JPH10255083A - Ｃａｄの製図法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に複雑な形状の部品では、処理途中に多く
虚物体が発生し、これらの除去に多大の時間を要する
が、虚物体の発生要素自体を解消することである。 【解決手段】 まず１組の三面図データ１０から三分割
した三面図データ１１，１２，１３を得て、次に候補物
体要素の列挙１４を行い、それぞれサーフィスモデルＡ
１５，Ｂ１６，Ｃ１７を完成した後、それぞれソリッド
化１８，１９，２０を行い、さらにそれぞれソリッドモ
デルＡ２１，Ｂ２２，Ｃ２３を作成し、次に互いにソリ
ッドモデル同士の結合２４を行い、ソリッドモデルを完
成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明はＣＡＤ（Computer
Aided Design）製図方法及びＣＡＤ装置に関し、特
にパーソナルコンピュータによるＣＡＤ製図方法及びＣ
ＡＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 キーボードやライトペン，マウス等を
使用し、ディスプレイ画面上の画像を見ながら、設計や
製図等を行うＣＡＤがある。この種のＣＡＤには、設計
等に必要な専門の図形やその処理機能が用意されてい
る。最近では、比較的簡単に入力，加工をすることがで
きるようになった。機械部分だけでなく、自動車や洋服
のデザイン，住居の設計，アニメーションの製作等その
用途は広い。従来では、大型のコンピュタやワークステ
ーション等によるＣＡＤが主流であったが、現在ではパ
ーソナルコンピュータによるＣＡＤもかなり普及してい
る。このＣＡＤは、ＣＡＭ（Computer Aided Manufac
turing）やＣＡＥ（Computer Aided Engineering）な
どと連動するシステムで利用されることが多い。

【０００３】コンピュータを利用して、絵や図形等を描
いたり、処理したりするグラフィックソフトとして、す
でに多様な種類のアプリケーションソフトが開発されて
いる。

【０００４】従来のＣＡＤは、日本工業規格（ＪＩＳ）
製図通則及び部門別製図規格に基づく紙と鉛筆とを用い
る手書き製図法を、計算機上で忠実に再現しようとして
きたため、概念設計や設計計算，製図，検図など設計作
業の大部分を支援する潜在力を持つＣＡＤが充分活用で
きず、単なる製図道具として利用することをよぎなくさ
れている。この問題を解決するには二次元図面に加え、
三次元ソリッドモデルが必要であるが、これまで三面図
から機械的に三次元ソリッドモデルを生成する方法が幾
つか開発されているものの、複雑な部品に対しても一組
の三面図で表現することを前提としているため、立体を
一義的に定義するには情報が不足し、多くの虚物体が生
成されてしまい、これの除去処理に長い時間が掛かる欠
点があり、実用には至っていない。

【０００５】従来の三面図即ちＸ−Ｙ面，Ｙ−Ｚ面，Ｚ
−Ｘ面（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は互いに直交する軸）から、ソリ
ッドモデル（Solid Model）を自動合成する方法を、図
１２に示す。ソリッドモデルとは、物体の表面の情報の
他に、その物体の内面情報をも表現したモデルである。

【０００６】図１２において、まず三面図にデータ５０
がキーボードや、例えばフロッピィディスクのような記
憶装置などから、入力される。この三面図データ５０か
ら、候補物体要素の列挙５１を行い、候補頂点，候補稜
線及び候補面の各合成５２を行い、この際に虚点，虚稜
を含むワイヤフームモデル５３が完成する。同時に、虚
物体要素と互いに両立しない非両立物体要素を含むサー
フィスモデル５４の作成が行われ、実際には存在するこ
とのない虚物体や非両立物体などの各要素が、操作者に
より除去され、真のサーフィスモデルの合成５５が行わ
れ、真のサーフィスモデル５６が完成し、さらに実体の
ある物体として、ソリッッド化５７が行われ、ソリッド
モデル５８が完成する。

【０００７】このように、三面図の図形情報から立体を
構成する頂点，稜点，構成面を順次合成し、ワイヤフレ
ームモデル及びサーフィスモデルを作る。この際、モデ
ルに内包する虚物体を除去して、真のサーフィスモデル
５６を生成した後、ソリッド化５７を行ってソリッドモ
デル５８を完成する。

【０００８】ここで比較的簡単な部品であれば、虚物体
の数が少なく処理時間が短いが、実際には三面図のみで
表現できる部品は少なく、多くの全体断図面や部分断面
図などを必要とする複雑な部品が多い。従って、多くの
場合、三面図のみでは図形情報が不足し、多くの虚物体
が生成され、この処理に長い時間がかかる。あるいは、
一義的にソリッドモデルを定義できず、複数のモデルが
生成されてしまう欠陥がある。

【０００９】上記欠陥を補うため、全体断面図や部分断
面図等を取込む試みがなされているが、これらの断面図
は三面図の座標系から遊離した別個の座標系で描かれて
いるため、縮尺や原点合わせなどの手作業が必要で、全
体の効率的処理の大きな障害となっている。

【００１０】設計者が頭の中にある部品イメージを、三
面図を経ないで直接ソリッドモデルで表現する方法は、
三次元座標入力法や基礎立体等を積上げる入力法とし
て、開発されているが、いずれも人間の思考法から離れ
て、入力作業が非常に困難で、産業機械設計など多品種
少量生産品では特に実用性に乏しい。従って、三面図を
基準とした二次元図形からソリッドモデルを機械的に変
換・生成する一層実用的な方法が求められていた。

【００１１】ＪＩＳに基づく従来の手書き製図法におい
ては、製図に要する労力を節約するため、図法幾何学の
厳密性を犠牲にし、替わりに便宜的な省略画法，特殊記
号あるいは文字表現を許容しているため、図面の正確な
解釈には経験と熟練とを要し、機械処理にはむしろ不適
な図面となっている。ＣＡＤ製図における製図作業は、
図法幾何学に忠実な図形処理の方が容易で、むしろ省略
画法，特殊記号，文字情報が多様に採用される手書き製
図法の方が困難性が高い。ＣＡＤ製図法が多く使用され
ている設計環境においては、従来の手書き製図法は経済
性を喪失し、実用的意義が無くなる。

【００１２】ＣＡＤ製図技術の特性を充分に活用するＣ
ＡＤ製図法を開発して、ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ設計作
業全体の真の統合化を実現する必要があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】 従来の方法では、手
書き製図法の制約から１組の三面図からソリッドモデル
を作成するため、図面情報が不足し、また一義的に立体
を定義することが困難となり、虚物体の出現及び真偽判
定が必要になる。これが実用化を妨げる要因となってい
るため、充分な図形情報を与える必要がある。

【００１４】三面図はソリッドモデルの生成のために隠
線を総て表現することが必要で、そのままでは二次元図
面として使用できないという欠点があり、この欠点も解
決する必要がある。

【００１５】また、特に複雑な物体では虚物体が発生
し、簡便に処理できないとう欠点もあり、これも解決し
なければならない課題となっている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】 本発明の第１の構成
は、部品の三面図からその部品のソリッドモデルを生成
する方法において、特に前記三面図のみでは一義的にソ
リッドモデルを生成できない複雑な部品を必要数の切断
面を用いて分割し、個々の分割部分の三面図を、部品全
体の三面図の下位画層に個別に記入して必要な精度を有
する部分ソリッドモデルを生成し、これを集合演算によ
って合成して所要の部品全体のソリッドモデルを創出す
ることを特徴とするＣＡＤ製図法である。

【００１７】前記切断面が特に、立体座標のＸ，Ｙ，Ｚ
軸に垂直な平面のうち少なくとも一軸に垂直な平面であ
ることを特徴とする。

【００１８】本発明の第２の構成は、部品の三面図から
その部品のソリッドモデルを生成する方法において、特
に複雑な部品を、製図に用いる立体座標の少なくともＸ
軸，Ｙ軸またはＺ軸に垂直な平面を用いて分割し、個々
の分割部分の三面図を、部品全体の三面図の下位画層に
個別に記入して必要な精度を有する部分ソリッドモデル
を生成し、これを集合演算によって合成して所要の部品
全体のソリッドモデルを生成することを特徴とするＣＡ
Ｄ製図法である。

【００１９】前記切断面が特に、立体座標のＸ，Ｙ，Ｚ
軸に垂直な平面のうち少なくとも一軸に垂直な平面であ
ることを特徴とする。

【００２０】本発明の第３の構成は、部品の三面図から
その部品のソリッドモデルを生成するＣＡＤにおいて、
特に三面図のみでは一義的にソリッドモデルを生成でき
ない複雑な部品を必要数の切断面を用いて分割し、個々
の分割部分の三面図を、部品全体の三面図の下位画層に
個別に記入して必要な精度を有する部分ソリッドモデル
を生成する手段と、これを集合演算によって合成した所
要の部品全体のソリッドモデルを創出する手段と、前記
三面図から当該部品を製作するに必要な二次元図形を選
択して編集し、二次元部品製作図を生成する手段とを併
せ持つことを特徴とするＣＡＤである。

【００２１】

【作用】 本発明に基づくアルゴリズムによって、課題
を解決するために取った手段を以下に説明する。

【００２２】虚立体は、立体生成に必要な頂点，稜点，
構成面に関するデータの不足分から発生し、または頂
点，稜点，構成面の重なりによって発生する場合が多
い。

【００２３】本発明では部品をいくつかに分割し、この
分割した断面の図形を付与することによって、立体生成
に必要なデータを総てに供給することが可能になり、上
述した問題を防止する。従来の手書き製図法において
も、矢視図の形で断面図を多用しているが、手書き製図
では三面図と矢視図の幾何学的な統一性を維持する手段
がないため、座標系や縮尺などは、ばらばらに作図され
るので、立体生成に機械的に活用することができなかっ
た欠点を解決している。

【００２４】一般に、ＣＡＤ製図においては、無制限と
も言える程の画層を持ち、画層の表示，非表示の選択，
画層間のコピー，ペースト機能により、画層間の図形の
移動，修正は座標系を含めて極めて容易にかつ迅速に行
える。従って、三面図の各図形の幾何学的位置付けが明
確で、立体生成において、機械的に活用処理ができるよ
うになる。

【００２５】いくつかに分割した部分のソリッドモデル
ができれば、全体のソリッドモデルは、既知の集合演算
によって容易に合成できる。

【００２６】全体のソリッドモデルを任意角度からの透
視図で出力して、視覚的に部品を確認後、三面図の是非
を検証できるようになる。

【００２７】生産活動に必要な二次元図面は、全体及び
分割部分の三面図の中から、任意の図形を選択して、レ
イアウト画面上で自由に編集して作成できるようにな
る。

【００２８】分割平面として、例えばＸ，Ｙ，Ｚ軸に垂
直な平面を用いると、関連する三面図の図形との統一性
を維持し、最大限の図形流用が可能で作図効率が向上す
る。たとえ分割画数が増えても、作図負荷の増大を防止
できる。断面図の記入によって立体生成に必要な頂点の
座標入力ができるようになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】 本発明の一実施の形態で使用す
るＣＡＤ（電子計算機支援設計と訳される）装置の斜視
図である図１を参照すると、二次元面への表示を行うＣ
ＲＴ（Cathode Ray Tube）などの表示器１と、必要な
処理機能を備えた電子計算機本体２と、必要な処理を行
うためのキー入力を備えたキーボード３とを含む。

【００３０】ここで、電子計算機本体２は、必要に応じ
て外部記憶装置を設定できるものであり、また他のワー
クステーションなどとオンラインで結ばれていてもよ
い。

【００３１】本発明の一実施の形態で表示対象となるブ
ロックの透視図を示す図２を参照すると、一枚の平板７
の上に３つの直角三角形のブロック４，５，６が配列さ
れた形状を呈する。

【００３２】ここで、平板７はＺ−Ｘ面に平行であり、
直角三角形のブロック４，５，６はいずれもＸ−Ｙ面に
平行である。立体座標のＸ，Ｙ，Ｚ軸８は、互いに直交
する軸であるが、他の実施の形態として、所定の角度で
交差する軸であってもよい。

【００３３】ブロック４，６の手前部分のうち平板７と
の接続部分が直角三角形を呈し、ブロック５の奥の部分
のうち平板７との接続部分が直角三角形を呈する。

【００３４】Ｘ，Ｙ，Ｚ軸については、図４，図５，図
６と共通する。

【００３５】このブロックの全体を示す三面図（Ｘ−Ｙ
面，Ｙ−Ｚ面，Ｚ−Ｘ面）は、図１０に示す。図１０に
おいて従来の透視図に示される三面図の例であり、図示
されたようなＸ−Ｙ面，Ｙ−Ｚ面，Ｚ−Ｘ面の三図面か
らでは多くの虚物体を含むソリッドモデルが出来、一義
的に定義出来ない欠点がある。三角ブロックの向きは左
右に各々２通り存在し、３個の三角ブロックの組合わせ
では８通り存在し、その内の３個とも同じ向きの２例を
除外して残り６通りのうち５個までが実体と異なる虚物
体となり、このような虚物体の除去に煩雑な作業を必要
とする。

【００３６】このような虚物体の発生を防止して、一義
的にソリッドモデルが実現出来るように、まずブロック
を３分割しているのが、この実施の形態の主な特徴の一
つである。即ち、Ｚ軸に関して、図１０に示すように、
Ｚ２，Ｚ３のところで切断をして略三分割した後、各部
分のブロックについて、図７，図８，図９に示すよう
に、それぞれの部分の三面図を作成する。

【００３７】図７，図８，図９では互いの切断面を斜線
で表示しているが、これに限定されず、灰色や黒色，周
囲と異なる色彩などで表現してもよい。この切断面はこ
の後の合成作業をより容易にするため、縮尺の共通する
同一軸上にあらわすことが好ましい。ここで大切なこと
は、虚物体が発生しない程度まで複数の分割をすること
である。この実施の形態では、Ｚ軸について三分割した
例を示したが、これに限定されずブロックの形状に応じ
て必要な数の分割を行い、また必要であればＹ軸または
Ｘ軸についても複数の分割を行い、必要に応じて複数の
軸についても分割する。

【００３８】図４，図５，図６は、それぞれ図７，図
８，図９の三面図から得られる斜視図である。虚物体が
生じることなく、一義的に形状が定義されることがわか
る。

【００３９】図２のブロックから得られるそれぞれの三
面図、即ち図７，図８，図９から、ソリッドモデルを自
動合成するアルゴリズムを示す図３のフローチャートを
参照すると、まず図２のブロックに関する１組の三面図
データ１０あるいは実体から、一義的に三次元ソリッド
モデルを定義可能な程度の分割即ち３分割を行い、各分
割部分毎に三面図データＡ１１，Ｂ１２，Ｃ１３（図
７，図８，図９）を作成し、部品全体の三面画層の下位
の画層にそれぞれ個別に記憶する。次のステップで、候
補物体要素の列挙１４を行うが、虚物体はすでに除去さ
れているので、作業操作は簡便となる。次のステップ
で、それぞれについて、まずサーフィスモデルＡ１５，
Ｂ１６，Ｃ１７を作成する。その次のステップで、実体
のあるものとしてのソリッド化１８，１９，２０をそれ
ぞれについて行う。各分割部品について、ソリッドモデ
ルＡ２１，Ｂ２２，Ｃ２３が完成すれば、次に集合演算
してソリッドモデル結合２４を行い、ソリッドモデル２
５を完成させる。

【００４０】この実施の形態では、各サーフィスモデル
Ａ１５，Ｂ１６，Ｃ１７を作成後に、各ソリッドモデル
を作成するステップ順序であるが、略同時操作で行って
もよい。以上により、切断面が互いに合体する。

【００４１】図７，図８，図９の画層構成を示す図１１
を参照すると、上層に全体３面図（図１０）の画層４０
を配し、次の層に一つの分割部分（図７）の画層４１，
他の分割部分（図８）の画層４２，更に他の分割部分
（図９）の画層４３を配するが、分割部分の各層は相上
下していてもよい。また三面図は図形，寸法，仕上記号
を別個の画層に配置してもよく、ソリッドモデルを生成
する際は図形のみを選択して処理する。

【００４２】座標原点は各画層とも共通で、各画層の二
次元図形の座標値はなんらの変換も要せず、直接ワイヤ
モデルの生成に供することができる。

【００４３】二次元図面を作成する場合は部品全体及び
分割部分の三面図の中の任意の図形を選択して、レイア
ウト画面上で編集して作成する。

【００４４】部品の分割に用いる分割面は、断面部分の
図形表示によって二次元図面に必要な図形を生成すると
同時に、ソリッドモデル生成のための立体座標値を付与
するために、立体座標のＸ，Ｙ，Ｚ軸にそれぞれ垂直な
面を使用する。

【００４５】以上を要約すると、次の（イ）乃至（ヘ）
ようになる。

【００４６】（イ）本発明はＺ軸に垂直な平面を有する
Ｚ２，Ｚ３の面で分割し、分割線を記入する。 （ロ）分割部分Ｚ１≦Ｚ＜Ｚ２，Ｚ２≦Ｚ＜Ｚ３，Ｚ３
≦Ｚ＜Ｚ４について全体三面図の該当する図形をそれぞ
れ下位画層に、全体座標系とともにコピーする。Ｘ軸に
垂直な面及びＹ軸に垂直な面は分割していないので、そ
のままコピーした後に、不要な線を削除し、分割部分毎
の三面図を完成する。 （ハ）各分割部分の三面図には、頂点，稜線，面の重な
りや隠線などは無いので、図３に示すアルゴリズムを用
いて迅速かつ確実に、真のソリッドモデルを生成でき
る。 （ニ）全体のソリッドモデルは、３つの分割部分のソリ
ッドモデルを集合演算して、合併集合を計算して得るこ
とができる。 （ホ）全体のソリッドモデルを表示画面に出力して、目
的部品を視覚的に確認することによって、三面図の正し
さを検証することができる。 （ヘ）本方法によれば図面の数が従来法の３倍になる
が、ＣＡＤのコピー機能と図面修正との容易さによっ
て、きわめて迅速な処理が可能で余分な労力は必要とし
ない。従来の手書き製図法においては作図・図面修正に
労力を要したため、図形製作を低減する略画法が多用さ
れたが、本発明に基づくＣＡＤ製図においては実用上問
題にならない。

【００４７】

【発明の効果】 本発明の第１の発明によれば、部品構
造の複雑度に適応して分割面数を増加することによっ
て、例外なく総ての部品について三面図からソリッドモ
デルを確実かつ迅速に生成でき、分割数が増加しても、
ＣＡＤの画層機能，コピー機能を用いて分割部分の三面
図作成は容易かつ迅速に実行できるので、作図労力の増
加を最小限に抑制することが可能となる。

【００４８】本発明の第２の発明によれば、分割面に座
標軸に垂直な平面を用いることにより、全体三面図，他
の分割部分の三面図中の図形を最大限流用可能となって
作図労力の増加を防止し、ＣＡＤ製図における操作性と
迅速性を改善する効果がある。従来の手書製図法でも多
く使用していた手法であるが、本発明の効果を最大限に
発揮する手段として特別な意義が存在する。一般にＣＡ
Ｄ製図法の良否は操作性と迅速性とで決まり、特に迅速
性が要求されるので、この方面の本発明の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態で使用するＣＡＤ装置の
斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態で表示対象となる全体の
部品を示す斜視図である。

【図３】 本発明の実施の形態を示すフローチャートで
ある。

【図４】 本発明の実施の形態で分割された一部分を示
す斜視図である。

【図５】 本発明の実施の形態で分割された他の部品を
示す斜視図である。

【図６】 本発明の実施の形態で分割されたもう一つの
部品を示す斜視図である。

【図７】 図４の三面図である。

【図８】 図５の三面図である。

【図９】 図６の三面図である。

【図１０】 図２の三面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態で表示対象となる全体
の部品及び分割された部品の各画層を示す説明図であ
る。

【図１２】 従来の三面図からソリッドモデルを自動的
に合成する方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 表示器 ２ 電子計算機本体 ３ キーボード ４，５，６ 直角三角形ブロック ７ 平板 ８ 直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸 １０，５０ 三面図データ １１，１２，１３ 分割三面図データ １４，５１ 候補物体要素の列挙 １５，１６，１７，５４，５６ サーフィスモデル １８，１９，２０，５７ ソリッド化 ２１，２２，２３，２５，５８ ソリッドモデル ２４ ソリッドモデル結合 ４０，４１，４２，４３ 画層 ５３ ワイヤフレームモデル ５５ サーフィスモデルの合成

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品三面図から前記部品のソリッドモデ
   ルを生成するＣＡＤ製図方法において、切断面を用いて
   前記部品を複数に分割し、個々に分割した部品毎に三面
   図を作成し、集合演算を行うことにより、前記ソリッド
   モデルを生成することを特徴とするＣＡＤの製図方法。
2. 【請求項２】 切断面が、立体座標のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
   に垂直な平面のうち少なくとも一軸に垂直な平面である
   請求項１に記載のＣＡＤの製図方法。
3. 【請求項３】 切断面を用いて部品を複数に分割し、個
   々に分割した部品毎に三面図を作成する手段と、前記三
   面図を含む情報に基づいて集合演算を行い、ソリッドモ
   デルを完成させる手段とを備えることを特徴とするＣＡ
   Ｄ装置。
4. 【請求項４】 切断面が、立体座標のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
   に垂直な平面のうち少なくとも一軸に垂直な平面となっ
   ている請求項３記載のＣＡＤ装置。
5. 【請求項５】 部品の分割した三面図から、二次元図形
   を編集する手段を備えた請求項３記載のＣＡＤ装置。