JPH09114873A - 体積算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】三次元のＣＡＤ情報で定義された部品の体積の
算出を自動的、かつ高速かつ高精度に行う。 【解決手段】本システムは、体積測定空間定義装置，投
影図作成装置，及び画像情報作成装置７を有し、二つの
投影平面に投影された撮影図Ａ，Ｂ間での共有領域の大
いさから、部品の体積を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元のＣＡＤ情
報として定義された部品の体積を算出するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元のＣＡＤ情報で定義された
部品の体積を算出するには、人間がＣＡＤデータのフォ
ーマットで記録されている部品の形状を“底面積×高
さ”等といった幾何学的な構造に再定義し、それを用い
て体積の値を計算するという方式や、対象部品を囲む空
間を細かいメッシュ状に分割し、各メッシュ毎にそのメ
ッシュ内に部品が存在しているかどうかチェックするこ
とにより対象部品の体積を計算するという方式が用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の前者では
データ構造の再定義に時間と手間がかかる、複雑な形状
のものには適用しにくい、また、ごく単純な形状のもの
以外に対しては体積算出の自動化が困難である、等とい
った問題点がある。

【０００４】また、後者の方法では、ある程度の精度で
体積を計算するにはメッシュをかなり細かく分割しなけ
ればならないため、計算に多量の時間がかかってしまう
という問題点がある。

【０００５】本発明の目的は三次元のＣＡＤ情報で定義
された部品の体積の算出を自動的かつ高速かつ高速かつ
高精度に行うことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では請求項１として、グラフィックワークス
テーションの持つZ−buffer(グラフィックデータに対し
てある視界を設定した場合に、投影平面の各ピクセル毎
に設定される、投影平面からグラフィック対象物までの
距離の情報）の情報を用いて、体積を測定する部品をは
さみ込むような向かい合う二つの投影平面を定義し、そ
こに対象部品を描画した際のそれぞれの画面のZ−buffe
r 情報を抽出し、それらによって定義される部品の形状
の共有領域の大きさから対象部品の体積を算出するとい
う手段を用いる。

【０００７】また、請求項２として、請求項１の手段で
四つもしくは六つの向かい合う投影平面により定義され
る共有領域の大きさから対象部品の体積を算出するとい
う手段を用いる。

【０００８】また、請求項３として、請求項１の手段で
対象部品を描画するポリゴンの表と裏を区別して表示
し、投影平面から見えているポリゴンが表面の場合は投
影平面からポリゴン表面までの空間に部品が存在せずポ
リゴン表面以降の空間に部品が存在していると定義し、
投影平面から見えているポリゴンが裏面の場合は投影平
面からポリゴンの表面までの空間に部品が存在しポリゴ
ン表面以降の空間には部品が存在していないと定義する
という手段を用いる。

【０００９】さらに、請求項４として、請求項１の手段
で対象部品の名称，体積測定空間と対象部品の位置関
係，体積測定空間の向かい合う平面の投影図，前記投影
図から得られる画像情報，向かい合う平面の画像情報に
より定義される部品の形状の共有領域の状況，算出され
た体積の値のうち少なくとも一つを表示装置に表示する
という手段を用いる。

【００１０】本発明は、請求項１では、三次元ＣＡＤ情
報で定義された部品の体積を、画面のZ−buffer 情報を
用いることにより自動的かつ高速かつ高精度に算出する
ことができる。

【００１１】また、請求項２では、向かい合う二つの投
影平面から死角となるような部分の形状も正しく認識で
きる。

【００１２】また、請求項３では、投影平面と対象部品
のポリゴンが重なった場合（投影平面からポリゴンの裏
面を見てしまう場合）でも体積を正しく算出できる。

【００１３】さらに、請求項４では、ユーザに体積算出
方式の処理の内容を表示することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１から図１８に本発明の一実施
例を示す。

【００１５】図１に本発明のシステムの基本構成を示
す。本システムは基本的に三次元CADデータ記憶装置
１，入力装置２，体積算出部品選択装置３，体積測定空
間定義装置４，投影図作成装置５，表示装置６，画像情
報作成装置７，体積計算装置８，体積データ記憶装置９
の９つの装置からなる。以下、図１のシステムを対象と
して本発明の実施例を説明する。

【００１６】体積算出の対象となる部品のデータは三次
元のＣＡＤデータとして三次元CADデータ記憶装置１に
記憶されている。ユーザは入力装置２を用いて記憶され
ているＣＡＤデータの中から体積を算出したい部品を指
定する。この指定に基づき体積算出部品選択装置で対象
となる部品のＣＡＤデータを抽出する。そして、体積測
定空間定義装置４を用いてＣＡＤデータで表わされる部
品の周辺に体積測定空間を定義する。次に、投影図作成
装置５により体積測定空間の向かい合う二つの面を投影
平面と定義した際に、体積測定空間中にポリゴンデータ
として定義された物体の二つの投影平面への投影画面の
データを作成する。これらの画面データは表示装置６に
より画面上に表示され、表示された各画面のZ−buffer
情報が画像情報として画像情報作成装置７により作成さ
れる。そして、体積計算装置８を用いて各画像情報から
対象物体の体積が算出される。この体積の情報は表示装
置６に表示したり、体積データ記憶装置９にデータベー
スとして記憶される。

【００１７】以下、具体例を用いて本発明の一実施例の
システムをさらに詳細に説明する。入力装置２における
処理の流れを図２に示す。まず、ユーザに対象部品の指
定方法を選択してもらう。ユーザが対象部品のＣＡＤＮ
o.を把握している場合はそのＣＡＤＮo.を直接入力して
もらい、ユーザが対象部品のＣＡＤＮo.を把握していな
い場合は部品のＣＡＤＮo.の一覧表を提示し、その中か
ら対象部品を指定してもらう。そして、選択されたＣＡ
ＤＮo.を体積算出部品選択装置３へ送る。

【００１８】体積算出部品選択装置３の処理の流れを図
３に示す。本装置では入力装置２から送られて来るＣＡ
ＤＮo.に対応するＣＡＤデータを検索し、そのデータを
体積測定空間定義装置４へ送る。

【００１９】体積測定空間定義装置４の処理の流れを図
４に示す。体積測定空間は直方体として定義する。ま
ず、体積測定空間の定義方法を入力装置２を用いてユー
ザに選択してもらう。その結果、ユーザが指定すること
になった場合はユーザに対象部品の位置に対する体積測
定空間の中心座標とｘ，ｙ，ｚ方向の各辺の長さを入力
してもらう。また、自動定義を行う場合の体積測定空間
の定義方法の説明図を図５に示す。まず、対象部品の
ｘ，ｙ，ｚ軸方向の最外周寸法を求めることにより対象
部品に外接する直方体を定義する。そして、体積測定空
間を示す直方体の中心座標は外接直方体の中心座標と同
じ値とする。さらに、体積測定空間を示す直方体のｘ，
ｙ，ｚ方向の各辺の長さは上記の外接直方体のｘ，ｙ，
ｚ方向の各辺の長さを２倍したものとする。このように
して定義した体積測定空間のデータを投影図作成装置５
へ送る。

【００２０】投影図作成装置５の処理の流れを図６に示
す。まず、体積測定空間の任意の向かい合う二つの面を
それぞれ投影平面Ａ，投影平面Ｂと定義する。これら二
つの投影平面，体積測定空間，対象部品の関係の一例を
図７に示す。対象部品は体積測定空間定義装置４で定義
した位置関係で体積測定空間中にポリゴンデータとして
設定する。この時、ポリゴンの表面は白で表示し、その
裏面には赤い色のポリゴンを張り付ける。そして、この
対象部品のポリゴンデータを投影平面Ａ，投影平面Ｂか
ら見た時の画面を作成する。その際、部品の投影平面へ
の投影は平行投影とし、投影平面Ａに対するバックグラ
ウンド面は投影平面Ｂ、投影平面Ｂに対するバックグラ
ウンド面は投影平面Ａとする。このようにして作成した
各画面の画面データ（画面データ１，画面データ２）を
表示装置６へ送る。

【００２１】表示装置６の処理の流れを図８に示す。ま
ず、画面データを表示するためのウィンドウを作成し、
その各ウィンドウ上に各画面を表示する。ウィンドウは
100ピクセル×１００ピクセルの正方形のウィンドウと
する。実際に画面上にウィンドウを作成し、そこに画面
情報を表示した際の例を図９に示す。この時の表示画面
１，２の表示位置は基本的に画面のどこにあっても良
い。ただし、それぞれが重ならないように表示する必要
がある。表示装置６はこれ以外にもユーザの入力時の各
種メッセージの表示，算出された体積の値の表示、等に
も用いる。

【００２２】画像情報作成装置７の処理の流れを図１０
に示す。まず、表示装置６に表示された表示画面の各ウ
ィンドウ領域におけるZ−buffer 情報を抽出する。そし
て、１００×１００の二次元配列を作成し、配列の二次
元の要素を表示画面のｘ，ｙ座標（１から１００）と
し、その各配列中に投影平面からの距離の情報を画像情
報として以下のように記録する。

【００２３】この際、そのピクセルには対象部品が表示
されていない場合は、距離のデータは距離の最大値であ
る、投影平面Ａと投影平面Ｂの間の距離とする。図７の
例に対する投影平面Ａ，投影平面Ｂの各表示画面とそれ
に対する画像情報の関係をそれぞれ図１１と図１２に示
す。図１１，図１２で画像情報の基準面はバックグラウ
ンド面となっている。また、同様に各ピクセル単位に表
示物体の色の情報を、Ｈ２（ｘ座標，ｙ座標）＝ポリゴ
ンの色、として画像情報化する。この際、そのピクセル
にポリゴンが表示されていない場合は「黒」を記録す
る。そして、このようにして得られた画像情報を体積計
算装置８へ送る。

【００２４】体積計算装置８の処理の流れを図１３に示
す。画像情報作成装置７で得られる各画像情報は、それ
ぞれ単独では投影平面から見て部品の影に隠れている部
分の形状を認識することができない。そのため、本発明
では図１４のように向かい合う二つの投影平面の画像情
報を利用し、二つの画像情報から形成される図１１，図
１２のような形状を体積測定空間の投影平面の位置と画
面情報のバックグラウンド面の位置を合わせて配置した
際の両方の形状の共有領域を算出することにより体積を
算出する。具体的には、まず、各画面情報を１００×１
００×１００の三次元マトリクス情報として変換し、初
期値として全ての配列要素に０を入れておく。三次元の
要素のうち二つ(ｘ，ｙ)は表示画面のｘ，ｙ座標(１か
ら１００)を表わし、残りの一つ（Ｚ）は投影平面から
の距離の情報とし、バックグラウンド面を１，投影平面
を１００とする。そして、 投影平面Ａと投影平面Ｂの間の距離：１００＝投影平面
から物体までの距離：ｈ とし、この時のｈの値を算出する。また、同時に各ピク
セル（三次元マトリクスのｘとｙの要素で定義）毎に表
示されているポリゴンの色をチェックし、色が白の場合
は三次元マトリクスのＺの要素の１個めからｈ個めまで
の配列要素に１を入力し、色が赤の場合はｈ＋１個めか
ら１００個めまでの配列要素に１を入力する。図７の例
に対する各画像情報のマトリクス化の一例を図１５，図
１６に示す。図１５，図１６では概念的な説明図とする
ため、マトリクスは荒く記述してあるが、実際は１００
×１００のマトリクスとなっている。また、図１５，図
１６は三次元のマトリクスのある部分の断面を表示して
ある。図１５，図１６で色のついている要素（部品が存
在していると思われる要素）には１が入力され、それ以
外は０が入力される。そして、これらのマトリクスを図
１７のように向かい合わせに重ねた際に、両方のマトリ
クスで１が入力されている要素（図１７中で濃い色で表
示されている要素）の数を算出する。この値のマトリク
スの全要素の数（百万）に対する割合を算出し、その割
合の値に体積測定空間の体積の値を掛け合わせることに
より対象部品の体積の値を計算する。

【００２５】そして、計算された体積の値を表示装置６
に表示したり、体積データ記憶装置９にＣＡＤＮo.に対
応させて記憶する。

【００２６】また、算出された体積の値にその部品の比
重を掛けることにより、その部品の重量を算出し、それ
を表示装置６に表示したり、体積データ記憶装置９にCA
DNo.に対応させて記憶する。

【００２７】また、対象部品の形状が複雑な場合には体
積測定空間の向かい合う二つの面だけでは死角となって
しまい見えない箇所が発生する可能性がある。そのよう
な場合でも体積を正しく求めるには四つもしくは六つの
向かい合う投影平面を定義し、上述のような死角をなく
す。そして、それら四つもしくは六つの投影平面から得
られる画像情報の共有領域を同様の手法で求めることに
より対積を算出する。さらに、ユーザに体積算出時の処
理の流れを認識してもらうために表示装置６に図１７の
ように対象部品の名称，体積測定空間と対象部品の位置
関係，体積測定空間の向かい合う平面の投影図，投影図
から得られる画像情報，向かい合う平面の画像情報によ
り定義される部品の形状の共有領域の状況，算出された
体積の値、等を表示する。この時、対象部品の名称は入
力装置２で入力された対象部品のＣＡＤＮo.を使用し、
体積測定空間と対象部品の位置関係は対象部品の三次元
データと体積測定空間の三次元データを用いて両者の状
態を斜めから見た斜視図として図７のように描画し、投
影図と画像情報は図１１，図１２と同じものを表示し、
共有領域の情報は図１４と同じものを表示する。

【００２８】

【発明の効果】本発明を用いることによって、請求項１
については、三次元のＣＡＤデータで定義された部品の
体積の値が自動的、かつ、高速に算出できる、算出され
た値を用いて体積の値のデータベースを自動的に作成す
ることができる、等といった効果が得られる。

【００２９】また、請求項２については、複雑な形状の
部品に対してもより高精度に体積を算出できるといった
効果が得られる。

【００３０】また、請求項３については、投影平面と対
象部品のポリゴンが重なった場合でも体積を正しく算出
できるため、ある領域で切り出された部品の体積も算出
可能となるといった効果が得られる。

【００３１】さらに、請求項４については、ユーザの本
手法の処理方式に対する認識性を高めることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】体積算出装置の一実施例のブロック図。

【図２】入力装置の処理の流れの説明図。

【図３】体積算出部品選択装置の処理のフローチャー
ト。

【図４】体積測定空間定義装置の処理のフローチャー
ト。

【図５】体積測定空間の自動定義方法の説明図。

【図６】投影図作成装置の処理のフローチャート。

【図７】体積測定空間と投影平面の関係の説明図。

【図８】表示装置の処理のフローチャート。

【図９】表示装置の表示画面の説明図。

【図１０】画像情報作成装置の処理のフローチャート。

【図１１】画像情報の例の説明図。

【図１２】画像情報の例の説明図。

【図１３】体積計算装置の処理のフローチャート。

【図１４】体積計算方法の説明図。

【図１５】マトリクス情報の説明図。

【図１６】マトリクス情報の説明図。

【図１７】マトリクス情報を用いた体積算出の説明図。

【図１８】体積算出の処理の流れの表示例の説明図。

【符号の説明】

１…三次元ＣＡＤデータ記憶装置、２…入力装置、３…
体積算出部品選択装置、４…体積測定空間定義装置、５
…投影図作成装置、６…表示装置、７…画像情報作成装
置、８…体積計算装置、９…体積データ記憶装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部品の三次元形状を記憶したＣＡＤデータ
   を記憶する三次元ＣＡＤデータ記憶装置と、ユーザから
   の要求を入力するための入力装置と、前記入力装置から
   入力されたユーザの要求に基づき体積を算出する部品を
   選択する体積算出部品選択装置と、三次元空間中で定義
   された部品を含むような立方体として体積測定空間を定
   義する体積測定空間定義装置と、三次元形状からポリゴ
   ンデータとして定義された部品の状況を二次元平面上に
   投影した投影図を作成する投影図作成装置と、前記投影
   図作成装置で作成された投影図を表示するための表示装
   置と、前記表示映像の各ピクセル毎に投影平面から部品
   のポリゴンまでの距離の情報を抽出することにより投影
   平面から前記ポリゴンの表面までの空間には部品が存在
   せず、前記ポリゴンの表面以降の空間には部品が存在し
   ていると定義された画像情報を作成する画像情報作成装
   置と、前記体積測定空間の向かい合う二つの平面を投影
   平面として二つの画面を描画し、それら二つの画面の画
   像情報により定義される部品の形状の共有領域の大きさ
   から対象部品の体積を算出する体積計算装置を持つこと
   を特徴とする体積算出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、四つもしくは六つの向
   かい合う投影平面から得られる画像情報から定義される
   部品の形状の共有領域の大きさから対象部品の体積を算
   出する体積算出装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記対象部品を描画す
   る前記ポリゴンの表と裏を区別して表示し、前記投影平
   面から見えている前記ポリゴンが表面の場合は投影平面
   からポリゴン表面までの空間に部品が存在せず前記ポリ
   ゴンの表面以降の空間に部品が存在していると定義し、
   前記投影平面から見えている前記ポリゴンが裏面の場合
   は前記投影平面から前記ポリゴンの表面までの空間に部
   品が存在し前記ポリゴンの表面以降の空間には部品が存
   在していないと定義する体積算出装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記対象部品の名称，
   前記体積測定空間と前記対象部品の位置関係，前記体積
   測定空間の向かい合う平面の投影図，前記投影図から得
   られる画像情報，向かい合う平面の画像情報により定義
   される部品の形状の共有領域の状況，算出された体積の
   値、のうち少なくとも一つを表示装置に表示する体積算
   出装置。