JPH06241735A

JPH06241735A - 板状体の透視歪のシミュレーション方法

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Publication number: JPH06241735A
Application number: JP5001493A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Matsushita; 嘉光松下
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3302078B2

Abstract

(57)【要約】【目的】実際に透視歪を検出することなく比較的簡単な
シミュレーション計算を行うことによって、ウインドシ
ールドなどの板状体の透視歪を短時間で高精度に検出す
る。【構成】与えられた形状データから板状体の３次元曲面
の形状モデルを得る段階と、少くとも３つの仮想点ＰＯ
を有するターゲットを複数備える仮想平面２１を、上記
形状モデルに対する観測基準点ＥＰの反対側に得る段階
と、上記仮想点ＰＯから上記観測基準点ＥＰの方向に向
かう仮想光線２４が上記形状モデルで屈折した後に進行
する方向を表す直線と、上記仮想平面２１との交点Ｐ３
を得る段階と、同一のターゲットを構成している上記仮
想点ＰＯとこれらの仮想点ＰＯについての上記交点Ｐ３
とから、上記形状モデルの小領域のそれぞれについて歪
角度を計算する段階とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板ガラスなどの板状体
を通して物体を観測したときの透視像の光学的歪（以
下、「透視歪」という）をシミュレーションする方法に
関し、特に、自動車のウインドシールド（すなわち、フ
ロントガラス）についての透視歪のシミュレーション方
法として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車の外形のデザインは、空力
特性への配慮から複雑な３次元曲面を取り入れるように
なって来ており、このために、自動車に備え付けられる
ウインドシールドなどのガラスの形状も曲面化が進んで
いる。しかし、ガラスの成形技術の限界のために、曲面
化に対応してガラスの表面を平滑に保つことは困難であ
るから、運転者がウインドシールドを通して物体を見る
と、物体が歪んで見える場合がある。この現象を透視歪
現象といい、透視歪の大きさは、一般的に、ウインドシ
ールドなどの板状体上の各点について、横方向における
歪角度である横歪角度および縦方向における歪角度であ
る縦歪角度という２つの物理量で表すことができる。そ
して、図９に示すように、横歪角度は、板状体を通さず
に観測される水平線分ＡＢと、板状体を通して観測され
る線分Ａ′Ｂ′とのなす角度αで、縦歪角度は、板状体
を通さずに観測される垂直線分ＡＣと、板状体を通して
観測される線分Ａ′Ｃ′とのなす角度βでそれぞれ定義
される。

【０００３】自動車のウインドシールドについて実際に
検出される歪角度と官能評価とを組み合わせることによ
り、人間が透視歪を感じ始めるしきい値歪角度を定める
ことについて、牧口氏などが研究を行っている（「自動
車用ウインドシールドガラス透視歪の解析」、日科技連
第１５回多変量解析シンポジウム、１９９１年１１
月）。それによると、ＪＩＳ規格で定められた自動車の
アイポイントからウインドシールド１を観察したときの
いわゆる観察ゾーンＧ１〜Ｇ４（図１０参照）の違いに
よって、しきい値歪角度が異なることが判明した。ま
た、各観察ゾーンＧ１〜Ｇ４でのしきい値歪角度は、横
歪角度を横軸に、縦歪角度を縦軸にとると、図１１に示
すような直線（判別関数）で近似的に表されることも明
らかになった。したがって、この判別関数を利用するこ
とにより、ウインドシールド１のほぼ全面の領域を構成
する複数の小領域のそれぞれを通しての縦および横歪角
度を検出することのみで、人間が感知可能な透視歪がウ
インドシールド１に生じているか否かを評価することが
可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】なお、牧口氏などは、
ウインドシールドなどの板状体の透視歪を検出するにあ
たり、図１２に示すように、自動車２に実際にウインド
シールドを備え付けた状態でそのアイポイントＥＰに写
真機を保持し、自動車２の周囲に巡らせた直交格子状の
直線模様を有するパネル４を撮影することにより、歪角
度の検出を行っている。

【０００５】また、本発明者は、板状体の透視歪を短時
間で高精度に検出できるシステムを他の１人と共同で発
明し特許出願している（特願平４−１４１００１号）。
このシステムでは、図１３および図１４に示すように、
水平方向に回動可能な載置台５にウインドシールド１を
取り付け、ウインドシールド１を水平方向に回動させつ
つ、多数のＬＥＤ６が縦長に配されたＬＥＤ板７中の直
角をなす３つのＬＥＤ６からなるターゲットを、アイポ
イントＥＰに保持した首振り可能なＣＣＤカメラ８で順
次撮像することによって、透視歪を検出するようにして
いる。この場合、多数のＬＥＤ６は、図１４の（Ａ）に
示すように、適当な格子間隔で縦に２列、横に多数列配
されている。また、第１回目の撮像では、図１４の
（Ｂ）における３個のＬＥＤ（ｎ，１）、（ｎ，２）、
（ｎ−１，１）のみが発光してこれら３個のＬＥＤが撮
像され、第２回目の撮像では、図１４の（Ｂ）における
３個のＬＥＤ（ｎ−１，１）、（ｎ−１，２）、（ｎ−
２，１）のみが発光してこれら３個のＬＥＤが撮像され
る。そして、このような撮像がウインドシールド２のほ
ぼ全面にわたって順次行われる。また、このようにして
撮像された３個のＬＥＤの座標位置を検出することによ
って、図９に示す横歪角度αおよび縦歪角度βがこれら
３個のＬＥＤからなるターゲットに対応するウインドシ
ールド１の小領域毎にそれぞれ算出される。

【０００６】しかし、このシステムの場合や上述の牧口
氏などの透視歪検出方法の場合は、いずれも、実際にウ
インドシールドを通して物体を観測して透視歪を検出す
るようにしている。このために、しきい値歪角度を超え
る透視歪を発見したときには、ウインドシールドの形状
を再設計して加熱曲げ型を作り直すか、あるいは、加熱
曲げ型を部分的に修正する必要がある。したがって、加
熱曲げ型の製作に長時間を要しかつ工程的にも無駄が生
じ易い。

【０００７】なお、加熱曲げ型の製作を効率的に行うた
めに、ウインドシールドの設計図面を用いて光学的作図
法により透視歪を予測計算することが試みられている。
しかし、この方法では、光学的作図に多大の時間を必要
とするから、ウインドシールドの全面領域について透視
歪を予測計算することが困難であり、このために、実用
性に乏しい。

【０００８】本発明は、上述のような問題点に鑑みて、
実際に透視歪を検出することなくシミュレーション計算
を行うことによって、板状体の透視歪を短時間で高精度
に検出し得る方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、与えられた形状データから得られる板状
体の３次元曲面の形状モデルの透視歪をシミュレーショ
ンするために、上記形状モデルを複数の小領域に分け、
これら複数の小領域について透視歪をそれぞれシミュレ
ーションする方法において、与えられた形状データから
板状体の３次元曲面の形状モデルを得る段階と、少なく
とも３つの仮想点を有するターゲットを複数備える仮想
平面を、上記形状モデルに対する観測基準点の反対側に
得る段階と、上記仮想点のそれぞれから上記観測基準点
の方向に向かう仮想光線が上記形状モデルの一方の面お
よび他方の面で屈折した後に進行する方向を表す直線
と、上記仮想平面との交点を得る段階と、同一のターゲ
ットを構成している上記仮想点とこれらの仮想点につい
ての上記交点とから、このターゲットに対応する上記形
状モデルの小領域のそれぞれについての歪角度を計算す
る段階とを備えていることを特徴とする板状体の透視歪
のシミュレーション方法に係るものでる。

【００１０】また、本発明においては、板状体の透視歪
の評価を容易に行い得るようにするために、上記小領域
のそれぞれについての上記歪角度を表示する段階をさら
に備えているのが好ましい。さらに、本発明において
は、上記板状体が自動車のウインドシールドであるとき
には、運転者から見た透視歪を評価し得るようにするた
めに、上記観測基準点が自動車のアイポイントであるの
が好ましい。

【００１１】

【作用】本発明によれば、板状体を実際に製造するのに
用いる加熱曲げ型などの型を製作する前に、板状体の透
視歪を短時間で高精度に検出することができるから、型
を作り直すなどの無駄な工程を省くことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の透視歪のシミュレーション方
法を、自動車のウインドシールドの透視歪検出シミュレ
ーションに適用した場合の一実施例について説明する。

【００１３】図１は、本実施例による透視歪のシミュレ
ーション方法の流れ図であり、図２は、本実施例の方法
を実施するためのシミュレーションシステムの概略を示
したものであり、図３は、本実施例におけるウインドシ
ールドの形状モデル、アイポイントおよび仮想平面の位
置関係を示したものである。

【００１４】図１および図２に示すように、本実施例に
よる透視歪のシミュレーション方法においては、まず、
ウインドシールドの形状データ（ステップＳ１またはＳ
２）からその３次元曲面の形状モデルが生成される（ス
テップＳ３）。この形状データは、図１および図２に示
すように、ウインドシールドをＣＡＤシステムで設計し
た場合には形状設計段階におけるデータ（ステップＳ
１）を書き込んだ磁気テープなどから磁気再生装置１１
によってコンピュータ１２に入力するか、あるいは、設
計図面１３（ステップＳ２）をディジタイザ１４でプロ
ットすることによりコンピュータ１２に入力するかすれ
ばよい。

【００１５】生成された形状モデル１０は、図３に示す
ように、内表面ＳＵ１と外表面ＳＵ２とからなり、これ
らの内表面ＳＵ１および外表面ＳＵ２の形状モデル１０
は、それぞれ、パッチ（面素）１０の集合体として表現
される。そして、各パッチは、たとえば、クーンズ（Co
ons ）曲面、ベジエ（Bezier）曲面またはＢスプライン
曲面などで数学的に表現することができる。

【００１６】図４には、ウインドシールド１の３次元曲
面の形状モデル１０のモデリング処理の流れが示されて
いる。この図４において、まず、図５の（Ａ）および
（Ｂ）に示すようなマイラー図と称されているウインド
シールド１の平面図および側面図上の多数の点Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３‥‥の３次元座標データをディジタイザ１４な
どで指示してコンピュータ１２に入力する（ステップＳ
１１）。次に、点列を通る格子状の３次元スプライン曲
線を生成する（ステップＳ１２）。次に、スプライン曲
線を境界として曲面を四辺形パッチに分割し、パッチの
各辺に沿ったパラメータｕ、ｖによって表現されるクー
ンズ面のような双３次パラメトリック曲面を生成する
（ステップＳ１３）。この曲面をウインドシールド１の
内表面ＳＵ１の形状モデルとし、次に、板厚分だけオフ
セットした外表面ＳＵ２の形状モデルを生成する（ステ
ップＳ１４）。最終的な形状モデル１０は、これら内表
面ＳＵ１および外表面ＳＵ２の形状モデルをあわせたも
のからなっている。

【００１７】コンピュータ１２は、図１〜図３に示すよ
うに、入力された形状データに基づいてウインドシール
ド１の形状モデル１０を生成した後、形状モデルの位置
に即した位置に観測基準点であるアイポイントＥＰを定
める（ステップＳ４）。この場合、形状モデルについて
のデータ（板厚などのガラスの仕様）だけでなく、ヒッ
プポイント（運転者のヒップの位置）やトルソーアング
ル（座席の傾き角度）なども必要に応じて考慮される。
さらに、コンピュータ１２は、形状モデルに対するアイ
ポイントＥＰの反対側（すなわち、形状モデルの外表面
側）に仮想平面２１を生成する（ステップＳ５）。この
仮想平面２１は、形状モデル１０から適度に離れた位置
に形状モデル１０とほぼ平行になるように生成される。
また、仮想平面２１は、ほぼ直角をなす３つの仮想点Ｐ
Ｏ、ＰＯａ、ＰＯｂからなるターゲット２２（図１４の
（Ｂ）におけるターゲットに相当する）をアイポイント
ＥＰ側に多数（後述の小領域の数と同数）備えている。
さらに、ターゲット２２は、アイポイントＥＰから形状
モデル１０を通して仮想平面２１を観察したときに、形
状モデル１０の表面を上記パッチよりもさらに細かく
（例えば、５００〜５，０００個に）分割した領域（以
下、「小領域」という）２３のそれぞれに１つのターゲ
ット２２が観測されるように、仮想平面２１に配置され
る。

【００１８】次に、コンピュータ１２は、形状モデル１
０、アイポイントＥＰおよび仮想平面２１を用いて、透
視歪角度を求めるための計算を行う。この計算手順とし
ては、まず、あるターゲット２２を構成する３つの仮想
点ＰＯ、ＰＯａ、ＰＯｂのそれぞれからアイポイントＥ
Ｐの方向に向かう仮想光線が形状モデル１０の外表面Ｓ
Ｕ２および内表面ＳＵ１で屈折した後に進行する方向を
表す直線と、仮想平面２１との交点が求められる（ステ
ップＳ６）。この交点の位置は、近似的に、仮想点Ｐ
Ｏ、ＰＯａ、ＰＯｂが実際に観察される位置とみなすこ
とができる。そして、３つの仮想点ＰＯ、ＰＯａ、ＰＯ
ｂとこれらの仮想点についての３つの上記交点とから、
これらの仮想点を構成しているターゲット２２に対応す
る小領域２３についての歪角度が計算される（ステップ
Ｓ７）。このような計算手順を繰り返すことによって多
数の小領域２３についてそれぞれ得られた歪角度につい
てのデータは、グラフィックディスプレイ１５、プリン
タ１６、ハードコピー装置１７によって歪角度分布図の
形式で表示される（ステップＳ８）。

【００１９】図６は、上記透視歪角度の計算の手順を示
すものであり、図７は、上記交点を求めるための手順を
より詳細に説明するための平面図である。透視歪角度の
計算には、原理的には、ウインドシールド１がある場合
とない場合とで屈折作用により光線の進行方向が変わる
ことを利用する。まず、仮想平面２１上のあるターゲッ
ト２２を構成するほぼ直角をなす３つの仮想点Ｐ０、Ｐ
０ａ、Ｐ０ｂのうちの１つの仮想点Ｐ０を計算開始点と
して設定する（ステップＳ２１）。次に、仮想点Ｐ０か
らアイポイントＥＰの方向へ向かう仮想光線２４の進行
方向のベクトルＶＫ０を求める（ステップＳ２２）。次
に、ベクトルＶＫ０を通る直線と形状モデル１０の外表
面ＳＵ２との交点Ｐ１を求め（ステップＳ２３）、この
交点Ｐ１における形状モデル１０の外表面ＳＵ２の法線
ベクトルＶＶ１を求める（ステップＳ２４）。

【００２０】さらに、上記ベクトルＶＫ０とベクトルＶ
Ｖ１とから屈折の法則にしたがって仮想光線が形状モデ
ル１０の外表面ＳＵ２で屈折した後の進路を表すベクト
ルＶＫ１を求める（ステップＳ２５）。すなわち、仮想
点Ｐ０からの仮想光線２４の外表面ＳＵ２への入射角度
（法線に対するもの）をｉ、仮想光線２４の外表面ＳＵ
１での屈折角度（法線に対するもの）をｒ、ウインドシ
ールドの空気に対する屈折率をｎとすると、sin ｉ／si
n ｒ＝ｎが成り立つので、ベクトルＶＫ０、ベクトルＶ
Ｖ１および既知である屈折率ｎから屈折角度を求めるこ
とができ、これからベクトルＶＫ１を得ることができ
る。

【００２１】次に、ベクトルＶＫ１を通る直線と形状モ
デルの内表面ＳＵ１との交点Ｐ２を求め（ステップＳ２
６）、この交点Ｐ２における形状モデル１０の内表面Ｓ
Ｕ１の法線ベクトルＶＶ２を求める（ステップＳ２
７）。さらに、上記ベクトルＶＫ１とベクトルＶＶ２と
から上述の屈折の法則にしたがって仮想光線２４が形状
モデル１０の内表面ＳＵ１で屈折した後の進路を表すベ
クトルＶＫ２を求める（ステップＳ２８）。最後に、ベ
クトルＶＫ２を通る直線と仮想平面２１との交点Ｐ３を
求める（ステップＳ２９）。この最終的に求められた交
点（仮想点）Ｐ３の位置は、近似的に、アイポイントＥ
Ｐから観察したときに仮想点Ｐ０が実際に観察される位
置とみなすことができる。

【００２２】次いで、同一のターゲット２２を構成する
他の仮想点Ｐ０ａおよびＰ０ｂについても、ステップＳ
２１〜Ｓ２９を実行することにより、それぞれに対応す
る交点（仮想点）Ｐ３ａおよびＰ３ｂを求める（ステッ
プＳ３０）。これらのデータから、図９に示す歪角度の
定義にしたがって、上記３つの仮想点ＰＯ、ＰＯａおよ
びＰＯｂを有するターゲット２２に対応する形状モデル
１０の小領域２３についての縦横それぞれの歪角度を計
算する（ステップＳ３１）。この場合、縦横それぞれの
伸び率を計算することもできる。なお、図９において、
横伸び率は、水平線分ＡＢに対する線分Ａ´Ｂ´の比
で、縦伸び率は、垂直線分ＡＣに対する線分Ａ´Ｃ´の
比でそれぞれ定義される。

【００２３】さらに、他のターゲット２２についてもス
テップＳ２１〜Ｓ３１を実行することによって、それら
のターゲット２２に対応する小領域２３についての縦横
それぞれの歪角度を計算する（ステップＳ３２）。以上
の動作を繰り返すことによって、形状モデル１０のほぼ
全面領域についての歪角度を求めることができる。

【００２４】得られた歪角度についてのデータは、ファ
イルに記録されると共に、ウインドシールド１全体の歪
角度の分布が一目で把握できるようにするために、図８
に示すように、横歪角度または縦歪角度の大きさを適当
な範囲で区切って色分けした歪角度分布図としてディス
プレイ表示および／またはプリントアウトされる（ステ
ップＳ３３）。なお、図８においては、色分け領域
Ｃ₁、Ｃ₂‥‥Ｃ₁₁の順に歪角度が大きくなっている。
また、この表示においては、図１１に示すような判別関
数を用いて、人間が感知し得る透視歪がウインドシール
ド１に生じているか否かを表すこともできる。さらに、
この表示において、図１０に示すような観察ゾーンＧ１
〜Ｇ４を附加的に表示するようにすれば、人間が感知し
得る透視歪が生じているか否かをウインドシールド１の
各観察ゾーン毎に表すこともできる。

【００２５】以上に述べたように、本実施例において
は、自動車のウインドシールドに発生する透視歪をコン
ピュータを用いてシミュレーションすることによって検
出するようにしたから、ウインドシールドの透視歪角度
を迅速かつ容易に検出することが可能となる。しかし、
本発明が自動車のウインドシールドの透視歪検出だけで
なくその他さまざまな板状体の透視歪検出にも用いるこ
とができるのは明らかである。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、上述のように板状体に発生す
る透視歪を比較的簡単なシミュレーションにより求める
ようにしたから、板状体の透視歪を短時間で高精度に検
出することができる。また、設計段階（すなわち、実際
に加熱曲げ型などの型を製造する前）の板状体をシミュ
レーション対象とすることができるから、実際に修正が
必要な透視歪が板状体に発生することが判明した場合に
は、型をそれにあわせて製作でき、このために、板状体
の型を再製作するといった無駄を排除することができ
る。したがって、規格を満足する板状体の最終仕様を型
の製作前に決定することができるから、設計の自由度が
増すと共に、板状体の形状の設計から型の製作および板
状体の成形までの工程を大幅に短縮して、製造コストを
下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による板状体の透視歪のシミ
ュレーション方法の流れ図である。

【図２】図１に示す方法を実施するためのシミュレーシ
ョンシステムの一例の概略図である。

【図３】図１に示す方法におけるウインドシールドの形
状モデル、アイポイントおよび仮想平面の位置関係を示
す図である。

【図４】図１に示す方法に用いられる形状モデルのモデ
リング処理の流れ図である。

【図５】（Ａ）は図４に示すモデリング処理に用いられ
るウインドシールドの平面図であり、（Ｂ）は同上の側
面図である。

【図６】図１に示す透視歪角度の計算の手順を示す流れ
図である。

【図７】図６に示す手順を説明のするための形状モデ
ル、アイポイントおび仮想平面の位置関係を示す図であ
る。

【図８】図６に示す手順を実行することによって得られ
る透視歪角度の分布を示すウインドシールドの正面図で
ある。

【図９】板状体の透視歪角度の定義を説明するための図
である。

【図１０】自動車のアイポイントから観察したときのウ
インドシールドの観察ゾーンの区別を示す図である。

【図１１】図１０に示す観察ゾーンごとの判別関数を示
すグラフである。

【図１２】自動車のウインドシールドの透視歪を検出す
るための従来の方法の一例を示す図である。

【図１３】本発明者が他の１人と共同で発明した特願平
４−１４１００１号における自動車のウインドシールド
の透視歪を検出するためのシステムを示す図である。

【図１４】（Ａ）は図１３に示すＬＥＤ板の中間部分を
切り欠いた正面図であり、（Ｂ）はその部分的な拡大図
である。

【符号の説明】

１ウインドシールド１０形状モデル１２コンピュータ２１仮想平面２２ターゲット２３小領域２４仮想光線ＥＰアイポイントＳＵ１内表面ＳＵ２外表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】与えられた形状データから得られる板状体
の３次元曲面の形状モデルの透視歪をシミュレーション
するために、上記形状モデルを複数の小領域に分け、こ
れら複数の小領域について透視歪をそれぞれシミュレー
ションする方法において、与えられた形状データから板状体の３次元曲面の形状モ
デルを得る段階と、少なくとも３つの仮想点を有するターゲットを複数備え
る仮想平面を、上記形状モデルに対する観測基準点の反
対側に得る段階と、上記仮想点のそれぞれから上記観測基準点の方向に向か
う仮想光線が上記形状モデルの一方の面および他方の面
で屈折した後に進行する方向を表す直線と、上記仮想平
面との交点を得る段階と、同一のターゲットを構成している上記仮想点とこれらの
仮想点についての上記交点とから、このターゲットに対
応する上記形状モデルの上記小領域のそれぞれについて
の歪角度を計算する段階とを備えていることを特徴とす
る板状体の透視歪のシミュレーション方法。
【請求項２】上記小領域のそれぞれについての上記歪角
度を表示する段階をさらに備えていることを特徴とする
請求項１の方法。
【請求項３】上記板状体が自動車のウインドシールドで
あり、上記観測基準点が自動車のアイポイントであるこ
とを特徴とする請求項１または２の方法。