JPH04246786A - 立体形状操作方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元モデリング装置に
おけるユーザインタフェース技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元モデリング装置では、立体
の作成に関しては、あらかじめ用意された基本立体形状
（立方体、球、円筒など）を変形していく方法が一般的
である。変形方法としては、三次元空間において、立体
の頂点、線、面を移動させる方法と、特定の制御点を移
動させて、自由曲面を発生させるといった方法、あるい
は変形を表す言葉の入力により操作を行う方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとき従来の
立体形状操作方式では、立体の頂点、線、面を三次元空
間で移動させることにかなりの熟練を必要とし、制御点
の操作による変形の場合でも、制御点の移動の結果どん
な形状に変化するか直感的にはわからず、自由曲面を計
算した結果をグラフィックに表示しなければならず、し
かも、その自由曲面の部分が多いほど、計算量が多く、
計算コストが膨大になってしまうという問題点があった
。また、言葉による操作においては、立体形状を言葉に
より明確に表現することが困難であった。従って、デザ
イナーなどがイメージした形状を手軽に三次元として作
ろうとする場合であっても、自由曲面を作成するために
正確な三次元データを入力する必要があり、不要な労力
が要求された。

【０００４】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、立方形状を関数による三次元表現
を用いて表現することで、少ないパラメータ、少ないデ
ータ量で多様な形状を表現し、どのような形状ができる
のかを、サンプル形状を表示することで容易に判断でき
るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、立体形状を関数による三次元表現を用い
て表現する関数形状表示部を具備する三次元モデリング
装置を前提とし、関数形状を関数パラメータにより構成
される座標系に表示するステップと、該表示された座標
系の中でユーザの指示した位置を検出するステップと、
該検出された座標値から関数パラメータ値を求め、関数
形状を作成するステップとを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明では、関数パラメータを変化させたとき
の形状を、関数パラメータの座標系に表示することで、
どのパラメータを変化させると、どのような形に変化す
るのかが容易に判断する事ができる。つまりユーザに対
して、そのシステムが表現可能な形状を案内図として利
用でき、ユーザが該座標系上の一点を指示すると、その
座標点に相当する関数のパラメータを用いて立体形状が
作成される。作成された関数形状を少し変形したい場合
は、前記座標系の中で、現在表示されている関数形状の
位置から、変形したい形状が表示されている方向へ指定
する点を動かしていくことにより、逐次移動した位置の
座標値から関数のパラメータが求められ、それと同時に
その関数パラメータからなる関数形状が表示される。ユ
ーザからは、指定した点の動きに従って、関数形状が徐
々に変形するように見ることができる。また、立体形状
を１つの関数で表現することで計算を容易にしている。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、本実施例では、超二次関数により立体形状を表現す
る例を示す。

【０００８】超二次関数は、次の数１で示される。

【数１】 ここで、ωは緯度方向の角度、ηは経度方向の角度を示
す。また、ε１は横から見た形状を表すパラメータ、ε
２は上から見た形状を表すパラメータであり、ａ１，ａ
２，ａ３は、ｘ，ｙ，ｚ各軸方向の大きさを表すスケー
ルパラメータである。これらの関数パラメータ（ε１，
ε２，ａ１，ａ２，ａ３）の値を変化させることで、円
筒形、立方体、球などのさまざまな形状を表現すること
ができる。ここでは、変形関数として先細り関数を用い
、先細りパラメータとして、ｘ軸方向の先細りＴｘ、ｙ
軸方向の先細りＴｙ、ｚ軸方向の先細りＴｚを用いた例
を示す。

【０００９】図１は本発明に係わる立体形状操作方法を
実現する装置構成の一実施例のブロック図である。図１
において、１は操作する三次元モデルを表示するための
表示部、２は関数で表現できるさまざまな形状（関数形
状と称す）を関数パラメータの座標系上に表示するため
の表示部、３はユーザからの座標入力のためのライトペ
ン、４はライトペン３で表示部２の画面を指示したとき
の座標を検出する座標検出装置、５は制御部である。制
御部５は例えばマイクロプロセッサからなり、一般には
メモリに書き込まれている制御プログラムに従いデータ
処理を行なうものであるが、ここでは機能上、パラメー
タ変換手段５１、関数発生手段５２、パラメータ記憶部
５３で構成される。

【００１０】図２は、図１による立体形状操作の手順の
一例を示す。以下、図２に従って説明する。

【００１１】図３に表示部２の表示画面の一例である。 １０は関数パラメータ（ε１及びε２）をそれぞれ１．
０づつ変化させたときの関数形状を、関数パラメータの
座標系上に表示したものである。１１は三次元モデルを
新規作成する場合の指示ボタン、１２は大きさを変化さ
せるための関数パラメータ（ａ１，ａ２，ａ３）を変化
させるための表示に切り替える指示ボタン、１３は超二
次関数に変形関数を組み込む場合の指示ボタンを示して
いる。１４は部品をつけ加える場合の指示ボタンである
。

【００１２】まず、ユーザは表示部２上のボタン１１を
ライトペン３により指示する。座標検出装置４は、指示
された座標値をパラメータ変換手段５１に送る。パラメ
ータ変換手段５１では、座標値から新規作成のボタン１
１が指示されたことを判断し、形状パラメータ（ε１、
ε２）を一定間隔（デフォルト間隔１．０）で変化させ
て関数発生手段５２に送る。関数発生手段５２では、該
関数パラメータの変化に従いさまざまな関数形状を作成
し、表示部２に表示する。図３はこの場合の画面表示の
一例を示している。

【００１３】次に、ユーザは、ライトペン３を用いて、
表示部２に表示されているε１−ε２の座標系の中から
、作成しようとする形状に近い関数形状が表示されてい
る部分を指示する。指示した点は、図４の２１に示すよ
うに、「◎」の印が表示されると同時に、「◎」の座標
が座標検出装置４によって座標値（ｘ＝１００、ｙ＝１
００）と検出される。この座標値はパラメータ変換手段
５１に送られ、形状パラメータε１＝０．３、ε２＝０
．３という値を得る。このとき、大きさに関しては、ス
ケールパラメータａ１、ａ２、ａ３それぞれにデフォル
ト値１０が与えられている。この関数パラメータの値は
、パラメータ記憶部５３に、表示部１に表示される関数
形状のパラメータ値として記憶されるとともに、関数発
生手段５２に送られ、送られた関数パラメータを用いて
関数形状を発生し、表示部１に表示する。いまの場合は
、図５に示すような形状が作られ、表示部１に表示され
る。

【００１４】次に、この発生させた関数形状を他の形状
に変形する場合は、表示部２上の、先ほどユーザの指示
により表示された「◎」の部分にライトペン３を持って
いき、該ライトペン３を表示部２の画面に付けたまま、
変形したい関数形状が表示されている方にライトペン３
を移動させる。例えば、もう少し立方体に近い形状に変
形したい場合は、ライトペン３を右上のに動かしていく
。図４の２２はライトペン３を動かした方向を示してい
る。座標検出装置４では、ライトペン３の移動と同時に
各時点での座標値を検出しており、その座標値は関数パ
ラメータ変換手段５１に次々に送られ、関数パラメータ
変換手段５１において関数パラメータ（ε１、ε２）の
値が逐次求められる。この関数パラメータの値は関数発
生手段５２に送られて、新たに関数形状を発生し、表示
部１に表示される。このようにして、意図した形状が表
示部１に表示されたら、ユーザはライトペン３を表示部
２の画面から放す。すると、最終的に選択された関数パ
ラメータの値が、パラメータ記憶部５３に記憶される。 ライトペン３の移動につれて、関数形状が変化する様子
を図６に示す。

【００１５】次に、関数形状の大きさを変化させる場合
は、表示部２上のボタン１２をライトペン３により指示
する。すると、入力された座標値から、変化させる関数
パラメータとしてスケールパラメータ（ａ１，ａ２，ａ
３）が選択されたことがパラメータ変換手段５１により
認識される。パラメータ変換手段５１では、パラメータ
記憶部５３から、現在、表示部１に表示されている関数
形状のパラメータの値（ε１＝０．３、ε２＝０．３、
ａ１＝１０、ａ２＝１０、ａ３＝１０）を読み出し、そ
のスケールパラメータ値にデフォルト値１０．０を加算
する。関数発生手段５２は、この変更後の関数形状を作
成して表示部２に表示する。図７に、この場合の表示部
２の表示画面を示す。表示部１に表示されている関数形
状の大きさは、もとのａ１＝１０．０、ａ２＝１０．０
、ａ３＝１０．０であるから、既に、各軸のパラメータ
値が１０．０に相当する部分に「◎」の印が表示されて
ある（図７の２０、２１、２２）。

【００１６】例えば、ユーザが立体の高さを変えたい場
合は、ライトペン３を図７に示すウィンドウ２３に表示
されているｚ軸上の「◎」（図７の２０）の表示部分に
持っていき、ｚ軸に沿って移動させる。ライトペン３の
移動とともに、座標検出装置４では、ライトペン３の座
標値を検出しており、各時点での座標値はパラメータ変
換手段５１に送られる。そして、パラメータ変換手段５
１において、座標値からスケールパラメータ値（ａ１、
ａ２、ａ３）が求められ、パラメータ記憶部５３に記憶
されると共に、関数発生手段５２にパラメータが送られ
、新たにｚ軸方向の大きさの変化した関数形状が発生さ
れ、表示部１に表示される。また、全体の大きさを変化
させたい場合は、図７のウィンドウ２４において、２５
の「◎」の位置を変化させることで変形できる。右に動
かせば、関数形状は全体的に大きくなり、左に動かせば
小さくなる。

【００１７】更に、表示されている関数形状表示しきれ
ない形状に変形したい場合は、変形関数を用いることに
より、更に多様な形状を作成することができる。ここで
は、変形関数の例として、関数形状を先細りさせる関数
を用いて説明する。

【００１８】図３に示す表示部２の表示画面のボタン１
３をライトペン３で選択すると、指示された座標値はパ
ラメータ変換手段５１に送られ、入力された座標値から
変形関数による変形が選択されたことを検出する。パラ
メータ変換手段５１は、パラメータ記憶部５３から、現
在、表示部１に表示されている関数のパラメータを読み
込み（各変形パラメータの初期値は０．０が与えられて
いる）、現在の変形パラメータ（先細りパラメータＴｘ
、Ｔｙ、Ｔｚ）に±１．０を加算し、関数発生手段５２
に送る。そして、各関数形状を関数発生手段５２にて作
成し、表示部２に、該変形パラメータより構成される座
標系を表示する。この場合の表示部２の表示画面の例を
図８に示す。図８で、３１は関数に対してｙ方向のみに
先細り関数が加えられた形状を示す座標軸、３２はｘ軸
方向に先細り関数が加えられた形状を示す座標軸、３３
はｘｙ量軸方向に先細り関数が加えられた形状の変化を
示す座標軸である。各パラメータの変形の使方は、スケ
ールパラメータの変形方法と同様の操作を行う。

【００１９】最初は、変形関数パラメータは０．０であ
るため、各パラメータ軸とも座標軸の０の部分に「◎」
が表示されている。例えばユーザが、図８の軸３３の初
期値の「◎」のところ（図８の３４）をライトペン３で
指示し、変形したい方向にライトペン３で指示し、変形
したい方向にライトペン３を画面に付けながら移動させ
る。座標検出装置４では、ライトペン３の指している座
標値をライトペン３が移動するごとに新しい座標値を読
み込んでおり、この座標値は関数パラメータ変換手段５
１に送られる。パラメータ変換手段５１では、座標値を
変形関数パラメータに変換し、関数発生手段５２に送ら
れる。関数発生手段５２で作成された関数形状は表示部
１に表示される。例えば、ライトペン３の移動結果とし
て、図８の３５の位置で止めた場合の変形結果を図９に
示す。

【００２０】ここまでは、単体の物体をモデリングする
例を示したが、以上の操作を繰り返し、作成された関数
形状を組み合わせる事により、複雑な形状を作成するこ
とができる。部品をさらにつけ加える場合は、図２のボ
タン１４をライトペン３により指示することで、新たに
関数が発生され、これまでと同様の操作により変形を行
い、部品として作成していく事ができる。

【００２１】次に、本発明の応用例として、画像データ
ベースの検索に応用した例を示す。図１０は、この場合
の装置構成の一実施例のブロック図である。

【００２２】ユーザは検索しようとする形状を表示部１
を見ながら作成する。作成された関数のパラメータはパ
ラメータ記憶部５３に記憶され、この関数パラメータを
、インデックス比較手段５５に送る。インデックス比較
手段５５では、画像蓄積部６に蓄積されてる画像を読み
出し、該画像に付いているインデックスの値とユーザに
より作成された関数のパラメータの値との間の直線距離
を計算し、距離の小さい順番に、例えば上位３枚の画像
を表示部７に表示する。検索された形状が意図した形状
と異なる場合は、再度、表示部１に表示されている関数
の形状の変形を行ない、再度新たな関数パターン（検索
子）を作成し、検索を行なう。

【００２３】本発明は上記実施例に限るわけではない。 例えば、ユーザとのインタフェースとして、本実施例で
はライトペンを用いたが、関数形状をパラメータ軸上に
表示した図を用意し、デジタイザ等で入力することも可
能であり、関数パラメータ座標値の座標点が検出される
方法であれば特定はされない。座標系の方法としても、
本実施例では３つの例を示しているが、関数パラメータ
の数により表示の使方は異なり、パラメータの軸と関数
の形状が対応付けられて表示される方法であれば特定は
されない。

【００２４】また、実施例では、関数形状のサンプル形
状を変形操作を行っている中で計算して求めているが、
あらかじめサンプル形状をテンプレートや表として持っ
ておき、テンプレートや表の１点を指示するといった方
法も考えられる。また、関数の形状をそのまま表現する
のではなく、特徴を表わした言葉を表示することも考え
られる。

【００２５】また、実施例では、関数として超二次関数
を用いたが、立体形状を表現できる関数であれば特定は
されず、変形関数に関しても、実施例では先細り関数を
用いたが、立体表現のための関数（例えば超二次関数）
と組み合わせることのできる関数であれば、どのような
関数でも使うことが可能である。

【００２６】また、応用例として画像データベースへの
適用を説明したように、本発明の立体形状操作方法を用
いることにより、実際に立体形状を作成して検索ができ
、言葉や二次元画像では三次元情報を十分に表現するこ
とが困難な形状の場合の検索に利用可能である。そして
、検索された画像より少し形状の異なる画像構造物を検
索したい場合、本発明の操作を行い、意図した形状を新
たに作成して再度検索を行うことができる。つまり、検
索したい形状を容易に入力する事が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明により、三次元モデ
リングを行う際に、ライトペン等で形状を指定すること
により、容易に三次元モデルを作成することが可能とな
る。また、モデルの変形に関しても、関数がどのような
形を表現できるのかを、サンプル形状を複数表示する事
により、容易に作成される形状を判断しながら形状操作
を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の装置構成のブロック
図である。

【図２】図１による立体形状操作の手順の一例を示すフ
ローチャートである。

【図３】表示部２の表示画面例である。

【図４】関数形状の一例である。

【図５】関数形状の一例である。

【図６】表示部２の表示画面例である。

【図７】関数形状の一例である。

【図８】表示部２の表示画面例である。

【図９】変形された関数形状の一例である。

【図１０】本発明の応用例に使用する装置構成のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１　　　　関数表示部 ２　　　　関数形状一覧表示部 ３　　　　ライトペン ４　　　　座標検出装置 ５　　　　制御部 ５１　　パラメータ変換手段 ５２　　関数発生手段 ５３　　パラメータ記憶部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　立体形状を関数による三次元表現を用
   いて表現する関数形状表示部を具備する三次元モデリン
   グ装置における立体形状操作方法であって、関数形状を
   関数パラメータにより構成される座標系に表示するステ
   ップと、前記表示された座標系の中でユーザの指示した
   位置を検出するステップと、前記検出された座標値から
   関数パラメータの値を求め、関数形状を作成するステッ
   プとを有することを特徴とする立体形状操作方法。