JP5581788B2 - データ検査装置及びプログラム - Google Patents
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例えば、有限要素法では、CAD(Computer Aided Design)システムなどを利用して生成された解析対象のシミュレーションモデルを、メッシュ状に区分して複数の多角形や多面体の有限要素に分割し、これらの要素間の物理的関係を数値解析する(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のシステムにあっては、解析対象における他の部品と接触しない部分などは考慮されていないため、シミュレーションモデルの表面の要素などは依然としてユーザの意図した通りには設定されない虞がある。また、生成されたシミュレーションモデルを有限要素法以外の他の解析手法に適用することができないといった問題もある。
このため、シミュレーションモデルの要素が適正に設定されているか否かを確認する作業は、手作業に因るところが多く、煩雑となっている。
3次元の解析対象のシミュレーションモデル(以下、「解析対象モデル」と言う)がメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素のうち、少なくとも当該解析対象モデルの一部分の表面に対応する表面要素を複数取得する要素取得手段と、
この要素取得手段により取得された複数の表面要素の各節点の座標を取得する座標取得手段と、
前記解析対象モデルの一部分の表面形状を規定する所定の演算式を用いて、前記座標取得手段により取得された前記複数の表面要素の各節点の座標が、前記解析対象モデルの表面上に存在するか否かを判定する第1判定手段と、
前記要素取得手段により取得された前記複数の表面要素の各々における節点を頂点とする角度の総和を基準として、当該複数の表面要素の何れかに抜けが生じているか否かを判定する第2判定手段と、
前記第1判定手段による判定結果に基づいて、前記解析対象モデルの表面上に存在しない座標を有する節点を解析に不適正な節点として特定するとともに、前記第2判定手段による判定結果に基づいて、抜けが生じている表面要素を解析に不適正な表面要素として特定する特定手段と、を備えたことを特徴とする。
データ検査装置のコンピュータを、
3次元の解析対象のシミュレーションモデル(以下、「解析対象モデル」と言う)がメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素のうち、少なくとも当該解析対象モデルの一部分の表面に対応する表面要素を複数取得する要素取得手段、
この要素取得手段により取得された複数の表面要素の各節点の座標を取得する座標取得手段、
前記解析対象モデルの一部分の表面形状を規定する所定の演算式を用いて、前記座標取得手段により取得された前記複数の表面要素の各節点の座標が、前記解析対象モデルの表面上に存在するか否かを判定する第1判定手段、
前記要素取得手段により取得された前記複数の表面要素の各々における節点を頂点とする角度の総和を基準として、当該複数の表面要素の何れかに抜けが生じているか否かを判定する第2判定手段、
前記第1判定手段による判定結果に基づいて、前記解析対象モデルの表面上に存在しない座標を有する節点を解析に不適正な節点として特定するとともに、前記第2判定手段による判定結果に基づいて、抜けが生じている表面要素を解析に不適正な表面要素として特定する特定手段、として機能させることを特徴とする。
本実施形態のデータ検査装置100は、3次元の解析対象モデルMがメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素E、…のうち、少なくとも当該解析対象モデルMの一部分の表面に対応する表面要素E1を複数取得する。そして、データ検査装置100は、少なくとも当該解析対象モデルMの一部分に対応する複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標を取得して、これら複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標が、少なくとも解析対象モデルMの一部分の表面形状を基準とした第1条件を満たすか否かを判定する。また、データ検査装置100は、少なくとも当該解析対象モデルMの一部分の表面に対応する複数の表面要素E1、…の各々が、当該表面要素E1の各節点Pを頂点とする角度を基準とした第2条件を満たすか否かを判定する。そして、データ検査装置100は、第1条件を満たさない座標を有する節点Pを不適正な節点Pとして特定するとともに、第2条件を満たさない表面要素E1を不適正な表面要素E1として特定する。
データ検査装置100は、例えば、ワークステーションなどのコンピュータにより構成され、図1に示すように、中央制御部1と、メモリ2と、記憶部3と、操作入力部4と、データ取得部5と、データ検査部6と、表示部7と、表示制御部8と、外部通信部9とを備えている。
解析対象モデルMとは、CADシステムを構成する外部機器200によって3次元の連続体を解析対象として生成された当該解析対象のシミュレーションモデル(解析対象モデル)Mのことである。
ここで、3次元の連続体である解析対象は、少なくとも一の演算式により規定される表面形状を具備している。即ち、解析対象は、当該解析対象全体の表面形状が少なくとも一の演算式により規定されるか、或いは、表面形状が少なくとも一の演算式により規定される構成部品を複数組み合わせて構成されている。従って、3次元の連続体である解析対象に基づいて生成されるシミュレーションモデル(解析対象モデル)Mも、少なくとも一の演算式により規定される表面形状を具備する。
なお、本実施形態のデータ検査装置100による検査対象を解析対象モデルMの一部分とした場合には、当該解析対象モデルMの少なくとも一部分の表面形状が所定の演算式を用いて規定されていれば良い。
具体的には、解析対象モデルMは、例えば、中身が詰まった中実の構造であっても良いし、中空の構造であっても良いし、当該中空の空間部自体の形状を具備するものであっても良い。例えば、解析対象モデルMとしては、球体、楕円体、立方体などの比較的単純な形状のものや、これらを組み合わせてなる形状などが挙げられる。
具体的には、データ生成部5aは、先ず、メモリ2から外部機器200により生成された3次元の解析対象モデルMを取得する。そして、データ生成部5aは、取得した当該解析対象モデルMを有限要素法によりメッシュ状に区分して所定の多角形や多面体からなる複数の有限要素Eに分割することにより、有限要素Eの分割データを生成する。そして、データ取得部5は、データ生成部5aにより生成された有限要素Eの分割データのうち、当該解析対象モデルMの外表面に対応して配置されている表面要素E1の分割データを取得する。
なお、データ生成部5aは、複数の要素E、…の分割データの生成に有限要素法を用いるようにしたが、解析対象モデルMの数値解析の手法として適用可能な他の解析手法、例えば、境界要素法などを用いても良い。また、有限要素法や境界要素法は、解析対象のシミュレーションモデル(解析対象モデル)Mの解析手法として公知の技術であるので、ここでの説明は省略する。
さらに、データ取得部5は、3次元の解析対象モデルMをデータ生成部5aにより分割することで表面要素E1の分割データを取得するようにしたが、表面要素E1の分割データの取得方法はこれに限られるものではなく、当該データ検査装置100外の所定の分割データ生成装置(図示略)により生成された表面要素E1の分割データを外部通信部9や当該データ検査装置100本体に対して着脱自在な記録媒体(図示略)などを介して取得するようにしても良い。
ここで、座標取得部6aは、データ取得部5により取得された複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標を取得する座標取得手段を構成している。
第1条件は、少なくとも解析対象モデルMの検査対象となる一部分の表面形状を基準とした条件である。具体的には、第1条件は、当該解析対象モデルMの一部分の表面形状を規定する所定の演算式を基準とした条件である。例えば、解析対象モデルMを楕円体とした場合、第1条件は、楕円体の表面を規定する方程式である下記式(1)となる。
また、第1条件として例示した式(1)は、一例であってこれに限られるものではなく、適宜任意に変更可能である。また、解析対象モデルMの形状によっては、第1条件として複数の演算式を規定しても良い。
このように、第1判定部6bは、座標取得部6aにより取得された複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標が、解析対象モデルMの一部分の表面形状を基準とした第1条件を満たすか否かを判定する第1判定手段を構成している。
第2条件は、解析対象モデルMの複数の表面要素E1、…の各節点Pを頂点とする角度(例えば、内角θi)を基準とした条件である。具体的には、第2条件は、判定対象となる表面要素E1の各節点P(例えば、節点P1等;図3(b)参照)を共有する複数の表面要素E1、…の各々における、当該節点Pを頂点とする角度の総和(例えば、内角θ;下記式(2)参照)を基準として規定されている。例えば、第2条件としては、角度(内角θ)の総和が所定の角度(例えば、2π(360°)等)となっていることが挙げられる。
ここで、判定対象となる表面要素E1の各節点P(例えば、節点P1等)を共有する複数の表面要素E1、…とは、当該判定対象となる表面要素E1を含む各節点Pの周辺に存する周辺要素E2のことである。そして、第2判定部6cは、これら周辺要素E2、…の各々について、各節点Pの座標から算出される処理対象の節点Pに向かう二つの辺のベクトル(例えば、ベクトルa、b等)及びその長さを下記式(3)に代入して、処理対象の節点Pを頂点とする内角θi(例えば、内角θ1〜θ6等;図3(b)参照)を算出する。その後、第2判定部6cは、これら周辺要素E2、…の各々における処理対象の節点Pを頂点とする内角θiを全て加算して、それらの総和(例えば、内角θ)を下記式(2)に従って算出する。
具体的には、例えば、図3(b)に示すように、処理対象の節点P1を共有する表面要素E1が当該節点P1の周辺に6つ存する場合、第2判定部6cは、これら6つの周辺要素E2における節点P1を頂点とする内角θ1〜θ6をそれぞれ式(3)に従って算出する。そして、第2判定部6cは、算出された内角θ1〜θ6を加算して節点P1を頂点とする内角θ1〜θ6の総和(内角θ)を式(2)に従って算出する。なお、図3(b)にあっては、内角θ1を構成する二つの辺のベクトルa、bのみを表し、ベクトルa、b以外の他の内角θ2〜θ6に係る辺のベクトルの図示は省略している。
その後、第2判定部6cは、解析対象モデルMの節点P1の周囲の所定範囲内は略平面であるとみなして、式(2)に従って算出された内角θiの総和(内角θ)が2π(360°)となるか否かを判定する。つまり、第2判定部6cによる判定によって、内角θiの総和(内角θ)が2πとなる場合には、処理対象の節点P1を共有する表面要素E1については抜けが生じていない。一方、内角θiの総和(内角θ)が2πとならない場合には、当該節点P1を共有する複数の表面要素E1(周辺要素E2)の何れかに抜けが生じている(表面要素E1が解析対象モデルMに存しない)。
また、第2判定部6cは、解析対象モデルMの各表面要素E1の全ての節点Pについて、上記と同様に、処理対象の節点Pを頂点とする内角θiの総和(例えば、内角θ)が2πとなるか否かを判定する。
また、第2条件に係る式(2)及び式(3)は、一例であってこれらに限られるものではなく、適宜任意に変更可能である。
さらに、第2判定部6cによる判定処理にあっては、表面要素E1の各節点Pを頂点とする内角θiを基準とするようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、外角を基準とするようにしても良い。
このように、第2判定部6cは、データ取得部5により取得された複数の表面要素E1、…の各々が、当該表面要素E1の各節点Pを頂点とする角度を基準とした第2条件を満たすか否かを判定する第2判定手段を構成している。
具体的には、誤りデータ特定部6dは、第1判定部6bにより第1条件を満たさない座標、即ち、解析対象モデルMの表面上に存しない座標を有する節点Pを数値解析に不適正な節点Pとして特定する。
つまり、誤りデータ特定部6dは、第2判定部6cによる各表面要素E1の全ての節点Pについての判定結果に基づいて、解析対象モデルMの全ての表面要素E1の中で抜けが生じている表面要素E1を特定する。例えば、一の表面要素E1の各節点Pについての判定結果にて、内角θiの総和(例えば、内角θ)が全て2πとならなかった場合、誤りデータ特定部6dは、当該一の表面要素E1に抜けが生じていると特定する。また、誤りデータ特定部6dは、例えば、一の表面要素E1の全ての節点Pのうち、何れか一の節点Pを処理対象とした判定結果にて内角θiの総和(例えば、内角θ)が2πとならなかった場合には、各節点Pを共有する周辺要素E2との関係を考慮して抜けが生じている表面要素E1を特定しても良い。具体的には、内角θiの総和(例えば、内角θ)が2πとならなかった一の節点Pを共有する他の表面要素E1の各節点Pについての判定結果にて、内角θiの総和(例えば、内角θ)が全て2πとなった場合には、誤りデータ特定部6dは、当該一の表面要素E1に抜けが生じていると判定する。
なお、上記した複数の表面要素E1、…の中で抜けが生じている表面要素E1の特定方法は、一例であってこれらに限られるものではない。
ここで、誤りデータ特定部6dは、第1判定部6bによる判定結果に基づいて、第1条件を満たさない座標を有する節点Pを解析に不適正な節点Pとして特定するとともに、第2判定部6cによる判定結果に基づいて、第2条件を満たさない表面要素E1を解析に不適正な表面要素E1として特定する特定手段を構成している。
具体的には、表示制御部8は、例えば、GPU(Graphics Processing Unit)やVRAM(Video Random Access Memory)等を具備するビデオカード(図示略)を備えている。そして、表示制御部8は、中央制御部1からの表示指示に従って、解析対象モデルMや当該解析対象モデルMの要素分割後の画像の表示用データをビデオカードによる描画処理によって生成し、表示部7に出力する。
さらに、表示制御部8は、ユーザによる操作入力部4の所定操作に基づいて、或いは、中央制御部1による制御下にて自動的に、誤りデータ特定部6dにより特定された誤りデータに係る節点P及び表面要素E1を交互に切り替えて表示部7の表示画面に表示させるようにしても良い。
また、誤りデータに係る節点P及び表面要素E1の報知の態様は、人の五感、特に、視覚、聴覚、触覚等によって当該誤りデータを把握、認識させることができる方法であれば如何なる態様であっても良く、例えば、誤りデータが存する旨を音(音声など)や振動により報知するようにしても良い。
このように、表示制御部8は、誤りデータ特定部6dにより特定された第1条件を満たさない座標を有する節点P及び第2条件を満たさない表面要素E1のうち、少なくとも一方を報知手段(表示部7)から報知させる報知制御手段を構成している。
なお、外部機器200は、CADシステムを構成するワークステーションなどのコンピュータであって、解析対象モデルMを生成可能なものであれば如何なる構成であっても良く、その詳細な説明は省略する。
図2は、データ検査処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。また、図3(a)は、解析対象モデルMを複数の要素E、…に分割した状態を模式的に表す図であり、図3(b)は、図3(a)中の領域A内を拡大をして示す図である。
なお、以下の説明にあっては、解析対象モデルMとして楕円体を用いるものとする。また、当該解析対象モデルMは、外部機器200により生成された後、外部通信部9を介してメモリ2に一時記憶されているものとする。
具体的には、データ取得部5のデータ生成部5aは、メモリ2に一時記憶されている3次元の解析対象モデルMを取得する。そして。データ生成部5aは、当該解析対象モデルMを有限要素法によりメッシュ状に区分して所定形状の複数の有限要素Eに分割することによって、有限要素Eの分割データ(図3(a)参照)を生成する。そして、データ取得部5は、データ生成部5aにより生成された有限要素Eの分割データのうち、当該解析対象モデルMの外表面に対応する表面要素E1の分割データを取得する。
なお、データ取得部5による表面要素E1の分割データの取得は、ユーザによる操作入力部4の所定操作に基づいて開始されても良いし、外部機器200から送信された解析対象モデルMがメモリ2に一時記憶されたことを契機として自動的に開始されても良い。
具体的には、第2判定部6cは、判定対象となる要素Eの各節点P(例えば、節点P1等)の周辺要素E2の各々について、処理対象の節点Pに向かう二つの辺のベクトル(例えば、ベクトルa、b等)及びその長さから処理対象の節点Pを頂点とする内角θi(例えば、内角θ1〜θ6等;図3(b)参照)を下記式(3)に従って算出する。続けて、第2判定部6cは、これら周辺要素E2、…の各々における処理対象の節点Pを頂点とする内角θiを全て加算して、それらの総和(例えば、内角θ)を下記式(2)に従って算出する。
また、数値解析に不適正な節点Pの特定(ステップS3、S4)後に、数値解析に不適正な表面要素E1を特定(ステップS5、S6)するようにしたが、処理の順序は逆であっても良く、数値解析に不適正な表面要素E1を特定後に、数値解析に不適正な節点Pを特定するようにしても良い。
これにより、データ検査処理を終了する。
これにより、3次元の解析対象モデルMの表面に表面要素E1が適正に設定されているか否かをユーザの手作業に因ることなく簡便に確認することができ、複数の表面要素E1、…の分割データの誤りを適正に検査することができる。
また、数値解析に不適正な表面要素E1の判定に係る第2条件は、判定対象となる表面要素E1の各節点Pを共有する複数の表面要素E1、…の各々における当該節点Pを頂点とする角度の総和を基準として規定されているので、表面要素E1の各節点Pを頂点とする角度を用いる処理負担の少ない比較的な簡単な方法によって、複数の表面要素E1、…の中で抜けが生じている表面要素E1の特定を行うことができ、複数の表面要素E1、…の分割データの誤りを適正に検査することができる。
例えば、上記実施形態にあっては、数値解析に不適正な節点Pや表面要素E1の判定に係る第1条件や第2条件を所定の演算式を用いて規定するようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、各種のパラメータとして設定するようにしても良い。
また、データ検査装置100に、解析対象モデルMの複数の要素E、…間の物理的関係を数値解析する数値解析手段を具備するようにしても良く、これにより、複数の要素E、…の分割データの検査後に、当該データ検査装置100を用いて数値解析を即座に行うことができる。
即ち、プログラムを記憶するプログラムメモリ(図示略)に、要素取得処理ルーチン、座標取得処理ルーチン、第1判定処理ルーチン、第2判定処理ルーチン及び特定処理ルーチンを含むプログラムを記憶しておく。そして、要素取得処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、3次元の解析対象モデルがメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素E、…のうち、少なくとも当該解析対象モデルの一部分の表面に対応する表面要素E1を複数取得する要素取得手段として機能させるようにしても良い。また、座標取得処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、要素取得手段により取得された複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標を取得する座標取得手段として機能させるようにしても良い。また、第1判定処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、座標取得手段により取得された複数の表面要素E1、…の各節点Pの座標が、解析対象モデルの一部分の表面形状を基準とした第1条件を満たすか否かを判定する第1判定手段として機能させるようにしても良い。また、第2判定処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、要素取得手段により取得された複数の表面要素E1、…の各々が、当該表面要素E1の各節点Pを頂点とする角度を基準とした第2条件を満たすか否かを判定する第2判定手段として機能させるようにしても良い。また、特定処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、第1判定手段による判定結果に基づいて、第1条件を満たさない座標を有する節点Pを解析に不適正な節点Pとして特定するとともに、第2判定手段による判定結果に基づいて、第2条件を満たさない表面要素E1を解析に不適正な表面要素E1として特定する特定手段として機能させるようにしても良い。
1 中央制御部
5 データ取得部
5a データ生成部
6 データ検査部
6a 座標取得部
6b 第1判定部
6c 第2判定部
6d 誤りデータ特定部
7 表示部
8 表示制御部
Claims (3)
- 3次元の解析対象のシミュレーションモデル(以下、「解析対象モデル」と言う)がメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素のうち、少なくとも当該解析対象モデルの一部分の表面に対応する表面要素を複数取得する要素取得手段と、
この要素取得手段により取得された複数の表面要素の各節点の座標を取得する座標取得手段と、
前記解析対象モデルの一部分の表面形状を規定する所定の演算式を用いて、前記座標取得手段により取得された前記複数の表面要素の各節点の座標が、前記解析対象モデルの表面上に存在するか否かを判定する第1判定手段と、
前記要素取得手段により取得された前記複数の表面要素の各々における節点を頂点とする角度の総和を基準として、当該複数の表面要素の何れかに抜けが生じているか否かを判定する第2判定手段と、
前記第1判定手段による判定結果に基づいて、前記解析対象モデルの表面上に存在しない座標を有する節点を解析に不適正な節点として特定するとともに、前記第2判定手段による判定結果に基づいて、抜けが生じている表面要素を解析に不適正な表面要素として特定する特定手段と、
を備えたことを特徴とするデータ検査装置。 - 前記特定手段により特定された、前記解析対象モデルの表面上に存在しない座標を有する節点及び抜けが生じている表面要素のうち、少なくとも一方を報知手段から報知させる報知制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のデータ検査装置。
- データ検査装置のコンピュータを、
3次元の解析対象のシミュレーションモデル(以下、「解析対象モデル」と言う)がメッシュ状に分割された所定形状の複数の要素のうち、少なくとも当該解析対象モデルの一部分の表面に対応する表面要素を複数取得する要素取得手段、
この要素取得手段により取得された複数の表面要素の各節点の座標を取得する座標取得手段、
前記解析対象モデルの一部分の表面形状を規定する所定の演算式を用いて、前記座標取得手段により取得された前記複数の表面要素の各節点の座標が、前記解析対象モデルの表面上に存在するか否かを判定する第1判定手段、
前記要素取得手段により取得された前記複数の表面要素の各々における節点を頂点とする角度の総和を基準として、当該複数の表面要素の何れかに抜けが生じているか否かを判定する第2判定手段、
前記第1判定手段による判定結果に基づいて、前記解析対象モデルの表面上に存在しない座標を有する節点を解析に不適正な節点として特定するとともに、前記第2判定手段による判定結果に基づいて、抜けが生じている表面要素を解析に不適正な表面要素として特定する特定手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
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