JPH06168300A - ３次元形状入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３次元立体モデルを用いた設計システムにお
いて、立体モデルの編集・変形の際の空間パラメータを
容易に拘束・決定すること。 【構成】 立体データ管理部１に保持されている立体デ
ータを表示装置２によって表示し、その立体の任意の部
分や空間パラメータ（位置，角度，ベクトルなど）を３
次元空間指示部３で指示し、編集・変形指示を行う。空
間パラメータ拘束・決定部４では、前記の空間パラメー
タの修正処理を行う。立体データ管理部１で立体モデル
の編集・変形指示と修正された空間パラメータを受取
り、立体データの変更を行う。そして、さらにその変更
された立体データを表示装置２で表示する。制御部５
は、以上の一連の立体モデル編集・変形処理を制御して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元形状入力装置に
関し、より詳細には、コンピュータを利用し、３次元立
体モデルをもとに形状設計を行う設計システムにおける
立体モデルの編集・変形の際の３次元形状入力装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、３次元立体モデルによるコンピュ
ータ設計システムやコンピュータ・アニメーションシス
テムでの３次元立体モデル編集・変形作業の多くは、あ
らかじめ用意された基本的な立体を、これらシステムに
より規定される３次元空間内の適当な位置に配置し、立
体間の和・差・積などの立体集合演算を用いて立体同士
を組み合わせる。また、ローカルオペレーションなどの
形状修正機能を用いて形状を修正しながら目的の形状を
構築している。従来、これらの作業における空間パラメ
ータの決定（立体配置の際の位置や角度，形状変形の際
のベクトルなど）は、数値入力が主であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
３次元形状入力装置においては、３次元空間で所望の空
間パラメータ（位置，角度，ベクトルなど）を決定する
作業は、思い通りのパラメータを得るのが困難であり、
それを得るのに多大な労力と時間が必要という問題点が
あった。

【０００４】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、設計者にとって分かりやすい基準による３次
元空間での所望の空間パラメータを容易に拘束あるいは
決定することが可能であり、また、立体モデル編集・変
形時の負荷を減少し、効率的な３次元形状入力ができる
ようにした３次元形状入力装置を提供することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、３次元立体モデルを用いた設計システム
における３次元形状入力装置において、立体モデル及び
モデル自身の構成要素と３次元空間パラメータを指示
し、該立体モデルの編集・変形を指示することのできる
３次元空間指示部と、空間座標拘束物を保持・管理して
３次元空間パラメータを修正する３次元空間パラメータ
拘束・決定部とから成ることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】３次元空間の座標を拘束する空間座標拘束物
（面，稜線，頂点など）の指定により、所望の前記空間
パラメータを拘束・決定できる。また、これら空間座標
拘束物（拘束条件）は、空間パラメータ拘束・決定部内
の拘束条件管理手段によって管理され、移動させて使用
することや複数個を組み合わせて使用することができ
る。これらを使用すると、３次元空間パラメータ入力の
負荷が大幅に減少し、立体モデル編集・変形作業を効率
的に行えるようになる。

【０００７】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１は、本発明による３次元形状入力装置の一実
施例を説明するための構成図で、図中、１は立体データ
管理部、２は表示装置、３は３次元空間指示部、４は３
次元パラメータ拘束・決定部、５は制御部である。立体
データ管理部１に保持されている立体データを表示装置
２によって表示し、その立体の任意の部分や空間パラメ
ータ（位置，角度，ベクトルなど）を３次元空間指示部
３で指示し、編集・変形指示を行う。空間パラメータ拘
束・決定部４では、前記の空間パラメータの修正処理を
行う。立体データ管理部１で立体モデルの編集・変形指
示と修正された空間パラメータを受取り、立体データの
変更を行う。そして、さらにその変更された立体データ
を表示装置２で表示する。制御部５は、以上の一連の立
体モデル編集・変形処理を制御している。

【０００８】図２は、図１に示す３次元立体モデル入力
装置を用いた対話的ＣＡＤ（Computer Aided Design）
システム（以後、ＣＡＤシステムという）の立体モデル
を編集・変形する際の処理の流れを示すフローチャート
である。以下、各ステップに従って順に説明する。step１ ：まず、表示装置によって表示された立体モデル
の移動，回転，切断，結合などの編集・変形指示とその
空間パラメータ（位置，角度，ベクトル）の指示を行
う。step２ ：次に、空間パラメータ拘束・決定部で前記の空
間パラメータの修正処理を行う。step３ ：次に、編集・変形指示と修正された空間パラメ
ータを受取り、立体データの変更を行う。

【０００９】図３は、図２のステップ２における処理
（空間パラメータを修正する）で、空間パラメータ拘束
・決定部によって行われる処理である。空間パラメータ
拘束・決定部には、拘束条件を保持・管理する手段を保
持し、「拘束条件と被拘束物の組み合わせ」によって空
間パラメータの修正処理を対応させている。step21 ：まず、拘束条件の管理手段から拘束条件を取り
出す。step22 ：次に、拘束条件の取り出しが終了したかどうか
を判断する。取り出しが終了していれば終了する。step23 ：前記step22において、拘束条件の取り出しが終
了していなければ、次に被拘束物がこの拘束条件による
拘束の対象になるかどうかを判断する。拘束の対象にな
らなければ、前記step21に戻る。step24 ：前記step23において、拘束の対象になれば、
「拘束条件と被拘束物の組み合わせ」に対応する空間パ
ラメータの修正処理を行い、前記step21に戻る。

【００１０】次に、図に示す例を参照して、立体モデル
に多面体を使った場合における前述のＣＡＤシステムの
動作を説明する。立体モデルが多面体の場合、その構成
要素は面，稜線，頂点であり、それらを拘束条件とする
と、それぞれが拘束する空間座標は以下のようになる。 面 … 指定した面上（距離を指定した場合、その面か
ら等距離） 稜線 … 指定した稜線上（距離を指定した場合、その稜
線から等距離） 頂点 … 指定した頂点（距離を指定した場合、その頂点
から等距離）

【００１１】図４（ａ）〜（ｃ）は、面，稜線，頂点に
よって拘束される空間座標のイメージを描いた図であ
る。まず、図（ａ）に示す稜線の場合、その稜線上に限
るか、その延長線上も含めるかは、空間パラメータ拘束
・決定部の内部仕様によってどちらにでも決定できる。
同様に、図（ｂ）に示す面の場合も、指定した面上に限
るか、その延長面上も含めるかは任意に指定できる。こ
れら拘束条件の登録・削除・使用・不使用の決定は、空
間パラメータ拘束・決定部内の拘束条件管理手段によっ
て管理している。これらの拘束条件を利用した空間パラ
メータの修正処理を、拘束条件と被拘束物の組み合わせ
の例を挙げて説明する。

【００１２】「拘束条件が面・被拘束物が面」の場合 "立体Ｂを立体Ａの近傍に配置する" 図５(ａ),(ｂ)及び図６のフローチャートに基づいて説
明する。図６の処理以前には、"立体Ｂを配置する" と
いう編集命令と、立体Ｂを立体Ａの近傍に移動させるよ
うな空間パラメータ（移動量，回転角度など）が３次元
空間指示部によって指示されている。次下、各ステップ
に従って順に説明する。 step61 ：まず、入力された空間パラメータにおいて、被
拘束面ｂが拘束面ａ上に重なっているか否かを計算す
る。重なっていれば、空間パラメータの修正処理は行わ
ずに処理を終了し、編集命令を実行する。重なっていな
ければ、空間パラメータの修正処理を行うため、次のst
ep62に進む。step62 ：次に、被拘束面ｂと拘束面ａの交線を求める。step63 ：前記step62で求めた交線を軸として被拘束面ｂ
を回転させ、拘束面ａ上に重なるように空間パラメータ
（移動量，回転角度など）を変更し、空間パラメータの
修正処理を終了する。 この処理の後、この空間パラメータで編集命令を実行す
れば、立体Ｂを立体Ａの面ａ上に重ねるように配置する
ことができる。

【００１３】「拘束条件が稜線・被拘束物が頂点」の場
合 "立体の頂点ａを移動させて立体の形状を変更する" 図７(ａ),(ｂ)及び図８のフローチャートに基づいて説
明する。図８の処理以前には、"立体の頂点ａを移動さ
せて立体の形状を変更する" という変形命令と、頂点ａ
の移動に関する空間パラメータ（移動量，ベクトルな
ど）が３次元空間指示部によって指示されている。以
下、各ステップに従って順に説明する。step81 ：まず、入力された空間パラメータにおいて、被
拘束頂点ａが拘束稜線ｂ上に重なっているか否かを計算
する。重なっていれば、空間パラメータの修正処理は行
わずに処理を終了し、変形命令を実行する。重なってい
なければ、空間パラメータの修正処理を行うため、次の
step82に進む。step82 ：次に、被拘束頂点ａから拘束稜線ｂへの垂線と
その足を求める。step83 ：前記step82で求めた垂線の足に被拘束頂点ａが
重なるように空間パラメータ（移動量，ベクトルなど）
を変更し、この空間パラメータの修正処理を終了する。 この処理の後、この空間パラメータで変形命令を実行す
れば、頂点ａを稜線ｂ上に重ねるように配置することが
できる。

【００１４】「拘束条件が頂点からの指定距離・被拘束
物が頂点」の場合 "立体の頂点ａを移動させて立体の形状を変更する" 図９(ａ),(ｂ)及び図１０のフローチャートに基づいて
説明する。図１０の処理以前には、"立体の頂点ａを移
動させて立体の形状を変更する" という変形命令と、頂
点ａの移動に関する空間パラメータ（移動量，ベクトル
など）が３次元空間指示部によって指示されている。以
下、各ステップに従って順に説明する。 step101 ：まず、入力された空間パラメータにおいて、
移動後の頂点ａ（被拘束物）が移動前の頂点ａから指定
距離（拘確条件）にあるか否かを計算する。指定距離に
あれば、空間パラメータの修正処理は行わずに処理を終
了し、変形命令を実行する。指定距離になければ、空間
パラメータの修正処理を行うため、次のstep102に進
む。step102 ：次に、移動前の頂点ａから移動後の頂点ａ
（被拘束物）への直線を求め、その直線上で移動前の頂
点ａから指定距離の点を求める。step103 ：前記step102で求めた点に頂点ａ（被拘束物）
が重なるように、空間パラメータ（移動量，ベクトルな
ど）を変更し、空間パラメータの修正処理を終了する。 この処理の後、この空間パラメータで変形命令を実行す
れば、頂点ａを移動前の頂点ａから指定した距離上に配
置することができる。

【００１５】以下に、本発明による３次元形状入力装置
を用いて実現することのできる編集・変形処理の例を示
す。 "立体Ａを回転する" 図１１(ａ),(ｂ)において、立体の回転軸を空間パラメ
ータ拘束・決定部で管理している稜線ａで指定する。立
体を稜線ａを軸として回転させることができる。 "立体を断面ａで削る" 図１２(ａ),(ｂ)において、立体を削る道筋を空間パラ
メータ拘束・決定部で管理している稜線ｂによって指定
できる。結果として、立体に稜線ｂで指定した道筋で断
面ａの貫通穴をあけることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。すなわち、３次元
定規を扱うように、容易に所望の空間パラメータを修正
することが可能なので、短時間で設計者にとって分かり
やすい基準による空間パラメータ入力が可能となる。そ
の結果、３次元形状モデルを用いた各種設計システムに
おけるモデル編集・形状変形作業を正確に効率良く行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３次元形状入力装置の一実施例を
説明するための構成図である。

【図２】図１における立体モデルを編集・変形する際の
処理を示すフローチャートである。

【図３】図２におけるステッフ２の処理のフローチャー
トである。

【図４】本発明による面，稜線，頂点によって拘束され
る空間座標のイメージを描いた図である。

【図５】本発明による拘束条件が面、被拘束物が面の場
合を説明するための図である。

【図６】図５における処理のフローチャートである。

【図７】本発明による拘束条件が稜線、被拘束物が頂点
の場合を説明するための図である。

【図８】図７における処理のフローチャートである。

【図９】本発明による拘束条件が頂点からの指定距離、
被拘束物が頂点の場合を説明するための図である。

【図１０】図９における処理のフローチャートである。

【図１１】本発明による立体を回転する場合を説明する
ための図である。

【図１２】本発明による立体を断面で削る場合を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…立体データ管理部、２…表示装置、３…３次元空間
指示部、４…３次元パラメータ拘束・決定部、５…制御
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 昭弘 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元立体モデルを用いた設計システム
   における３次元形状入力装置において、立体モデル及び
   モデル自身の構成要素と３次元空間パラメータを指示
   し、該立体モデルの編集・変形を指示することのできる
   ３次元空間指示部と、空間座標拘束物を保持・管理して
   ３次元空間パラメータを修正する３次元空間パラメータ
   拘束・決定部とから成ることを特徴とする３次元形状入
   力装置。