JPH08115353A - コンピュータにより表示される三次元形態の変形方法 - Google Patents

コンピュータにより表示される三次元形態の変形方法

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JPH08115353A
JPH08115353A JP6251717A JP25171794A JPH08115353A JP H08115353 A JPH08115353 A JP H08115353A JP 6251717 A JP6251717 A JP 6251717A JP 25171794 A JP25171794 A JP 25171794A JP H08115353 A JPH08115353 A JP H08115353A
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正明 持丸
Makiko Kawachi
まき子 河内
Yukio Fukui
幸男 福井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 数値データとして記述された三次元形態を、
空間に設定した等間隔制御格子点の移動により変形操作
するFree Form deformation 方法において、任意部位に
制御格子点を設定可能にし、直感的で直接的な変形操作
を可能にする。 【構成】 上記方法において、空間を変形させるための
関数に B-spline 関数を用い、さらに Oslo アルゴリズ
ムを適用して、任意の位置に制御格子点を挿入可能にす
る。これにより、指定した位置に新しい制御格子点が挿
入され、挿入点の周辺の格子点を微小移動させることに
よって、挿入に伴う空間の歪みが相殺される。 【効果】 特定の部位を局所的に変形したい要求がある
場合に、その特定部位に直接制御格子点を設定でき、直
感的で直接的な変形操作が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、数値データとして記述
された三次元形態をコンピュータ上で操作、変形するた
めの形態変形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】数値データとして記述された三次元形態
をコンピュータ上で操作、変形する技術として、Free F
orm deformation 法(以下、FFD法という。)がある
(Sederberg,T.W.: Free Form deformation of Solid G
eometric Models,Proceedingsof ACM SIGGRAPH '86 in
Computer Graphics,20(4),151-160(1986))。これは、
変形対象空間に制御格子点を設定し、その制御格子点を
操作することによって空間全体を歪ませ、空間内の三次
元形態を変形させる方法である。
【0003】図6の(a),(b)に、このFFD法に
よる変形の一例を示す。FFD法では、空間を変形させ
るための関数として、Bernstein 関数を利用している
が、このBernstein 関数では、変形対象空間に制御格子
点を配置しただけで、空間が微妙に歪んでしまうと言う
欠点がある。図6の(a)は、Bernstein 多項式に基づ
くFFD法による変形前の状態を、同図(b)は変形後
の状態を示している。
【0004】このFFD法の欠点を解決するために、3
次の B-spline 関数を利用した方法がすでに提案されて
いる(Hsu,W.H.,Hughes,J.F.,Kaufman,H.: Direct Mani
pulation of Free-Form Deformation, Computer Graphi
cs,26(2),177-184(1992))。この B-spline 関数利用の
方法では、制御格子点を変形のために移動させない限り
不必要な歪みは生じない。
【0005】しかしながら、この3次 B-spline 関数利
用のFFD法でも、変形対象空間に最初に設定する制御
格子点は、必ず等間隔に配置されなければならない、と
いう制約があった。それは、制御格子点を不等間隔に配
置すると、制御格子点を全く移動しなくても空間が歪ん
でしまうためである。したがって、従来のFFD法で
は、局所的な変形を施したい箇所に制御格子点を設定で
きないと言う重大な問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の問題点を解決するためのもので、その技術的課
題は、3次の B-spline 関数に制御点を追加挿入する O
slo アルゴリズムを適用し、実空間内の任意の位置に新
しい制御格子点を設定可能にすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段・作用】上記課題を解決す
るため、本発明の三次元形態の変形方法は、数値データ
として記述された三次元形態をコンピュータ上で操作、
変形するに際し、変形対象空間に制御格子点を設定し、
その制御格子点を操作することによって空間全体を歪ま
せ、その際に対象空間を変形させるための関数として3
次の B-spline 関数を用いて空間内の三次元形態を変形
させる方法において、 Oslo アルゴリズムの適用により
実空間の任意の位置に制御格子点を挿入可能にしたこと
を特徴とするものである。
【0008】本発明の方法について更に具体的に説明す
ると、対象空間を変形させるための関数に3次の B-spl
ine 関数を用いたFFD法において、離散的なn個の制
御格子点Pi から、実空間座標を計算する場合、媒介変
数tを利用することにより、その実空間座標C(t) は、
次の式(1)で求めることができる。
【0009】
【数1】
【0010】ここで、Ni,k(t)は、k階の B-spline 関
数で、媒介変数tの関数として、式(2)で定められて
いる。また、媒介変数tは、 knot ベクトル空間{ti
上の実数値である。 knot ベクトル{ti}は、制御格子
点と関係づけられた離散的な数列である。
【0011】
【数2】
【0012】制御格子点Pi が移動しても、 knot ベク
トル{ti}は変化しないため、媒介変数tに対応する実
空間座標C(t) は、制御格子点{Pi }の移動によって
任意の位置に変換されることになる。ここで、制御格子
点が等間隔に配置されていれば、 knot ベクトル{ti
も等差数列となり、媒介変数tは knot 間を線形に移動
して、実空間座標を表すことになる。この場合、制御格
子点を適用しただけでは、図2に示すように空間の歪み
は生じない。図2は、 B-spline 関数に基づくFFD法
による等間隔制御格子点の設定態様を表すものである
が、本発明の方法は、この図2の状態から、実空間上の
任意の位置に、新しい制御格子点を挿入するものであ
る。
【0013】次に、実空間上の任意の位置に制御格子点
を挿入する態様を表した図1を参照し、 Oslo アルゴリ
ズムを適用して任意の位置に制御格子点を挿入する方法
について説明する。いま、図1において、実空間のpの
位置に新しい制御格子点を挿入したいとする。この場
合、挿入後の knot ベクトル{tni}は、式(3)によ
って計算することができる。
【0014】
【数3】
【0015】挿入後の制御格子点位置{Pni}は、挿入
前の制御格子点位置{Poi}と上式で得られる knot ベ
クトル値{tni}から式(4)によって計算することが
できる。
【0016】
【数4】
【0017】図1に示すように、挿入後の全制御格子点
数はm+1個となり、新しく挿入されたPnjの制御点位
置は、挿入予定位置であるpと一致する。ただし、制御
格子点挿入に伴う局所的な歪みを解決するために、Po
j-1はPnj-1にPojはPnj+1に微小移動することにな
る。このようにして新しく定められた制御格子点座標
{Pni}は、挿入した制御格子点の近傍の格子点を微小
移動させることにより、不等間隔によって生じる空間の
歪み問題を解決している。したがって、制御格子点を挿
入するだけでは、対象空間は一切歪まず、制御格子点の
移動によってのみ変形が生じることになる。
【0018】挿入後は、制御格子点位置{Pni}と kno
t ベクトル{tni}より、式(1)にしたがって実空間
上の任意の座標値C(tn)を計算することができる。ま
た、ここで制御格子点位置{Pni}を移動させれば、そ
の移動量に応じ、実空間座標C(tn)が変形することにな
る。このように、本発明の方法によれば、三次元形態の
任意の指定位置に新たに制御格子点を設けることがで
き、それに伴って挿入点の周辺の格子点を微小移動させ
ることにより挿入に伴う空間の歪みが相殺され、直感的
な形態変形操作が可能となる。
【0019】
【実施例】実施例として、人の標準的な足部の三次元形
態を扁平な足形態(扁平足形態)に変換する形態変形操
作例を示す。変形対象となる足形態は、図3(a)に示
すようなもので、市販されている靴が適合しやすい標準
的な足部形態の典型例である。この形態を変形操作し
て、図3(b)に示すような変形目標の扁平足形態に近
づけることを考える。
【0020】ここでは、足部形態を含む三次元空間に、
従来の B-spline 式FFD法に基づき、40mm間隔の
制御格子点を定義した(図4(a))。この制御格子点
を移動させることにより、標準的な足形態を操作するこ
とができる(図4(b))。しかしながら、最終的に形
態を近づけたい扁平な足形態の側方の突出部付近に制御
格子点がないため、足を前方から見た平面内(医学的前
額面内)の形状を一致させることが難しい(図5)。
【0021】そこで、本発明の形態変形方法により、上
記式(1)〜(4)にしたがって、既存の等間隔の制御
点の間に、新たに制御点を挿入する。これは、足形態を
記述している実空間内で挿入できるため、突出部の位置
をマウスでクリックするだけで、新しい制御格子点を希
望する位置に挿入することができる。特に、形態の特徴
が良く現れる突出部に合わせて、新しい制御格子点を挿
入することにより、図5(b)のように、目標の形態に
近い形に容易に変形することができる。
【0022】
【発明の効果】数値データとして記述された三次元形態
を、空間に設定した等間隔制御格子点の移動により変形
操作するFree Form deformation 方法に基づき、コンピ
ュータにおいて表示する図形の形態変形操作を行う産業
分野においては、変形を行いたい特定部位に直接制御格
子点を新たに設定し、直感的で直接的な変形操作を行え
るようにすることの要求が多い。これは、対象を変形さ
せる際の意匠において、特定の部分を変形させたい場
合、周辺の制御格子点をうまく調整しながら変形操作を
行うより、変形させたい場所に格子点を挿入し、操作し
た方が直感的であることによる。
【0023】しかるに、ここで詳述した本発明の形態変
形方法によれば、特定部位に直接制御格子点を設定可能
にしたので、さまざまな工業デザイン分野等において、
特定の部位を局所的に変形したい欲求がある場合に、設
計者の意匠を直感的に変形操作に結びつけるような三次
元形態変形を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によって、実空間上の任意の点に制御格
子点を挿入する様子を表した説明図である。
【図2】Hsu らによって提案されている B-spline 関数
に基づくFFD法による等間隔制御格子点の設定につい
て示す説明図である。
【図3】本発明を適用する三次元形態(足形態)の一例
を示したもので、(a)は形態変形を行う対象形態を、
(b)は変形目標形態を示す説明図である。
【図4】上記三次元形態についての等間隔の制御格子点
のみによる変形操作結果を示すもので、(a)は変形前
の形態を、(b)は等間隔の制御格子点のみで変形した
形態を、(c)は目標形態を示す説明図である。
【図5】本発明の方法を適用して、上記足形態の特徴的
な部位に新しい制御格子点を挿入し、実際に変形操作を
行った結果を示すものであり、(a)は等間隔制御格子
のみにより変形した形態を、(b)は挿入した制御格子
点で再変形した形態を、(c)は変形目標の形態を示す
説明図である。
【図6】従来から知られているBernstein 多項式に基づ
くFFD法による変形の態様を表すもので、(a)は変
形前の形態を、(b)は変形後の形態を表す説明図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】数値データとして記述された三次元形態を
    コンピュータ上で操作、変形するに際し、変形対象空間
    に制御格子点を設定し、その制御格子点を操作すること
    によって空間全体を歪ませ、その際に対象空間を変形さ
    せるための関数として3次のB-spline 関数を用いて空
    間内の三次元形態を変形させる方法において、 Osloア
    ルゴリズムの適用により実空間の任意の位置に制御格子
    点を挿入可能にしたことを特徴とするコンピュータによ
    り表示される三次元形態の変形方法。
JP6251717A 1994-10-18 1994-10-18 コンピュータにより表示される三次元形態の変形方法 Expired - Lifetime JP2725739B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001077910A1 (fr) * 2000-04-07 2001-10-18 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Systeme permettant de fournir des informations relatives a l'adaptation d'un produit
JP2005037911A (ja) * 2003-07-02 2005-02-10 Fuji Photo Film Co Ltd 画像記録装置、画像記録方法及びプログラム
JP2005157326A (ja) * 2003-10-29 2005-06-16 Fuji Photo Film Co Ltd 画像記録装置及び画像記録方法
JP2006185444A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Honda Research Inst Europe Gmbh 進化的最適化方法および自由形状変形方法

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