JPS60193080A - 図形演算処理方式 - Google Patents

図形演算処理方式

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JPS60193080A
JPS60193080A JP59048489A JP4848984A JPS60193080A JP S60193080 A JPS60193080 A JP S60193080A JP 59048489 A JP59048489 A JP 59048489A JP 4848984 A JP4848984 A JP 4848984A JP S60193080 A JPS60193080 A JP S60193080A
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JP
Japan
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triangle
intersection
determinant
coordinates
triangles
Prior art date
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JP59048489A
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English (en)
Inventor
Fujio Yamaguchi
山口 富士夫
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、図形表示及びモデリングシステムに適した図
形演算方式、より詳しく云うならば、複数の図形相互間
の干渉状態を検出するための図形演算方式に関する。
(従来技伯) コンピュータ援用設計(CA D)やコンピュータ援用
生産(CAM)等の普及に伴なって、所望の図形を精害
に表示する要求が高くなり、第15図に示したように表
示すべき図形H1及びJをそれぞれ複数の平面h1.h
2.h3.h4、h5、h6・・・、及びj+、j2、
j3、j4・・・を使用してモデリングした、いわゆる
多面体近似のソリッドモデルが採用されている。
ところで、CAD/CAMやアニメーション作成等に使
用する図形表示システムやモデリングシステムでは、独
立した2つの図形Hと図形Jを足し合わせたり(第16
図イ)、また図形の一部分を除去したりして(同図口)
、新しい図形を構成することが行なわれる。このような
図形の再構成に際しては、個々の図形モデルの重なり具
合、つまり干渉性を把握することが重要な課題となる。
従来、このような図形モデル同士の干渉を調べるには、
モデルを構成する各境界面を表わす関数を使用して形状
ごとに個別的に演算を行なっていたので、複雑かつ繁雑
な計算を必要とし、演算が大規模になるという問題があ
った。
(目的) 本発明はこのような問題に鑑み、面の集合により表わさ
れた図形の干渉性を統一的に演算することができる新規
な演算方式を提供することを目的とする。
(構成) そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づい
て説明する。
本発明においては、まず、第13図に示したように、図
形を表現する多角形をなす境界面り、 Mをその1つの
頂点を起点とし、他の頂点を終点とする対角線によりそ
れぞれ複数の三角形To、T1.T2・・・・及びT^
、T8.Tc・・・・に分割し、つぎに、一方の図形を
表わす三角形T。を主としたとき、他方の図形を表わす
三角形T^を従とし、両者が交差するか、否かを4行4
列の行列式演算により判定し、交差している場合にはそ
の交点の座標をめるようにしたものである。
第1図は、本発明の実施例を示す装置のブロック図であ
って、図中符号lは、データ変換回路で、近似多面体を
定義する多角形を(第13図)、対角線により複数の三
角形に分割し、第14図に示したように干渉を調査すべ
き2個の三角形T。
及び三角形T^のそれぞれ3個の頂点の座ei V a
” (Xo +Yo +Zo)−vs = (xI +
Yt 121 )、V2 = (X2 ・y2 + 2
2 ) 、及びV^= (XA +’/e IZA)、
VBo(Xs + ye ・2m ) 、VC= (X
c I VC+ zC)を生成し、入力データテーブル
(表1)に出力するように構成されている。
2は、外向き法線ベクトル演算回路で、データ変換回路
lからの頂点座標データに基づいて、各三角形の面積と
、頂点を反時計方向に追ったとき手前側を正方向として
三角形の向きを表わすベクトル、つまり外向き法線ベク
トルN =[nx+nY + n2]、 及び、外向き法線ベクトル方向の無限遠点の同次座標[
nx l ”Y l nz + O]をめるように構成
されている。
3は、交差判定演算装置で、三角形の頂点データ及び外
向き法線ベクトルに基づいて三角形内部、辺、及び頂点
相互間の交差状態を4行4列の行列式演算により判定し
て交差状態を交差状態テーブル(表2)に書込み、同時
に交差する場合には後述する交点座標計算回路4に交点
座標の計狼を要求するように構成されている。
次に、上述した交差判定演算装置3について説明する。
そこで、まず、この交差判定演算の原理について説明す
ると、3次元空間における3つの点v。
:(Xo +Vo +ZO)−Vt =(Xt’+Yt
 lzs )、Vl = (X2 、y2122)を含
む面と成る任意の点V^=(x^、y^、2^)に対し
て4行4列の行列式 %式% (1) (なお、以下、頂点V。、vl、vlにより定義される
三角形Toと、点V^との関係を表わす行列式をS^。
12と呼ぶ) を構成し、これの演算結果が、 (a)S^。12=0 ならば、点V^は三角形Toを
含む平面上に存在、 (b)S^。□2〉0 ならば、点V^は三角形Toを
含む平面の外側に存在、 (c)SA、 12<Oならば、点v^は三角形Toを
含む平面の内側に存在、 するという関係を組合せて利用するものである。
第2図は、上述の交差判定演算装置の実施例を示す装置
のブロック図で、図中符号31は、三角形を含む2平面
の関係を調べる第1の行列式演算回路で、三角形To及
びT^のそれぞれを定義するMTQ点Vo 、Vt 、
Vl 、 及(7V^、Va、■oに基づいて、一方の
三角形Toを含む平面に他方の三角形T^の3個の頂点
V^、Vll、v。
が存在し、かつ三角形T^を含む平面に三角形T0の頂
点V。、V、、Vlが存在するか、否かの判定、つまり
前述の式(1)により示した行列式を構成し、 ((SAO12=0)八(Ss o 12 =O)八(
SCO12=O))八((SOA@C=O)八(St 
A@c =0)^(S2^@c=0))・・・・(2〕
なる条件が成立するか否かを4行4列の行列式演算によ
り調べ、成立する場合には、2個の三角形To、T^は
同一平面上に存在する判断として第2の行列式演算回路
32に、また成立しない場合にはそれぞれの三角形を含
む2°つの平面は立体的に交差するとして第3の行列式
演算回路33にデータを振向ける。
32は、同一平面上に存在する2つの三角形ToとT^
が交差、つまり少なくとも一部分が重なり合うか、否か
を判定する第2の行列式演算回路で、一方の三角形T。
の3辺EO、’E l 、E2及び各辺の端点v0、V
l、■2と、他方の三角形T^の3辺E^、E@、EC
及び各辺の端点V^、V、、VCのデータを第5の行列
式演算回路35に移し、この回路35での結果により2
つの三角形ToとT^が平面的に交差しているか、否か
を判断し、この判断結果を交差状態テーブル(表2)に
出力するように構成されている。
33は、三角形T。を含む平面と、三角形T^を含む平
面が立体的に交差しているとき、三角形Toと三角形T
^が交差しているか、否かを判断する第3の行列式演算
回路で、一方の三角形T。
の3辺Eo、E□、E2及び各辺の端点■。、V、、v
lと、他方の三角形T^の3辺E^、E8.EC及び各
辺ノ端点V^、V、、VC(1)データを第4の行列式
演算回路34に移し、この回路34での結果により2つ
の三角形ToとT^がケ体的に交差しているか、否かを
判断し、この判断結果を交差状F(テーブルに出力する
ように構成されている。
34は、1つの三角形Toとこの三角形から独立して存
在する線分1例えば三角形T^の辺E^とが交差するか
、否かを判定する第4の行列式演算回路で、辺E^の始
点塵6V^と終点塵1s v aが共に三角形Toに対
して (SAo12=0)八(Ss o 12 = O) ”
 (3なる条件式が成立するか、否かを4行4列の行列
式演算により判定し、成立する場合には同一平面」二に
存在すると判断して第5の行列式演算回路35に、また
成立しない場合には同一平面上に存在しないと判断して
第6の行列式演算回路36に移し、同時にこれらの判断
結果を第3の行列式演算回路33に出力するように構成
されている。
35は、三角形Toと、この三角形を含む平面−ヒに存
在する辺E^との関係を調べる第5の行列式演算回路で
、三角形Toをそれぞれの3辺Eo 、El、El 、
に展開して後述する第7の行列式演算回路37に移し、
各辺E0、E、、Elのそれぞれが他方の三角形T^の
辺E^と交差するか、否か判定させ、同時にこのデータ
を第8の行列式演算回路38に移し、辺E^の両端点■
^、■eが三角形Toの内部に存在するか、否かをこの
回路38に判断させ、これらの回路37.38の演算結
果に基づいて三角形Toと三角形Tへの交差状態を判断
し、この判断結果を交差状態テーブル(表2)、第2、
及び第4の行列式演算回路32.34に出力するように
構成されている。
36は、三角形T。と、これを含む平面の上に存在しな
い線分E^とが交差するか、否かを判定する第6の行列
式演算回路で、三角形Toを含む平面の一方側に始点が
他方側に終点が存在し、かつ線分の始点もしくは終点と
三角形の2頂点により形成される3つの平面で囲まれる
空間の内側に終点もしくは始点の一方が存在するか否か
、つまり ((SAO12≧O)八(ss o 12≦0)八(S
s o s s≦0)^C31112A≦0)八(Ss
zo^≦0))V((S@otz≧0)^(SA o 
t 2 ≦o)^(SA01B≦O)^(SA1211
≦0)^C5s 2 a s≦o) ) −−−−−−
−−(4)が成立するか、否かを4行4列の行列式演算
により判断し、成tする場合には三角形T。と線分E^
が交差するとして交差状1ムチ−プルに判断結果を出力
し、同時に交点座標計算回路4に交点座標の演算を要求
するように構成されている。
37は、同一平面上に存在する2本の線分が交差するか
、否かを判定する第7の行列式演算回路で、両端点■^
とv8により定義される線分E^と、両端点V。とvl
により定義される線分E。
に対し、一方の線分を1辺とし、他方の線分の1端点な
頂点とする2つの三角形を想定し。
[((SNotp≧0)八(SN o t e≦0))
■((SN 01^≦0)^(SN0111≧0))]
^[((SN A II 020)八(SN s t 
、≦0))■((SN A @o≦O)八(SN A 
B 1≧0) ) ] −−−−(5)なるゑ性成が成
立するか、台かを4有4す」の″4″r列式演算により
判断し、成立する場合には2本の線分が平面的に交差す
ると判断して交点座標計算回路4に交点座標の演算を要
求し、同時にこの判断結果を交差状態テーブル及び第5
の行列式演算回路35に出力するように構成されている
38は、三角形を含む平面上に存在する1つの点■^が
三角形T0の内部に位置するか、外部に位置するかを判
定する第8の行列式演算回路で、点v8と三角形Toの
各辺Eo、E、、E2により形成される三角形を想定し
、 (SN01^≧0)八(SN12^≧O)^(SN 2
0^≧0)・・・・(6) なる条件式が成立するか、否かを4行4列の行列式演算
を行なって判断し、成立する場合には点が三角形の内部
に存在すると判定し、また成立しない場合には外側に存
在すると判断し、この判断結果を交差状態テーブル、及
び第5の行列式演算回路35に出力するように構成され
ている。
39は、三角形を含む平面に対して1点がどのような関
係で存在するかを判断する第9の行列式演算回路で、三
角形と点に対して (a、) SA o 12 >0 (b)SA o 12 = 0− (7)(c) S^
o12<Q なる条件式を4行4列の行列式演算により判定し、(a
)が成立すれば点は平面の外側、(b)ならば1つの平
面上、(C)ならば平面の内側に存在すると判断し、こ
の判断結果を交差状態テーブル(表2)、及び第6、第
7、第8の行列式演算回路36.37.38に出力する
ように構成されている。また、この行列式演算回路39
では、元の図形の頂点が凸か、凹かの判定、つまり多角
形の頂点(例えばVりと、その両隣りの頂点(例えばV
o 、 V2 )について (&’)SNo+2>0 (b ’) SNO+ 2 =O CC’) SNOt 2 <0 なる条件式を演算し、(a′)が成立すれば凸、(b゛
)ならば−直線状、(Co)なら凹でると判定するよう
に構成されている。
第1図に戻って、図中符号4は、前述の交点座標演算回
路で、第7の行列式演算回路37からの交点計算要求に
対しては、 P=V^+ (We−VA)XSAOs 2 /(SA
OI2 3aot2)”(8) により、 また第6の行列式演算回路36からの要求に対しては、 P=V^+ (vB VA ) XSN OI A /
(SNOIA 5NOIII) =VO+ (Vl −Vo ) XSN A B O/
(SNAIOS’NAl11)・・・・(9)により演
算を行なって交点座標P(x、y、z)をめ、交点座標
テーブル(表3)に出力するように構成されている。
5は、交差状態データ出力回路で、交差状態判定装置3
、及び交点座標計算回路4からの出力を交差状態テーブ
ル及び交点座櫟値テーブルに、またこれらの演算過程に
おいて附随的に算出された三角形と他の1点により形成
される四面体の体積や外向き法線単位ベクトル等を特性
値テーブル(表4)に整理して格納し、外部機器からの
要求に応じて出力するように構成されている。
次に、このように構成した装置の動作を第3図乃至第1
2図に示したフローチャートに基づいて説明する。
交差状態を調べるべき2つのモデルを表わすデータがデ
ータ変換回路lに入力すると、デ・−タ変換回路lは、
それぞれのモデルを対角線により複数の三角形に分割し
、それぞれの三角形のT。
及びTA(7)頂点vo、v、、v2.及びv^、Vl
l、VCの座標データを出力する。外向き法線ベクトル
演p回路2は、これら座標データに基づいてそれぞれの
外向き法線ベクトルN。、N^を演算し、同時にこのベ
クトル値を正規化して特性値テーブル(表4)に記憶す
る。交差判定演算装置3は、それぞれの三角形ToとT
^の頂点Vo 、V+ 、V2 とVA、Vs 、Vc
及び外向きi’Ji I!iIベクトルNo、N^のデ
ータを受けて交差判定に入る。第1の行列式演算回路3
1は、頂点v0.v、、V2.及びVA、Vll、VC
(7)データを基に条件式(2)、つまり ((SAO12=O)八(SB o t 2 =O)八
(Sco+ 2 =O) )八((SOAIC=0)八
(31^@C=O)八(32^5c=0))を演算し、
これが成立するときには、三角形T。
とT^が同一平面上に存在すると判断し、演算を第2の
行列式演算回路32に移し、成立しないときには三角形
ToとT^が同一平面上に存在しないと判断し、演算を
第3の行列式演算回路33に移す(第3図)。
■、三角形To、及び三角形T^が同一平面上に存在す
る場合 第2の行列式演算回路32は、三角形T。を3辺Eo 
、El 、E2及び頂点V。、Vl、V2に、また三角
形T8を3辺E^、E、、E、及び頂点VA、Ve、V
cにI」(開して第5の行列式演算回路35に一旦、制
御を移す。第5の行列式演算回路35は、第2の行列式
演算回路32から受け取った三角形Toを3辺に展開し
て第7の行列式演算回路37に、また3辺E^、Ee 
、Ecを端点V^、vll、VCに展開して第8の行列
式演算回路38に移す。第7の行列式演算回路37は、
受は取った2つの三角形To、及びTAの辺Eo 、E
l、Ex及び辺EA 、E@、ECを基にして各三角形
を形成している辺と辺が交差するか、否かを判断し、交
差する場合には交点座標計算回路4に交点座標計算を要
求する。また、第8の行列式演算回路38は、端点■^
、VB、vcがそれぞれ三角形T。の内外いづれに存在
するかを判断する。この第7の行列式演算回路37、及
び第8の行列式演算回路38での判断結果は、第5の行
列式演算回路35に出力され、この回路35で三角形T
0と三角形TAの辺E^が交差するか、否かが判断され
、さらにこの判断結果は、第2の行列式演算回路32に
出力されて三角形Toと三角形T^が同一平面上で交差
するか、否かが判断される(第4.7,9図)、これら
の判断結果は、ぞれぞれ交差状態テーブル(表2)に、
また交点座標は交点座標テーブル(表3)にそれぞれ出
力されて記憶される。
II 、三角形T0、及び三角形T^が同一平面上に存
在しない場合 第3の行列式演算回路33は、三角形Toを3辺E0.
E、、E2及び頂点V0、vl、v2に展開して第4の
行列式演算回路34に一旦、制御を移す。第4の行列式
演算回路34は、受は取った三角形Toと他方の三角形
T^の辺EAが、同一平面−Lにあるか否かを判断し、
同一平面上にある場合には第5の行列式演算回路35に
制御を移し、前述したIと同様の過程により平面的な交
差状態の判定に入る。他方、三角形Toと辺E^が同一
平面上にない場合には、第6の行列式演算回路36に制
御を移し、三角形Toと辺EAが立体的に交差するか、
否かの判定に入り、立体的に交差すると判断した場合に
は交点座標計算回路4に交点座標の計算を要求する。こ
れら第5、第6の行列式演算回路35.36による判断
結果は、再び第4の行列式演算回路34に出力され、三
角形Toと辺E^が交差するか否かの判断に供され、さ
らにこの回路34の判断結果は、第3の行列式演算回路
33に出力され、ここで三角形ToとT^が立体的に交
差するか、否かが判断される(第5.6.8図)、これ
らの判断結果は、ぞれぞれ交差状態テーブル(表2)に
、また交点座標は交点座標テーブル(表3)にそれぞれ
出力されて記憶される。
以下、このような演算過程(I)及び(IK)を対角線
により分割された三角形に対して選択的に適用し、図形
を構成する全ての平面の干渉性を判定する。
なお、第9の行列式演算回路39は、第6、第7、及び
第8の行列式演算回路36.37.38からのデータに
基づいて三角形を含む平面に対する点のサイドテスト等
(第11図)と図形の凹凸判定(第12図)を行なう。
(効果) 以上、説明したように本発明によれば、干渉性の調査を
行なうべき図形をその頂点からの対角線により三角形に
分割し、これの頂点座標、外向き法線ベクトル、及びこ
のベクトルの無限遠点をデータとするようにしたので、
複雑な図形同士の干渉判断を4行4列の行列式演算によ
り統一的に処理することができて図形処理演算を単純か
つ高速度で実行することができ、多面体モデルの生成、
解析、及び表示等に必要な多岐に亘る処理を高速度化と
簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例をなす装置のブロック図、
第2図は、同上装置の交差判定演算装置の一実施例を示
す回路のブロック図、第3図乃至第12図は、それぞれ
同1:装置の動作を示すフローチャート、第13図は、
本発明における図形分割の一例を示す説明図、第14図
は、同上装置の演算対象となる三角形を定義する説明図
、第15図は、多面体近似の一例を示す斜視図、第16
図は1図形合成の一例を示す説明図である。 出願人 山 口 富 士 夫 (ほか1名) 代理人 弁理士 西 川 慶 治 回 木村勝彦 第3図 第7目 特開昭GO−193080(9) F((Tor Ea) 第8図 fAe+p、S 5of2 SaaeAt jjI2A 5′8u^の1+岸 SAρ++D? ( Sa*n:0+ ’ Sb*+A’6? > 5LNQA:(fr 582M:07 SAoIjO! 58afRC? Esa+A”? ≧ 5aturn? ’ ≧ 5B2eA:0! 万ヒTs IJ交!L bと゛プ1ゴ交差する 交点計算 リターン 第9 図 F(、(Eo、Es) SN*+a、 5j7ave。 SNAm0r Sysm+ の計算 5yelAO’ ン Sun+6 :0 ? gw++A:0? 5周11°09 ≧ 0? 〉 5yaa+:a? SNMb:0? O? E o ’c EA l# fAlする E61−EA
はAI交点計専 リターン 439− □□□ 第10 図 F7 (To、 Va〕 SNm、 SN+2a。 SNQ*Aめ計算 SNO+^・O ン 5NnA;。 5N2aλ、O ≧ VA # To ノPI tJ V4 b L a 外
部リターン L−□ 豫j1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 図形モデルを形成する平面をその頂点からの対角線によ
    りlもしくは複数の三角形に分割して三角形の頂点座標
    を出力するデータ変換手段、該手段からのデータに基づ
    いて前記三角形の外向き法線ベクトル及びこれの無限遠
    点座標をめる法線ベクトル演算手段と、4行4列の行列
    式の値と行列式同士の論理値を計算する交差判定演算手
    段と、該演算手段の演算結果により作動する交点座標二
    1算手段とを備え、干渉状態を判定すべき図形から抽出
    した2つの三角形の頂点座標と、その無限遠点座標を適
    宜選択して三角形を想定し、この三角形の頂点座標と他
    の1点の座標とにより4行4列の行列式を構成して前記
    演算手段により演算を行なうとともに、これの演算結果
    に基づいて11u記交点座標計算手段を作動せしめる図
    形演算処理方式。
JP59048489A 1984-03-14 1984-03-14 図形演算処理方式 Pending JPS60193080A (ja)

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JP (1) JPS60193080A (ja)
CA (1) CA1237524A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264307A (ja) * 1986-05-13 1987-11-17 Fanuc Ltd 法線ベクトル演算方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264307A (ja) * 1986-05-13 1987-11-17 Fanuc Ltd 法線ベクトル演算方法

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Publication number Publication date
EP0155183A3 (en) 1989-09-20
CA1237524A (en) 1988-05-31
EP0155183A2 (en) 1985-09-18

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