JPH01116886A - 多面体形状作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は３次元図形処理システムにおいて対話的に多面
体形状モデルを作成する多面体形状作成装置であり、さ
らに詳しくは多面体形状モデルを多面体の面単位の操作
によって作成する多面体形状作成装置に関する。

（従来の技術） オペレータの意図する多面体形状モデルを効率よく作成
する方法として多面体の面単位の操作によって多面体形
状を作成していく方法がある。例えば、面単位の操作と
して平面による切り落とし操作を用いる方法が考えられ
る。この場合には、最初に適当な立体を用意しておき、
オペレータが３次元空間に設定した平面によって立体の
一部を切り落とすという操作を繰り返していくことによ
り、目的とする多面体形状に近づけていく。

しかし、この方法では原理的に凸多面体しか作成できな
いという欠点がある。そこで、特願昭６２−０１１６２
５号明細書「多面体形状作成装置」に記載されているよ
うな方式が提案された。この方式の動作を第２図に示す
。あらかじめ充分大きな凸多面体を用意しておき（第２
図（ａ））、その凸多面体を平面によって繰り返し分割
していく。１個の凸多面体を分割すると２個の凸多面体
が生ずるが、この分割操作を空間上に存在する複数個の
凸多面体のうち１個を選択しながら繰、り返し適用して
いく。分割を進めていくと３次元空間には元の凸多面体
から生じた多数の凸多面体が互いにすきまなく隣り合っ
て存在している状態となる（第２図（ｂ））。さらにそ
の各凸多面体にｔすして属性として充填あるいは空洞を
割り当てるようにする。充填は中身の詰まっている状態
、空洞は中身の詰まっていない状態を示す。充填の属性
を持つ全ての凸多面体を合成することにより凸多面体に
限らず任意の多面体形状が表されることになる（第２図
（Ｃ））。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この多面体形状作成方式は、属性が空洞である
凸多面体データも保持する必要があるため形状データの
容量を大量に必要とするという問題点があった。すなわ
ち、意図する多面体形状を作成しようとした場合、その
多面体が含まれるような充分な大きさの凸多面体を用意
し、これを分割操作によって複数個の凸多面体に分解し
ていくわけだが、作成途中においては充填部分の凸多面
体データの他に、その外側にある空洞部分の凸多面体デ
ータも保持しなければならない。空洞部分のデータであ
っても後に分割操・作によって一部分を充填として用い
るという場合があるからである。つまりこの方式では面
単位の操作として分割操作を用いているために最終的に
は不必要となる部分のデータも保持しなければならなく
なっている。このような理由により、形状データ格納の
ための容量を大量に必要とし、また、検索や座標変換な
どに要する処理時間もそれに応じて大きなものとなって
いた。

本発明の目的は、このような問題点を解消し、５多面体
形状に限らず任意の多面体形状モデルを面単位の操作に
よって効率良く作成していくに際して、必要とするデー
タ格納容量を削減し、データ処理時間も小さくて済むよ
うな多面体形状作成装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の多面体形状作成装置は、複数個の凸多面体の形
状データを記憶する凸多面体データ記憶手段と、前記凸
多面体データ記憶手段の内容がら複数個の凸多面体を合
成することによって表される多面体形状をディスプレイ
画面に表示する形状表示手段と、前記凸多面体データ記
憶手段にあらかじめ一定の凸多面体データを設定する初
期凸多面体データ設定手段と、前記多面体データ記憶手
段の内容から複数個の凸多面体のうちいずれかの凸多面
体の面を選択しその面の３次元的な移動量を入力する面
移動パラメータ入力手段と、前記面移動パラメータ入力
手段の出力に基づき選択された面を移動した場合の移動
軌跡が形成する凸多面体の形状データを生成し前記凸多
面体データ記憶手段に書き込む凸多面体生成手段と、前
記凸多面体データ記憶手段から任意の１個の凸多面体の
データを読みだし凸多面体の一部を切り落とす切断処理
を加え更新された凸多面体データを前記凸多面体データ
記憶手段に書き戻す凸条面体切断手段とから構成される
。

（作用） 前述した特願昭６２−０１１６２５号明細書［多面体形
状作成装置］に記載の方式は、分割によって生ずる全て
の凸多面体のデータを保持するようになっていた。しか
し、本発明の方式では、凸多面体生成手段で形成しよう
とする突起を含む凸多面体を生成し、凸多面体切り落と
し手段において、凸多面体を分割するのではなく切り落
としているため、必要のない部分のデータはその時点で
捨てられることになる。このように必要な突起を含む凸
多面体を生成できるので最終的に意図している多面体形
状の外側にある不必要な部分の形状データは保持する必
要がなく、データ格納容量は少なくて済む。

本発明における形状生成方式の原理を第３図を用いて説
明する。オペレータは面移動パラメータ入力手段を用い
て既存の任意の凸多面体３０１の面を指定し３次元的に
移動するような操作を行う。この操作に基づいて、凸多
面体生成手段は凸多面体３０１の面と隣り合うように、
移動軌跡が形成する新たな立体３０２を生成する。なお
、凸多面体の面は必ず凸多角形になっているので生成さ
れる立体３０２も凸多面体となる。このような面移動に
よって生成される新しい凸多面体は作成途中の立体形状
の外側の任意の部分に生成可能であり、立体におおまか
に突起をつけることができる。

生成された凸多面体３０２は、凸多面体切り藩とし手段
における切り落とし操作によって自由に変形させて、例
えば５多面体形状３０３のようにすることができる。す
なわち凸多面体生成手段によっておおまかに突起を生成
したとすれば、凸多面体切り落とし手段でそれを意図す
る形状の突起に変形することができる。

オペレータは、凸多面体を生成する操作と、凸多面体を
意図する形状に変形する操作を、任意に組み合わせなが
ら、生成した全ての凸多面体を合成したものによって意
図する多面体形状を表すことができる。

（実施例） 第１図は本発明の全体構成図である。

第１図において１０１は凸多面体データ記憶手段であり
、複数個の凸多面体の形状データが記憶される。

１０２は形状表示手段であり、凸多面体データ記憶手段
から個々の凸多面体の形状データを次々読み取り−１そ
れら複数個の凸多面体の合成によって表される多面体形
状を画面に表示する。

１０３は初期凸多面体データ設定手段であり、作成する
多面体形状の基となる凸多面体の形状データをあらかじ
め凸多面体データ記憶手段に設定する。

１０４は面移動パラメータ入力手段であり、凸多面体デ
ータ記憶手段１０１の凸多面体データを検索しながらオ
ペレータの指定によって１個の凸多面体の１個の面を選
択し、その面を３次元的に移動させるための移動量を入
力する。

１０５は凸多面体生成手段であり、面移動パラメータ入
力手段から面の指定情報と面の移動量を入力し、その面
を移動した場合の移動軌跡が形成する凸多面体の形状デ
ータを生成し凸多面体データ記憶手段に付加する。

１０６は凸多面体切り落とし手段であり、オペレータの
操作に基づき、凸多面体データ記憶手段から任意の１個
の凸多面体データを読みだし、凸多面体の一部を切り落
とす切断処理を加え更新された凸多面体データを凸多面
体データ記憶手段に書き戻す。

第４図は本発明を具体化した回数の一実施例を示すブロ
ック図である。以下第１図および第４図を参照して一実
施例を説明する。

凸多面体データ記憶手段（第１図１０１）は、第４図の
形状データメモリ４０１および凸多面体ディレクトリメ
モリ４０２から構成されている。

形状データメモリ４０１は、全ての凸多面体の形状デー
タすなわち凸多面体の頂点データ、稜線データ、面デー
タを格納する。具体的なデータ構成例は第５図（ｂ）に
示す通りである。例えば頂点データに関しては、頂点Ｉ
Ｄにより検索され、各頂点の３次元座標値等のデータが
参照あるいは更新できる。稜線データ、面データについ
ても同様にＩＤから参照、更新ができる。また、凸多面
体ディレクトリメモリ４０２は、各凸多面体から形状デ
ータメモリ４０１に格納されている凸多面体の頂点、稜
線、面データを得るためのポインタが格納される。具体
的なデータ構成例は第５図（ａ）に示す通りである。凸
多面体ＩＤにより検索され、その凸多面体を構成する頂
点、稜線、面のＩＤを参照することができる。

面移動パラメータ入力手段１０４は、面ＩＤ検索回路４
０４．２次元座標入力デバイス４０３および移動量演算
回路４０８からなる。

２次元座標入力デバイス４０３は、マウスあるいはタブ
レット等により構成され、２次元座標値あるいは２次元
変位量を出力する。

面ＩＤ検索回路４０４は、２次元座標入力デバイス４０
３から２次元座標値を入力し、オペレータの指定しよう
とした凸多面体の面の面ＩＤを形状データメモリ４０１
から検索し出力する。

移動量演算回路４０８は、２次元座標入力デバイス４０
３から２次元変位量を入力し、その変位の長さから面を
法線方向へ動かす場合の移動量を決定し出力する。変位
量に比例するように移動させる場合には、乗算回路によ
って構成すればよい。

６多面体生成手段１０５は、平面パラメータフェッチ回
路４０５、頂点座標値フェッチ回路４０７、面角数フェ
ッチ回路４０ａ、新座標値演算回路および角柱形状デー
タ生成回路からなる。

平面パラメータフェッチ回路４０５は、面ＩＤ検索回路
４０４から面ＩＤを入力し、その面の平面パラメータを
形状データメモリ４０１から読みだし出力する。

面角数フェッチ回路４０６は、面ＩＤ検索回路４０４か
ら面ＩＤを入力し、形状データメモリ４０１において指
定された面を構成する頂点をたどりその面の角数を求め
出力する。

頂点座標値フェッチ回路４０７は、面ＩＤ検索回路４０
４から面ＩＤを入力し、形状データメーモリ４０１にお
いて指定された面を構成する頂点の３次元座標値を読み
だし出力する。

新座標値演算回路４０９は、指定された面に関して、そ
の面の法線方向に指定された移動量だけ移動した場合に
できる新たな面の各頂点の座標値が計算される。平面パ
ラメータフェッチ回路４０５から平面パラメータを、移
動量演算回路４０８から面の移動量を入力し内部に保持
する。頂点座標値フェッチ回路４０７から頂点の座標値
が送られてくると、保持している平面の法線方向に保持
している移動量だけ頂点を移動した場合にできる点の座
標値を新しい座標値として算出し出力する。演算は数値
データプロセッサ等を用いればよい。

角柱形状データ生成回路４１０は、面の移動によって生
じる角柱の頂点データ、稜線データ、面データを生成す
る。角柱は凸多面体の一種であり新たな凸多面体として
凸多面体ディレクトリメモリ４０２に登録される。面角
数フェッチ回路４０６から面の角数を入力し、その値を
Ｎとした場合、２Ｎ個の頂点、３Ｎ個の稜線、Ｎ＋２個
の面を形状データメモリ４０１に生成し、各々の隣接関
係に基づくポインタデータも生成する。また、凸多面体
ディレクトリメモリ４０２に生成したＮ角柱を表す凸多
面体ＩＤを生成し、頂点データ等へのポインタデータを
格納する。また、頂点座標値フェッチ回路４０７から面
の移動前の各頂点の座標値を入力し、Ｎ角柱のその面と
接する側の底面の頂点の座標値として形状データメモリ
４０１に書き込む、。新座標値演算回路４０９から面の
移動後の各頂点の座標値を入力し、Ｎ角柱の反対側の底
面の頂点の座標値として書き込む。

形状表示手段１０２は、形状投影表示回路４１１および
ディスプレイ画面４１２からなる。

形状投影表示回路４１１は、形状データメモリから全て
の凸多面体の頂点データ、稜線データ、面データを入力
し、各凸多面体のワイヤーフレーム像を重ねて表示する
ことによって、凸多面体が表す多面体形状をディスプレ
イ画面に表示する。凸多面体を遠いものから面塗りつぶ
し表示を重ねていき、多面体形状のシェーディング像を
表示する方法も考えられる。

４１２は多面体形状が表示されるディスプレイ画面であ
る。

初期凸多面体データの設定を行う初期凸多面体データ設
定手段１０３は、立方体データ生成回路４１３からなり
、８個の頂点、１２個の稜線、６個の面データを生成し
、形状データメモリ４０１に書き込む。さらに凸多面体
ディレクトリメモリ４０２に１個の凸多面体ＩＤを生成
し、形状データへのポインタを書き込む。

凸多面体切り落とし手段１０６は、平面パラメータ入力
回路４１４、凸条面体指定回路４１５および５多面体切
断処理回路４１６かトなる。

υ゛・、 平面パラメータ入力回路４１４は、オペレータの操作に
基づき、３次元空間の任意の平面の平面パラメータを入
力する。

６多面体指定回路４１５は、オペレータの操作に基づき
、凸多面体ディレクトリメモリ４０２および形状データ
メモリ４０１内の複数の凸多面体のうち１個を選択し、
その凸多面体ＩＤを出力する。

５多面体切断処理回路４１６は、平面パラメータ入力回
路４１４から平面パラメータを、６多面体指定回路４１
５から凸多面体ＩＤを入力し、凸多面体データを凸多面
体ディレクトリメモリ４０２および形状データメモリ４
０１から７エツチし、指定された平面によって切断し、
更新された凸多面体データを形状データメモリ４０１に
書きもどす。

なお、・角柱形状データ生成回路４１０、立方体データ
生成回路４１３．５多面体切断処理回路４１６はいずれ
も形状データメモリ４０１内の形状データに対する更新
処理、追加処理を行う回路であるが、これについてはオ
イラーオペレータと呼ばれるプログラミング手法を用い
ることとし、そのようにプログラミングされたマイクロ
プロセッサから形状データメモリ４０１にアクセスする
ような回路構成をとるようにする。オイラオペレータと
は３次元形状を変形する基本的な操作の集まりであり、
それを組み合わせることにより、意図する形状・変化を
実現できる。オイラオペレータによる形状データ処理方
式については文献「ジ−エルアイデイイー：アランゲー
ジフオーデザインイフオメーションシステムズ（ＧＬＩ
ＤＥ：　　Ａ　Ｌａｎｇｕａｇｅ　ｆｏｒ　Ｄｅｓｉｇ
ｎ　　ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ）　Ｊ　
（ジグラフコンピュータグラフィクス（８ＩＧＧＲＡＰ
ＨＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ）　Ｖｏｌ、１
１　Ｎｏ、２）あるいは「ジーダブリュビー：アソリッ
ドモデラウィズオイラーオペレーターズ（ＧＷＢ：　Ａ
　５ｏｉｄ　Ｍｏｄｅｌｅｒｗｉｔｈ　Ｅｕ１ｅｒ　０
ｐｅｒａｔｏｒｓ）　Ｊ　（アイトリプルイーコンピユ
ー・タグラフィクスアンドアプリケーションズ（ＩＥＥ
Ｅ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　＆　Ａｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏｌ、２Ｎｏ、７）に記載され
ている。

以上のような構成の多面体形状作成装置において、凸多
面体が新たに生成される動作を説明する。

（１）２次元座標入力デバイス４０３を用いてオペレー
タがディスプレイ画面４１２に表示されている複数個の
凸多面体のいずれかの面を指示する。以下この面を指示
面と呼ぶ。

（２）２次元座標入力デバイス４０３は指示された座標
値を出力する。

（３）面ＩＤ検索回路４０４は２次元座標入力デバイス
４０３から座標値を入力し指示面の面ＩＤを形状データ
メモリ４０１より検索し出力する。

（４）オペレータは引き続いて２次元座標入力デバイス
４０３で２次元の変位を入力する。

（５）２次元座標入力デバイス４０３は指示された変位
量を出力する。

（６）移動量演算回路４０８は２次元座標入力デバイス
４０３から変位量を入力し指示面の３次元的な移動量を
算出する。

（７）平面パラメータフェッチ回路４０５は面ＩＤ検索
回路４０４から面ＩＤを入力し、指示面の平面パラメー
タを形状データメモリ４０１からフェッチし出力する。

（８）画角数７エツチ回路４０６は面ＩＤ検索回路４０
４がら面ＩＤを入力し、指示面の角数を形状データメモ
リ４０１からフェッチし出力する。

（９）頂点座標値フェッチ回路４０７は面ＩＤ検索回路
４０４から面ＩＤを入力し、指示面を構成する各頂点の
３次元座標値を形状データメモリ４０１がらフェッチし
出力する。

（１０）新座標値演算回路４０９は平面パラメータフェ
ッチ回路４０５から指示面の平面パラメータを、移動量
演算回路４０８から指示面の移動量を、頂点座標値フェ
ッチ回路４０７から指示面の各頂点の座標値を順に入力
し、指示面を法線方向に移動量だけ移動した場合の新た
な面の各頂点座標値を算出し順に出力する。

（１１）角柱形状データ生成回路４１′Ｏは面角数フェ
ッチ回路４０６から指示面の角ＷｔＮを入力し、Ｎ角柱
の形状データを形状データメモリ４０１および凸多面体
ディレクトリメモリ４０２に書き込む。その際、Ｎ角柱
の頂点の座標値は頂点座標値フェッチ回路４０７および
新座標値演算回路４０９より入力する。

次に形状データメモリに格納されている凸条面体の１個
に切り落とし処理を加える場合の動作を説明する。

（１）オペレータはディスプレイ画面４１２を見ながら
、存在する凸条面体のうち１個を選択する。

（２）凸多面体指定回路はその選択情報に基づいて形状
データメモリ４０１および５多面体ディレクトリメモリ
４０２から指定された凸条面体のＩＤを検索し出力する
。

（３）オペレータは引き続いて平面パラメータ入力回路
４１４を用いて、３次元空間内の任意の平面パラメータ
を入力する。

（４）平面パラメータ入力回路４１４は平面パラメータ
を出力する。

（５）５多面体切断処理回路４１６は凸多面体指定回路
から凸条面体ＩＤを入力し、その凸条面体の形状データ
を５多面体ディレクトリメモリ４０２および形状データ
メモリ４０１よりフェッチする。そして、平面パラメー
タ入力回路４１４から平面パラメータを入力面による切
り藩とし処理を加え、更新された凸条面体の形状データ
を形状データメモリ４０１に書きもどす。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、この発明によると、多面
体形状を構成する各凸条面体を作成するにあたり、凸条
面体の生成を既存面の移動という方法で行い、さらに生
成した凸条面体を切り落とし操作で変形できるので、面
単位の効率のよい操作を用いてデータ容量を多く必要と
せずに任意の多面体形状モデルを作成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体ブロック図、第２図は従来技術の
動作原理を示した図、第３図は本発明の動作原理を示し
た図、第４図は本発明を具体化した回路の一実施例を示
すブロック図、第５図は５多面体データを記憶するメモ
リのデータ構成例を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の凸多面体の形状データを記憶する凸多面体デー
   タ記憶手段と、前記凸多面体データ記憶手段の内容から
   複数個の凸多面体を合成することによって表される多面
   体形状をディスプレイ画面に表示する形状表示手段と、
   前記凸多面体データ記憶手段にあらかじめ一定の凸多面
   体データを設定する初期凸多面体データ設定手段と、前
   記凸多面体データ記憶手段の内容から複数個の凸多面体
   のうちいずれかの凸多面体の面を選択しその面の３次元
   的な移動量を入力する面移動パラメータ入力手段と、前
   記面移動パラメータ入力手段の出力に基づき選択された
   面を移動した場合の移動軌跡が形成する凸多面体の形状
   データを生成し前記凸多面体データ記憶手段に書き込む
   凸多面体生成手段と、前記凸多面体データ記憶手段から
   任意の１個の凸多面体のデータを読みだし凸多面体の一
   部を切り落とす切断処理を加え更新された凸多面体デー
   タを前記凸多面体データ記憶手段に書き戻す凸多面体切
   断手段とからなることを特徴とする多面体形状作成装置
   。