JPS63168779A - 形状モデリングシステム - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＣＡＥ、ＣＡＤ、ＣＡＭシステムのような、
計算機を用いた設計・生産における諸作業の自動化シス
テムの構築において核となる、形状モデリングに係り、
特に対話型操作に好適な手法に関する。

〔従来の技術〕

従来、物体の三次元形状をコンピュータ上で表現する方
式としては、例えば生成対象三次元面要素の境界の一部
を表わす三次元ワイヤフレーム図形を生成し、生成され
た三次元ワイヤフレーム図形要素間を補間することによ
り三次元面要素を作成する場合、まず既作成三次元ワイ
ヤフレーム図形要素の境界点を直線、自由曲線などのあ
らかじめ定められた関数で補間することにより、未作成
の生成対象三次元面要素の境界のデータを作成し。

次に作成された生成対象三次元面要素の境界を通る補間
曲面を作成していた（日経メカニカル１９８６゜１１．
３．９５頁〜１００頁参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来方式では、既作成三次元ワイヤフレーム図形要素の
境界点を通りかつオペレータが意図する補間面上を通る
補間線の種類をＣＲＴ上の図形から直観的に判断し、コ
マンド選択により、直線補間などのあらかじめ定められ
た関数を用いてこれらの境界点間を補間することにより
、未作成の生成対象三次元面要素の境界のデータを作成
していた。しかしながら既作成三次元ワイヤフレーム図
形要素の境界点のデータ自身が計算機の数値誤差などで
必ずしも高精度ではない、あるいは既作成三次元ワイヤ
フレーム図形要素がオペレータが意図する補間面上のっ
ていてもあらかじめ定められた境界点間の補間方法では
意図する補間面上に補間曲線をのせることが難しいなど
の理由から作成された境界線のデータはオペレータが意
図する補開面上のっていない場合が多い。従って、この
ような方法で作成された生成対象三次元面要素の境界を
通る補間面は、例えば生成対象三次元面要素が円筒面で
あっても計算機には自由曲面として記述される場合が多
い。そのためにオペレータは既作成三次元ワイヤフレー
ム図形要素の境界点を通り、かつ意図する補間面上を通
る未作成の生成対象三次元面要素の境界線のデータを手
計算などで精度よく求めてこのデータを数値として計算
機に入力する必要が生じ、マンマシンインターフェイス
性能の悪化を招いていた。

本発明の目的は既作成三次元ワイヤフレーム図形要素の
データを用いて対象三次元面要素を精度良く生成する場
合の入力簡略化、マンマシンインターフェイスの性能向
上を図りオペレーターに使い易い形状モデリングシステ
ム提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は既作成三次元ワイヤフレーム図形要素とオペ
レータがあらかじめ入力したあるいは既作成三次元ワイ
ヤフレーム図形要素のデータから算出される補間面のデ
ータを用いて、オペレータが意図する補間面上を通る生
成対象三次元面要素の境界のデータを求め、これと既作
成補間面のデータで生成対象三次元面要素のデータを生
成することにより達成される。

〔作用〕

オペレータがコマンドを選択し、既作成三次元ワイヤフ
レーム図形要素を指示すると演算装置が作動し１面形状
の種類と指示された三次元ワイヤフレーム図形要素のデ
ータがデータベースから取り出され、これらのデータを
用いて取り出された既作成三次元ワイヤフレーム図形要
素を含む面形状のデータが作成される。次に指示された
三次元ワイヤフレーム図形要素と作成された面形状のデ
ータで二次元空間への変換データが作成され、このデー
タと既作成三次元ワイヤフレーム図形要素のデータによ
り既作成三次元ワイヤフレーム図形要素の二次元空間に
おけるデータが作成される。

この二次元空間での三次元ワイヤフレーム図形要素のデ
ータを用いて、それらの境界点をあらかじめ定めた方法
で補関し、生成された二次元補間曲線のデータを既作成
の変換データによりもとの三次元空間に逆変換し、生成
対象三次元面の境界のデータを作成する。作成された境
界のデータと既作成面形状のデータで生成対象三次元面
のデータを作成し、三次元形状データベースから取り出
された既作成の形状モデルのデータと整合性をとり。

新たに生成されたデータを三次元形状データベースに格
納する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図によって説明する。

Ａ、システムの基本構成 第１図に示すように１本形状モデリングシステムではグ
ラフィックディスプレイ３．タブレットとスタイラス４
あるいはキーボード５などの入力手段を介して、コマン
ドとそのパラメータを入力し、演算装置２を作動させ、
二次元ワイヤフレーム生成処理部９で二次元ワイヤフレ
ームのデータを作成し、これをデータベースに６格納す
る。

次に二次元図形生成処理部１０で、演算装置２を作動さ
せ、二次元ワイヤフレーム生成処理部９で生成された二
次元ワイヤフレームのデータを用いて二次元図形のデー
タを生成しく二次元ワイヤフレームの要素である線要素
にそれを含む二次元図形の識別データを与えるなど）、
生成した二次元図形のデータをデータベース７に格納す
る。

次に二次元座標系生成処理部１１で、演算装置２を作動
させ、二次元図形のデータをデータベース７より呼び出
し、各二次元図形要素に属する複数の二次元座標系要素
（二組の座標軸要素など）のデータを生成する。

上記処理部９〜１１で作成された二次元図形。

二次元座標系（まとめて二次元ワイヤフレーム図形と呼
ぶ）のデータを演算装置２を作動させて、データベース
７に格納する。

次に、データベース７から前記入力手段４゜５、演算装
置２を作動させて、二次元図形のデ−夕を呼び出し、こ
の二次元図形のデータを用いて、二次元面・線モデル生
成処理部１４で二次元の形状モデルを作成し、得られた
二次元形状モデルデータをデータベース１３に入力する
。

あるいは三次元線モデル生成処理部１５．三次元面モデ
ル生成処理部１６．閉曲面中実体モデル生成処理部１７
で三次元の形状モデルを作成し、得られた形状モデルの
データをデータベース１２に格納する。

Ｂ、三次元面モデル生成処理 次に第１図の形状モデル生成処理部の中で処理の共通性
の高く、本発明の特徴となる処理（三次元面張り）を含
む三次元面モデル生成処理を例にとり、対話システムの
場合を第２図。

第３図〜第８図を用いて説明する。

Ｂ１．対話処理の概要 第２図に示すように二次元ワイヤフレームのデータを用
いて、三次元面モデルを生成する処理過程は以下に示す
コマンド処理ステップから構成される。

まずステップ１８でオペレータが二次元ワイヤフレーム
の呼び出しコマンドと所要のパラメータを入力すると、
第１図に示すように演算装置２が作動し、製図システム
などで作成された二次元ワイヤフレームのデータがデー
タベース６より呼び出され、それが表現する図形（二次
元ワイヤフレーム）がグラフィックディスプレイ３上に
表示される（第３図参照）。

次にステップ１９でオペレータが二次元図形生成コマン
ドと所要のパラメータを入力すると、演算装置２が作動
し、二次元ワイヤフレームのデータが複数の図形（線要
素のあつまり）のデータに変換され、それが表現する図
形（二次元図形）がグラフィックディスプレイ上に表示
される（第４図に示すようにＣＲＴ上には生成された各
二次元図形の識別番号が表示される）。

次にステップ２１でオペレータが二次元座標系生成コマ
ンドと所要のパラメータを入力すると、演算装置２が作
動し、各二次元図形要素を三次元化するためのデータが
作成される。二次元座標系生成コマンドはＸ軸、ｙ軸ｔ
２軸、Ｘｌｌ軸、ｙ１１軸、ｚ１１軸などのコマンド群
からなり、オペレータは例えばＸ軸コマンドを選択し、
原点と座標軸の正の方向、生成対象立体に定められた三
次元座標系の階層レベルと識別番号を表わす部数ｉｊ　
（主座標系の階層を表わす部数を０１とする）のデータ
を入力する。このように二組の上記座標軸のデータが入
力されると、後述の生成対象立体に定められた三次元座
標系とその主座標系に至る木構造のデータが生成される
。このときグラフィックディスプレイ上にはオペレータ
が入力した二次元座標系が各二次元図形の所定の位置に
表示される（第５図参照）。この二次元座標系生成コマ
ンドの入力は主座標系を頂点とする木構造のデータが完
備な形で記述されるまで繰り返し行われる。

次に処理ステップ２１で、上記処理で生成された複数の
座標系要素を有する二次元図形のデータを用いて三次元
面モデルを作成する（第６図）。

処理ステップ２１１の有限平面生成コマンド処理ではオ
ペレータがグラフィックディプレイに表示された二次元
図形要素が表現する有限面の内点あるいはあらかじめ自
動的に作成された有限平面の全体の中から三次元化の対
象となる有限平面を印した二次元図形を指示すると、演
算装置２が作動し、投影面、断面、展開面などの三次元
有限平面のデータが生成される。

次の処理ステップ２１２ではオペレータが処理ステップ
２１１で生成された有限平面の種類（投影面、断面、展
開面など）に応じたコマンドと所望のパラメータが入力
すると、演算装置が作動し、二次元図形、二次元座標系
のデータを用いて有限平面、さらには対象三次元面のデ
ータが生成される。

このようにして作成された三次元面のデ−夕は既作成の
三次元線２面、閉曲面中実体のデータと結合され、整合
性のとれた三次元幾何形状モデルのデータが生成される
。

次に、生成された三次元面を展開図形（二次元）で修正
したい場合はステップ２４に移る。

ステップ２４ではオペレータが展開図形生成コマンドお
よび所要のパラメータを入力すると、演算装置２が作動
し、既作成の三次元面要素が二次元に展開され、二次元
座標系要素を有する二次元図形要素のデータが生成され
る。さらに補助コマンドで生成された二次元図形要素の
データが修正され、得られた二次元図形要素のデータを
用いて、前記の有限面生成、展開面の三次元化処理コマ
ンドで対象三次元面のデータが生成される。

また、既作成の三次元面に新たに三次元面要素を追加す
る場合はオペレータはステップ２３の三次元面張り処理
で平面９円筒などのコマンドを選択し、グラフィックデ
ィスプレイ上の生成対象三次元面要素を構成する三次元
点（頂点）、線要素（稜線）を指示し、対象三次元面要
素のデータを生成する（第７図参照）。

上述の処理ステップ１８〜２４を対象三次元形状を構成
する全ての面要素を作成するまで繰り返す。

以上が対象三次元形状を三次元面要素の集合として記述
する場合である。生成された三次元面を閉曲面中実体モ
デル（境界表現モデル）として計算機に記述するには処
理ステップ２５の三次元面→中実体コマンドで三次元面
モデルを構成する各面要素の向きを所定の向きに整え、
三次元面モデルデータを閉曲面中実体モデルデータに変
換する（第８図参照）、また、閉曲面中実体モデルデー
タを三次元面モデルデータに逆変換する場合も、中実体
→三次元面コマンドで必要に応じて行われる（この場合
、各面要素の向きは同じであるが計算機内のデータは三
次元面モデルとして記述され、面要素削除などの面要素
単位のコマンド処理操作が可能となる）。

これらのコマンド処理ステップで生成された三次元形状
のデータはステップ２６の形状登録コマンド処理ステッ
プで三次元形状データベースに格納される。

Ｂ２．ＣＲＴ表示例 次に第２図の処理過程を具体的なモデルを例にとり、第
３図〜第８図のＣＲ７画面上に表示された絵を用いて説
明する。

第３図の二次元ワイヤフレーム表示は第２図の処理ステ
ップ１８によりデータベース６（第１図）から呼び出さ
れた二次元ワイヤフレームａを表示したものである。

第４図の二次元図形表示は第２図の処理ステップ１９で
生成された二次元図形要素Ｆｘ。

Ｆ２を表示したもので、図のａｔ、ａｘは第３図の二次
元ワイヤフレーム表示の二次元ワイヤフレームａを分割
し、生成したことを示す。

第５図の座標系表示は第２図の処理ステップ２０で生成
された二次元座標系を表示したもので、第４図の二次元
図形表示の二次元図形表示の二次元図形要素Ｆｓｅ　Ｆ
２に二次元座標系すが与えられたことを示したものであ
る。

第６図の面定義（三次元）表示は第２図の処理ステップ
２１１で、二次元図形要素Ｆ１が表現する有限平面の内
点ｐもしくは自動的に生成された有限平面を印した特定
の図形を指示することにより、有限平面ｆｘ　　（ハツ
チング）を取出（この場合ｆｘは投影面）、第２図の処
理ステップ２１２で、有限平面ｆｚがどの面の投影面な
のかを示す二次元座標系ＭＦ２に属するワイヤフレーム
要素８１　を指示して三次元面要素ｆを生成する過程を
示したものである。

第７図の面定義（三次元）表示は第２図の処理ステップ
２３で、既作成の二つの三次元面要素ｆ２を構成する二
つの三次元線要素ＩＢ２．８３を表示し、新たに三次元
面要素ｆ８（ハツチング）を生成する過程を示したもの
である。生成された三次元面要素ｆ８はオペレータのコ
マンド選択により指定された補間面種（平面２円筒、自
由曲面など）に応じて二次元空間に写像し、その空間で
線形に補間することにより二次元境界を作成し、これを
三次元空間に逆写像することにより作成する。

第８図の面・中実体表示は第２図のステップ２５の処理
過程を図示したもので、既作成の三次元面モデルの構成
要素（三次元面要素）のなかで生成対象中実体モデルの
構成要素となる三次元面要素の全体ｆ４を中実体の実体
側を示す方向Ｃに合わせることにより中実体モデルを生
成する過程を示したものである。

Ｃ１三次元面張り（画定義）の対話処理例三次元面張り
（画定ａ）の対話処理（Ｂ２゜第７図の説明で一部述べ
た）には生成対象面要素の境界を構成する三次元ワイヤ
フレーム要素がすでに全て作成されている場合（オペレ
ータがすべての要素を指示する場合と一部のみ権示し他
を自動的に求める場合がある）と生成対象面要素の境界
を構成する他の三次元ワイヤフレーム要素を作成する場
合がある。前者の場合の対話処理は容易に推測できるの
でここでは後者の場合についてその詳細を説明する６ 三次元面張り（画定義）の対話処理では生成対象面要素
の形状の種類、オペレータの要素（点・線要素）の指示
方法、作成された面要素のデータと既作成の形状データ
との演算方法の組合せにより意とする形状データを生成
することができる。

Ｃ１，生成対象面要素の形状の種類 平面１円筒など面要素の形状の異なる生成対象面に対し
ても共通の指示方法で生成対象三次元面要素の境界の一
部を表わす未作成の三次元ワイヤフレーム図形要素を生
成し、意図する三次元面要素が生成できることが望まし
い。

図９は生成対象面要素の形状の種類を平面。

指示対象を線・線要素としたもので、オペレータが「平
面」コマンドを選択し、線要素ｅ１と線要素６２を指示
すると計算機は線要素ｅ１と線要素ｅ２を含む平面ｆ（
方程式とその係数）のデータを作成し、作成された平面
ｆのデータを用いて平面ｆを含み、ＩＩＡ要素Ｑ１と線
要素ｅｚの境界点（端点）ｐｚ・Ｂ２とｐδｔ　Ｐ＆を
結ぶ、互いに交差しない線要素ｅｓ、ｅａのデータを作
成し、生成対象面要素ｆｚのデータを生成する。

図１０は生成対象面要素の形状の種類を線しき面、指示
対象を線・線要素としたもので。

オペレータが［線しき面ココマントを選択し。

線要素ｅｌ　　（直線）と線要素ｅｘ　　（直線）を指
示すると計算機は線要素θ工と線要素ｅ２゜を含む線し
き面ｆのデータを作成し１作成された線しき面ｆのデー
タを泪いて線しき面ｆを含み、線要素ｅ１と線要素ｅ２
の境界点（端点）ｐｔｙｐｚとｐＨ＋　Ｂ４を結ぶ、互
いに交差しない線要素（３Ｂ、Ｃ４のデータを作成し。

生成対象面要素ｆｚのデータを生成する。

第１１図は生成対象面要素の形状の種類を円筒面、指示
対象を線・線要素としたもので、オペレータが［円筒面
］コマンドを選択し、線要素８１と線要素ｅ２を指示す
ると、計算計は線要素ｅ１と線要素８ｚを含む円筒面ｆ
のデータを作成し、作成された円筒面（方程式とその係
数）ｆのデータを用いて円筒面ｆを含み、線要素ｅ１と
線要素ｅ２の境界点（端点）Ｐｉｅ　Ｂ２とＢ８．Ｂ４
を結ぶ、互いに交差しない線要素ａｓ、ａ番のデータを
作成し、生成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１２図は生成対象面要素の形状の種類を円錐面、指示
対象を線・線要素としたもので、オペレータが［円錐面
ココマントを選択し、線要素ｅ１と線要素ｅ２を指示す
ると、計算機は線要素ｅ１と線要素ｅ２を含む円錐面ｆ
のデータを作成し、作成された円錐面（方程式とその係
数）ｆのデータを用いて円錐面ｆを含み、線要素６１と
線要素ｅ２の境界点（端点）Ｐｌｌ　Ｂ２とｐＫＦＰ番
を結ぶ、互いに交差しない線要素８１４．８４のデータ
を作成し。

生成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１３図は生成対象面要素の形状の種類を球面、指示対
象を線・線要素としたもので。

オペレータが［球面ココマントを選択し、線要素ｅｘ　
　（第１３図では円弧）と線要素ｅ２（第１３＠では円
弧）を指示すると計算機は線要−１４ｅ　ｔと線要素θ
２を含む球面ｆ（方程式とその係数）のデータを作成し
、作成された球面ｆのデータを用いて球面ｆを含み、線
要素ｅｌと線要素ｅ２の境界点（端点）ｐ２゜ｐ８を結
ぶｅｓ　　（第１３図では円弧）のデータを作成し、生
成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１４図は生成対象面要素の形状の種類を平行掃引面、
指示対象を線・線要素としたもので、オペレータが［平
行掃引面］コマンドを選択し、線要素ｓｚ　　（第１４
図では円弧）。

線要素ｅｚ　　（直線）を指示すると計算機は線要素８
工と線要素ｅ２を含む平行掃引面ｆのデータを作成し、
作成された平行掃引面ｆのデータを用いて平行掃引ｆを
含み、線要素ｅｘと線要素ｅｘの境界点（端点）　Ｐ２
＋　ｐｇを結ぶ、互いに交差しない線要素ｅ８のデータ
を作成し、生成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１５図は生成対象面要素の形状の種類を回転掃引面、
指示対象を線・線要素としたもので、オペレータが［回
転掃引面］コマンドを選択し、線要素ｅ１　（第１５図
では円弧）、線要素ｅｚ　　（円弧）指示すると計算機
は線要素８１と線要素ｅＺを含む回転掃引面ｆのデータ
を作成し１作成された回転掃引面ｆのデータを用いて回
転掃引面ｆを含み、線要素ｅｌと線要素ｅｚの境界点（
端点）　ｐｚｔ　ｐａを結ぶ、互いに交差しない線要素
ｅ３のデータを作成し、生成対象面要素ｆ１のデータを
生成する。

Ｃ２，指示要素（点・線要素）の組合せオペレータがコ
マンドを選択し、ＣＲＴ両面上に表示された三次元図形
要素を指示する場合、指示対象を線要素（ワイヤフレー
ム要素）のもとするのではなく、点もその対象としたい
場合が多い、第１６図〜第１９図はこのような場合の例
を示したものである（生成対象面要素の形状の種類を円
筒面としている）。

第１６図は指示対象を点・線要素としたもので、オペレ
ータが［円筒面］コマンドを選択し１点ｐ８と線要素ｅ
１を指示すると計算機は点Ｐ８と線要素ｅ１を含む円筒
面ｆのデータを作成し、作成された円筒面ｆのデータを
用いて円筒面ｆを含む点ｐ３と線要素ｅ１の境界点（端
点）　ｐｌｐ　ｐｇを結ぶ線要素８２゜Ｃ８のデータを
作成し、生成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１７図は指示対象を線・線要素としたもので、オペレ
ータが［円筒面］コマンドを選択し、線要素ｅ１と線要
素ｅ２を指示すると計算機は線要素ｅ１と線要素ａｘを
含む円筒面ｆのデータを作成し１作成された円筒面ｆの
データを用いて円筒面ｆを含み、線要素ｅｉと線要素ｅ
２の境界点（端点）　ｐＨｐｔとｐｇ、ｐ４を結ぶ、互
いに交差しない線要素ｅｓ、ｅａのデータを作成し、生
成対象面要素のデータを生成する。

第１８図、第１９図は指示対象を点・線要素集合とした
ものである。

第１８図の例では、オペレータが［円筒面］コマンドを
選択し、線要素ｅｘ　　（あるいは線要素ｅｚ）と線要
素ｅ８を指示すると計算機は線要素ｌ１１１．　ｅｌ、
　８８を含む円筒面ｆのデータを作成し、作成された円
筒面ｆのデータを用いて円筒面ｆを含み、線１１　（線
ｅ１と線ｅ２．の和）の境界点ＰＺｙｐＩＩとｐ４ｔＰ
ＩＳを結ぶ、８１〜ｅ８と生成対象線要素ｅ４．　ｅｌ
ｌが互いに交差しない線要素ｅａ、　８Ｆ＋のデータを
作成し、生成対象面要素ｆ１のデータを生成する。

第１９図の例では、オペレータが［円筒面］コマンドを
選択し、線要素ｅ１と点Ｐ３＋ｐ４を指示すると計算機
は線要素ｅｌと点ｐ８＋ｐ４を含む円筒面ｆのデータを
作成し、作成された円筒面ｆのデータを用いて円筒面ｆ
上で線要素ｅ１の境界点Ｐ１＋　Ｐ２とＰＡｔＰ番およ
びｐ８とｐ４を結び、０１〜ｅ４が互いに交差しないよ
うに線要素ｅ２．〜ｅ４のデータを作成し、生成対象面
要素ｆｚのデータを生成する。

Ｃ３，生成対象面の演算 Ｃ２，で生成された面要素のデータはデータベースに格
納された既作成の形状データと和、差、共通演算などに
より整合され、新しい形状データとしてデータベースに
格納される。第２０図〜第２７図は前述の第１１図。

第１７図で示した図形（円筒面ｆを含み。

６１１　Ｃ８ｔ　０４ｇ　６　ｇを境界線構成要素とす
る生成対象面要素ｆｘ）のデータがすでに作成されてい
る場合についてその例を示したものである。

第２０図、第２１図は和演算（＋＋）の例で、ｅＩＩ、
　ｅｓを指示すると計算機は円筒面ｆを含み、８Ｂｅ　
Ｃ７ｔ　ｅＢｔ　ｅａを境界線構成要素とする生成対象
面要素ｆ２のデータを生成しく第２０図）、データベー
スから取り出された既作成形状モデルデータ（この場合
は面要素ｆ１のデータ）で円筒面ｆ上の要素ｅ１゜ｅｓ
、ｅｚ、８１　ｅｇ、ｅａを境界線とする面要素ｆ８を
作成する（第２１図）。

第２２図、第２３図は和演算（Ｕ＋）の例で、　６１５
１８２を指示すると計算機は円筒面ｆを含み、ｅδ＊　
Ｃ８９８２１Ｃ７を境界線構成要素とする生成対象面要
素ｆｚのデータを生成しく第２２図）、データベースか
ら取り出された既作成幾何学的データ（この場合は面要
素ｆ１のデータ）で円筒面ｆ上の要素ａｔ。

８８＊　ｅＺＨＣ７１ｓ６を境界線とする面要素ｆδ　
（第２３図）を作成する。

第２４図、第２５図は差演算（−十）の例で、ＱＢ、　
ｅ！を指示すると計算機は円筒面ｆを含み、ｆ３Ｉ５＊
　ｅａｔ　６２１８７を境界線構成要素とする生成対象
面要素ｆ２のデータを生成しく第２４図）、データベー
スから取り出された既作成形状モデルデータ（この場合
は面要素ｆ１のデータ）で円筒面ｆ上の要素ｅｆ。

ｅｓ、ｅｓを境界線とする面要素ｆ８を作成する（第２
５図）。

第２６図、第２７図は共通演算（ｎ十）の例で、ｓ３．
ｅｚを指示すると計算機は円筒面ｆを含み、Ｃ８ｔ　Ｃ
８ｔ　Ｃ２ｔ　８７を境界線構成要素とする生成対象面
要素ｆ２のデータを生成しく第２６図）、データベース
から取り出された既作成形状モデルデータ（この場合は
面要素ｆ１のデータ）で円筒面ｆ上の要素８８．８２．
８４を境界線とする面要素ｆ８を作成する（第２７図）
。

上記は既作成面要素ｆｌと生成対象面要素ｆｚの面ｆが
等しい場合の例である。既作成面要素ｆ１と生成対象面
要素ｆ２の面ｆが異なる場合はｆｌとｆｌは整合性のと
れた別々の面要素となる。

Ｄ、三次元面張り（面定義）のアルゴリズムここではオ
ペレータがコマンド選択で面形状の種類を入力する場合
、例えば［円筒面］というコマンドを選択し、ＣＲＴ上
に表示された三次元ワイヤフレーム図形要素を指示する
場合と面形状の種類を自動的に算出する場合、例えば［
而張り］というコマンドを選択し、ＣＲＴ上に表示され
た三次元ワイヤフレーム図形要素を指示する場合につい
てそのアルゴリズムを説明する。

Ｄｌ、コマンド選択で面形状の種類を入力する場合 コマンド選択で面形状の種類を入力する場合のフローチ
ャート図を第２８図に、その説明を第２９図〜第３１図
に示す。第２９図〜第３１図の例ではオペレータが円筒
面のコマンドを選択したとしている。

まず、ステップ１０１では、オペレータにより入力され
た面形状の種類にのデータと生成対象三次元面要素の境
界を構成する各三次元ワイヤフレーム要素のデータで各
三次元ワイヤフレーム要素を含み、生成対象三次元面要
素の面形状の種類にと同種の形状ｆのデータが一意に決
定できるかどうか調べる（第２９図の例では既作成三次
元ワイヤフレーム要素ａｔ、ａｘが異なる円弧で半径ｒ
’ｘ、　ｒｌ中心軸１１１　）ｘなどが一致するかなど
を調べる）、生成対象三次元面要素の形状ｆのデータが
一意に決定できる場合（第２９図の例では異なる円弧で
半径、中心軸が一致する場合）は次のステップ１０２の
処理へ進む、生成対象三次元面要素の形状ｆのデータが
一意に決定できない場合はステップ１０１１でその旨を
ＣＲＴ上にメツセージで表示する。

ステップ１０２では、まず面形状の種類にのデータと生
成対象三次元面要素の境界を構成する各三次元ワイヤフ
レーム要素のデータを用いて各三次元ワイヤフレーム要
素を含み、生成対象三次元面要素の面形状の種類にと同
種の形状ｆ（三次元空間Ｃｘ−ｙ−ｚ）における方程式
とその係数）のデータを作成し、得られた三次元形状ｆ
のデータをデータベースに格納する。次に、作成された
三次元形状ｆと各三次元ワイヤフレーム要素のデータを
用いて三次元空間（ｘ−ｙ−ｚ）（第２９図の三次元ワ
イヤフレーム要素ａｌ、ａ’ｌを表わす元の空間）から
二次元空間（ＸＬ　−５ＩＬ）（第３０図の空間で、第
２９図の既作成三次元ワイヤフレーム要素ａｌの始点ｐ
ｓ　を原点とし、　ｙＬ座標軸方向を円筒面の中心軸１
１方向、ｘし座標軸方向を円周方向Ｃｘｂ＝ｒｓθ）と
する局所二次元空間）への変換Ｔのデータを作成し、得
られた変換Ｔのデータをデータベースに格納する。次に
得られた変換Ｔのデータを用いて（ｘ−ｙ−ｚ）空間で
定義された各三次元ワイヤフレーム要素（第２９図の例
ではａ、ｂ）のデータを三次元空間（ＸＬ−３／Ｌ）の
データ（第３０図の例ではａ′、ｂ′のデータ）に変換
し、得られた二次元空間（ｘｔ、−ｙし）における各三
次元ワイヤフレーム要素のデータをデータベースに格納
する。

ステップ１０３では異なる各三次元ワイヤフレーム要素
（第２９図の例ではａ、ｂ）の二次元空間（ＸＬ−ｙｂ
）のデータ（第３０図の例ではａ′、ｂ′のデータ）を
データベースから呼び出し、二次元空間における各三次
元ワイヤフレーム要素の境界点の組（第３０図の例では
Ｐ１’　ｐＺ’　＋　ｐ８’　ｐ４’　とＰｌ′Ｐ４’
　＋　ｐａ’　Ｐ４’　）を直線で交わらないように結
べるかどうか調べる。直線で交わらないように結べる場
合は次のステップ１０４の処理へ進む、直線で交わらな
いように結べない場合はステップ１０３１でその旨をＣ
ＲＴ上にメツセージで表示する。

ステップ１０４では、まず異なる各三次元ワイヤフレー
ム要素の境界点どうしを二次元空間で交わらないように
直線で結び、二次元空間の直線要素（第３０図の例では
ｂ１′。

ｂ２′）を作成する１次に二次元空間における各三次元
ワイヤフレーム要素（第３０図の例ではａｘ’　、　ａ
ｍ’　）と作成された二次元空間の直線要素に向き付け
を与え、生成対象三次元面要素の二次空間における境界
のデータを作成する。

ステップ１０５では、まずステップ１０２で作成された
三次元空間Ｃｘ−ｙ−ｚ）から二次元空間（ｘｔ、−ｙ
ｔ、）への変換Ｔのデータをデータベースから呼び出し
、逆変換Ｔ−１のデータを作成する。次に得られた逆変
換Ｔ−１のデータを用いて、ステップ１０４で作成した
生成対象三次元面要素の二次元空間（ＸＬ−ｙＬ）にお
ける境界のデータを元の三元空間（Ｘ−ｙ−ｚ）のデー
タに変換し、これとステップ１０２で作成した三次元形
状（三次元空間の方程式とその係数）のデータで生成対
象三次元面要素のデータを作成する。

Ｄ２．面形状の種類を自動的に算出する場合面形状の種
類を自動的に算出する場合のフローチャート図を第３２
図に示す。

この場合はあらかじめ平面９円筒面など解析曲面形状の
種類のデータ（Ｋ　ｓ　；　ｉ＝１　ｔ　２　ｔ・・・
、Ｎ）　（方程式のデータなど）と自由曲面の基礎デー
タをデータベースに格納しておく。

まず、ステップ２０１では、データベースから面形状の
種類のデータＫＩ　を取り出す。

次に取り出された解析曲面の形状の種類のデータに１と
生成対象三次元面要素の境界を構成する各三次元ワイヤ
フレーム要素のデータで各三次元ワイヤフレーム要素を
含み、生成対象三次元面要素の面形状の種類にと同種の
形状ｆ１のデータが一意に決定できるかどうか調べる。

生成対象三次元面要素の形状ｆ１のデータが一意に決定
できる場合は次のステップ２０２の処理へ進む。次のス
テップ２０２以降の処理はＤｌ、コマンド選択で面形状
の種類を入力する場合と同様である（ステップ２０２と
１０２，２０３と１０３，２０４と１０４．２０５と１
０５が対応）。

生成対象三次元面要素の形状ｆｉのデータが一意に決定
できない場合は次の解析曲面の形状の種類のデータをデ
ータベースから取り出せるかどうか調べる。取り出せる
場合はデータベースから次の解析曲面の形状の種類のデ
ータを取り出し、ステップ２０１に戻って同様の処理を
行なう。

次の解析曲面の形状の種類のデータをデータベースから
取り出せない場合は面形状の種類を自由曲面とし、オペ
レータがコマンドパラメータで指示した各三次元ワイヤ
フレーム要素のデータから生成対象自由曲面の境界のデ
ータを作成する０次にデータベースから自由曲面の基礎
データを取り出し、取り出された自由曲面の基礎データ
と生成対象自由曲面の境界のデータで境界を最も良く補
間する自由曲面のデータを作成する（自由曲面の最適補
間規則はあらかじめ決めておく）。

オペレータが指示した各三次元ワイヤフレーム要素のデ
ータであらかじめ定められた生成対象自由曲面の境界の
データあるいは自由曲面のデータが作成できない場合は
ステップ２０１１でその旨をＣＲＴ上にメツセージで表
示する（例えばいわゆるＣｏｏｎｓ曲面では境界を構成
するワイヤフレーム要素の数は２あるいは３に限定して
いる）。

上記Ｄ２．では生成対象面要素の形状の種類のデータが
自動的に作成され、作成されたデータを用いて生成対象
面要素のデータがデータベースに格納される。この場合
には生成対象面要素の形状の種類によってＣＲＴ上に表
示される面要素図形を色分けするなどし、オペレータが
意とする三次元面要素のデータが生成されたかどうか容
易に判断できるようにしている。

ここで、生成対象面の境界を構成する三次元ワイヤフレ
ーム要素がすでに全て作成されている場合について上述
をふまえて簡単に説明する。

この場合には生成対象面要素の形状の種類と境界を構成
する三次元ワイヤフレーム要素のデータですべての三次
元ワイヤフレーム要素を点列化しくスプライン曲線とす
る）、得られた点列のデータを上述の二次元空間（ｘｔ
。

−ｙ４．−ＺＬ、）のデータに変換する。次に、変換さ
れた点列のデータのｚし座標値を０．０とし、逆変換の
データを用いてこれらの点列のデータを逆変換し、三次
元空間の境界を構成するワイヤフレーム要素のデータと
する。

このとき得られたワイヤフレーム要素のデータが元の形
状の種類（例えば、直線９円弧）と等しいとみなせると
きはそのデータに変換する。

以上の実施例から、わかるように本発明は高精度の解析
曲面を主な構成要素とする形状のモデリングに適してい
る。また、二次元ワイヤフレームデータから三次元形状
モデルのデータを生成する場合のように、生成対象面要
素の境界を構成する三次元ワイヤフレーム要素の一部で
オペレータが生成対象面要素を認識できる場合に、三次
元ワイヤフレーム要素の一部の指示で、高精度の生成対
象面要素（境界と両種）のデータを自動的に生成するこ
とができるので、対話システムにおけるオペレータの入
力個数の低減、マンマシンインターフェイスの向上に効
果が大きい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オペレータが既作成三次元ワイヤフレ
ーム図形要素を指示するだけで、意図する円筒などの幾
何学的形状を有しかつそれを境界の一部とする生成対象
三次元面のデータを作成することができるのでマンマシ
ンインターフェイス性能のすぐれた形状モデリングシス
テムとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の対話形形状モデリングシス
テムの三次元立体形状生成の全体処理フロー図、第２図
は第１図の各三次元立体形状生成処理部の共通の処理フ
ローを示す図、第３図〜第８図は第２図の各処理ステッ
プのグラフィックディスプレイ表示例を示す図、第９図
から第２７図までは本発明の実施例の三次元立体形状生
成システムの特徴を説明するためのグラフィックディス
プレイ表示例を示す図、第２８図はオペレータが三次元
ワイヤフレーム図形要素を指示し、三次元面要素のデー
タを生成する場合の処理アルゴリズムのフローチャート
図、第２９図〜第３１図は第２８図の処理過程を説明す
る図、第３２図は面形状を自動的に算出する場合のフロ
ーチャート図である。 ２・・・演算装置、３・・・グラフィックディスプレイ
。 ４・・・スタイラス、５・・・キーボード、６・・・図
面データヘース、７・・・二次元ワイヤフレーム図形デ
ータベース、９・・・二次元ワイヤフレーム生成処理部
、１０・・・二次元図形生成処理部、１１・・・座襟系
生成処理部、１２・・・三次元形状データベース、１３
・・・二次元形状データベース、１４・・・二次元面・
線モデル生成処理部、１５・・・三次元線モデル生成処
理部、１６・・・三次元面モデル生成処理部、１７・・
・閉曲面中実体モデル生成処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、生成対象三次元面要素を構成する三次元ワイヤフレ
   ーム図形要素のデータを入力手段を介してデータベース
   に入力し、このデータベースから取り出された三次元ワ
   イヤフレーム図形要素を前期入力手段を用いて指示し、
   演算装置を用いて三次元面要素のデータをデータベース
   に作成する形状モデリングシステムにおいて、生成対象
   三次元面要素の面形状と指示された三次元ワイヤフレー
   ム図形要素のデータで前記演算装置を用いて生成対象三
   次元面要素の面上を通り、その境界を構成する三次元ワ
   イヤフレーム図形要素のデータを作成し、三次元面要素
   のデータをデータベースに生成することを特長とする形
   状モデリングシステム。 ２、生成対象三次元面要素を構成する三次元ワイヤフレ
   ーム図形要素のデータを入力手段を介してデータベース
   に入力し、このデータベースから取り出された三次元ワ
   イヤフレーム図形要素を前期入力手段を用いて指示し、
   演算装置を用いて三次元面要素のデータをデータベース
   に作成する形状モデリングシステムにおいて、生成対象
   三次元面要素の面形状と指示された三次元ワイヤフレー
   ム図形要素のデータで前記演算装置を用いて生成対象三
   次元面要素の境界を構成する他の三次元ワイヤフレーム
   図形要素のデータを作成し、三次元面要素のデータをデ
   ータベースに生成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の形状モデリングシステム。 ３、コマンド選択により作成された生成対象三次元面要
   素の面形状の種類のデータと指示された三次元ワイヤフ
   レーム図形要素のデータで生成対象三次元面要素の境界
   を構成する他の三次元ワイヤフレーム図形要素のデータ
   を作成し、三次元面要素のデータをデータベースに生成
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の形状モデリングシステム。 ４、指示された三次元ワイヤフレーム図形要素のデータ
   で生成対象三次元面要素の面形状のデータを作成し、得
   られた三次元面要素の面形状の種類のデータと指示され
   た三次元ワイヤフレーム図形要素のデータで生成対象三
   次元面要素の境界を構成する他の三次元ワイヤフレーム
   図形要素のデータを作成し、三次元面要素のデータをデ
   ータベースに生成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の形状モデリングシステム。 ５、三次元面要素の面形状の種類のデータと指示された
   三次元ワイヤフレーム図形要素のデータを用いて三次元
   ワイヤフレーム図形要素のデータを二次元空間のデータ
   に変換し、得られた二次元空間でのワイヤフレーム図形
   要素のデータを用いて生成対象三次元面要素のデータを
   生成することを特徴とする特許請求の範囲第３項または
   第４項記載の形状モデリングシステム。 ６、生成対象三次元面要素を構成する三次元ワイヤフレ
   ーム図形要素のデータを入力手段を介してデータベース
   に入力し、このデータベースから取り出された三次元ワ
   イヤフレーム図形要素を前期入力手段を用いて指示し、
   演算装置を用いて三次元面要素のデータをデータベース
   に作成する形状モデリングシステムにおいて、指示対象
   図形要素を三次元点、ワイヤフレーム要素の組合せとす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項
   記載の形状モデリングシステム。 ７、生成対象三次元面要素の面形状の種類と指示された
   三次元ワイヤフレーム図形要素のデータで三次元面要素
   のデータを作成し、作成された三次元面要素のデータと
   既作成三次元面モデルのデータとの和、差、共通演算に
   より新たに三次元面モデルのデータをデータベースに生
   成することを特徴とする特許請求の範囲第３項または第
   ４項記載の形状モデリングシステム。 ８、生成対象三次元面要素の面形状の種類と指示された
   三次元ワイヤフレーム図形要素のデータで三次元面要素
   のデータを作成し、作成された三次元面要素のデータを
   用いて三次元面要素の形状毎に識別情報をＣＲＴ画面に
   表示することを特徴とする特許請求の範囲第３項または
   第４項記載の形状モデリングシステム。