JPH1139512A - 図形処理装置及び図形処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 詳細なモデリングを行い優れた視認性を有す
る図形処理装置および図形処理方法を提供する。 【解決手段】 要求された情報を処理する中央処理装置
１と、ウインドウ、図形要素、文字などを表示する表示
装置２と、文字、数値、などの情報を入力する入力装置
３と、オペレ−ティングシステム、ウインドウシステム
など実行中のプログラムを記憶する主記憶装置４と、入
力された図形等を記憶する二次記憶装置５と、を有する
図形処理装置であって、二次記憶装置５が三次元モデル
の重心と外殻との関係から、内部は大径のボクセル球で
表示し、外殻に近い程小径とする可変ボクセル生成部１
０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は三次元の図形処理装
置及びその図形処理装置における図形処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、複雑な形状の設計に伴い、ＣＡＤ
による作業が普及してきている。このＣＡＤを用いた図
形処理装置におけるグラフィックモデルのデータ表現方
法として、ワイヤーフレーム、サーフェイス、ソリッ
ド、ボクセルの各モデルが用いられてきた。ここで、ワ
イヤーフレームモデルは、三次元空間内に表現する物体
の輪郭を特徴付ける座標点どうしを直線、または曲線で
結合して表現するものであり、サーフェイスモデルで
は、ワイヤーフレームモデルの結合線による閉じた領域
を面として表現し、ソリッドモデルは、サーフェイスモ
デルで表現されるモデルで表面により閉じたモデルを中
身の詰まったソリッドとして表現され、ボクセルモデル
では、前述のモデルとは異なり、実世界の粒子に相当す
るボクセルと一般に呼ばれるデータによりモデルを構成
するデータ表現方法である。このなかで、三次元ＣＡＤ
で最も多く用いられるのはソリッドモデルであるが、表
現する幾何学的な演算の制限で表現できない形状が現れ
たり、非常に複雑な操作を操作者に強いる環境を生む結
果をもたらしている。それに対し、ボクセルモデルの場
合は、医療や科学シミュレーションのモデリング方法と
して多く採用されている。

【０００３】これは、人体などの断層写真から三次元モ
デルを生成する際にモデリングしやすいといった理由や
実世界をシミュレートする方法として他のモデリングよ
りも対象を忠実に表現できるといった理由からである。

【０００４】以下に、従来のデータ表現方法としてボク
セルを用いた図形処理装置について、図面を用いて説明
する。

【０００５】図８は従来の図形処理装置のブロック図で
ある。図中、３１は演算を行う中央処理装置、３２はウ
インドウ、図形要素や文字を表示する表現装置、３３は
文字及び数値などを入力する入力装置、３４は実行中の
プログラム等を記憶しておく主記憶装置、３５は入力さ
れた図形等を記憶する二次記憶装置、３６は図形データ
を保存するデータベース、３７は操作者との対話を行う
入力用インターフェイス部、３８は図形処理を行う図形
処理部、３９はボクセルを配置する座標をデータベース
３６に格納する座標格納部、４０は指定された光源から
ボクセルの反射色の強度を計算する光源反射計算部、４
１は視点の方向から三次元モデルの視界への投影を行う
ビュー座標変換部、４２は三次元モデルを二次元ディス
プレイに表示するために座標変換を行うフレームバッフ
ァへ書き込みを行うバッファ書込部、４３は最後に表示
装置３２への表示を行う表示部である。図８に示すよう
に二次記憶装置３５は、データベース３６、入力用イン
ターフェイス３７、図形処理部３８から成り、図形処理
部３８は、座標格納部３９、光源反射計算部４０、ビュ
ー座標変換部４１、バッファ書込部４２、表示部４３か
ら成る。

【０００６】以上のように構成された図形処理装置につ
いて、以下その動作を図面を用いて説明する。

【０００７】図９は従来の図形処理装置のボクセルの生
成過程を示すフローチャートである。まず、表示装置３
２及び入力装置３３により定義された三次元モデルの外
形形状が、三次元座標値として入力される（Ｓ１）。次
に、操作者が入力装置３３により入力した値、又はシス
テムで定義されている値を三次元モデルを構成するボク
セルの粒度に相当するワイヤーメッシュの間隔値として
設定する（Ｓ２）。次に、Ｓ２により設定されたワイヤ
ーメッシュの間隔でＸ，Ｙ，Ｚ軸の各々に平行なライン
を三次元モデルに生成させる（Ｓ３）。次に、座標格納
部３９により、三次元モデルに生成したワイヤーメッシ
ュの直交する各ラインが交差する三次元座標をボクセル
を配置するためにデータベース３６に格納する（Ｓ
４）。

【０００８】次に、捜査者が入力装置３３により入力し
た値、又はシステムで定義されている値をボクセルを表
示するために必要となるボクセルの半径として設定する
（Ｓ５）。次に、ボクセルを三次元空間に描画する、い
わゆるレンダリング（三次元グラフィック処理）を行う
ために、グラフィックライブラリ関数と呼ばれる規程の
処理系へボクセル球の情報を次々と渡し、表示装置にボ
クセル球が密な形で表示され全体として立体表示が行わ
れる（Ｓ６）。

【０００９】図１０は従来の図形処理装置におけるボク
セルの配置を示す説明図である。図に示すように、三次
元空間内に一定間隔で取られた線と線の交点に粒子とし
てボクセルは配置される。従って、図のように立方体を
表現する場合は、格子上に張りめぐらされたメッシュの
交点に球体で表されたボクセルが配置され立方体を構成
することになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の図形処理装置および図形処理方法では、ボクセルを
用いて物体を表現する為、詳細なモデリングを行うため
にはボクセル数が増加することによる処理量の増加から
莫大な処理時間及び記憶容量が必要となる。また、ボク
セルデータで表現された三次元モデルは仮想的な粒子の
集合体であるため、モデルの表面は凹凸形状となり視認
性に欠け、作業効率を低下させるとう課題を有してい
た。

【００１１】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
のであり、処理時間及び記憶容量を増加させることなく
詳細なモデリングを行い、また表面の凹凸形状を滑らか
にして優れた視認性を有する図形処理装置の提供及び、
処理時間及び記憶容量を増加させずに詳細なモデリング
を行い、また表面の凹凸形状を滑らかにして優れた視認
性を得ることができる図形処理方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の図形処理装置は、要求された情報を処理する
中央処理装置と、ウインドウ、図形要素、文字などを表
示する表示装置と、文字、数値、位置などの情報を入力
する入力装置と、オペレーティングシステム、ウインド
ウシステムなど実行中のプログラムを記憶する主記憶装
置と、入力された図形等を記憶する二次記憶装置と、を
有する図形処理装置であって、二次記憶装置が三次元モ
デルの重心と三次元モデルの外殻からボクセルを生成す
る可変ボクセル生成部を有する構成を備えている。

【００１３】これにより、処理時間及び記憶容量を増加
させることなく詳細なモデリングを行うことができる図
形処理装置が得られる。

【００１４】また、本発明の図形処理方法は、三次元図
形処理方法であって、三次元モデルの重心と三次元モデ
ルの外殻からボクセルを生成する可変ボクセル生成ステ
ップを有する構成を備えている。

【００１５】これにより、処理時間及び記憶容量を増加
させることなく詳細なモデリングを行うことができる図
形処理方法が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、要求された情報を処理する中央処理装置と、ウイン
ドウ、図形要素、文字などを表示する表示装置と、文
字、数値、位置などの情報を入力する入力装置と、オペ
レーティングシステム、ウインドウシステムなど実行中
のプログラムを記憶する主記憶装置と、入力された図形
等を記憶する二次記憶装置と、を有する図形処理装置で
あって、二次記憶装置が三次元モデルの重心と三次元モ
デルの外殻からボクセルを生成する可変ボクセル生成部
を有することで、処理時間及び記憶容量を増加させるこ
となく、全体の粒度が細かくすることができ、滑らかな
モデリングを行うことができるという作用を有する。

【００１７】請求項２に記載の発明は、二次記憶装置
は、三次元モデルの外殻に外接し隣接する３つのボクセ
ルから三次元モデルに外接する３つの外接点を三角形ポ
リゴンの頂点として設定することによりポリゴンを生成
して三次元モデルの外殻表面とするポリゴンデータ生成
部を有することで、三次元モデルの視認性が向上し、操
作者が選択に要する操作を軽減させ、設計効率を向上さ
せるという作用を有する。

【００１８】請求項３に記載の発明は、三次元図形処理
方法であって、三次元モデルの重心と三次元モデルの外
殻までの距離とに応じた半径を持つボクセルを生成し、
ボクセルと三次元モデルの外殻までの距離とに応じた半
径を持つ内接ボクセルを生成し、以下同様に三次元モデ
ルの空いた空間を逐一ボクセルを充填して、ボクセル生
成を行い粒度の異なるボクセルを配置する可変ボクセル
生成ステップを有することで、処理時間及び記憶容量を
増加させることなく、全体の粒度を細かくすることがで
き、滑らかなモデリングを行うことができるという作用
を有する。

【００１９】請求項４に記載の発明は、三次元モデルの
外殻と外接し相互に隣接する３つのボクセルから三次元
モデルに外接する３つの外接点を三角形ポリゴンの頂点
として設定することによりポリゴンを生成して三次元モ
デルの外殻表面とするポリゴンデータ生成ステップを有
することで、三次元モデルの視認性が向上し、操作者が
選択に要する操作を軽減させ、設計効率を向上させると
いう作用を有する。

【００２０】以下に本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
図形処理装置のブロック図である。

【００２１】図１において、１は演算を行う中央処理装
置、２はウインドウ、図形要素や文字を表示する表示装
置、３は文字及び数値などを入力する入力装置、４は実
行中のプログラム等を記憶しておく主記憶装置、５は入
力された図形等を記憶する二次記憶装置、６は図形デー
タを保存するデータベース、７は操作者との対話を行う
入力用インターフェイス部、８は図形処理を行う図形処
理部、９はボクセルを配置する座標をデータベース６に
格納する座標格納部である。１０は可変ボクセル生成部
であって三次元モデルの重心と三次元モデルの外殻の関
係を用いて、一旦配置されたボクセルモデルから、モデ
ルの内部は大きなボクセル球で表示し、外側に近い程微
細なボクセル球で表示できるよう、ボクセルを可変な形
で再生成する。１１は新たに生成されたボクセル球の外
殻を包むようにポリゴンを生成するポリゴンデータ生成
部、１２は指定された光源からボクセルの反射色の強度
を計算する光源反射計算部、１３は視点の方向から三次
元モデルの視界への投影を行うビュー座標変換部、１４
は三次元モデルを二次元ディスプレイに表示するために
座標変換を行うフレームバッファへの書き込みを行うバ
ッファ書込部、１５は最後に表示装置２への表示を行う
表示部である。図１に示すように二次記憶装置５は、デ
ータベース６、入力インターフェイス７、図形処理部８
から成り、図形処理部８は、座標格納部９、可変ボクセ
ル生成部１０、ポリゴンデータ生成部１１、光源反射計
算部１２、ビュー座標変換部１３、バッファ書込部１
４、表示部１５から成る。

【００２２】以上のように構成された図形処理装置につ
いて、以下その動作を図面を用いて説明する。

【００２３】図２は、本発明の実施の形態１における図
形処理装置のボクセル生成フローチャートである。

【００２４】まず、表示装置２及び入力装置３により定
義された三次元モデルの外形形状が三次元座標値として
データベース６に格納される（Ｓ１１）。次に、入力装
置３によりワイヤーメッシュの間隔値が設定される（Ｓ
１２）。次に、Ｓ１２で設定された間隔値に応じた間隔
で、三次元空間に設定された直交座標系の各軸に平行な
ラインをＳ１１で格納された三次元モデルに生成する
（Ｓ１３）。次に、座標格納部９により、Ｓ１３で生成
した各ラインが交差する座標を読み出し、ボクセルを配
置する座標値としてデータベース６に格納される（Ｓ１
４）。次に、入力装置３によりボクセルの粒度を決定す
るために粒度レベル値が設定される（Ｓ１５）。このレ
ベル値は、１から３の段階で設定可能で、最もレベルが
高いレベル３では、Ｓ１３により生成されたライン間に
更に一本のラインを生成し、Ｓ１４による交差数を増加
させて、密にボクセルを配置できる。レベル２はＳ１３
で生成したラインをそのまま使用し、レベル１は逆にＳ
１３で生成したラインを一本毎に間引くことにより、Ｓ
１４による交差数を減少させて、疎にボクセルを配置す
る。さらに三次元データに基づいて、公知の技術により
重心を求めておく。

【００２５】次に、可変ボクセル生成部１０により、三
次元モデルの重心と三次元モデルの外殻までの距離に応
じた半径を持つボクセルを生成し、同様に三次元モデル
の空いた空間に逐一ボクセルを充填していき、充填され
た大小様々なボクセルがＳ１４及びＳ１５により格納さ
れた座標値を包含するまで、ボクセル生成を行い粒度の
異なるボクセルを配置する（Ｓ１６：可変ボクセル生成
ステップ）。次に、ポリゴンデータ生成部１１により、
三次元モデルの外殻に外接し隣接する３つのボクセル
が、三次元モデルに外接する３つの外接点を三角形ポリ
ゴンの頂点として設定される（Ｓ１７：ポリゴンデータ
生成ステップ）。次に、ポリゴンをグラフィック表示す
るためにレンダリング情報としてＳ１７で設定された値
を順次グラフィック関数に渡す（Ｓ１８）。

【００２６】図３は本発明の実施の形態１における可変
ボクセルの生成を示す説明図である。

【００２７】これは、三次元空間に配置されたボクセル
を二次元図に投影したものである。図において、大粒の
ボクセルがモデルの内部に配置され、外殻に近づく程小
粒のボクセルが配置されている。

【００２８】図４は本発明の実施の形態１における図形
処理装置の等間隔、同粒度のボクセルに生成したポリゴ
ンを示す説明図であり、図５は本発明の実施の形態１に
おける三次元モデルの外殻に位置するボクセルに生成し
たポリゴンを示す説明図である。

【００２９】図４において、等間隔、同粒度で配置され
た７つのボクセルを示している。ここで、隣接する３つ
のボクセルの中心座標を三角形ポリゴンの頂点座標とし
て順次グラフィックス関数へ渡すことにより面１〜面６
に示すポリゴンが表示装置に表示される。しかし、図５
に示すような本発明の実施の形態における図形処理装置
により不規則な間隔、粒度で生成されたポリゴンに上記
操作を行うと、実際とはかけ離れた形状となる場合が生
じる。そこで、ボクセル名としてＶ１，Ｖ２，Ｖ３のよ
うに隣接する３つのポリゴンがモデルの外殻に外接する
点を各々Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とした時に、このＰ１〜Ｐ３
を頂点とする三角形ポリゴンを生成し、同様に他の三角
形ポリゴンを生成する。

【００３０】以上のように実施の形態によれば、一旦配
置されたボクセルモデルから、モデルの内部は大きなボ
クセルを再生成し、外側に近い程微細なボクセルを再生
成させ、又、モデルの外殻と外接するボクセルの接点か
らポリゴンを生成するようにしたことにより、詳細なモ
デリングを行う場合にもボクセル数を増加させないこと
から、処理時間及び記憶容量の増加を抑え、ボクセルに
よる表面の凹凸をポリゴンにより解消することから、優
れた視認性を得ることができる。

【００３１】（実施の形態２）次に、粒度の異なるボク
セルを生成する本発明の実施の形態２の具体例を図面を
用いて説明する。図６は本発明の実施の形態２における
図形処理装置の可変ボクセル生成フローチャートであ
り、図７は本発明の実施の形態２におけるボクセルリス
トと可変ボクセルリストを示す説明図である。

【００３２】まず、最初に上述の図７に示すボクセルリ
ストが空になったかを確認する。ここで、ボクセルリス
トには、格子状に配置された各ボクセルの、ボクセル名
としてＶxyz及び三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が蓄えられ
ている。このボクセルリストが空であれば終了する。次
に、ボクセルリストからボクセルデータが取り出され
（Ｓ２１）、三次元モデルの重心計算が行われる（Ｓ２
２）。次に、モデルの外殻までの最短距離が計算されＲ
ｍａｘとして保存される（Ｓ２３）。算出された重心座
標を中心としてＲｍａｘを半径とした可変ボクセルとし
てボクセルを再生成する（Ｓ２４）。可変ボクセル内に
その三次元座標が包含されるボクセルをボクセルリスト
から検索する（Ｓ２５）。次に、図７に示す可変ボクセ
ルリストに登録し（Ｓ２６）、ボクセルリストから削除
する（Ｓ２７）。ここで、可変ボクセルリストは、再生
成される可変ボクセルを蓄えるリストであり、可変ボク
セル名として可変ボクセルインデックス、可変ボクセル
粒度情報として球半径、可変ボクセルの座標情報として
中心座標、可変ボクセルに包含されたボクセルの情報と
して包含ボクセル要素リストが蓄えられている。

【００３３】このような手順で、ボクセルリストに蓄え
られているボクセルの情報を可変ボクセルリストに移動
し、ボクセルリストが空になるまで続けることで、結果
として外殻に近い程粒度の細かいボクセルが再配置され
ることになる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に記載の
図形処理装置によれば、滑らかなモデリングを行う場合
に、処理時間の増加を抑えられることから作業性に優
れ、同様に記憶容量を増加させる必要が無くなることか
ら、小型化することができるという効果が得られる。

【００３５】請求項２に記載の図形処理装置によれば、
請求項１の効果に加え、ボクセルの凹凸形状をポリゴン
により平面化し、滑らかな外形表面にすることにより視
認性を向上することができることから、操作性、作業性
に優れるという効果が得られる。

【００３６】請求項３に記載の図形処理方法によれば、
滑らかなモデリングを行う場合に、処理時間の増加を抑
えられることから作業性にすぐれ、同様に記憶容量を増
加させる必要が無くなることから、小型化することがで
きるとう効果が得られる。

【００３７】請求項４に記載の図形処理方法によれば、
請求項３の効果に加え、ボクセルの凹凸形状をポリゴン
により平面化し、滑らかな外形表面にすることにより視
認性を向上することができることから、操作性、作業性
に優れるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における図形処理装置の
ブロック図

【図２】本発明の実施の形態１における図形処理装置の
ボクセル生成フローチャート

【図３】本発明の実施の形態１における可変ボクセルの
生成を示す説明図

【図４】本発明の実施の形態１における図形処理装置の
等間隔、同粒度のボクセルに生成したポリゴンを示す説
明図

【図５】本発明の実施の形態１における三次元モデルの
外殻に位置するボクセルに生成したポリゴンを示す説明
図

【図６】本発明の実施の形態２における図形処理装置の
可変ボクセル生成フローチャート

【図７】本発明の実施の形態２におけるボクセルリスト
と可変ボクセルリストを示す説明図

【図８】従来の図形処理装置のブロック図

【図９】従来の図形処理装置のボクセルの生成過程を示
すフローチャート

【図１０】従来の図形処理装置におけるボクセルの配置
を示す説明図

【符号の説明】

１ 中央処理装置 ２ 表示装置 ３ 入力装置 ４ 主記憶装置 ５ 二次記憶装置 ６ データベース ７ 入力用インターフェース部 ８ 図形処理部 ９ 座標格納部 １０ 可変ボクセル生成部 １１ ポリゴンデータ生成部 １２ 光源反射計算部 １３ ビュー座標変換部 １４ バッファ書込部 １５ 表示部 ３１ 中央処理装置 ３２ 表示装置 ３３ 入力装置 ３４ 主記憶装置 ３５ 二次記憶装置 ３６ データベース ３７ 入力用インターフェース部 ３８ 図形処理部 ３９ 座標格納部 ４０ 光源反射計算部 ４１ ビュー座標変換部 ４２ バッファ書込部 ４３ 表示部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】要求された情報を処理する中央処理装置
   と、ウインドウ、図形要素、文字などを表示する表示装
   置と、文字、数値、位置などの情報を入力する入力装置
   と、オペレーティングシステム、ウインドウシステムな
   ど実行中のプログラムを記憶する主記憶装置と、入力さ
   れた図形等を記憶する二次記憶装置と、を有する図形処
   理装置であって、 前記二次記憶装置は前記三次元モデルの重心と前記三次
   元モデルの外殻との関係を用いて前記三次元モデルの内
   部は大きなボクセル球で表示し、前記三次元モデルの外
   殻に近い程微細なボクセル球で表示することにより、ボ
   クセル球の径を可変させて再生成する可変ボクセル生成
   部を有することを特徴とする図形処理装置。
2. 【請求項２】前記二次記憶装置は、前記三次元モデルの
   外殻に外接し隣接する３つのボクセルから前記三次元モ
   デルに外接する３つの外接点を三角形ポリゴンの頂点と
   して設定することによりポリゴンを生成して前記三次元
   モデルの外殻表面とするポリゴンデータ生成部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の図形処理装置。
3. 【請求項３】三次元図形処理方法であって、三次元モデ
   ルの重心と前記三次元モデルの外殻までの距離とに応じ
   た半径を持つボクセルを生成し、前記ボクセルと前記三
   次元モデルの外殻までの距離とに応じた半径を持つ内接
   ボクセルを生成し、以下同様に三次元モデルの空いた空
   間を逐一ボクセルを充填して、ボクセル生成を行い粒度
   の異なるボクセルを配置する可変ボクセル生成ステップ
   を有する図形処理方法。
4. 【請求項４】前記三次元モデルの外殻と外接し相互に隣
   接する３つのボクセルから前記三次元モデルに外接する
   ３つの外接点を三角形ポリゴンの頂点として設定するこ
   とによりポリゴンを生成して前記三次元モデルの外殻表
   面とするポリゴンデータ生成ステップを有することを特
   徴とする請求項３記載の図形処理方法。