JPS6165368A - 設計支援方法 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、３次元画像情報を介して計算機支援設計手法
（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　］）ｅｓｉｑｎ　）
に係り、特に、３次元の対象物の透視図を画面に表示す
る方法に関する。

〔発明の背景〕

３次元の対象物を設計する際、確認のだめに、対象物を
透視図等で２次元画面に３次元立体表示する必要性が生
ずる場合がある。たとえば、プラントの配管レイアウト
では、設計した配管が互いに干渉していないか、機器と
の接続等に不具合が生じていないか等を２次元の図面で
確認するのは、配管が複雑な場合、困難となる。この場
合、プラントを透視図で３次元立体表示することにより
、上記の確認が容易となる。

３次元の対象物を２次元画面に透視図で表示する方法は
機つか提案されている（　１”’Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ
ｏｆ　　１ｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｊ　。

Ｗｉ　Ｉ　１　ｉ　ａｍ　Ｍ、　Ｎｅｗｍａｎ著、　Ｍ
ｅ　Ｑｒａｗ　）−Ｉｉ　Ｉ　１社刊）。

透視図作成のために必要なパラメータ（入力データ）は
、対象物の座標、視点および注視点の座標（又は、視点
座標および視線の方向）、視界（視野の広さ）である。

対象物が固定されている場合には、１組の視点、注視点
、視界の値に対し、１つの透視図が得られる。

実際に透視図を利用する場合、希望する透視図を得るの
は容易ではない。なぜなら、視点の座標等を数値で与え
なければならないからである。たとえば、ある視点から
の透視図が得られた場合、その結果から、視点の位置を
ある程度右上方部に移動させた透視図を得たいと考えて
も、実際に最適な視点、注視点の位置座標を数値で把握
するのは困難である。

従って、従来は適当と推定される数値を与え結果を見な
がら、希望する透視図が得られるまで試行鎮護をくシ返
す必要がオシ、効率が悪いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ユーザーの意図する透視図を得るのに
必要な視点、注視点を効率的に探す手段を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

従来法で、適切な視点、注視点の設定が困難であった理
由は１ 、（１）対象物と視点の位置関係が直感的に把握しにく
い。

（２）視点の３次元空間での移動をｘ、ｙ、ｚ座標の数
値では把握しにくい。

ことである。

本発明は、上記の問題点を解消するため、透視図を表示
する第１画面（主画面と呼ぶ）とは別に、対象物、視点
、注視点、視界を表示する第２画面（補助画面と呼ぶ）
を設け、補助画面上に視点、注視点、視界を、ライトペ
ン、ジョイスライック。

タブレット、マウスと称される各種の入力装置を用い入
力することにより、希望する透視図を得るためのパラメ
ータの指定を容易とする。次に、入力された視点注視点
、視界の３次元空間での位置座標を自動的に計算し、こ
れらのパラメータに対応した透視図を作成し、主画面上
に表示するものである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例の構成図を第１図に示す。

透視図作成に必要な対象物の座標データ、透視図作成プ
ログラム、座標変換プログラムを記憶装置１に格納する
。視点、注視点、視界は、入力装置２を用いて入力する
。入力装置２により入力された視点等は、ＣＲＴ６上の
補助画面上に表示される。このために、補助画面作成機
能３は、記憶装置１の対象物データ、及び入力点よシ、
補助画面を作成する。一方、上記、視点、注視点、視界
のデータと記憶装置１の対象物データとにより、視点、
注視点、視界に対応した透視図が、主画面作成機能４に
より作成される。主画面及び補助画面は、表示機能５に
より、要求に応じたモードで表示される。

本発明の処理手頃を第２図に示す。以下処理内容を説明
する。

（１）　　対象物データ、座標変換プロゲラ４読み込み
記憶装置よシ対象物データ（３次元座標）及び座標変換
プログラムを読み込む。このプログラムは、対象物を２
次元の補助画面上に表示するために、３次元座標を２次
元座標に変換するプログラムである （２）補助画面背景画の作成 上記対象物３次元座標を変換プログラムにより２次元座
標に変換する。補助画面の表示図は、固定された視点か
らの透視図である蛸、座標変換係数は、あらかじめイン
プットした値を常に用いることができる。

座標変換は次の２ステツプから成る。

（１）オリジナルの３次元座標から視点を原点、視線の
方向を２軸とした３次元座標への変換（ｘ’　ｙ’　ｚ
’）　Ｔ＝Ｔｔ　ＴＩ　ＴＩ　Ｔ４　（Ｘｏ　Ｙｏ　Ｚ
ｏ　１）Ｔ（１）Ｘｏ、ｙｏ、Ｚｏ：オリジナルの３次
元座標”＊Ｙ’ｒ”：新たな３次元座標 ＴＩ　　　：変換行列（平行移動） Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４　　：変換行列（各軸のまわシの回転
）例えば（ｔＥｌ　　ｔＦｌ　　ｔＩ　）平行移動する
とまた２軸のまわりにθ回転すると、 （ＩＩ）　　ａ次元座標から２次元座標への変換ｙ＝Ｄ
ｙｌ／ｚｌ ｘ＋Ｖ：２次元子面上の座標 Ｄ　：２次元子面と視点の距離 （３）補助画面の表示 ステップ２で作成した補助画面背景画をＣＲＴ上に表示
する。

（４）視点、注視点、視界の入力 入力装置によシ、上記補助画面上に、視点。

注視点、視界を示す窓の位置を、それぞれ入力する。ま
ず入力装置により、補助画面の視点。

注視点を移動させると、入力装置内の演算機能が、入力
点の３次元座標を計算する。次に、視界を示す窓の大き
さを入力する。大きさは、あらかじめ入力された値の中
からピックアップする。設定された視点、注視点、視界
のデータは、中間データ記憶装置に格納される。補助画
面上に視点等を表示する場合には、点の３次元位置を明
確にするために、点の存在する面も表示する。ｙ軸方向
が奥行き方向である場合には、Ｘ−２平面を表示する。

（５）　　視点、注視点、視界データの読み込み視点、
注視点、視界データを中間データ記憶装置より読み込む
。

（６）対象物データ透視図作成プログラムの読の・込み
記憶装置よム対象物データ及び透視図作成プログラムを
読み込む。

（７）透視図の作成 視点、注視点、視界対象物のデータよシ透視図を作成す
るつ透視図作成プログラムの原理を以下説明する。今、
対象物の存在する３次元空間の座標系をＳ座標系（Ｘｓ
　、　’Ｉｎ　、　Ｚａ　）とする。・視点、注視点を
結ぶ視線ベクトルを２軸とする座標系をＥ座標系（ｘａ
　＋　ｙ　ａ　Ｔ　Ｚ　Ｉ　）とする。視界を示す面を
Ｐｖとすると、視界とは、Ｅ座標系の原点と平面Ｐ、と
から成る四角すいの側面を延長した平面により囲まれる
空間として定義される。（第３図）透視図とは、視界に
存在する対象物を、Ｅ座標の平面Ｐ７に投影した図と考
えることができる。Ｓ座標系の点Ａｓ　　（Ｘｓ　ｅ　
ｙ’ｓ　＋　Ｚａ　）は、変換行列Ｖ、によυ、Ｅ座標
系の点ＡＩ　（ｘａ　ＨＹａ　＊　Ｚｅ　）に変換され
る。

（Ｘｓ　Ｙａ　Ｚａ　１）””Ｖ＊　（ｘａ　Ｙｍ　Ｚ
ａ　１）丁　　（５）■、＝ＴＩ　−Ｔｓ　・Ｔｓ　・
Ｔ４　　　　　（６）Ｔ１　：変換行列（平行移動） Ｔｓ　、　Ｔｓ　、　Ｔ４　：　変換行列（各軸のまわ
シ・　　の回転） 次に、Ａ、は平面Ｐ７上の点Ａ　ｐ　（ｘｐ　＋　ｙ　
ｐ　）に変換される。

ＤＩＰ、と視点との距離 座標変換行列Ｖ、は、Ｓ座標系とＥ座標系の相対位置関
係により計算される。従って、視点。

（ｏ） 注視点の位置が変化すると、Ｔｌが変化し、。

■、はｖ、′となる。

Ｖ　ａ　’　”　’ｌ”　１　’　　・Ｔ２′　ＩＩＴ
３′Ｔ４′　（８）また、視界を示す面を移動するとＤ
が変化する。いずれの場合にも２次元画面上のｘ、ｙ座
標は変化し、結果的に透視図は変化する。

（８）主画面の表示 上記、ステップで求めた透視図を主画面に表示する。補
助画面、主画面を同−ＣＲＴ上に表示する場合には、両
画面の位置・大きさなどを表示機能でコントロールし表
示する。

上記ステップ８終了後、視点等を変化させた透視図を得
たい場合には、再びステップ４戻る。

補助画面の実施例１を第５図に示す。

補助画面の目的は、視点・注視点の位置を画面上で表示
することにより、視点・注視点と対象物の位置関係を直
感的にとらえやすくするととにある。補助画面上には、
視点８．注視点９、視界を示す窓１０、対象物１１が表
示されている。視点。

注視点を２次元画面に表示する場合、点のみの表示では
、点の３次元空間での奥行きが把握できないため、視点
、注視点が存在する平面１２．１３を表示し、３次元で
の存在位置を把握しゃすくする。平面１２．１３は、入
力装置により、図の矢印の方向に、移動させ、かつ、視
点、注視点は、各々平面１２．１３上を移動させる。視
点、注視点の位置が決まると視点、注視点を結ぶ視線の
方向１４を表示する。視野の広さを示す窓１０は、視線
１４上にその中心位置が重なるように設置する。窓１０
は、入力装置により、視線１４上を矢印の方向に、移動
させる。窓の大きさく視野の広さ）は、その、大きさを
数値で入力するか、又は、あらかじめ、複数の大きさの
パターンを設定して記憶装置に格納しておき、その中か
ら選択する。

補助画面への入力装置としては、ライトベン。

ジョイスティック、ダブレット、マウス等がある。

補助画面に表示される対象物は、簡略化することが可能
である。上述の様に、補助画面の対象物は、視点との位
置関係を把握するのが目的であるため、主画面の様に詳
細な表示を必要としない場合がある。本発明では、補助
画面作成機能において、対象物の簡略化を実施する。す
なわち、対象物の座標より、Ｘ、ｙ、ｚ座標の最小値、
および最大値を選択し、（Ｘｍ１ａ１　””、）、　（
ｙ、ｔ　ａ、　ｙ、−）。

（Ｚｍ１ｍｌｚ□工）を、境界とする直方体で対象物を
表示する。

主画面と補助画面は、各々異なるＣＲ，Ｔ上に表示する
ことも可能であるが、ここでは、実施例として、１台の
ＣＲＴに、主画面と補助画面を表示する例を示す。第６
図は、画面構成例を示す。

ＣＲＴ上には、主画面１５と補助画面１６が表示されて
いる。補助画面には、簡略化した対象物１７、視点１８
、注視点１９、視界２ｏが表示されている。主画面には
対象物１７を、視点１８から見だ場合の透視図２１が表
示される。視点の移動に応じて、主画面の透視図も変化
する。

補助画面の大きさは、第７図に示す様に必要に応じてオ
ンデマンドで変化させる。視点等を移動させる時には、
補助画面を拡大して使用し、１希望する透視図を得るた
めの視点の位置が決定した侍時点で、補助画面を縮小又
は消去する。

第７図の実施例では、補助画面の位置が、画面右上とな
っているが、補助画面の位置は、ＣＩ’（Ｔ上の任意の
位置に設定することが、可能であり、例えば、ＣＲＴ上
の左下に設定することもできる。

次に、実施例１の補助画面上で、視点の位置を変化させ
た場合に、主画面上の透視図がどの様に変化するかを説
明する。

第８図に、示すＡ、Ｂ、Ｃの視点から、対象を見た時の
透視図を、それぞれ、第９図、第１０図。

第１１図に示す。ここでは、注視点の位置および、視点
と視界を示す窓との距離、窓の大きさは一定とした。

視点のＡからＢへの移動は、視点と注視点を結ぶ視線上
で、視点を対象物から遠ざける操作である。従来の方法
では、視点の位置座標をユーザーが入力する必要があっ
たため、３次元空間内で、あるベクトル方向に点を移動
させた場合、ユーザーは、そのつど計算を行ない座標位
置を決定する必要があったが、本発明では、補助画面上
で視点を移動させるだけで、視点の入力が可能となる。

同様に、視点ＡからＣの移動も容易に出来る。本発明で
は、また、視点と対象物との位置関係を目で確認するこ
とができ、希望する透視図を得るだめの、視点を効率的
に探索できる。

補助画面に関し、実施例１とは異なる幾つかの実施例を
以下に示す。

視点を設定する場合、対象物から、かな如離れた点に視
点を設定したいケースが生ずる。補助画面のスケールを
固定していたのでは、対応が不可能となる。本発明では
、第１２図に示す様（／ｉ！：、視点２２が補助画面を
構成する外ワク２３に達した時点で、スケールを自動的
に拡大する。スケールは、幾つかのパターンをあらかじ
め、記憶装置に格納しておき、段階的に変更して行く。

上記の例は、補助画面の大きさを一定にし、スケールだ
けを変更した例であるが、スケールを一定にし、視点が
、補助画面を構成する外ワヤクに達した時点で、外ワク
を、すなわち補助画面の大きさを拡大することも可能で
ある。

これらを実現するには、補助画面作成機能において、視
点の画面上の２次元座標と、記憶装置に格納されている
補助画面の外ワクの位置座標を比較し、視点が外ワクに
接したと判定された場合にスケールの拡大又は画面の拡
大を実施する。本実施例では、第２図のステップ１〜４
は、第１３図のステップ１〜４０に変更となる。

スケールを２倍に拡大することは、表示点の画面上の座
標が１／２に変化することを意味する。

すなわち、 Ｘｏ：原点の画面上のＸ座標 Ｘ、Ｘ’ニスケール変換前後の表示点の画面上のＸ座標 従って、スケール変換ファクアーをαとするとＸ’＝１
／α（ｘ　　ＸＱ　）十ｘｏ　　　　　（１０によυ、
スケールの拡大が実施される。αは、記憶装置に数種類
格納しておく。

画面を拡大する場合には、表示点の画面上の位置は変化
せず、単に表示範囲が拡張されるだけである。すなわち
、Ｘ’ｍ１ｌｌ≦Ｘ≦Ｘ０□工＋ｙ％１ａ≦ｙ≦ｙ０□
８のＸ　％１１１　Ｘ　’ｗａｘ　、　７％１ｍ、’Ｉ
−□が変化する。

補助画面に示される対象物は、視点との位置関係を把握
する目的で光示するため、ある一定の視点からの図を表
示すれば良い。しかし、視点が、対象物の裏側へ移動し
たなどの場合、視点と対象物との位置関係の把握が困難
となるため、本発明では、視点の存在する各象限毎に、
補助画面の対象物の図を変更する。第１４図の例では、
視点Ａがｙ　−ｚ平面を起えてＢまで移動した場合を示
している。３次元の場合、ｘ−ｙ平面、ｙ−２平面、ｚ
　−ｘ平面により、空間は８個の象現に分割され、最大
８ケースの対象物の図が補助画面に表示される。

上記発明を実施するためには、３次元座標を２次元座標
に変換する変換プログラム（変換係数）を各象現毎に記
憶装置に格納しておき、入力点がｘ　−ｙ平面、ｙ−ｚ
平面、ｚ−ｘ平面のいずれかを通過し、他の象現に移動
した時には、その象現に応じた変換係数を読み込んで、
新たに補助画面を作成する。具体的には、変換式（１）
、　（４）の内、（４）式のＤは一定とし、（１）式の
Ｔｌ　、　Ｔ２　、　Ｔｇ　、　Ｔ４を各象現毎に準備
する。ただし、各象現のそれぞれのＴ１の移動幅ｔ。（
’ｙ＋　　ｔｉの絶対値、及びＴｚ　　（Ｔｓ　、　Ｔ
４　　）の回転角θの絶対値は、象現が変化しても等し
いとする。この場合、第２図のステップ１〜４は、第１
５図のステップ１〜４−ｄとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、 （１）対象物と視点、注視点の位置関係を目で認識でき
る。

（２）視点、注視点を画面上で移動させ、その位置を入
力できる。

（３）視点、注視点の位置に対応した透視図を自動的に
表示できる。

ため、目的とする透視図を短時間で、効率的に得ること
かできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のブロック図、第２図は、
本発明の処理の手順図、第３図、第４図は透視図の原理
図、第５図は補助画面の実施例説明図、第６図、第７図
は画面の構成側説明図、嬉８図は、補助画面の実施例の
説明図、第９図、第１０図、第１１図は主画面の実施例
説明図、第１２図は補助画面の実施例説明図、第１３図
は、処理の手順図、第１４図は補助画面の実施例説明図
、第１５図は処理の手１屓説明図である。 １・・・記憶装置、２・・・入力装置、３・・・補助画
面作成機能、４・・・主画面作成機能、５・・・画面表
示機能、６・・・ＣＲＴ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、３次元の対象物の透視図を２次元画面上に表示する
   ３次元立体表示方法において、透視図を表示する第１画
   面とは別に、対象物、視点、注視点、視界の位置関係を
   表示するための第２画面を準備し、入力装置により、上
   記視点、注視点、視界の位置を上記第２画面上に指示す
   ることにより、透視図のパラメータを指定し、第２画面
   で入力された上記パラメータに対応した透視図を作成し
   、これを第１画面に表示することを特徴とする３次元立
   体表示方法。