JPH02101592A - 円柱面形状モデル入力装置 - 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次元形状モデルの操作を行う３次元図形処理
システムにおいて、円柱面から構成されるような３次元
形状のモデルを作成する円柱面形状モデル入力装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来、円柱面のような回転曲面を含む立体を作成するに
は、まず２次元の断面図形を入力し、それを３６０°回
転させることによって回転体を生成し、その回転体と立
体との集合演算をとることによって円柱面のような回転
曲面を含む立体を生成していた。

第２図はその動作例を示した説明図である。中＠ ６軸２０２まわシに断面図形２０１を回転させると円柱
２０３が生成される。次に、円柱２０３と直方体２０４
との集合演算をとることによシ最終的に立体２０５が生
成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述の方式では、最終的に円柱面を含む立体が
どのような形状として生成されるかは集合演算を行った
後にしかわからず、試行錯誤的に円柱面の半径を変えな
がら最適な円柱面を決定するということができなかった
。

本発明では、円柱面のパラメータ決定時に円柱面と立体
との交線を表示させ、出来上がる形状を確認しながら、
試行錯誤的に円柱面のパラメータを決定できるようにす
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の円柱面形状モデル入力装置は、立体の形状デー
タを格納する立体形状データ格納手段と、 円柱面のパラメータを記憶する円柱面パラメータ記憶手
段と、 前記立体形状データ格納手段の内容を参照しながら前記
円柱面パラメータ記憶手段の初期値を設定するパラメー
タ初期設定手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容を参照しながら前記
円柱面パラメータ記憶手段の内容を変更するパラメータ
変更手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容と前記円柱面パラメ
ータ記憶手段の内容とから、立体表面を円柱面との交線
を表示する円柱面交線表示手段と、前記立体形状データ
格納手段の内容と前記円柱面パラメータ記憶手段と前記
円柱面交線表示手段の内容とから立体を円柱面によって
切断除去するように前記立体形状データ格納手段の内容
を更新する円柱両立体カット手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容から立体形状の投影
像を表示する立体形状表示手段と、前記立体形状表示手
段と前記円柱面交線表示手段とから送られる表示データ
を映すディスプレイ画面 とから構成される。

〔作用〕

ユーザは、パラメータ初期設定手段により、適当なパラ
メータを円柱面パラメータ記憶手段に設定する。この時
点で、この円柱面パラメータに基づいた円柱面と立体形
状データ格納手段内の立体との交線が円柱面交線表示手
段にょシ求められ、ディスプレイ画面に表示される（第
３図（ａ）参照）。

ユーザは、ディスプレイ画面上の交線の表示を見ながら
、パラメータ変更手段を用いて、円柱面のパラメータ記
憶手段の内容を変更する。パラメータが変更されると１
円柱面と立体との交線が再計算され、ディスプレイ画面
上の交線の表示が変化する（第３図（ｂ）参照）。第３
図（ａ）および（ｂ）では円柱面の半径を変化させる場
合の例を示している。

円柱面のパラメータが決定したならば、円柱両立体カッ
ト手段によシ立体を円柱面でカットすることによ）、意
図した形状が得られる（第３図（Ｃ）参照）。

このように、ユーザは画面上の円柱面と立体との交線の
表示を確認し、出来上がる円柱面形状を予想しながら、
試行錯誤的に円柱面を決定することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の全体構成を示すブロック図である。

１０１は立体形状データ格納手段であり、立体の形状デ
ータを格納している。

１０２は円柱面パラメータ記憶手段であシ、円柱面のパ
ラメータを記憶している。

１０３はパラメータ初期設定手段であシ、立体形状デー
タ格納手段１０１の内容を参照しながら、ユーザの操作
に応じて１円柱面パラメータ記憶手段１０２の初期値を
設定する。

１０４はパラメータ変更手段であ夛、立体形状データ格
納手段１０１の内容を参照しながら円柱面パラメータ記
憶手段１０２の内容を変更する。

１０５は円柱面交線表示手段であシ、立体形状データ格
納手段１０１の内容と円柱面パラメータ記憶手段１０２
の内容から立体表面と円柱面との交線を表示する。

１０６は円柱両立体カット手段であシ、立体形状データ
格納手段１０１の内容と円柱面パラメータ記憶手段１０
２の内容と円柱面交線表示手段１０５の内容とから立体
を円柱面によって切断除去し、立体形状データ格納手段
１０１の内容を更新する。

１０７は立体形状表示手段であ夛、立体形状データ格納
手段１０１の内容から立体形状の投影像を表示する。

１０８はディスプレイ画面でアシ、立体形状表示手段１
０７と円柱面交線表示手段１０５から送られる表示デー
タを映す。

第４図は本発明を具体化した回路の一実施例を。

示すブロック図である。第５図は設定される円柱面パラ
メータの一例を説明した図である。第６図は円柱面と立
体との交差状態の表示の一例を示した説明図である。以
下、第４図の各ブロック機能を第５図および第６図を用
いながら説明する。

第４図において４０１は立体形状データファイルでアシ
、立体形状として凸条面体形状の頂点、稜線、面の幾何
データ及び接続関係のデータが格納されている。立体形
状データファイル４０１は、第１図における立体形状デ
ータ格納手段１０１に相当する。

４０２は中心点座標レジスタであシ、円柱面の中心軸上
の１点の座標が記憶されている。第５図においては点５
０１が中心点である。４０３は中心軸方向ベクトルレジ
スタでアシ、円柱面の中心軸の方向ベクトルの値が記憶
されている。第５図においてはベクトル５０２が中心軸
方向ベクトルである。４０４は半径レジスタであシ、円
柱面の半径の値が記憶されている。４０５は面上点座標
レジスタであシ、円柱表面上の適箔な１点の座標が記憶
されている。第５図においては、点５０３が面上点であ
る。中心点座標レジスタ４０２、中心軸方向ベクトルレ
ジスタ４０３．半径レジスタ４０４、面上点座標レジス
タ４０５は第１図における円柱面パラメータ記憶手段１
０２に相当する。

４０６は半径設定回路であ夛、半径レジスタ４０４に既
定値として適当な値を設定する。

４０７は中心軸方向設定回路であυ、ユーザが立体の適
当な稜線をピックすると、その稜線の方向を表す単位ベ
クトルを中心軸方向ベクトルレジスタ４０３に設定する
。すなわち、ピックされたベクトルとし、単位ベクトル
化したものを設定する。

４０８は面上点設定回路でアシ、ユーザが立体の適当な
面をピックすると、その面の中心点が円柱面上の点とな
るように、中心点の座＊１−面上点座標レジスタ４０５
に設定する。すなわち、ピックされた面の境界線上の頂
点の座標値を立体形状データファイル４０１からフェッ
チし、そこから面の中心点の座標を算出する。また、こ
の過程で、ピックした面の法線ベクトルも、立体形状デ
ータファイル４０１から７エツチされる。第５図ではユ
ーザが面５０４をピックすると面上点として点５０３が
設定される。

４０９は中心点設定回路であシ、面上点設定回路４０８
から出力される円柱面上の１点の座標、ピックした面の
法線ベクトル、半径レジスタ４０４内の半径を基に、円
柱面の中心軸上の１点の座標を算出し、中心点座標レジ
スタ４０２に設定する。

すなわち、円柱面上の１点から面の法線方向に半径の値
だけ移動した点を円柱面の中心軸の点として算出する。

半径設定回路４０６、中心軸方向設定回路４０７、面上
点設定回路４０８、中心点設定回路４０９は第１図にお
けるパラメータ初期設定回路１０３に相当する。

４１０は半径変更回路であシ、ユーザの操作に基づいて
、半径レジスタ４０４内の半径の値の大小を変化させる
。半径変更回路４１０は、第１図におけるパラメータ変
更手段１０４に相当する。

４１１は円柱面サンプル点生成回路であり、中心点座標
レジスタ４０２と中心軸方向ベクトルレジスタ４０３と
半径レジスタ４０４と面上点座標レジスタ４０５の内容
から、第６図における点６０１や点６０２のように、円
柱面表面上の複数のサンプル点の座標を生成する。具体
的にはマイクロプロセッサ等を用いて次式に基づいてサ
ンプル点の座標を算出する。

（ただしｉ＝０．±１・・・・・・・・・±ｎ）ここで
、ｐは生成されるサンプル点座標、ｒは半径、ａは面上
点座標、ｂは中心軸方向ベクトル、１は中心点座標すな
わち中心軸上の１点の座標、ｎは円柱面の多面体近似時
の分割数である。この式を用いてｉをＯから±１ずつ変
化させてサンプル点を次々生成していく。

４１２は交点算出回路であシ、立体データファイル４０
１内の凸条面体の立体データと円柱面サンプル点生成回
路４１１からのサンプル点座標データと中心軸方向ベク
トルレジスタ４０３の内容とを基に、円柱面上の各サン
プル点から中心軸方向に伸ばした直線と立体との交点を
算出する。このとき交点は２個算出される。交点算出回
路４１２は、凸条面体と直線との交点の位置を求める回
路である。よって、アルゴリズムとしては、凸条面体を
構成する全ての面の延長平面と直線との交点を求め、直
線上における各交点の位置を比較し、最も凸条面体内側
にある交点を凸条面体と直線の交点として算出する。

第７図はそのアルゴリズムの動作を２次元的に説明した
図である。凸条面体７０１と直線７０２の交点を求める
には、各延長平面と直線との交点び点７０６を求めれば
よい。第６図では、サンプル点６０１から直線と立体の
交点として、点６０３と点６０４が求められる。

４１３は交線表示回路であシ、交点算出回路４１２から
出力される交点間を次々結ぶ交線を、ディスプレイ画面
に投影表示する。第６図では線分６０５と線分６０６が
これにあたる。具体的には、現在交点算出回路４１２か
ら出力されている交点の投影点と１サイクル前に出力さ
れた交点の投影点との間を結ぶ線分データを生成する。

４１４は横断線表示回路であり、交点算出回路４１２か
ら出力される２交点間を結ぶ横断線をディスプレイ画面
に投影表示する。第６図では線分６０７がこれにあたる
。具体的には、交点算出回路４１１、交点算出回路４１
２、交線表示回路４１３、横断線表示回路４１４は第１
図における円柱面交線表示手段１０５に相当する。

４１５は立体表示回路であシ、立体データファイル４０
１内の立体データのワイヤフレーム投影像をディスプレ
イ画面に表示する。立体表示回路４１５は、第１図にお
ける立体表示手段１０７に相当する。

４１６は平面パラメータ算出回路であシ、円柱面サンプ
ル点生成回路４１１から出力されるサンプル点座標と中
心軸方向ベクトルレジスタ４０３の内容から、第６図の
面６０８のように２本の交線と２本の横断線に囲まれた
面の平面パラメータを算出する。具体的には、円柱面サ
ンプル点生成回路４１１から出力されるサンプル点座標
と１サイクル前のサンプル点座標間とを結ぶベクトルを
算出し、それと中心軸方向ベクトルの外積を求め正規化
したものを平面の法線ベクトルとして求める。４１７は
千両立体カット回路であシ、平面パラメータ算出回路４
１６から送られる平面パラメータを基に、その平面で立
体データファイル４０１内の立体を切シ落とすような形
状加工処理を行う。

具体的な回路は特願昭６２−２７６３８９　　ｒ多面体
形状作成装置」に記載されているような構成をとればよ
い。

平面パラメータ算出回路４１６および千両立体カット回
路４１１は、第１図における円柱両立体力ット回路１０
６に相当する。

以上のような構成の円柱面形状モデル入力装置において
、ユーザが円柱面を試行錯誤的に入力する際の動作を説
明する。

（１）ユーザは立体の任意の稜線をピックする。

（２）中心軸方向設定回路４０７によシ、ピックされた
稜線の方向が中心軸方向として、中心軸方向ベクトルレ
ジスタ４０３に記憶される。

（３）ユーザは続けて立体の任意の面をピックする。

（４）面上点設定回路４０８によシ、ピックされた面の
中心点の座標が円柱面の面上の１点として。

面上点座標レジスタ４０５に記憶される。

（５）半径設定回路４０６により、半径レジスタ４０４
に既定値として適当な値が設定される。

（６）中心点設定回路４０９により、ユーザがピックし
た面の法線方向に面上点から半径分だけ移動した点の座
標が中心点として、中心点座標レジスタ４０２に設定さ
れる。

（７）円柱面サンプル点生成回路４１１によシ、円柱面
上のサンプル点を面上点座標レジスタ４０５の面上点の
左右に適当な間隔で生成し、その座標を次々出力する。

（８）交点算出回路４１２によシ１円柱面サンプル点生
成回路４１１から出力されるサンプル点座標に同期して
、そのサンプル点から円柱の中心軸方向に延ばした直線
と立体とが交差する交点が２個ずつ算出される。

（９）交線表示回路４１３は、交点算出回路４１２から
次々出力される交点の座標から円柱面と立体との交線を
生成し表示する。

αＯ）横断線表示回路４１４は、交点算出回路４１２か
ら出力される２交点の間を結ぶ横断線を生成し表示する
。

０１）もしも交点算出回路４１２において、直線と立体
とが交差しなくなった時は、その時点で、サンプル点生
成回路４１１はサンプル点の生成を終了する。

（１２）以上の動作によって、ディスプレイ画面４１８
上には、円柱面と立体との交差状態を表す交線と横断線
が、円柱面と立体が交差する範囲内において表示される
。

α３）次Ｋ、ユーザは試行錯誤的に半径の大小を変えよ
りとして、半径変更回路４１０を操作する。

（１４）半径変更回路４１０はユーザの操作に応じて。

半径レジスタ４０４の値を更新する。

（１５）中心点設定回路４０９によシ、変更された半径
レジスタ４０４の値に基づいて、再度、円柱面の中心点
の座標が計算され、中心点座標レジスタ４０２が更新さ
れる。

（１６）サンプル点生成回路４１１％交点算出回路４１
２、交線表示回路４１３、横断線表示回路４１４は、け
）から（１２）までの動作と同様に、半径レジスタ４０
４、中心点座標レジスタ４０２％面上点座標レジスタ４
０５および中心軸方向ベクトルレジスタ４０３の内ｆＫ
基づいて、再度、円柱面と立体との交線と横断線を算出
しディスプレイ画面４１８に表示する。

α７）このようにして、ユーザの半径の変更操作に同期
して、ディスプレイ画面上で、円柱面と立体との交線と
横断線の表示が変化する。

（１８）何回かの試行錯誤の後、半径が１つの値に決ま
ると、ユーザはその円柱面によって立体を切断除去する
指令を与える。

（１９）円柱面サンプル点生成回路４１１は、その時点
での半径レジスタ４０４、中心点座標レジスタ４０２１
面上点座標レジスタ４０５および中心軸方向ベクトルレ
ジスタ４０３の内容に従ってサンプル点を生成する。

（２０）平面パラメータ算出回路４１６は、サンプル点
生成回路４１１から出力されるサンプル点の座標から、
立体を切断除去するための平面のパラメータを算出する
。

（２１）千両立体カット回路４１７は、算出された平面
パラメータに基づいて、立体をその平面パラメータが表
す平面で次々切断除去していく。立体形状データファイ
ル４０１は１回切断除去ごとに更新されていく。

（２２）平面と立体との交差がなくなった時点で、円柱
面サンプル点生成回路４１１はサンプル点の生成を終了
し、立体の平面による切断除去は終了する。

（２３）以上のような複数回の平面による切断除去によ
って、円柱面を含む立体形状が多面体近似された形で作
成される。

〔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、ユー
ザは画面上の円柱面と立体との交線の表示を見ながら試
行錯誤的に円柱面のパラメータを決定することができる
ので、画面を見ながら試行錯誤的に形状を決めていくよ
うな形状モデリング作業が効率よく行えるという効果が
ある。

７図は円柱面と立体との交差状態を表示するための立体
と直線の交点を求める方式の説明図である。

１０１・・−立体形状データ格納手段、１０２・・・円
柱面パラメータ記憶手段、１０３・・・パラメータ初期
設定手段、１０４・・・パラメータ変更手段、１ｏ５・
・・円柱面交線表示手段、１０６・・・円柱両立体カッ
ト手段、１０７・・・立体表示手段、１０８・・・ディ
スプレイ画面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 立体の形状データを格納する立体形状データ格納手段と
   、 円柱面のパラメータを記憶する円柱面パラメータ記憶手
   段と、 前記立体形状データ格納手段の内容を参照しながら前記
   円柱面パラメータ記憶手段の初期値を設定するパラメー
   タ初期設定手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容を参照しながら前記
   円柱面パラメータ記憶手段の内容を変更するパラメータ
   変更手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容と前記円柱面パラメ
   ータ記憶手段の内容とから、立体表面と円柱面との交線
   を表示する円柱面交線表示手段と、前記立体形状データ
   格納手段の内容と前記円柱面パラメータ記憶手段と前記
   円柱面交線表示手段の内容とから立体を円柱面によって
   切断除去するように前記立体形状データ格納手段の内容
   を更新する円柱両立体カット手段と、 前記立体形状データ格納手段の内容から立体形状の投影
   像を表示する立体形状表示手段と、前記立体形状表示手
   段と前記円柱面交線表示手段とから送られる表示データ
   を映すディスプレイ画面とからなることを特徴とする円
   柱面形状モデル入力装置。