JPH07168866A

JPH07168866A - ３次元対象物配置装置

Info

Publication number: JPH07168866A
Application number: JP5342099A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sugiura; 雅貴杉浦; Yasuhiro Nakamura; 康浩中村; Hitoshi Araki; 均荒木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3148489B2

Abstract

(57)【要約】【目的】対象物を現実の配置操作と共通する操作で、
表示空間の任意の位置に配置できる３次元対象物配置装
置を提供する。【構成】３次元表示空間の中での対象物と他の立体図
形との接触を判定する接触判定手段13と、接触判定手段
が接触判定を下すまで対象物を他の立体図形の方向に移
動させ、対象物を他の立体図形と安定的に接触させる自
動移動処理手段14と、他の立体図形との安定的接触を保
ち続ける対象物の向きと位置とを修正する移動補助図形
を生成する移動補助図形生成手段16とを設ける。表示空
間に在る対象物は自動移動処理手段14が取り敢えず、配
置する床面に安定的に置く。次いで移動補助図形を用い
てその向きや位置を修正する。対象物の角度を壁面と平
行させる場合は、壁面との平行面を持ち、壁面の法線方
向に動ごく移動補助図形を用いて対象物を押す。対象物
の一辺が移動補助図形の面と密着するように角度を変
え、対象物は壁面と平行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築や機械のデザイン
設計等を支援するコンピュータ・グラフィック・システ
ムにおいて、対象となる３次元図形を画面上の立体空間
の任意の位置に配置する３次元対象物配置装置に関し、
特に、直感的で分かり易い手順によって操作できるよう
に構成したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンピュータ・グラフィック・シ
ステムにおける３次元対象物配置装置は、例えば特開平
２−１２９７６４号公報に記載されているように、対象
物を画面上の立体空間の任意の位置に配置する場合、対
象物の立体が配置先において接する面と、配置先の対応
する面とをマウスやカーソルで指定する操作を必要とし
ている。

【０００３】図７は、その画面例を示しており、室内空
間にある対象物72を床71の上に配置する場合に、操作者
は、まず対象物72の面のうち、床71に接触させるべき面
73を選び、これを指定する。次に、対象物72を配置する
床71を指定して（図７（ａ））、配置実行の命令を入力
すると、画面上には、対象物72が床71に接触した状態が
表示される（図７（ｂ））。一度、床71に接触した対象
物72は、図７（ｃ）に示すように、床71の面に拘束させ
ながら移動することにより、床71上の任意の位置に配置
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、配置操作の際、操作者は、予め対象物のどの面が配
置先に接触するかを考えてこれを指定しなければなら
ず、配置というタスクを、面の指定というタスクに頭の
中で置き換える必要があり、操作の直感性に欠ける点が
ある。

【０００５】また、複雑な配置操作を行なう場合には、
対象物の面の指定、配置先の面の指定および配置実行コ
マンドの入力という一連の操作を多数回繰返さなければ
ならず、その手順が非常に煩雑になる。

【０００６】また、配置先に接触させるべき対象物の面
が小さい場合には、これをカーソルなどで直接指定する
操作が困難である。

【０００７】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、複雑な操作手順を必要とせず、現実世界
での配置操作と共通性を持つ直感的に理解できる操作に
よって、対象物を３次元表示空間の任意の位置に配置す
ることができる３次元対象物配置装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、３
次元形状の対象物を３次元表示空間の任意の位置に配置
する３次元対象物配置装置において、３次元表示空間の
中で対象物と他の立体図形とが接触しているかどうかを
判定する接触判定手段と、接触判定手段が接触の判定を
下すまで対象物を他の立体図形の方向に移動させ、次い
で対象物をこの他の立体図形と安定的に接触させる自動
移動処理手段と、他の立体図形との安定的接触を保ち続
ける対象物の向きと位置とを修正するための移動補助図
形を生成する移動補助図形生成手段とを設けている。

【０００９】また、自動移動処理手段が対象物を移動す
る方向を設定する自動移動方向設定手段を設けている。

【００１０】さらに、移動補助図形における属性を設定
／変更する移動補助図形属性設定手段を設けている。

【００１１】

【作用】そのため、３次元表示空間に在る対象物は、自
動移動処理手段によって、取り敢えず、配置しようとす
る床面等に安定的に置かれ、次いで、移動補助図形を用
いて、その向きや位置が修正される。

【００１２】対象物の角度を壁面と平行を保つように修
正する場合には、壁面と平行する面を持ち、壁面の法線
方向に移動する移動補助図形を対象物に押し当てる。こ
の操作で、対象物は、その一辺が移動補助図形の面と密
着するように角度を変え、その結果、対象物は壁面と平
行する。

【００１３】このように、本発明の３次元対象物配置装
置における操作は、現実の世界で物を配置する場合の操
作と類似性があるため、操作手順が直感的に把握でき、
操作性が向上する。

【００１４】また、自動移動処理手段が対象物を移動す
る方向は、自動移動方向設定手段の設定によって変える
ことができる。従って、対象物を任意の面上に接触配置
することが可能となる。

【００１５】また、移動補助図形には、移動補助図形属
性設定手段を用いて、数値的な属性を持たせること、例
えば、等間隔の目盛りを付与したり、複数の対象物を等
間隔に整列する機能を与えたりすることができる。その
ため、数値的な正確さを伴った対象物の配置操作が可能
となる。

【００１６】

【実施例】

（第１実施例）本発明の第１実施例における３次元対象
物配置装置は、図１に示すように、仮想３次元空間に在
る全ての立体のデータを記憶する立体データ記憶部11
と、操作者の指示した対象物のデータに識別符号を付加
する対象物指定処理部12と、立体同士の接触を判定する
接触判定処理部13と、操作者の自動移動命令に従って立
体を他の立体と接触するまで平行移動させる自動移動処
理部14と、対象物を平行移動または回転移動させる移動
操作処理部15と、配置する対象物の姿勢や移動方向等を
制御するための移動補助図形を生成する移動補助図形生
成処理部16と、移動補助図形データを格納する移動補助
図形データ記憶部17と、操作者の入力操作に応じて各処
理部を制御する制御部18と、立体図形および移動補助図
形の表示信号を表示装置に出力する表示処理部19とを備
えている。

【００１７】立体データ記憶部11は、仮想３次元空間中
に存在する全ての立体に関する形状データや位置および
方向データ、並びに各立体に付加される制御用データを
記憶する。対象物指定処理部12は、制御部18を介して伝
えられた入力装置からの操作者の指示命令に従って、指
示された立体の立体データに被指示符号を付加し、立体
データ記憶部11に反映する。接触判定部13は、立体デー
タ間の干渉計算によって立体同士の接触判定を行ない、
ある立体と他の立体との接触状態をチェックする。

【００１８】また、自動移動処理部14は、制御部18を介
して伝えられた操作者の自動移動命令に従って、対象物
指定処理部12により被指示符号が付加された対象物を、
接触判定処理部13が他の立体に接触したと判定するま
で、ある一定の方向に（例えば落下運動のように）自動
的に平行移動する。次いで、接触判定処理部13が接触し
たと判定した時点で、その接触点を中心に安定状態に至
るまで対象物を回転移動する。これらの移動によって更
新された対象物のデータは、立体データ記憶部11に反映
される。

【００１９】移動操作処理部15は、制御部18を介して伝
えられた操作者の移動操作入力に基づいて、対象物を平
行移動あるいは回転移動する。この対象物の平行移動ま
たは回転移動は、自動移動処理部14の移動処理によって
対象物が接触した面（以下、接触面と呼ぶ）に拘束され
て行なわれる。例えば、入力装置としてマウスのような
２次元入力装置を用いる３次元対象物配置装置では、移
動操作処理部15は、平行移動が選択されている場合、マ
ウスの縦横の移動操作に連動して対象物を接触面上で平
行移動し、また、回転移動が選択されている場合には、
マウスの左または右方向への移動操作に連動して、対象
物を、接触面の法線方向を回転軸に接触面上で左回りま
たは右回りに回転移動する。また、移動操作処理によっ
て対象物を移動する際には、常に接触判定処理部13が他
の立体との接触状態をチェックする。対象物が他の立体
と接触して安定状態に至った場合には、そこで移動が停
止される。移動後の対象物の更新データは、立体データ
記憶部11に反映される。

【００２０】移動補助図形生成処理部16は、制御部18を
介して入力された移動補助図形生成命令に従って、対象
物の姿勢や移動方向などを制御するための移動補助図形
を生成する。生成された移動補助図形のデータは、移動
補助図形データ記憶部17に格納される。

【００２１】移動補助図形を移動する場合は、操作者
は、この移動補助図形を指定して、移動操作入力を行な
う。この操作に応じて、対象物指定処理部12は、移動補
助図形を指定する処理を行ない、移動操作処理部15は、
指定された移動補助図形を移動する処理を行なう。移動
後の移動補助図形のデータは、移動補助図形データ記憶
部17に反映され更新される。

【００２２】制御部18は、操作者の操作する入力装置か
らの入力信号を受容し、これに基づいて対象物指定処理
部12、自動移動処理部14、移動操作処理部15および移動
補助図形生成処理部16における処理を制御する。また、
表示処理部19では、立体データ記憶部11および移動補助
図形データ記憶部17に記憶されているデータ内容（これ
らデータ内容は立体や移動補助図形の移動に伴い逐次更
新される）に基づいて、全ての立体および移動補助図形
の表示信号を表示装置に出力する。

【００２３】次に、第１実施例の３次元対象物配置装置
における具体的な動作を、図２に示す画面例を用いて説
明する。図２では、仮想的な室内空間において壁23と平
行させて机22を配置するまでの画面変化を示している。
机22は、図２（ａ）に示すように床21の上方に存在して
いる。第１段階として、この机22を、自動移動処理部14
による自動移動処理によって、床21の上面に接触配置さ
せる。

【００２４】そのために、操作者は、まず、配置の対象
物として机22を指示する。この指示を受けて対象物指定
処理部12は、机22のデータに、指示されたことを示すフ
ラグを付加する。次に、操作者が自動移動処理命令を入
力すると、自動移動処理部14は、立体データ記憶部11を
参照し、被指示フラグの付加された机22を、あたかも落
下運動させるように、下方にある床21の方向に平行移動
する。

【００２５】一方、接触判定処理部13は、自動移動処理
部14による自動移動処理の間、常時、自動移動中の対象
物と他の立体との接触状態をチェックする。平行移動し
た机22が床21に接触すると、接触状態を識別した接触判
定処理部13は、それを自動移動処理部14に伝える。

【００２６】自動移動処理部14は、机22が床21に接触し
た時点で、モーメント計算に基づいてその接触点を中心
に机22を安定状態に至るまで回転移動させる。

【００２７】これらの処理により、机22は、床21上の配
置予定位置と大凡一致する位置および向きに安定して接
触配置される。

【００２８】次の段階として、図２（ｂ）に示すよう
に、机22の向きを調整するための移動補助図形24を生成
する。机22を壁23と平行に配置する場合は、壁23に平行
な平面24（直線または直方体でもよい）を移動補助図形
として生成し、この移動補助図形によって机22の移動方
向を制約する。

【００２９】この移動補助図形を生成するために、操作
者は、壁面23を指定して移動補助図形生成命令を入力す
る。制御部18を介して移動補助図形生成命令が入力され
た移動補助図形生成処理部16は、指定された図形（壁面
23）のデータを複写して移動補助図形（平面24）のデー
タを生成する。

【００３０】この移動補助図形の平面24は、その移動方
向が平面24の法線方向（即ち、壁面の法線方向）に限ら
れており、マウスのような２次元の入力装置を用いた場
合には、その左右方向または上下方向への移動量が平面
24の法線方向への移動量となる。図２（ｂ）では、平面
24が壁面23から僅かな距離だけ移動した状態を示してい
る。この移動補助図形の移動は、立体の移動と同様に、
移動操作処理部15において処理される。

【００３１】平面24を机22の方向に移動させて行くと、
図２（ｃ）に示すように、ある時点で机22に接触する。
この接触の判定も接触判定処理部13によって行なわれ
る。机22に接触した後も、平面23をさらに同じ方向に移
動させていくと、机22は、接触点を中心に回転を起こ
し、平面23に机22の天板の側面の一つが密着するまで、
机22は床面21上で回転移動する。こうして、平面23の向
き、即ち、壁面23の向き、と机22の天板の側面の一つの
向きとを一致させることにより、机22の向きを壁23と平
行に調整することができる。

【００３２】さらに、平面24に密着した机22は、平面24
との位置関係が固定される。そのため、図２（ｄ）に示
すように、平面23をその法線方向に移動するとき、机22
は、平面23と一体となって移動する。従って、平面23を
移動することにより、机22を、壁面23との平行を保った
まま床21上の任意の位置に移動することができる。な
お、移動補助図形（平面24）は、必要な画面操作が終了
した後、移動補助図形消去命令を入力することにより、
画面から消すことができる。

【００３３】このように、第１実施例の３次元対象物配
置装置では、現実の世界において対象物を所望の位置に
まで移動させるときの操作と共通する操作により、３次
元の対象物を仮想３次元空間に配置することができ、ま
た、この操作で対象物を幾何的に正確に、つまり、ある
面との平行や垂直を正しく保った状態で任意の位置に配
置することができる。操作手順が現実世界の操作と共通
性を持つために、操作者は、それを直感的に理解するこ
とができ、正しい操作により容易に対象物を配置するこ
とができる。

【００３４】（第２実施例）第２実施例の３次元対象物
配置装置は、図３に示すように、自動移動処理部14にお
ける対象物の移動方向を設定する自動移動方向設定処理
部31と、この自動移動方向に関するデータを格納する自
動移動方向データ記憶部32とを備えている。その他の構
成は、第１実施例の装置（図１）と変わりが無い。

【００３５】この自動移動方向設定処理部31および自動
移動方向データ記憶部32の動作について、図４を用いて
説明する。

【００３６】操作者が対象物41を指示すると、自動移動
方向設定処理部31は、この対象物41の１点を通り、初期
設定方向である下方向に延びる自動移動方向提示記号42
を生成する。自動移動方向提示記号42は、図４（ａ）に
示すように、矢印等の方向性を示す立体形状として表現
され、自動移動方向を操作者に視覚的に教える。操作者
は、自動移動方向を変更する場合には、この自動移動方
向提示記号42を直接指示し、それを仮想空間中の所望の
方向に回転移動させる操作を行なう。この自動移動方向
提示記号42の回転移動は、他の立体の移動と同様、移動
操作処理部15で処理される。

【００３７】この操作により、対象物41の自動移動方向
は、自動移動方向提示記号42の指し示す方向に変更・設
定される。設定された自動移動方向を示すベクトルデー
タおよび自動移動方向提示記号42の形状データ・位置方
向データは、自動移動方向データ記憶部32に格納され、
この内容は逐次、表示処理部19を通して、表示装置の画
面に反映される。図４（ａ）の場合は、自動移動方向提
示記号42の矢印を、対象物41を配置しようとする壁43の
方向に設定している。

【００３８】自動移動方向を設定した後、図４（ｂ）に
示すように、実施例１で示した自動移動処理を実行す
る。この自動移動処理では、対象物41が、設定された自
動移動方向に平行移動して壁43に接触し、その時点で回
転を起こし、壁面43上に安定して停止する。

【００３９】次に、図４（ｃ）に示すように、移動補助
図形として床面に平行な平面44を生成し、これを利用し
て対象物41の向きと床面からの距離とを調整する。

【００４０】このように、第２実施例の３次元対象物配
置装置では、自動移動方向設定処理部31と自動移動方向
データ記憶部32とを加えたことにより、対象物を３次元
空間中の任意の面上に幾何的な正確さで配置することが
できる。

【００４１】（第３実施例）第３実施例の３次元対象物
配置装置は、図５に示すように、移動補助図形の属性を
設定・変更する移動補助図形属性設定処理部51を備えて
いる。その他の構成は、第１実施例の装置（図１）と変
わりが無い。

【００４２】移動補助図形に与える属性は、操作者によ
り移動補助図形属性設定命令として入力され、移動補助
図形属性設定処理部51は、この命令に従って、与えられ
た属性を移動補助図形に付加し、その属性データを移動
補助図形データ記憶部17に格納する。

【００４３】この移動補助図形属性設定処理部51の動作
を図６を用いて説明する。この例では、移動補助図形属
性設定処理部51が、移動補助図形63に接触する複数の対
象物を等間隔に整列配置する機能を設定している。

【００４４】図６（ａ）は、実施例１で示した自動移動
処理部14の自動移動処理により、３つの対象物61ａ、61
ｂ、61ｃが既に床62上に接触配置された状態を示してい
る。これら３つの対象物を１直線上に整列させる移動補
助図形を得るために、操作者は、床面の一辺を指定し
て、移動補助図形生成命令を入力し、移動補助図形生成
処理部16は、これを受けて、床面の１辺に平行な直線63
を移動補助図形として生成する。直線63の移動方向は、
床面上でこの直線と垂直な方向である。

【００４５】次に、直線63を各対象物に押し当てながら
移動させる。この操作で、３つの対象物61ａ、61ｂ、61
ｃは、直線63上に揃うように位置と姿勢とを変える（図
６（ｂ））。

【００４６】次いで、操作者は、移動補助図形（直線6
3）に接触している３つの対象物61ａ、61ｂ、61ｃを指
示する。指示を受けた対象物指定処理部12は、立体デー
タ記憶部11に格納された、指示された対象物の立体デー
タに被指示符号を付加する。

【００４７】一方、移動補助図形属性設定処理部51は、
立体データ記憶部11を参照して、指示された対象物の位
置データを読み取り、これに基づいて移動補助図形（直
線63）と各対象物との接触点を算出する。そして、各対
象物の接触点から、３つの対象物の両端に該当する対象
物（61ａと61ｃ）を決定し、これらの中点を求め、中央
に存在する対象物（61ｂ）をこの中点の位置にまで移動
させる。

【００４８】こうした内部処理により、図６（ｃ）に示
すように、画面上では対象物61ａと対象物61ｂとの距離
が対象物61ｂと対象物61ｃとの距離に等しくなるように
対象物61ｂの位置が変更され、３つの対象物が自動的に
等間隔に整列配置される。

【００４９】また、図には示していないが、移動補助図
形属性設定処理部51により、この移動補助図形（直線6
3）上に目盛りを表示する属性を設定することもでき
る。この場合には、目盛りを基準に、対象物を直線63に
沿って移動させることにより、数値的に正確な配置操作
を行なうことが可能となる。

【００５０】このように、第３実施例の３次元対象物配
置装置では、移動補助図形属性設定処理部の設置によ
り、対象物を数値的に正確な位置に整列配置することが
可能となる。

【００５１】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の３次元対象物配置装置は、幾何的な正確さ
を伴う配置を直感的に認識できる操作手順で実行するこ
とが可能である。また、対象物を任意の面上に正確にか
つ容易に配置することが可能である。さらに、複数の対
象物を、数値的に正確に整列配置することができる。

【００５２】このように、対象物に対する精度の高い配
置操作を、複雑な操作手順に頼ることなく、直感的に理
解できる操作手順で実行することができるため、操作性
が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における３次元対象物配置
装置の構成を示すブロック図、

【図２】第１実施例における３次元対象物配置装置の動
作を示す画面例、

【図３】本発明の第２実施例における３次元対象物配置
装置の構成を示すブロック図、

【図４】第２実施例における３次元対象物配置装置の動
作を示す画面例、

【図５】本発明の第３実施例における３次元対象物配置
装置の構成を示すブロック図、

【図６】第３実施例における３次元対象物配置装置の動
作を示す画面例、

【図７】従来の３次元対象物配置装置の動作を示す画面
例である。

【符号の説明】

11 立体データ記憶部 12 対象物指定処理部 13 接触判定処理部 14 自動移動処理部 15 移動操作処理部 16 移動補助図形生成処理部 17 移動補助図形データ記憶部 18 制御部 19 表示処理部 21、62、71 床 22 机 23、43 壁 24、44、63 移動補助図形 31 自動移動方向設定処理部 32 自動移動方向データ記憶部 41、61ａ、61ｂ、61ｃ、72 対象物 42 自動移動方向提示記号（矢印） 51 移動補助図形属性設定処理部 73 配置先に接触させるべき対象物の面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元形状の対象物を３次元表示空間の
任意の位置に配置する３次元対象物配置装置において、３次元表示空間の中で前記対象物と他の立体図形とが接
触しているかどうかを判定する接触判定手段と、前記接触判定手段が接触の判定を下すまで前記対象物を
他の立体図形の方向に移動させ、次いで前記対象物を前
記他の立体図形と安定的に接触させる自動移動処理手段
と、他の立体図形との安定的接触を保ち続ける前記対象物の
向きと位置とを修正するための移動補助図形を生成する
移動補助図形生成手段とを設けたことを特徴とする３次
元対象物配置装置。
【請求項２】前記自動移動処理手段が対象物を移動す
る方向を設定する自動移動方向設定手段を設けたことを
特徴とする請求項１に記載の３次元対象物配置装置。
【請求項３】前記移動補助図形における属性を設定／
変更する移動補助図形属性設定手段を設けたことを特徴
とする請求項１に記載の３次元対象物配置装置。