JPH0668210A - ３次元形状生成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の設計者がお互いに他の設計者の設計状
況を把握しながらの製品の形状設計を支援する機能を備
える。 【構成】 システムＡを設計者Ａが利用し、モデルＡの
設計を行うと、モデル設計木Ａのデータが外部ファイル
に蓄えられる。システムＢを設計者Ｂが利用し、モデル
Ｂの設計を行うと、モデル設計木Ｂのデータが外部ファ
イルに蓄えられる。設計者Ａの指示によりモデル設計木
Ｂを参照することができる。参照したモデル設計木Ｂを
用いてシステムＡの中にモデルＢを生成することができ
る。設計者ＡはモデルＢの形状を参照しながら設計をす
すめることができる。設計者Ｂも設計者Ａと同じことを
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、３次元形状生成システムに関
し、より詳細には、ＣＡＤ（ComputerAided Design）、
ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）、ＣＡＥ（Co
mputer Aided Engineering）における３次元形状生成シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来技術】半導体やマイクロプロセッサ技術の発展に
よるコンピュータのコストパフォーマンスの向上は著し
い。コンピュータの低価格化は個人ユースの高性能なワ
ークステーションの導入を促しており、その主な目的の
一つにＣＡＤシステムの運用がある。高価な計算能力を
必要とするＣＡＤの形状処理をワークステーションで実
行させることにより、コンピュータの負荷を分散させる
ためである。最近では高速描画を得意とする３次元のグ
ラフィックス・アクセラレータを搭載したワークステー
ションが普及期に入り、この機能を活かした３次元ＣＡ
Ｄシステムの導入も盛んである。

【０００３】一方、メーカにおいては消費者の多様なニ
ーズに迅速に応えるため、商品企画から設計・生産へと
至るサイクルをいかに短縮するかが業績拡大のための大
きなキーポイントになっている。設計が終わってから生
産を行なうのではなく、これらを並行して進めようとい
うコンカレントエンジニアリングという考え方も提唱さ
れている。設計や生産を同時に複数の人数で進めていけ
ば、大幅な効率向上が期待できるからである。一つの製
品設計を行う際、複数人が同時に設計作業を進めること
を並行モデリングと呼ぶ。並行モデリングはコンカレン
トエンジニアリングの一部に位置付けられる。

【０００４】ＣＡＤ／ＣＡＭの活用は多くの企業にとっ
て当然の時代になっている。ＣＡＤを導入することによ
り図面品質の向上した、あるいは既存のＣＡＤデータを
再利用することにより設計効率が改善されるなどその効
用も広く認識されている。ＣＡＤを３次元化しＣＡＤ／
ＣＡＭ／ＣＡＥ統合システムを構築し、一層の効率化を
進めようという一般化している。ところが、ＣＡＤを導
入したのに期待したほど効率が改善されていないという
声もよく聞く。特に複数の設計者が協調して設計を行っ
ていく共同設計やチーム設計に対してＣＡＤは有効に活
用できないようである。ＣＡＤ導入以前には一枚の図面
を前に設計者が議論しながら、設計作業を進めていた。
また、それぞれの図面がそれぞれの設計者の前に常に広
げられているという設計環境では、互いに他の設計形状
を確認しながらデザインを進めていくことができた。こ
のようなモデリングを進めることで設計者は他の設計者
がどのような思考の結果、最終的なデザインに至ったの
かも知ることができた。現状のＣＡＤではこのような設
計手法を踏襲するのが困難である。現状のＣＡＤで並行
モデリングを実現しようとすると、設計者は設計途中の
形状データを公共的なデータベースに登録し、それを他
の設計者が適当なタイミングで参照するという方法をと
らなくてはならない。このような協調作業をコンピュー
タを利用して支援するという考え方としてＣＳＣＷ（Co
mputer Supported Cooperative Work）が提案されてい
る。ＣＳＣＷはＣＡＤだけでなくオフィスにおけるグル
ープワークを支援するものとして広く研究されている。
並行モデリングはリアルタイムのＣＳＣＷと捉えること
もできる。

【０００５】ＣＡＤでＣＳＣＷを実現する手法としてオ
ブジェクト指向データベースを利用することもできる。
オブジェクト指向データベースによりＣＡＤで現れる複
雑な構造を持ったデータの処理や複数の設計者の間にデ
ータを共有させるといった管理を行うという方式であ
る。オブジェクト指向データベースには階層を持った複
雑なデータ構造とそれに対する手続きを記述する機能が
あること、バージョン管理機能を利用して設計対象物の
設計履歴を管理することが可能であるなどの特徴がある
ＣＡＤ特有の処理を柔軟に実現することができる。

【０００６】並行モデリングの環境をオブジェクト指向
データベースを利用して複数の設計者の間で形状データ
を共有する機構を実現することによって提供することも
できる。バージョン管理機能を利用すれば設計の過程も
設計者間で共有することもできる。バージョン管理機能
については既に多くの研究もなされており、その応用分
野が模索されている。しかし、バージョン管理機能のみ
を利用して並行モデリングを実現しようとすると形状デ
ータのカレントな状態をすべてデータべースに保存する
必要がある。形状を変更するたびにすべての形状データ
をデータベースに書き出さないと設計者間で最新の形状
を共有することができない。もし、すべての設計履歴を
形状データの履歴で持つとすると、膨大なディスク容量
を必要とし現実的ではない。あるチェックポイントでの
形状データを共有データベースに書き出し、それを設計
者間で共有するというのが現実的である。しかし、この
方法では設計結果の共有はできても、設計履歴の共有は
実現できない。

【０００７】このように、従来の手法では、単一システ
ムにおける設計過程の管理を行うことができた。しか
も、ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥの分野では、コンカレント
エンジニアリングということが言われており、同時に複
数の人間が設計を進められることが重要になっている。
このような設計を支援するシステムでは、複数のシステ
ム間で設計形状を共有したり、設計過程そのものを共有
することが必要となる。従来技術ではこのようなことは
困難であった。

【０００８】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、複数の設計者がお互いに他の設計者の設計状況
を把握しながらの製品の形状設計を支援する機能を備え
た並行モデリングシステム、すなわち形状設計の設計履
歴を共有することで並行モデリングの環境を提供し、製
品の形状データそのものをシステム間でやりとりするの
ではなく、他のシステムにおける形状設計操作を自シス
テムに持つ製品形状に適用することで他のシステムで設
計されている製品形状の参照を行うようにした３次元形
状生成システムを提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、ＣＡＤ
／ＣＡＭ／ＣＡＥの３次元形状生成システムにおいて、
設計履歴を表現するモデル設計木を記憶する記憶手段
と、該記憶手段により記憶されたモデル設計木から形状
を生成する第１の生成手段と、他システムのモデル設形
木を参照して形状を生成する第２の生成手段とから成
り、設計履歴を共有しながら並行モデリングを進めるこ
とのできることを特徴としたものである。以下、変発明
の実施例に基づいて説明する。

【００１０】まず、設計履歴の表現について説明する。
本発明は、ソリッドモデラ DESIGNBASE （商品名）の上
で実現されている。このシステムは、境界表現に基づい
てソリッドモデラであり、形状変形はすべて基本操作に
分解されて実行される。基本操作はオイラー操作に対応
する位相的な操作、頂点の移動などの幾何学的操作、立
体の回転／移動などの大域的操作から成る。これらの基
本操作を組み合わせることで集合演算のような複雑な演
算も含め、すべての形状変更を実現することができる。
この基本操作はすべてが逆操作を持つようにインプリメ
ントされている。表１に基本操作の例を示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】本システムでは設計の対象となるものをモ
デルと呼ぶ。設計者は形状変形コマンドによりモデルを
設計する。この際、システム内部にはモデル設計木が蓄
えられる図１は、モデル設計木の例を示す図である。こ
のモデル設計木は以下の手順で設計が進んだことを示し
ている。 （１,１）モデル生成 （１,２）立方体生成 （１,３）面に穴を生成 （１,４）面を回転しながらリフト （１,５）面の方向指定付きリフト （１,４）ＵＮＤＯ （１,３）ＵＮＤＯ （１,２）ＵＮＤＯ （２,１）稜線生成 （２,２）面を回転しながらリフト

【００１３】モデル設計木のアークにおける四角形で囲
まれた部分には実行されたコマンドが示されている。実
際にはシステム内部でコマンドを実現するために実行さ
れた基本操作列が蓄えられている。丸く示されたノード
にはノードＩＤが自動的に付けられる。二重丸で示され
たノードがカレント形状である。設計対象のモデルの、
このノードに対応する形状データのみシステム内部に存
在している。ノードＩＤ（ｍ,ｎ）は設計対象のモデル
のｍステージのｎ番目の設計段階を表わしている。モデ
ルについて変形操作を行うとｎの値が増えていく。設計
途中でＵＮＤＯを実行した後、変形操作を行うと設計木
に枝分れが生じる。このとこを示すためにステージ番号
ｍの値がインクリメントされる。つまり、誤操作や思考
の変化などによって設計の流れが中断したことがステー
ジ番号を見れば判断できるようになっている。設計者は
ノードＩＤ（ｍ,ｎ）の値を見ることによって立体がど
のように設計されたのかを認識することができる。これ
を利用すればモデル設計木の全ノードを順序付けること
ができる。これは形状の設計過程を設計者が変形した順
序通りに再現できることを示している。

【００１４】以下の説明で基本操作と逆操作は表２を意
味する。

【００１５】

【表２】

【００１６】あるコマンドを起動するとシステム内部に
は実行された基本操作Ｐ₁,Ｐ₂,…Ｐｎがモデル設計木の
ノードの間を結ぶアークに蓄えられる。ＵＮＤＯを実行
した場合、蓄えられている基本操作Ｐ₁,Ｐ₂,…Ｐｎを取
り出し、カレントな形状に対し、これらの逆操作（表２
参照）をこの順に適用することにより、一つ前の形状を
得ることができる。また、ＲＥＤＯを行うときはＰ₁,Ｐ
₂,…Ｐｎをこの順序で適用するとよい。このようにモデ
ル設計木のアークに蓄えられるデータは立体の形状では
なくある形状と別の形状との間の差分である。このた
め、設計木中に蓄えるデータ量は少なくてすむようにな
っている。なお、基本操作を蓄えるのはコマンドの実行
時のみでＵＮＤＯ／ＲＥＤＯを行ったときには蓄える必
要はない。以上のようにモデル設計木は形状の設計履歴
を表現したものであり、これを利用して設計者の設計過
程を再現することもできる。基本操作を付加すれば、モ
デル設計木にさまざまなデータを残すこともできる。本
システムでは属性データをモデルの構成要素である立体
・ループ・稜線・頂点に与える操作も基本操作として実
現されている。この結果、モデルに属性を与える操作も
モデル設計木に登録され、ＵＮＤＯやＲＥＤＯ操作を適
用できるようになっている。

【００１７】次に、設計履歴の共有について説明する。
これまでの説明ではモデルのカレント形状とモデル設計
木がシステム内部に存在した。本発明で提案する並行モ
デリングシステムでは複数のシステムがアクセスできる
共有データベースでモデル設計木を管理する。設計者が
設計を中断あるいは設計を終了するためにシステムを終
了するときには、カレント形状とモデル設計木の対応す
るノードを表すバージョン情報を共有データベースに保
存する。これにより共有データベースには、モデル設計
木とモデル設計木中のあるノードに対応する形状データ
が保存されていることになる。

【００１８】このモデルデータを変更できるのはモデル
の設計者のみに限られている。設計者が一人で設計を行
っている場合は、設計を再開するときに形状データをシ
ステムに読み込んだ後、形状設計を進めれば共有データ
ベースのモデル設計木が更新されていく。設計を終了す
るときには、共有データベースの形状データが最新のデ
ータに置き換えられる。

【００１９】図２は、本発明による３次元形状生成シス
テムにおけるモデルの設計履歴の共有を説明するための
図で、図中、１はシステムＡ、２はシステムＢ、３はモ
デル設計木Ａ、４はモデル設計木Ｂである。 、システムＡを設計者Ａが利用し、モデルＡの設計を
行うとモデル設計木Ａのデータが外部ファイルに蓄えら
れる。 、システムＢを設計者Ｂが利用し、モデルＢの設計を
行うとモデル設計木Ｂのデータが外部ファイルに蓄えら
れる。 、設計者Ａの指示によりモデル設計木Ｂを参照するこ
とができる。 、参照したモデル設計木Ｂを用いてシステムＡの中に
モデルＢを生成することができる。 、設計者ＡはモデルＢの形状を参照しながら設計をす
すめることができる。 、前記−を設計者Ｂを行うことができる。

【００２０】他の設計者がこのモデルの設計具合を確か
めながら違うモデルの設計を行う場合には、参照だけが
可能なモデルとして先程のモデルを指定する。この参照
モデルは共有データベースからバージョン情報を含む形
状データを自システムに取り込むことで形状の参照が可
能になる。取り込んだ形状データは他の形状データと同
様に表示できるので、他の設計者の設計形状の確認が可
能になる。しかし、ここで取り込まれた形状は、共有デ
ータベースに存在するものであるので、設計者が設計中
の場合にはもはやカレント形状ではなくなっていること
もある。また、参照中のモデルの設計が進めば、参照モ
デルの形状をカレント形状に追従する必要がある。以下
では、共有データベースのモデル設計木の情報を利用す
ることで、参照モデルの形状をモデルのカレント形状に
変換する手順に説明する。

【００２１】図１で示される設計の流れを利用して、問
題点を明らかにする。図１で示されている状態が参照し
たいモデルの現在の設計段階であるとき、共有データベ
ースに保持されている形状データはモデル設計木のノー
ド（１,５）に対応するものであったというような状況
にあるとする。図３に自システムの形状と実際のカレン
トな形状とが一致していない状態を示す。

【００２２】このため、参照したいモデルを自システム
に取り込んだとき、その形状が現在の形状であるカレン
ト形状とは異なっている。参照したいモデルの形状を表
示したいときには、自システムに存在する形状がカレン
ト形状であるかどうかを確かめるために、まず、共有デ
ータベースに参照モデルのカレント形状のバージョン情
報を問い合わせる。その結果、自システムに存在する形
状のバージョンがカレント形状のバージョンと一致すれ
ば、そのまま形状を表示する。バージョンが異なってい
る場合には、自システムに存在する形状を共有データベ
ースにあるモデル設計木のアークにある基本操作をモデ
ルに適用してカレント形状と同じ形状までもっていく必
要がある。

【００２３】この手続きは、ＵＮＤＯ操作とＲＥＤＯ操
作を組み合わせれば達成できる。このとき、どの部分に
ＵＮＤＯ操作を適用し、どの部分にＲＥＤＯ操作を適用
するかは、以下のようにして決定して実行する。 ．自システムに存在する形状を生成するために必要な
設計過程を得る。具体的には、ノードの列（０,０）,
（１,１）,（１,２）,（１,３）,（１,４） ,
（１,５）である。 ．カレント形状を生成するために必要な設計過程を得
る。例では、ノードの列（０,０）,（１,１）,（１,
２）,（２,１）,（２,２）である。 ．二つめの設計過程から共通部分を削除する。例で
は、一つめのノード列は、 （１,３）,（１,４）,
（１,５）となり、二つめのノード列は、（２,１）,
（２,２）となる。 ．一つめのノード列を逆向きにたどるようＵＮＤＯ操
作を行い、二つめのノードを順方向にたどりながらＲＥ
ＤＯ操作を行う。 ．最後に、自システムの形状のバージョンがカレント
形状のバージョンになったことを記録する。

【００２４】以上の手続きにより自システム内の形状も
カレント形状と同じ形状になったので、これを表示すれ
ばよいことになる。図４とは、形状追従の例を示す図で
ある。ここで示した手続きは実際の設計でも利用されて
いる。過去に存在した形状の再生成機能はこれとまった
く同じ手続きであり、その形状変形は基本操作で実現さ
れているため高速に動作する。これは基本操作を実行す
る際には時間のかかる曲面の干渉計算などに要する時間
が不要であるからである。

【００２５】図５〜図８は、本発明による３次元形状生
成システムで並行モデリングを実行した例を示す図で、
試作した電話器を例にして示してある。ここでは二人の
設計者ＡとＢが電話器を別々にモデリングしている。設
計者Ａは、図５に示すように、電話器本体をモデリング
し、設計者Ｂは図６に示すように、受話器をモデリング
している。コマンドにより設計者Ａは設計履歴を参照
し、設計者Ｂの設計している電話器本体の形状を、図７
に示すように、画面上に表示することができる。この形
状を参照して設計者Ａは設計を進めることができる。さ
らに、時間が或る程度たった段階で設計者ＡがＢの形状
を表示すると、図８に示すように、受話器にはボタンが
ついている。このような形状の確認を設計者ＡとＢが互
いに行うことができ、設計上の意思の疎通を円滑に行う
ことができる。なお、設計者Ａが受話器の色を選定して
いる場合においても、設計者Ｂが設計者Ａが選定した色
を参照して電話器本体の色を設定している。このように
色のような属性情報も共有されているモデル設計木の情
報から取り出すことができる。設計者Ｂが受話器のモデ
ルに対してＵＮＤＯコマンドを適用すればＡがどのよう
な過程でその色を選んだのかも理解することができる。

【００２６】以上、設計履歴を共有することによって複
数のシステムで並行モデリングを実現する手法について
述べた。この手法では形状変形の差分のみ共有データベ
ースに蓄えるようになっているため、高いレスポンスで
他の設計者のデザインを確認することができる。この手
法はソリッドモデラ DESIGNBASE の上に共有データベー
スとして外部ファイルを利用して実現された。

【００２７】

【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。 （１）並行モデリングを実現する手法としてデザインの
設計過程を示す設計履歴を持ったソリッドモデラを拡張
する手法を提案することにより、設計データだけでなく
履歴そのもの共有するため、他の設計者の思考過程を認
識しながら、設計作業を進めることができる。 （２）境界表現に基づくソリッドモデラでは形状の変化
を原始的な演算の集まりとして表現することができるの
で、設計の履歴はこの演算群をアークに持つ木構造で表
現される。この設計木の構造を同一製品を設計するＣＡ
Ｄシステム間で共有するので、他の設計者の最新の設計
形状を見たい場合には、設計履歴の情報から形状データ
を再生して表示でき、互いに他の設計者がどのような設
計状態にあるかを迅速に知ることができる。 （３）設計者のデータを活用することにより、他の設計
者の設計の過程や最終形状に至る試行錯誤の過程を知る
ことができ、協調作業に適した環境を提供できる。ま
た、設計木のデータを管理するためにデータベースを利
用する場合にも、変化した形状の差分にあたる部分のみ
データベースへ書き出せばよいので非常に効率的であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による３次元形状生成システムにおけ
るモデル設計木の一実施例を説明するための構成図であ
る。

【図２】 本発明による３次元形状生成システムにおけ
るモデルの設計履歴の共有について説明するための図で
ある。

【図３】 本発明によるモデル形状のずれを説明するた
めの図である。

【図４】 本発明によるモデル形状追従の例を示す図で
ある。

【図５】 本発明による３次元形状生成システムで並行
モデリングを実施した例（その１）を示す図である。

【図６】 本発明による３次元形状生成システムで並行
モデリングを実施した例（その２）を示す図である。

【図７】 本発明による３次元形状生成システムで並行
モデリングを実施した例（その３）を示す図である。

【図８】 本発明による３次元形状生成システムで並行
モデリングを実施した例（その４）を示す図である。

【符号の説明】

１…システムＡ、２…システムＢ、３…モデル設計木
Ａ、４…モデル設計木Ｂ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥの３次元形状生
   成システムにおいて、設計履歴を表現するモデル設計木
   を記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶されたモ
   デル設計木から形状を生成する第１の生成手段と、他シ
   ステムのモデル設形木を参照して形状を生成する第２の
   生成手段とから成り、設計履歴を共有しながら並行モデ
   リングを進めることのできることを特徴とする３次元形
   状生成システム。