JPH0546708A - 三次元物体描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な操作で三次元物体図形の平行移動表
示、回転表示をし、しかも、直感的に視線方向を指定す
る。 【構成】 マウス１１より回転移動のパニング操作が指
示された時、パニング制御部１３は、所定半径の円ＣＩ
Ｒと、カ−ソル位置Ｐeから円中心Ｐcに向かう方向線分
ＤＳをスクリ−ン２０に描画し、描画制御部１４は円Ｃ
ＩＲを底面輪郭とする半球ＨＣＢを生成し、該半球上の
ポイントであってカ−ソル位置Ｐeに投影されるポイン
トＰ2を視点として三次元物体画像ＴＤＩ′をスクリ−
ン２０に描画する。又、平行移動のパニング操作が指示
された時、カ−ソルで指示されたポイントがスクリ−ン
中央に描画されるとした時の三次元物体画像の表示可能
範囲を示す境界線と、該ポイントからスクリ−ン中心に
向かう方向線分を描画し、表示要求によりカ−ソルで指
示されているポイントがディスプレイ画面の中央に描画
されるように三次元物体画像を平行移動して描画する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元物体をディスプレ
イ画面に描画する三次元物体描画方法に係わり、特に三
次元物体画像を平行移動及び回転して描画する際に適用
して好適な三次元物体描画方法にに関する。

【０００２】近年、ＥＷＳ（エンジニアリング・ワ−ク
ステ−ション）を用いたＣＡＤシステムが開発され、各
種設計業務に使用されている。このようなＣＡＤシステ
ムでは、図形を取り扱うという特性上、人間とシステム
との対話を行うための手段、つまりマン・マシーン・イ
ンタフェ−スが重要視されており、より操作性に優れた
ものが求められている。

【０００３】このため、従来のキ−ボ−ドに代わってシ
ステムとのコミュニケ−ションを図る手段として、例え
ばマウス等のポインティング・デバイスが開発されてお
り、このポインティング・デバイスを用いることにより
簡単に図形を描いたり、編集したりできるようになって
いる。

【０００４】かかるＣＡＤシステムでは、システムが有
する画面サイズより大きなサイズの三次元物体図形を表
示しなければならない場合が頻繁に生じ、図形を縮小し
て表示したり、部分的に表示するようにしている。たと
えば、全体図を眺めたい場合には縮小表示し、個々の部
分の設計作業を行う場合には三次元物体図形を部分的に
切り分けて表示する。又、ＣＡＤシステムでは、三次元
物体を任意の方向から眺めた図形を表示して設計する必
要がある。

【０００５】

【従来の技術】従来のＣＡＤシステムにおいて、所望の
三次元物体図形を部分的に表示するには、現在表示され
ている三次元物体図形の所定点をポインティング・デバ
イスによりパンヒットし、パンヒットされた点をスクリ
−ン中心に移動するように図形表示を変更し（平行移動
表示）、三次元物体図形を部分的に表示する。又、視線
方向を変えて三次元物体図形を描画するには、視線方向
の変化に応じて三次元物体の回転軸を判断し、該軸の回
りに何度回転するかを指定して図形表示を変更し（回転
表示）、任意の方向から眺めた三次元物体図形を表示す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＡＤシステムで平行移動表示する場合は、パンヒット
した部分が画面の中央になるように三次元物体図形を平
行移動して表示するのみである。このため、所定範囲の
図形部分を画面に表示したい場合に、どの位置をパンヒ
ットしたら所望の範囲が画面に納まるかをオペレ−タが
容易に認識できず、所望の図形を画面に表示させるため
には、何回もパンヒットを繰り返す必要があり、しか
も、パンヒットの繰返しにより現在位置がわからなくな
ったような場合は、一旦画像を縮小して所望の位置にカ
−ソルを移動させた後、再度拡大してパンヒットを行う
必要があった。このため、従来のＣＡＤシステムは、所
望する画像を平行移動により表示させる操作が非常に面
倒で作業効率が悪いという問題があった。

【０００７】又、従来のＣＡＤシステムで眺める方向
（視線方向）を変えて三次元物体を回転表示には、視線
方向の変化に応じて回転軸を判別し、しかも該軸の回り
に何度回転するかを指定する必要があり、操作が面倒と
なると共に、１回で所望の視線方向から見た画像を表示
できるとは限らず、何回も操作する必要が生じる問題が
あった。

【０００８】以上から本発明の目的は、簡単な操作でオ
ペレ−タの思い通りにパンヒットにより三次元物体図形
の平行移動表示、回転表示ができ、しかも、回転表示の
場合には、直感的に視線方向を指定し、該方向から眺め
た三次元物体図形を表示できる三次元物体の描画方法を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。１１はディスプレイ画面上のグラフィックカ
−ソルを移動したり、平行移動表示や回転表示の為のパ
ニング操作を行うマウス、１２はパニング操作による三
次元物体画像の平行移動量、あるいは三次元物体の視線
方向を演算するパニング制御部、１４は三次元物体画像
を平行移動したり、眺める方向を変えて描画する描画制
御部、２０はディスプレイ画面（スクリ−ン）である。

【００１０】

【作用】マウス１１より回転移動のパニング操作が指示
された時、パニング制御部１３は、三次元物体画像ＴＤ
Ｉに重ねて所定半径の円ＣＩＲと、カ−ソルＣＳＲの位
置Ｐeから円中心Ｐcに向かう方向線分ＤＳをスクリ−ン
２０に描画し、しかる後、マウス１１のカ−ソル移動操
作に従って方向線分ＤＳの向き及び長さを変更する。そ
して、マウス１１よりパニング操作後の三次元物体表示
が指令された時、描画制御部１４は、円ＣＩＲを底面輪
郭とする半球ＨＣＢ上のポイントであってカ−ソル位置
Ｐeに投影されるポイントＰ2を視点として三次元物体を
眺めた時の三次元物体画像ＴＤＩ′をスクリ−ン２０に
描画する。このようにすれば、方向線分の向きと長さに
より視線方向が直感的に認識でき、オペレ−タが眺める
方向を容易に指定して該方向から眺めた三次元物体の斜
視図をスクリ−ンに描画でき、操作性能を向上できる。

【００１１】又、半球上のポイントであって円の中心に
投影される第１ポイントＰ1をスクリ−ン視点、該スク
リ−ン視点と円中心を結ぶ方向を視線方向として三次元
物体を描画している場合、前記第２ポイントを球面上で
第１ポイント位置まで移動させるに必要な回転角度θと
回転方向φを求めれば視線方向が特定され、、ポイント
Ｐ２から眺めた三次元物体の画像を簡単に描画できる。

【００１２】更に、マウス１１より平行移動のパニング
操作が指示された時、パニング制御部１３は、カ−ソル
で指示されたポイントがスクリ−ン中央に描画されると
した時の三次元物体画像の表示可能範囲を示す境界線
と、該ポイントからスクリ−ン中心に向かう方向線分を
描画し、カ−ソル移動操作に従って方向線分の向き、長
さ、並びに表示可能範囲を変更表示し、パニング操作後
の三次元物体表示が指令された時、描画制御部１４はカ
−ソルで指示されているポイントがスクリ−ン中央に描
画されるように三次元物体画像を平行移動して描画す
る。このようにすれば、方向線分の方向が平行移動方向
となり、その長さが平行移動量となるため、簡単な操作
でオペレ−タの思い通りにパンヒットにより三次元物体
図形の平行移動表示ができる。

【００１３】又、マウスに回転用パニングスイッチと平
行移動用パニングスイッチを設け、該スイッチの押圧に
より回転のパニング操作指示または平行移動のパニング
指示を行い、スイッチの押圧解除によりパニング操作後
の三次元物体表示指令を出力するようにすれば、簡単な
操作で平行移動表示、回転移動表示ができる。

【００１４】

【実施例】全体の構成 図２は本発明の実施例構成図であり、図１と同一部分に
は同一符号を付している。図中、１１はディスプレイ画
面上のグラフィックカ−ソル（以後単にカ−ソルとい
う）を移動したり、平行移動表示や回転表示の為のパニ
ング操作を行うマウスである。マウス１１の表面には３
つのスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられ、又図
示しないがトラックボールが設けられている。第１のス
イッチ１１ａは座標値入力等に用いられ、第２スイッチ
１１ｂは平行移動のパニング操作に際して用いられ、１
１ｃは回転のパニング操作に際して用いられる。

【００１５】トラックボールの回転によりスクリ−ン上
のカ−ソルが移動し、第１スイッチ１１ａの押下により
カ−ソルで指示されたポイントの座標値が入力されるよ
うになっている。又、第２スイッチ１１ｂの押下によ
り、平行移動のパニング操作が指示され、その押下解除
により三次元物体画像の平行移動表示が指示されるよう
になっている。更に、第３スイッチ１１ｃの押下によ
り、回転移動のパニング操作が指示され、その押下解除
により三次元物体画像の回転表示が指示されるようにな
っている。

【００１６】１２は入力制御部であり、マウス１１のト
ラックボールの回転に応じてカ−ソルを各軸方向に移動
させる移動信号を発生すると共に、各スイッチ１１ａ〜
１１ｃのオン・オフ状態を出力するようになっている。
１３はパニング制御部であり、マウス１１の操作により
所定のパニング制御を行う。すなわち、平行移動のパニ
ング操作においては、三次元物体画像の平行移動量を演
算し、回転移動のパニング操作においては、三次元物体
の視線方向を演算する。

【００１７】１４は描画制御部であり、パニング操作に
基づいてパニング制御部１３から出力される平行移動量
や視線方向データに基づいて、平行移動した時の三次元
物体画像や視線方向から眺めた時の三次元物体画像を発
生する。１５は画像データ入力装置で、例えばホスト装
置、１６は画像データ入出力装置から入力された三次元
物体の画像データを記憶する画像データメモリ、１７は
パニング操作時に平行移動あるいは回転操作を容易に行
うためのパニングガイド情報（ラバ−バンド）やカ−ソ
ル画像を記憶するラバ−バンド画像記憶部、１６は三次
元物体画像を記憶する三次元物体画像記憶部、１９は各
画像記憶部１８、１９からラスタ−スキャンに同期して
ドットイメ−ジの画像を読み取り、合成して出力する読
出・合成部、２０は画像を描画するディスプレイ画面
（スクリ−ン）である。

【００１８】全体の動作 図３は本発明のパニング操作による平行移動表示、回転
表示の全体の流れ図である。パニング制御部１３は、マ
ウス１１の第２スイッチ１１ａ又は第３スイッチ１１ｃ
の押下によりパニング操作の要求があるか監視しており
（ステップ１０１）、パニング操作の要求があると第２
スイッチ１１ａの押下による平行移動のパニング操作
か、第３スイッチ１１ｃの押下による回転表示のパニン
グ操作か判断する（ステップ１０２）。

【００１９】平行移動表示のパニング操作であれば、図
４の平行移動パニング処理ル−チンを実行して各軸方向
の平行移動量を演算して描画制御部１４に出力する（ス
テップ１０３）。描画制御部１４は入力された平行移動
量に基づいて画像データメモリ１６に記憶されている画
像データに平行移動の変換処理を施し、変換結果に基づ
いて三次元物体画像を発生して三次元物体画像記憶部１
８に記憶し、しかる後スクリ−ン２０に平行移動表示す
る（ステップ１０４）。

【００２０】一方、回転表示のパニング操作であれば、
図５の回転パニング処理ル−チンを実行して設定された
視線方向を演算して描画制御部１４に出力する（ステッ
プ１０５）。描画制御部１４は入力された視線方向デー
タに基づいて画像データに回転の変換処理を施し、変換
結果に基づいて三次元物体画像を発生して三次元物体画
像記憶部１８に記憶し、しかる後、てスクリ−ン２０に
表示する（ステップ１０６）。

【００２１】平行移動のパニング制御 スクリ−ン２０に、例えば図６(a) に示すように三次元
物体画像ＴＤＩが表示されている状態で、三次元物体画
像の全体図を平行移動表示する場合について説明する。
マウス１１の第２スイッチ１１ｂを押下すると、パニン
グ制御部１３は図６(b)に示すように、カ−ソルＣＳＲ
が指示するポイントからスクリ−ン中心点Ｓcに至る方
向線分ＤＳを発生してラバ−バンド画像記憶部１７に記
憶し、スクリ−ン２０に三次元物体画像ＴＤＩに重ねて
描画する（ステップ２０１）。尚、方向線分ＤＳの向い
ている方向が平行移動方向であり、方向線分の長さが平
行移動量となる。

【００２２】又、パニング制御部１３はカ−ソルＣＳＲ
により指示されているポイントがスクリ−ン２０の中心
Ｓcに描画される時の三次元物体画像ＴＤＩの表示可能
範囲を演算し、該範囲を示す境界線ＢＤＬを発生してラ
バ−バンド画像記憶部１７に記憶、描画する（ステップ
２０２）。

【００２３】以後、パニング制御部１３はマウス操作に
よりカ−ソルＣＳＲが移動したか監視し（ステップ２０
３）、移動すれば、ステップ２０１に戻り、新たな方向
線分ＤＳ及び表示可能範囲の境界線ＢＤＬを発生してス
クリ−ン２０に表示する。これにより、カ−ソル移動操
作に従って方向線分の向き、長さ、並びに表示可能範囲
が変更される。

【００２４】カ−ソルの移動がなければ、第２スイッチ
１１ｂの押下が解除されてパニング操作後の三次元物体
表示（平行移動後の表示）が要求された監視し（ステッ
プ２０４）、押下が解除されていなければステップ２０
３に戻る。

【００２５】一方、第２スイッチ１１ｂの押下が解除さ
れてパニング操作後の三次元物体表示が要求されると、
方向線分ＤＳの向いている方向を平行移動方向、方向線
分の長さを平行移動量とみなし、スクリ−ン座標系の各
軸方向の移動量Ｘs，Ｙsを演算して描画制御部１４に入
力する（ステップ２０５）。これにより、描画制御部１
４は入力された平行移動量Ｘs，Ｙsに基づいて画像デー
タに平行移動の変換処理を施し、しかる後、変換結果に
基づいて三次元物体画像を発生して三次元物体画像記憶
部１８に記憶し、図６(c)に示すように平行移動後の三
次元物体画像をスクリ−ン２０に表示する

【００２６】以上のパニング操作においては、方向線分
ＤＳの方向が平行移動方向となり、その長さが平行移動
量となるため、簡単な操作でオペレ−タの思い通りにパ
ンヒットにより三次元物体図形の平行移動表示ができ
る。

【００２７】回転移動のパニング制御 スクリ−ン２０に例えば図７(a) に示すように三次元物
体画像（平面図）ＴＤＩが表示されている状態で、視線
方向を変えて三次元物体を眺める時の画像表示について
説明する。マウス１１の第３スイッチ１１ｃを押下する
と、パニング制御部１３は、スクリ−ン中心を中心Ｐc
とする所定半径の円ＣＩＲを発生してラバ−バンド画像
記憶部１７に記憶し、三次元物体画像ＴＤＩに重ねて描
画する(ステップ３０１）。ついで、カ−ソルＣＳＲの
位置Ｐeから円中心Ｐcに向かう方向線分ＤＳを発生し、
ラバ−バンド画像記憶部１７に記憶して描画する(ステ
ップ３０２）。尚、方向線分ＤＳは視線方向をスクリ−
ンに投影したものである。

【００２８】以後、パニング制御部１３は眺める方向を
変えるためにカ−ソルＣＳＲが移動したか監視し（ステ
ップ３０３）、移動すればステップ３０２に戻り、新た
な方向線分ＤＳを発生してスクリ−ン２０に表示する。
これにより、カ−ソル移動操作に従って方向線分の向
き、長さが変更される。カ−ソルの移動がなければ、第
３スイッチ１１ｃの押下が解除されてパニング操作後の
三次元物体表示（視線方向から見た三次元物体表示）が
要求された監視し（ステップ３０４）、押下が解除され
ていなければステップ３０３に戻る。

【００２９】一方、第３スイッチ１１ｃの押下が解除さ
れてパニング操作後の三次元物体表示が要求されると、
円ＣＩＲを底面輪郭とする半球ＨＣＢを生成し（ステッ
プ３０５）、該半球上のポイントであって円の中心Ｐc
に投影される第１ポイントＰ1を求めると共に、半球上
のポイントであってカ−ソル位置Ｐeに投影される第２
ポイントＰ２を求める（ステップ３０６）。尚、図７
(a)の三次元物体画像ＴＤＩは、第１ポイントＰ1をスク
リ−ン視点、該スクリ−ン視点と円中心を結ぶ方向を視
線方向として三次元物体を描画したものであり、又、第
２ポイントＰ2と円中心Ｐcを結ぶ方向は、ステップ３０
３でオペレ−タが設定した三次元物体を眺める視線方向
である。

【００３０】ついで、第２ポイントＰ2を球面ＨＣＢ上
で第１ポイント（スクリ−ン視点）Ｐ1の位置まで移動
させるに必要な回転角度θと方向線分ＤＳの線Ｖ₁Ｖ₂か
らの角度φを求め、これら角度を視線方向データとして
描画制御部１４に入力する（ステップ３０７）。これに
より、描画制御部１４は入力された視線方向データθ、
φに基づいて画像データに回転の変換処理を施し、しか
る後、変換データに基づいてポイントＰ２から眺めた三
次元物体の斜視図画像ＴＤＩ′を発生し、三次元物体画
像記憶部１８に記憶して図７(b)に示すようにスクリ−
ン２０に表示する

【００３１】以上のパニング操作によれば、方向線分Ｄ
Ｓの向きと長さにより視線方向が直感的に認識でき、オ
ペレ−タが眺める方向を容易に指定して該方向から眺め
た三次元物体の斜視図をスクリ−ンに描画でき、操作性
能を向上できる。以上、本発明を実施例により説明した
が、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い
種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するも
のではない。

【００３２】

【発明の効果】以上本発明によれば、回転のパニング操
作が指示された時、三次元物体画像に重ねて所定半径の
円と、カ−ソル位置から円中心に向かう方向線分を描画
し、カ−ソル移動操作に従って方向線分の向き及び長さ
を変更し、パニング操作後の三次元物体表示が指令され
た時、前記円を底面輪郭とする半球を生成し、該半球上
のポイントであってカ−ソル位置に投影されるポイント
を新たな視点として三次元物体を眺めた時の画像を描画
するように構成したから、方向線分の向きと長さにより
視線方向が直感的に認識でき、オペレ−タが眺める方向
を容易に指定して該方向から眺めた三次元物体の斜視図
をスクリ−ンに描画でき、操作性能を向上できる。

【００３３】又、本発明によれば、半球上のポイントで
あって円の中心に投影される第１ポイントＰ1をスクリ
−ン視点、該スクリ−ン視点と円中心を結ぶ方向を視線
方向として三次元物体を描画している場合、前記第２ポ
イントを球面上で第１ポイント位置まで移動させるに必
要な回転角度θと回転方向φを視線方向データとして求
め、該θ、φを用いて画像データに回転変換処理を施し
て三次元物体画像を回転表示するように構成したから、
簡単な処理によりポイントＰ２から眺めた三次元物体画
像を描画できる。

【００３４】更に、本発明によれば、マウスより平行移
動のパニング操作が指示された時、カ−ソルで指示され
たポイントがスクリ−ン中央に描画されるとした時の三
次元物体画像の表示可能範囲を示す境界線と、該ポイン
トからスクリ−ン中心に向かう方向線分を描画し、カ−
ソル移動操作に従って方向線分の向き、長さ、並びに表
示可能範囲を変更表示し、パニング操作後の三次元物体
表示が指令された時、カ−ソルで指示されているポイン
トがディスプレイ画面の中央に描画されるように三次元
物体画像を平行移動して描画するように構成したから、
方向線分の方向が平行移動方向となり、その長さが平行
移動量となるため、簡単な操作でオペレ−タの思い通り
にパンヒットにより三次元物体図形の平行移動表示がで
きる。

【００３５】又、本発明によれば、マウスに回転用パニ
ングスイッチと平行移動用パニングスイッチを設け、該
スイッチの押圧により回転のパニング操作指示または平
行移動のパニング指示を行い、スイッチの押圧解除によ
りパニング操作後の三次元物体表示指令を出力するよう
に構成したから、簡単な操作で平行移動表示、回転移動
表示ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例構成図である。

【図３】本発明の全体の流れ図である。

【図４】本発明の平行移動処理の流れ図である。

【図５】本発明の回転移動処理の流れ図である。

【図６】平行移動制御の説明図である。

【図７】回転移動制御の説明図である。

【符号の説明】

１１・・マウス １２・・パニング制御部 １４・・描画制御部 ２０・・ディスプレイ画面（スクリ−ン）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元物体をディスプレイ画面に描画す
   る三次元物体描画方法において、 回転移動のパニング操作が指示された時、三次元物体画
   像に重ねて所定半径の円とカ−ソル位置から円中心に向
   かう方向線分をパニングガイドとして描画し、カ−ソル
   移動操作に従って方向線分の向き及び長さを変更し、 パニング操作後の三次元物体の表示が指令された時、前
   記円を底面輪郭とする半球を生成し、該半球上のポイン
   トであってカ−ソル位置に投影されるポイントを新たな
   視点とみなし、 該ポイントから三次元物体を眺めた時の三次元物体画像
   を描画することを特徴とする三次元物体描画方法。
2. 【請求項２】 前記半球上のポイントであって円の中心
   に投影されるポイントをスクリ−ン視点とする時、前記
   カ−ソル位置に投影されるポイントを球面上でスクリ−
   ン視点まで移動させるに必要な回転角度と回転方向を求
   め、 該回転角度と回転方向を用いて三次元物体画像データに
   回転変換処理を施し、変換により得られたデータに基づ
   いて三次元物体画像を描画することを特徴とする請求項
   １記載の三次元物体描画方法。
3. 【請求項３】 平行移動のパニング操作が指示された
   時、現カ−ソル位置がスクリ−ンの中央に描画されると
   した時の三次元物体画像の表示可能範囲を示す境界線
   と、カ−ソル位置からスクリ−ン中心に向かう方向線分
   をパニングガイドとして描画し、 カ−ソル移動操作に従って方向線分の向き、長さ、並び
   に前記表示可能範囲を変更し、 パニング操作後の三次元物体画像の表示が指令された
   時、現カ−ソル位置がスクリ−ンの中央に描画されるよ
   うに三次元物体画像を平行移動することを特徴とする請
   求項１記載の三次元物体描画方法。
4. 【請求項４】 マウスに回転用のパニングスイッチと平
   行移動用ののパニングスイッチを設け、該スイッチの押
   圧により回転のパニング操作指示または平行移動のパニ
   ング操作指示を行い、スイッチの押圧解除によりパニン
   グ操作後の表示指令を出力する請求項３記載の三次元物
   体描画方法。