JP2008299643A - ３次元モデル作成装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】３次元モデルの対称形状モデルを効率よく作成することができる３次元モデル作成装置及びこの装置としてコンピュータを機能させるプログラムを提供する。
【解決手段】３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取り、指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、判別部６が対称形状モデルの作成上変更が必要な箇所を判別し、指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて履歴変更部７が要素データを対称形状モデルに応じたデータに変更し、変更不要と判別された要素データ及び変更された要素データからなる作成履歴データに従って３次元モデル作成部２がオリジナル３次元モデルの対称形状モデルを作成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）に利用される３次元モデル作成装置及びこの装置としてコンピュータを機能させるプログラムに関するものである。

例えば、特許文献１に開示される従来の３次元モデル作成装置では、作成した３次元モデルデータをその特徴量のデータと共にデータベースに登録し、３次元モデルを加工編集する度にその３次元モデルが作成されるまでの時系列な３次元モデルデータを履歴データとして蓄積する。これにより、３次元モデルデータベースの履歴データ及び登録データを利用して効率的な商品開発を図ることができる。

特開２００３−２９６３８２号公報

従来の３次元モデル作成装置では、３次元モデルデータベースの履歴データ及び登録データを利用して新たな３次元モデルを作成することは可能である。しかしながら、あるオリジナルの３次元モデル（以降、オリジナル３次元モデルと称す）の対称形状モデルを作成するには、ミラーコピーを行うか、新たに対称形状を有する３次元モデルを作成しなければならなかった。

新たに対称形状モデルを作成する場合、オリジナル３次元モデルと同じ作成工程を繰り返す必要があり効率的でない。また、ミラーコピーでは、オリジナル３次元モデルのどの部分を変更すれば対称形状モデルとなるのかを、設計者が判別して設定する必要がある。このため、オリジナル３次元モデルが複雑な形状である場合、新たに対称形状モデルを作成するよりも手間がかかり不効率となる可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、３次元モデルの対称形状モデルを効率よく作成することができる３次元モデル作成装置及びこの装置としてコンピュータを機能させるプログラムを得ることを目的とする。

この発明に係る３次元モデル作成装置は、対称形状モデルを作成すべき３次元モデル、対称処理の種類及び対称基準を指定する情報の入力を受け付ける入力部と、３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを記憶する記憶部から、入力部を介して指定された３次元モデルに関する作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取る作成履歴読み取り部と、作成履歴読み取り部から作成履歴データを要素ごとに入力し、入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、前記対称形状モデルを作成するにあたり要素のデータのうち変更が必要な箇所を判別する判別部と、入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、判別部により変更が必要と判別された要素データを対称形状モデルに応じたデータに変更する履歴変更部と、判別部により変更不要と判別された要素データ及び履歴変更部により変更された要素データからなる作成履歴データに従って、対称形状モデルを作成する３次元モデル作成部とを備えるものである。

この発明によれば、３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを記憶する記憶部から、指定された３次元モデルに関する作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取り、指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、対称形状モデルを作成するにあたり要素のデータのうち変更が必要な箇所を判別し、指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて変更が必要と判別された要素データを対称形状モデルに応じたデータに変更し、変更不要と判別された要素データ及び変更された要素データからなる作成履歴データに従って、対称形状モデルを作成するので、所望の３次元モデルに対し所望の対称基準に関する対称処理が自動的に実行されることから、対称形状モデルの作成処理を効率よく行うことができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の３次元モデル作成の概要を示す図であり、オリジナル３次元モデルの対称形状モデルを作成する場合を示している。本発明による３次元モデル作成装置は、図１に示すようなコンピュータ上に構築され、該コンピュータの表示画面上に３次元モデルを表示する。また、本発明においても３次元モデルを作成する度にその作成履歴データを蓄積する。本発明における作成履歴データとは、３次元モデルが作成されるまでに施された描画処理及び各描画処理により得られた作成途中のモデル形状を規定するデータを時系列にまとめたデータである。

例えば、作成すべき３次元モデルの輪郭の一部となる２次元のスケッチ形状を作成し、該スケッチに対して所定の方向に押し出し処理を施して３次元モデルとし、この３次元モデルに穴を形成する処理を行って３次元モデルを作成した場合を考える。この場合の作成履歴データは、処理が施された順にスケッチ作成処理、押し出し処理及び穴あけ処理がその構成要素となる。また、スケッチ作成処理に関する作成履歴データとしては、スケッチの各頂点の位置や頂点間の線分の長さ等のスケッチ形状を規定するデータがあり、押し出し処理では、スケッチ形状の押し出し方向があり、穴あけ処理では、穴の寸法、深さ、位置等を規定するデータが挙げられる。

本発明による３次元モデル作成装置では、設計者により選択された対称基準が設定されると、オリジナル３次元モデルのデータとともに蓄積された作成履歴データを読み取り、選択された対称基準に基づいて作成履歴データのうちから対称形状モデルの作成上変更すべきデータを判別して変更処理を施し、得られた作成履歴データに従って対称形状３次元モデルを作成する。つまり、本発明では、設計者がオリジナル３次元モデルに対して対称基準を選択し３次元モデル作成装置に設定するだけで、選択された対称基準に関する対称形状３次元モデルを自動的に作成することができる。

図２は、この発明の実施の形態１による３次元モデル作成装置の構成を示すブロック図である。図２において、３次元モデル作成装置１は、３次元モデル作成部２、３次元モデルデータの記憶部３、作成履歴読み取り部４、設定入力部５、判別部６及び履歴変更部７を備える。３次元モデル作成部２は、設定入力部５を介して入力された設計者の指示に従って、設計者が所望する３次元モデルを構成する面等を規定するデータを生成し、該データに基づいて３次元モデルを作成すると共に、判別部６や履歴変更部７から入力した作成履歴データに従って３次元モデルを作成する。

記憶部３は、３次元モデル作成部２により作成された３次元モデルを規定する３次元モデルデータをその作成履歴データに対応付けて記憶する。この記憶部３は、３次元モデル作成装置１を構成するコンピュータに搭載されたハードディスク装置や外付け記憶装置の記憶メディアの記憶領域上に構築してもよく、また該コンピュータとデータ通信が可能な外部記憶装置に構築してもよい。

作成履歴読み取り部４は、指定されたオリジナル３次元モデルの作成履歴データをその要素ごとに記憶部３から読み取り、判別部６に出力する。設定入力部５は、上記コンピュータに装備されたキーボードやマウス等の入力装置と協働し、表示モニタを介して設計者と対話的に情報のやり取りを行うためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を提供する構成要素である。例えば、設計者から対称処理の種類及びその対称基準の選択情報が入力されると、この情報を判別部６へ出力する。

判別部６は、設定入力部５を介して指定された対称処理に関する判別条件に基づいて、オリジナル３次元モデルの対称形状モデルを作成するにあたり変更が必要な作成履歴データをその要素ごとに判別する。この対称処理に関する判別条件は、対称処理の種類（面対称、軸対称、原点対称の別）に対応付けて判別部６に予め設定される。なお、対称処理に関する判別条件としては、以下のようなものが考えられる。

対称処理の種類として面対称が指定され、３次元空間内の面が対称基準として選択されている場合、オリジナル３次元モデルの作成履歴データの要素ごとに規定される作成途中のモデル形状が、対称基準の面と平行でない寸法成分を有するか否かを判別条件とする。また、対称処理の種類として軸対称が指定され、３次元空間内の軸が対称基準として選択されている場合、作成途中のモデル形状が対称基準の軸と平行でない寸法成分を有するか否かを判別条件とする。さらに、対称処理の種類として原点対称が指定され、３次元空間内に規定した３次元座標系の原点が対称基準として選択されている場合、作成履歴データの全ての要素を変更対象とする。

履歴変更部７は、判別部６によって変更が必要と判別された作成履歴データを入力し、設定入力部５を介して設定された対称基準に関する対称形状モデルを作成するための作成履歴データに変更する。この変更の処理内容は、対称処理の種類（面対称、軸対称、原点対称の別）に対応付けて履歴変更部７に予め設定される。

例えば、対称処理の種類として面対称が指定され、対称基準として３次元空間内の面が設定されている場合、履歴変更部７は、作成履歴データの要素データにより規定される作成途中のモデル形状の寸法を対称基準面に垂直な成分と水平な成分に分け、対称基準面に垂直な寸法のみ正負を反転、即ち対称基準面を３次元座標系の原点を通る面として対称基準面に垂直な方向の寸法成分の正負を反転させる。

上述した、３次元モデル作成部２、記憶部３、作成履歴読み取り部５、設定入部５、判別部６及び履歴変更部７は、３次元モデル作成装置１を構成するコンピュータの演算処理装置に、本発明の趣旨に従う３次元モデル作成用プログラムを読み込ませて実行することにより、該コンピュータのハードウェアとソフトウェアとが協働した具体的な手段として実現される。なお、コンピュータ自体の構成及びその基本的な機能については、当業者が当該技術分野の技術常識に基づいて容易に認識できるものであり、本発明の本質に直接関わるものでないので詳細な記載を省略する。

次に動作について説明する。
図３は、実施の形態１の３次元モデル作成装置による対称形状モデル作成処理の流れを示すフローチャートであり、この図に沿って対称形状モデル作成処理を詳細に説明する。先ず、３次元モデル作成装置１内の３次元モデル作成部２は、あるオリジナル３次元モデルを作成し（ステップＳＴ１）、その３次元モデルデータを記憶部３に格納する。このとき、この３次元モデルの作成が完了するまでの作成履歴データも記憶部３に格納される。

次に、設計者が、設定入力部５を介して、対称形状モデルを作成すべきオリジナル３次元モデル、対称処理の種類（面対称、軸対称、原点対称の別）及び対称基準を選択する（ステップＳＴ２）。選択されたオリジナル３次元モデルを指定する情報は、設定入力部５から作成履歴読み取り部４へ出力され、対称処理の種類及び対称基準を指定する情報は、設定入力部５から判別部６及び履歴変更部７にそれぞれ出力される。作成履歴読み取り部４は、設定入力部５を介して指定されたオリジナル３次元モデルの作成履歴データをその要素ごとに（要素単位で）記憶部３から読み出して判別部６に出力する（ステップＳＴ３）。

判別部６は、設定入力部５を介して指定された対称処理の種類に従って対応する判別条件を決定し、この判別条件に基づいて作成履歴読み取り部４から入力した作成履歴データのうち、上記対称基準に関して上記対称処理を行って対称形状モデルを作成するにあたり変更が必要な箇所をその要素ごとに判別する（ステップＳＴ４）。

ステップＳＴ４において、判別部６により変更が不要であると判断された箇所のデータは、対称形状モデルの作成履歴データの対応する要素のデータとして判別部６から３次元モデル作成部２に設定される。３次元モデル作成部２は、この作成履歴データの要素データに従って、つまりオリジナル３次元モデルの要素データをそのまま使って対称形状モデルを作成する（ステップＳＴ５）。

一方、判別部６により変更が必要であると判断された箇所のデータは、判別部６から履歴変更部７へ出力される。履歴変更部７では、設定入力部５を介して設定された対称処理の種類に従って対応する変更処理の内容を決定し、判別部６により変更が必要と判別された作成履歴データの要素データに対して該処理内容の変更を施す。このようにして変更された要素データは、対称形状モデルの作成履歴データの対応する要素のデータとして履歴変更部７から３次元モデル作成部２に設定される。３次元モデル作成部２は、この作成履歴データの要素データに従って対称形状モデルを作成する（ステップＳＴ６）。

ステップＳＴ５又はステップＳＴ６の処理が完了すると、判別部６は、オリジナル３次元モデルの作成履歴データにおける全ての要素の判別が完了したか否かを判定する（ステップＳＴ７）。このとき、作成履歴読み取り部４から作成履歴データのうち、時系列的に次の要素が入力されると、判別部６は、未だに判別を完了していないと判定してステップＳＴ３の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。

また、作成履歴読み取り部４から作成履歴データの要素が入力されてこない場合、判別部６は、全ての要素の判別が完了したと判定する。これにより、３次元モデル作成部２は、判別部６により変更の可否を判別された作成履歴データに従って、設計者が選択した対称処理及び対称基準に関する対称形状モデルの作成が完了する（ステップＳＴ８）。

次に具体例を挙げて説明する。
以降では、図４（ｂ）に示すような作成履歴データを有する図４（ａ）に示す３次元モデルがオリジナル３次元モデル８として指定され、このオリジナル３次元モデル８に設定された３次元座標系のｙｚ平面を対称基準面１０とする面対称処理が選択された場合を説明する。作成履歴読み取り部４は、設定入力部５を介して指定されたオリジナル３次元モデル８の作成履歴データをその要素ごとに記憶部３から読み出して判別部６に出力する。ここでは、まず図４（ｂ）に示す作成履歴データの要素のうち、時系列的に最先に処理された断面形状（スケッチ形状）の作成処理１１ａで得られた作成途中のモデル形状に関するデータが読み出され、判別部６に出力される。

判別部６は、設定入力部５を介して設定された面対称処理に対応する判別条件に基づいて、作成履歴読み取り部４から入力した作成履歴データのうち、対称基準面１０に関する面対称処理を施し対称形状モデルを作成するにあたり変更が必要な箇所を判別する。例えば、断面形状の作成処理１１ａにより図５（ａ）に示す頂点位置及び稜線ａ〜ｅの寸法を有するスケッチ形状Ａが得られる場合、判別部６は、対称基準面１０に対して平行でない寸法成分を有するか否かを判別条件として、スケッチ形状のうち変更が必要な箇所を判別する。

ここでは、稜線ａ，ｂについては対称基準面１０に対して平行な寸法成分のみであることから、稜線ａ，ｂを規定するデータは、変更不要な要素データとして３次元モデル作成部２に送られる。一方、稜線ｃ〜ｅ及びスケッチ形状Ａと対称基準面１０との間隔Ｄは、対称基準面１０に対して平行でない寸法成分を有するので、変更が必要な箇所を規定する要素データと判別され、履歴変更部７に送られる。なお、稜線ｄはスケッチ形状Ａのうち角度３０°の鋭角部分を形成する稜線であることから、図５（ｂ）に示すように対称基準面１０に平行な寸法成分と垂直な方向の寸法成分（＝８０ｓｉｎ３０°＝４０）とを有する。この場合、垂直な方向の寸法成分のみが変更箇所とされる。

履歴変更部７では、設定入力部５を介して設定された面対称処理に対応する内容の変更処理を、判別部６により変更が必要と判別された箇所に施して、要素データの内容を更新する。図５（ａ）の例では、スケッチ形状Ａが描画された２次元座標において対称基準面１０が原点を通るｙｚ面であることから、対称基準面１０を介してオリジナル３次元モデル８が配置されている側をｘ軸の正方向とし、対称形状モデルがｘ軸の負方向側に配置されるように寸法の正負を変更する。

つまり、スケッチ形状Ａと対称基準面１０の間隔Ｄは、ｘ軸の正方向に沿って対称基準面１０から６０の間隔を有することから、図５（ｃ）に示すように間隔Ｄの正負を反転させて、ｘ軸の負方向に沿って対称基準面１０から−６０の間隔を有するＤ１に変更する。また、対称基準面１０に垂直な寸法成分のみを有する稜線ｃは、ｘ軸の正方向に沿って１４０の長さを有することから、図５（ｃ）に示すように稜線ｃの寸法の正負を反転させてｘ軸の負方向に沿って−１４０の長さを有する稜線ｃ１に変更する。さらに、稜線ｄについては、対称基準面１０に垂直な方向の寸法成分の正負を反転させて、ｘ軸の負方向に沿って−４０の長さを有する寸法成分に変更する。同様にして稜線ｅの寸法の正負を反転させることで稜線ｅ１に変更する。

履歴変更部７による変更処理で得られた稜線ｃ１〜ｅ１及び間隔Ｄ１を規定するデータは、３次元モデル作成部２に送られる。３次元モデル作成部２は、判別部６及び履歴変更部７から入力した断面形状作成処理１１ａの要素データに従って、モデル形状を描画する。ここで、対称基準面１０に平行な稜線ａ，ｂの寸法は変更されることなく、そのまま稜線ａ１，ｂ１の寸法とされ、図５（ｃ）に示すような対称形状モデルについてのスケッチ形状Ｂが作成される。

続いて、図４（ｂ）に示す作成履歴データの要素のうち、時系列的に断面形状作成処理１１ａの次に処理された押し出し処理１１ｂで得られた作成途中のモデル形状に関するデータが読み出され、判別部６に出力される。判別部６は、入力した要素が押し出し処理１１ｂであると、変更不要と判別して押し出し処理１１ｂに規定される押し出し方向や押し出し距離などの情報を３次元モデル作成部２に送る。３次元モデル作成部２は、判別部６から入力した押し出し処理１１ｂの要素データに従ってモデル形状を描画する。これにより、図６に示すように、オリジナル３次元モデル８と同一の押し出し方向でスケッチ形状Ｂに押し出し処理が施され、モデル形状８ａが作成される。

最後に、図４（ｂ）に示す作成履歴データの要素のうち、時系列的に押し出し処理１１ｂの次に処理された穴あけ処理１１ｃで得られた作成途中のモデル形状に関するデータが読み出され、判別部６に出力される。判別部６は、断面形状作成処理１１ａの場合と同様の判別条件で穴あけ処理１１ｃで変更が必要な箇所を判別する。例えば、穴あけ処理１１ｃにより図７（ａ）に示す位置及び径で穴９が形成される場合、判別部６は、対称基準面１０に対して平行でない寸法成分を有するか否かを判別条件として変更が必要な箇所を判別する。

ここでは、穴９の径ｆ及びその位置を規定する寸法のうち対称基準面１０に平行な寸法成分ｈを規定するデータは、変更不要な要素データとして３次元モデル作成部２に送られる。一方、穴９の位置を規定する寸法のうち対称基準面１０に対して平行でない寸法成分ｇを規定する要素データは変更が必要な箇所と判別され、履歴変更部７に送られる。

履歴変更部７では、断面形状作成処理１１ａの場合と同様に、対称基準面１０を介してオリジナル３次元モデル８が配置されている側をｘ軸の正方向とし、対称形状モデルがｘ軸の負方向側に配置されるように寸法の正負を変更する。つまり、図７（ｂ）に示すように、対称基準面１０に垂直な寸法成分ｇの正負を反転させて、ｘ軸の負方向に沿って対称基準面１０から−２０の寸法を有するｇ１に変更する。履歴変更部７による変更処理で得られた寸法成分ｇを規定するデータは、３次元モデル作成部２に送られる。

３次元モデル作成部２は、判別部６及び履歴変更部７から入力した穴あけ処理１１ｃの要素データに従って、モデル形状を描画する。ここで、穴９の径ｆ及び対称基準面１０に平行な寸法成分ｈは変更されることなく、そのまま径ｆ１及び寸法成分ｈ１とされ、図７（ｃ）に示す対称形状モデル８ａに穴９ａが作成される。以上の処理を３次元モデル作成装置１が自動的に実行することにより、図８に示すような対称形状モデル８ａが作成される。なお、作成された対称形状モデル８ａは、オリジナル３次元モデル８に対応付けて記憶部３に登録してもよく、表示モニタに出力して設計者に提示してもよい。

なお、上記説明では、押し出し処理については変更不要な要素であると判別したが、対称処理の種類によっては変更が必要な要素と判別される。例えば、軸対称処理が選択された場合、押し出し処理の押し出し方向や押し出し距離などは、３次元空間内でオリジナル３次元モデルに対して軸対称となるような方向及び距離に変更される。

以上のように、この実施の形態１によれば、３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを記憶する記憶部３から、設定入力部５を介して指定された３次元モデルに関する作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取り、設定入力部５を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、判別部６が対称形状モデルを作成するにあたり要素のデータのうち変更が必要な箇所を判別し、設定入力部５を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、履歴変更部７が、変更が必要と判別された要素データを対称形状モデルに応じたデータに変更し、変更不要と判別された要素データ及び変更された要素データからなる作成履歴データに従って、３次元モデル作成部２が対称形状モデルを作成するので、所望の３次元モデルに対し所望の対称基準に関する対称処理が自動的に実行されることから、対称形状モデルの作成処理を効率よく行うことができる。

この発明の３次元モデル作成の概要を示す図である。 この発明の実施の形態１による３次元モデル作成装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の３次元モデル作成装置による対称形状モデルの作成処理の流れを示すフローチャートである。 オリジナル３次元モデル及びその作成履歴データを示す図である。 断面形状の作成処理で得られた形状に対する変更可否の判別及び変更処理を説明するための図である。 対称形状モデルの押し出し処理を説明するための図である。 対称形状モデルの穴あけ処理を説明するための図である。 図４（ａ）中のオリジナル３次元モデルに対する対称形状モデルを示す斜視図である。

符号の説明

１ ３次元モデル作成装置、２ ３次元モデル作成部、３ 記憶部、４ 作成履歴読み取り部、５ 設定入力部、６ 判別部、７ 履歴変更部、８ オリジナル３次元モデル、８ａ 対称形状モデル、９，９ａ 穴、１０ 対称基準面、１１ａ 断面形状作成処理、１１ｂ 押し出し処理、１１ｃ 穴あけ処理。

Claims (2)

1. 対称形状モデルを作成すべき３次元モデル、対称処理の種類及び対称基準を指定する情報の入力を受け付ける入力部と、
   ３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを記憶する記憶部から、前記入力部を介して指定された３次元モデルに関する作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取る作成履歴読み取り部と、
   前記作成履歴読み取り部から作成履歴データを要素ごとに入力し、前記入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、前記対称形状モデルを作成するにあたり前記要素のデータのうち変更が必要な箇所を判別する判別部と、
   前記入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、前記判別部により変更が必要と判別された要素データを前記対称形状モデルに応じたデータに変更する履歴変更部と、
   前記判別部により変更不要と判別された要素データ及び前記履歴変更部により変更された要素データからなる作成履歴データに従って、前記対称形状モデルを作成する３次元モデル作成部とを備えた３次元モデル作成装置。
2. 対称形状モデルを作成すべき３次元モデル、対称処理の種類及び対称基準を指定する情報の入力を受け付ける入力部、
   ３次元モデルが作成されるまでに施された各描画処理で得られたモデル形状を規定するデータを時系列にまとめた作成履歴データを記憶する記憶部から、前記入力部を介して指定された３次元モデルに関する作成履歴データを時系列の要素ごとに読み取る作成履歴読み取り部、
   前記作成履歴読み取り部から作成履歴データを要素ごとに入力し、前記入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、前記対称形状モデルを作成するにあたり前記要素のデータのうち変更が必要な箇所を判別する判別部、
   前記入力部を介して指定された対称処理の種類及び対称基準に基づいて、前記判別部により変更が必要と判別された要素データを前記対称形状モデルに応じたデータに変更する履歴変更部、
   前記判別部により変更不要と判別された要素データ及び前記履歴変更部により変更された要素データからなる作成履歴データに従って、前記対称形状モデルを作成する３次元モデル作成部としてコンピュータを機能させるプログラム。

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