JPH1031762A

JPH1031762A - ３次元形状の入力／作成方法及び装置

Info

Publication number: JPH1031762A
Application number: JP8205493A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshitaka; 弘幸良尊
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】３面図程度の図面情報に基づいて形状データ
を簡易に入力して３次元形状モデルを作成するととも
に、視覚的な形状の把握を容易にし、かつ、入力操作に
要する時間や習熟に要する時間を短縮する。【解決手段】先ず、対象物１を所定の方向から見た場
合の正面図と、２つの側面図とによって対象物の３次元
形状を入力した後、各側面図における外形線をそれぞれ
識別するとともに外形線内の領域を認識する。それから
外形線内の領域をその内部の境界線に従って複数の小領
域に分割し、該小領域とこれに正面図上で対応する線と
を関係付けることにより小領域とその正面図上での高さ
のデータとを関連付ける。その後、２つの側面図を透視
的に合成して外形線内の領域をさらに小領域に分割する
ともに、新たに生じた小領域については、２つの側面図
において当該小領域に対応する部分が正面図において有
する高さデータの組みを高さデータ列として付与してか
ら、各小領域をそれぞれの高さデータに応じて高さ方向
へ引き伸ばす操作により３次元形状を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の３次元形
状の入力や作成（再現）を簡単な操作でもって視覚的に
理解し易い形態で効率的に実現することを目的とした３
次元形状の入力／作成方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピューターを使ったシステム（ＣＡ
Ｄ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）／Ｃ
ＡＥ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇ）等）において３次元形状の数値モデルを作成
するソリッドモデラと称されるソフトウェアが知られて
おり、例えば、ＣＳＧを採用したシステムでは、直方体
や円柱等の比較的単純な立体形状の組み合せによって、
より複雑な形状を表現することができ、所望の形状を作
成するには、パラメーター指定によって所定の大きさの
基本立体を作り出した後、これに移動、回転、反転等の
空間的操作を施して位置を規定して、基本立体間で形状
についての論理演算（ブール代数による）を行うことで
基本立体を結合させる。

【０００３】尚、このような３次元形状の数値モデル
は、形状設計はもとより重心や体積等の計算、ＦＥＭ
（有限要素法）解析等の数値解析に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来法によ
る３次元形状モデルの作成にあたっては、入力操作時に
非常に多くのコマンド入力を必要とするため操作が面倒
であり、その習熟にも時間がかかるという問題がある。

【０００５】また、操作が比較的簡単な形状モデラにつ
いては、その副作用として作成可能な形状の範囲に大幅
な制限が課せられており、形状作成上の自由度が低いと
いう傾向がある。

【０００６】そこで、本発明は、３面図程度の図面情報
に基づいて形状データを簡易に入力して３次元形状モデ
ルを作成するとともに視覚的な形状の把握を容易にし、
かつ、入力操作に要する時間や習熟に要する時間を短縮
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、先ず、対象物の正面図と２つの側面図
とを入力した後、各側面図における外形線をそれぞれ識
別し、それから外形線内の領域を認識して、当該領域を
その内部の境界線に従って複数の小領域に分割し、該小
領域とこれに正面図上で対応する線とを関係付けること
により小領域とその正面図上での高さデータとを関連付
けた後、２つの側面図を透視的に合成して外形線内の領
域をさらに小領域に分割するとともに、新たに生じた小
領域については、２つの側面図において当該小領域に対
応する部分が正面図において有する高さデータの組みを
高さデータとして付与してから、各小領域をそれぞれの
高さデータに応じて高さ方向へ引き伸ばす操作により３
次元形状を作成するようにしたものである。

【０００８】従って、本発明によれば、対象物の３次元
形状の入力に際しては、正面図と２つの側面図を含む３
面図程度の図形を入力するだけで良く、また、小領域へ
の分割や、小領域をその高さ方向に引き伸ばす処理につ
いての自動化が容易であるため、作業時間の短縮化を図
ることができ、また、所定の基本立体の組み合わせとし
てしか３次元形状を表現することができない方法に比べ
て、作成可能な形状についての制約が少ない。

【０００９】

【発明の実施の形態】先ず、本発明に係る３次元形状の
入力／作成方法について説明する。

【００１０】（イ）３面図（又は２面図）を入力する過
程本発明の対象となる３次元形状はこれを３面図（又は２
面図）によって表現することができる必要がある。尚、
「３面図」とは、対象物を所定方向から見た正面図と、
当該方向に対して直交しかつ互いに異なる方向から対象
物を見た場合の２つの側面図からなり、例えば、図１に
示すような対象物１は、その斜視図において矢印Ａの方
向から見た場合の図面を正面図とし、矢印Ｂの方向から
見た場合の図面を左側面図、矢印Ｃの方向から見た場合
の図面を右側面図とする３枚の図面で表すことができ
る。

【００１１】尚、製図法上の破線の使用が許される（つ
まり、２つの側面図を透視的に合成することによって一
つの側面図にまとめた表現法を用いることができる）な
らば、対象物１は、図２に示すように、正面図と（左）
側面図とからなる２面図によって表すことができる。

【００１２】また、機械部品や工業製品の形状は３面図
により表現し得る場合が多く、これらに比べて複雑な自
由曲面を要する形状設計を行う頻度は少ないと考えられ
るので、この場合には３面図（又は２面図）を入力デー
タの基礎とする方法が実用的である。

【００１３】２次元データの入力に際しては、手書き図
面をイメージスキャナーによる入力後に図形データに変
換する方法や、ユーザーが３面図等の作成に使用した２
次元ＣＡＤソフトの出力データをそのまま利用する方法
等が挙げられ、後者の場合にはデータの互換性を考慮し
て一般的なデータ形式のほとんどに対応可能なデータ形
式を採ることが好ましい。

【００１４】例えば、大半の２次元ＣＡＤシステムでは
そのデータ形式において、線分に関しては、その始点と
終点の座標値で構成され、また円に関しては、中心座
標、半径、始点、終点で構成されており、これらのデー
タに従って形状の画面表示等を行っている。

【００１５】よって、２次元のデータ構造において、線
分を表現する場合には、下表１に示すように、各線分に
識別するための線分番号を付すとともに、線分に対して
その始点Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ）、終点Ｐｅ（ｘｅ，ｙｅ）
の座標値を与えるデータ形式、あるいは、下表２に示す
ように、線分の数式表現を可能するデータ形式を採用す
ることが好ましい。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】尚、表２中の、「ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）」は変
数Ａ、Ｂのうち小さい方を選択する関数、「ｍａｘ
（Ａ，Ｂ）」は変数Ａ、Ｂのうち大きい方を選択する関
数である。

【００１９】また、円や円弧についてのデータ形式とし
ては、下表３に示すように、各円を識別するための円番
号に対して、中心点Ｐｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）、半径
ｒ、始点Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ）、終点Ｐｅ（ｘｅ，ｙｅ）
の座標値の組みで構成する。尚、円は始点と終点とが一
致するものとして表現される。

【００２０】

【表３】

【００２１】３面図（又は２面図）についての入力後の
データが上記のような形式で用意できると、３面図等を
表示して次の段階に進む。

【００２２】（ロ）側面図における外形線を識別する過
程３面図のうち左側面図及び右側面図に関して形状の外形
線（最外形線）を認識させる過程であり、この操作には
下記に示す方法が挙げられる。

【００２３】ｉ）ユーザーが外形線を直接指定する方法ｉｉ）自動識別による方法ｉｉｉ）コンピューターシステム側で外形線識別のため
の助言等を与えることでユーザーを支援しながら半自動
的に外形認識を行う方法。

【００２４】ｉ）については明らかであるので、ｉｉ）
について説明すると、これは所定のアルゴリズムに従っ
て図形の輪郭を抽出する方法である。例えば、図３に示
すような３角形Ｔがあって、その内部には３角形Ｔの底
辺Ｎに対して直交する２つの平行な線分Ｌ、Ｍが所定の
方向（これを「Ｘ方向」とする。）に延びており、これ
らが３角形Ｔの底辺Ｎ以外の２辺にそれぞれ交わってい
る場合を考えると、３角形Ｔの構成線分や線分Ｌ、Ｍに
ついての始点、終点のＸ座標値が最大（また最小）とな
る線分（場合によっては円等。）を選ぶというアルゴリ
ズムによって、外形線を自動的に認識することができ
る。

【００２５】また、ｉｉｉ）では、先ず、図面（側面
図）において２次元形状の外形線の一部を構成する線分
の最初の一つをユーザーに選択させることが好ましい。

【００２６】これは、外形線の構成部分のうち最初に選
択する部分の特定に要する計算を短時間で行うことが困
難であるという理由による。

【００２７】例えば、図４に示すように、半円ＨＣがあ
って、その内部に２本の平行な線分Ｌ、Ｍが位置される
とともに、これらが半円ＨＣの直径を示す線分Ｎに対し
て直交する方向（これを「Ｘ方向」とする。）に延びて
いる場合には、上記したアルゴリズムでは終点のＸ座標
値が最大となる線分Ｍが外形線として誤って選択される
ことになる。

【００２８】そこで、このような不都合を避けるために
は、例えば、２次元図形を全ての構成部分についてＸ＝
ａなる直線との交点を求めるとともに、ａ値を順次変化
させていった場合に、外形線となる部分が最後までＸ＝
ａと交点を持つ部分であるという論理に従ったアルゴリ
ズムを採用することが考えられるが、これでは計算時間
が長くかかってしまう（ａ値の可変範囲が大きい程長時
間を要する。）。

【００２９】よって、最初の外形線の選択については、
ユーザーの選択を促す方が効率的であり、その後は最初
に選択した線分等と端点が一筆書きで繋がっている構成
部分群を抽出して、その中から外形線となる部分を判断
することができる。

【００３０】この構成部分群については、残りの部分に
対して区別して特徴的に表示することが好ましく、表示
方法としては、線の属性（色、太さ、線種等）や明るさ
等を変更することによって行うのが適当である。これ
は、最初に選択した線分等と端点が一筆書きで繋がって
いる構成部分群は、外形線の構成部分となる可能性が高
いからである。但し、図形によって一筆書きの経路が一
意には決まらない場合がある（例えば、図５に示すよう
な図形において最初に線分Ｌａを選択した場合と線分Ｌ
ｂを選択した場合を比較すれば明らかである。）ので、
やはりユーザーによる最初の線分の選択が必要になる。

【００３１】また、図６に示すような形状（凹多角形の
部分Ｕと、その窪み内に位置した線分群Ｇからなる。）
にあっては、一筆書きで接続できる線分群の一部が外形
線を構成していないため、ユーザーによる選択を必要と
する。この場合に、一筆書きで接続できる線分群Ｈが特
徴的に表示されている状態で、ユーザーが線分群Ｇ内の
円弧Ｃ１を選択したとすると、先ず、Ｃ１について一筆
書きが可能な線分群Ｇ（円弧Ｃ１、線分Ｌ１、Ｌ１′）
を見つけ出す。その後、線分群Ｈの中から線分群Ｇと交
点をもつ線分Ｌ２、Ｌ３を抽出した後、これらの線分と
線分群Ｇとのそれぞれの交点Ｐ１、Ｐ２を求め、これら
の交点によって線分Ｌ２、Ｌ３をそれぞれ分割する。
尚、ここでいう線分の「分割」とは、線分の終点を交点
に変更する第１の過程と、その後に線分の終点を始点と
し、交点を終点とする線分を新たに作成する第２の過程
からなる操作を指す。例えば、線分Ｌ２の始点を「Ｑ
ｓ」とし、終点を「Ｑｅ」とすると、第１の過程により
線分Ｌ２の終点が交点Ｐ１となり、第２の過程により始
点Ｑｅ、終点Ｐ１の新たな線分Ｌ２′が作成される（線
分Ｌ３についても同様な操作によって、新たな線分Ｌ
３′が作成される。）。

【００３２】こうして、分割後の線分群（つまり、線分
Ｌ２、Ｌ２′、Ｌ３、Ｌ３′）と、線分群Ｇとによって
構成される線分群には、一筆書き可能な線分群が複数個
存在することになるので、その中からユーザーにより正
しい外形線を示すものを選択してもらえば良い。

【００３３】尚、場合によっては、最初に選択した線分
が線分群Ｈと交点をもたないことがあり、例えば、図７
に示す図形では凹多角形の部分Ｕ′の窪みにＵ′より一
回り小さい凹多角形の部分Ｕ′′があり、その窪みに線
分Ｌ１が位置されており、この場合にユーザーが線分Ｌ
１を選択すると、線分Ｌ１は部分Ｕ′の構成線分と交点
をもたないために、外形線の正しい選択ができなくなっ
てしまう。そこで、このような場合には、ユーザーに部
分Ｕ′の構成線分と交点をもつＵ′′部の構成線分Ｌ２
（又はＬ５）を選択させてから、部分Ｕ′′の残りの構
成線分（Ｌ３、Ｌ４等）を選択させるようにすれば良
い。

【００３４】以上のようにｉｉｉ）の方法はユーザーに
対して助言等を与えて外形線の選択を補助することによ
って外形認識の効率化を図ることを目的としたものであ
り、ｉｉ）の方法による高速な外形認識のアルゴリズム
が確立されて完全な自動化が実現するまでの間は、ｉ
ｉ）と併用されることになる。

【００３５】（ハ）外形線内の領域を認識する過程上記の外形線の認識は線分群の選択によって行うことが
できたが、このままでは線に関する情報を得ただけであ
る。よって、ここでは外形線内の領域を認識するととも
に、当該領域を示すデータの集合を生成する。

【００３６】例えば、図８に示すように、外形線が４辺
形（４角形の４辺から構成される図形）とされる場合
に、同図に斜線を付して示す内部領域をいかに表現する
かについて考える。尚、図中の、「ｘ」、「ｙ」は互い
に直交する座標軸である。

【００３７】４角形の各頂点をそれぞれ点Ｐ１（ｘ１，
ｙ１）、点Ｐ２（ｘ２，ｙ１）、点Ｐ３（ｘ１，ｙ
２）、点Ｐ４（ｘ２，ｙ２）とすると、線分番号１乃至
４の４辺で囲まれた内部領域は周知のように、下式に示
すような不等式群によって表すことができる。

【００３８】

【数１】

【００３９】つまり、一般には、線分や曲線の表現式に
対して等号を不等号に変更して、その不等号の向きを与
えることで領域を表すことができ、複数の領域の集合的
な交わりによって対象領域を識別することができる。

【００４０】よって、線分や曲線の表現式については明
らかであるため、いかにして不等号の向きを決定するか
が問題となるが、これには以下に示すアルゴリズムを採
用すれば良い。

【００４１】例えば、図９に示すような図形Ｅについて
考えると、（１）ある線分（Ｌ１）を特定した後、その近傍に位置
する点（点ａ）と、図形（Ｅ）に対して充分な距離をも
って遠方に位置する点（点ｂ）を設定して、両者を直線
で結ぶ（線分Ｓ参照。）。

【００４２】（２）（１）の線分（Ｓ）と図形（Ｅ）と
の交点を求め、その数が奇数であるか又は偶数（ゼロを
含む。）であるかを判断して、点（点ａ）が図形（Ｅ）
の内部にあるのか外部にあるのかを判断する。

【００４３】例えば、図９の線分Ｓと図形Ｅとの交点数
は偶数であり、よって、点ａは図形Ｅの外部にある。ま
た、図９の線分Ｌ２の近傍点ａ′と点ｂとを結ぶ線分
Ｓ′と図形Ｅとの交点数は奇数であり、よって、点ａ′
は図形Ｅの内部にある。

【００４４】（３）点（点ａ）の座標値を線分（Ｌ１）
の表現式（定数項を含む左辺）に代入した値とゼロとを
比較することによって不等号の向きを仮りに特定（比較
結果が正ならば「＞」、負ならば「＜」とする。）した
後、点（点ａ′）が図形（Ｅ）の内部にあれば、不等号
の向きをそのままとし、またＭ点（点ａ）が図形（Ｅ）
の外部にあれば、不等号の向きを逆向きにする。

【００４５】以上のような操作を領域枠である線分群に
ついて全てに亘って行うことにより、領域を示す不等式
群を確定することができる。

【００４６】これまでの一連の過程は３面図についての
２次元的な処理に関するものであったが、以後に示す過
程は２次元図形を３次元図形へと発展させるために必要
な過程である。

【００４７】（ニ）側面図における領域分割の過程先ず、準備段階として、左右の側面図について上記
（ハ）により認識された領域をさらに複数の小領域に分
割する。尚、この過程は左側面図、右側面図について各
別に行う。また、作業の効率化の観点から自動分割が好
ましい。

【００４８】図１０に示すように、４角形内の領域Ｒが
鍵括弧状をした領域Ｒ１とその余の領域Ｒ２とに区分け
されており、後者は小４角形の内部領域Ｒ３とその余の
領域に区分されている場合を例にして、分割に係るアル
ゴリズムについて説明すると下記のようになる。

【００４９】（１）外形線以外の線分の一つ（例えば、
線分Ｌ１）を選択する。

【００５０】（２）（１）で選んだ線分（Ｌ１）と外形
線の構成線分群Ｇとの交点を全て求める。

【００５１】（３）（２）で交点がない場合には、その
線分（Ｌ１）を線分群Ｇに加え、（２）で交点がある場
合（例えば、線分Ｌ２と線分Ｌｇ２との交点Ｐ参照。）
には当該交点（Ｐ）を含む線分群Ｇ内の線分（Ｌｇ２）
を交点によって分割する。

【００５２】尚、線分の分割については既述した通りで
ある。

【００５３】（４）対象線分（Ｌ１）を別の線分に変更
して（１）乃至（３）の操作を繰り返す。

【００５４】このように領域内に属する線分について上
記の作業を行っていくと、線分群Ｇの構成線分が複数の
線分に分割されるため、領域内が複数の小領域に分割さ
れることが分かる。尚、領域が複数個に分割されたか否
かを判断する方法としては、線分群Ｇに属する線分（Ｌ
ｇ２）を分割した線分（Ｌ２）について、これから出発
して一筆書きで線分群Ｇ内の線分をなぞっていき、２つ
以上の一筆書き可能なルート（図１０に矢印で示す。）
が見い出せたならば、領域が複数の小領域に分割されて
いるという判断を下すことができる。

【００５５】その場合には、新たな領域を生成する必要
があるが、その手順は以下に示す通りである。

【００５６】（１）外形線の構成線分群Ｇの中から、一
筆書き可能な図形に係る線分群へ新たにつけ加えられた
線分群を求める例えば、領域Ｒ１の場合には線分Ｌｇ２と線分Ｌ２の交
点によって線分Ｌｇ２を分割してできた線分Ｌｇ２′
や、線分Ｌｇ１と線分Ｌ３の交点Ｐ′によって線分Ｌｇ
１を分割してできた線分Ｌｇ１′である。

【００５７】尚、構成線分群Ｇのうちの他の線分につい
ては、上記（ハ）の説明から分かるように外形線内の領
域を規定する不等式群が既に求まっているので、以下に
示す操作には関係ない。

【００５８】（２）（１）において最後に付け加えられ
た線分に関して任意のサイド（側）を定義する例えば、最後に付け加えられた線分がＬｇ１′であると
すると、図１０に示すように、線分Ｌｇ１′の左側をＡ
側とし、右側をＢ側とする。

【００５９】（３）（２）の線分に対して一筆書きで繋
がっている線分を特定しこれが両サイドのうちどちら側
に位置する領域に入っているかを判断する。

【００６０】つまり、上記した（ハ）の過程において不
等号の向きを定める際に用いたのと同様の方法を用い
て、例えば、線分Ｌｇ１′に対して一筆書きで繋がって
いる線分Ｌ３の近傍と遥か遠方の位置にそれぞれ点を設
定して両者間を結んだ線分と線分Ｌｇ１′の延長線との
交点数の偶奇性から、線分Ｌ３がＢ側に位置することが
分かり、このような作業を繰り返し行っていくことによ
って小領域Ｒ１についての不等式群を求めることができ
ることは明らかであり（上記（ハ）の（２）、（３）参
照。）、最終的に領域Ｒ内を複数の領域に分割すること
ができる。

【００６１】尚、構成線分群と交点をもたない領域Ｒ３
については線分の分割に係る前記（３）において線分群
Ｇに追加されており、前記した方法によって容易に不等
式群を得ることができる。

【００６２】以上の結果、各小領域に係るデータ集合を
得ることができ、データ構造についての具体例をデータ
テーブルとして示すと、例えば、下表４のようになる。

【００６３】

【表４】

【００６４】上表４において、小領域にはこれを識別す
るための領域番号１が付与され、これは線分を識別する
ために線分番号１乃至４が付与された複数の線分を含
み、その内部領域が不等式群によって数学的に表現され
ている。尚、不等式の左辺は各線分を示す直線の式であ
り、ａｉ、ｂｉ、ｃｉ（ｉ＝１、２、３、４）は線分番
号ｉに対応する係数や定数を示し、Ｘｉｓ、Ｙｉｓ、Ｚ
ｉｓは線分番号ｉについてＸ、Ｙ、Ｚ方向における始点
の位置座標値をそれぞれ示し、また、Ｘｉｅ、Ｙｉｅ、
Ｚｉｅは線分番号ｉについてＸ、Ｙ、Ｚ方向における終
点の位置座標値をそれぞれ示している。同様に、領域番
号２については、線分番号１、４、５乃至８を付すこと
によって識別される６つの線分を含み、その内部領域が
６つの不等式群によって数学的に表現される。尚、不等
式の左辺は各線分を示す直線の式であり、αｉ、βｉ、
γｉ（ｉ＝１、４、５、６、７、８）は線分番号ｉに対
応する係数や定数を示し、ＸＸｉｓ、ＹＹｉｓ、ＺＺｉ
ｓは線分番号ｉについてＸ，Ｙ、Ｚ方向における始点の
位置座標値をそれぞれ示し、また、ＸＸｉｅ、ＹＹｉ
ｅ、ＺＺｉｅは線分番号ｉについてＸ，Ｙ、Ｚ方向にお
ける終点の位置座標値をそれぞれ示している。

【００６５】（ホ）小領域と高さデータとの間の関連付
けを行う過程側面図についての処理を終えると、次は側面図と正面図
とを関連付けることによって小領域が正面図において有
する高さデータを指定する段階に移る。

【００６６】ここにいう小領域の「高さ」とは、左右の
側面方向に対して直交する所定の平面を基準面とし、こ
れと小領域との間の最短の離隔距離をいう。

【００６７】例えば、図１、２に示した対象物１の場合
には、図１１に示すように、その右側面図と左側面図に
ついて前記した過程（ニ）を経てそれぞれ小領域に分割
されている（図では各領域に異なるハッチングを付して
区別しているが、これはコンピューターでの画像表示で
は各領域に対して異なる属性（色等）を付すことに相当
する。）。

【００６８】この場合に対象物１は４つの脚部２、２、
・・・を有する台座部３に直方体４を結合し、該直方体
４に対してこれより一回り小さい直方体５を結合した形
状を有している。

【００６９】よって、左右の側面図に現れる小領域は正
面図において定義される高さを有しており、例えば、右
側面図において４隅に位置する小領域に係る平面（つま
り、脚部２の構成面）を含む平面を高さの基準面に選ぶ
と、右側面図において十字状をした領域の高さが正面図
においてｚ１で示され、また、左側面図において最も外
側に位置するロ字状の領域（台座部３の構成面）の高さ
が正面図においてｚ２で示され、その内側の一回り小さ
なロ字状の領域、さらにその内側の４角形領域の高さは
正面図においてそれぞれｚ３、ｚ４で示されることにな
る。

【００７０】小領域に対する高さデータの関連付けは下
記の手順で行う。

【００７１】（１）小領域の選択ユーザーは、先ず、左又は右側面図における所望の小領
域を選択する。このとき選択された小領域については、
当該小領域と選択されていない他の小領域とを区別する
必要性から特別の表示形態（例えば、選択したものを明
るく表示する等。）を採ることが好ましい。

【００７２】（２）正面図上の線の選択選択した小領域に対応する正面図上の線を選択すること
によって小領域とその正面図上での高さとを関連付ける
（同図に矢印で対応関係を示す。）。尚、このとき、正
面図上の同一の線に対して側面図上では複数の異なる小
領域が対応する可能性がある（例えば、脚部２参照。）
ので、このような場合にも対処することができるように
側面図における小領域については複数個の選択ができる
ようにする必要がある。

【００７３】（３）対応関係の確認選択した小領域と正面図上の線との間の対応関係が正し
いことをユーザーに確認させた後、その旨を小領域の色
を暗くする等して表示する。

【００７４】（４）領域番号と高さデータの格納領域番号と高さデータとを組みにしてこれをメモリ上に
保持し又は記録する。

【００７５】例えば、領域番号と高さデータとの対応関
係については、下表５のデータテーブルに示されるよう
なデータ構造を用いることができる。

【００７６】

【表５】

【００７７】尚、上表５は各領域が一つの高さデータを
有する場合を示している。

【００７８】（５）別の小領域を選択して（１）乃至
（４）の手順を繰り返すその際、既に処理済の小領域についてはその旨を示す表
示属性（色分け等）を付与することが好ましい。

【００７９】（６）（１）乃至（５）の手順が一方の側
面図について終了したら、他方の側面図についても
（１）乃至（５）の手順に従って作業を行う。

【００８０】以上によって、左右の側面図における小領
域と正面図における高さとの対応関係が関連付けられる
が、例えば、図１２に示すような図形ではその内部に切
欠部ｃを有するため、当該部分の形状を表現することが
できないことが問題となる。このような場合には、左右
いずれかの側面図において切欠部ｃの形状を表示してお
き、上記した方法と同様にこれを小領域に分割するとと
もに、その部分が切欠部であることを指示し、一つの小
領域について正面図上の線を複数個選択することができ
るようする。これによって、切欠部ｃの形状を認識させ
ることが可能となる。

【００８１】（ヘ）透視的合成による領域の再分割過程左右の側面図を透視的に合成することによって小領域の
再分割を行う。即ち、図１３に示すように、これまでの
過程を経て複数の小領域に分割されている左右の側面図
を重ね合せて透視図を作成する。

【００８２】これによって、既存の小領域の境界線によ
って囲まれてできる新たな小領域が生じることなるの
で、（ニ）の過程と同様に小領域への分割操作を行う。
このとき、一方の側面図に他方の側面図が付け加えられ
ることによって生じる新たな小領域に対して与える高さ
データとしては、左右の側面図において小領域に対応す
る部分が正面図において有する高さデータの組み（つま
り、複数個の高さデータ）を対応させる。例えば、再分
割後の小領域が右側面図においては高さデータ１を有
し、同時に左側面図においては高さデータ２を有すると
いう具合に、一つの小領域に対して複数の高さデータが
対応するようなデータ構造を採用する。

【００８３】このことを、対象物１を例にして説明する
と、図１４に示すように、長方形Ｋの４隅にそれぞれ位
置する小領域２ａ、２ａ、・・・の正面図上での高さを
ｚ０、十字状をした小領域３ａの正面図上での高さをｚ
１、長方形Ｋ内に位置するこれより一回り小さい長方形
状の小領域４ａの正面図上での高さをｚ３とした場合
に、小領域２ａ、２ａ、・・・と４ａとの交わりとして
新たにできる小領域６ａ、６ａ、・・・には、その形成
に寄与する小領域２ａ、４ａのそれぞれの高さｚ０、ｚ
３が対応し、また、小領域３ａと４ａとの交わりとして
新たにできる小領域には、その形成に寄与する小領域の
それぞれ高さｚ１、ｚ３が対応することになる。

【００８４】下表６は、領域番号と複数の高さデータと
の対応関係の一例を示すデータテーブルであり、一つの
小領域に対して２つの高さデータを有する場合を示して
いる。

【００８５】

【表６】

【００８６】尚、分割後の各小領域には所定の属性（色
等）により区別することが好ましい。

【００８７】（ト）高さ方向への伸張操作により３次元
形状を作成する過程小領域とこれに対応する高さデータ列との組みが決まる
と、上記した表４や表５、６を総合して、例えば、下表
７に示すようなデータ構造に従うデータを得ることがで
きる。

【００８８】

【表７】

【００８９】尚、上表７における、ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、
αｉ、βｉ、γｉ（ｉは自然数。）等については既述し
た通りであり、また、Ｚｉｓ、Ｚｉｅ、ＺＺｉｓ、ＺＺ
ｉｅ（ｉは自然数。）は高さ方向をＺ方向に選んだ場合
の座標値を示している。

【００９０】各小領域から３次元形状を生成するには、
小領域をその高さデータ（又はデータ列）に基づいて高
さ方向に引き伸ばす（あるいは掃引する）ことで行う。

【００９１】例えば、図１５に示す形状Ｂでは、格子状
のハッチングを付して示す正方形ｂを同図のＺ方向（高
さ方向）に所定の距離だけ引き伸ばす、あるいは正方形
ｂをＺ方向に所定の距離をもって投影することによって
形成することができ、同様に形状Ｃは、格子状のハッチ
ングを付して示す平面的な鍵括弧状の図形ｃを同図のＺ
方向に所定の距離だけ引き伸ばすことによって形成する
ことができる。尚、図においてＸ軸、Ｙ軸はＺ軸に対し
てそれぞれ直交する３次元直交座標軸を示している。

【００９２】このような操作を行うことによって両者を
結合した３次元形状Ａが作成されることなる。尚、この
ことは、３次元形状が一般に複数個の立体の集合として
把握することができ、図１５の形状Ａが、Ｚ方向に延び
る直方体状の形状Ｂと、厚みのある鍵括弧状をしたブロ
ック形状Ｃとを組み合せた形状であることから容易に理
解することができる。また、機械部品等に係る３次元形
状は一般には複数個の３次元形状要素からなり、各要素
が２次元的な面的要素を所定の方向に引き伸ばした形状
を有していると考えることができる場合が多い。

【００９３】尚、小領域のＺ方向への引き伸ばしにあた
ってこれを一様に行うことが許されるのは、正面図にお
いてＺ方向に対して直交する線を含む図形であり、その
ような線以外の線を含む図形の場合には、引き伸ばしに
よって得られる図形のうちどの範囲を有効な領域とする
かを判断する必要がある。例えば、図１６に示す対象物
１ａは、図１の対象物１における直方体５の先端部を斜
め方向に沿って裁断することによって不等角の４角柱５
ａとなった形状を有しており、該４角柱５ａを正面から
見たときにＺ軸に対して所定角度をもって傾斜した線分
Ｌ（図に太線で示す。）が現れるため、長方形を単にＺ
軸方向に引き伸ばすだけでは、４角柱５ａを形成するこ
とができない。よって、この場合には、線分Ｌを示す数
式から得られる所定の不等式を満足するように側面図上
の小領域を伸張させる。つまり、下表８に示すように、
領域番号に属する線分に係る不等式群に対して線分Ｌに
係る不等式を追加すれば良い。

【００９４】

【表８】

【００９５】尚、上表中の「ｄ１・Ｙ＋ｅ１・Ｚ＋ｆ１
＞０」が追加の不等式（左辺をゼロにしたものが線分Ｌ
の表現式。）であり、ｄ１、ｅ１が係数、ｆ１が定数を
示している。

【００９６】また、側面図において直線以外の線がある
場合、例えば、楕円弧の場合には、楕円の方程式から
「ａ・（Ｘ−Ｘｃ）＾２＋ｂ・（Ｙ−Ｙｃ）＾２−ｒ＾
２＜０（又は＞０）」（ａ、ｂは係数、Ｘｃ、Ｙｃは中
心座標値、ｒは定数（ａ＝ｂ＝１の場合に円の半径を示
す。）という不等式（楕円の始点、終点の位置を含
む。）を得て、これに基づいて楕円弧の内側と外側を区
別することができる。また、ある閉曲線内の領域に楕円
がある場合でも、その近傍点と遠方点とを結ぶ線分と楕
円との交点数の偶奇性から近傍点が楕円の内側に位置す
るのかあるいは外側に位置するのかを判断することがで
きる。

【００９７】そしてまた、正面図に直線以外の線がある
場合には、例えば、楕円弧の場合には、上表８において
ける不等式「ｄ１・Ｙ＋ｅ１・Ｚ＋ｆ１＞０」を、上記
した楕円弧に係る不等式に置き換えれば良い。

【００９８】尚、３面図の代わりに２面図を用いる場合
（図２参照。）には、（ヘ）の過程における２つの側面
図の合成操作は不要となり、１つの側面図と正面図との
間で小領域とその高さデータとの関連付けを行えば良い
ことは、これまでの説明から容易に理解される。

【００９９】しかして、以上のような一連の処理によっ
て３次元形状の入力とその再構成（３次元形状の数値的
モデルの作成）を実現することができることが明らかと
なる。

【０１００】次に、本発明に係る装置を図１７に従って
説明する。

【０１０１】３次元形状の入力／作成装置７は、そのハ
ードウェア構成として下記に示す入力／設定手段７ａ、
計算手段７ｂ、出力手段７ｃを有しており、これらはコ
ンピューターシステムを用いて実現することができる。

【０１０２】ａ）入力／設定手段対象物の３次元形状について３面図（又は２面図）を入
力したり（上記（イ）参照。）、外形線の選択時におけ
る指定等を行うために必要な手段であり、キー入力手
段、入力用タブレット、イメージスキャナー、ポインテ
ィングデバイス等の一切を含む。

【０１０３】尚、図面の入力方法としては、図面をイメ
ージスキャナー等で読み込んだ後図形データに変換した
り、あるいは２次元ＣＡＤソフトにより予め作成されて
ファイル化されているデータを取り込む等の方法を挙げ
ることができる。

【０１０４】ｂ）計算手段３面図（又は２面図）に基づく図形の加工処理や所定の
データ構造への変換、そして、３次元形状モデルの作成
に関する処理等を行う中核部であり、図示するように、
外形線識別手段８、領域認識手段９、領域分割手段１
０、データ関連付け手段１１、再分割手段１２、伸張処
理手段１３を有する。

【０１０５】外形線識別手段８は、側面図における図形
の外形線を自動若しくは半自動的に識別するもので、そ
の方法は上記（ロ）で説明した通りである。

【０１０６】領域認識手段９は、上記（ハ）で説明した
ように側面図における外形線内の領域をデータ化して認
識するものである。

【０１０７】領域分割手段１０は、側面図における外形
線内の領域を当該領域内の境界線に基づいて複数の小領
域に分割する処理を担当する（上記（ニ）参照。）。

【０１０８】データ関連付け手段１１は、側面図の小領
域とこれに対応する正面図上の線との対応関係を与える
ことによって小領域とその高さデータとを関連付ける処
理を担当する（上記（ホ）参照。）。

【０１０９】再分割手段１２は、左右の側面図を透視的
に合成するとともに、小領域への再分割を行う（上記
（ヘ）参照。）ものであり、３面図を取り扱う場合にの
み必要とされる。

【０１１０】伸張処理手段１３は、小領域をその高さ方
向に引き伸ばすことによって３次元形状を作成する処理
（上記（ト）参照。）を担当し、作成された３次元形状
モデルを出力手段７ｃに送出する。

【０１１１】ｃ）出力（表示／印刷、ファイル化等を含
む。）手段中間結果の画像表示等を行ったり、伸張処理手段１３に
よって再構成された形状モデルの表示や印刷を行った
り、あるいはこれを図示しない外部のモデル解析手段又
は同一の計算手段内に用意されているモデル解析手段等
に出力するものである。

【０１１２】しかして、本発明によれば、３面図又は２
面図に基づいて３次元形状を視覚的に理解し易い方法で
かつ比較的簡単な操作でもって装置に入力することがで
き、また、小領域への分割や再分割、あるいは、小領域
をその高さ方向に引き伸ばす処理等に係るアルゴリズム
は自動化に適している。よって、従来の入力法に比べて
操作の習熟に要する時間が短く、また、形状の入力／作
成のための操作に１日程度を費やしていた作業時間を、
本発明により数十分程度の時間に短縮することができ
る。

【０１１３】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１又は請求項３に係る発明によれば、対象物
の３次元形状の入力に際して、正面図と２つの側面図を
含む３面図の図形入力だけで済むため入力操作が簡単で
ありかつ視覚的に理解し易いので、操作の習熟のための
労力が少なく、習熟に要する時間も短い。また、外形線
の内側領域を小領域に分割する処理や、小領域をその高
さ方向に引き伸ばす処理については自動化が容易であ
り、作業時間の短縮化を図ることができる。そして、基
本的には２次元の図面情報に基づき、残る１次元の高さ
方向への伸張操作によって３次元形状を作成しているの
で、所定の基本立体の組み合わせとしてしか３次元形状
を表現することができない方法に比べて、作成可能な形
状についての制約が少ない。

【０１１４】請求項２又は請求項４に係る発明によれ
ば、２つの側面図を透視的に合成した１つの側面図と正
面図とに基づいて３次元形状をより簡易に入力すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３面図と斜視図によって対象物の形状を示すも
のである。

【図２】２面図と斜視図によって対象物の形状を示すも
のである。

【図３】外形線の自動識別についての説明図である。

【図４】自動識別の問題点について説明するための図で
ある。

【図５】一筆書き可能な図形の経路選択についての説明
図である。

【図６】一筆書き可能な線分群の一部が外形線を構成し
ていない例を示す図である。

【図７】選択した線分が一筆書き可能な線分群との間に
交点をもたない例を示す図である。

【図８】外形線内の領域認識についての説明図である。

【図９】領域を示す不等式についての不等号の決定法に
ついて説明するための図である。

【図１０】外形内領域の小領域への分割について説明す
るための図である。

【図１１】側面図における小領域と正面図上の線との関
連付けについての説明図である。

【図１２】内部に切欠部を有する図形を示す側面図及び
Ａ−Ａ断面図である。

【図１３】左右の側面図を合成して透視図を得る様子を
示す図である。

【図１４】図１３の透視図において新たに生じる小領域
と、その高さデータとの関係について説明するための図
である。

【図１５】小領域を所定方向に引き伸ばすことによって
３次元形状を生成する操作を示す図である。

【図１６】正面図に斜線が現れる図形の３面図と斜視図
を示す図である。

【図１７】本発明に係る装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１…対象物、７…３次元形状の入力／作成装置、７ａ…
入力／設定手段、７ｃ…出力手段、８…外形線識別手
段、９…領域認識手段、１０…領域分割手段、１１…デ
ータ関連付け手段、１２…再分割手段、１３…伸張処理
手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の３次元形状を複数の図面情報に
基づいて入力した後、３次元形状モデルとして再構成し
て作成するための３次元形状の入力／作成方法におい
て、（イ）対象物を所定の方向から見た場合の正面図と、２
つの側面図とを入力した後、（ロ）各側面図における外形線をそれぞれ識別し、（ハ）（ロ）の外形線内の領域を認識し、（ニ）（ハ）の領域をその内部の境界線に従って複数の
小領域に分割し、（ホ）（ニ）の小領域とこれに正面図上で対応する線と
を関係付けることにより小領域とその正面図上での高さ
データとを関連付け、（ヘ）２つの側面図を透視的に合成して外形線内の領域
をさらに小領域に分割するとともに、新たに生じた小領
域については、２つの側面図において当該小領域に対応
する部分が正面図において有する高さデータの組みを高
さデータとして付与し、（ト）（ヘ）の各小領域をそれぞれの高さデータに応じ
て高さ方向へ引き伸ばす操作により３次元形状を作成す
ることを特徴とする３次元形状の入力／作成方法。
【請求項２】請求項１に記載の３次元形状の入力／作
成方法において、（イ）において対象物に係る２つの側面図を透視的に合
成して表現した１つの側面図と、正面図とを入力すると
ともに、（ヘ）において側面図の合成を行うことなく
（ト）に進むようにしたことを特徴とする３次元形状の
入力／作成方法。
【請求項３】対象物の３次元形状を複数の図面情報に
基づいて入力した後、３次元形状モデルとして再構成し
て作成するための３次元形状の入力／作成装置におい
て、対象物を所定の方向から見た場合の正面図と、２つの側
面図とを入力するための入力／設定手段と、各側面図における外形線をそれぞれ識別する外形線識別
手段と、外形線識別手段の出力する外形線のデータを受けて当該
外形線内の領域を認識する領域認識手段と、領域認識手段によって認識された領域をその内部の境界
線に従って複数の小領域に分割する領域分割手段と、領域分割手段によって得られる小領域とこれに正面図上
で対応する線とを関係付けることにより小領域とその正
面図上での高さデータとを関連付けるデータ関連付け手
段と、２つの側面図を透視的に合成して外形線内の領域をさら
に小領域に分割するとともに、新たに生じた小領域につ
いては、２つの側面図において当該小領域に対応する部
分が正面図において有する高さデータの組みを高さデー
タとして付与する再分割手段と、側面図における各小領域をそれぞれの高さデータに応じ
て高さ方向へ引き伸ばす操作により３次元形状を作成す
る伸張処理手段と、作成された３次元形状を出力する出力手段とを備えたこ
とを特徴とする３次元形状の入力／作成装置。
【請求項４】対象物の３次元形状を複数の図面情報と
して入力した後、３次元形状モデルとして再構成して作
成するための３次元形状の入力／作成装置において、対象物に係る２つの側面図を透視的に合成して表現した
１つの側面図と、正面図とを入力するための入力／設定
手段と、側面図における外形線を識別する外形線識別手段と、外形線識別手段の出力する外形線のデータを受けて当該
外形線内の領域を認識する領域認識手段と、領域認識手段によって認識された領域をその内部の境界
線に従って複数の小領域に分割する領域分割手段と、領域分割手段によって得られる小領域とこれに正面図上
で対応する線とを関係付けることにより小領域とその正
面図上での高さデータとを関連付けるデータ関連付け手
段と、側面図における各小領域をそれぞれの高さデータに応じ
て高さ方向へ引き伸ばす操作により３次元形状を作成す
る伸張処理手段と、作成された３次元形状を出力する出力手段とを備えたこ
とを特徴とする３次元形状の入力／作成装置。