JPH0660164A

JPH0660164A - ３次元形状処理システム

Info

Publication number: JPH0660164A
Application number: JP21004992A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Tomita; 次男富田; Shinya Tanifuji; 真也谷藤; Atsushi Kawabata; 敦川端; Norito Watanabe; 範人渡辺; Toshio Sakai; 俊雄坂井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1992-08-06
Publication date: 1994-03-04
Also published as: KR940004474A

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元カーソルを移動させるとき、処理対象３
次元形状の表面上に生ずる影を表示することによって、
３次元形状の指示や位置入力を容易にする。【構成】３次元形状が定義されているとき、操作者がマ
ウス１２を用いて３次元カーソル１２０を移動させる
と、カーソル制御部１３は、３次元カーソル１２０が光
源１１０に照らされることによって３次元形状上に生ず
る３次元カーソルの影121を表示する。マウスボタンの
クリックによって入力が指示されたとき、３次元カーソ
ル１２０の位置ではなく３次元カーソルの影１２１の位
置、および影が生じている３次元形状を入力情報とす
る。【効果】これによりユーザは、３次元カーソルを使用し
た３次元形状の指示や３次元位置入力を容易に行なうこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータグラフィ
ック・システムにかかわり、特に、３次元形状を処理す
る３次元形状処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元形状モデルをグラフィックス機能
を備えた計算機で処理する場合、３次元形状を指示する
操作と、３次元空間上の位置を指示する操作が頻繁に発
生する。これは、通常、３次元空間上におかれた３次元
カーソルを移動して、目的とする形状の位置又は３次元
空間上の位置に移動し、指示動作を行なうことにより実
現される。２次元形状を２次元空間上で編集する場合
は、形状位置、又は２次元空間上の位置に２次元カーソ
ルを位置づけることは比較的容易である。例えば、マウ
スで２次元カーソルを移動させ、目的の位置に２次元カ
ーソルが位置づけられたとき、マウスボタンをクリック
する。３次元空間上ではこれが難しくなるが、それは、
表示装置に表示されるのは、３次元形状および３次元カ
ーソルを平面に投影した結果であるからである。投影と
いう処理がなされるため、視点からの奥行きに関する情
報が表示されない。この問題の解決方法として、従来用
いられている方法として、デプスキューイングと呼ばれ
るものがある。これは、３次元形状の表示色を、奥行き
の度合いによって調整するものであり、多くの場合、視
点から見て、手前の物ほど明るく、遠くのものほど暗く
表示する。また、論文「３次元直接操作インタフェース
の実現−ビームカーソルによる物体選択方法と視点・光
源機能の表現方式−」（情報処理学会，グラフィクスと
ＣＡＤ５５−１，１９９２，２，２１）に開示されるよ
うに、画面上で光源からの光線であるビームカーソルを
表示し、ビームの向きを変え、このビームが画面上での
３次元物体に接触した場合にその物体を選択するもので
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、ある程度は、奥行きの度合いの手掛かりは得られる
が、明るさに対する人間の目の分解能は、比較的粗く、
さらに、３次元カーソルは、３次元形状を指示したり位
置を示すためのものであるから、小さい必要があり、明
るさの識別は困難である。したがって、高精度な位置づ
けは困難であるという問題があった。さらにビームカー
ソルを制御する場合には光源の位置を変える操作が必要
となり、操作が複雑となる。

【０００４】本発明の目的は、３次元形状の指示、又は
３次元空間での位置の指示を容易に行ない得る３次元形
状処理システムの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、少なくとも、３次元形状を画面上に表示する
表示手段と、前記画面上に表示された形状に対し３次元
カーソルを用いて指示入力する入力手段とを有する３次
元形状処理システムにおいて、前記画面上に３次元空間
上の光源によって生ずるカーソルの投影形状を前記３次
元形状上に生成し、表示する制御手段を設けたものであ
る。

【０００６】

【作用】３次元空間上の光源により３次元形状が照らさ
れている場合に、制御手段により、この光源と３次元形
状との間に３次元カーソルが存在する場合に３次元形状
に発生する３次元カーソルの投影形状である影が求めら
れ、この求められた影が３次元形状上に表示されるの
で、操作者は、３次元カーソルの３次元空間上での位置
を認識することが容易となり、３次元カーソルの操作性
が向上するものである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。

【０００８】まず、３次元形状の表示について説明す
る。

【０００９】制御装置１１には、マウス１２，データベ
ース１５，ディスプレイ１６が接続されている。制御装
置１１は、カーソル位置制御部１３と形状生成部１４を
内蔵している。まず形状生成部１４は、データベース１
５から形状データを取り込み、ディスプレイ１６に表示
する。この例では、３次元形状Ａ１０１，３次元形状Ｂ
１０２，３次元形状Ｃ１０３の３個の形状を表示する。
それぞれの３次元形状は、光源１１０により照らされ
て、その面の明るさが決定する。光源は１個だけでな
く、複数個設定されることもある。

【００１０】ここで、３次元形状が、管面に表示される
までの処理手順について述べておく。以下では、平行投
影を例に取るが、透視投影であっても同様である。

【００１１】３次元形状は、その座標位置が、いくつか
の座標変換を通して、２次元座標位置に変換されて管面
上に表示される。この座標変換には、いくつかのモデル
があるが、ここでは、図２のような簡略化したモデルを
考える。なお、詳細なモデルは、参考文献（例えば、
「コンピュータ・グラフィックス」Foley,vanDam著、今
宮訳日本コンピュータ協会など）を参照されたい。

【００１２】図２において、世界座標系１６０（Ｘｗ，
Ｙｗ，Ｚｗ）は、全ての３次元形状が存在する座標系で
ある。その世界座標系１６０のなかに、任意の傾きを持
ったビュー座標系１６１（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を設定す
る。世界座標系１６０とビュー座標系１６１は、いずれ
も直交座標系であり、スケールは等しい。世界座標系１
６０からビュー座標系１６１への変換を投影変換と呼
ぶ。ビュー座標系１６１のなかに、Ｚｐ方向に延びる直
方体を設定する。この直方体を以下、ビューボリューム
１５０と呼ぶ。ビューボリューム１５０の内部に含まれ
る形状をＺｐ方向に投影した結果が、画面座標系１６２
（Ｘｄ，Ｙｄ）の表示矩形領域にマッピングされる。画
面座標系１６２は、ディスプレイ管面と１対１に対応す
る２次元の座標系である。この表示矩形領域をビューポ
ート１５１と呼ぶ。ビューボリューム１５０からビュー
ポート１５１への変換をビューポート変換と呼ぶ。以上
の様に、世界座標系１６０の３次元形状は、投影変換に
よるビュー座標系１６１への座標変換、およびビューポ
ート変換によるビュー座標系１６１から画面座標系１６
２への座標変換の二つの座標変換によって、画面座標系
に座標変換され、ディスプレイ管面に表示される。

【００１３】次に、３次元入力について説明する。操作
者が、マウス１２を操作するとき、カーソル位置制御部
１３は、常にマウス１２の動きを監視し、マウス１２の
運動に追随するように、３次元カーソル１２０の位置を
変更する。マウス１２は、２次元入力装置であることが
多いが、このとき、３次元である表示対象世界のなかで
任意の方向に３次元カーソル１２０を移動するための制
御の一実施例を、図１，図２を用いて説明する。

【００１４】世界座標系１６０内にある３次元カーソル
は、３次元形状を表示するときと同一の座標変換を通じ
て、画面座標系１６２のなかに位置づけることができ
る。通常の場合、マウス１２によるカーソル移動は、２
次元座標系である画面座標系１６２に変換された３次元
カーソル位置の移動に対応させる。これはビュー座標系
１６１では、ＸｐＹｐ平面に平行な動きに相当する。し
たがって、ユーザがマウス１２を左右方向に移動したと
き、ビュー座標系１６１上に投影された３次元カーソル
の位置がビュー座標系１６１上で左右に、すなわち、Ｘ
ｐ軸方向に移動させ、マウス１２を前後方向に移動した
とき、ビュー座標系１６１上に投影された３次元カーソ
ルの位置がビュー座標系１６１上で上下に、すなわち、
Ｙｐ軸方向に移動させる。一方、右マウスボタン３１を
押しながらマウス１２を前後方向に移動したとき、３次
元カーソル１２０の投影位置が、ビュー座標系１６１
で、奥行き方向に、すなわち、Ｚｐ方向に移動させる。
以上の方法により、２次元入力装置を用いて、３次元空
間上での位置を制御することができる。このような３次
元カーソル投影位置の変化後の位置は、投影変換を逆変
換することによって、世界座標系１６０でのカーソルの
新しい位置に変換される。

【００１５】３次元カーソル１２０の位置が決定する
と、その位置に３次元カーソルを表示するが、管面への
表示形状は、カーソルの３次元形状を設定し、それを忠
実に表現する場合のほか、例えば、矢印の形状や、十字
の形状など、２次元的なものとすることがある。これ
は、表示の高速化などのために簡略表示するものであ
る。以上を実現するための処理フローの一実施例を図３
に示す。図３に示すものは、カーソル位置制御部１３で
実行される内容である。まず、ブロック２５０で、マウ
ス操作によりカーソルが移動した結果の、現在位置（２
次元的位置）を取り込む。ブロック２５１では、前回の
カーソル位置との差を求めて移動量とする。ブロック２
５１のｄｘ，ｄｙが移動量である。ブロック２５２で
は、後の演算に備えて、現在のカーソル位置を記憶す
る。ブロック２５３では、右マウスボタン３１が押され
ているかどうかを調べる。押されていなければブロック
２５４で、ビュー座標系において、ＸｐＹｐ平面に平行
な動きとして処理する。一方、右マウスボタン３１が押
されていれば、ビュー座標系２２において、Ｚｐ軸に平
行な動きとして、処理する。この時、マウス１２の前後
方向の移動量をＺｐ軸に平行な動きの量に対応付け、マ
ウス１２の左右方向の移動量は無視する。以上で、ビュ
ー座標系２２におけるマウスの移動量が決定するので、
ブロック２５６で、その位置に対し、投影変換の逆変換
をかけることによって、世界座標系２１でのカーソル位
置が求められる。

【００１６】次に、本発明による３次元カーソルの影１
２１の表示について、図１をもとに説明する。

【００１７】３次元カーソルの影１２１の表示は、カー
ソル位置制御部１３が、影位置の計算処理，影形状の計
算処理，影形状の表示処理の３つの処理を行なうことに
より実行される。

【００１８】まず、カーソル位置制御部１３は、マウス
１２が移動するたびに、３次元カーソル１２０の３次元
空間上の位置を移動させる。これは、上述の通りであ
る。次に、新しい位置での３次元カーソル１２０が生じ
せしめる影の発生位置を計算する。

【００１９】影の発生位置は、光源と３次元カーソルと
を結ぶ直線（以下カーソル投影線１２２と呼ぶ）が３次
元形状の面と交わる点であり、各３次元形状ごとに、カ
ーソル投影線１２２とその形状との交差判定を行なうこ
とによって求める。なお、影は、光源に最も近い形状に
のみ発生する。そのため、各形状について該カーソル投
影線１２２との交差判定を行ない、交差することがわか
ったとき、３次元カーソル位置と該交点との距離を計算
し、距離が最も小さい形状について、３次元カーソルの
影を表示する。

【００２０】影の位置の計算方法については、直線と曲
面との交点を求める方法としてすでに公知であるレイト
レーシングの方法（例えば、参考文献：日経ＣＧ１９９
１年２月号。ｐｐ．１５８「自由曲面を忠実に表現する
レンダリング手法」）が利用できる。

【００２１】３次元カーソルの影１２１の位置を計算す
るときに用いる光源は、３次元形状を照らす形状用光源
を共用することもできるが、それとは独立に、カーソル
専用の光源とすることもできる。カーソル専用の光源を
設定したときには、３次元カーソル１２０は、このカー
ソル専用の光源のみによって照らされて、その結果、３
次元カーソルの影１２１を生ずる。尚、カーソルの影を
計算するときに用いる光源を３次元形状を照らす形状用
光源を用いるとすれば、操作者は特にカーソル用の光源
を設定する必要がなくなるものである。通常、形状用光
源は、各３次元形状が立体感をうまく表現できる様な位
置に設置されるが、カーソル専用の光源は、これとは独
立に、例えば視点位置から常に一定の角度だけ傾いた位
置に設定するなど、視点との関係で位置を決定すること
により、よりわかりやすい影の位置を得ることができ
る。また、このように視点との位置関係からカーソル専
用の光源の位置を決定するなら、３次元形状用光源に対
して、３次元形状の裏側に３次元カーソルを位置づけた
とき、３次元カーソルの影１２１が３次元形状の上に生
じないという問題を避けることができる。

【００２２】次に、影形状を求める。影形状は、最も単
純な例では、例えば、矢印の形状や、十字の形状など、
管面に平行な２次元形状とすることができる。これは、
３次元カーソルを２次元的に簡略表示する場合があるこ
とを上述したが、それと同様に、影形状の詳細を省略す
るものである。本実施例では、影を表示することによっ
て３次元空間上のカーソル位置を認識することを容易に
することにあるが、影の位置が認識できれば、影の形状
が省略されても、このような効果を得ることができる。
３次元形状の面に発生する影の形状を正確に求める方法
としては、レイトレーシング（参考文献は上記と同じ）
などの方法がある。影の形状を正確に表現すれば、影の
形状から、３次元形状の表面の丸みや角などの形状の特
徴の認識が容易になるという効果も得られる。

【００２３】右マウスボタン３１を押しながらマウス１
２を前後に移動した場合、３次元カーソル１２０は、視
点から見て、手前と奥行きを結ぶ方向（以下、奥行き方
向と呼ぶ）にだけ移動可能である。したがって、ディス
プレイ１６に現われる３次元カーソル１２０のイメージ
の管面上の位置には変更がなく、形状も、平行投影の場
合は変更なく、透視投影の場合でも変化は比較的小さ
く、３次元カーソル120を見るだけでは、その位置の変
化を認識することは困難である。

【００２４】これに対し、本実施例によれば、一般に
は、３次元カーソルの影１２１が、いずれかの３次元形
状の表面に表示され、３次元カーソル１２０の奥行き方
向の移動にともなって移動する。この３次元カーソルの
影１２１の移動方向は、一般には、視点から見た奥行き
方向ではないから、ディスプレイ上でその動きを認識す
ることができ、３次元カーソル１２０の奥行き方向の移
動を認識することは容易である。

【００２５】場合によっては、３次元形状の表面上の位
置を指定することが必要になる。例えば、面上のある位
置に部品を配置する場合や、面上のある位置を基準にし
て模様（パターン）を貼り付ける場合などである。上述
のように、マウス１２などの２次元入力装置を使用して
位置を直接に指定することも可能であるが、面の上に正
しく位置づけることは、カーソルを上下左右前後の３方
向に適宜移動しながら位置決めをする必要があり、操作
が複雑である。これに対し上述のようにカーソルの影を
表示する機能を応用すれば、その指定を容易に行なうこ
とができる。以下に位置指定を行なう場合について説明
する。

【００２６】図１で、影の位置が、指示したい位置にな
るようにマウス１２を移動させる。多くの場合、カーソ
ルの上下左右方向の動きのみで、３次元カーソルの影１
２１を所望の位置に位置づけることが可能である。なぜ
なら、影は、常に３次元形状の表面上にあるからであ
る。影が目的の位置に一致したとき、操作者は、左マウ
スボタン３０をダブルクリックする。ダブルクリックと
は、マウスボタンを短い時間間隔で２度クリックするこ
とである。カーソル位置制御部１３は、左マウスボタン
３０がダブルクリックされたことを検出すると、現在の
３次元カーソル１２０の位置ではなく、３次元カーソル
の影１２１の位置を入力点として処理する。

【００２７】これによって、面上の位置を指定すると
き、面の上にカーソルを位置づけるという複雑な操作が
不要になり、操作が容易になる。ここで、ダブルクリッ
クをもって、３次元カーソルの影１２１の位置を指示す
るものとしたが、そのほか、影位置モードを設け、影位
置入力モードがＯＮのときは、影位置を入力し、影位置
入力モードがＯＦＦのときは、３次元カーソル位置を入
力するようにする。あるいは、キーボードの特定キーを
押しながらマウスボタンをクリックしたときのみ、影位
置の入力とするようにしてもよい。

【００２８】また影形状を表示する対象の３次元形状を
あらかじめ選択しておけば、処理速度の向上が図られる
ものである。なぜなら、もし、影表示対象形状が選択さ
れていれば、影表示処理のとき、該指定形状についてだ
け影が発生するかどうかを判定すればよい。すなわち、
影がどの形状に発生するかを判断するとき、前述の交差
判定を行なう対象形状の数を削減することができるから
である。

【００２９】影表示をすべき対象の３次元形状の選択を
行なう場合の一実施例を図４に示す。本実施例では、図
１における制御装置１１内に、形状選択部２０１及び選
択形状記憶部２０２を新たに設けたものである。影表示
をすべき３次元形状の選択は、主として形状選択処理部
２０１と、選択形状記憶部２０２によって実現される。
ユーザが影表示形状選択コマンドを発行する。影表示形
状選択コマンドは、任意個の図形要素を引数にもつコマ
ンドである。ユーザは、引き続いて、３次元カーソルの
影を表示させる３次元形状をマウス１２を用いて選択処
理する。この選択処理は、以下のようにして実現され
る。ユーザが左マウスボタン３０をクリックしたとき、
カーソル位置制御部１３はその時の３次元カーソル１２
０の位置情報を形状選択処理部２０１に転送する。形状
選択処理部２０１は、データベース１５を参照して転送
された位置情報を元に、その位置にある３次元形状を選
択した後、その形状の識別情報を、選択形状記憶部２０
２に書き込む。

【００３０】カーソル位置制御部１３は、３次元カーソ
ルの影１２１を表示しようとするとき、あらかじめ選択
形状記憶部２０２に記憶されている形状のみについて前
述の交差判定を行ない、交差形状があったときに、さら
に、影の位置を計算し、その位置に３次元形状の影１２
１を表示する。影表示をすべき３次元形状が選択されて
いないときは、選択形状記憶部２０２の内容は、空白で
あり、このとき、カーソル位置制御部１３は、全形状が
選択されているものとして処理する。

【００３１】ここでは、影形状表示の対象とする３次元
形状を選択して記憶する方法について述べたが、逆に、
表示の対象としない３次元形状を選択して記憶する方法
も上記の実施例と同様にして実現できることは明らかで
ある。

【００３２】あらかじめ影を表示する形状を選択するこ
とについて、上に述べたが、あらかじめ、幾何学的条件
を指定し、その条件に合致する３次元形状のみを影の表
示をすべき対象の３次元形状とすることも可能である。
ここで、幾何学的条件とは、例えば、面からの距離があ
る値以下であること、あるいは、面が平面であること、
など、３次元形状自身、あるいは３次元形状とカーソル
との間の関係に関する幾何学的条件を意味する。その一
実施例について、図５を用いて以下に述べる。本実施例
は、主として条件設定処理部２１１と設定条件記憶部２
１２により実現される。ユーザが影表示条件設定コマン
ドを発行すると条件設定処理部２１１が起動される。条
件設定処理部２１１は、ディスプレイ１６に、影表示限
界距離の入力を促すメッセージを表示する。操作者は、
例えば、キーボードなどから、影表示すべき限界距離を
キー入力する。キー入力された値は、影表示条件設定処
理部２１１が取り込み、設定条件記憶部２１２に書き込
む。

【００３３】上記は、幾何学的条件が、距離に関する場
合であるが、距離と形状の種類というように、複数種類
の条件を設定可能とする場合では、設定する条件の種類
の問い合わを行なった後に、上記のような、具体的条件
内容の設定を行なう。

【００３４】カーソル位置制御部１３は、３次元カーソ
ルの影１２１を表示しようとするとき、あらかじめ設定
条件記憶部２１２に記憶されている表示条件を満たす形
状であるかどうかの判定を行ない、条件を満たす場合の
み、表示する。これにより、不必要な３次元形状の影１
２１が発生するのを回避することができる。

【００３５】上記は、幾何学的条件によって、３次元カ
ーソルの影１２１を表示するかしないかを判定するもの
であるが、同様に、幾何学的条件によって、３次元カー
ソル位置の計算精度を変える方法も有効である。３次元
カーソル１２１を所望の位置に位置づける場合、一般的
には、所望の位置から離れた位置にある３次元カーソル
１２１を、最初は大まかに所望の位置の近傍まで近付
け、その後、正確な位置づけを行なうという操作にな
る。３次元カーソル１２１が所望の位置から離れた位置
にある段階では、３次元カーソルの位置計算の精度が高
い必要性は低く、またカーソル移動量が大きいから、カ
ーソル移動の応答性が高いことが、操作性を高めるのに
有効な方法である。そこで、３次元カーソル１２０と、
３次元カーソルの影１２１の距離が大きいとき、３次元
カーソルの影１２１の位置計算を精度を低く、高速に行
ない、その距離が小さいとき、３次元カーソルの影１２
１の位置計算を精度を高くして行なう。

【００３６】これを実現する一実施例として、３次元カ
ーソルの影１２１の位置を、第一の段階として、精度を
低く、高速に行ない、第二の段階として、３次元カーソ
ル１２０の位置と３次元カーソルの影１２１との距離が
大きいかどうかを判断し、第三の段階として、その距離
が大きな場合にはそのまま表示し、そうでない場合に
は、さらに精度の高い位置計算を行なってから、表示す
る方法がある。第二及び第三の段階での処理方法はすで
に言及しているので、以下では、第一の段階での処理の
一実施例について、図１６を用いて述べる。

【００３７】図においてデータベース１５には、３次元
形状の存在する領域の情報が表示形状ごとに格納されて
いる。この存在領域の情報は、世界座標系１６０におい
て、その形状のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向の最大値ならびに
最小値を用いることができる。これは、その形状を囲む
最小立方体を考えていることにほかならない。ただし、
その立方体は、各面がｘｙ平面，ｙｚ平面，ｚｘ平面の
いずれかに平行であることを条件にしている。そこで、
３次元カーソル投影線１２２がこの立方体と交差する点
を求める。このとき、存在立方体８００の６面を調べる
必要はなく、３次元カーソル１２０から見てみえる、高
々３つの面について調べればよいことは明らかである。
どの３面かは、以下の手順で容易にわかる。存在立方体
８００の６個の頂点と３次元カーソル１２０との距離を
求め、最も距離が短い頂点を探す。それが一個だけ見つ
かったとき、その頂点を含む３個の面が、求める計算対
象である。図１６に示す例では、この状態になってい
る。最も距離の短い頂点が２個あったとき、その２個の
頂点を含む２面が計算対象である。最も距離の短い頂点
が４個あったとき、その４頂点を持つ１面が計算対象で
ある。このようにして計算対象平面が求められたとき、
その面とカーソル投影線１２２との交点を求める。交点
が見つかったとき、その位置をカーソルの影１２１の表
示位置とする。この位置は、一般には、３次元形状の面
上の点ではないが、近似的には、３次元カーソルの影１
２１の位置とすることができる。

【００３８】影は、現実の世界では、影を作る３次元形
状がそのまま投影された形ではなく、ある程度ぼけた画
像となる。これは、光の回折現象，大気中の微小粒子に
よる光の散乱，光源が有限の大きさ及び距離を持つこと
によって生ずる半影などにより生ずるものである。影を
作る形状と影が発生する位置との距離が大きいほど、ぼ
けの度合いが大きくなり、逆に、影の形状のぼけの度合
いから、影を作っている３次元形状への距離がおおまか
に推測できる。すでに述べたように、カーソルは、投影
結果が表示されているものであるため、視線方向の奥行
き位置については、表示結果を見ても正確な認識ができ
ないが、影のぼけは、３次元カーソル１２０の位置を認
識することの手掛かりとなる。

【００３９】したがって、影の形状に対し、これをぼけ
させて表示し、かつぼけの度合いを、影を作る形状と影
の発生位置との距離が大きいほど大きくなるように影を
表示すれば、操作者が３次元カーソル１２０を用いて３
次元位置の入力や３次元形状を指示するとき、３次元空
間における３次元カーソル１２０の位置を把握しやすく
なる。

【００４０】なお、影の形状として、すでに述べたよう
に、現実に生ずるはずの影の形状を忠実にぼけさせて表
示させることでも、また、影形状を十字や矢印などの２
次元形状で代用し、その形状を疑似的にぼけさせること
でもよい。

【００４１】図１で、３次元カーソルの影１２１の表示
位置が定まったとき、３次元カーソル１２０との距離Ｌ
も定まる。影は、カーソルの移動に追随して、書き直す
ことが必要であり、高速な表示速度が求められる。影の
形状の高速な発生方法の一実施例を図６に示す。ここで
は、影形状として、影形状３０１の様に、十字のパター
ンの２次元形状で代用する方法を利用している。影形状
３０１の輪郭線上の一つのピクセルの周囲に８個のぼけ
ピクセル３０２を生成する。ぼけピクセル302の表示色
は例えば、すでに表示済みの３次元形状の色と影表示色
との平均値とする。ぼけの度合いを大きくするには、ぼ
けピクセルの周囲にさらにぼけピクセルを生成すること
を繰り返して発生させる。影の色は、８個のぼけピクセ
ル３０２に囲まれたピクセルの値と、８個のぼけピクセ
ルの位置の３次元形状の色との算術平均である。なお、
ぼけピクセル３０２は、その元になるピクセル位置（影
形状３０１を含む）には書き込まない。

【００４２】また、ぼけの量が大きいと、影の色として
は、その周囲の３次元形状の色との差が少なくなるよう
に感ずる。したがって、影の表示色を、影を作る形状と
影の発生位置との距離によって変えれば３次元カーソル
１２０の位置を更に良好に認識することができる。影の
表示色を変える簡単な一実施例としては、上記のぼけを
作る処理において、ぼけピクセルを作る回数に対応して
異なる色を割り当てれば実現できる。影の色を変える方
法とぼけの量を変える方法とは、同時に実現しても、ま
た、いずれか一方のみを実現してもよい。

【００４３】本発明の他の実施例としてカーソルの影を
表示するのではなく、他の図形を発生する場合を図７を
用いて説明する。図７は、３次元カーソル１２０から、
３次元形状Ｂ１０２の表面におろした垂線を補助図形１
３０として表示する場合を示す。

【００４４】カーソル位置制御部１３は、３次元カーソ
ル１２０を移動するとき、新しい位置から、全ての３次
元形状、すなわち、３次元形状Ａ１０１，３次元形状B1
02，３次元形状Ｃ１０３の全表面に垂線を下ろすことが
できるかどうかをチェックし、垂線を下ろすことができ
る場合にのみ、それを補助図形１３０として生成して表
示する。生成可能な補助図形１３０をすべて表示する
か、特定の補助図形を選択して表示するかに関してはい
くつかの方法が可能である。補助図形１３０の表示対象
形状をあらかじめ指定しておく方法や、補助図形１３０
を表示するために満たすべき条件を設定する方法は、後
述する。そのほか、最初に発見した補助図形１３０のみ
を表示する方法も可能である。

【００４５】垂線を下ろすことができるかどうかの判定
方法の一例を図８，図９，図１０に示す。

【００４６】図８，図９は、３次元形状の表面が平面の
場合である。平面５００を含む無限平面５１０を考え、
３次元カーソル１２０からこの無限平面５１０に垂線を
おろし、その垂線の足を垂線の足５０１とする。３次元
空間での平面に対する垂線の足の位置を計算するには、
例えば、参考文献：本部均著「解析幾何学」共立出版３
３ページの方法を利用して実現できる。平面５００の各
辺が該垂線の足５０１に対して張る角度５０２を計算す
る。辺のとり方は３本あるが、辺を、平面を囲む一定の
方向になるようにとれば、各辺に関する３つの角度θ
１，θ２，θ３の総和は、垂線の足５０１が平面５００
の内部にあれば、図８のように２πになり、外部にあれ
ば、図９のように０である。したがって、この角度の総
和が２πなら３次元カーソル１２０から平面５００に垂
線を下ろすことができ、０なら垂線を下ろすことができ
ないと判定できる。ただし、ここで２π、あるいは、０
というのは、実際には、計算誤差を伴うため、２π±
ε，０±εと考える。εは許容誤差を表わす微小な値で
ある。以上により、ある平面に対し、３次元カーソル１
２０から垂線を下ろす処理が実現できる。

【００４７】なお、図８，図９では、面の形状を三角形
としたが、頂点の個数が４以上の多角形でも同じであ
る。

【００４８】図１０は、３次元形状の表面が曲面の場合
である。曲面の場合には、上記のような、垂線の足を計
算することは、一般的には、困難である。したがって、
曲面を分割する方法を利用する。

【００４９】まず、面を媒介変数ｕ，ｖごとにｎ分割す
る。ｎの値は、分割された面が十分平面として近似でき
るという条件によって決定する。ここにおいて、各分割
平面について、３次元カーソル１２０から垂線を下ろす
ことができるかどうかを、前述の平面に対して垂線を下
ろす方法によって判定する。どの分割平面についても垂
線を下ろすことができなければ、その曲面については、
垂線を下ろすことができないと判定でき、垂線を下ろす
ことができる分割平面が検出された段階で、その曲面に
対して、垂線が下ろせると判定できる。曲面が凹であれ
ば、複数本の垂線を下ろすことができる場合があり、こ
の場合、可能な全てを表示しても、あるいはいずれかを
選択して表示するようにしてもよい。

【００５０】補助図形を表示することの効果は、影の表
示の効果として述べた、３次元カーソル位置の認識の補
助、３次元空間上の位置・形状指定の容易化ということ
が、同じようにあてはまると共に、そのほかに、３次元
形状の面からある間隔だけ隔てた位置を指定するのに有
効であるという効果がある。すなわち、補助図形130を
例えば面への垂線とし、３次元形状の面上のある位置の
真上で、面から一定間隔だけ離れた点の入力が、ディス
プレイ１６を見ながら、直接行なうことができる。この
場合、間隔を指示することを支援するため、補助図形１
３０として、垂線、および垂線上に一定間隔で目盛を付
すようにする。

【００５１】補助図形１３０を面の垂線などの線図形と
し、３次元カーソル１２０をこの線図形に沿って移動さ
せることも、３次元空間上の位置を入力するのに有効で
ある。その一実施例を図１１，１２に示す。図１１は、
３次元カーソル１２０を補助図形１３０に沿って移動さ
せる動作を示し、図１２は、図１１を実現するための一
構成例を示す。

【００５２】図１２において、補助図形１３０はすでに
表示されているものとする。カーソル位置制御部１３
は、マウス１２とキーボード２０の状態を常に監視して
いる。キーボード２０において、左向き矢印キー２１が
押されたことを感知したとき、３次元カーソル１２０の
位置を、３次元形状に向かって、補助図形１３０に沿っ
て一定量だけ移動させる。また、キーボードの右向き矢
印キー２２が押されたことを感知したとき、３次元カー
ソル１２０の位置を、３次元形状から遠ざかる向きに、
補助図形１３０の延長線に沿って一定量だけ移動させ
る。間隔を指示することを容易にするため、補助図形１
３０を垂線とし、この垂線上に一定間隔で目盛を与えた
ものとしてもよい。これにより、３次元形状の面上のあ
る位置の真上で、面から一定間隔だけ離れた点の入力
が、管面を見ながら、直接行なうことが容易にできるよ
うになる。

【００５３】この動作を実現するための処理フローを、
左向き矢印キー２１が押されたときを例にして、図１３
に示す。ステップ１００１で、３次元カーソル１２０の
位置を取り込む。ステップ１００２で、３次元カーソル
１２０の位置から３次元形状の表面におろした垂線の足
（補助図形１３０）の位置を取り込む。ステップ1003
で、３次元カーソル１２０の位置から垂線の３次元形状
へ向かう単位方向ベクトルを計算する。ステップ１００
４で、移動距離Ｄだけ移動したときの３次元カーソルの
新しい位置を計算する。この計算結果を３次元カーソル
の新しい位置として、３次元カーソル１２０を表示す
る。

【００５４】右向き矢印キー２２が押されたときの処理
フローは、図１３のフローにおいて、Ｄの値を負とする
ことによって、同様のフローで実現される。

【００５５】影の表示の説明で述べたような、面上の位
置の入力が、補助図形１３０を表示したときも可能であ
る。すなわち、上記の、補助図形１３０に沿って３次元
カーソルを移動させることの一つの応用として、面から
の距離をゼロとすることである。これを、より一般的に
拡張すれば、面からシフトする距離を指定して、位置入
力することである。この場合、３次元カーソルは、実際
に移動させても、あるいは移動させずに、入力点のみを
移動させてもよい。シフトした位置の入力の指示は、カ
ーソルの影の表示で説明したように、ダブルクリックに
よる指示入力あるいはキーボードの特定キーを押しなが
らマウスボタンをクリックすることにより指示入力する
ことにより行なわれる。以下にシフト距離を指定する場
合について説明する。構成例は図５と同じになる。距離
設定コマンドをよびだすと、カーソル位置制御部１３
は、設定距離を問い合わせるメッセージをディスプレイ
１６に表示する。操作者は、例えば、キーボードなどか
ら、設定すべき距離をキー入力する。キー入力された値
は、カーソル位置制御部１３が取り込み、設定条件記憶
部２１２に書き込む。シフト位置を入力するときの処理
フローを、図１４に示す。ステップ１１０１で、現在の
カーソル位置を取り込む。ステップ１１０２で、シフト
指定があるかどうかを判定する。この判定は、設定条件
記憶部２１１に数値が書き込まれていれば、距離指定が
あるものとし、そうでなければ距離指定はないものとす
る。シフト指定がありのときには、ステップ１１０３
で、補助図形１３０（垂線とする）の足の位置を求め
る。さらにステップ１１０４で、垂線の方向ベクトルを
計算する。ステップ１１０５で、指定された距離だけシ
フトした位置の座標値が求められる。また、シフト指定
がない時には、ステップ1106で、求める座標値を現在の
カーソル位置とする。

【００５６】この方法によれば、面上から一定距離にあ
る位置を連続して指定するときに特に効果的である。ま
た、面の裏側の領域の位置を入力するとき、表側から
は、面の影になるためディスプレイ１６に表示されず、
直接指定することができないが、距離を指定するこの方
法では、それが可能である。

【００５７】補助図形１３０の場合において、補助図形
を表示すべき対象の３次元形状の選択や補助図形１３０
の表示条件の設定については、上述のカーソルの影を表
示すべき３次元形状の選択やカーソルの影表示の表示条
件の設定と同様に行なうことができる。

【００５８】本発明の他の実施例を、処理フローの形式
で図１５に示す。ここでは、すでに述べた影を表示する
場合について説明するが、補助図形１３０を表示すると
きにも同様に行なわれるものである。図１５の処理フロ
ーは、カーソル位置制御部１３により実行されるもので
あり、３次元カーソルの表示色を、影を表示する対象の
形状と３次元カーソルとの距離から計算する。すなわ
ち、ステップ１２０１で、影の位置Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚ
ｐ）を計算する。計算の方法は、すでに述べてあるとお
りである。ステップ１２０２で、３次元カーソルの位置
Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ，Ｚｑ）を求める。ステップ１２０３
で、影と３次元カーソルの距離Ｌを求める。ステップ１
２０４で、距離Ｌから、カーソル表示色を計算する。こ
の計算式は、本実施例では、Ｌが小さいほど明るく、Ｌ
が大きいほど暗い色とする。なお、ここで、カーソル表
示色Ｃは、０が最も暗く、１が最も明るい色と仮定して
いる。

【００５９】ブロック１２０４において、Ｋ，Ａは定数
である。Ｋは、表示対象形状の存在する領域のスケール
に対する補正値であり、表示対象形状の存在する領域が
大きい場合には、Ｋの値を小さくし、表示対象形状の存
在する領域が小さい場合には、Ｋの値を大きくすること
により、表示対象領域の大きさに適合する色の変化を設
定できるようにするものである。また、Ａは、カーソル
がどの位置にあってもそれ未満の明るさとはならないと
いう、明るさの下限値である。Ａ＞０とすることによっ
て、カーソル表示色がきわめて暗い色になって判別でき
なくなることを防止することができる。

【００６０】カーソル表示色は、従来は一定であった。
一方、３次元グラフィックスでは、すでに述べたよう
に、デプスキューイングとよばれる技法がある。デプス
キューイングをカーソルの表示に適用すれば、カーソル
の奥行き方向の位置によってカーソル表示色を変えるこ
とになり、この結果、カーソルの色により、カーソルの
奥行き方向の位置をある程度認識しやすくすることがで
きる。

【００６１】ところで、３次元空間上の位置を指定する
場合では、絶対的な位置を指定するのではなく、すでに
配置した３次元形状との相対的な位置関係からの位置で
指定することが多い。したがって、３次元カーソルの位
置の認識のしやすさという点では、他の３次元形状との
位置関係の手掛かりを与える効果が大きい。

【００６２】本実施例におけるカーソル表示色を変更す
る方法は、すでに述べた３次元カーソルの影１２１を表
示する実施例や補助図形１３０を表示する実施例と組み
合わせてもよい。

【００６３】なお、ドラッギングと呼ばれる操作方法が
ある。これは、あらかじめ選択した形状を、マウス１２
などで、あたかも３次元カーソル１２０のように移動さ
せる方法である。本発明では、ドラッギング中の形状
は、一時的にカーソル１２０が置き変わったものである
ものとする。したがって、上に記述した３次元カーソル
１２０とは、ドラッギング中の形状をも含むものであ
る。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、画面上での３次元カー
ソルの位置が認識しやすくなり、これによって、操作者
が３次元位置の指示、及び３次元形状の指定を容易に行
なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例であるシステムの全体構成図
である。

【図２】本発明における座標変換の状態を表す図であ
る。

【図３】図１中のカーソル位置制御部における処理のフ
ローを説明するための図である。

【図４】影形状を表示すべき３次元形状を選択する場合
の実施例における制御装置の構成を示す図である。

【図５】図４の制御装置の他の構成例を示す図である。

【図６】本発明の実施例における３次元カーソルの影の
形状を発生する際の動作を説明するための図である。

【図７】本発明の他の実施例である３次元カーソルから
３次元形状への補助図形を表示する例を示す図である。

【図８】図７の補助図形の生成についての判定方法の一
例を説明する図である。

【図９】図７の補助図形の生成についての判定方法の一
例を説明する図である。

【図１０】図７の補助図形の生成についての判定方法の
一例を説明する図である。

【図１１】生成された補助図形を用いて３次元カーソル
を移動させる例を説明する図である。

【図１２】図１１の動作を行なう制御装置の構成図であ
る。

【図１３】図１２における制御装置の処理フローを説明
する図である。

【図１４】補助図形を生成した場合の位置入力の処理フ
ローを説明するための図である。

【図１５】３次元カーソルの影を表示する際の表示色を
変更する場合の処理フローを説明する図である。

【図１６】本発明の実施例における３次元カーソルの影
を生成すべき３次元形状上の面を設定する際の動作を説
明するための図である。

【符号の説明】

１１…制御装置、１２…マウス、１３…カーソル位置制
御部、１４…形状生成部、１５…データベース、１６…
ディスプレイ、２０…キーボード、２１…左向き矢印キ
ー、２２…右向き矢印キー、３０…左マウスボタン、３
１…右マウスボタン、１０１…３次元形状Ａ、１０２…
３次元形状Ｂ、１０３…３次元形状Ｃ、１１０…光源、
１２０…３次元カーソル、１２１…３次元カーソルの
影、１２２…３次元カーソル投影線、１３０…補助図
形、１５０…ビューボリューム、151…ビューポート、
１６０…世界座標系、１６１…投影座標系、１６２…画
面座標系、２０１…形状選択処理部、２０２…選択形状
処理部、２１１…条件設定処理部、２１２…設定条件記
憶部、３０１…影形状、３０２…ぼけピクセル、５００
…平面、５０１…垂線の足、５１０…無限平面、８００
…存在立方体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｆ 15/72 ４５０Ａ 9192−5Ｌ (72)発明者渡辺範人茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者坂井俊雄茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元形状を画面上に表示する表示手段
と、前記画面上に表示された形状に対し３次元カーソル
を用いて指示入力する入力手段を有する３次元形状処理
システムにおいて、前記画面上に３次元空間上の光源に
よって生ずるカーソルの投影形状を前記３次元形状上に
生成し、表示する制御手段を設けたことを特徴とする３
次元形状処理システム。
【請求項２】請求項１において、前記制御手段は、前記
３次元形状と前記カーソルとの位置関係により前記カー
ソルの投影形状を変更して表示することを特徴とする３
次元形状処理システム。
【請求項３】請求項２において、前記カーソルと前記３
次元形状との位置関係が離れている場合には、前記カー
ソルの投影形状をぼかして表示することを特徴とする３
次元形状処理システム。
【請求項４】請求項１において、前記３次元形状上に表
示されたカーソルの投影形状の位置に、前記カーソルの
位置を移動するよう制御する手段を設けたことを特徴と
する３次元形状処理システム。
【請求項５】請求項１において、前記３次元カーソルの
投影形状を表示すべき３次元形状を予め選択する影表示
形状選択手段と、当該影表示形状選択手段により選択さ
れた３次元形状を記憶する影表示形状記憶手段とを設
け、前記制御手段は、前記影表示形状記憶手段に記憶さ
れた３次元形状に対してのみ前記３次元カーソルの投影
形状を表示することを特徴とする３次元形状処理システ
ム。
【請求項６】３次元形状を画面上に表示する表示手段
と、前記画面上に表示された形状に対し３次元カーソル
を用いて指示入力する入力手段を有する３次元形状処理
システムにおいて、前記画面上に３次元空間上の光源に
よって生ずるカーソルの投影形状を前記３次元形状上に
生成し、表示する制御手段を設け、前記３次元形状上に
表示されたカーソルの投影形状の位置により前記画面上
に表示された３次元形状を選択指定することを特徴とす
る３次元形状処理システム。
【請求項７】３次元形状を画面上に表示する表示手段
と、前記画面上に表示された形状に対し３次元カーソル
を用いて指示入力する手段を有する３次元形状処理シス
テムにおいて、前記画面上に前記３次元カーソルと前記
３次元形状との間の幾何学的関係を表す補助図形を生成
し、表示する制御手段を設けたことを特徴とする３次元
形状処理システム。
【請求項８】請求項７において、前記表示された補助図
形に従って前記３次元カーソルを移動する手段を備えた
ことを特徴とする３次元形状処理システム。
【請求項９】請求項７において、前記補助図形を表示す
べき３次元形状を予め選択する補助図形表示形状選択手
段と、前記補助図形選択手段により選択された３次元形
状を記憶する補助図形表示形状記憶手段とを設け、前記
制御手段は、前記補助図形表示形状記憶手段に記憶され
た３次元形状に対してのみ前記補助図形を表示すること
を特徴とする３次元形状処理システム。
【請求項１０】３次元形状を画面上に表示する表示手段
と、前記画面上に表示された形状に対し３次元カーソル
を用いて指示入力する入力手段を有する３次元形状処理
システムにおいて、前記３次元カーソルと前記３次元図
形との幾何学的関係に基づき３次元カーソルの表示色を
決定するカーソル表示色演算手段と、前記カーソル表示
色演算手段により決定された表示色に従って前記３次元
カーソルの表示色を変更する表示色変更手段とを設けた
ことを特徴とする３次元形状処理システム。