JPS6340967A - 平面入力装置 - 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） 本発明はコンピュータグラフィックスに於ける３次元図
形データとしての平面データ入力技術に関する。特にＣ
ＲＴデイスプレィ等の表示装置とタブレット等の座標入
力装置を用いた図形処理装置で画面を見ながら３次元の
平面データの入力を行う場合に、平面データの３次元的
な位置、方向の把握及び入力が容易な平面データの入力
装置に関する。

（従来の技術） ３次元空間内に存在する平面データを画面を見ながら入
力する方式としては、表示画面上に既に表示されている
他の図形を手かがりとして３次元空間内の３点の位置を
タブレットやマウス等の座標入力装置により画面上を動
く３次元カーソルを用いて入力し、入力された３点を通
る平面を算出することにより平面情報を入力する方式が
ある。

さらに３次元空間内に存在する平面データを画面を見な
がら入力する他の方式としては、画面上に既に表示され
ている平面の１辺をタブレットやマウス等の座標入力装
置を用いて画面上で選択し、選択された１辺を回転軸と
して平面を回転させて元の平面と異なった向きの平面を
決定する方式等がある。

（発明が解決しようとする問題点） 上記で述べた３次元空間内の３点の位置を３次元カーソ
ルを用いて入力する方法では、任意の方向を向いた平面
を人間が直観的に入力するのは難しい。さらに画面上に
表示されている平面をその平面の１つの辺を回転軸とし
て回転させて元の平面と異なった向きの平面を決定する
方法では、面を回転させる軸が平面の辺に限定されてい
るために平面のとりうる方向が限定される欠点がある。

本発明の目的はこれらの事情を考慮して為された物であ
り、人間が平面を直観的に特に平面の法線方向に基づい
て把握している場合に、平面データの入力を数値データ
の形としてではなく、表示画面を見ながら対話的にかつ
直観的に行えることにより効率的に任意の平面データを
入力できる装置を提供する事にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の平面入力装置は、表示すべき３次元図形データ
を記憶する図形メモリと、前記図形データに展開される
フレームバッファと、前記図形データに３次元のクリッ
ピング処理と透視変換を行なう座標変換手段と、前記図
形メモリから表示すべき図形データを読み出す表示制御
手段と、前記フレームバッファに表示データを展開する
と共にリフレッシュサイクルに同期して表示部にデータ
を表示する表示手段と、前記フレームバッファ内の情報
を操作者に表示するための表示部とを有する３次元図形
データ表示装置に加えて、変位量を入力する座標入力手
段と、平面の法線ベクトルを記憶する法線ベクトル記憶
手段と、平面上の基準点の位置を記憶する基準点記憶手
段と、前記座標入力手段からの出力により前記法線ベク
トル記憶手段内の法線ベクトルを回転させる法線ベクト
ル回転手段と、前記座標入力手段の出力と前記法線ベタ
１ヘル記憶手段の内容により前記基準点記憶手段内の基
準点を平面上で移動させる基準点平面上移動手段と、前
記座標入力手段の出力と前記法線ベクトル記憶手段の内
容により前記基準点記憶手段内の基準点を平面法線方向
に移動させる基準点法線方向移動手段と、前記法線ベク
トル記憶手段と前記基準点記憶手段の内容により平面の
座標原点からの距離を算出する平面原点間距離算出手段
とからなることを特徴とする平面入力装置である。

（作用） 本発明においては、既に画面上に表示されている３次元
空間内の１平面を画面上で回転・移動させる操作を通じ
て、希望する任意の平面を決定し入力する方式を採用し
ている。

本発明の平面入力装置では、座標入力手段により入力さ
れた２次元の座標変位を表すデータを用いて、法線ベク
トル記憶手段に記憶されている平面の法線ベクトルを、
法線ベクトル回転手段により回転させる。法線の方向を
回転により変化させる事により平面の向きを変化させる
。法線ベクトルの回転は、基準点記憶手段に記憶されて
いる平面の基準転を通る任意の２軸を回転軸として行う
。各軸回りの回転量は１次元量で表されるので、２軸回
りの回転は座標入力手段により得られる２次元の変位量
の各１次元成分を各回転目りの回転量に割り当てる。座
標入力手段、法線ベクトル回転手段および基準点記憶手
段により２次元変位量の入力により平面を任意の方向に
回転させることができる。

さらに本発明の平面入力装置では、座標入力手段により
入力された１次元の座標変位を表すデータを用いて、基
準点法線方向移動手段により、平面の基準点を法線ベク
トル記憶手段に記憶されている平面の法線ベクトルの方
向に、移動させる。

座標入力手段を用いて１次元の変位量が入力されると、
基準点記憶手段に記憶されている平面の基準点を入力さ
れた変位量に応じて書き換える。座標入力手段、基準点
法線方向移動手段および基準点記憶手段により１次元変
位量の入力により平面上の基準点を法線方向に移動させ
る。

さらに本発明の平面入力装置では、座標入力手段により
入力された２次元の座標変位を表すデータを用いて、基
準点平面上移動手段により、基準点記憶手段に記憶され
ている基準点位置を、その平面上の２次元方向に平行移
動する。

上記の各手段により実現される機能で決定される平面上
の基準点と、基準点を通る法線ベクトルの方向、および
これらのデータを用いて平面原点間距離算出手段で算出
される３次元空間内の原点からの距離により、任意の位
置及び方向を持った平面を決定する事ができる。

この様に法線方向に基づいて把握されている平面の入力
を、数値入力ではなく座標入力装置を用いて画面を見な
がら直観的に効率的に行うことができる平面入力装置が
実現される。

（実施例） 第１図は本発明の平面入力装置の構成を示すブロック図
である。

図中１は、法線ベクトルの回転と平面上の基準点を平面
上で移動させるための２次元の変位量および前記基準点
を法線方向に移動させるための１次元の変位量を入力す
るための座標入力手段、２は現在の平面の法線ベクトル
の３成分の値（Ｎｘ。

Ｎｙ、Ｎｚ）を記憶している法線ベクトル記憶手段であ
る。３は現在の無限平面上の基準点の位置（Ｐｘ。

Ｐｙ、Ｐｚ）を記憶している基準点記憶手段である。４
は前記座標入力手段１から出力される変位量によって法
線ベク■・ルを３次元空間内の任意の方向に回転させる
法線ベクトル回転手段である。法線ベクトルの回転によ
って平面は基準点を中心に回転する。５は前記座標入力
手段から出力される２次元の変位量によって基準点を平
面上で移動させる基準点平面上移動手段である。基準点
の平面上の移動によっては平面の位置は変化せずに、回
転の中心が変化する。６は前記座標入力手段から出力さ
れる１次元変位量によって基準点を平面の法線方向に移
動させる基準点法線方向移動手段である。基準点の法線
方向への移動によって無限平面も法線方向に移動する。

７は法線ベクトルの３成分の値と基準点の位置から無限
平面の座標原点からの距離を算出する平面原点間距離算
出手段である。

第２図は本願の発明での３次元の平面データを入力する
場合に操作者に対して示される表示画面を示している。

今、例として第２図に示されているように画面上に透視
表示されている平面を手がかりに、この平面を座標入力
装置を使って任意の方向への回転と移動を行いながら、
所望の平面を作成し入力する場合を考える。平面の回転
・移動の指示を行う座標入力装置の具体的な実現手段と
してはマウスやタブレット等がある。第２図（ａ）に示
されるように表示画面上には平面内に基準点Ｐ、が示さ
れた形態で平面が透視表示されている。

図では基準点Ｐ１は十文字型となっているが、この形は
点の位置を示せる物ならば任意である事は言うまでもな
い。

平面の回転軸をこの基準点に対し互いに一定の方向関係
を持った２本を定めておく。２本の回転軸が定まれば、
各々の回転軸回りの回転を与えることにより任意の方向
に平面を向けることが出来る。法線の回転方向は各回転
軸回りに１つの方向として決まる。従って２本の回転軸
回りの回転量を数値を用いずに指示するためには、座標
入力手段１により２次元の変位量を与え、２つの一次元
成分に分解し、その各々を各軸回りの回転量として与え
ればよい。第２図（ｂ）では、回転軸として基準点を通
ってそれぞれ平面の最大傾斜線方向とその垂直方向とし
ている。例えば座標入力手段１から入力される２次元変
位量の内、Ｘ方向成分に比例して角度θ１、Ｙ方向成分
に比例して角度θ２の回転を与えればよい。第２図（ｂ
）中では説明のために回転軸を記しているが実際の画面
上には必ずしも回転軸を表示する必要はない。２本の回
転軸の取り方にはその池に、最大傾斜線とそれに加えて
最大傾斜線と任意の角度で交差する線を各々回転軸とす
る方式、最大傾斜線とＹ軸（上下方向）を各々回転軸に
する方式、最大傾斜線とそれに加えて最大傾斜線のＺＸ
平面（水平面）への投影像を各々回転軸とする方式であ
る。座標入力手段１から与えられる２次元の変位量が大
きければ大きな回転角で、また座標入力手段１がら与え
られる２次元の変位量が小さければ小さな回転角で法線
を回転させればよい。希望の方向に法線が向くまでこの
操作を繰り返す。

第２図（ｃ）では、回転に加えて平面をその法線方向に
移動させる操作を示している。平面の法線の方向が操作
者に対して提示されていれば、操作者は法線方向の移動
量を１次元の変位量として与えてやればよい。従って座
標入力装置がら入力される変位量の内１次元成分だけを
抽出し、それに比例した大きさだけ平面を法線方向に移
動してやればよい。基準点の法線方向の移動は座標入力
手段から得られる１次元の変位量ΔＺがそのまま３次元
空間内の移動量となる。基準点Ｐ２が法線方向にΔＰｘ
、Δｐｙ、ΔＰｚだけ移動してＰ３へ移動した場合の変
位量は次式のようになる。

ΔＰｘ＝ΔＣＮｘ Δｐｙ＝ΔＺ＊Ｎｙ ΔＰｚ＝ΔＺ＊Ｎｚ 座標入力手段１から与えられる１次元の変位量が大きけ
れば大きな移動量で、また座標入力手段１から与えられ
る１次元の変位量が小さければ小さな移動量で法線方向
に平面上の基準点を移動させればよい。希望の位置まで
基準点を移動させることにより平面の位置が定まるまで
この操作を繰り返す。

回転と法線方向の移動で、平面を任意の位置および方向
に設定しようと思うと、基準点をその平面を含む２次元
方向に移動してやる必要がある。

基準点の移動を、その平面を含む２次元で動かせれば、
上記の回転と法線方向の移動と組み合わせて平面を任意
の位置および方向に設定できる。基準点の平面上の移動
は、最大傾斜線方向とその垂直方向の移動量を座標入力
手段上での変位量ΔＹ、ΔＸに対応づけると、次式で３
次元空間内の移動量ΔＰｘ、ΔＰｙ、ΔＰｚが求まる。

ΔＰｘ＝−ΔＸ＊Ｎｚ、−Δ’／＊Ｎｘ＊ＮＶΔｐｙ＝
ΔＹ永＜Ｎｘ本＊２＋Ｎｙ＊＊２）ΔＰＺ＝ΔＸ＊Ｎｘ
−ΔＹ本Ｎｙ＊Ｎｚ次に本発明の平面入力装置を使って
３次元の平面データを入力する場合の各部の動作を述べ
る。

まず、法線ベクトル記憶手段２と基準点記憶手段３には
現在の平面の法線ベクトルと基準点すなわち回転の際の
中心点が記憶されている。

座標入力手段１から平面上に設定されている基準点の平
面内の移動量を表す２次元の変位量が信号線１０１を通
じて基準点平面上移動手段５に入力されると、基準点平
面上移動手段５は信号線１０２を通じて現在の基準点位
置情報を参照しつつ、入力された２次元の変位量から基
準点の移動量を算出し、移動後の基準点位置情報は信号
線１０２を通じて記憶手段３へ出力される。この時、平
面の位置や方向に関するデータは変化しない。

座標入力手段１から法線ベクトルの回転量を表す２次元
の変位量が信号線１０３を通じて法線ベクトル回転手段
４に入力されると、法線ベクトル回転手段４は信号線１
０４を通じて現在の法線ベクトルの方向情報を参照しつ
つ法線ベクトルの回転方向・回転量を入力された２次元
の変位量がら計算し得られた値に応じて法線ベクトルを
回転させ、回転後の法線ベクトルを表す値を信号線１０
４を通じて法線ベクトル記憶手段２へ出力する。

座標入力手段１から平面の法線方向の移動を表す１次元
の変位量が信号線１０５を通じて基準点法線方向移動手
段６へ出力されると、基準点法線方向移動手段６は信号
線１０６を通じて現在の法線の方向情報を参照しつつ基
準点の移動量を算出し、法線方向に移動した新たな基準
点位置情報を信号線１０７を通じて基準点記憶手段３へ
出力する。

平面原点間距＃１算出手段７は、信号線１０Ｂを通じて
上記で求められた基準点と信号線１０９を通じて法線ベ
クトルの方向成分情報を参照して３次元座標空間内の平
面が原点からどれだけの距離に存在しているかを算出す
る。

図形メモリ８は、基準点の位置を信号線１１０を通じて
入力された現在の平面の基準点位置と、信号線１１１を
通じて入力された平面の原点からの距離情報と、信号線
１１２を通じて入力された法線ベクトルの位置と方向情
報とを、表示データとして記憶保持する。

この平面の移動・回転、基準点の移動動作によって３次
元空間内の任意の平面を入力することができる。移動・
回転、基準点の移動動作は座標入力手段１から入力され
る２次元もしくは１次元の変位量に比例した値だけ、法
線ベクトル記憶手段２内の法線ベクトルの３成分の値（
Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚ）と基準点記憶手段３に記憶されてい
る無限平面上の基準点の位置（Ｐｘ　、　Ｐｙ　、　Ｐ
ｚ　）とを変更して行く、また、これらの動作を複数回
組み合わせて試行錯誤的に位置方向を定めながら平面を
入力していくことも可能である。

座標入力手段１からは、法線ベクトルの回転を表す変位
量と、基準点の平面内移動量を表す変位量と、基準点の
法線方向への移動量を表す変位量の３種類の信号が出力
されるが、これらの信号の種類の識別は信号線１１３を
通じて外部より制御される。具体的には、ダブレッＩ・
におけるカーソルボタンや、マウスにおけるボタンの押
し分けあるいは、クリック操作の有無で識別する。

第３図は本発明の平面入力装置を含む３次元図形表示装
置の構成を示している。図中参照番号９は以上説明して
きた平面入力装置、１０は表示制御手段、１１は図形メ
モリ、１２は表示手段、１３は座標変換手段、１４はフ
レームバッファ、１５は表示部を各々表している。表示
制御手段１０は、信号線２０１を通じて外部の情報処理
装置から表示指示信号をを受は図形メモリ１１から表示
すべき３次元平面データを信号線２０２を通じて読み出
す。これらの信号データを表示手段を駆動する描画命令
の形に変換してその描画命令信号を表示手段１２へ信号
線２０３を通じて出力する。

図形メモリ１１は、先に説明した本発明の平面入力装置
９から信号線２０４を通じて入力された３次元平面デー
タを、表示部に表示させるための図形データとして記憶
保持しておくメモリである。図形メモリ１１は第１図中
で示した図形メモリ８と同一である。

表示手段１２は信号線２０３を通じて表示制御手段１０
から与えられる描画命令信号を受は表示部１５を通して
操作者に提示される画像データを生成する。この時３次
元平面データを表示画面上に表示するために必要なりリ
ッピング処理及び透視変換処理を行うため３次元平面デ
ータを信号線２０５を通じて座標変換手段１３へ出力し
、該座標変換手段１３によるその処理結果の画像データ
を信号線２０６を通じて入力する。生成された画像デー
タは信号線２０７を通じてフレームバッファ１４へ書き
込まれる。更に表示手段１２はフレームバッファ１４に
書キ込まれた画像データを映像信号として信号線２０８
を通じて読みだし、信号線２０９を通じて表示部１５へ
出力する。

座標変換手段１３は、信号線２０５を通じて表示手段１
２から与えられる３次元平面データの描画信号に対して
外部情報処理装置より設定された表示空間の座標値の範
囲や視点位置を始めとする各種透視変換パラメータを信
号線２１０を通じて参照しつつ３次元のクリッピング及
び透視変換の処理を行う。

フレームバッファ１４は、表示するデータの画面上に表
示される形態の画像データとして記憶保持しているメモ
リである。

表示部１５は、フレームバッファ１４内に記憶保持され
た画像データを表示手段１２を介して入力し画面上に表
示する。

以上説明した様に、本発明の平面入力装置を加えた３次
元図形表示装置では、座標入力手段により数値入力に頼
らずに、画面上で３次元平面の位置方向を確認しながら
会話的に平面データを入力する事ができる。

本発明の平面人力装置で任意の平面を入力する機能を用
いて、任意形状の３次元図形を画面を見ながら作成する
システムを構成する事ができる。

即ち、タブレットやマウス等の２次元座標入力装置を用
いて３次元空間内の任意の平面を定めることができるの
で、この平面と表示画面上に表示されている３次元図形
との交差面を求め、交差面で図形を切断していく操作に
より自由な形状の３次元図形を作り出す３次元図形作成
システムが実現可能である。

（発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明によれば平面情報
を表す基本的な情報である平面の法線方向と、法線方向
に対する位置情報を、数値を用いず画面を見ながらタブ
レットやマウス等の座標入力手段を用いて直接入力する
ことができるため、３次元空間内における任意の平面を
直観的に入力することが可能となる。さらに又本発明に
よれば、基準点の位置を平面上の任意の位置に設定でき
その点を中心として回転が行われることにより回転前後
の平面の位置や状態を容易に理解可能なため、ある平面
を３次元空間内で回転して得られる任意平面を効率的に
入力することが可能であり、その効果大なるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の発明の一実施例を示すブロック図、第２
図は本願の発明の一実施例の表示画面での平面入力操作
の概念を説明する図、第３図は本願の発明の平面入力装
置を３次元図形表示装置りこ付加して使用するときの一
実施例を示すブロック図を各々表す。 図に於て、１・・・座標入力手段、２・・・法線ベクト
ル記憶手段、３・・・基準点記憶手段、４・・・法線ベ
クトル回転手段、５・・・基準点平面上移動手段、６・
・・基準点法線方向移動手段、７・・・平面原点間距離
算出手段、８．１１・・・図形メモリ、９・・平面入力
装置、１０・・・表示制御手段、１２・・・表示手段、
１３・・・座標変換手段、１４・・・フレームバッファ
、１５・・・表示部を第１図 第２図 （ａ） （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表示すべき３次元図形データを記憶する図形メモリと、
   前記図形データの展開されるフレームバッファと、前記
   図形データに３次元のクリッピング処理と透視変換を行
   なう座標変換手段と、前記図形メモリから表示すべき図
   形データを読み出す表示制御手段と、前記フレームバッ
   ファに表示データを展開すると共にリフレッシュサイク
   ルに同期して表示部にデータを表示する表示手段と、前
   記フレームバッファ内の情報を操作者に表示するための
   表示部とを有する３次元図形データ表示装置に加えて、
   変位量を入力する座標入力手段と、平面の法線ベクトル
   を記憶する法線ベクトル記憶手段と、平面上の基準点の
   位置を記憶する基準点記憶手段と、前記座標入力手段か
   らの出力により前記法線ベクトル記憶手段内の法線ベク
   トルを回転させる法線ベクトル回転手段と、前記座標入
   力手段の出力と前記法線ベトクル記憶手段の内容により
   前記基準点記憶手段内の基準点を平面上で移動させる基
   準点平面上移動手段と、前記座標入力手段の出力と前記
   法線ベクトル記憶手段の内容により前記基準点記憶手段
   内の基準点を平面法線方向に移動させる基準点法線方向
   移動手段と、前記法線ベクトル記憶手段と前記基準点記
   憶手段の内容により平面の座標原点からの距離を算出す
   る平面原点間距離算出手段とを備えたことを特徴とする
   平面入力装置。