JP7479480B2 - 表示制御装置、加工シミュレーション装置、表示制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、表示制御装置、加工シミュレーション装置、表示制御方法及びプログラムに関する。

ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工作機械は、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置などによって作成された加工プログラムに基づいて加工を行う。ＮＣ工作機械によって加工された加工物には、加工プログラムの設計者の意図と異なる仕上がりを示す加工不良が発生する場合がある。加工不良は、例えば、加工プログラムに問題点がある場合、加工条件又はＮＣ工作機械の調整が適切ではないことで加工プログラムの指示にＮＣ工作機械が追随していない場合などに発生する。ＮＣ工作機械によって切削加工を行うときに加工プログラムに問題点がある場合、加工不良は削り残し又は削り過ぎによって発生する。

このような加工不良の発生を防ぐために、ＮＣ工作機械による加工を行う前に、予め作成された加工プログラムに基づいて加工シミュレーションを行う装置が普及している。例えば、特許文献１を参照。特許文献１には、加工プログラムに基づいて加工シミュレーションした仮想の加工物の加工面の形状を表示部に表示させる技術が記載されている。

また、建築素材の仕上がりをコンピュータによってシミュレーションする技術が普及している。例えば、特許文献２を参照。特許文献２には、観察環境の変化及び建築素材の向きの変化に応じた建築素材の画像を表示部に表示させる技術が記載されている。

特開２０１７－１５６１７０号公報 特開２０１７－３３３１９号公報

しかしながら、ＮＣ工作機械によって加工された加工物の加工面の質感は、建築素材とは異なり、加工物の材質、工具の加工パスなどによっても異なる。また、加工物の用途に応じて、加工面の評価基準が異なる。そのため、上記いずれの従来技術においても、予め作成された加工プログラムに基づいて加工物の加工面の質感を予測し、その予測に基づいて加工物の用途毎の評価基準に応じた加工プログラムに修正することは困難である。

また、観察者は、観察状態に応じて変化する表面の質感（例えば、光沢及び陰影の位置）に基づいて、加工物の形状及び質感を認識する。しかしながら、上記いずれの従来技術においても、表示部に表示された仮想の加工物の画像における質感は、実環境のように、観察状態に応じて変化しない。そのため、加工シミュレーションの結果に基づいて、加工物における加工不良の有無を確認することが困難であった。

本開示は、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光を画像に付加することを目的とする。

本開示の一態様に係る表示制御装置は、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置であって、前記加工物の形状を示す形状データを取得する形状データ取得部と、前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得する照明条件取得部と、前記加工物の材質を示す材質情報を取得する材質情報取得部と、前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想のカメラの位置を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置情報取得部と、前記表示部の表示面から観察者の眼の位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の視線の方向との少なくとも一方を含む観察状態を示す観察状態情報を取得する観察状態取得部と、前記カメラから見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供する表示画像生成部と、前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する縮尺情報取得部とを有し、前記表示画像生成部は、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、前記カメラ位置情報、及び前記観察状態情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記観察者の眼に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記カメラから見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加することを特徴とする。

本開示の他の態様に係る表示制御方法は、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置が実行する表示制御方法であって、前記加工物の形状を示す形状データを取得するステップと、前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得するステップと、前記加工物の材質を示す材質情報を取得するステップと、前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想のカメラの位置を示すカメラ位置情報を取得するステップと、前記表示部の表示面から観察者の眼の位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の視線の方向とを含む観察状態情報を取得するステップと、前記カメラから見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供するステップと、前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得するステップとを有し、前記表示部に前記画像を提供するステップでは、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、前記カメラ位置情報、及び前記観察状態情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記観察者の眼に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記カメラから見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加することを特徴とする。

本開示によれば、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光を画像に付加することができる。

実施の形態１に係る加工システムの構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示されるＮＣ工作機械のボールエンドフライスカッタの構成を示す側面図である。 図２に示されるボールエンドフライスカッタによって加工された加工物を示す斜視図である。 実施の形態１に係る加工シミュレーション装置の使用状態を示す概略図である。 実施の形態１に係る加工シミュレーション装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１に係る表示制御装置が表示部に提供する画像が生成される仮想空間を示す模式図である。 （Ａ）は、加工物の加工面の各位置に照射された入射光及び当該入射光の反射光のうちの１次反射光を示す模式図である。（Ｂ）は、加工物の加工面の各位置に照射された入射光、当該入射光の反射光のうちの１次反射光及び２次反射光を示す模式図である。 （Ａ）は、実施の形態１に係る表示制御装置の表示画像生成部によって生成されたミクロ用表示画像の一例を示す図である。（Ｂ）は、実施の形態１に係る表示制御装置の表示画像生成部によって生成されたマクロ用表示画像の一例を示す図である。 （Ａ）は、図８（Ａ）に示される表示器の左側が下がるように傾斜したときに表示器に表示される画像の一例を示す図である。（Ｂ）は、図８（Ａ）に示される表示器の右側が下がるように傾斜したときに表示器に表示される画像の一例を示す図である。 実施の形態１に係る加工シミュレーション装置のハードウェア構成を概略的に示す図である。 実施の形態１に係る表示制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下に、実施の形態１に係る表示制御装置、加工シミュレーション装置、表示制御方法及びプログラムを、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態１は、例にすぎず、適宜変更することが可能である。

〈実施の形態１〉
図１は、実施の形態１に係る加工システム１の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、加工システム１は、加工シミュレーション装置１００と、ＣＡＭ装置２００と、ＮＣ工作機械３００（以下、「ＮＣ加工機」ともいう）とを備える。

加工シミュレーション装置１００は、被加工物に対するＮＣ工作機械３００の加工を模擬する装置である。なお、加工シミュレーション装置１００の構成については、後述する。

ＣＡＭ装置２００は、ＮＣ工作機械３００への動作指令が記述された加工プログラムを作成する。

ＮＣ工作機械３００は、ＣＡＭ装置２００によって作成された加工プログラムに基づいて、被加工物を加工する。図１に示す例では、ＮＣ工作機械３００は、切削用工具としてのボールエンドフライスカッタ３０１と、ボールエンドフライスカッタ３０１を駆動する駆動部３０２とを有する。ボールエンドフライスカッタ３０１は、被加工物の表面を自由形状に形成することが可能である。駆動部３０２は、例えば、モータと、モータの駆動力をボールエンドフライスカッタ３０１に伝達する伝達機構（例えば、ギヤ）とを有する。なお、ＮＣ工作機械３００は、ボールエンドフライスカッタに限らず、ドリルなどの他の工具を有していてもよい。

図２は、図１に示されるＮＣ工作機械３００のボールエンドフライスカッタ３０１の構成を示す側面図である。図２に示されるように、ボールエンドフライスカッタ３０１の先端部３０１ａの形状は、例えば、球状である。また、ボールエンドフライスカッタ３０１の先端部３０１ａを除く部分３０１ｂは、例えば、円柱状である。

図３は、図２に示されるボールエンドフライスカッタ３０１によって加工された加工物４００を示す斜視図である。加工物４００は、ボールエンドフライスカッタ３０１によって加工された加工面４１０を有する。図３に示す例では、加工面４１０は、複数の切削面４１１、４１２、４１３を有する。ボールエンドフライスカッタ３０１は、加工物４００に円弧状の切削面４１１、４１２、４１３を形成する。ここで、複数の切削面４１１、４１２、４１３のうちの隣接する切削面の間には、三角形状の尖部４１４、４１５が形成されている。

次に、切削加工された加工物に発生する加工不良について説明する。図１及び２に示されるボールエンドフライスカッタ３０１によって切削加工された加工物には、切削パスなどの不具合によって加工面及び加工物の形状に加工不良が発生する場合がある。加工不良が発生した場合、製品の出荷ができないため、加工物における加工不良を発生させないことが望まれている。

一般的に、加工不良には、「傷」及び「加工ムラ」という２種類の不良が存在する。ここで、「傷」とは、例えば、加工物の加工面に形成された微小な深さを有する溝である。溝の深さは、例えば、約１０μｍである。言い換えれば、「傷」とは、加工後に本来なら連続面である加工面の一部に段差が形成されることで生じる加工不良である。「傷」の有無は、加工面の形状の不規則性によって認識されるため、人が加工面に触れることで判断できる。

「加工ムラ」とは、例えば、加工物の加工面に形成された微小な高さを有する不連続な凹凸である。凹凸の高さは、例えば、約１μｍである。「加工ムラ」は、加工面において質感のばらつきが広範囲に発生している加工不良である。つまり、「加工ムラ」とは、加工物の形状が均質化されておらず、加工面における一部の箇所の色又は模様が他の箇所の色又は模様と異なるように見える加工不良である。「加工ムラ」の有無は、光の回折によって、虹色に基づく色ムラ又は形状ムラが加工面に表れることによって判断できる。

一般的には、「傷」及び「加工ムラ」の有無は、ＮＣ加工機のユーザによって視覚的に評価される。例えば、ユーザは、加工物の試作加工を行い、当該試作加工された加工物の加工面に、室内の照明光又は太陽光などを当てたときの反射光によって加工不良の有無を確認する。ユーザによって、加工不良有りと判定されたとき、当該加工物は出荷できない。そのため、ユーザは、加工プログラムにおける加工パラメータを修正する作業を行う。しかし、試作加工及び加工パラメータの修正作業を含む加工準備プロセスは、多くの時間を要するプロセスである。そのため、当該加工準備プロセスを削減し、加工作業を効率化することが望まれている。

次に、人による物体表面の質感の認識について説明する。実環境において、物体に照射された光の反射光は、物体の材質、物体の表面の形状又は物体の周辺に位置する光源の特性などに応じて変化する。例えば、人は反射光の変化によって表れる物体の表面の微細な凹凸、光沢及び陰影の変化によって、物体の材質を理解する。これにより、人は、物体の表面性状、つまり、物体の質感を認識することができる。

よって、本明細書における「質感」とは、人が、物体の表面（つまり、加工物の加工面）で反射した反射光によって理解する材質特性である。反射光は、波長特性（以下、「色味」ともいう）、指向性及び拡散性などの特性を有する。

また、人が物体の表面を観察する場合、眼、頭又は体を動かすという能動的な動きを行う。このような観察時における動きに基づいて物体の表面の光沢及び陰影が変化することによって、人は、物体の材質を更に理解し易くなる。よって、観察時における人の動きに応じて、加工シミュレーション装置１００の表示部（つまり、後述する図４に示される表示器２０）に表示する仮想の加工物（以下、「オブジェクト」ともいう）の画像が変化すれば、ＮＣ加工機によって実際に加工された加工物の加工面を模擬した表示を行うことができる。

物体の表面で反射した反射光には、鏡面反射した反射光成分及び拡散反射した反射光成分が含まれる。鏡面反射は、光の入射角と反射角が互いに同じ角度である反射をいう。拡散反射は、入射光が反射面から様々な方向に反射することである。そのため、鏡面反射した反射光成分は指向性が強く、拡散反射した反射光成分は全方位方向に反射する。また、物体の表面で反射した反射光には、内部反射する反射光成分、及び相互反射する反射光成分が更に含まれる。内部反射は、物体の内部を伝搬する光が当該内部で散乱して物体の外部に向けて反射することである。相互反射は、物体から反射した光が他の物体にぶつかって更に反射することである。

そのため、加工シミュレーション装置１００の表示部に表示する仮想の加工物の画像に付加する反射光の色味を変化させた場合、当該加工物のリアリティを更に高めることができる。反射光の色味の変化は、例えば、表示部の周辺に存在する物又は人を含む風景及び当該表示部を照らす光の色味に応じた映り込みを画像に発生させることで実現することができる。

次に、加工シミュレーション装置１００の構成について説明する。図４は、図１に示される加工シミュレーション装置１００の使用状態を示す概略図である。図４に示されるように、加工シミュレーション装置１００は、表示制御装置１０と、表示部としての表示器２０とを有する。表示制御装置１０は、実施の形態１に係る表示制御方法及び実施の形態に係るプログラムを実行することができる装置である。

表示制御装置１０は、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物５０２の画像を表示器２０に表示させる。加工シミュレーション装置１００のユーザである観察者５０は、表示器２０を見ることで加工シミュレーションの結果を確認することができる。図４に示す例では、表示器２０に表示された画像は、後述する図８（Ｂ）に示されるマクロ用表示画像Ａ２である。

表示器２０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｓｅ）ディスプレイ、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイなどである。なお、表示器２０は、空中ディスプレイ、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）装置、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）装置などの他の表示装置であってもよい。

図４に示す例では、表示制御装置１０及び表示器２０は、端末装置３０に備えられている。端末装置３０は、例えば、タブレット型ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ノート型ＰＣなどである。なお、表示制御装置１０は、表示器２０を備える端末装置とは別の端末装置に備えられていてもよい。

図５は、実施の形態１に係る加工シミュレーション装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図５に示されるように、表示制御装置１０は、形状データ取得部１１と、照明条件取得部１２と、材質情報取得部１３と、カメラ位置情報取得部１４と、表示範囲情報取得部１５と、観察状態取得部１６と、表示画像生成部１７とを有する。

形状データ取得部１１は、加工物の形状を示す形状データを取得する。形状データ取得部１１は、観察者５０（図４参照）が操作する入力装置（例えば、キーボード及びマウスなど）１１０を介して形状データを取得する。形状データ取得部１１は、例えば、３次元のボリュームデータを形状データとして取得する。取得された形状データは、表示制御装置１０の記憶部（図示せず）に記憶される。なお、形状データ取得部１１は、３次元のボリュームデータを取得する構成に限らず、加工物の表面を法線方向に変化させることで凹凸感を表すバンプマッピングが行われたデータを取得してもよい。また、形状データ取得部１１は、実際に切削加工された加工物の形状を３次元形状計測装置によって計測することで得られたデータを取得してもよい。形状データ取得部１１は、取得した形状データを表示画像生成部１７に出力する。

照明条件取得部１２は、加工物に仮想の光源（つまり、後述する図６に示される仮想光源４２）によって光を照射するときの照明条件を取得する。加工物の材質が金属である場合、照明条件は、例えば、仮想の光源から出射した光が加工面に入射するときの角度、仮想の光源の位置、光の強度、光の配光分布、仮想の光源の数、光の色及び光の波長特性のいずれか１つ以上を含む。

図５に示す例では、照明条件取得部１２は、入力装置１１０を介して照明条件を取得する。照明条件取得部１２は、取得した照明条件を表示画像生成部１７に出力する。なお、照明条件取得部１２は、入力装置１１０を介して照明条件を取得しなくてもよく、予め決められた照明条件を記憶していてもよい。また、照明条件取得部１２は、予め決められた複数の照明条件を記憶していてもよい。例えば、加工物の材質が金属である場合、照明条件に応じて加工面に照射される光の反射特性が異なる。照明条件取得部１２が複数の照明条件を記憶しておくことで、加工物の材質又は形状に対応する照明条件を取得することができる。

材質情報取得部１３は、加工物の材質を示す材質情報を取得する。実施の形態１では、材質情報取得部１３は、材質情報として加工物の素材を示す素材情報を取得する。加工物の素材は、例えば、金属（例えば、アルミニウム、鉄、チタンなど）、樹脂（例えば、プラスチック）、木材、及びゴムのいずれかを含む。材質情報取得部１３には、例えば、予め決められた複数の素材情報が記憶されている。材質情報取得部１３は、記憶された複数の素材情報から入力装置１１０を介して観察者５０が選択した素材情報を材質情報として取得する。なお、加工物の素材情報が材質情報取得部１３に記憶されていない場合、材質情報取得部１３は、入力装置１１０を介して入力された新たな素材情報を材質情報として取得してもよい。また、材質情報取得部１３は、素材情報に限らず、加工物の物体色についての情報又は鏡面反射強度についての情報を含むテクスチャ画像を材質情報として取得してもよく、ＢＲＤＦ（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）データを材質情報として取得してもよい。

カメラ位置情報取得部１４は、表示器２０（図４参照）を見る観察者５０の眼を仮想的に置き換えた仮想のカメラ（つまり、後述する図６に示される仮想カメラ４１）の位置を示すカメラ位置情報を取得する。カメラ位置情報取得部１４は、例えば、キーボード及びマウスなどの入力装置１１０を介してカメラ位置情報を取得する。なお、表示器２０がタッチ操作の可能なディスプレイ（以下、「タッチパネルディスプレイ」ともいう）である場合、カメラ位置情報取得部１４は、タッチパネルディスプレイにおける観察者５０のタッチ操作を介してカメラ位置情報を取得してもよい。

表示範囲情報取得部１５は、カメラ位置情報取得部１４によって取得されたカメラ位置情報を、表示器２０に表示される仮想の加工物の画像の表示範囲を示す表示範囲情報として取得する。

観察状態取得部１６は、表示器２０を見る観察者５０（図４参照）の観察状態を示す観察状態情報を取得する。観察状態情報は、表示器２０の表示面２０ａ（図４参照）から観察者５０の眼の位置までの距離と、表示面２０ａに対する観察者５０の視線の方向とを含む。観察状態取得部１６は、例えば、観察者５０を撮影して観察者５０をトラッキングする撮像装置（例えば、カラーカメラ、赤外線カメラなど）である。

観察状態取得部１６は、例えば、観察者５０を撮影することによって取得した画像に含まれる観察者５０の頭５０ａ（図４参照）の面積を検出することで、表示器２０の表示面２０ａから観察者５０の眼の位置までの距離を取得する。観察状態取得部１６によって検出された頭５０ａの面積が予め決められた閾値より大きい場合、観察者５０は予め決められた基準位置より近い位置にいることを検出できる。また、検出された頭５０ａの面積が当該閾値以下である場合、観察者５０は基準位置より遠い位置にいることを検出できる。なお、観察状態取得部１６は、観察者５０の頭５０ａの幅又は長さを検出してもよい。また、観察状態取得部１６は、当該撮像装置が観察者５０を最初に撮影したときの観察者の眼の位置を基準位置とし、観察者の眼が当該基準位置に対して左右方向及び上下方向のいずれに動いているかによって、観察状態情報を取得してもよい。

また、観察状態取得部１６は、検出された頭５０ａの画像における画素の移動量を取得し、当該画素の移動量に基づいて表示面２０ａに対する観察者５０の位置を取得してもよい。また、検出された頭５０ａの面積が経時的に小さくなるとき、当該頭５０ａの面積の変化量に対応する画素の移動量を取得し、当該画素の取得量に基づいて表示面２０ａに対する観察者５０の位置を取得してもよい。

図４に示されるように、実施の形態１では、観察状態取得部１６は、表示器２０に備えられている。なお、観察状態取得部１６は、表示器２０の近傍に備えられていてもよい。また、観察状態取得部１６は、表示制御装置１０又は表示制御装置１０の近傍に備えられていてもよい。この場合、観察状態取得部１６は、加速度センサ、ジャイロセンサ、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサなどであってもよい。また、観察状態取得部１６は、表示器２０と観察者５０との相対的な位置関係を取得できれば、加工シミュレーション装置１００から離れた位置に配置されていてもよい。

また、照明条件取得部１２によって取得された照明条件のうち仮想の光源の位置が予め決められた基準位置から離れている条件である場合には、加工シミュレーションによって加工したオブジェクトの見え方（つまり、質感）が変化しない。このとき、観察状態取得部１６は、表示面２０ａに対する観察者５０の位置を取得しなくてもよい。

表示画像生成部１７は、表示器２０に提供する仮想の加工物の画像を生成する。表示画像生成部１７は、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び観察状態情報に基づいて画像を生成する。具体的には、表示画像生成部１７は、加工物の形状データを照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び観察状態情報に基づいてレンダリング処理した画像を生成する。仮想の加工物の画像は、仮想の３次元空間（つまり、後述する図６に示される仮想空間Ｖ）において生成される。

図６は、仮想の加工物（以下、単に「加工物」ともいう）５００が生成される仮想空間Ｖを示す模式図である。図６には、ＸＹＺ直交座標系が示されている。Ｘ軸及びＹ軸は、水平面に平行な座標軸である。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する座標軸である。図６に示されるように、仮想空間Ｖには、表示器２０における加工物５００の画像の表示範囲を決定する仮想カメラ４１と、仮想空間Ｖにおける光源である仮想光源４２が存在する。

仮想カメラ４１の位置は、加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物５００の画像が表示器２０に表示されるときの視点位置である。表示器２０における加工物５００の表示範囲は、仮想カメラ４１の位置に基づいて定まる。つまり、表示器２０における加工物５００の画像の表示範囲は、仮想カメラ４１の位置に対応する。実施の形態１では、観察者５０（図４参照）がカメラ位置情報取得部１４に仮想カメラ４１の位置を入力することで、表示器２０における加工物５００の表示範囲が定まる。つまり、仮想カメラ４１の位置は、表示器２０を見る観察者５０の視点の位置を示す。このように、観察者５０の入力操作によって、仮想空間Ｖにおける仮想カメラ４１の位置を変化させることで、表示器２０における加工物５００の表示範囲を観察者５０が望む範囲に自在に設定することができる。

仮想光源４２は、加工物５００に照射する光として入射光Ｌ１を照射する。図６に示す例では、仮想カメラ４１及び加工物５００のそれぞれの位置は固定されていて、仮想光源４２の位置が観察者５０（図４参照）の観察状態に応じて変化する。例えば、仮想カメラ４１は加工物５００を表示器２０（図４参照）に表示可能な位置に固定され、仮想光源４２の位置は観察者５０の観察状態に応じてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれかに変化する。

表示画像生成部１７（図５参照）は、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び観察状態情報に基づいて、仮想光源４２によって加工物５００の各位置に照射された入射光Ｌ１の反射光である第１の反射光Ｌ２のうちの、当該各位置から観察者５０の眼に向かう反射光である第２の反射光Ｌ３の強度を算出し、仮想カメラ４１から見た加工物５００の画像に当該第２の反射光Ｌ３を付加する。例えば、観察状態に応じて仮想光源４２の位置が変化したとき、表示画像生成部１７は、加工物５００の加工面の各位置から観察者５０の眼に向かう第２の反射光Ｌ３の強度を変更する。これにより、表示器２０に表示される加工物５００の質感が変化する。

図５に示されるように、表示制御装置１０は、縮尺情報取得部１８と、縮尺情報判断部１９とを更に有する。なお、表示制御装置１０は、縮尺情報取得部１８及び縮尺情報判断部１９を有しない構成であっても、実現することができる。

縮尺情報取得部１８は、表示器２０における画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する。表示器２０がタッチパネルディスプレイである場合、縮尺情報取得部１８は、例えば、タッチ操作によるジェスチャ動作又はスライダバーを用いたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して縮尺情報を取得してもよい。なお、表示器２０にタッチセンサが内蔵されていない場合、縮尺情報取得部１８は、例えば、キーボード及びマウスなどの入力装置を介して縮尺情報を取得してもよい。

実施の形態１では、縮尺情報取得部１８によって取得される縮尺は、第１の縮尺と、第１の縮尺より大きい第２の縮尺とを有する。第１の縮尺は、加工シミュレーションによって加工した仮想の加工物の画像の一部を拡大表示するときの縮尺である。第２の縮尺は、加工シミュレーションによって加工した仮想の加工物の画像を等倍表示又は縮小表示するときの縮尺である。

縮尺情報判断部１９は、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺情報に基づいて、表示器２０に表示させる画像の種類を判断する。実施の形態１では、縮尺情報判断部１９は、第１の縮尺が縮尺情報取得部１８によって取得されたときに、表示器２０にミクロ用表示画像（つまり、後述する図８（Ａ）に示されるミクロ用表示画像Ａ１）を表示させると判断する。縮尺情報判断部１９は、第２の縮尺が縮尺情報取得部１８によって取得されたときに、表示器２０にマクロ用表示画像（つまり、後述する図８（Ｂ）に示されるマクロ用表示画像Ａ２）を表示させると判断する。なお、縮尺情報判断部１９は、予め決められた基準値以上の拡大率を有する縮尺情報が縮尺情報取得部１８によって取得されたときに、表示器２０にミクロ用表示画像を表示させると判断してもよい。また、縮尺情報判断部１９は、基準値と同じ又は小さい拡大率を有する縮尺情報が縮尺情報取得部１８によって取得されたときに、表示器２０にマクロ用表示画像を表示させると判断してもよい。

表示画像生成部１７は、ミクロ用表示画像生成部１７ａと、マクロ用表示画像生成部１７ｂとを有する。

ミクロ用表示画像生成部１７ａは、縮尺情報判断部１９によって表示器２０に表示させる画像がミクロ用表示画像であると判断されたときに、当該ミクロ用表示画像を生成する。ミクロ用表示画像は、図６に示される仮想光源４２によって照射された入射光Ｌ１の第１の反射光Ｌ２のうちの１次反射光（つまり、後述する図７（Ａ）に示される１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５）が付加された画像である。このように、ミクロ用表示画像生成部１７ａは、１次反射光が付加された画像をレンダリング（「描画」ともいう）するレンダリング部である。

マクロ用表示画像生成部１７ｂは、縮尺情報判断部１９によって表示器２０に表示させる画像がマクロ用表示画像であると判断されたときに、当該マクロ用表示画像を生成する。マクロ用表示画像は、図６に示される仮想光源４２によって照射された入射光Ｌ１の第１の反射光Ｌ２のうちの１次反射光（つまり、後述する図７（Ｂ）に示される１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５）及び２次反射光（つまり、後述する図７（Ｂ）に示される２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３）が付加された画像である。このように、マクロ用表示画像生成部１７ｂは、１次反射光及び２次反射光が付加された画像をレンダリングするレンダリング部である。

図７（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、加工物に照射された光の１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１～Ｌ３３について説明する。図７（Ａ）は、加工物５００の加工面５００ａの各位置に照射された入射光Ｌ１１～Ｌ１５、及び当該入射光Ｌ１１～Ｌ１５の反射光のうちの１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５を示す模式図である。図７（Ａ）に示されるように、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５は、加工物５００の加工面５００ａの各位置に照射された入射光Ｌ１１～Ｌ１５が加工面５００ａで１度反射して観察者５０（図４参照）の眼に届く反射光である。つまり、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５は、加工物５００の加工面５００ａに入射光Ｌ１１～Ｌ１５が照射されることによって生じる反射光である。１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が進む方向及び強度は、加工面５００ａの入射光Ｌ１１～Ｌ１５の入射角度及び加工面５００ａの法線方向に基づいて定められる。

１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５の輝度値は、例えば、バンプマッピングによって算出される。また、光学反射の計算は、例えば、Ｐｈｏｎｇモデル、Ｔｏｒｒａｎｃｅ－Ｓｐａｒｒｏｗモデル及びＢｌｉｎｎモデルなどの反射モデルのうち加工物の材質に対応する反射モデルによって行われる。１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が付加された画像のレンダリング処理は、カメラ位置情報取得部１４、観察状態取得部１６、縮尺情報取得部１８のそれぞれで取得される情報が更新される毎に行われる。これにより、更新された各情報に対応する画像をリアルタイムで表示器２０に表示することができる。

図７（Ｂ）は、加工物５００の加工面５００ａの各位置に照射された入射光Ｌ１１～Ｌ１５、及び当該入射光Ｌ１１～Ｌ１５の反射光のうちの１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３を示す模式図である。図７（Ｂ）に示す例では、加工面５００ａの各位置に照射された入射光Ｌ１１～Ｌ１５のうち入射光Ｌ１３、Ｌ１５は、加工面５００ａで１度反射した１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５として観察者５０の眼に届く。入射光Ｌ１１～Ｌ１５のうち入射光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１４は、加工面５００ａで２度反射した２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３として観察者５０の眼に届く。２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、加工物５００の加工面５００ａの各位置に照射された入射光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１４が加工面５００ａで複数回反射して観察者５０の眼に届く反射光である。２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、表面下散乱成分、屈折成分、相互反射光成分及び回折光成分を含む。

２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３２の輝度値は、例えば、光線の伝搬を計測してモデル化する物理ベースレンダリング、フォトンマッピング、光の回折に基づいて作成されたモデル式を用いた近似によって算出される。また、２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３２の輝度値は、ＢＲＤＦ又はＮＤＦ（Ｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いてレンダリング処理を行うマイクロファセット理論によって算出されてもよい。１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加された画像のレンダリング処理は、カメラ位置情報取得部１４、観察状態取得部１６及び縮尺情報取得部１８のそれぞれで取得される情報が更新される毎に行われる。これにより、更新された各情報に対応する画像をリアルタイムで表示器２０に表示することができる。

１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加された画像の反射特性は、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５のみが付加された画像の反射特性と比べて、複雑である。つまり、加工シミュレーションによって加工されたオブジェクトの画像に１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加されることで、当該オブジェクトの質感を実環境に近づけることができる。

次に、図８（Ａ）及び（Ｂ）並びに図９（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、表示画像生成部１７によって生成される画像の具体例について説明する。図８（Ａ）は、表示画像生成部１７のミクロ用表示画像生成部１７ａによって生成されたミクロ用表示画像Ａ１の一例を示す図である。図８（Ｂ）は、表示画像生成部１７のマクロ用表示画像生成部１７ｂによって生成されたマクロ用表示画像Ａ２の一例を示す図である。ミクロ用表示画像Ａ１及びマクロ用表示画像Ａ２は、ボールエンドフライスカッタ３０１（図２参照）を用いた切削加工をシミュレーションすることで得られたグラフィックスである。

ミクロ用表示画像Ａ１は、図５に示される縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が第１の縮尺であるときに生成される画像である。つまり、ミクロ用表示画像Ａ１は、加工シミュレーションによって加工した加工物５０１を拡大表示させるときに表示器２０に表示される画像である。ミクロ用表示画像Ａ１には、ミクロ用表示画像生成部１７ａによって算出された１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５（図７（Ａ）参照）が付加されている。

マクロ用表示画像Ａ２は、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が第２の縮尺であるときに生成される画像である。つまり、マクロ用表示画像Ａ２は、加工シミュレーションによって加工した加工物５０２を等倍／縮小表示させるときに表示器２０に表示される画像である。マクロ用表示画像Ａ２には、マクロ用表示画像生成部１７ｂによって算出された１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３（図７（Ｂ）参照）が付加されている。

マクロ用表示画像Ａ２の反射特性は、ミクロ用表示画像Ａ１の反射特性と比較して複雑であるため、マクロ用表示画像Ａ２の加工物５０２の質感を実環境に近づけることができる。一方で、ミクロ用表示画像Ａ１には１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が付加され、マクロ用表示画像Ａ２には１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加されているため、ミクロ用表示画像Ａ１を生成するためのレンダリング処理時間を、マクロ用表示画像Ａ２を生成するためのレンダリング処理時間より短縮することができる。そのため、観察者５０の視線の方向に追従してミクロ用表示画像Ａ１を表示器２０に滑らかに表示することができる。

表示器２０を見る観察者５０は、表示器２０に表示されたミクロ用表示画像Ａ１及びマクロ用表示画像Ａ２に基づいて、仮想の加工物５０１、５０２における加工不良の有無を確認することで、加工プログラムの修正要否を評価することができる。

例えば、観察者５０は、ミクロ用表示画像Ａ１を見ることによって、拡大表示された加工物５０１の加工面における傷の有無を確認することができる。一般的に、ＮＣ工作機械３００（図１参照）のユーザは、当該ＮＣ工作機械３００によって加工された加工物における加工不良の有無を評価する場合に、加工物における像の有無を確認する。具体的には、ユーザは、加工物の加工面を目視又は当該加工面を拡大するためのルーペを用いることで確認する。図９（Ａ）に示されるように、表示制御装置１０では、加工シミュレーションによって加工した加工物５０１を拡大表示する場合、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が付加され、２次反射光が付加されないミクロ用表示画像Ａ１が表示器２０に表示される。これにより、ミクロ用表示画像Ａ１において、虹色に色づく色ムラ又は色つきが生じ難くなるため、観察者５０が、加工物５０１の加工面の細かな凹凸形状（つまり、切削形状）を認識し易くなる。よって、加工物５０１の加工面における傷の有無を確認することができる。

また、観察者５０は、マクロ用表示画像Ａ２を見ることによって、加工物５０２の形状が広範囲において均質であるか否かを視覚的に確認することができる。これにより、観察者５０は、加工物５０２における加工ムラの有無を確認することができる。

図９（Ａ）は、図４に示される表示器２０の左側が下がるように傾斜したときに表示器２０に表示される画像Ａ３の一例を示す図である。図９（Ａ）に示される画像Ａ３は、観察者５０によって、図８（Ａ）に示される表示器２０の左側が下がるように傾けられたときの画像である。図９（Ｂ）は、図８（Ａ）に示される表示器２０右側が下がるように傾斜したときに表示器２０に表示される画像Ａ４の一例を示す図である。図９（Ｂ）に示される画像Ａ４は、観察者５０によって、図８（Ａ）に示される表示器２０の右側が下がるように傾けられたときの画像である。

図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、画像Ａ３の光沢は画像Ａ４の光沢より強く、画像Ａ３は画像Ａ４より明るい。このように、表示器２０に対する観察者５０の観察状態の変化に応じて、表示器２０に表示される画像の反射特性が異なる。つまり、表示画像生成部１７は、観察状態の変化に応じて、観察者５０の眼に向かう第２の反射光Ｌ３（図６参照）の強度を変更する。これにより、表示器２０に表示される加工物５０１のリアリティが向上するため、観察者５０は加工物５０１の加工面の質感を確認し易くなる。

図１０は、加工シミュレーション装置１００のハードウェア構成を概略的に示す図である。図１０に示されるように、加工シミュレーション装置１００は、メモリ１０ａと、プロセッサ１０ｂと、表示器２０とを有する。

表示制御装置１０（図５参照）は、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ１０ａと、メモリ１０ａに格納されたプログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ１０ｂとを備えたコンピュータによって実現することができる。メモリ１０ａは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などである。プロセッサ１０ｂが、プログラムを実行することにより、表示制御装置１０の各構成の機能が実現される。なお、表示制御装置１０の構成の一部をメモリ１０ａとプロセッサ１０ｂとによって実現してもよい。また、表示制御装置１０は、電気回路によって実現されていてもよい。

次に、表示制御装置１０の動作について説明する。図１１は、表示制御装置１０の動作を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１において、形状データ取得部１１は、加工シミュレーションによって加工される仮想の加工物５００の形状を示す形状データを取得する。

ステップＳ２において、材質情報取得部１３は、加工物５００の材質を示す材質情報を取得する。

ステップＳ３において、カメラ位置情報取得部１４は、仮想空間Ｖにおいて、加工物５００の画像の表示範囲を決定する仮想カメラ４１の位置を取得する。仮想カメラ４１の初期位置は、カメラ位置情報取得部１４において予め記憶されている。仮想カメラ４１の位置は、後述するステップＳ１０において、表示範囲が更新されたときに変更される。これにより、観察者５０は、仮想カメラ４１の位置、つまり、表示器２０に表示される加工物５００の表示範囲を自由に設定できるため、観察者５０は、所望の表示範囲で加工物５００を見ることができるため、当該加工物５００の質感を確認し易くなる。

ステップＳ４において、照明条件取得部１２は、加工物５００に仮想光源４２によって入射光Ｌ１を照射するときの照明条件を取得する。照明条件は、後述するステップＳ１１において、表示器２０を見る観察者５０の観察状態情報が取得された場合に変更される。

ステップＳ５において、縮尺情報判断部１９は、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が第１の縮尺であるか否かを判定し、当該縮尺が第１の縮尺であると判定した場合（つまり、ステップＳ５において、判定がＹｅｓの場合）、処理をステップＳ６へ進める。縮尺情報判断部１９は、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が第１の縮尺でないと判定した場合（つまり、ステップＳ５において、判定がＮｏの場合）、処理をステップＳ７へ進める。つまり、縮尺情報判断部１９は、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が第２の縮尺であると判定した場合、処理をステップＳ７へ進める。なお、ステップＳ５において、判定がＮｏの場合には、縮尺情報取得部１８が入力装置１１０を介して縮尺情報を取得していない場合も含む。つまり、ステップＳ５において、縮尺情報判断部１９は、縮尺情報が入力されていない場合であっても、処理をステップＳ７へ進める。

ステップＳ６において、ミクロ用表示画像生成部１７ａは、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び第１の縮尺に基づいて１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５を算出し、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が付加されたミクロ用表示画像Ａ１を生成する。

ステップＳ７において、マクロ用表示画像生成部１７ｂは、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び第２の縮尺に基づいて１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３を算出し、１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及び２次反射光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加されたマクロ用表示画像Ａ２を作成する。

ステップＳ８において、表示画像生成部１７は、ステップＳ７及びステップＳ８で作成された画像を表示器２０に提供する。表示器２０における画像の更新頻度は、例えば、１００ｍｓ以下である。これにより、表示器２０を見る観察者５０が、画像の表示の遅延を認識し難くなる。なお、表示器２０における画像の更新頻度は、観察状態取得部１６の更新頻度に対応していてもよく、例えば、３０ｆｐｓであってもよい。

ステップＳ９において、表示制御装置１０は、表示器２０における画像の表示を終了するか否かを判定し、表示を終了すると判定した場合（つまり、ステップＳ９において、判定がＹｅｓの場合）、処理をステップＳ１３へ進める。表示制御装置１０は、表示器２０における表示画像の表示を終了しないと判定した場合（つまり、ステップＳ９において、判定がＮｏの場合）、処理をステップＳ８に戻す。

ステップＳ１０において、表示制御装置１０は、表示器２０における画像の表示範囲の更新の有無を判定する。つまり、表示制御装置１０は、表示範囲情報取得部１５によって表示範囲情報が取得されたか否かを判定する。ここで、画像の表示範囲の更新とは、表示器２０に表示されている画像の表示範囲を変更することである。表示範囲の更新の有無は、カメラ位置情報取得部１４によって取得されたカメラ位置情報が更新されているか否かによって判定される。

表示器２０としてのタッチパネルディスプレイに２次元のオブジェクトの画像が表示されている場合、観察者５０が指をタッチパネルディスプレイ上において左右方向及び上下方向に移動させる操作を行うことによって、カメラ位置情報が取得され、表示範囲が更新される。また、タッチパネルディスプレイに３次元のオブジェクトの画像が表示されている場合、観察者５０が指をタッチパネルディスプレイ上において左右方向及び上下方向に移動させる操作を行うことによって、表示範囲は３次元的に更新される。なお、表示器２０がＨＭＤである場合、表示範囲は、観察者５０の手の動作の認識又はジョイスティックによる操作によって更新されてもよい。

ステップＳ１０において、表示制御装置１０は、表示範囲が更新されたと判断した場合（つまり、ステップＳ１０において、判定がＹｅｓの場合）、処理をステップＳ３に戻す。また、表示制御装置１０は、表示範囲が更新されていないと判断した場合（つまり、ステップＳ１０において、判定がＮｏの場合）、処理を終了する。

ステップＳ１１において、表示制御装置１０は、観察状態取得部１６によって観察状態情報が取得されたか否かを判定し、観察状態情報が取得されたと判定した場合（つまり、ステップＳ１１において、判定がＹｅｓの場合）、処理をステップＳ４に戻す。つまり、観察状態取得部１６によって観察状態情報が取得された場合、照明条件が更新される。その後、処理がステップＳ６に進んだ場合、ミクロ用表示画像生成部１７ａは、形状データ、材質情報、カメラ位置情報、及び第１の縮尺に加えて更新された照明条件に基づいて、ミクロ用表示画像Ａ１を生成する。つまり、観察状態情報が取得された場合、ミクロ用表示画像生成部１７ａは、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、観察状態情報及び第１の縮尺に基づいて、ミクロ用表示画像Ａ１を生成する。

また、観察状態情報が取得された後に、処理がステップＳ７に進んだ場合、マクロ用表示画像生成部１７ｂは、形状データ、材質情報、カメラ位置情報、及び第２の縮尺に加えて更新された照明条件に基づいて、マクロ用表示画像Ａ２を生成する。つまり、観察状態情報が取得された場合、マクロ用表示画像生成部１７Ｂは、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、観察状態情報及び第２の縮尺に基づいて、マクロ用表示画像Ａ２を生成する。

表示制御装置１０は、観察状態取得部１６によって観察状態情報が取得されていないと判定した場合（つまり、ステップＳ１１において、判定がＮｏの場合）、処理を終了する。

ステップＳ１２において、縮尺情報判断部１９は、縮尺情報取得部１８によって縮尺情報が更新されたか否かを判定し、縮尺情報が更新されたと判定した場合（つまり、ステップＳ１２において、判定がＹｅｓの場合）、処理をステップＳ６に戻す。縮尺情報判断部１９は、縮尺情報が更新されていないと判定した場合（つまり、ステップＳ１２において、判定がＮｏの場合）、処理を終了する。

ステップＳ１３において、表示器２０は、加工物５００の画像の表示を終了する。

以上に説明したように、実施の形態１に係る表示制御装置１０によれば、表示画像生成部１７は、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、及び観察状態情報に基づいて、仮想光源４２によって加工物５００の加工面の各位置に照射された入射光Ｌ１の反射光である第１の反射光Ｌ２のうちの、各位置から観察者５０の眼に向かう反射光である第２の反射光Ｌ３を算出し、仮想カメラ４１から見た加工物５００の画像に第２の反射光Ｌ３を付加する。これにより、表示器２０に表示される加工物５００の画像の光沢及び陰影が変化し、当該加工物５００の質感が実環境に近づくため、加工物５００のリアリティを向上させることができる。よって、観察者５０は、加工シミュレーションによって加工された加工物５００における加工不良の有無を確認することができる。

ＣＡＭ装置２００によって作成された加工プログラムに問題点がある場合、当該加工プログラムに記述された指令コードであるＧコードによって、所望の形状を有する加工物が製造されない場合がある。また、ＮＣ加工機の工具は、ＮＣ加工機の作動部（例えば、図１に示される駆動部３０２の回転軸）によって動作するが、当該工具の動作速度、動作範囲、加速度及び減速度は、予め決められている。そのため、ＮＣ加工機の工具の実際の動作は、加工プログラムに記述された動作指令に追従せず、所望の形状を有する加工物が製造されない場合もある。

ＮＣ加工機によって実際に加工された加工物と、所望の形状を有する加工物との相違点は、ＮＣ加工機のユーザによって視認することが困難な場合がある。例えば、実際に加工された加工物の加工面には、深さ及び幅が数マイクメートルであり、長さが数十マイクロメートルである傷又は欠け目が加工不良として発生する場合がある。

そこで、ＮＣ加工機によって加工する前に、軟質且つ安価な材料によって形成された試作用被加工物を試作加工することによって、加工プログラムに問題点があるか否かを確認する試作加工の工程が行われる場合がある。ＮＣ加工機のユーザは、試作加工された加工物を目視検査することによって、当該加工物における加工不良の有無を判断する。加工不良有りと判断された場合には、加工プログラムが修正される。

しかしながら、このような試作加工の工程には、時間及びコストがかかる。試作加工の工程に費やされる時間は、例えば、数時間である。また、加工不良を発生させない加工プログラムが作成されるまでに試作加工の工程が繰り返し行われる場合もある。実施の形態１に係る表示制御装置１０によれば、上述した通り、表示器２０に表示される加工物５００のリアリティが向上しており、観察者５０は、加工シミュレーションによって加工された加工物５００における加工不良の有無を確認し易くなる。そのため、ＮＣ加工機を用いた試作加工の工程が不要となり、生産性を向上させることができる。

また、実施の形態１によれば、表示制御装置１０によって算出された第２の反射光Ｌ３が付加された画像が表示器２０に表示される。これにより、表示された画像が加工シミュレーションの結果としてデジタル空間において確認されるため、観察者５０は、遠隔地にいる作業者と当該結果を共有することができる。

また、実施の形態１によれば、表示画像生成部１７は、観察状態の変化に応じて、第２の反射光Ｌ３の強度を変更する。これにより、表示器２０に表示される加工物５０１のリアリティが向上するため、観察者５０は加工物５０１の加工面の表面性状を確認し易くなる。よって、加工シミュレーションによって加工された加工物５００における加工不良の有無を確認し易くなる。

また、実施の形態１によれば、表示制御装置１０は、表示器２０における画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する縮尺情報取得部１８を有し、表示画像生成部１７は、形状データ、照明条件、材質情報、カメラ位置情報、観察状態情報に加えて縮尺情報に基づいて、第２の反射光Ｌ３を算出し、仮想カメラ４１から見た加工物５００の画像に第２の反射光Ｌ３を付加する。これにより、画像の縮尺に応じて、表示器２０に表示される画像を変更することができる。

また、実施の形態１によれば、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が表示器２０に表示される画像を拡大表示させる第１の縮尺であるときに、１次反射光Ｌ２１～Ｌ２５が画像に付加されたミクロ用表示画像Ａ１が生成される。また、縮尺情報取得部１８によって取得された縮尺が表示器２０に表示される画像を等倍／縮小表示させる第２の縮尺であるときに、１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及びＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が画像に付加されたマクロ用表示画像Ａ２が生成される。これにより、ミクロ用表示画像Ａ１を生成するためのレンダリング処理時間を、マクロ用表示画像Ａ２を生成するためのレンダリング処理時間より短縮することができる。観察者５０の視線の方向に追従してミクロ用表示画像Ａ１を表示器２０に滑らかに表示することができる。

また、実施の形態１によれば、マクロ用表示画像Ａ２には、１次反射光Ｌ２３、Ｌ２５及びＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３が付加されている。これにより、マクロ用表示画像Ａ２の反射特性は、ミクロ用表示画像Ａ１の反射特性と比較して複雑であるため、マクロ用表示画像Ａ２を実環境に近づけることができる。そのため、観察者は、加工シミュレーションによって加工された加工物における加工不良の有無を確認し易くなる。

また、実施の形態１によれば、カメラ位置情報取得部１４は、観察者５０によって操作される入力装置１１０を介してカメラ位置情報を取得する。これにより、カメラ位置情報が更新される毎に表示器２０における画像の表示範囲が変更されるため、加工シミュレーションによって加工された加工物５００を観察者５０が望む方向から確認することができる。よって、加工物５００における加工不良の有無を一層確認し易くなる。

１ 加工システム、 １０ 表示制御装置、 １０ａ メモリ、 １０ｂ プロセッサ、 １１ 形状データ取得部、 １２ 照明条件取得部、 １３ 材質情報取得部、 １４ カメラ位置情報取得部、 １５ 表示範囲情報取得部、 １６ 観察状態取得部、 １７ 表示画像生成部、 １７ａ ミクロ用表示画像生成部、 １７ｂ マクロ用表示画像生成部、 １８ 縮尺情報取得部、 １９ 縮尺情報判断部、 ２０ 表示器、 ２０ａ 表示面、 ３０ 端末装置、 ４１ 仮想カメラ、 ４２ 仮想光源、 ５０ 観察者、 １００ 加工シミュレーション装置、 １１０ 入力装置、 ２００ ＣＡＭ装置、 ３００ ＮＣ工作機械、 ３０１ ボールエンドフライスカッタ、 Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５ 入射光、 Ｌ２ 第１の反射光、 Ｌ３ 第２の反射光、 Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５ １次反射光、 Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３ ２次反射光、 Ｖ 仮想空間。

Claims (9)

1. シミュレーション上の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置であって、
   前記加工物の形状を示す形状データを取得する形状データ取得部と、
   前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得する照明条件取得部と、
   前記加工物の材質を示す材質情報を取得する材質情報取得部と、
   前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想の視点位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記仮想の視点位置から見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供する表示画像生成部と、
   前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する縮尺情報取得部と
   を有し、
   前記表示画像生成部は、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、及び前記位置情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記仮想の視点位置に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記仮想の視点位置から見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加する
   表示制御装置。
2. シミュレーション上の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置であって、
   前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得する照明条件取得部と、
   前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想の視点位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記仮想の視点位置から見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供する表示画像生成部と、
   前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する縮尺情報取得部と
   を有し、
   前記表示画像生成部は、前記照明条件及び前記位置情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記仮想の視点位置に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記仮想の視点位置から見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加する
   表示制御装置。
3. 前記表示部の表示面から観察者の視点位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の観察の方向との少なくとも一方を含む観察状態を示す観察状態情報を取得する観察状態取得部を有し、
   前記表示画像生成部は、さらに前記観察状態情報に基づいて前記第２の反射光を算出する
   請求項１又は２に記載の表示制御装置。
4. 加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置であって、
   前記加工物の形状を示す形状データを取得する形状データ取得部と、
   前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得する照明条件取得部と、
   前記加工物の材質を示す材質情報を取得する材質情報取得部と、
   前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想のカメラの位置を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置情報取得部と、
   前記表示部の表示面から観察者の眼の位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の視線の方向との少なくとも一方を含む観察状態を示す観察状態情報を取得する観察状態取得部と、
   前記カメラから見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供する表示画像生成部と、
   前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得する縮尺情報取得部と
   を有し、
   前記表示画像生成部は、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、前記カメラ位置情報、及び前記観察状態情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記観察者の眼に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記カメラから見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加する
   表示制御装置。
5. 前記表示画像生成部は、前記観察状態の変化に応じて、前記第２の反射光の強度を変更する
   請求項４に記載の表示制御装置。
6. 前記カメラ位置情報取得部は、前記観察者によって操作される入力装置を介して前記カメラ位置情報を取得する
   請求項４又は５に記載の表示制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の表示制御装置と、
   前記表示部と
   を有する加工シミュレーション装置。
8. 加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の画像を表示部に表示させる表示制御装置が実行する表示制御方法であって、
   前記加工物の形状を示す形状データを取得するステップと、
   前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得するステップと、
   前記加工物の材質を示す材質情報を取得するステップと、
   前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想のカメラの位置を示すカメラ位置情報を取得するステップと、
   前記表示部の表示面から観察者の眼の位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の視線の方向とを含む観察状態情報を取得するステップと、
   前記カメラから見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供するステップと、
   前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得するステップと
   を有し、
   前記表示部に前記画像を提供するステップでは、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、前記カメラ位置情報、及び前記観察状態情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記観察者の眼に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記カメラから見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加する
   表示制御方法。
9. 加工シミュレーションによって加工された仮想の加工物の画像を表示部に表示させるコンピュータに、
   前記加工物の形状を示す形状データを取得するステップと、
   前記加工物に仮想の光源によって光を照射するときの照明条件を取得するステップと、
   前記加工物の材質を示す材質情報を取得するステップと、
   前記表示部における前記画像の表示範囲を決定する仮想のカメラの位置を示すカメラ位置情報を取得するステップと、
   前記表示部の表示面から観察者の眼の位置までの距離と前記表示面に対する前記観察者の視線の方向との少なくとも一方を含む観察状態を示す観察状態情報を取得するステップと、
   前記カメラから見た前記加工物の前記画像を生成し前記表示部に提供するステップと、
   前記表示部における前記画像の縮尺を示す縮尺情報を取得するステップと
   を行わせるプログラムであって、
   前記表示部に前記画像を提供するステップでは、前記形状データ、前記照明条件、前記材質情報、前記カメラ位置情報、及び前記観察状態情報に基づいて、前記光源によって前記加工物の加工面の各位置に照射された光の反射光である第１の反射光のうちの、前記各位置から前記観察者の眼に向かう反射光である第２の反射光を算出し、前記カメラから見た前記加工物の前記画像に前記第２の反射光を付加し、前記縮尺情報が、拡大率が予め決められた基準値以上を示す場合に、前記第１の反射光のうちの１次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加し、前記縮尺情報が、前記拡大率が前記基準値より小さいことを示す場合に、前記第１の反射光のうちの前記１次反射光及び２次反射光を前記第２の反射光として前記画像に付加する
   プログラム。

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