JPH0887608A

JPH0887608A - 三次元形状モデル変形方法及び装置

Info

Publication number: JPH0887608A
Application number: JP6221823A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shiitani; 秀一椎谷; Masanori Watanabe; 正規渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP3559913B2

Abstract

(57)【要約】【目的】細かい特殊な変形機能は削除して簡単な変形
操作のみに限定することにより、一般ユーザでも熟練を
必要とせずに極めて簡易に三次元の形状モデルの変形を
行うことができる三次元形状モデル変形方法及び装置の
提供。【構成】三次元の形状モデルを表示する表示手段１
と、形状モデルの変形部分と変形方向及び変形量とを指
示入力する入力手段２と、入力手段２からの入力に応じ
て形状モデルを変形する変形手段３と、形状モデルのデ
ータと形状モデルの変形時における変更規則とを記憶す
る記憶手段４と、記憶手段４の記憶内容を参照して、入
力手段２から指示された変形が可能か否かを判断し、変
形可能である場合にはその変形パターンを解析する変形
解析手段５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示装置に二次元的に
表示された三次元の形状モデルに変形を施し、変形後の
形状モデルを逐次表示する三次元形状モデル変形装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機の高速化に伴い、三次元の
形状モデルを変形して瞬時に表示することが可能とな
り、三次元の形状モデルをオペレータが対話的に操作し
て変形後の形状モデルを再表示するような機能が要求さ
れている。従って、オペレータの思考を妨げることな
く、三次元の形状モデルを変形するための操作方法が必
要である。

【０００３】従来、精密な変形を行うためのシステムと
しては、形状モデルを記述している数式のパラメータを
変更したり、ある特徴点（点ではその点自身，直線では
その端点，面ではその頂点）をどの方向にどの程度だけ
移動する等を実現するためにコマンドを入力するものが
ある。

【０００４】また、コマンド入力以外の手法としては、
画面上の操作にて変形を行うシステムも知られている。
このシステムには、三次元の形状モデルを三面図にて表
現して画面上で変形操作を行うシステムと、二次元の画
面上に三次元の形状モデルを斜視図のように疑似表示し
て画面上で変形操作を行うシステムとが存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】コマンド入力による変
形操作手法では、かなりの数のコマンドを覚えなければ
ならない、また変形操作後の結果を予測することが困難
であるという問題がある。また、三面図にて表現した上
での変形操作でも、三面図に慣れていないと変形操作後
の結果を予測することは困難である。更に、疑似三次元
表示上での変形操作では、変形の方向（特に奥行き方
向）を特定する場合に特別な操作及び熟練性を必要とす
るという問題がある。

【０００６】従来の何れの手法においても、細かい特殊
な変形をも含んだ変形操作では、コマンドの種類及びモ
ードの切り換えが増えるので、その操作は煩雑でありし
かも分かりにくいものとなっている。この結果として、
このような手法に熟練するためには相当の時間を要し、
一般ユーザにはほとんど使えないのが現状である。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、細かい特殊な変形機能は削除して簡単な変形操
作のみに限定することにより、極めて容易に変形操作を
行うことができ、一般ユーザでも熟練を必要とせずに簡
易に三次元の形状モデルの変形を行うことができる三次
元形状モデル変形方法及び装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１におけ
る三次元形状モデル変形方法は、三次元の形状モデルに
対して変形可能な変形パターンを示す変形規則を予め格
納しておき、この変形規則を参照して、入力指示される
変形が可能か否かを判断し、変形可能である場合にはそ
の変形パターンを解析することを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項２における三次元形状モデ
ル変形方法は、請求項１において、変形規則が、幾何学
的性質を失わせない変形のみを行える規則であることを
特徴とする。

【００１０】図１は本発明の請求項３における原理図で
ある。請求項３記載の三次元形状モデル変形装置は、三
次元の形状モデルを表示する表示手段１と、形状モデル
の変形部分と変形方向及び変形量とを指示入力する入力
手段２と、入力手段２からの入力に応じて形状モデルを
変形する変形手段３と、形状モデルのデータと形状モデ
ルの変形時における変更規則とを記憶する記憶手段４
と、記憶手段４の記憶内容を参照して、入力手段２から
指示された変形が可能か否かを判断し、変形可能である
場合にはその変形パターンを解析する変形解析手段５と
を備えている。

【００１１】図２は本発明の請求項４における原理図で
ある。請求項４記載の三次元形状モデル変形装置は、請
求項３の三次元形状モデル変形装置と同様の表示手段
１，入力手段２，変形手段３，記憶手段４及び変形解析
手段５と、複数種の三次元の形状モデルのデータを蓄え
ておく形状モデル記憶手段６と、形状モデル記憶手段６
に蓄えられた形状モデルのデータから変形規則を生成す
る変形規則生成手段７とを備えている。

【００１２】本発明の請求項５における三次元形状モデ
ル変形装置は、図２の変形規則生成手段７が、三次元の
形状モデルが角錐であるか角柱であるか球であるかを判
断し、かつ、どの面が底面であるかを判別し、それぞれ
の点，線及び面に対して変形可能なパターンを決定する
ように構成されている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の三次元形状モデル変形方法で
は、表示した三次元の形状モデルに対する変形パターン
を示す変形データが入力された際に、予め格納しておい
た変形規則を参照して、この変形データ入力による変形
が可能か否かを判断し、変形可能である場合にはその変
形パターンを解析する。よって、変形操作の数が減少し
て、一般ユーザが容易に三次元の形状モデルの変形を行
える。

【００１４】請求項２記載の三次元形状モデル変形方法
では、変形処理によって幾何学的性質は失わないように
変換規則を規定する。複雑な変形処理は行えないように
変形規則を限定するので、熟練を必要とせずに誰でも容
易に変形処理を行える。

【００１５】請求項３記載の三次元形状モデル変形装置
では、図１において、表示手段１に表示された三次元の
形状モデルに対して、その変形部分と変形方向及び変形
量とを入力手段２にて変形手段３に指示入力する。変形
手段３は入力されたこれらの変形データを変形解析手段
５へ出力する。変形解析手段５は、記憶手段４に記憶さ
れた変形規則を参照して、変形手段３に入力された指示
内容の変形が可能か否かを判断し、その判断結果と、可
能な場合にはその変形規則とを変形手段３へ出力する。
変形手段３は、記憶手段４に記憶された現在の形状モデ
ルのデータを参照して、入力手段２からの指示と変形解
析手段５からの変形規則とに基づいて変形を行い、変形
処理後の形状モデルのデータを表示手段１へ出力する。
表示手段１はこの変形された形状モデルを表示する。

【００１６】請求項４記載の三次元形状モデル変形装置
の原理図である図２において、図１と同番号を付した部
分は同一の作用をなす。請求項４記載の三次元形状モデ
ル変形装置では、記憶手段４に記憶する変形規則を自動
的に作成する。形状モデル記憶手段６は、複数種の三次
元の形状モデルの点・線・面データのみを蓄えており、
変形規則生成手段７は、形状モデル記憶手段６に蓄えら
れた点・線・面データを解析してこれらに対する変形可
能な変形規則を作成し、その作成した変形規則を記憶手
段４へ出力する。この三次元形状モデル変形装置では、
独自に変形規則を作成するので、種々の形状モデルに対
応できる。

【００１７】請求項５記載の三次元形状モデル変形装置
では、請求項４において変形規則を生成する際に、ま
ず、三次元の形状モデルが角錐であるか角柱であるか球
であるかを判断した後、どの面が底面であるかを判別
し、決定された形状の性質に応じて変形規則を生成す
る。よって、形状モデルに合った変形規則を迅速に生成
できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。

【００１９】（実施例１）図３は、本発明の実施例１に
よる三次元形状モデル変形装置の構成を示す模式図であ
る。図において11は三次元の形状モデルを二次元の画面
上にカラー表示するディスプレイ装置である。また、13
は三次元の形状モデルの図形データを解析し、二次元表
示の図形データに直してディスプレイ装置11に出力する
表示部である。ディスプレイ装置11上で形状モデルの変
形部分を指示したり、その変形方向, 変形量等を指定す
るマウス12がディスプレイ装置11に接続されており、マ
ウス12の指示データは入力解析部14に出力される。入力
解析部14は、マウス12の位置が形状モデルのどの部分を
指しているかを判断し、その判断結果を変形部15へ出力
する。

【００２０】また、16は変形規則付き形状モデル記憶部
であり、三次元の形状モデルの点・線・面データと、そ
れらの点・線・面に対してどのような変形を許すかとい
う変形規則とを格納している。17は変形規則解析部であ
り、変形規則付き形状モデル記憶部16の記憶内容に基づ
いて、変形部15への変形指示入力により指示された点・
線・面が変更可能であるか否かを判断する。そして、変
形規則解析部17は、変形不可能である場合にはその旨を
変形部15へ出力し、変形可能である場合にはどの方向に
どのような変形が可能であるかを解析してその解析結果
を変形部15へ出力する。

【００２１】変形部15は、変形可能である場合には、入
力解析部14からの指示入力と変形規則解析部17からの認
識結果とに基づいて実際に変形処理を施し、変形規則付
き形状モデル記憶部16における三次元の形状モデルの点
・線・面データを更新する。また、その更新した結果を
表示部13へ出力する。表示部13は、この更新結果に応じ
て変形後の形状モデルをディスプレイ装置11に表示させ
る。

【００２２】次に、動作について説明する。三次元の形
状モデルが表示されたディスプレイ装置11上のマウスカ
ーソルをマウス12にて移動させると、入力解析部14は、
マウスカーソルが三次元の形状モデルのどの構成部分
（具体的には点，線，面の何れか）を指し示しているか
を判断し、指示されている構成部分が変形部15に入力さ
れる。指示されている構成部分が変形可能であるか否か
を調べるために、その構成部分が変形部15から変形規則
解析部17に入力される。変形規則解析部17では、、変形
規則付き形状モデル記憶部16の記憶内容を参照して、指
示された構成部分が変形可能であるか否かを判断し、そ
の判断結果を変形部15へ出力する。変形部15は、その判
断結果と構成部分とを表示部13へ出力する。表示部13
は、判断結果が変形可能である場合に、その構成部分を
他の部分とは色分けしてディスプレイ装置11に表示す
る。

【００２３】そして、ディスプレイ装置11において色分
け表示されている構成部分上で、マウス12をドラッグ
（ボタンを押しながら移動する）すると、入力解析部14
は、マウスカーソルが指し示している色分け表示された
構成部分がどれであるかを判断し、その構成部分とドラ
ッグの始点・終点の座標とを変形部15へ出力する。変形
部15は入力された構成部分を変形規則解析部17へ出力す
る。変形規則解析部17では、変形規則付き形状モデル記
憶部16の記憶内容を参照して、指定された構成部分がど
の方向にどのように変形できるかを解析し、その解析結
果を変形部15へ出力する。変形部15は、変形規則付き形
状モデル記憶部16に記憶された現在の形状モデルのデー
タを参照し、変形規則解析部17から入力された変形規則
と入力解析部14からのドラッグの始点・終点の座標との
情報に基づいて、変形を行い、その変形結果を変形規則
付き形状モデル記憶部16に出力して形状モデルの記憶デ
ータを更新すると共に、その変形結果を表示部13へも出
力する。表示部13は、変形された形状モデルをディスプ
レイ装置11に表示する。ここで、ドラッグの始点・終点
のサンプリングは極めて短時間の周期にて繰り返すの
で、マウス12の移動に連動して変形されていく形状モデ
ルが、ほとんどリアルタイムでディスプレイ装置11に表
示される。

【００２４】次に、変形規則付き形状モデル記憶部16に
記憶されている変形規則の詳細について説明する。本発
明の三次元形状モデル変形装置では、変形規則付き形状
モデル記憶部16に記憶される変換規則を以下のように規
定する。すべての三次元の形状モデルは角柱，角錐及び
球の組み合わせにて表現する。また、それぞれの図形
は、変換処理によって幾何学的性質は失わないようにす
る。例えば、四角柱は変形操作によって、四角柱という
幾何学的性質は失われず、五角柱または四角錐等にはな
らないようにする。幾何学的性質を維持するために、角
柱，角錐については、底面の変形及び高さの変更のみが
可能であり、球については、一直径方向への圧縮のみを
可能とする。

【００２５】図４は、変形規則付き形状モデルの一実施
例を示している。以下、図４及び変形例を示す図５〜図
16を参照して、変形可能及び変形不可能な具体例につい
て説明する。

【００２６】図中Ａ１は三次元の形状モデルの点を表現
するデータ形式であり、点の数だけの要素を持ったリス
トからなり、各点を示す要素は座標Ａ２と基準要素Ａ３
とへのポインタを有する。Ａ２は各点の位置を示す三次
元座標であり、ｘ，ｙ，ｚの三要素で構成されている。
また、Ａ３は各点の変形基準要素を示している。

【００２７】球の極点の場合には、これに対応するフィ
ールドＡ３には他方の極点が記述されており、極点同士
を結んだ線分を伸縮するような変形が可能である（図５
参照）。極点以外の球の構成点は変形不可であり、これ
に対応するフィールドＡ３には何も記述されていない。

【００２８】角錐の頂点の場合には、これに対応するフ
ィールドＡ３には底面の面番号が記述される。頂点は底
面の法線ベクトル方向への変形のみが可能であり、角錐
の高さが変更される（図６参照）。角錐または角柱の底
面を構成する点の場合には、これに対応するフィールド
Ａ３には底面においてこの点を通る二辺の線が記述され
る。そして、角錐の場合、この二つの線の何れかの方向
に沿った変形が行われる（図７参照）。角柱の場合も同
様に、この二つの線の何れかの方向に沿った変形が行わ
れるが、この際他方の底面における対応点も同じ変形が
行われる（図８参照）。

【００２９】図４のＢ１は三次元の形状モデルの線を表
現するデータ形式であり、線の数だけの要素を持ったリ
ストからなり、各線を示す要素は端点Ｂ２と基準要素Ｂ
３とへのポインタを有する。Ｂ２は各線の端点を示し両
端の点の点番号で構成されている。また、Ｂ３は各線の
変形基準要素を示している。

【００３０】球の場合には、これを構成するすべての線
が変形不可であり、対応するフィールドＢ３には何も記
述されていない。また、角錐の頂点と底面の一点とを結
ぶ線も変形不可であって何も記述されていない。

【００３１】角柱の底面同士を結ぶ線の場合には、その
線の何れかの端点を通る底面を構成する二辺の線が対応
するフィールドＢ３に記述され、その端点の変形と同じ
変形が可能である（図９参照）。角錐または角柱の底面
を構成する線の場合には、底面においてその線と交わる
二辺の線が対応するフィールドＢ３に記述される。角錐
の場合、線は底面と同一平面上を移動して水平方向に変
形され、前記二辺の線を伸ばした（または縮めた）とき
の二交点間の長さにその線は変更される（図10参照）。
角柱の場合も同様に、底面と同一平面上で変形が行われ
るが、この際他方の底面においても同じ変形が行われる
（図11参照）。

【００３２】図４のＣ１は三次元の形状モデルの面を表
現するデータ形式であり、面の数だけの要素を持ったリ
ストからなり、各点を示す要素は構成点Ｃ２と基準要素
Ｃ３とへのポインタを有する。Ｃ２は各面の構成点を示
し各面を構成する点の点番号の列で構成されている。ま
た、Ｃ３は各面の変形基準要素を示している。

【００３３】球の場合には、これを構成するすべての面
が変形不可であり、対応するフィールドＣ３には何も記
述されていない。また、角錐の側面も変形不可であって
何も記述されていない。

【００３４】角錐または角柱の底面の場合には、その底
面自体が対応するフィールドＣ３に記述される。底面は
その法線ベクトル方向への変形が可能であり、角錐また
は角柱の高さが変更される（図12，図13参照）。また、
角柱の側面の場合には、その側面と底面との交線の底面
において交わる二辺の線が対応するフィールドＣ３に記
述され、その交線と同じ変形が可能である（図14参
照）。

【００３５】図４のＤ１は角錐と角柱とにのみ存在し、
それぞれ頂点から底面，一方の底面から他方の底面に垂
直に下ろした線を表現するデータ形式であり、このデー
タは端点Ｄ２と基準面Ｄ３とへのポインタを有する。Ｄ
２は軸の端点であり、角錐の場合は頂点が、角柱の場合
は一方の底面が記述されている。また、Ｄ３は軸の基準
面であり、角錐の場合は底面が、角柱の場合はフィール
ドＤ２に記述されていない他方の底面が記述されてい
る。

【００３６】軸は、移動しない基準面に平行に移動した
変形が可能であり、軸の移動に連動して端点も同じ変形
が行われる（図15，図16参照）。

【００３７】（実施例２）図17は、本発明の実施例２に
よる三次元形状モデル変形装置の構成を示す模式図であ
る。図17において図３と同一部分には同一符号を付して
説明を省略する。図17に示す実施例２の構成は、図３に
示す構成部材に加えて、三次元の形状モデルの点・線・
面データのみを格納する形状モデル記憶部18と、形状モ
デル記憶部18内の点・線・面データを解析して変形規則
を生成し、それを変形規則付き形状モデル記憶部16に格
納する変形規則生成部19とを更に備えている。

【００３８】次に、動作について説明する。表示部13が
ディスプレイ装置11に三次元の形状モデルを表示する際
に、初めて形状モデル記憶部18の三次元の形状モデルの
データにアクセスすると、変形規則生成部19にて、形状
モデル記憶部18のアクセスされたデータに基づいて、変
形規則が生成され、形状モデルのデータと生成した変形
規則とが変形規則付き形状モデル記憶部16に出力されて
その内部に格納される。なお、その後の変形処理におけ
る動作は、上述した実施例１と同じであるので、説明は
省略する。

【００３９】次に、この実施例２の変形規則生成部19に
おける変形規則の生成方法について、その手順を示す図
18のフローチャートを参照して説明する。まず、対象の
三次元の形状モデルのデータの中から平行でしかも長さ
が等しい線が３本以上存在するか否かを判断する（ステ
ップＳ１）。３本以上存在する場合には、角柱であると
決定し（ステップＳ３）、これらの平行かつ等長の３本
以上の線を含まない面を底面として（ステップＳ４）、
ステップＳ９に進む。３本以上存在しない場合には、３
本だけの線の端点となっている点が存在するか否かを判
断する（ステップＳ２）。そのような点が存在する場合
には、角錐であると決定し（ステップＳ５）、面上のす
べての点が３本だけの線の端点である面を底面として
（ステップＳ６）、ステップＳ９に進む。ステップＳ２
で所望の点が存在しない場合には、球であると決定し
（ステップＳ７）、５本以上の線の端点となる点を極点
として（ステップＳ８）、ステップＳ９に進む。ステッ
プＳ９では、以上のようにして決定された形状データ
（点・線・面の種類も含む）に応じて、上述した図４に
示すような変形規則を生成する。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明では、三次元の形
状モデルに対する変形処理において変形可能か変形不可
能かを示す変形規則を内蔵し、変形可能な処理を限定し
たので、変形操作の数を減らして簡易なインターフェー
スを実現できる。そして、複雑は変形操作は不要である
ので、操作に熟練を必要とせず、一般のユーザも極めて
容易に三次元の形状モデルの変形処理を行うことができ
る。また、変形処理後の三次元の形状モデルを即時に表
示するので、ユーザに直観的にわかりやすく変形処理後
の形状モデルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項３記載の三次元形状モデル変形
装置の原理説明図である。

【図２】本発明の請求項４記載の三次元形状モデル変形
装置の原理説明図である。

【図３】本発明の実施例１の三次元形状モデル変形装置
の構成図である。

【図４】本発明の三次元形状モデル変形装置における変
形規則付き形状モデルのデータ構成図である。

【図５】本発明の三次元形状モデル変形装置における変
形例（球の変形）を示す斜視図である。

【図６】本発明の三次元形状モデル変形装置における他
の変形例（頂点による角錐の変形）を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の三次元形状モデル変形装置における更
に他の変形例（底面を構成する点による角錐の変形）を
示す斜視図である。

【図８】本発明の三次元形状モデル変形装置における更
に他の変形例（底面を構成する点による角柱の変形）を
示す斜視図である。

【図９】本発明の三次元形状モデル変形装置における更
に他の変形例（底面と底面とを結ぶ線による角柱の変
形）を示す斜視図である。

【図１０】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（底面を構成する線による角錐の変形）
を示す斜視図である。

【図１１】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（底面を構成する線による角柱の変形）
を示す斜視図である。

【図１２】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（底面による角錐の変形）を示す斜視図
である。

【図１３】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（底面による角柱の変形）を示す斜視図
である。

【図１４】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（側面による角柱の変形）を示す斜視図
である。

【図１５】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（軸による角錐の変形）を示す斜視図で
ある。

【図１６】本発明の三次元形状モデル変形装置における
更に他の変形例（軸による角柱の変形）を示す斜視図で
ある。

【図１７】本発明の実施例２の三次元形状モデル変形装
置の構成図である。

【図１８】本発明の実施例２の三次元形状モデル変形装
置における変形規則作成の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１表示手段２入力手段３変形手段４記憶手段５変形解析手段６形状モデル記憶手段７変形規則生成手段 11 ディスプレイ装置 12 マウス 13 表示部 14 入力解析部 15 変形部 16 変形規則付き形状モデル記憶部 17 変形規則解析部 18 形状モデル記憶部 19 変形規則生成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元の形状モデルを表示し、表示され
た形状モデルに対する変形パターンを示す変形データを
入力し、入力した変形データに基づいて形状モデルを変
形する三次元形状モデル変形方法において、形状モデル
に対して変形可能な変形パターンを示す変形規則を予め
格納しておき、該変形規則を参照して、入力された変形
データによる変形が可能か否かを判断し、変形可能であ
る場合にはその変形パターンを解析することを特徴とす
る三次元形状モデル変形方法。
【請求項２】前記変形規則は、幾何学的性質を失わせ
ない変形のみを行える規則であることを特徴とする請求
項１記載の三次元形状モデル変形方法。
【請求項３】三次元の形状モデルを表示する表示手段
と、表示された形状モデルに対する変形パターンを示す
変形データを入力する入力手段と、入力された変形デー
タに基づいて形状モデルを変形する変形手段とを備えた
三次元形状モデル変形装置において、形状モデルのデー
タと形状モデルに対して変形可能な変形パターンを示す
変形規則とを記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内
容を参照して、前記入力手段にて入力された変形データ
による変形が可能か否かを判断し、変形可能である場合
にはその変形パターンを解析する変形解析手段とを備え
ることを特徴とする三次元形状モデル変形装置。
【請求項４】複数種の三次元の形状モデルのデータを
蓄えておく形状モデル記憶手段と、該形状モデル記憶手
段に蓄えられた形状モデルのデータから所定の変形可能
基準に従って変形規則を生成する生成手段とを更に備え
ることを特徴とする請求項３記載の三次元形状モデル変
形装置。
【請求項５】前記生成手段は、三次元の形状モデルが
角錐であるか角柱であるか球であるかを判断する手段
と、どの面が底面であるかを判別する手段と、それぞれ
の点，線及び面に対する可能な変形パターンを変形規則
として決定する手段とを有することを特徴とする請求項
４記載の三次元形状モデル変形装置。