JP7121224B1 - 表示装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

作業者の負担を軽減できる表示装置及びコンピュータプログラムを提供すること。表示装置は、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、前記加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出部と、前記法線ベクトルに基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出部と、前記加工面構成要素の輝度に基づいて、前記加工面をグラフィックス表示する表示部と、を備え、前記輝度算出部は、前記法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する。

Description

本開示は、表示装置及びコンピュータプログラムに関する。

従来、ワークの加工面を３次元コンピュータグラフィックスにより表示する表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。作業者は、このような表示装置に表示される結果を見て、加工面の凹凸から当該加工面の良否を判断する。加工面の良否の判断は、加工面を構成する各ポリゴンの輝度の差を観測することにより行われる。このため、輝度の差が大きいほど、加工面の凹凸の観測及び加工面の良否の判断が容易となる。

図５に示すように、３次元コンピュータグラフィックスにおける一般的な方法において、ポリゴンの輝度は、ポリゴンから光源に向かう方向ベクトルとそのポリゴンの法線ベクトルとの関係から決定される。この場合、各ポリゴンの輝度の差を大きくするためには、加工面の向きに対して、光源の配置を適切な位置に調整する必要がある。

特開２０１７－１３８７２６号公報

ところで、加工面の傷や縞模様などを確認する場合には、傷や縞模様などを構成するポリゴンの輝度の差が大きくなるように光源の位置を調整する必要がある。しかしながら、光源の位置の調整は複数のパラメータを調整する必要があるなど手間が掛かり、作業者にとって大きな負担となっていた。

本開示に係る表示装置は、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、前記加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出部と、前記法線ベクトルに基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出部と、前記加工面構成要素の輝度に基づいて、前記加工面をグラフィックス表示する表示部と、を備え、前記輝度算出部は、前記法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する、表示装置である。

また本開示に係るコンピュータプログラムは、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、前記加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出ステップと、前記法線ベクトルに基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出ステップと、前記加工面構成要素の輝度に基づいて、前記加工面をグラフィックス表示する表示ステップと、をコンピュータに実行させ、前記輝度算出ステップにおいて、前記法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出させる、コンピュータプログラムである。

本開示によれば、作業者の負担を軽減できる表示装置及びコンピュータプログラムを提供することができる。

本開示の一実施形態に係る表示装置の概要を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、ポリゴン１の法線ベクトルが各軸となす角度を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、ポリゴン１の法線ベクトルが各軸となす角度に調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じた調整済み角度を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図２Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルの各成分を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図２Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルを示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図２Ｄの新しいベクトルを正規化した図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、ポリゴン２の法線ベクトルが各軸となす角度を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、ポリゴン２の法線ベクトルが各軸となす角度に調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じた調整済み角度を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図３Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルの各成分を示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図３Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルを示す図である。 輝度算出部による計算例を説明する図であり、図３Ｄの新しいベクトルを正規化した図である。 本開示の一実施形態に係る輝度の算出方法の一例を示す図である。 従来の輝度の算出方法の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る表示装置の表示画像である。 従来の表示装置の表示画像である。

本発明の一実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本実施形態に係る表示装置１の概要を示す図である。本実施形態では、光源の位置調整が不要で作業者の負担を軽減できる表示装置１及びコンピュータプログラムを提供する。

表示装置１は、例えば、バスを介して互いに接続された、ＲＯＭ（read only memory)やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ、ＣＰＵ（control processing unit）、及び通信制御部を備えたコンピュータを用いて構成される。図１に示されるように、表示装置１は、記憶部１１と、法線ベクトル抽出部１２と、輝度算出部１３と、倍率調整部１４と、表示部１５と、を備える。これら各部の機能及び動作は、上記コンピュータに搭載されたＣＰＵ、メモリ、及び当該メモリに記憶された制御プログラムが協働することにより達成される。

記憶部１１は、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報を記憶する。加工面の形状情報は、ポリゴン又はピクセルに関する複数の要素情報で構成される。複数の構成要素は、それぞれ、ポリゴンの頂点、又はポリゴン若しくはピクセルが位置する面の法線ベクトルを有する。

法線ベクトル抽出部１２は、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する。法線ベクトル抽出部１２は、形状情報が法線ベクトルを有していない場合、形状情報が有するポリゴン又はピクセルの頂点から法線ベクトルを算出することで、法線ベクトルを抽出する。

輝度算出部１３は、法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する。具体的に、輝度算出部１３は、調整済み角度に基づいて、３次元空間のベクトルを算出すると共に、ベクトルの３次元空間の各成分の加算結果に基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する。輝度算出部１３は、例えば、次の方法によって、加工面構成要素の輝度を算出する。

輝度算出部１３は、まず、ポリゴン又はピクセルの法線ベクトルがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々となす角度を、逆三角関数の計算により算出する。輝度算出部１３は、次に、算出した角度の各々に所定の調整倍率を乗じ、調整済み角度を算出する。輝度算出部１３は、次に、調整済み角度に基づいて、三角関数の計算により、新しいベクトルを算出する。輝度算出部１３は、次に、新しいベクトルを正規化し、正規化された新しいベクトルの各成分を加算する。この加算の結果は、－（３^１／２）～３^１／２の範囲になるので、輝度算出部１３は、加算の結果を輝度の範囲に変換する。輝度の範囲を０．０～１．０とする場合、変換式は、輝度＝（（加算の結果）＋３^１／２）／（２×３^１／２）で表される。

倍率調整部１４は、コンピュータが受け付けた任意の情報に基づいて、輝度算出部１３で計算に用いる調整倍率を任意に設定する。これにより、調整倍率は、適宜変更される。この調整倍率を大きく設定するほど、輝度差が大きくなり、より輝度が協調された表示画像が得られるようになる。

表示部１５は、加工面構成要素の輝度に基づいて、加工面をグラフィックス表示する。

図２Ａ～図２Ｅ及び図３Ａ～図３Ｅは、輝度算出部１３による計算例を説明する図である。ここでは、互いに隣接して配置される２つのポリゴン１，２の各々の法線ベクトルを例に挙げて説明する。なお、これらの図においては、便宜上、Ｚ軸の図示を省略して示している。

図２Ａは、ポリゴン１の法線ベクトルが各軸となす角度を示す図である。図３Ａは、ポリゴン２の法線ベクトルが各軸となす角度を示す図である。輝度算出部１３は、図２Ａに示されるように、ポリゴン１の法線ベクトル（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々となす角度（α_１，β_１，γ_１）を、逆三角関数の計算により、α_１＝ａｒｃｃｏｓ（ｘ_１／１）、β_１＝ａｒｃｃｏｓ（ｙ_１／１）、γ_１＝ａｒｃｃｏｓ（ｚ_１／１）と算出する。同様にして輝度算出部１３は、図３Ａに示されるように、ポリゴン２の法線ベクトル（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々となす角度（α_２，β_２，γ_２）を、逆三角関数の計算により、α_２＝ａｒｃｃｏｓ（ｘ_２／１）、β_２＝ａｒｃｃｏｓ（ｙ_２／１）、γ_２＝ａｒｃｃｏｓ（ｚ_２／１）と算出する。

図２Ｂは、ポリゴン１の法線ベクトルが各軸となす角度に調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じた調整済み角度を示す図である。図３Ｂは、ポリゴン２の法線ベクトルが各軸となす角度に調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じた調整済み角度を示す図である。輝度算出部１３は、図２Ｂに示されるように、図２Ａのようにして算出した角度（α_１，β_１，γ_１）の各々に所定の調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じ、調整済み角度（α_１’，β_１’，γ_１’）を、α_１’＝ｌｅｖｅｌ×α_１、β_１’＝ｌｅｖｅｌ×β_１、γ_１’＝ｌｅｖｅｌ×γ_１と算出する。同様にして輝度算出部１３は、図３Ｂに示されるように、図３Ａのようにして算出した角度（α_２，β_２，γ_２）の各々に所定の調整倍率ｌｅｖｅｌを乗じ、調整済み角度（α_２’，β_２’，γ_２’）を、α_２’＝ｌｅｖｅｌ×α_２、β_２’＝ｌｅｖｅｌ×β_２、γ_２’＝ｌｅｖｅｌ×γ_２と算出する。なお、調整倍率ｌｅｖｅｌは、例えば、２や５に設定される。

図２Ｃは、図２Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルの各成分を示す図である。図３Ｃは、図３Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルの各成分を示す図である。輝度算出部１３は、図２Ｃに示されるように、調整済み角度（α_１’，β_１’，γ_１’）に基づいて、三角関数の計算により、新しいベクトル（ｘ_１’，ｙ_１’，ｚ_１’）の各成分を、ｘ_１’＝ｃｏｓ（α_１’）×１、ｙ_１’＝ｃｏｓ（β_１’）×１、ｚ_１’＝ｃｏｓ（γ_１’）×１と算出する。同様にして輝度算出部１３は、図３Ｃに示されるように、調整済み角度（α_２’，β_２’，γ_２’）に基づいて、三角関数の計算により、新しいベクトル（ｘ_２’，ｙ_２’，ｚ_２’）の各成分を、ｘ_２’＝ｃｏｓ（α_２’）×１、ｙ_２’＝ｃｏｓ（β_２’）×１、ｚ_２’＝ｃｏｓ（γ_２’）×１と算出する。

図２Ｄは、図２Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルを示す図である。図３Ｄは、図３Ｂの調整済み角度に基づいた新しいベクトルを示す図である。輝度算出部１３は、図２Ｄに示されるように、図２Ｃのようにして算出した各成分に基づいて新しいベクトルを取得する。同様にして輝度算出部１３は、図３Ｄに示されるように、図３Ｃのようにして算出した各成分に基づいて新しいベクトルを取得する。

図２Ｅは、図２Ｄの新しいベクトルを正規化した図である。図３Ｅは、図３Ｄの新しいベクトルを正規化した図である。輝度算出部１３は、図２Ｅに示されるように、新しいベクトル（ｘ_１’，ｙ_１’，ｚ_１’）を正規化し、正規化された新しいベクトル（ｘ_１’’，ｙ_１’’，ｚ_１’’）の各成分を加算する。同様にして輝度算出部１３は、図３Ｅに示されるように、新しいベクトル（ｘ_２’，ｙ_２’，ｚ_２’）を正規化し、正規化された新しいベクトル（ｘ_２’’，ｙ_２’’，ｚ_２’’）の各成分を加算する。

ここで、輝度算出部１３は、ｘ_１’’＋ｙ_１’’＋ｚ_１’’の加算の結果を、輝度の範囲に変換する。輝度の範囲を０．０～１．０とする場合には、変換式は、輝度＝（（ｘ_１’’＋ｙ_１’’＋ｚ_１’’）＋３^１／２）／（２×３^１／２）で表される。同様にして輝度算出部１３は、ｘ_２’’＋ｙ_２’’＋ｚ_２’’の加算の結果を、輝度の範囲に変換する。輝度の範囲を０．０～１．０とする場合には、変換式は、輝度＝（（ｘ_２’’＋ｙ_２’’＋ｚ_２’’）＋３^１／２）／（２×３^１／２）で表される。

図６は、本実施形態に係る表示装置１の表示画像である。また、図７は、従来の表示装置の表示画像である。なお、図６は、上述の調整倍率ｌｅｖｅｌを５に設定した場合の表示画像である。これらの図から、図６に示される本実施形態に係る表示装置１の表示画像によれば、図７に示される従来の表示装置の表示画像と比べて、加工面の傷や縞模様がはっきりと確認できることが分かる。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

本実施形態に係る表示装置１では、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出部１２と、法線ベクトルに基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出部１３と、加工面構成要素の輝度に基づいて、加工面をグラフィックス表示する表示部１５と、を設けた。また、輝度算出部１３を、法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する構成とした。

これにより、本実施形態に係る表示装置１によれば、図５に示される従来の輝度の算出方法とは異なり、図４に示されるように、光源に関係なく法線ベクトルのみに基づいて輝度を算出することができる。従って本実施形態によれば、従来の輝度の算出方法とは異なり、光源を適切な位置に調整する必要はなく、作業者の負担を軽減できる。

特に本実施形態によれば、法線ベクトルが僅かな傾きしかない場合、ポリゴンが微小で輝度差が十分でない場合、光源が段差に垂直に当たる場合、互いに隣接するポリゴン同士がなす角の２等分線上に光源があり輝度差が十分でない場合などに、従来に比べて加工面の傷や縞模様などをはっきりと確認することが可能である。

また、本実施形態に係る表示装置１では、形状情報は、ポリゴン又はピクセルに関する複数の要素情報で構成され、複数の要素情報は、それぞれ、ポリゴン又はピクセルが位置する面の法線ベクトルを有するものとした。

これにより、形状情報がポリゴン又はピクセルに関する複数の要素情報で構成されていた場合であっても、上述の効果を確実に得ることができる。即ち、面を特定できる形状情報であれば本開示を適用可能である。

また、本実施形態に係る表示装置１では、調整倍率を設定する倍率調整部１４をさらに設けた。

これにより、倍率調整部１４で任意に調整倍率を変更することができるため、輝度差が強調された表示画像を得ることができる。

また、本実施形態に係る表示装置１では、輝度算出部１３は、調整済み角度に基づいて、３次元空間のベクトルを算出すると共に、ベクトルの３次元空間の各成分の加算結果に基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する構成とした。

これにより、上述の効果を確実に得ることが可能となる。

また本実施形態では、上述の表示装置１を動作させるコンピュータプログラムとして、加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出ステップと、法線ベクトルに基づいて、加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出ステップと、加工面構成要素の輝度に基づいて、加工面をグラフィックス表示する表示ステップと、を、表示装置１を構成するコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとした。加えて、輝度算出ステップにおいて、法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、加工面構成要素の輝度を算出させる構成とした。

これにより、本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述の効果と同様の効果を得ることができる。

なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。

本開示の表示装置は、通常の外部コンピュータの表示装置に適用してもよく、例えば、加工シミュレーション装置における表示部として、本開示の表示装置を適用してもよい。このように本開示の表示装置を加工シミュレーション装置における表示部に適用した場合には、加工シミュレーションを実行した後、加工面の凹凸や傷などの評価を精度良く行うことが可能となる。

１ 表示装置
１１ 記憶部
１２ 法線ベクトル抽出部
１３ 輝度算出部
１４ 倍率調整部
１５ 表示部

Claims (5)

1. 加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、前記加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出部と、
   前記法線ベクトルに基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出部と、
   前記加工面構成要素の輝度に基づいて、前記加工面をグラフィックス表示する表示部と、を備え、
   前記輝度算出部は、前記法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する、表示装置。
2. 前記形状情報は、ポリゴン又はピクセルに関する複数の要素情報で構成され、
   前記複数の要素情報は、それぞれ、前記ポリゴン又は前記ピクセルが位置する面の法線ベクトルを有する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記調整倍率を設定する倍率調整部をさらに備える、請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記輝度算出部は、前記調整済み角度に基づいて、３次元空間のベクトルを算出すると共に、前記ベクトルの３次元空間の各成分の加算結果に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する、請求項１から３いずれかに記載の表示装置。
5. 加工面構成要素により構成された加工面の形状情報に基づいて、前記加工面構成要素の法線ベクトルを抽出する法線ベクトル抽出ステップと、
   前記法線ベクトルに基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出する輝度算出ステップと、
   前記加工面構成要素の輝度に基づいて、前記加工面をグラフィックス表示する表示ステップと、をコンピュータに実行させ、
   前記輝度算出ステップにおいて、前記法線ベクトルが３次元空間の各軸となす角度に所定の調整倍率を乗じた調整済み角度に基づいて、前記加工面構成要素の輝度を算出させる、コンピュータプログラム。

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