JPH0836653A - Method and device for generating free curved plane - Google Patents

Method and device for generating free curved plane

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JPH0836653A
JPH0836653A JP6170794A JP17079494A JPH0836653A JP H0836653 A JPH0836653 A JP H0836653A JP 6170794 A JP6170794 A JP 6170794A JP 17079494 A JP17079494 A JP 17079494A JP H0836653 A JPH0836653 A JP H0836653A
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JP
Japan
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curve
mesh
curved surface
spline
tangent
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Application number
JP6170794A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Ueda
健治 植田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0836653A publication Critical patent/JPH0836653A/en
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Abstract

PURPOSE:To generate a curved plane in smooth connection to a quadrilateral mesh with a rational B-spline curved plane with respect to each of quadrilateral meshes each comprising B-spline curves. CONSTITUTION:A mesh data input section 1 inputs a mesh comprising B-spline curves to a shape data section 7. A tangent vector data setting section 2 sets a tangent vector to some positions of a border curve. A ruled surface generating section 3 used to make smooth connection to an adjacent mesh forms ruled surface for each mesh so that tangent vectors of a curve connecting to both ends of a curve and a designated tangent vector are continuous at a tangent plane comprising differentiation vectors of a border curve. An inner curved plane generating section 5 forms a curved plane to control a shape in the inside of the mesh. A curved plane synthesis section 6 synthesizes the curved planes into one curved plane with respect to each mesh.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自由曲面生成方法及び
その装置に関し、より詳細には、B-スプライン曲線を
含む立体形状での自由曲面生成方法及びその装置に関す
る。例えば、三次元立体形状処理装置に適用されるもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for generating a free-form surface, and more particularly to a method and apparatus for generating a free-form surface in a three-dimensional shape including a B-spline curve. For example, it is applied to a three-dimensional solid shape processing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】Bezier曲線を境界とする2つの曲面に、
接平面を制御しながら接平面連続な境界横断導関数を構
成する方法としては、K.Konno,T.Takamura,H.Chiyoku
ra 「A New control method for Free-FormSurfaces w
ith Tangent Continuity and its Applications」(Sci
entific Visualization of Physical Phenomena,N.M.Pa
trikalaKis (ed.)Springer-Verlag.1991,pp.435-456)
がある。また、(有理)B-スプライン曲線,曲面等に
ついては、D.F.Rogers,J.A.Adams著,「Mathematical E
lements for Computer Graphics」(second edition Mc
Graus-Hill,1989)等がある。
2. Description of the Related Art Two curved surfaces bounded by Bezier curves
K.Konno, T.Takamura, and H.Chiyoku can be used as a method of constructing a tangential plane-continuous transversal boundary derivative while controlling the tangent plane.
ra "A New control method for Free-FormSurfaces w
ith Tangent Continuity and its Applications "(Sci
entific Visualization of Physical Phenomena, NMPa
trikalaKis (ed.) Springer-Verlag.1991, pp.435-456)
There is. For (rational) B-spline curves, curved surfaces, etc., see Mathematical E by DFRogers, JA Adams.
lements for Computer Graphics "(second edition Mc
Graus-Hill, 1989).

【0003】従来技術としては、境界曲線上の任意の点
における境界横断導関数(CBD:Cross Boundary D
erivative)を指定し、曲線メッシュをGregoryパッチで
内挿する手法が提案されている。この方法は、曲面形状
の微妙な変形に有効である。しかし、これは、多項式曲
線のみで有理曲線を許していない。
As a conventional technique, a cross-boundary derivative (CBD: Cross Boundary D) at an arbitrary point on the boundary curve.
The method of interpolating a curved mesh with Gregory patch is proposed. This method is effective for subtle deformation of the curved surface shape. However, this does not allow rational curves only with polynomial curves.

【0004】また、前記文献に関する公報として、特開
平4−344984号公報がある。この公報のものは、
境界曲線に有理曲線を許した有理境界Gregoryパッチに
対して、各境界曲線上の任意の点における境界横断導関
数を指定して曲面内挿を行うために、有理曲線で境界を
囲まれた領域に対して、判定手段により境界曲線と各境
界曲線につながる曲線から境界での連続性を判定し、接
続条件決定手段により判定手段で求めた連続性から境界
での接続条件を求め、導関数指定手段により各境界曲線
上の任意の点における境界横断導関数を指定し、前記接
続条件決定手段で求めた接続条件と前記導関数指定手段
で指定した境界横断導関数から領域を自由曲面で内挿す
るものである。
Further, as a publication relating to the above-mentioned document, there is JP-A-4-344944. In this publication,
For a boundary Gregory patch that allows a rational curve to the boundary curve, the area surrounded by the rational curve is specified in order to perform the surface interpolation by specifying the trans-boundary derivative at any point on each boundary curve. On the other hand, the determination means determines the continuity at the boundary from the boundary curve and the curve connected to each boundary curve, and the connection condition determination means determines the connection condition at the boundary from the continuity obtained by the determination means, and specifies the derivative. Means for designating a cross-boundary derivative at an arbitrary point on each boundary curve, and interpolating a region with a free-form surface from the connection condition obtained by the connection condition determining means and the cross-boundary derivative specified by the derivative designating means. To do.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の自
由曲面生成方法及びその装置においては、従来このよう
なメッシュ状の構造に曲面を生成する場合、メッシュを
構成する曲線が、Bezier曲線であるものが主であり、B
−スプライン曲線で囲まれた領域に滑らかなB−スプラ
イン曲面を生成することは、ほとんど行なわれていな
い。
As described above, in the conventional method and apparatus for generating a free-form surface, when a curved surface is conventionally generated in such a mesh-like structure, the curve forming the mesh is a Bezier curve. Some are the main, B
Generating a smooth B-spline curved surface in a region surrounded by a spline curve is rarely performed.

【0006】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、B−スプライン曲線で構成される四辺形のメ
ッシュ状の構造の各メッシュに対し、B−スプライン曲
面、より正確には有理B-スプライン曲面によって、メ
ッシュに、メッシュ間を滑らかに接続する曲面を生成
し、三次元立体化するようにした自由曲面生成方法及び
その装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances, and for each mesh having a quadrilateral mesh-like structure composed of B-spline curves, a B-spline curved surface, more accurately, a rational It is an object of the present invention to provide a free curved surface generation method and a device for generating a curved surface that smoothly connects meshes in a mesh by using a B-spline curved surface and making the curved surface three-dimensional.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、(1)B-スプライン曲線の両端及び途
中のいくつかの位置に平面を指定することで、それらの
平面が両端及びいくつかの位置における接平面となるよ
うな曲面形状を生成すること、更には、(2)領域の各
境界における滑らかな接続を用いて領域の内部を内挿す
ること、或いは、(3)B-スプライン曲線で構成され
るメッシュデータを入力し、各曲線に対し、境界曲線の
いくつかの位置への接ベクトルの設定を行い、各メッシ
ュに対し、曲線の両端に接続する曲線の接ベクトル及び
指定された接ベクトルを境界曲線の微分ベクトルによっ
て定義される接平面で連続となるような線織面を構成
し、各メッシュに対し、メッシュ内部の形状を制御する
曲面を構成し、各メッシュに対し、各曲面をひとつの曲
面に合成すること、或いは、(4)B-スプライン曲線
で構成されるメッシュデータを入力する入力部と、境界
曲線のいくつかの位置への接ベクトルデータを設定する
設定部と、隣接メッシュと滑らかに接続する線織面を生
成する線織面生成部と、内部曲面を生成する内部曲面生
成部と、曲面を合成する曲面合成部と、これらに各部と
のデータをやりとりする形状データ部と、ノットの挿
入、和,積などの計算を行うB-スプライン処理部とを
有し、滑らかな接続条件を満たす曲面の制御点の構成に
より、Bスプライン曲線を境界とするメッシュ間を滑ら
かに接続するようにしたことを特徴としたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention (1) specifies planes at both ends and some positions in the middle of a B-spline curve so that those planes are at both ends. And generating a curved surface shape that is a tangent plane at some positions, and (2) interpolating the inside of the region using smooth connections at each boundary of the region, or (3) Input mesh data composed of B-spline curves, set tangent vectors to some positions of the boundary curve for each curve, and for each mesh, tangent vector of the curve connected to both ends of the curve And, the specified tangent vector is constructed as a continuous surface that is continuous on the tangent plane defined by the differential vector of the boundary curve. For each mesh, a curved surface that controls the shape inside the mesh is constructed, and each mesh is constructed. For each input, combine each curved surface into one curved surface, or (4) input the mesh data composed of B-spline curve and the tangent vector data to some positions of the boundary curve. A setting unit for setting, a ruled surface generating unit for generating a ruled surface that smoothly connects to an adjacent mesh, an internal curved surface generating unit for generating an internal curved surface, a curved surface combining unit for combining curved surfaces, and each of these units. Has a shape data part for exchanging data of B, and a B-spline processing part for calculating knot insertion, sum, product, etc., and constructs a B-spline curve by constructing curved control points satisfying a smooth connection condition. The feature is that the meshes serving as boundaries are connected smoothly.

【0008】[0008]

【作用】前記構成を有する本発明の自由曲面生成方法及
びその装置は、(1)B−スプライン曲線の両端及び途
中のいくつかの位置に平面を指定することで、それらの
平面が両端及びいくつかの位置における接平面となるよ
うな曲面形状を生成するので、滑らかな接続条件を満た
す曲面の制御点の構成により、B−スプライン曲線を境
界とするメッシュ間を滑らかに接続することが可能にな
る。また、(2)領域の各境界における滑らかな接続を
用いて領域の内部を内挿するので、境界及び内部の形状
を制御する曲面群から、ひとつの滑らかな有理B−スプ
ライン曲面を構成できるようになる。また、(3)滑ら
かな接続条件を満たす曲面の制御点の構成により、B−
スプライン曲線を境界とするメッシュ間を滑らかに接続
することが可能になるとともに、境界及び内部の形状を
制御する曲面群から、ひとつの滑らかな有理B−スプラ
イン曲面を構成できるようになる。
The free-form surface generating method and apparatus of the present invention having the above-described structure (1) specify planes at both ends of the B-spline curve and at some positions in the middle of the B-spline curve. Since a curved surface shape that becomes a tangent plane at that position is generated, it is possible to smoothly connect between meshes having a B-spline curve as a boundary by configuring a control point of a curved surface that satisfies a smooth connection condition. Become. (2) Since the inside of the region is interpolated by using the smooth connection at each boundary of the region, one smooth rational B-spline curved surface can be constructed from the curved surface group that controls the shape of the boundary and the inside. become. In addition, (3) the configuration of the control points on the curved surface satisfying the smooth connection condition results in B-
It becomes possible to smoothly connect meshes having a spline curve as a boundary, and it becomes possible to configure one smooth rational B-spline curved surface from a group of curved surfaces that control the shape of the boundary and the inside.

【0009】[0009]

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図1は、本発明による自由曲面生成装置の一実施
例を説明するための構成図で、図中、1はメッシュデー
タ入力部、2は接ベクトルデータ設定部、3は隣接メッ
シュと滑らかに接続する線織面生成部、4はB−スプラ
イン処理部、5は内部曲面生成部、6は曲面合成部、7
は形状データ部である。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of a free-form surface generating apparatus according to the present invention, in which 1 is a mesh data input unit, 2 is a tangent vector data setting unit, and 3 is a smooth connection with an adjacent mesh. A ruled surface generation unit, 4 a B-spline processing unit, 5 an internal curved surface generation unit, 6 a curved surface synthesis unit, 7
Is the shape data part.

【0010】メッシュデータ入力部1は、形状データ部
7に対してB−スプライン曲線で構成されるメッシュの
入力を行う。接ベクトルデータ設定部2は、各曲線に対
して、境界曲線のいくつかの位置への接ベクトルの設定
を行う(形状データ部7に対して行う)。隣接メッシュ
と滑らかに接続する線織面生成部3は、各メッシュに対
して、曲線の両端に接続する曲線の接ベクトル及び指定
された接ベクトルを、境界曲線の微分ベクトルによって
構成される接平面で連続となるような線織面を構成する
(形状データ部7に追加する)。
The mesh data input unit 1 inputs a mesh composed of B-spline curves to the shape data unit 7. The tangent vector data setting unit 2 sets tangent vectors at some positions of the boundary curve for each curve (performed for the shape data unit 7). For each mesh, the ruled surface generation unit 3 that smoothly connects the adjacent meshes has a tangent plane configured by the tangent vector of the curve connected to both ends of the curve and the specified tangent vector by the differential vector of the boundary curve. To form a continuous ruled surface (added to the shape data section 7).

【0011】内部曲面生成部5は、各メッシュに対し
て、メッシュ内部の形状を制御する曲面を構成する(形
状データ部7に追加する)。曲面合成部6は、各メッシ
ュに対して、各曲面を(1)式を使ってひとつの曲面に
合成する(追加されたデータを使用して、新らしいデー
タを作成し追加する)。B−スプライン処理部4は、ノ
ットの挿入、和、積等の計算を行う。なお、以下の説明
において、u〔*,i〕などの表記は、表1に記載した
ように対応するものとする。
The internal curved surface generating section 5 forms a curved surface for controlling the shape inside the mesh for each mesh (added to the shape data section 7). The curved surface synthesizing unit 6 synthesizes each curved surface into one curved surface using the equation (1) for each mesh (creates and adds new data using the added data). The B-spline processing unit 4 calculates knots, sums, products, and the like. In the following description, notations such as u [*, i] correspond to those described in Table 1.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【0013】四辺形メッシュのひとつの境界曲線C
(u)は、次のようなd次のB−spline曲線とする。
A boundary curve C of a quadrilateral mesh
(U) is a B-spline curve of d order as follows.

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】ノット列Cは、C=[S0,…,SK+d+1
である。このとき、図2のように、K+1個のパラメー
タ値u〔*,i〕における曲線上での両側の曲面の接ベ
クトルがV〔l,i〕,V〔r,i〕(i=0,…,
k)として指定されているとする。ただし、u〔*,
0〕=S0 u〔*,k〕=SK+d+1である。
The knot sequence C is C = [S 0 , ..., S K + d + 1 ]
Is. At this time, as shown in FIG. 2, the tangent vectors of the curved surfaces on both sides of the curve at K + 1 parameter values u [*, i] are V [l, i], V [r, i] (i = 0, … 、
k). However, u [*,
0] = S 0 u [*, k] = S K + d + 1 .

【0016】もし、k+1個すべてのパラメータ値u
〔*,i〕において曲線の接ベクトルU(u〔*,
i〕)とV〔l,i〕,V〔r,i〕が同一平面上にあ
れば、指定された接ベクトルをもち、G1連続となるよ
うな曲面が構成されることが望まれる。まず、境界曲線
C(u)の導関数U(u)は、
If all k + 1 parameter values u
In [*, i], the tangent vector U (u [*,
If i]) and V [l, i], V [r, i] are on the same plane, it is desirable to construct a curved surface having a specified tangent vector and being G 1 continuous. First, the derivative U (u) of the boundary curve C (u) is

【0017】[0017]

【数2】 [Equation 2]

【0018】のようなd−1次のベクトル関数である。
次に、接平面を定義する共通の接ベクトル関数V(u)
を構成する。U(u〔l,i〕),V〔l,i〕,V
〔r,i〕で定義される平面にはV〔l,i〕+V
〔r,i〕も乗っているので、U(u〔l,i〕)とV
〔l,i〕+V〔r,i〕で、接平面を定義することと
する(図3)。そのあと、V〔l,i〕+V〔r,i〕
を内挿するベクトル関数V(u)を構成し、U(u)と
V(u)で定義される平面を曲線上での接平面とする。
関数V(u)は、
It is a vector function of d-1 order as follows.
Then, a common tangent vector function V (u) that defines the tangent plane
Is configured. U (u [l, i]), V [l, i], V
The plane defined by [r, i] has V [l, i] + V
[R, i] is also on board, so U (u [l, i]) and V
A tangent plane is defined by [l, i] + V [r, i] (FIG. 3). After that, V [l, i] + V [r, i]
A vector function V (u) for interpolating is defined, and the plane defined by U (u) and V (u) is a tangent plane on the curve.
The function V (u) is

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】であるような関数であり、これは2次のB
−spline関数でその間を補間すればよい。
Is a function such as
-Interpolate between them with the spline function.

【0021】[0021]

【数4】 [Equation 4]

【0022】このとき、ノックベクトルTは、 T=[t0=t0=t1<t2<t3<…tk-1<tk=tk+1
=tk+1] であり、 t0=u〔*,0〕=t1<u〔*,1〕<t2<u
〔*,2〕<…u〔*,k−2〕<tk-1<u〔*,k
−1〕<tk=u〔*,k〕=tk+1 となるように選べばよい。たとえば、
At this time, the knock vector T is T = [t 0 = t 0 = t 1 <t 2 <t 3 <... t k-1 <t k = t k + 1
= T k + 1 ], and t 0 = u [*, 0] = t 1 <u [*, 1] <t 2 <u
[*, 2] <... u [*, k-2] <t k-1 <u [*, k
-1] <t k = u [*, k] = t k + 1 . For example,

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】でよいが、境界曲線のノット列Cの中に条
件を満たすものsjが存在すれば、その値を使用する方
が最終的な接ベクトル関数の制御ベクトルの数を減らす
ことができる。この結果、B−splineによる関数の内挿
と同様に、次のような線型方程式が導かれる。
However, if there is a condition s j in the knot sequence C of the boundary curve, it is possible to reduce the number of control vectors of the final tangent vector function by using that value. . As a result, the following linear equation is derived as in the case of function interpolation by B-spline.

【0025】[0025]

【数6】 (Equation 6)

【0026】これは、三重対角行列であるので簡単に解
ける。ここで、αiβiγiは、次の値である。
Since this is a tridiagonal matrix, it can be easily solved. Here, α i β i γ i is the following value.

【0027】[0027]

【数7】 (Equation 7)

【0028】以上で、境界曲線に沿ってその導関数と共
通ベクトル関数が求まったので、境界曲線の両側の曲面
の接ベクトル関数を計算する段階となる。
Now that the derivative and the common vector function have been obtained along the boundary curve, it is the stage of calculating the tangent vector functions of the curved surfaces on both sides of the boundary curve.

【0029】[0029]

【数8】 (Equation 8)

【0030】であり、G1連続条件を満たすものでなけ
ればならないので、
Since it must satisfy the condition of G 1 continuity,

【0031】[0031]

【数9】 [Equation 9]

【0032】これらの関数のk+1個のパラメータu
〔*,i〕における値は、各パラメータにおける与えら
れた接平面条件によって次のような条件
K + 1 parameters u of these functions
The value in [*, i] is based on the following tangent plane conditions for each parameter.

【0033】[0033]

【数10】 [Equation 10]

【0034】[0034]

【数11】 [Equation 11]

【0035】である。あらためて、問題を記述すると、It is Again, describing the problem,

【0036】[0036]

【数12】 (Equation 12)

【0037】であるとき、 W(u)=f(u)U(u)+g(u)V(u) となるような、W(u),f(u),g(u)を求める
ことである。
When W (u) = f (u) U (u) + g (u) V (u), W (u), f (u), g (u) are calculated. Is.

【0038】[0038]

【数13】 (Equation 13)

【0039】を満たすものとして既に決まっている。ま
ず、関数f(u),g(u)は、次のような形式にする
ことで、C1連続な関数にできる。
It has already been determined that the condition is satisfied. First, the functions f (u) and g (u) can be C 1 continuous functions in the following form.

【0040】[0040]

【数14】 [Equation 14]

【0041】そのB−spline係数fiは、V(u)と同
様にして、
The B-spline coefficient f i is the same as V (u),

【0042】[0042]

【数15】 (Equation 15)

【0043】から、連立方程式を解くことによって得ら
れる。関数g(u)についても同様である。残るは、W
(u)の計算であるが、 W(u)=f(u)U(u)+g(u)V(u) のうち、f(u),g(u)は2次、U(u)はd−1
次、V(u)も2次のB−スプラインであるので、d+
1次のB−スプラインベクトル関数
From, it can be obtained by solving the simultaneous equations. The same applies to the function g (u). The rest is W
In the calculation of (u), W (u) = f (u) U (u) + g (u) V (u) where f (u) and g (u) are quadratic and U (u) Is d-1
Next, V (u) is also a quadratic B-spline, so d +
First-order B-spline vector function

【0044】[0044]

【数16】 [Equation 16]

【0045】となる。このW(u)は、境界曲線C
(u)の導関数U(u)と、接平面ベクトルV(u)の
一次結合であることから、U(u)とV(u)で定義さ
れる平面に乗っている。
It becomes This W (u) is the boundary curve C
Since it is a linear combination of the derivative U (u) of (u) and the tangent plane vector V (u), it lies on the plane defined by U (u) and V (u).

【0046】[0046]

【数17】 [Equation 17]

【0047】ここで、f(u),g(u),W(u),
V(u)はいずれは、Bスプライン形式であるので、f
(u),W(u),g(u),V(u)のようなB−ス
プラインの積は、Morkenによる次の論文 k.Morken,
「Some Identities for Products and Degree Raising
of Splines」(Constructive Approximation 7,1991,
pp.195-208)による方法で、ひとつのB−スプラインの
形式に変換できる。
Here, f (u), g (u), W (u),
Since V (u) is eventually in the B-spline format, f (u)
The product of B-splines such as (u), W (u), g (u), V (u) is described in the following article by Morken k. Morken,
`` Some Identities for Products and Degree Raising
of Splines ”(Constructive Approximation 7, 1991,
pp.195-208), it can be converted into one B-spline format.

【0048】また、f(u)U(u)+g(u)V
(u)のような、2つのB−スプライン形式の和は、ノ
ットベクトルをそろえることで、各スプラインの係数の
和を計算することで、ひとつのB−スプライン形式とな
る。結局、境界曲線の両側に、接平面連続な2つのB−
スプライン形式で表現される接ベクトル関数が得られた
ことになる。
Also, f (u) U (u) + g (u) V
The sum of two B-spline formats as shown in (u) becomes one B-spline format by aligning knot vectors and calculating the sum of the coefficients of each spline. After all, on both sides of the boundary curve, two B-
This means that the tangent vector function expressed in spline form has been obtained.

【0049】図4(a)〜(d)は、3次Bスプライン
曲線の両側に指定された接ベクトルをもつような接平面
連続な導関数を構成し、その導関数を線織面で表現した
例である。等パラメータ線により指定された接ベクトル
を満たし、等高線により滑らかに接続されていることが
わかる。
4 (a) to 4 (d) construct a tangential plane continuous derivative having specified tangent vectors on both sides of the cubic B-spline curve, and express the derivative with a ruled surface. It is an example. It can be seen that the tangent vector specified by the contour parameter lines is satisfied and the contour lines are connected smoothly.

【0050】以上に示した方法を用いて、B−スプライ
ン曲線で囲まれた4辺形領域の各境界に、図5のような
接ベクトルが線織面として求められたとする(図5で
は、各辺でのW〔l,(u,v)〕とW〔r,(u,
v)〕が同じであることを仮定し、領域の外側に接ベク
トルを示す線織面を示してある)。これらの接ベクトル
と境界曲線を利用して、領域を次のような式で表現され
る曲面式で、内挿する。
It is assumed that a tangent vector as shown in FIG. 5 is obtained as a ruled surface at each boundary of the quadrilateral region surrounded by the B-spline curve by using the method described above (in FIG. 5, W [l, (u, v)] and W [r, (u,
v)] is the same, and a ruled surface showing a tangent vector is shown outside the region). By using these tangent vectors and boundary curves, the area is interpolated by a curved surface expression expressed by the following expression.

【0051】[0051]

【数18】 (Equation 18)

【0052】図5では、ノットベクトルは、T=[t0,
0,t0,t1,t1,t2,t2,t2]となっているが、U=
[U0,U0,U0,U1,U1,U2,U2,U2],V=[V0,
0,V0,V1,V1,V2,V2,V2]のように独立に選ぶこ
とができる。
In FIG. 5, the knot vector is T = [t 0 ,
t 0 , t 0 , t 1 , t 1 , t 2 , t 2 , t 2 ], but U =
[U 0 , U 0 , U 0 , U 1 , U 1 , U 2 , U 2 , U 2 ], V = [V 0 ,
V 0 , V 0 , V 1 , V 1 , V 2 , V 2 , V 2 ] can be independently selected.

【0053】前記(1)式では、図5のような4つの曲
面U0(u,v),U1(u,v),V0(u,v),V1(u,v)の
他に、W(u,v)という5つめの曲面が必要となるが、
たとえば、図7のように、一方の対辺の境界曲線の線織
面を利用することができる(この曲面式の選び方によ
り、領域を内挿する曲面の形状を制御することもでき
る)。この結果、図5のような領域が、図8のような曲
面で内挿される。(1)式の曲面式は、
In the equation (1), the four curved surfaces U 0 (u, v), U 1 (u, v), V 0 (u, v) and V 1 (u, v) as shown in FIG. Besides, a fifth curved surface called W (u, v) is required,
For example, as shown in FIG. 7, it is possible to use the ruled surface of the boundary curve on one of the opposite sides (the shape of the curved surface for interpolating the region can be controlled by selecting this curved surface expression). As a result, the area as shown in FIG. 5 is interpolated by the curved surface as shown in FIG. The curved surface equation of equation (1) is

【0054】[0054]

【数19】 [Formula 19]

【0055】とおくと、Putting it aside,

【0056】[0056]

【数20】 (Equation 20)

【0057】のように表わせる。積Wi(u,v)S
i(u,v)は共にB−スプライン形式であり、B−スプ
ライン形式に変換でき(Morken の論文により)、有理
B−スプライン形式となる。これらは、分母が共通であ
るので、ノットベクトルをそろえれば、和もB−スプラ
イン形式にできる。この処理を施したものが図9であ
り、図8の中央部分の内挿曲面と制御ネットである。
It can be expressed as follows. Product W i (u, v) S
Both i (u, v) are in the B-spline format, and can be converted into the B-spline format (according to Morken's paper), which results in the rational B-spline format. Since these have a common denominator, if the knot vectors are aligned, the sum can also be in the B-spline form. The result of this processing is shown in FIG. 9, which is the interpolated curved surface and control net in the central portion of FIG.

【0058】前記(1)式の曲面を数学的に変換する
と、生成される有理B−スプライン曲面の4隅の制御点
の重みが0となるので、微小な量εを用いて(1)式を
(2)式のように変形したもので計算したのが、図9の
制御ネットである。
When the curved surface of the equation (1) is mathematically converted, the weights of the control points at the four corners of the generated rational B-spline curved surface become 0, so that the equation (1) is calculated using a minute amount ε. The control net of FIG. 9 is calculated by modifying the equation (2).

【0059】[0059]

【数21】 [Equation 21]

【0060】非四辺形のメッシュの場合には、複数の4
辺形になるようにメッシュを分割することで、本発明の
方式を利用可能である。
In the case of a non-quadrilateral mesh, a plurality of four
The method of the present invention can be used by dividing the mesh into a quadrangle.

【0061】図10は、本発明による自由曲面生成方法
を説明するためのフローチャートである。以下、各ステ
ップ(S)に従って順に説明する。まず、形状データ部
7に対してB−スプライン曲線で構成されるメッシュの
入力を行い(S1)、各曲線に対して、境界曲線のいく
つかの位置への接ベクトルの設定を形状データ部に対し
て行う(S2)。
FIG. 10 is a flow chart for explaining the free-form surface generating method according to the present invention. Hereinafter, each step (S) will be described in order. First, a mesh composed of B-spline curves is input to the shape data section 7 (S1), and for each curve, setting of tangent vectors to some positions of the boundary curve is set in the shape data section. It does to (S2).

【0062】次に、各メッシュに対し、曲線の両端に接
続する曲線の接ベクトル及び指定された接ベクトルを境
界曲線の微分ベクトルによって定義される接平面で連続
となるような線織面を構成する(S3)。次に、各メッ
シュに対し、メッシュ内部の形状を制御する曲面を構成
し(S4)、各メッシュに対し、各曲面を(1)式を使
って、ひとつの曲面に合成する(S5)。
Next, for each mesh, a ruled surface is constructed so that the tangent vector of the curve connecting both ends of the curve and the specified tangent vector are continuous on the tangent plane defined by the differential vector of the boundary curve. Yes (S3). Next, a curved surface for controlling the shape inside the mesh is formed for each mesh (S4), and each curved surface is combined into one curved surface using the equation (1) for each mesh (S5).

【0063】[0063]

【発明の効果】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)請求項1に対応する効果:B−スプライン曲線の
両端及び途中のいくつかの位置に、平面を指定すること
で、それらの平面が両端及びいくつかの位置における接
平面となるような曲面形状を生成するので、滑らかな接
続条件を満たす曲面の制御点の構成により、B−スプラ
イン曲線を境界とするメッシュ間を滑らかに接続するこ
とが可能になる。 (2)請求項2に対応する効果:領域の各境界における
滑らかな接続を用いて領域の内部を内挿するので、境界
及び内部の形状を制御する曲面群から、ひとつの滑らか
な有理B−スプライン曲面を構成できるようになる。 (3)請求項3,4に対応する効果:滑らかな接続条件
を満たす曲面の制御点の構成により、B−スプライン曲
線を境界とするメッシュ間を滑らかに接続することが可
能になるとともに、境界及び内部の形状を制御する曲面
群から、ひとつの滑らかな有理B−スプライン曲面を構
成できるようになる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. (1) Effect corresponding to claim 1: By designating planes at both ends of the B-spline curve and at some positions in the middle, those planes become tangent planes at both ends and some positions. Since the curved surface shape is generated, it is possible to smoothly connect the meshes having the B-spline curve as a boundary by configuring the control points of the curved surface that satisfy the smooth connection condition. (2) Effect corresponding to claim 2: Since the inside of the region is interpolated by using the smooth connection at each boundary of the region, one smooth rational B-from the curved surface group that controls the shape of the boundary and the inside. It becomes possible to construct a spline curved surface. (3) Effects corresponding to claims 3 and 4: The configuration of the control points of the curved surface satisfying the smooth connection condition makes it possible to smoothly connect between the meshes having the B-spline curve as a boundary, and also at the boundary. And a smooth rational B-spline curved surface can be constructed from the curved surface group controlling the internal shape.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による自由曲面生成装置の一実施例を
説明するための構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of a free-form surface generating apparatus according to the present invention.

【図2】 本発明における接ベクトルの指定を説明する
ための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining designation of a tangent vector in the present invention.

【図3】 本発明における接平面の決定を説明するため
の図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining determination of a tangent plane in the present invention.

【図4】 本発明における線織面の生成を説明するため
の図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining generation of a ruled surface in the present invention.

【図5】 本発明における接ベクトルが線織面として求
めた様子を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing how a tangent vector in the present invention is obtained as a ruled surface.

【図6】 本発明におけるB−スプラインの基底関数を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a B-spline basis function in the present invention.

【図7】 本発明における一方の対辺の境界曲線の線織
面を利用する様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing how to use a ruled surface of a boundary curve of one opposite side in the present invention.

【図8】 本発明における内挿された曲面を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an interpolated curved surface in the present invention.

【図9】 図8の内挿曲面にB−スプライン形式にした
図である。
9 is a diagram showing the interpolation curved surface of FIG. 8 in a B-spline format.

【図10】 本発明による自由曲面生成方法を説明する
ためのフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for explaining a free-form surface generation method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…メッシュデータ入力部、2…接ベクトルデータ設定
部、3…隣接メッシュと滑らかに接続する線織面生成
部、4…B−スプライン処理部、5…内部曲面生成部、
6…曲面合成部、7…形状データ部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mesh data input part, 2 ... Tangent vector data setting part, 3 ... Ruled surface generation part which connects smoothly with adjacent meshes, 4 ... B-spline processing part, 5 ... Internal curved surface generation part,
6 ... Curved surface synthesis section, 7 ... Shape data section.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 B-スプライン曲線の両端及び途中のい
くつかの位置に平面を指定することで、それらの平面が
両端及びいくつかの位置における接平面となるような曲
面形状を生成することを特徴とする自由曲面生成方法。
1. By designating planes at both ends of a B-spline curve and at some positions in the middle of the B-spline curve, it is possible to generate a curved surface shape such that the planes become tangent planes at both ends and some positions. Characteristic free-form surface generation method.
【請求項2】 領域の各境界における滑らかな接続を用
いて領域の内部を内挿することを特徴とする請求項1記
載の自由曲面生成方法。
2. The free-form surface generating method according to claim 1, wherein the inside of the region is interpolated by using a smooth connection at each boundary of the region.
【請求項3】 B-スプライン曲線で構成されるメッシ
ュデータを入力し、各曲線に対し、境界曲線のいくつか
の位置への接ベクトルの設定を行い、各メッシュに対
し、曲線の両端に接続する曲線の接ベクトル及び指定さ
れた接ベクトルを境界曲線の微分ベクトルによって定義
される接平面で連続となるような線織面を構成し、各メ
ッシュに対し、メッシュ内部の形状を制御する曲面を構
成し、各メッシュに対し、各曲面をひとつの曲面に合成
することを特徴とする自由曲面生成方法。
3. Input mesh data composed of B-spline curves, set tangent vectors to some positions of the boundary curve for each curve, and connect each mesh to both ends of the curve. The curved surface that controls the shape inside the mesh is constructed for each mesh by constructing a ruled surface so that the tangent vector of the curved line and the specified tangent vector are continuous on the tangent plane defined by the differential vector of the boundary curve. A method of generating a free-form surface, which comprises structuring and combining each curved surface into one curved surface.
【請求項4】 B-スプライン曲線で構成されるメッシ
ュデータを入力する入力部と、境界曲線のいくつかの位
置への接ベクトルデータを設定する設定部と、隣接メッ
シュと滑らかに接続する線織面を生成する線織面生成部
と、内部曲面を生成する内部曲面生成部と、曲面を合成
する曲面合成部と、これらに各部とのデータをやりとり
する形状データ部と、ノットの挿入、和,積などの計算
を行うB-スプライン処理部とを有し、滑らかな接続条
件を満たす曲面の制御点の構成により、Bスプライン曲
線を境界とするメッシュ間を滑らかに接続するようにし
たことを特徴とする自由曲面生成装置。
4. An input unit for inputting mesh data composed of B-spline curves, a setting unit for setting tangent vector data to some positions of a boundary curve, and a line weave that smoothly connects to adjacent meshes. A ruled surface generating unit for generating a surface, an internal curved surface generating unit for generating an internal curved surface, a curved surface synthesizing unit for synthesizing curved surfaces, a shape data unit for exchanging data with these units, a knot insertion, a sum , A B-spline processing unit for calculating a product and the like, and smoothly connecting meshes having a B-spline curve as a boundary by configuring a control point of a curved surface satisfying a smooth connection condition. Characterized free-form surface generator.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100913422B1 (en) * 2006-12-04 2009-08-21 한국전자통신연구원 System and method for designing curves
JP2010049677A (en) * 2008-07-04 2010-03-04 Dassault Systemes Computer-implemented method of design of surface defined by guiding curve
CN104123027B (en) * 2013-04-28 2017-03-22 北京汇冠新技术股份有限公司 Touch track smoothing method

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