JPH0798774A

JPH0798774A - ３次元オブジェクト表示装置

Info

Publication number: JPH0798774A
Application number: JP5243075A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hirota; 克彦広田; Satoshi Kasai; 悟志笠井; Hirokatsu Musha; 博勝武者
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3207303B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は３次元オブジェクト表示装置に関
し、オブジェクトデータ構造への探索処理の時間を削減
し、その結果表示に要する処理時間を削減し高速に表示
することを目的とする。【構成】オブジェクト編集用の階層化オブジェクトデ
ータ構造を保持するオブジェクト編集用格納装置２と、
表示用の階層化オブジェクトデータ構造を保持する表示
用格納装置６とを分離して設け、かつこれらの間にオブ
ジェクトデータ圧縮処理部を設け、ユーザーがモデリン
グ指示及び表示指示を行うに際して、オブジェクト編集
用の階層化オブジェクトデータ構造に対してモデリング
指示を行い、並行して表示用の階層化オブジェクトデー
タ構造に対して表示指示を可能とするように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元オブジェクト表示
装置に関し、特に、３次元モデルを作成し、編集（モデ
リング）し、３次元表示するコンピュータ・グラフィッ
クスにおける物体の３次元オブジェクト表示装置に関す
る。近年、コンピュータ・グラフィックスが発展し、各
種の分野で利用されるにつれて、より使い易いユーザー
インターフェースの開発が要望されている。

【０００２】ユーザーインターフェースの開発におい
て、一般に、部品形状（オブジェクト）を階層化し、親
の属性を継承するようなデータ構造を持つことは、指定
項目を減らす上で非常に有効であり、多くのモデリング
システムで採用されている。しかし、このモデリングさ
れた３次元形状を表示するに際して、親の属性を継承す
ることを考慮しなければならないので、階層化ツリー
（tree) 構造を全て探索する必要があり、そのために多
くの表示処理時間を費やしている。

【０００３】この表示処理に影響を与える探索時間は、
階層化されたオブジェクトデータ構造の階層の深さ（即
ち、階層の段数）とオブジェクト数（ツリー構造のノー
ド数）に依存している。本発明は、この探索時間を減少
させるために階層の深さとオブジェクト数を減少させる
ことにより、高速な表示を実現することにあり、本発明
によれば、属性継承を持ったオブジェクト編集の有効性
を失うことなく高速表示システムを実現することができ
る。

【０００４】

【従来の技術】図１６は従来のコンピュータ・グラフィ
ックスにおける３次元オブジェクト表示装置の要部構成
図である。本装置は３次元形状を作成し編集（モデリン
グ）しながら、ある時点で３次元表示するものである。
図中、１はオブジェクト作成編集処理部、２はオブジェ
クト編集用階層化オブジェクトデータ構造格納装置、３
はオブジェクト表示処理部、４は表示装置である。

【０００５】図示のように、ユーザー（即ち、デザイナ
ー）からは、オブジェクト作成編集処理部１に対してモ
デリング指示を行い、同時に、オブジェクト表示処理部
３に対して表示指示を行う。従って、オブジェクト作成
編集処理部１とオブジェクト表示処理部３とは同じデー
タ構造をアクセスしながら実行する。このモデリング過
程において、内部データ構造がオブジェクト単位で階層
化されていき、そのデータは階層化オブジェクトデータ
構造格納装置２に格納されている。

【０００６】図１７は従来の階層化オブジェクトデータ
構造の一例である。このオブジェクトデータがモデリン
グ過程において、図示のようにオブジェクト単位（即
ち、個々のノード）毎に階層化されていく。例えば、あ
る「部屋」をモデリングしていく過程で、ルートとして
部屋を表すオブジェクトが「親」として作成され、その
「子」のオブジェクトとして、「椅子」、「机」、
「壁」を連結する。椅子では、その属性として色Ｂ（質
感）及び変換行列２を持つオブジェクトがあり、椅子を
継承する子として「脚」、「底板」、「背もたれ」が連
結される。また、脚は色Ｅと変換行列５を属性として持
つ。さらに、脚は、子として各々形状を属性とする４つ
の「足」オブジェクトを持ち、階層化されている。

【０００７】もし、１つの足が２つの部品から作られて
いる場合は、さらにそれを親とする２つのオブジェクト
（形状を持つ）が連結されることになる。この時、足の
色（属性）と変換行列を指定しなくても親の属性を継承
しているため問題なくモデリングが可能である。ところ
で、オブジェクト編集に際して、椅子の足全部の色や質
感を変更したい場合には、脚を表すオブジェクトの色属
性Ｅを変更するだけで、脚全体が一度に変更することが
できる。各足は脚の色属性を継承しているからである。
このような属性の継承を使用することで、ユーザーに対
して冗長な指定項目を要求することなしにモデリング可
能なユーザーンターフェースを提供している。

【０００８】そして、表示装置４に表示するときは、こ
れらの階層化オブジェクトデータ構造を、親の属性継承
特性を考慮しながら各オブジェクトを探索し表示する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような階
層化モデリングデータ構造をより有効にするためには、
部品等をグループ化したり、属性継承を頻繁にする必要
がある。従って、必然的にオブジェクト数や階層の深さ
が多くなる傾向にある。また、ユーザーがオブジェクト
数や階層の深さを意識せずに探索するために、非常に膨
大な表示のための処理を行うことになる。

【００１０】また、図１６に示すように、モデリング過
程と表示過程を実行するに際して、ユーザーは階層化オ
ブジェクトデータ構造格納装置２内の内部オブジェクト
データを共通にアクセスしているため、モデリングに有
効な階層化オブジェクトデータ構造をそのまま表示過程
で使用することになる。従って、オブジェクト数が増加
するにつれて膨大なオブジェクト探索処理を実行するこ
とになり、表示のための処理時間が増大していた。

【００１１】本発明の目的は、モデリング過程での有効
な属性継承特性を維持しながら、オブジェクトデータ構
造を圧縮処理しつつ表示過程用のオブジェクトデータ構
造を並列して更新していくことにより、表示に係わるオ
ブジェクト探索処理の時間を減少させ、その結果、表示
に要する処理時間を減らして高速に表示することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明による３次
元オブジェクト表示装置の要部構成図である。本発明で
は、図１６の従来構成に対してオブジェクトデータ構造
圧縮処理部５と、表示用階層化オブジェクトデータ構造
格納装置６を付加する。図示のように、オブジェクトデ
ータ構造圧縮処理部５はオブジェクト編集用格納装置２
と表示用格納装置６の間に接続される。そして、表示用
格納装置６はオブジェクト表示処理部３に出力する。

【００１３】ユーザーからのモデリング指示はオブジェ
クト作成編集処理部１に送られ、並行にしてユーザーか
らの表示指示がオブジェクト表示処理部３に送られる。
図示のように、階層化オブジェクトデータ構造の格納装
置が２つ設けられており、一方はオブジェクト編集用の
階層化オブジェクトデータ構造を保持し、他方は表示用
の階層化オブジェクトデータ構造を保持する。

【００１４】オブジェクト作成編集処理１はユーザーか
らのモデリング指示を受けると、オブジェクト編集用格
納装置２の階層化オブジェクトデータ構造を更新する。
その時に、オブジェクトデータ構造圧縮処理部５は予め
決められた規則に従い、後述するように階層化オブジェ
クトデータ構造を圧縮し、その圧縮結果に基づき表示用
格納装置６内の階層化オブジェクトデータ構造を更新し
ていく。

【００１５】このように、順次更新され圧縮されていく
表示用階層化オブジェクトデータ構造は、ユーザーから
の表示指示に応じて探索処理が行われ表示される。この
表示用階層化オブジェクトデータ構造は、後述するよう
にオブジェクト編集用格納装置２内の階層化オブジェク
トデータ構造よりも階層の深さやオブジェクト数が削減
されているため、探索の時間が減少し、その結果、高速
な表示処理が可能となる。

【００１６】

【作用】本発明では、特に階層化オブジェクトデータ構
造の圧縮処理に特徴がある。即ち、ユーザーからのモデ
リング指示によりオブジェクト作成編集処理部１からオ
ブジェクト編集用格納装置２内の階層化オブジェクトデ
ータが更新されると、オブジェクトデータ構造圧縮処理
部５は、オブジェクト編集用の階層化オブジェクトデー
タ構造を圧縮し、その圧縮結果に基づき表示用階層化オ
ブジェクトデータ構造も同時に更新していく。

【００１７】階層化オブジェクトデータ構造の圧縮処理
は、親の属性を継承している子オブジェクトを親オブジ
ェクト内に展開し格納することである。この処理はユー
ザーのモデリング過程での作業に支障を来さないよう
に、ユーザーのアクセスの問合せを見て実行させる必要
がある。この階層化オブジェクトデータ構造の圧縮処理
は、単純なオブジェクト同士の融合では問題がある。即
ち、親子の属性継承特性を生かすようにしなければなら
ないからである。例えば、図２（Ａ）（Ｂ）はオブジェ
クトの継承を無視した圧縮（誤り）の例であるが、本図
に示す圧縮では、形状イは親の色Ａを継承するように作
成されたのに、圧縮の結果、形状アの色Ｂになってしま
うからである。

【００１８】オブジェクトに含まれる継承特性を持つ属
性は、色、質感、変換行列が代表的なものであり、継承
しないものとして形状データがある。その内、色、質感
はかなり多くのオブジェクトが継承特性を利用する。即
ち、色、質感に関係してこの継承特性を生かすことでか
なりのオブジェクト数、階層レベルを減らすことが可能
となる。

【００１９】変換行列に関しては、その行列が世界座標
に関するものであれば、色、質感と同様に継承を考慮し
て圧縮することが可能である。また、変換行列が親との
相対行列である場合、親の行列との積によりそのオブジ
ェクトの世界座標系の変換行列が計算されるため、親の
属性の継承とは取り扱わない。このような場合は、世界
座標系用の変換行列も同時に計算し、表示用格納装置６
に保持することで、同様に圧縮処理をさせることが可能
となる。

【００２０】

【実施例】図３（Ａ）（Ｂ）は本発明による色（質感）
属性を対象にした圧縮処理の例である。この処理は図１
のオブジェクトデータ構造圧縮処理部５にて行われる。
（Ａ）はオブジェクト編集時の階層化オブジェクトデー
タ構造であり、（Ｂ）は本発明による圧縮処理後の階層
化オブジェクトデータ構造であり、色（質感）の属性継
承特性を生かしたオブジェクトデータ構造圧縮処理を示
す。本例でも、図１７の従来例で示した「部屋」をモデ
リングしたオブジェクト編集用階層化オブジェクトデー
タ構造を例としている。

【００２１】図示（Ｂ）のように、椅子の足を示す４つ
のオブジェクトは親の色Ｅを継承している。従って、こ
れらのオブジェクトは親に展開オブジェクト格納が可能
であり、継承特性を維持している。同様に底板や背もた
れも椅子を示す親の色Ｂを継承しているため、圧縮がで
き、親オブジェクトに展開できる。しかし、脚のオブジ
ェクトは椅子の色を継承せず自分の色を持っているため
圧縮できない。（Ｂ）はこのような圧縮処理を行った最
終的な表示用階層化オブジェクトデータ構造を示す。

【００２２】図示のように、（Ａ）では階層の深さが４
段（レベル）であり、オブジェクト数（即ち、ブロック
数）が「１１」であるのに対して、（Ｂ）では階層の深
さが３レベルとなり、オブジェクト数が「５」となり、
オブジェクトデータ構造が圧縮されていることが分か
る。図４（Ａ）（Ｂ）は本発明による変換行列の属性を
対象にした圧縮処理の例である。（Ａ）はオブジェクト
編集時の階層化データ構造であり、（Ｂ）は本発明によ
る圧縮処理後の階層化オブジェクトデータ構造である。
図示（Ｂ）のように、色と形状を持つ各オブジェクト
が、親の変換行列を継承している場合を示しており、親
の変換行列のみを変更するだけで、以下の全てのオブジ
ェクトがそれに従って座標変換される。この場合も子オ
ブジェクトが全ての親オブジェクトに展開し格納するこ
とができるオブジェクトデータ構造の圧縮が行える。

【００２３】図示のように、（Ａ）では階層の深さが３
レベルであり、オブジェクト数が「６」であるのに対し
て、（Ｂ）では階層の深さが２レベルとなり、オブジェ
クト数が「２」となり、オブジェクトデータ構造が圧縮
されていることが分かる。図５（Ａ）（Ｂ）は本発明に
よる相対変換行列を持った変換行列の属性を対象にした
圧縮処理の例である。（Ａ）はオブジェクト編集時の階
層化オブジェクトデータ構造であり、（Ｂ）は本発明に
よる圧縮処理後の階層化オブジェクトデータ構造であ
る。基本的には、世界座標系における変換行列を表示用
の階層化オブジェクトデータ構造内に保持し、圧縮処理
時にオブジェクト編集用の階層化オブジェクトデータ構
造内の相対変換行列から世界座標系変換行列に置き換え
ながら、図３の圧縮処理と同様に行う。

【００２４】図示のように、色と形状を持つ各オブジェ
クトが、親の変換行列を継承している場合を示してお
り、親の相対行列のみを変更するだけで、以下の全ての
オブジェクトがそれに従って座標変換される。この場
合、後述する方法により同時に世界座標系の変換行列も
計算しておくことにより、この世界座標系変換行列に注
目し、子オブジェクトが全て親オブジェクトに展開し格
納することができオブジェクトデータ構造の圧縮を行う
ことができる。

【００２５】図６はツリー構造の各ノードの内容説明図
である。図示のように、その内容は、親ノードへのポイ
ンタと、色情報（継承する場合なし）と、質感情報（継
承する場合なし）と、行列情報（継承する場合なし）
と、子の数（子ノードへのポインタ）とで構成される。
図７は図１のオブジェクトデータ構造圧縮処理部５にお
ける処理フローチャートである。オブジェクトデータ構
造のトップノードから探索が開始されると（Ｓ１）、対
象ノードがあるか否か判定し（Ｓ２）、無ければ処理を
終了するが（ＮＯ）、ある場合（ＹＥＳ）には、対象ノ
ードの属性情報を獲得する（Ｓ３）。次に子ノードがあ
るか否か判定し（Ｓ４）、無い場合（ＮＯ）には圧縮処
理が可能である（Ｓ７）が、ある場合（ＹＥＳ）には子
ノードの属性情報を獲得する（Ｓ５）。さらに、属性継
承がある否か判定し（Ｓ６）、無い場合（ＮＯ）には圧
縮処理が可能である（Ｓ７）が、ある場合（ＹＥＳ）に
はステップＳ４に戻る。

【００２６】上記のステップにおいて、例えば、色、質
感、行列について属性全てに対して継承しているか評価
する。ここで、色の継承が無くなっても行列の継承が有
る場合には、引き続き行列の継承の有無を子のノードに
対して確認する。継承している子ノードを記憶してお
き、圧縮処理の対象子ノードとする。ユーザーから圧縮
対象属性の指定があった場合は、その指定属性のみに継
承の有無をチェックする。

【００２７】ステップＳ７において、圧縮処理が可能で
ない場合（ＮＯ）には、継承が無くなったノードとなり
（Ｓ８）、ステップＳ２から再度開始する。圧縮処理が
可能であれば（ＹＥＳ）、圧縮処理を行う（Ｓ９）。こ
の時点で残っている継承属性が最も長い継承特性と考え
られる。そこで、既に記憶されている子ノードを、その
属性で圧縮を行う。圧縮処理は対象ノードの要素以下に
属性継承をしている子ノードの要素全てを展開し、その
子ノードを削除することにより行われる。さらに継承す
る子ノードがある場合には、同様に対象ノードに要素全
てを展開し、子ノードを削除する。このようにして、対
象ノードに展開し、展開された子ノードを削除すること
でオブジェクト階層のレベルを減らし、オブジェクトデ
ータ構造全体のノード数を減らすことが可能となる。

【００２８】ステップＳ９で圧縮処理が終了すると、他
の未検索ノードに移る（Ｓ１０）。この場合、最もトッ
プノードに近い未検索ノードを対象ノードとする。属性
継承に注目するためには、より上位から行う必要があ
る。図８は変換行列についての説明図である。例えば、
ある部屋に図示のような四角い机を置く。ここで、机の
上板の中心は部屋の100 ×100 、高さ50の位置とし、机
の上板の大きさは幅100 、奥行き100 、厚み10とし、そ
して机の足は半径5、高さ40の円柱４本であり机の四隅
〜にあるとする。

【００２９】このような条件で、形状を定義する座標系
として、部屋の隅（図示の位置を部屋の「隅」とする）
を座標中心とする世界座標系（絶対座標系）を定義す
る。この座標系で机をモデリングすると、図示のよう
に、上板の立方体各８頂点の座標値と、各足の円柱の中
心軸位置座標を得る。図９は上板のモデリング座標系で
あり、図１０は足のモデリング座標系である。図９のよ
うに、机の上板の中心を座標系の中心とする新しい座標
系を定義する。この座標系をモデリング座標系とし、形
状を定義するための形状固有の座標系とする。即ち、そ
の形状が世界座標系のどこにあるかを意識せずに、形状
の大きさだけに注目して定義できるので、ユーザーにと
っては直観的にモデリングが可能となる。

【００３０】同様に、図１０に示すように、一本の足に
もその足に対するモデリング座標系を定義する。上述と
同様に、足の中心を座標系の中心とするモデリング座標
系を定義する。これらの定義後、各形状を変換行列を使
用して世界座標系（絶対座標系）に変換し部屋の中に
「机」を作る。この例では変換行列は単純で単なる移動
量が要素となっている。

【００３１】図１１は図９の上板の世界座標系への変換
行列と、図１０の足の変換行列を示す。以後、形状の
移動に対する変更は、この変換行列を操作することで行
うことができ、各々の形状の座標値は変更する必要がな
い。図１２及び図１３は世界変換行列による階層化オブ
ジェクトデータ構造を示す。図示のように、色、質感等
を省略し、世界変換行列にのみ注目した場合のデータ構
造である。全てが世界座標系からの行列なので親子関係
がないため、いくつかの構造が考えられる。

【００３２】図１４は足の変換行列を上板のモデリング
座標系を基準として作成した変換行列である。このよう
に上板の座標系から行列を作成できるため、上板が部屋
の何処にあるのかを意識せずにモデリングが可能であ
る。また、上板の位置に関係なく変換行列が与えられて
いるため、世界座標系における上板の変換行列を変える
ことで、足まで一緒に移動や回転ができる。従って、ユ
ーザーにとっては非常に有効なモデリング環境となる。
実際に、これらの形状を表示するためには、各形状の世
界座標系における位置が必要となるため、これらの行列
を掛け合わせて処理することになるが、ユーザーはこれ
ら掛け合わせた世界座標系への変換行列は知る必要がな
い。

【００３３】図１５は相対変換行列についての階層化オ
ブジェクトデータ構造である。図中、「上板」の相対変
換行列は、部屋における座標系との変換行列であり、部
屋を世界座標系としているので世界変換行列でもある。
また、「足」の相対変換行列は上板の座標系との変換行
列である。この場合も、色、質感は省略し、相対変換行
列にのみ注目している。また、足の変換行列は上板に対
する相対的な行列なので親子関係で表現することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モデリング過程での有効な属性継承特性を維持しなが
ら、圧縮処理を行いつつ表示過程用の階層化オブジェク
トデータ構造を並行して更新していくことにより、オブ
ジェクト探索処理を減少させ、その結果、表示に要する
処理時間を大幅に削減し、高速に表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３次元オブジェクト表示装置の要
部構成図である。

【図２】オブジェクトの継承を無視した圧縮（誤り）の
例である。

【図３】本発明による色（質感）属性を対象にした圧縮
処理の例である。

【図４】本発明による変換行列の属性を対象にした圧縮
処理の例である。

【図５】本発明による相対変換行列の属性を対象にした
圧縮処理の例である。

【図６】ツリー構造の各ノードの内容説明図である。

【図７】図１のオブジェクトデータ構造圧縮処理部の処
理フローチャートである。

【図８】変換行列についての説明図である。

【図９】上板のモデリング座標系である。

【図１０】足のモデリング座標系である。

【図１１】図９の上板の世界座標系への変換行列と図１
０の足の変換行列を示す。

【図１２】世界変換行列による階層化オブジェクトデー
タ構造（その１）を示す。

【図１３】世界変換行列による階層化オブジェクトデー
タ構造（その２）を示す。

【図１４】足の変換行列を上板のモデリング座標系を基
準とした変換行列である。

【図１５】相対変換行列についての階層化オブジェクト
データ構造である。

【図１６】従来のコンピュータ・グラフィックスにおけ
る３次元オブジェクト表示装置の要部構成図である。

【図１７】従来の階層化オブジェクトデータ構造の一例
である。

【符号の説明】

１…オブジェクト作成編集処理部２…オブジェクト編集用格納装置３…オブジェクト表示処理部４…表示装置５…オブジェクトデータ構造圧縮処理部６…表示用格納装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータ・グラフィックスにおける
３次元オブジェクト表示装置において、オブジェクト編集用の階層化オブジェクトデータ構造を
保持するオブジェクト編集用格納装置（２）と、表示用
の階層化オブジェクトデータ構造を保持する表示用格納
装置（６）とを分離して設け、ユーザーがモデリング指示及び表示指示を行うに際し
て、オブジェクト編集用の階層化オブジェクトデータ構
造に対してモデリング指示を行い、並行して表示用の階
層化オブジェクトデータ構造に対して表示指示を可能と
したことを特徴とする３次元オブジェクト表示装置。
【請求項２】前記オブジェクト編集用格納装置（２）
と前記表示用格納装置（６）との間に、前記オブジェク
ト編集用の階層化オブジェクトデータ構造を更新すると
きに圧縮処理を行い、該圧縮処理の結果に基づき前記表
示用格納装置内の階層化オブジェクトデータ構造を更新
処理するためのオブジェクトデータ構造圧縮処理部
（５）をさらに設けた請求項１に記載の３次元オブジェ
クト表示装置。
【請求項３】１つの部品形状をオブジェクトとして定
義するようにした請求項１又は２に記載の３次元オブジ
ェクト表示装置。
【請求項４】前記オブジェクトのモデリング作成過程
とオブジェクト編集過程において、１つのオブジェクト
として形成される部品群を階層化したオブジェクトデー
タ構造を表示するようにした請求項１又は２に記載の３
次元オブジェクト表示装置。
【請求項５】前記オブジェクトのモデリング作成過程
とオブジェクト編集過程で、親の属性継承特性を可能と
した階層化オブジェクトデータ構造を表示するようにし
た請求項１又は２に記載の３次元オブジェクト表示装
置。
【請求項６】階層化オブジェクトデータ構造を表示す
るために、親の属性継承特性を維持しながら、複数オブ
ジェクトを１つのオブジェクトとして圧縮するようにし
た請求項２に記載の３次元オブジェクト表示装置。
【請求項７】属性の中の、色及び質感、世界座標系行
列、親オブジェクトとの相対変換行列、を個々に対象に
して表示可能した請求項１又は２に記載の３次元オブジ
ェクト表示装置。