JPH04361376A - 物体モデル編集装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値データで表現され
た物体モデルの形状を変形できる物体モデル編集装置に
関する。

【０００２】コンピュータグラフィックスでは円，長方
形，球，直方体などを変形して滑らかに曲った物体モデ
ルを表現するモデリング機能が必要とされている。

【０００３】またアニメーションの分野においても、部
品を時間の経過とともに変形させる機能が必要とされる
。

【０００４】

【従来の技術】数値データで表現された物体モデルの周
囲に複数の制御点を格子状に配置し、その制御点を変位
させることにより物体モデルを変形させる方式（自由形
状変形方式：Ｔｏｍ　　Ｓｅｄｅｒｂｅｒｇ　　ａｎｄ
　　Ｓｃｏｔｔｙ　　Ｐａｒｒｙ，”Ｆｒｅｅ−Ｆｏｒ
ｍ　　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｓｏｌｉｄ
　　Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　　Ｍｏｄｅｌｓ”，Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒ　　Ｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．
３（Ｐｒｏｃｅｅｄｓｉｎｇｓ　　ｏｆ　　ＳＩＧＧＲ
ＡＰＨ　　’８６，Ａｕｇｕｓｔ　　１９８６），ｐｐ
．１５１−１６０／「ソリッド幾何モデルの自由形状変
形」，ＰＩＸＥＬ，ＮＯ．９５（１９９０年８月），Ｐ
Ｐ．１３７−１４６）の装置が提案されている。

【０００５】この方式は計算機上で頂点データの結合体
として表現されたあらゆる物体モデルに対して有効とな
る応用範囲の広いもので、物体モデルの表面における一
部を引っ張ったりへこませる局所変形を容易に行なえる
。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物体モ
デルを全体的に曲げたり捻るグローバルな変形を行なう
場合には、多くの制御点を座標空間内において移動する
ことが必要となるので、そのときの操作が複雑なものと
なり、これに時間を要する。

【０００７】例えば、図７（Ａ）のように２０の制御点
が設定されていた場合で物体モデルを弓状に変形させる
ときには、同図（Ｂ）のように多数の制御点を変位させ
る操作が必要となる。

【０００８】しかも、制御点が格子状に配置されている
ので、左右方向及び奥行き方向の位置関係を配慮しなが
ら位置指定を行なうことが必要となり、このため、二次
元平面の画面上で位置指定の会話操作を行なうことは非
常に難しい作業となる。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、物体モデルの変形を容易に行なう
ことが可能となる装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる物体モデル編集装置は図１のように
構成されており、同図の装置は、数値データで表現され
た物体モデルを入力する物体モデル入力手段１０と、入
力された物体モデルを出力する物体モデル出力手段１２
と、入力操作に従って物体モデル変形の中心軸を生成す
る変形中心軸生成手段１４と、中心軸を座標軸としたロ
ーカル座標系を設定するローカル座標系設定手段１６と
、入力操作に従って中心軸を折り曲げる中心軸折曲手段
１８と、中心軸の折曲により歪んだローカル座標系を利
用することで物体モデルを中心軸に沿って変形する物体
モデル変形手段２０と、変形された物体モデルを出力す
る変形モデル出力手段２２と、を有している。

【００１１】

【作用】本発明では、物体モデルの変形中心軸を設定し
てこれを折り曲げる操作が行なわれると、その中心軸に
沿って物体モデルが自動的に変形される。

【００１２】例えば、図７の場合と同様な物体モデルに
ついて図６（Ａ）の中心軸が設定されて中心軸が同図（
Ｂ）のように折り曲げられると、その中心軸に沿って物
体モデルが自動的に変形される。

【００１３】このときには指定すべき制御点の数が５と
大幅に減少し、全ての制御点が単一の直線軸（物体モデ
ルの変形中心軸）上に整列するので、位置指定の会話操
作が極めて容易なものとなる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明にかかる物体モ
デル編集装置の好適な実施例を説明する。

【００１５】図２には実施例が示されており、図３にお
いてはその処理手順がフローチャートで説明されている
。

【００１６】図２の入力データ格納部３０には数値デー
タで表現された物体モデルが格納されており、その物体
モデルは物体データ入力部３２へ読み出されて表示部３
４に表示される（ステップ３００）。

【００１７】そして、会話入力部３６からマウス，ライ
トペンなどを用いて座標が入力されると、入力された座
標を用いて物体モデルの変形中心軸が軸発生部３６によ
り生成され、表示部３４で物体モデルに重ね表示される
（ステップ３０２）。

【００１８】なお、中心軸は直線状の線分で複数の節点
（本実施例では座標の入力で指定しているが、自動的に
指定しても良い）を有しており、各節点が中心軸の折れ
曲り位置となる（節点の位置は等間隔とは限らず、変形
の結果は節点の間隔により異なったものとなる）。

【００１９】次に、生成された中心軸と物体データ入力
部３２の出力（物体モデル）を用いてローカル座標系が
ローカル座標発生部４０によって設定される（ステップ
３０４）。

【００２０】そのローカル座標系は中心軸（ｔ軸）を基
準としており、中心軸と直行する他の座標軸（ｓ軸）が
同時に設定される。

【００２１】また、会話入力部３６が再び操作されて軸
変形部４２に節点の移動指示が軸変形部４２に与えられ
、中心軸が節点で折り曲げ（折れ線状に）られる（ステ
ップ３０６）。

【００２２】さらに、ローカル座標系における他の座標
軸も中心軸の変形に応じて傾けられる（ステップ３０８
）。

【００２３】このようにしてローカル座標系が歪められ
ると、物体モデルの変形後における各頂点（物体モデル
の構成単位となる点）の座標が制御点発生部４４，曲線
評価部４６により逐次求められる（ステップ３１０，３
１２，３１４，３１６，３１８）。

【００２４】本実施例では、ローカル座標系における各
頂点（ｖ）の座標（ｓｖ，ｔｖ）が軸変形部４２で予め
算出され、制御点発生部４４へ順に渡される（ステップ
３１０，３１２）。

【００２５】その制御点発生部４４では、頂点（ｖ）の
ローカル座標（ｓｖ，ｔｖ）が渡される毎に、各節点か
ら距離（ｓｖ）だけ離れた制御点が求められる（ステッ
プ３１４）。

【００２６】これらの制御点を結ぶと、折り曲げられた
中心軸に平行な折れ線が新たに形成される。

【００２７】仮に、新たな折れ線上で元の頂点座標と対
応した頂点を単純に求める処理が行われ、以後において
新たな折れ線が求められる毎に繰り返されると、最終的
な物体モデルの変形面は同様に折れ曲がったものとなる
。

【００２８】そこで、曲線評価部４６において新たな折
れ線が求められる毎にこれがベジエ曲線の制御ポリゴン
とみなされ、そのベジエ曲線がある一点で評価される（
ステップ３１６）。

【００２９】すなわち、中心軸の折り曲げ前における頂
点のｔ座標をパラメータとしてベジエ曲線上の一点（変
形後の新たな頂点）が曲線評価部４６で求められる。

【００３０】したがって、この処理が全ての頂点につい
て行なわれると、折り曲げられた中心軸に沿ってベジエ
曲線が形成され、このため、側面が違和感なく自然に曲
線変形した物体モデルを表現することが可能となる。

【００３１】その物体モデルは出力データ格納部４８に
格納され、表示部３４で表示される（ステップ３２０）
。

【００３２】図４，図５では二次元の物体モデルを変形
するときの作用が説明されており、同図（Ａ）の物体モ
デルが入力される。

【００３３】そして同図（Ｂ）のように中心軸（ｔ軸）
が設定され、同図（Ｃ）のように４個の節点が等間隔で
設定されると、同図（Ｄ）のようにローカル座標系が設
定される。

【００３４】ここでは０，１／３，２／３，１の等間隔
なパラメータが与えられており、ｔ軸と直交する４本の
ｓ軸が設定されて頂点ｖのローカル座標（ｓｖ，ｔｖ）
が求められる。

【００３５】さらに中心軸が図５（Ａ）のように折り曲
げられると、その折り曲げ角度に応じてｓ軸が同図（Ｂ
）のように傾けられる（ｔ軸の両端におけるｓ軸の伸張
方向はｔ軸と直交する方向に定められ、軸中間部におけ
るｓ軸の伸張方向は交差した節点で中心軸がなす角度を
二等分した方向に定められる）。

【００３６】次に、頂点ｖのローカル座標（ｓｖ，ｔｖ
）が求められ、各節点から距離ｓｖだけ離れた４点が同
図（Ｃ）のように算出される。

【００３７】これらの４点は三次ベジエ曲線の制御点と
みなされ、その曲線のパラメータがｔ＝ｔｖとなる点を
変形後における頂点として同図（Ｄ）のように求める処
理が行なわれる。

【００３８】以上の処理が全ての頂点について行なわれ
ると、同図（Ｅ）のように折り曲げられた中心軸に沿っ
たベジエ曲線が形成され、側面が違和感なく自然に曲線
変形した物体モデルが得られる。

【００３９】なお、三次元の物体モデルを変形する場合
には、ｔ軸と直行する軸（ｕ）を新たに用意することが
必要となる。

【００４０】この場合にはｔ軸のねじれ方向を考慮して
軸ｕ，ｖの方向が定められる（柿本，林，大口，山藤，
マックス，「一般化シリンダを用いた枝分かれ物体のモ
デリングとマッピングの手法」，情報処理学会グラフィ
ックスとＣＡＤ研究会技術報告，Ｎｏ．３９−７，１９
８９年７月）。

【００４１】また、方向が異なる複数の中心軸を設定す
ることも可能であり、その場合には次に示す二方法のい
ずれかを選択できる。

【００４２】まず第１の方法では、上記実施例と同様な
変形が全ての中心軸について順次行なわれ、したがって
、処理内容がルーチンの単純な繰り返しとなる。

【００４３】これに対し第２の方法では、平面または空
間を規定する各座標軸が別々に折り曲げられる。

【００４４】例えば図４，図５のように二次元のときに
は、ｔ軸のみならずｓ軸も折り曲げられ、ｓ＝ｓｖで示
される４制御点を決定するためにｓ軸方向の４本の曲線
がｓｖで評価される。

【００４５】その結果、従来の方法と同等な一般性が得
られ、しかも、制御点の増加を招くことがない。

【００４６】すなわち図４，図５の場合、従来において
は１６（４×４）の制御点の位置を別個に定めることが
必要とされるのに対し、その数をｓ軸，ｔ軸の各々に４
個ずつの計８個に抑制できる。

【００４７】また、４本のｓ軸が同様に傾けられるので
、物体モデルの変形結果を容易に予想できる。

【００４８】そして、物体モデルとしては画像データで
表現されたものや三次元ボリュームデータで表現された
ものも取り扱え、これらの場合には、　頂点に代えて画
素やボクセルが処理の対象となる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
線軸の折り曲げ操作で物体モデルを変形できるので、そ
の作業を効率良くしかも容易に行なうことが可能となる
。

【００５０】例えばベジエ曲線（ｎ次）で三次元の物体
モデルを変形する場合、操作対象が直線軸であることか
ら奥行き方向を考慮することが不要となり、しかも、操
作箇所が従来の（ｎ＋１）×４から四分の一の（ｎ＋１
）となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の原理説明図である。

【図２】実施例の構成説明図である

【図３】実施例の処理手順を説明するフローチャートで
ある。

【図４】実施例の作用説明図である。

【図５】実施例の作用説明図である。

【図６】発明の作用説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

３０　入力データ格納部 ３２　物体データ入力部 ３４　表示部 ３６　会話入力部 ３８　軸発生部 ４０　ローカル座標発生部 ４２　軸変形部 ４４　制御点発生部 ４６　曲線評価部 ４８　出力データ格納部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　数値データで表現された物体モデルを
   入力する物体モデル入力手段（１０）と、入力された物
   体モデルを出力する物体モデル出力手段（１２）と、入
   力操作に従って物体モデル変形の中心軸を生成する変形
   中心軸生成手段（１４）と、中心軸を座標軸としたロー
   カル座標系を設定するローカル座標系設定手段（１６）
   と、入力操作に従って中心軸を折り曲げる中心軸折曲手
   段（１８）と、中心軸の折曲により歪んだローカル座標
   系を利用することで物体モデルを中心軸に沿って変形す
   る物体モデル変形手段（２０）と、変形された物体モデ
   ルを出力する変形モデル出力手段（２２）と、を有する
   、ことを特徴とした物体モデル編集装置。