JPH07141528A - データ処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】物体のモデルを生成するシステム及び方法を提
供する。 【構成】このシステムにより定義された三次元空間内に
モデルが生成される。このシステムはモデルを表わすイ
メージを表示できる表示装置 (120)、及びユーザが物体
の特徴を表わす曖昧な二次元の線を入力できる入力手段
(100) を備える。入力された線の終了点が三次元空間内
で既知であるとき、このシステム内のプロセッサ(110)
は曖昧な線を表わすデータを、ステップ毎に前記三次元
空間内の明白な候補線を表わすデータを生成する、幾つ
かの別々の処理ステップに従属させる。次に計算装置(1
40) がプロセッサにより生成された全ての明白な候補線
の特定のパラメータの値を計算し、そして比較手段(15
0) は、計算装置により計算された値により、明白な候
補線の１つを、曖昧な二次元の前記三次元空間内の表示
として選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はデータ処理システム、特
にそのシステムにより定義された三次元空間内で生成さ
れるような、オブジェクトのモデルを生成するシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に物体ののモデルはコンピュータ支
援設計（以下 CADという）システムと呼ばれるクラスの
システムを用いて生成することができる。これらのCAD
システムはそのシステム内で精密な物体のモデルを生成
することができ、技術的な図面、縮小されたモデル、型
板等が作成される。前記CAD システムは普及され、多く
のビジネス分野、例えば車、建築等の設計で用いられ、
新たな製品の設計で設計者を支援している。

【０００３】しかしながら、設計者が自らの頭の中に種
々のアイデアを有する初期の段階では、CAD システムは
真に適切ではない。設計者は新たな製品のアイデアを思
いつくと、それが頭に中に明白である間に、そのアイデ
アをある具体的な形に書き取りたいと願う。一般に、設
計者は紙片に素早くスケッチする。通常、設計者はその
設計アイデアの検証にはペンと紙を用いることが最も便
利であることに気付く。この設計プロセスの段階で、設
計者は絶対的な精度を達成することに特に関心はない
が、その代わりに大体の設計特性を図示し、その物体が
とのように見えるかの感触を得ようと試みている。

【０００４】しかしながら、スケッチされた図面には欠
点もある。主な欠点はスケッチが物体を１つの特定の方
向から示すに過ぎないことである。物体の完全な形を示
すために幾つかのスケッチを描くことが必要である。更
に十分な適応性がない。線の消去及び引き直しはできる
が、見る角度を少しだけ移動することができない。この
ような見方が必要な場合、別のスケッチを描く必要があ
る。

【０００５】このような欠点にもかかわらず、スケッチ
には設計者は自らの思考プロセスを乱されずに設計のア
イデアを速やかに書き留めることができる利点がある。
従って、このようなシステムでは設計者が速やかに素描
を開始できないから、この初期の設計段階では、設計者
がCAD システムで仕事をする見込みはない。一般に前記
CAD システムは設計者が直交する２つの観察点毎に線を
引くことを必要とし、そのために設計者の全体的な思考
プロセスが中断されるであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、設計者が自らのアイデアを速やかに都合のよい形に
記入し、それらを対話的に再検討し修正し得るシステム
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は物体のモデルを
生成するシステムを提供する。このようなモデルは前記
システムにより定義された三次元空間内に生成される。
前記システムは、前記モデルを表わすイメージを表示で
きる表面装置と、物体の特徴を表わす曖昧な二次元の線
であって、該二次元の線の終了点が三次元空間で既知で
ある線をユーザが入力できる入力手段と、曖昧な線を表
わすデータを、前記三次元空間内の明白な候補線を表わ
すデータをそれぞれ生成する幾つかの異なる処理ステッ
プに従属させるプロセッサと、前記プロセッサにより生
成された全ての明白な候補線の特定のパラメータの値を
計算する計算装置と、前記三次元空間内の前記曖昧な二
次元の線の表示として前記明白な候補線の１つを、前記
計算装置により計算された値に従って選択する比較手段
とを含む。

【０００８】更に、本発明は物体のモデルを生成するデ
ータ処理システムを動作する方法を提供する。このよう
なモデルは前記システムにより定義された三次元空間内
で生成される。前記システムは、前記モデルを表わすイ
メージを表示できる表示装置と、物体の特徴を表わす曖
昧な二次元の線であって、該二次元の線の終了点が三次
元空間で既知である線をユーザが入力できる入力手段と
を含む。前記方法は、曖昧な線を表わすデータを幾つか
の異なる処理ステップに従属させるステップと、前記三
次元空間内の明白な候補線を表わすデータを生成するス
テップと、前記プロセッサにより生成された全ての明白
な候補線の特定のパラメータの値を計算するステップ
と、前記計算装置により計算された値に従って、前記明
白な候補線の１つを前記三次元空間内の前記曖昧な二次
元の線の表示として選択するステップとを含む。

【０００９】ペンと紙を用いる従来の技術の手法、又は
より精密なCAD システムと較べて、本発明のシステム及
び方法は幾つかの利点を有する。ユーザが自らのアイデ
アを速やかに入力できる入力装置を用いることにより、
ユーザはアイデアが浮かぶ毎にそれを入力することを妨
げられない。更に、アイデアはシステムのメモリに記憶
されるから、それらを多くの異なる方法で操作できる。
例えば、異なる方向から物体を見るように生成された物
体を回転できる。線の削除、線の付加又は既に生成され
た線の変更によりイメージを修正することができる。

【００１０】本発明が取組む特定の技術的な問題は、シ
ステムのユーザが入力する二次元の線が三次元空間内の
幾つかの異なる線を表わすと解釈されるという点で曖昧
であることを理解することから起きる問題である。理論
的には、二次元で引かれた三次元の線は、視覚的にはそ
の線を通る面のどこにでも存在し得る。三次元空間内の
最も適当な線を生成するために、システムは対話的に引
かれた二次元の線をいかに解釈するかの問題に取組む必
要がある。

【００１１】設計者が引いた二次元の線が三次元空間で
は曖昧であることは、設計者が紙を用いているときは通
常は問題ではない。なぜなら、設計者は特定の方向から
物体を描いており、描かれた物体の三次元の形を決める
ために前記の線を分離して解釈する必要はない。もし曖
昧さが存在すれば、設計者は別の方向から見た物体を示
す別の見取り図をつくる。しかしながら、設計者によっ
て描かれた線から三次元のモデルを生成し、後にそのモ
デルを任意の方向から見ることができるようにしようと
する場合、システムは二次元に引かれた線に固有の曖昧
さを取り除く必要がある。

【００１２】１つの解法は、例えば、既述の２つの直交
する観察点からの各々の線を設計者が引くことを要求す
ることにより、設計者から更に多くの情報を得ることで
ある。しかしながら、これは、設計者が前記システムの
要求により気を散らされることを望まないので、設計の
初期の段階では望ましくない。

【００１３】本発明のシステム及び方法はユーザが容易
に且つ連続的に設計のアイデアを入力することを可能に
する。これは、ユーザが入力した曖昧な二次元の線を明
白な三次元の線として解釈するシステム機能により達成
される。このようなシステムを用いることにより、物体
のワイヤーフレーム・モデルは容易に生成できる。

【００１４】１つの観察方向に固定されたとき、ワイヤ
ーフレーム・イメージは不可避的に曖昧であるが、これ
は本質的には '活性' システムにより問題ではない。イ
メージは適切なコマンドにより回転させ又は運動状態に
セットできる。そして前記運動は観察する人に正しい三
次元の印象を直ちに与える。

【００１５】

【実施例】本発明の良好な実施例によるシステムのユー
ザは、コンピュータのエキスパートであるとは仮定され
ない（またそうなることを望まない）し、そしてXYZ の
二次元の映像により考える必要はない。このようなユー
ザは、ユーザが手書きの線を入力できる入力装置によ
り、システムと対話する。多くの前記装置はコンピュー
タ画面に、例えば磁気タブレット、抵抗性及び容量性オ
ーバーレイ、レーザー・スキャナ等を描くために存在す
る。これらは全てユーザが二次元表示を線書きすること
を可能にする。良好な実施例では、ユーザは追尾式スタ
イラス（以下、ペンと呼ぶ）を有する。ユーザはペンに
より薄く平らな画面の表面に直に物体を透視して描く。
そしてユーザは、例えば、マウスを用いてそのモデルを
回転させる。

【００１６】図１は本発明の良好な実施例によるシステ
ムを示すブロックを表わす。この図を詳細に説明する前
に、線の解釈に関する幾つかの一般的な説明を行なう。
ユーザが引いた線は一般に２つのクラス、即ち制約され
ない線又は制約された線に分けられる。制約されない線
は一端又は両端が空いている線であり、制約された線は
両端の位置が既知である線である。

【００１７】設計の最初の段階で、ユーザは制約されな
い線を引くことができる。制約されない線を解釈できる
幾つかの方法があるが、良好な実施例のシステムは、
(a) 線が二次元であり且つ(b) それが３つの軸、Ｘ（x
= 一定）、Ｙ又はＺの１つの面にあると仮定することに
より、前記線を処理する。どの面を選択すべきかを決定
するために、システムは３つの基本方向(X,Y,Z) の各々
の '重み' を、各線の下位部分の映像を合計することに
より計算する。それは、特に直線又はほぼ直線の場合、
手（又は目）は垂直な線に対して水平の線の選択を好む
傾向があることも明らかにする。従って、良好な実施例
では、ユーザが変更できる、水平に対する内蔵の 'バイ
アス' がある。

【００１８】制約されない描写は、ユーザが設計の早期
の段階でのみ、即ち、たぶん直線により外形線を描くべ
きときに用いるものと仮定する。前記線を３つの基本的
な面の１つに制約することは、それらを放浪させるより
も役立つと見られる。前述の規則は、(a) 立方体のよう
な箱を直ちに制約し、(b) 任意の形状の水平の基部、例
えば靴の底を描くことを可能にする利点を有し、これら
はどちらもより精巧な設計の明白な開始点を表わす。

【００１９】当業者には明らかなように、制約されない
線を扱い得る幾つかの代替方法がある。しかしながら、
本発明は特に制約された線を解釈するシステム及び方法
に関するから、制約されない線の問題を本明細書で更に
詳細に論議する必要はないと考えられる。図１で、処理
手段130 は、良好な実施例のシステムが制約されない線
を処理する適切な手段を含むことを示すために、破線に
囲まれている。

【００２０】図１の他の特徴は制約された線を解釈する
良好な実施例のシステムにより用いられ、従って、ユー
ザが入力した曖昧な二次元の線を、明白な三次元の線を
表わすデータに置き換える。

【００２１】最初に、システムのユーザは表示画面120
の表面でペン100 を動かすことにより線を入力する。こ
の線を表わすデータは次にプロセッサ110 に引渡され、
その線が制約されているか又は制約されていないかを確
認するために検査される。良好な実施例がこの検査を実
行する方法は後で説明する。もしこの線が制約されてい
なければ、処理手段130 に引渡され、後で説明するよう
に解釈される。

【００２２】しかしながら、もしその線が制約されてい
れば、プロセッサ110 はその線を表わすデータを、ステ
ップ毎にシステムにより定義された三次元空間内の明白
な候補線を表わすデータを生成する、別の処理ステップ
に従属させる。この候補線のデータは次にプロセッサ11
0 により計算装置140 に引渡され、各候補線の長さが決
定される。最後に、比較装置150 は計算装置140 により
計算された長さの値に基づいて、曖昧な二次元の線の三
次元空間内の選択された表示として明白な候補線の１つ
を選択する。

【００２３】この選択された明白な線を含むデータは次
にプロセッサ110 に返送される。プロセッサ110 はこの
データを記憶装置160 に引渡す。記憶装置160 はシステ
ムが生成しているモデルの全てのデータを保持するため
に用いられる。ひとたび新たな明白なデータが記憶装置
160 内のモデルに加えられれば、プロセッサ110 は表示
画面120 上のイメージを、それが現在の観察方向から見
たモデルを表わすように更新する。

【００２４】良好な実施例のシステムを図１を参照して
説明したので、次に制約された二次元の曖昧な線を明白
な三次元の線と置き換えるように実行される処理ステッ
プを詳細に説明する。図２および図３は良好な実施例の
システムにより実行される処理ステップを示すが、最初
に一般的な法則について簡単に説明する。

【００２５】数学的に、制約された線の三次元の終了点
は画面120 の平面（観察平面）への二次元の投影ととも
に知られている。良好な実施例のシステムは、前記終了
点に存在する三次元の外形に関する前記情報及び知識が
与えられれば、最も起こりうる三次元の線を決定するた
めに幾つかの処理ステップを実行する。

【００２６】線が制約されているとき、１つの明白な解
法は２つの終了点の間に第３の見えない次元を直線的に
内挿する。これは、引かれた線と一致した、数学的に最
短の三次元の経路である。しかしながら、これは必ずし
も最も起こりうる解法ではないので、良好な実施例のシ
ステムは幾つかの他の潜在的な経路を考慮に入れる。

【００２７】ここで、図２および図３に示す処理ステッ
プについて考える。最初に、ステップ300 で、システム
のユーザは、表示画面120 の表面の全域でペン100 を動
かすことにより、制約された二次元の線を入力する。そ
の結果、その線を表わすデータがステップ310 及び390
に引渡される。ステップ390 で、そのデータは、前述の
ように最短の候補の解法を生成するように、見えない次
元に直線的に内挿される。

【００２８】ステップ310 で、システムは、引かれた線
の幾つかの起こりうる三次元の開始方向を、既知のモデ
ルの三次元の外形から確認する。次に、類似のプロセス
により、引かれた線の幾つかの起こりうる終了方向がス
テップ320 で取出される。そして最初の線データ及びス
テップ310 及び320 で取出された新たな情報はステップ
330 に引渡され、可能な開始及び終了方向の組合せ毎
に、候補線を表わすデータが生成される。この計算は後
で更に詳細に説明する。

【００２９】特に、良好な実施例のシステムはステップ
330 で下記の候補線を決定する。

【００３０】(1) 全ての既存の交差線に垂直な開始又は
終了方向を有する線； (2) 全ての既存の交差線と同一線（即ち、延長線）の開
始又は終了方向を有する線； (3) 既存の交差線の全ての対により形成された平面、又
は設計モデル上の既に確立された表面により局所的に定
義された平面にある開始又は終了方向を有する線； (4) 両端で全ての対の、（しかし平行に近い）開始及び
終了交差線と等しい角度をつくる線。これは２つのほぼ
平行の縦通材の間の '圧縮材' 又はフォームラインを描
く一般的な状況を検出する '特別の場合' である。

【００３１】ケース(1)、(2)及び(3) では、端の制約が
入れ替えられる、例えば線は、もしそれが既存の線Ａに
垂直に開始し線Ｂの延長として終了すれば、候補とな
る。従って、数十又は数百の候補が存在することがあ
る。

【００３２】これらの候補線が生成された後は、それら
を表わすデータはステップ340 に引渡され、各候補線の
長さが計算される。これらの長さはステップ350 に引渡
され、ステップ390 で計算された最短の候補線と比較さ
れる。先に説明したこの最短（線形内挿）の解法は常に
存在し且つ常に最短である。ステップ350 で、長さが線
形内挿解法よりもずっと長い（例えば、50％長い）候補
線はどれも拒絶される。実際、前記候補は '見込みのな
い' 描写選択である最短の線に対して45度を越える角度
にある。

【００３３】次に、ステップ360 で、（線形内挿以外
の）最短の残りの候補が、それがたぶん最も簡単である
ことから、選択される見込みが最も大きい。しかしなが
ら、もし他の解法が存在しなければ、線形内挿解法が選
択される。

【００３４】しかしながら、もし複数の候補線が最短の
線とほぼ同じ長さを有するならば、間違った選択をする
可能性がある。もし２つの接近した解法の間の三次元空
間の不均衡自体が小さければ、最短を選択する危険は殆
どないが、もし不均衡が大きければ、間違った選択の可
能性が顕著である。この問題を避けるために、良好な実
施例のシステムは、両線上の対応する点の間の三次元距
離を合計することにより、各候補線と最短の線の間の三
次元の不均衡（以下、三次元差異値と呼ぶ）を計算す
る。知覚できる対応はどれも役立つが、良好な選択は各
線に沿って一致する百分比距離にある点を取ることであ
る。もし三次元差異値が小さければ、実質的な不一致は
存在しないし解法はどれも妥当であり、システムは最短
の線を無事に選択できる。しかしながら、前記差異値が
大きい（所定のしきい値よりも大きい）場合、曖昧さの
可能性があるのでユーザは前記可能性の間で即時選択を
行なうようにプロンプトされる。

【００３５】最も起こりうる明白な三次元の線が選択さ
れた後、その線を表わすデータがシステムに記憶された
モデルに加えられ（ステップ 370）、画面上のイメージ
が更新される（ステップ 380）。

【００３６】良好な実施例のシステムの核心部分を説明
したので、次に良好な実施例の仕組みについて説明す
る。

【００３７】前述の規則は全て任意の２つの終点を有す
る線の終点の傾斜の選択に関係する、即ち２つの自由度
がある。見えない第３の次元の発見は、その線を立方体
（４つの既知の点を通過する三次元の曲線）に近づける
ことにより実行できる。終了点は（線が制約されている
ので）既知である。立方体の内部の２点をP1(x1,y1,z1)
及びP2(x2,y2,z2)とする。それらの二次元の映像は既知
である。即ち、画面上のモデルの現在の方向に基づいた
(x1,y1,z1)から(X1,Y1)へと(x2,y2,z2)から(X2,Y2)への
既知の写像がある。入れ替えられた端の傾斜は２つの別
の方程式を与える。従って、同時に生じる６つの方程式
を解いてP1及びP2を見出だすことができる。最短の試行
的な立方体が選択され、その第３の見えない次元が、線
の長さを制御パラメータとして用いることにより最初の
線に再写像される。

【００３８】この特定の解決方法では、三番目に取出さ
れた次元は移動中の立方体のように複雑であるに過ぎな
いが、美術家は自らの線が（自らの視点から）完全に表
示されていると見る。

【００３９】要するに、良好な実施例のシステムは下記
の仮定に基づいて動作する。

【００４０】(1) 制約された線は次のいずれかに合致す
る。

【００４１】(a) 既存の線に垂直であること； (b) 既存の線の延長であること； (c) 既存の平面と同一平面上にあること；又は (d) 縦通材の間の角度に等しいこと。

【００４２】(2) 全ての入れ替えの間からの最短の三次
元の解法は、それが線形内挿経路に対して45度よりもか
なり大きい角度でない限り、最も起こりうると仮定され
る。その場合、簡単な線形内挿が用いられる。

【００４３】次に、良好な実施例のシステムについて図
４により説明する。この図は箱の１つの端の点Ｘから頂
点Ｙに引かれた曲線20を示す。Ｘを線の開始点として選
択すると、２つの可能な開始方向は端に対して直角であ
るか又はその延長である。妥当な公差の下では線が端の
延長ではあり得ないので後者は拒絶される。他の端で
は、等しい角度の解法が最良であるかどうかを調べるた
めに、開始線と直角である３本の線、開始線上にある３
つの平面、開始線の延長である３本の線、及び開始線と
対である３本の線の１２の可能性がある。

【００４４】この例では、幾つかの可能な解法は（手書
きで描いた立方体の精度により）殆ど等しい。開始方向
は１つの端にできるかぎり直角である。終了方向は、そ
れらの対応する長さ及び三次元差異値とともに下記のよ
うになる。

【００４５】

【表１】 識別 長さ 差異値 線10の延長 427.47 0 線4 及び10による平面 427.49 0.34 線5 に直角 428.42 5.69 線10及び15による平面 429.92 9.84 線15に直角 431.03 >10 単位は任意であるが、おおよそ画面の画素に等しい。競
争相手の長さは非常に接近しているが、長さの百分比の
ような三次元の差異値もそうである。よって、最短を選
択するのに明白な問題はない。

【００４６】線が制約された線であるかどうかを良好な
実施例のシステムが検出する方法について次に説明す
る。当業者には幾つかの可能性が明白であるが、良好な
手法はユーザが定義できる公差を与えることである。こ
のような公差値は、ペンが既存の線で開始又は終了する
とみなされる前に、ペンがその線にどれだけ近いか（画
面の表面における二次元の公差）を決める。表示面で物
体を拡大する場合、公差は変らない。これはズームイン
により１つの線をもつれから取出し得ることを意味す
る。

【００４７】良好な実施例では、新たな線の、中間の交
差点ではなく、開始及び終了でのみヒットが検出され
る。このような機能は設計者が制御するのは難しすぎる
と考えられる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、設計者が自らのアイデ
アを速やかに都合の良い形で記入し、それを対話的に再
検討し、修正することが出来る。従って、ユーザはアイ
デアが浮かぶ毎にそれを入力することが出来、かつアイ
デアはシステムのメモリに記憶されるからそれを多くの
異なる方法で操作、例えば回転、削除、付加できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の良好な実施例によるシステムを示すブ
ロック図である。

【図２】良好な実施例のシステムにより実行されるプロ
セスを示す流れ図の１部分である。

【図３】良好な実施例のシステムにより実行されるプロ
セスを示す流れ図の残りの部分である。

【図４】良好な実施例のシステムを用いて構築されたワ
イヤーフレーム・モデルを示す図である。

【符号の説明】

100 ペン 110 プロセッサ 120 表示画面 130 処理手段 140 計算装置 150 比較装置 160 記憶装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ロス・ウッドワーク イギリス国エス・オー22 ５エル・ビー ハンプシャウインチェスター・ストッカー ズ・ベニュー47

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】システムにより定義された三次元空間内に
   物体のモデルを生成するシステムであって、 前記モデルを表わすイメージを表示する表示装置と、 前記物体の特徴を表わす曖昧な二次元の線、及び三次元
   空間で既知である曖昧な二次元の線の終了点をユーザが
   入力できるようにする入力手段と、 ステップ毎に前記三次元空間内の明白な候補線を表わす
   データを生成する複数の別々の処理ステップに、曖昧な
   線を表わすデータをさらすプロセッサと、 前記プロセッサにより生成された全ての明白な候補線の
   特定のパラメータの値を計算する計算装置と、 前記計算装置によって計算された値により、前記曖昧な
   二次元の線の前記三次元空間内の選択された表示として
   前記明白な候補線の１つを選択する比較手段とを備える
   データ処理システム。
2. 【請求項２】前記プロセッサで用いられる処理ステップ
   が曖昧な二次元の線の一定の特性を与える請求項１のデ
   ータ処理システム。
3. 【請求項３】前記一定の特性が曖昧な線の終了点のどち
   らか又は両方でその傾斜に関係する請求項２のデータ処
   理システム。
4. 【請求項４】前記入力手段が前記表示装置の表面で用い
   られる追尾式スタイラスである請求項１、２又は３のデ
   ータ処理システム。
5. 【請求項５】前記特定のパラメータが三次元空間内の明
   白な候補線の長さである請求項１、２、３又は４のデー
   タ処理システム。
6. 【請求項６】物体のモデルを生成するようデータ処理シ
   ステムを動作させる方法であって、前記モデルは前記シ
   ステムによって定義された三次元空間内に生成され、前
   記システムは前記モデルを表わすイメージを表示できる
   表示装置と、ユーザが物体の特性を表わす曖昧な二次元
   の線、及び三次元空間内で既知である曖昧な二次元の線
   の終了点を入力できる入力手段とを備え、前記方法はス
   テップ毎に前記三次元空間内の明白な候補線を表わすデ
   ータを生成する複数の別々の処理ステップに、曖昧な線
   を表わすデータをさらすステップと、 前記プロセッサにより生成された全ての明白な候補線の
   特定のパラメータの値を計算するステップと、 前記計算ステップにより計算された値により、前記曖昧
   な二次元の線の前記三次元空間内の選択された表示とし
   て明白な候補線の１つを選択するステップとを含む物体
   のモデルを生成するようデータ処理システムを動作させ
   る方法。
7. 【請求項７】前記曖昧な線を表わすデータに必要とされ
   る前記処理ステップはその線に一定の特性を与える請求
   項６のデータ処理システムを動作させる方法。