JPH01158573A - 自由曲面表示方法 - Google Patents

自由曲面表示方法

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JPH01158573A
JPH01158573A JP62316961A JP31696187A JPH01158573A JP H01158573 A JPH01158573 A JP H01158573A JP 62316961 A JP62316961 A JP 62316961A JP 31696187 A JP31696187 A JP 31696187A JP H01158573 A JPH01158573 A JP H01158573A
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JP
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JP62316961A
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Atsushi Kikuchi
敦 菊池
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Sony Corp
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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】 以下の順序で本発明を説明する。
A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術(第3図及び第4図) D発明が解決しようとする問題点(第3図〜第8図) E問題点を解決するための手段(第1図及び第2図) F作用(第1図及び第2図) G実施例(第1図及び第2図) H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明は自由曲面表示方法に関し、例えばCAD (c
omputer aided design)、又はC
A M (coaputer aided manuf
acturing)において−生成された自由曲面の形
状を確認する場合に適用して好適なものである。
B発明の概要 本発明は、CAD又はCAMなどにおける自由曲面表示
方法において、生成した自由曲面上の四辺形パッチに、
接線ベクトルの外積を用いた法線ベクトルを表示し得な
い場合に、ツイストベクトルを演算するようにしたこと
により、当該ツイストベクトルを用いて法線ベクトルを
表示し得る。
C従来の技術 例えばCADの手法を用いて自由曲面をもった物体の形
状をデザインする場合(geoa+etric mod
eling) %一般にデザイナは、曲面が通るべき3
次元空間における複数の点(これを節点と呼ぶ)を指定
し、当該指定された複数の節点を結ぶ境界曲線網を所望
のベクトル関数を用いてコンピュータによって演算させ
ることにより、いわゆるワイヤーフレームで表現された
曲面を作成する。かくして境界曲線によって囲まれた多
数の枠組み空間を形成することができる(このような処
理を枠組み処理と呼ぶ)。
かかる枠組み処理によって形成された境界曲線網は、そ
れ自体デザイナがデザインしようとする大まかな形状を
表しており、各枠組み空間を囲む境界曲線を用いてパラ
メトリックなベクトル関数によって表現できる曲面を補
間演算することができれば、全体としてデザイナがデザ
インした自由曲面(2次関数で規定できないものをいう
)を生成することができる。ここで各枠組み空間に張ら
れた曲面は全体の曲面を構成する基本要素を形成し、こ
れをパッチと呼ぶ。
従来この種のCADシステムにおいては、境界曲線網を
表現する数式として、計算が容易な例えばベジェ(Be
zier)式、Bスプライン(B −aplins)式
でなる3次のテンソルが使われており、例えば形状的に
特殊な特徴がないような自由曲面を数式表現するには最
適であると考えられている。
すなわち第3図に示すように、 U方向及びV方向の4
つの節点P(。。1、P(3゜1、P(331及びP、
。、)によって決まる境界曲線BOD1、BOD2、B
OD5及びBOD4について、U方向及びV方向のパラ
メータをU及びVとおくと共に節点P(oo+・P(3
6いP1331及びP (03)のノ々ラメータU及び
Vをそれぞれ値(0,0)、(1,O)、(1,1)及
び(0,1)とおいて、次式、S (un vl =(1−u + u E)’(1−v + v F)’
P <ooz・・・・・・(1) で表されるように、3次のベジェ式でなるベクトル関数
S (unvl を用いて、境界曲線BOD1、BOD
2、BOD5及びBOD4によって囲まれる曲面(以下
パッチと呼ぶ)を形成することができる。
かくして四辺形パッチS (un vl は節点P、。
。、−P(3゜l  P(33)−P(。2.− P 
(。。、の4つの境界曲線BODI、BOD2、BOD
5及びB OD 4 ニよって囲まれている。そしてこ
れらの境界曲線BODI、BOD2、BOD5及びBO
D4は、それぞれ2つの制御点によって3次のベジェ式
を規定している。
すなわち、節点P、。。、及びP3.。1、P(1゜、
及びP(33)、P(33)及びP(。、)、P、。1
.及びP、。。2間の境界曲線BODI、BOD2、B
OD5、BOD4はそれぞれ2つの制御点(Pl、。1
、Ptto+)、(P (311、P(zz+)、(1
’ (!I)、P(111)、(P、。2)、P、。1
1)によって規定されている。
また、(1)式において、E及びFはU方向及びV方向
のシフト演算子で、パッチS (un vl 上の位置
ベクトルで表される制御点P(i、jl に対して次式 %式%) F−P(直、ハ − P (五+J*1)(i、j=o
、l、2) ・・・・・・(3)の関係をもつ。
またU及びVはU方向及びV方向の位置を表すパラメー
タで、次式 u、va(Q、1〕      ・旧・・(4)で表す
ように、O−1の間を変化する。
このように定義した場合、枠組み空間の内部に、境界曲
線BODI、BOD2、BOD5、BOD4の各制御点
(P (+11)% P +to+) s  (P (
su−。
Put))\ (P(寞31・P n3+) S(P 
(11!1sP(。1))に対応する4つの制御点P(
、)、P(!。、P (tり、P(1!lを設定するこ
とにより、枠組み処理によって規定されている4つの境
界曲線BOD1、BOD2、BOD5、BOD4によっ
て囲まれている四辺形枠組み空間に、4つの内部の制御
点P(Ill〜PHnによって規定される自由曲面を張
ることができる。
さらにこれに加えて、このようにして生成された自由曲
面の形状を表示装置上で確認するため、パッチS (u
n vl の形状と共に、第4図に示すように、例えば
パッチS (un II)を囲む境界曲線BOD1〜B
ODA上の節点P (+10> s P (311) 
s P (3HsP (1131及び制御点P(111
1、P <to+、P131)、P (st>s P 
(!3)x P 1131% P <ox>s P (
01)%さらに内部の制御点P(II)、P−1)、p
(t□1、PHt>に対応した位置にそれぞれの法線ベ
クトルn(。。)、fl +1111%  fl (冨
@)%  n (36IS fl +011%  n 
(111%”  (1!l)s   n  +311x
   n  10りs   n  (I 冨)s   
fl  +1雪)sn <3z)s fl <osr〜
n (13)% n (111% n <ss>を表す
法線ベクトル表示要素DSPを表示するようにしたこと
により、パッチS (un vl相互間の接続状態を含
めて生成された自由曲面の形状を容易に目視確認し得る
ようになされた自由曲面表示方法が提案されている。
D発明が解決しようとする問題点 ところで、このパッチS fun Vl 上の各点の法
線ベクトルn(。0)〜n (33)は、実際上この各
点の境界曲線を横断するU方向の接線ベクトルと、境界
曲線に沿うV方向の接線ベクトルとの外積を用いて求め
るようになされている。
すなわち、 例えばパッチS IIl+ V)の所定の
節点P(。。、についての法線ベクトルn、。。、は、
節点P、。。、のU方向及びV方向の接線ベクトルをそ
れぞれベクトルH1及びHlとすると、次式、n (@
0) = )l11x Hb        ”” (
5)で表される。
ところが実際上、例えば第5図に示すように、四辺形パ
ッチS (un w)Iの1辺の各点P(iolBが一
致している場合や、第7図に示すように、四辺形パッチ
のある節点から制御点に対する2つの接線ベクトルH□
、Hblが互いに平行な場合、この法線ベクトルを表示
できないという問題があった(第6図及び第8図)。
すなわち、四辺形バッチS (II+ V) Iの1辺
の各点P1.。、1が一致している場合において、 パ
ッチS lu+ vl lのU方向の接線ベクトル(す
なわち微分ベクトル)は、次式、 aSlu+ v) 1 U =3(1−unuE)”(1−vlvF)’(E −1
)・P、。。1. ・・・・・・(6) で表される。さらにこの(6)式をコンピュータ処理を
考慮していわゆる双一次形式に変形すると、次式、 aS lu+ V) 1 U =3 [(1−u)”、2(1−u)u、u”](ここ
でA(五・ハ=P(、・IIj11−PTi−z)で表
される。ここで1辺の2つの節点P(。0目、p(3゜
、1及び2つの制御点P(1゜l I 、P (111
1+が一致している場合、すなわち次式、 P (111111=P (10)l””P (ffi
oll”P (3+1)1・・・・・・(8) の場合においては、その4点のU方向の微分ベクトルは
、次式、 A(1゜) = 0 (i=0.1.2)     ・・・・・・(9)で表
される。ここで(9)式を(7)式に代入すれば、(7
)式は次式、 a s 、u、 vl 。
U ”3 [(1−u)”、2(1−u)u、u” ]で表
される。従って(10)式は、v=0のとき、a S 
(un v> + / a u = Qとなる。
このため法線ベクトルn(。i)l は、(5)式に示
すようにU方向及びV方向の接線ベクトルHa及びHb
 (すなわちU方向及びV方向の微分ベクトルaS (
un v) I / a u及びastu、vz/aV
)の外積を用いて求めるようになされていることにより
、法線ベクトルn(。+z=0となり、結局法線ベクト
ルを表示することができない。
また四辺形パッチS Tu+v□の所定の節点P(。。
、tから、2つの境界曲線BOD21、BOD24上の
両側の制御点P(1@)!及びP(。、)2に対する2
つの接線ベクトルH,1(=P(+。)8−P、。。)
1)及びHb+ (−P 、。l)!−Pl。。)t)
が互いに平行な場合においても、 外積を計算して法線
ベクトルn、。。)2を求めると、法線ベクトルn、。
。、2=0となり、結局法線ベクトルn(。。)2を表
示することができない。
このように、四辺形バッチS (11,v) l、S 
tar、 II) x上に法線ベクトルnを表示し得な
い場合、上述のように生成した自由曲面の形状を目視確
認し得ないことに加えて、例えばボールエンドミルを用
いて曲面に切削加工を施すときにオフセット曲面を当該
自由曲面に応じて作成することができず、加工後の曲面
上に削り残しや孔が生じるおそれを回避し得なかった。
  ・ また、上述のように特殊な形状の四辺形パッチS (u
n v)いS (Ill vl tが生成された際には
、これを三辺形パッチで表し、これによりそのパッチ上
に法線ベクトルを表示することが考えられるが、このよ
うにすると、四辺形パッチ及び三辺形パッチを演算する
必要があり、実際上演算処理が複雑になることを避は得
ず、解決策としては未だ不十分であった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、四辺形パ
ッチ上に接線ベクトルの外積による法線ベクトルが表示
できない場合にも、所定の法線ベクトルを表示し得る自
由曲面表示方法を提案しようとするものである。
E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、枠組み
処理によって境界曲線BODI−BOD4(BOD12
〜BOD14又はBOD21〜BOD22)で囲まれる
多数の枠組み空間を形成し、枠組み空間に所定のベクト
ル関数で表されるパッチS (un V) イ(S (
Ill v) りを張ることにより生成した自由曲面を
表示装置lに表示すると共に、その自由曲面を表示する
際に各パッチ5(Ill vl I、(S(un vl
 z)上に法線ベクトル表示要素DSPを表示すること
により、自由曲面の生成状態を確認し得るようになされ
た自由曲面表示方法において、パッチS (u、v)イ
(S (unv12)上に接線ベクトルH,、H,の外
積でなるベクトル表示要素DSPを表示し得ないとき、
ツイストベクトル成分を演算すると共に、その演算結果
でなるツイストベクトルa23 (un vl t/ 
a u a V  (a 2S (u、vL!/ aU
aV)を用いて法線ベクトル表示要素DSPを表示する
ようにした。
F作用 生成した自由曲面上のパッチS (un V)い(S 
(u、 v) Z)に、接線ベクトルの外積を用いた法
線ベクトルを表示し得ない場合に、ツイストベクトル成
分を演算するようにしたことにより、その演算結果でな
るツイストベクトルa”s+u、v++/auav (
a”s(、、v+z/auav)を用イテ法線ベクトル
を表示することができ、かくして表示装置1において自
由曲面の生成状態を確認し得る。
G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
第3図〜第8図との対応部分に同一符号を付して示す第
1図において、 lは全体として1辺の各点が一致して
いる四辺形バッチS (Ill W) lを表示した表
示装置を示し、 この四辺形パッチの各節点P +s3
> t % P (。311及び各制御点P、。I)l
、P(6111% P(II>1−、 Put)+ −
、P(+3)1 %P (!Ill 、P <zt++
 、P <s+)+ 、P <xt)I上には、従来同
様に接線ベクトルの外積でなる、それぞれの法線ベクト
ルn(。+11 ”” fl (3311が表示されて
いる(第6図)。
この実施例の場合、 これに加えて特に1辺の各点が一
致している節点P(m。、の法線ベクトルn、。。、1
に関しては、以下に説明するようにして表示するように
なされている。
すなわち、v=Q近傍のU方向の接線ベクトルH□I、
H□2は、それぞれ制御点P、。Ill、P (II)
I 、P (!Ill 、P (s+>+のコントロー
ルポイントでできるベジェ曲線の微分ベクトルにVを乗
算して生成されており、このため法線ベクトルnを演算
するためのv=QでのU方向の接線ベクトルHair 
、H□2を、このベジェ曲線の微分ベクトルを用いて代
用する。
ここで、(10)式で表される四辺形パッチS (un
 V) lのU方向の微分ベクトルが、■を次第に0に
近付けるとこれに比例して0に近付くことにより、(1
0)式をVでテイラ(Tayler)展開してVの1次
まで求めるようにすると、次式、aS(un V> 1 U # 3   [(1u)”、2(1u)u、u”コで表
される。また(lO)式においてVが小さいときの比例
定数は、次式、 V→、、V      au = 3  [(1−u)”、2 (1−u)u、u”]
で求めることができる。
この結果はN lu+ vl をu、vの点での法線ベ
クトルとすると、u=v=Qの点での法線ベクトルは、
次式、 N(。。)=(P(1111P<。11.)X (P 
tell l  P no> +)  ”’ ”’ (
13)で表され、またこれに対して、u=1、v=Qの
点での法線ベクトルは、次式、 N(1゜、 =(p (,1目−P<z+>+)X(P
 (31)l  P (!。、υ ・・・・・・ (1
4)で表される。
ここで、V=Oとした場合、Uの値にかかわらず、曲面
上の点はP(!。、lで1点であるが、実際上(13)
式及び(14)式に示されるように、法線ベクトルN 
(un V)は一般には一致しない、このため曲面上の
点P(!。、l上には、Uが0と1の間で、(13)式
及び(14)式で示される法線ベクトルの間の複数本の
法線ベクトルn、。。)lが表示される。
これは−殻内には、以下のように表される。すなわちa
 S tu+vx/ a u = Qの場合には、この
法線ベクトルの代わりに(6)式をさらにVについて微
分して、次式、 a”s軸+ vl + uav =3(1−un、Eν(E−1) ・3 (I  V + V F)”(F−1)P +o
o)t =”” (15)で表され、さらに、(15)
式を(6)式と同様に双一次形式に変形すると、次式、 a” 5(un vl l uav =3 [(1−u)”、2(1−u)u、u”l(ここ
でCtt+ j)  = P (直*I+ J*HI 
 P (i*I+ J)I−P (t、 J◆、、、+
p山j)1)で表される。このa ” S <u、 9
11 / a u a Vは、いわゆるツイストベクト
ルと呼ばれるものであり、本発明においては、このツイ
ストベクトルを用いて法線ベクトルを表示するようにな
されている。
以上の方法によれば、四辺形バッチの1辺の各点が一致
していることにより、接線ベクトルの外積を用いての法
線ベクトルを表示し得ない場合に、ツイストベクトルを
演算するようにしたことにより、当該ツイストベクトル
を用いて法線ベクトルを表示し得る。
かくするにつき、三辺形パッチを四辺形パッチの演算を
用いて処理することができ、その分全体として簡易な方
法で自由曲面を表示し得る自由曲面表示方法を実現でき
る。
なお上述の実施例においては、 本発明による自由曲面
表示方法を四辺形パッチの1辺の各点が一致している場
合に適用したが、 本発明はこれに限らず第2図に示す
ように、四辺形バッチS (Ill vl gのある節
点P(oo>zから制御点P(111)!、P(。li
gに対する2つの接線ベクトルが互いに平行な場合にも
、適用して好適なものである。
因にこの場合、u=0.v=oのとき(16)式に基づ
いて、次式、 a” 5(Ill v) t uav = 901110) =9(Pt+t+z  p(tel!−p(@l)m十
P(。。)2) ・・・・・・ (17) で表されるツイストベクトルa” S tu、 w> 
z/ a uaVを用いて法線ベクトルn、。。、2を
表示するようになされている。
また上述の実施例においては、3次のベジェ式を用いて
パッチの補間演算をする場合について述べたが、数式の
次数はこれに限らず4次以上にしても良い。
さらに上述の実施例においては、パッチの補間演算をベ
ジェ式を用いた場合について述べたが、これに限らず、
スプライン式、クーンズ(Coons)式、ファーガソ
ン(Furgason)式などの他の数式を用いるよう
にしても良い。
H発明の効果 上述のように本発明によれば、生成した自由曲面上の四
辺形パッチに、接線ベクトルの外積を用いた法線ベクト
ルを表示し得ない場合に、ツイストベクトルを演算する
ようにしたことにより、当該ツイストベクトルを用いて
法線ベクトルを表示し得る。
かくするにつき、三辺形パッチを四辺形パッチの演算を
用いて処理することができ、その分会体として簡易な方
法で自由曲面を表示し得る自由曲面表示方法を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を四辺形パッチの1辺の各点が一致して
いる場合に適用して表示された自由曲面上の法線ベクト
ルを示す路線図、第2図は本発明を四辺形パッチのある
節点から制御点に対する2つの接線ベクトルが互いに平
行な場合に適用して表示された自由曲面上の法線ベクト
ルを示す路線図、第3図は四辺形バッチの生成の説明に
供する路線図、第4図はその四辺形バッチ上に表示した
法線ベクトルを示す路線図、第5図は四辺形パッチの1
辺の各点が一致している場合を示す路線図、第6図はそ
の四辺形パッチ上に表示した法線ベクトルを示す路線図
、第7図は四辺形パッチのある節点から制御点に対する
2つの接線ベクトルが互いに平行な場合を示す路線図、
第8図はその四辺形パッチ上に表示した法線ベクトルを
示す路線図である。 ■・・・・・・表示装置、S (u+ w) ・S(曽
+ vl I・S (a、 vl 冨”” ”’パッチ
、BODl−BOD4、BOD12〜BOD14、BO
D21〜BOD24−・・・・・境界曲線、P、。。、
〜P01.、P、。。、I〜P 1333 I 、P 
(。。)2〜P(331!・・・・・・制御点、DSP
・・・・・・ベクトル表示要素。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  枠組み処理によつて境界曲線で囲まれる多数の枠組み
    空間を形成し、上記枠組み空間に所定のベクトル関数で
    表されるパッチを張ることにより生成した自由曲面を表
    示装置に表示すると共に、当該自由曲面を表示する際に
    上記各パッチ上に法線ベクトル表示要素を表示すること
    により、上記自由曲面の生成状態を確認し得るようにな
    された自由曲面表示方法において、 上記パッチ上に接線ベクトルの外積でなる上記法線ベク
    トル表示要素を表示し得ないとき、ツイストベクトル成
    分を演算すると共に、当該演算結果でなるツイストベク
    トルを用いて上記法線ベクトル表示要素を表示するよう
    にした ことを特徴とする自由曲面表示方法。
JP62316961A 1987-12-15 1987-12-15 自由曲面表示方法 Pending JPH01158573A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04143805A (ja) * 1990-10-04 1992-05-18 Osaka Kiko Co Ltd 3軸データを利用する5軸ncデータ作成装置
JPH08339219A (ja) * 1995-06-13 1996-12-24 Daikin Ind Ltd みがき装置におけるみがき面教示方法

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