の像光が、サイドウィンドウ４０に当たって正反射し、その反射光が運転者の視点に到達すると、車載部品３２の映込像２６がサイドウィンドウ４０上に写って見えることになる。このサイドウィンドウ４０に現れる映込像２６は、その発生位置によっては、運転者による車両の側方環境の視認に悪影響を与える場合がある。

すなわち、周知のとおり、サイドウィンドウ４０の前方外側には、サイドミラー４２が設けられている。運転者は、このサイドミラー４２に映った像を、サイドウィンドウ４０を通して視認することで、車両の側方環境を視認している。このサイドミラー４２からの像光と、サイドウィンドウ４０に映り込んだ映込像２６と、が重複すると、側方環境の視認性が低下することになる。

そこで、本実施形態では、このサイドウィンドウ４０への映込像２６を示すデータも映込データとして算出するようにしている。このサイドウィンドウ４０に対応する映込データの算出方法は、フロントウィンドウ３０に対応する映込データの算出方法と、ほぼ同じであるが、視点Ｅの座標値の算出手順が若干異なる。また、サイドウィンドウ４０に対応する映込データとともに、本実施形態では、サイドミラー４２の像光範囲を示す像光範囲データも算出する。以下では、こうしたフロントウィンドウ３０との相違点を中心にサイドウィンドウ４０に対応する映込データの算出方法について詳説する。

サイドウィンドウ４０に対応する映込データを算出する場合は、フロントウィンドウ３０の場合と同様に、まず、サイドウィンドウ４０、サイドミラー４２、車載部品３２のＣＡＤデータを読み込む。また、９９％アイレンジＣＡＤデータを含む視点関連データを読み込み、当該データに基づいて視点Ｅの座標値を算出する。この視点Ｅの座標値算出について図８を参照して説明する。

サイドウィンドウ４０の映込像２６を算出する場合には、フロントウィンドウ３０の場合と同様に、９９％アイレンジＣＡＤデータを読み込み、その後、９９％アイレンジ３４を外側にオフセットしたオフセットアイレンジ３６を算出する。続いて、楕円形である９９％アイレンジ３４の短軸５０とオフセットアイレンジ３６との交点を上視点Ｅ_tおよび下視点Ｅ_dとし、その座標値を算出する。また、９９％アイレンジ３４の長軸５２とオフセットアイレンジ３６との交点を前視点Ｅ_fおよび後視点Ｅ_bとし、その座標値を算出する。そして、以降は、この上視点Ｅ_t、下視点Ｅ_d、前視点Ｅ_f、後視点Ｅ_bそれぞれについて映込像２６を算出する。

つまり、サイドウィンドウ４０の場合は、フロントウィンドウ３０の場合と異なり、右眼に相当する右視点および左眼に相当する左視点は、算出しない。これは、視点位置のｘ方向（左右方向）の違いが、サイドウィンドウ４０に映り込む映込像２６の位置や形状に殆ど影響を与えないためである。その一方で、視点位置のｚ方向（上下方向）およびｙ方向（前後方向）の違いは、サイドウィンドウ４０に映り込む映込像２６の位置や形状に大きな影響を与える。そのため、本実施形態では、上述したような四つの視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bを算出している。

各視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bに対応する映込像２６の算出方法は、フロントウィンドウ３０の場合とほぼ同様である。すなわち、車載部品３２の表面からサイドウィンドウ４０の表面に当たる入射光線Ｌ_inと、当該入射光線Ｌ_inが正反射して各視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bに到達する反射光線Ｌ_refを求める。その後、算出された入射光線Ｌ_inに沿って車載部品３２をサイドウィンドウ４０の表面に投影した図形を映込像２６として算出する。

各視点に対応する映込像２６が算出できれば、続いて、制御部１２は、サイドミラー４２からの像光範囲を示す像光範囲図形のデータを各視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bごとに算出する。この像光範囲図形は、サイドミラー４２の外形線を、視点Ｅに向かってサイドウィンドウ４０の表面上に投影することで算出される。こうして算出された像光範囲図形は、サイドミラー４２の像光が、運転者の視点Ｅに到達するまでに通過する範囲を示すものである。別の見方をすれば、当該像光範囲図形と、映込像２６と、が重複している場合には、側方環境の視認性が阻害されていると判断できる。

映込データおよび像光範囲図形データが算出できれば、最後に、制御部１２は、表示部１６に対して、これら算出されたデータおよびサイドウィンドウ４０等のＣＡＤデータが示す図形の仮想表示を指示する。図９は、この表示の一例を示す図である。図９に図示するように、表示部１６には、四つの視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bに対応する四つの映込像２６_t，２６_d，２６_f，２６_b、および、四つの視点Ｅ_t，Ｅ_d，Ｅ_f，Ｅ_bに対応する四つの像光範囲図形２８_t，２８_d，２８_f，２８_bが表示される。設計者は、この表示内容を目視で確認し、映り込み状態の良否を確認する。具体的には、四つの映込像２６_t，２６_d，２６_f，２６_bのいずれもが、四つの像光範囲図形２８_t，２８_d，２８_f，２８_bのいずれとも重複していない場合には、側方環境の視認性は十分に確保されていると判断できる。逆に、四つの映込像２６_t，２６_d，２６_f，２６_bのうちの少なくとも一つが、四つの像光範囲図形２８_t，２８_d，２８_f，２８_bの少なくとも一つと重複している場合には、側方環境の視認性が映り込みにより低下する恐れがあると判断できる。したがって、この場合、設計者は、サイドウィンドウ４０や車載部品３２、サイドミラー４２などの位置や形状を修正する。

なお、上記説明では、サイドミラー４２の角度については特に言及していないが、通常、サイドミラー４２の角度は、可変である。したがって、本来であれば、各角度ごとに、像光範囲図形を算出するべきである。しかし、各角度ごとに像光範囲図形を算出することは、計算時間の増加を招くだけでなく、最終的に表示される表示内容の煩雑化も招く。そこで、像光範囲図形を算出する場合は、サイドミラー４２の角度を、側方環境が視認可能である角度のうち、サイドウィンドウ４０との成す角度が最も小さくなる角度と仮定して算出することが望ましい。これは、サイドウィンドウ４０とサイドミラー４２の成す角度が小さいほど、像光範囲が大きくなるためである。

最後に、この設計支援装置１０を用いて行う車載部品３２や窓部材３０，４０、サイドミラー４２の設計の流れについて図１０を参照して説明する。図１０は、車載部品３２や窓部材３０，４０等の設計の流れを示すフローチャートである。なお、図１０において実線のブロックは設計支援装置１０の処理を、破線のブロックは設計者の作業内容を、それぞれ示している。

設計支援装置１０の制御部１２は、まず、設計者から指示されたフロントウィンドウ３０やサイドウィンドウ４０、車載部品３２、サイドミラー４２などのＣＡＤデータを読み込み、当該ＣＡＤデータが示す三次元形状を表示部に仮想的に描画表示する（Ｓ１０、Ｓ１２）。設計者は、この表示内容を目視で確認し、必要であれば、車載部品３２等の位置等を粗調整する（Ｓ１４）。

次に、設計者は、入力部１８を操作して、映込データ（および像光範囲データ）の自動算出を設計支援装置１０に指示する（Ｓ１６）。この指示を受けた制御部１２は、まず、記憶部１４に記憶されている９９％アイレンジＣＡＤデータ等に基づいて、視点Ｅの座標値を算出する（Ｓ１８）。続いて、算出された視点Ｅの座標値に基づいて、映込像２６や像光範囲図形２８を算出する（Ｓ２０）。すなわち、視点Ｅに対応する入射光線Ｌ_inや反射光線Ｌ_refを、フロントウィンドウ３０の場合、および、サイドウィンドウ４０の場合、それぞれについて算出する。そして、算出された入射光線Ｌｉｎに沿って、車載部品３２をフロントウィンドウ３０、または、サイドウィンドウ４０の表面に投影した映込像２６を算出する。また、サイドミラー４２の外形線を、視点Ｅに向かってサイドウィンドウ４０の表面に投影して像光範囲図形２８も算出する。

映込像２６および像光範囲図形２８が算出できれば、車載部品３２等とともに、この算出された図形を表示部１６に仮想表示する（Ｓ２２）。このとき、フロントウィンドウ３０の部分ごとの重要度の違いを示す領域図形も表示する。設計者は、この表示内容を目視で確認し、映り込みの良否を判断する（Ｓ２４）。具体的には、フロントウィンドウ３０の場合は、重要度の高い部分に映込像２６が位置している場合は、不適切な映り込みが発生していると判断する。また、サイドウィンドウ４０の場合は、映込像２６と像光範囲図形２８とが重複している場合は、不適切な映り込みが発生していると判断する。この場合、設計者は、再度、各部品の配置などを変更する（Ｓ２６）。各部品の配置等が変更された場合、制御部１２は、表示部１６に表示されているアイコンの図形を変更したり、メッセージを通知したりすることで、現在表示されている映込像２６が最新のものでない（無効である）ことを設計者に提示する（Ｓ２８）。そして、設計者は、所望の変更作業が完了すれば、再度、映込データ等の自動算出を指示する（Ｓ１６）。そして、以降は、不適切な映り込みが発生していないと判断できるまで、ステップＳ１６〜Ｓ２８を繰り返す。

以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、映込像２６を算出し、当該映込像２６を、窓部材３０，４０や車載部品３２などととともに表示部１６に仮想表示する。そのため、実際に試作車両を製作しなくても、映り込み状況を確認することができる。その結果、窓部材等の設計に要する手間や時間、コストなどを大幅に低減できる。

本発明の実施形態である設計支援装置の構成を示すブロック図である。フロントウィンドウ３０への映り込みの発生の様子を示す図である。入射光線および反射光線の算出の様子を示すイメージ図である。入射光線および反射光線の算出の様子を示すイメージ図である。視点の座標値算出の様子を示すイメージ図である。フロントウィドウでの映込像２６の表示例を示す図である。サイドウィンドウ４０への映り込みの発生の様子を示す図である。視点の座標値算出の様子を示すイメージ図である。サイドウィドウでの映込像２６の表示例を示す図である。設計支援装置を用いた設計の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０設計支援装置、１２制御部、１４記憶部、１６表示部、１８入力部、２２アプリケーションプログラム、２４各種データファイル、２６映込像、２８像光範囲図形、３０フロントウィンドウ、３２車載部品、３４９９％アイレンジ、３６オフセットアイレンジ、４０サイドウィンドウ、４２サイドミラー、Ｅ視点、Ｌ_in 入射光線、Ｌ_ref 反射光線。

Claims

部品の三次元形状をコンピュータ上で仮想的に表現して当該部品の設計を支援する設計支援装置であって、
窓部材の形状および配置を示す窓部材データと、運転者と窓部材との間に配される車載部品の形状および配置を示す車載部品データと、運転者の視点位置に関する情報を含む視点関連データと、を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたデータに基づいて、前記車載部品が窓部材へ映り込んだ映込像を表す映込データを算出する制御手段と、
前記窓部材データ、車載部品データ、および、算出された映込データが示す三次元形状を仮想的に表示する表示手段と、
を備え、前記制御手段は、
前記視点関連データに基づいて、運転者の視点位置を算出し、
前記車載部品の像光のうち、窓部材の表面で正反射して前記運転者の視点に到達する像光の光線経路を算出し、
前記算出された光線経路に沿って、前記車載部品を前記窓部材の表面に投影した投影図形を映込データとして算出し、
前記制御手段は、前記光線経路の算出を、
前記窓部材の表面に複数の反射点を設定し、
各反射点ごとに、前記視点位置から前記反射点を結ぶ直線である仮反射光線と、前記反射点を通って前記窓部材に垂直な垂線を対称軸として前記仮反射光線に対称な直線である仮入射光線と、を算出し、
前記複数の反射点ごとに算出された仮入射光線のうち、前記車載部品に到達する仮入射光線と、前記到達する仮入射光線に対応する仮反射光線とを、前記光線経路として特定する、
ことにより行う
ことを特徴とする設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置であって、
前記制御手段は、
運転者の右眼位置に相当する右視点位置と、左眼位置に相当する左視点位置と、をそれぞれ算出し、
前記右視点に対応する映込データと、左視点に対応する映込データと、を算出する、
ことを特徴とする設計支援装置。
請求項１または２に記載の設計支援装置であって、
前記窓部材が、フロントウィンドウである場合、
前記記憶手段は、さらに、前記フロントウィンドウの部分ごとの重要度の違いを示す領域図形を示す領域図形データを記憶し、
前記表示手段は、前記映込データとともに前記領域図形データが示す三次元形状も仮想表示する、
ことを特徴とする設計支援装置。
請求項１または２に記載の設計支援装置であって、
前記窓部材が、サイドウィンドウである場合、
前記記憶手段は、さらに、サイドミラーの形状および配置を示すサイドミラーデータも記憶しており、
前記制御手段は、さらに、サイドミラーを、運転者の視点に向かってサイドウィンドウに投影した像光範囲図形を示す像光範囲データも算出し、
前記表示手段は、前記映込データとともに前記像光範囲データが示す三次元形状も仮想表示する、
ことを特徴とする設計支援装置。