JPH0756678B2

JPH0756678B2 - 対話形形状モデリングシステム

Info

Publication number: JPH0756678B2
Application number: JP60243960A
Authority: JP
Inventors: 民王相沢; 恭児高原; 功一大和
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: US4845651A; JPS62105271A

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、特に対話形
操作に好適な手法に関する。

〔従来の技術〕

製図システムで生成される図形で代表される二次元ワイ
ヤフレーム図形から立体形状を作成する場合に、三次元
化された面は点，線，面の幾何学的な関係が、境界表現
によるソリッドモデルで代表されるような数学的に完備
な形で計算機内に記述されていなければならない（「自
動設計の方法論」沖野教郎著（養賢堂）参照）。そのた
めに従来システムでは二次元ワイヤフレーム図形の中で
実体の形状の境界を表現するワイヤフレームを対話方式
により実体の形状に合わせて切断し（「GRADAS 設計製
図システム HiCAD/2D操作書」HITAC 8090−７−033−
20参照）、切断されたワイヤフレームを順に指示するこ
とにより、立体生成の対象となる面あるいは、その面の
境界を取り出し、これを三次元することにより、立体形
状を生成する方式がとられていた（「GRADAS ３次元設
計システム HiCAD/3D 解説・操作書」HITAC 8090−
７−034参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来方式は対話形処理におけるコマンド入力個数が多
く、入力も煩雑であることからユーザーにとって使いに
くいものであった。

また、製図システムで作成される二次元ワイヤフレーム
図形は直線，円弧等の構成線要素間の交叉状態が不規
則，不完全な場合がありディスプレイ上に表示されたも
のでは、それらの状態を正しく認識することが出来なか
った。それで、従来、ユーザーは立体生成する時にこれ
らの不規則，不完全な二次元ワイヤフレーム図形につい
てはデータを再定義し規則的かつ完全なものとする必要
があり、入力手順が煩雑であった。

さらに、実体の形状の境界を表現するワイヤフレームを
指示することは、ユーザーの設計図面による立体面の認
識過程と親和性がとれにくかった。そのため形状モデル
生成のためのコマンド入力時のマンマシンインターフェ
イスの性能悪化を招いていた。

本発明の目的は、二次元ワイヤフレーム図形から立体形
状を生成する場合の入力手順の大幅な簡略化，マンマシ
ンインターフェイスの性能向上を図りユーザーに使い易
い形状モデリングシステムを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、対象立体を構成する面を表現したディスプ
レイ上の二次元ワイヤフレーム図形上の内点をユーザー
が指示することにより、演算装置により構成線要素の二
重定義，交叉状態等の完備性をチェックし、幾何学的な
関係を満たしながら整合性のとれた有限平面あるいは有
限面の境界を自動的に取り出すことによって達成され
る。また、有限平面あるいは有限面の境界を自動的に取
り出し、面を印した特定の図形をユーザーが指示するよ
うにしても達成される。すなわち、本発明による対話形
形状モデリングシステムは、対象立体を構成する面を表
現した二次元ワイヤフレーム図形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
り出されたディスプレイ上に表示された二次元ワイヤフ
レーム図形の特定の位置もしくは特定の図形を前記入力
手段を用いて指示し、演算装置を用いて立体形状のデー
タをデータベースに生成するものであって、ディスプレ
イ上に表示された前記の二次元ワイヤフレーム図形に対
して、前記入力手段を介して対象立体の面を表わす領域
の内部点もしくは該領域そのものを表わす特定の図形を
指示することにより、前記演算装置によって立体生成の
対象となる有限平面あるいは有限平面の境界のデータを
生成する第１の処理部と、該有限平面あるいは有限平面
の境界のデータから、前記演算装置を用いてデータベー
スに対象立体形状の三次元面データを生成する第２の処
理部とを設けることを特徴とする。

〔作用〕

ユーザーが二次元ワイヤフレーム図形上の内点を指示し
たら、演算装置により指示された内点の座標値と、デー
タベースから取り出された二次元ワイヤフレーム図形の
データを用いて、立体生成の対象となる有限平面あるい
は有限平面の境界のデータを生成し、さらにこの有限平
面あるいは有限平面の境界のデータを用いて、三次元化
処理を行い、データベースに立体形状のデータを生成す
る。また、有限平面あるいは有限平面の境界を自動的に
取出すようにしてもよい。

〔実施例〕

A.システムの全体構成以下、本発明の一実施例を図によって説明する。第１図
に示すように、本実施例の対話形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6,タブレットとスタイ
ラス８あるいはキーボード等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５を動作さ
せ、二次元ワイヤフレーム図形定義部13で二次元ワイヤ
フレーム図形データを生成し、該データをデータベース
２に入力する。次に、このデータベース２から取出され
た二次元ワイヤフレーム図形データを用いて前記入力手
段8,演算装置５を動作させ、二次元面・線モデル生成処
理部9,三次元線モデル生成処理部10,三次元面モデル生
成処理部11,閉曲面中実体モデル生成処理部12で二次元
もしくは三次元の形状を生成し、得られた三次元立体形
状データをデータベース３に、二次元形状データをデー
タベース４に入力する。

B.三次元面モデルの生成法次に第１図の各形状処理部の共通の処理構成をもつ三次
元面モデル生成処理を取上げ、その詳細を第２図で説明
する。

B1.面モデル生成処理の概要第２図に示すように三次元面モデル生成処理は、以下に
示すコマンド及び処理ステップからなる。

まず、ステップ21でオペレータが、二次元ワイヤフレー
ム呼出コマンド及びそれらのパラメータを入力すると、
演算装置５は、製図システム等で生成，定義された二次
元ワイヤフレーム図形のデータをデータベース２（第１
図参照）より呼出し、ディスプレイ６上に表示する（第
３図１参照）。次に、ステップ22でオペレータが図形分
解・座標系定義コマンド及びパラメータを入力すると演
算装置５は表示された二次元ワイヤフレーム図形を投影
図形，断面図形，展開図形等に分割し、個々の図形とし
て定義する（第３図２参照）。さらに、個々の図形に対
して、図形の三次元空間における相対位置関係を示す座
標系を定義する。

二次元ワイヤフレーム図形から立体生成を行う場合は、
ステップ23で、オペレータが有限平面取出処理コマンド
を入力し、二次元ワイヤフレーム図形を表示したディス
プレイ上の点あるいは自動的に生成された面を印した図
形を指示すると、演算装置は、投影面，断面，展開面等
の有限平面を取出し（ステップ231）、次に、三次元化
処理のステップ232で後述の三次元化の手法により得ら
れた有限平面を用いて立体面を生成する（第３図３参
照）。この場合、既作成三次元線・面・中実体と結合
し、モデルとして整合性をとる。次に、生成された立体
面を展開図形上で修正したい場合は、ステップ27に移
る。ここで展開図形は既作成立体面を、展開図形定義コ
マンド及びパラメータによって演算装置が展開して得ら
れた座標系を有する二次元ワイヤーフレーム図形を修正
したものである。

次に、既作成立体面から立体生成を行う場合は、それら
を構成する点・線をステップ26で指示し、フィレット等
の立体面を生成する（第３図６参照）。目的とする立体
形状モデルを構成する面を全て作成するまでステップ23
〜27を繰返す。

モデル変換が必要な場合は、面・中実体変換処理ステッ
プ29で、閉じた面は、中実体に変換される（第３図９参
照）。既作成中実体を面単位で変更する場合は、逆に面
モデルに変換することもある。

以上の処理により得られた形状データは、形状登録処理
ステップ30で、三次元立体形状データベース３に登録さ
れる。

B2.対話形処理例次に、第２図の処理過程を具体的な形状モデルを例にと
って、CRT画面上で表示された絵を用いて第３図で説明
する。

図において、１の二次元ワイヤフレーム表示は、第２図
のステップ21により呼び出されたワイヤフレーム群ａを
表示したものである。分割図形・座標系表示２は、第２
図のステップ22によりワイヤフレーム群ａを図形a₁,図
形a₂に分割し、各図形に対して座標系ｂを定義する過程
を示したものである。面定義（三次元化）表示３は、第
２図のステップ231で図形a₂の内点ｐもしくは自動的に
生成された面を印した特定の図形を指示することによ
り、二次元の投影面f₁を生成し、第２図のステップ232
で同一対象立体を示す図形a₁のワイヤフレームe₁を指示
し立体面ｆを作成する過程を示したものである。

面定義（三次元面張り）表示６は、第２図のステップ26
により、既作成立体面f₂を構成するe₂,e₃を指示し、立
体面f₃を作成する過程を示したものである。立体面の境
界は、入力された補間面形状を表わす面の定義関数に基
づいて、指示した構成線を二次元空間に展開し、その二
次元空間上でそれらの線の端点同志を直線で結んだルー
プを生成し、該ループを三次元空間にもどすことにより
生成する。

面・中実体変換表示９は、第２図のステップ29により、
閉じた既作成面群f₄を実体に示す空間の方向ｃに合わ
せ、中実体にする過程を示したものである。生成対象立
体形状の面とを対応する二次元ワイヤフレーム図形内の
領域を表わす特定の図形として、それぞれ面ID,面の境
界，面内部のシェイデングとした場合を第6C図〜第6E図
に示す。

B3.有限平面の三次元化手法次に有限平面の三次元化手法について第4A図〜第5B図で
述べる。投影図形については、第３図の面定義（三次元
化）表示で示したので省略する。

断面図形の三次元化の過程では第4A図に示すように、第
２図のステップ23で図形a₂の内点ｐもしくは自動的に生
成された面を印した特定の図形（以下特定の図形）を指
示することにより二次元の断面f₁を生成し、第２図のス
テップ232で図形a₁における断面f₁の断面位置を表わす
線分の始点e₁と結点e₂を指示し、断面f₁の境界データと
三次元空間内で断面f₁が位置する断面位置のデータとか
ら立体面ｆを生成する。

展開図形の三次元化の過程では第4B図に示すように、第
２図のステップ231で図形a₃の内点ｐもしくは特定の図
形を指示することにより、展開面f₂を生成し、第２図の
ステップ232で、二次元平面に展開した関数の逆関数を
用いて、立体面f₃を生成する。

指示点が複数の場合は、第5A図の例に示すように、第２
図のステップ231で図形a₂の内点p₁〜p_nもしくは特定の
図形を指示することにより二次元の投影面f₁〜f_nを生成
し、第２図のステップ232で同一対象立体を示す図形a₁
のワイヤフレームe₁を指示し、投影面f₁〜f_n境界データ
と三次元空間内で投影面f₁〜f_nが位置するワイヤフレー
ムe₁の位置データとから立体面ｆを生成する。

複数の立体面を生成する場合の例を第5B図に示す。第２
図のステップ231で図形a₃の内点ｐもしくは特定の図形
を指示することにより二次元の投影面_２を生成し、第
２図のステップ232で同一対象立体を示す図形a₄ワイヤ
フレームe₁〜e_mを指示し、透影f₂の境界データと三次元
空間内で投影面f₂が位置する複数のワイヤフレームe₁〜
e_mの位置データとから立体面F₁〜F_mを生成する。なお第
5A図と第5B図を組合せた複数の内点p₁〜p_nもしくは特定
の図形を指示し、同一対象立体を示す複数のワイヤフレ
ームe₁〜e_mを指示することも可能である。

第5A図，第5B図は、投影図形の立体生成であるが、断面
図形，展開図形等の場合も同様に生成可能である。ま
た、第5A図の内点p₁〜p_n、および第5B図のワイヤフレー
ムe₁〜e_mは、同一の図形でなくてもよい。

以上、三次元面モデル生成処理について述べた。

C.二次元面モデル・中実体モデルの生成法第１図の二次元面・線モデル生成処理部9,閉曲面中実体
モデル生成処理部12も上記三次元面モデル生成処理とほ
ぼ同様の処理構成である。以下それぞれの処理の内で本
発明の特徴となる部分についてその例を説明する。

まず、二次元面・線モデル生成処理部９では第２図の有
限平面取出ステップ231で作成されたデータを直接第１
図の二次元形状データベース４に入力する。

次に、閉曲面中実体モデル生成処理過程では第6A図に示
すように図形a₁内点ｐもしくは特定の図形を指示するこ
とにより二次元面f₁を取出し、平行移動量c₁を入力し、
同一対象立体を示す図形a₂の点e₁および方向を示す点e₂
を指示し、平行掃引体s₁を生成する。また第6B図に示す
ように図形a₁の内点ｐもしくは特定の図形を指示するこ
とにより二次元面f₁を取出し、図形a₁の座標軸e₁を指示
し、e₁に対する回転量c₁を入力し、図形a₂における二次
元面f₁の位置を表わす線分の始点e₂と終点e₃を指示し、
回転掃引体s₁を生成する。このようにして生成された掃
引体は既作成閉曲面中実体との集合演算処理により目的
とする対象閉曲面中実体を作成する。

以上の説明からわかるように、本発明の実施例によれば
二次元ワイヤフレーム図形が表示されたディスプレイ上
の一点もしくは特定の図形を指示するだけで、立体生成
の対象となる有限平面あるいは有限平面の境界を取出す
ことが出来るので、ユーザーの入力コマンド個数の大幅
な簡略化が可能となる。また実体形状を表現する平面を
直接指示することは、ユーザーの設計図面による立体面
の認識過程と親和性がとれ、投影図，断面図，展開図等
による立体生成に対して、共通の入力操作となるため、
マンマシンインターフェイスの性能向上を図ることが出
来る。

D.有限平面の生成法 D1.基本生成法次に第２図の有限平面取出処理ステップ231の、内部点
指示による立体生成の処理アルゴリズムを第7A,第7B図
及び具体的形状モデルのCRT画面表示である第8A図〜第8
F図を用いて説明する。

始めに指示点を含む最小領域を構成する外ループの検索
方法を示す。

第7A図処理ステップ41では、第8A図に示すように、指示
点p₀を始点とする半直線ｌとワイヤフレーム群w₁〜w_n0
との交点あるいは接点c₁〜c_n1を終点とする外ループ検
索開始線候補群を作成し、始点と終点間の距離の小さい
順l₁〜l_n1に整列させる。

第7A図処理ステップ42〜46では第8B図に示すように整列
された外ループ検索開始線候補の順に従って、指示点p₀
を含み、前述の検索開始線の長さが最も短いを検索する。外ループ検索の詳細は後述する。

次に外ループに包含されるループ群、即ち内ループ群の
検索方法を示す。第7B図処理ステップ47では第8C図に示
すように対象となるワイヤフレーム群（第8A図w₁〜
w_n0）の中から、外ループに内包されるワイヤフレーム
群を連結および交差点により切断し、切断されたワイヤ
フレーム群を稜線候補群i₁〜i_n3とする。第7B図処理ス
テップ48,49では、第8D図に示すように、取出された稜
線候補群（第8C図i₁〜i_n3）の内、未検索の任意の稜線
候補i₁の端点を通る半直線ｍを求める。この半直線ｍと
稜線候補群（第8C図i₁〜i_n3）との交点あるいは接点q₁
〜q_k1を終点とする内ループ検索開始線候補群を作成
し、始点と終点間の距離の小さい順にm₁〜m_k1に整列さ
せる。

第7B図処理ステップ50〜53では、第8E図に示すように、
整列された内ループ検索開始線候補の順に従ってを検索する。内ループ検索の詳細は後述する。ループが
完成しない場合は、第7B図処理ステップ55で、処理ステ
ップ52により検索した稜線候補を次回のループ検索処理
ステップ52の対象外とする。

内ループが完成した場合、第7B図処理ステップ54で、ル
ープを構成する稜線およびそのループ内に内包される稜
線候補を次回の処理ステップ48,49,52の検索対象外とす
る。

以上のような処理ステップ48〜55を未検索の稜線候補が
なくなるまで繰返し、第8F図に示すような、を取出す。

ここで第7B図の処理ステップ56の処理により、ループ検
索で得られた外ループ，内ループ群に対して、後で詳し
く説明する通り、それぞれのループを構成する稜線群に
ついて分離，統合を行いループの再定義を行う。

以上の説明は、内部点指示による立体生成の場合であ
る。

第２図の有限平面取出処理ステップ231において、自動
的に生成された面を印した特定の図形を指示することに
より立体生成を行う場合は第7C図〜第7D図に示すように
外ループ開始線群の検索法、およびループ構成の判定法
については、後述の内ループ検索の場合を採用し、既作
成面群の境界を構成する稜線群の逆向きを開始稜線候補
群として遂次、隣接面を生成することにより、あらかじ
め、それらの面を印した図形例えば第6C図の面ID,第6D
図の破線で示す面の境界，第6E図の網目で示すシェイデ
ィングをディスプレイ上に表示しておく。

次に外ループ，内ループ検索手法の詳細を第９図以下で
説明する。ループ検索の対象となる二次元ワイヤフレー
ム群から外ループ，内ループを構成する稜線群を取り出
すに当たって、稜線候補のワイヤフレーム群でデータの
木構造を作成し、この木構造の探索によりループを作成
する。この処理手法は外ループの場合も内ループの場合
も全く同一である。

まず最初に与えられた二次元ワイヤフレーム群から木構
造を作成する手法について説明する。ここで説明する都
合上二次元ワイヤフレームは、それぞれの連結および交
差点において切断されているものとする。第９図に示す
様な、二次元ワイヤフレーム図形のループ検索過程にお
いて、方向Ｄを持つワイヤフレームl_ijを親とし、終点P
_EDで連結した稜線候補のワイヤフレーム群l₁〜l_njを子
とすれば、第10図に示す様なデータの木構造化を考える
ことが出来る。ここでl_ijの木構造におけるレベルをｊ
とすればl₁〜l_njの子の木構造におけるレベルは（ｊ＋
１）である。求められたレベルｊ＋１の子となる稜線候
補のワイヤフレーム群l₁〜l_njは、第９図に示す様に親
となるl_ijの終点P_EDにおいて、l_ijの方向Ｄの逆方向の
接ベクトルｄと点P_EDを始点とする方向に各ワイヤフレ
ームの接ベクトル群d₁〜d_njを考えた時の、d₁〜d_njそれ
ぞれとｄとの成す角度θ（第11図に示す様にｄを基準と
して反時計回りに考えた角度）の大きな順に整列され
る。レベル（ｊ＋１）における、レベルｊの親から生成
される整列された子は第12図に示す様にl₃,l₁,l₄,l_nj,l
₂の順となる。ループ検策においてはこの整列された子
の順にその子を木構造の次のレベルの親として検索をし
て行く、従って第９図のループ検索における、木構造の
レベル（ｊ＋１）における親となるワイヤフレームはl₃
となる。ここで第９図に示す様にl₃が他のワイヤフレー
ムと交差もしくは連結することがない場合、第12図の●
印で示す様にその子を、親とする木構造の生成は行われ
ない。この場合、木構造のｊ＋１レベルにおける整列さ
れた次の順位にある子l₁のワイヤフレームを親として木
構造の生成が行われる。

木構造の生成はループが構成される（外ループ検索と内
ループ検索ではループが構成されるかどうかの判定の条
件が異なるがその詳細は後述する。）か、もしくは検索
の対象となる二次元ワイヤフレーム群の全てについて検
索が終了するまで行われる。

本実施例では外ループ検索時においては与えられた二次
元ワイヤフレーム群が各交差点で分割されておらず、各
端点で連結されていない状態、即ち製図用データとして
作成されたままの状態であるとしているので、木構造を
生成し、ループ検索を行う時にこれらのワイヤフレーム
の分割、及び端点での連結を行う。

今第13A図に示す様なワイヤフレームの状態で外ループ
検索を行っている場合を考える。第13A図に示す様にベ
クトルD_iの方向にワイヤフレームl_iを木構造におけるレ
ベルｊでのループ検索を行っているとすると、木構造に
おける（ｊ＋１）レベルの子となるワイヤフレーム群は
l₁,l₂,l₃であり、前に説明した様に点P₁での接ベクトル
の交角の順にl₃,l₁,l₂と整列され、第13B図の様なデー
タの木構造が生成される。外ループ検索では（ｊ＋１）
レベルの親となるワイヤフレームはl₃であるが、l₃に注
目すると第13A図に示す通り、このワイヤフレームはl_a,
l_b,…l_nのワイヤフレーム群と交差している。従って、
ループ検索において、l₃がデータの木構造における（ｊ
＋１）レベルの親となった時点で各ワイヤフレームl₃,l
_a,l_b,…l_nの各交差点での分割処理が行われ、第14A図に
示す様にl₃はl₃₁,l₃₂,l₃₃に、l_aはl_a1,l_a2に、l_bはl_b1,
l_b2に、l_nはl_n1,l_n2にそれぞれ分割される。ループ検索
における（ｊ＋１）レベルの親となるワイヤフレーム
（第13A図のl₃）はこの時点でl₃の分割されたワイヤフ
レーム群の中でループ検索の方向D_i+1の最初のワイヤフ
レームl₃₁に書き変えられる。また、データ処理上ではl
₃というワイヤフレームは消去され存在しなくなる。従
って、第14B図に示す通り木構造における（ｊ＋１）レ
ベルの親のワイヤフレームをl₃₁とすると、これにその
終点P₂で連結するワイヤフレーム群l_a1,l_a2,l₃₂,l_b1,l
_b2だけを取り出し、前に説明した手法により点P₂におけ
る接ベクトルの交角の大きな順にl_a2,l_b2,l₃₂,l_a1,l_b1
と整列させて、（ｊ＋２）レベルでの子を生成すること
が出来る。内ループ検索時には前の第7B図の47で説明し
た通り、外ループに内包されたワイヤフレーム群を取り
出した後で、それらのワイヤフレーム群に対してその全
ての交差点及び連結点でワイヤフレームの切断処理を行
ってからループ検索を行うのでこのワイヤフレームの切
断に伴う親の置き換えは不要となる。

次に、上記の木構造の生成により与えられたループ検索
のための開始線を用いてループ検索の対象となる二次元
ワイヤフレーム群より外ループ又は内ループとなるルー
プ稜線群を取り出す処理手順を第15図〜第18B図に説明
する。この処理手順は前に説明した通り、外ループの場
合と内ループの場合ではループ検索時においてワイヤフ
レームの切断に伴う親の置き換えを行うか行わないか及
びループを構成したかどうかの判定方法が異なるのみ
で、他の処理は全て同一である。

まず処理の第１ステップとして、第15図のステップ61に
示す様に与えられた開始線をループ検索における木構造
生成のためのレベル０の親とし、その子となるワイヤフ
レーム群を取り出し、レベル１の子として前に説明した
手法により整列させる。第16図に示す様な二次元ワイヤ
フレーム群に対して方向Ｄを有する開始線L_STが与えら
れたとすると、このL_STを親とする子のワイヤフレーム
はその終点P_Cを通る全てのワイヤフレーム群L₁,L₁₀,L_n
となる。これらのワイヤフレーム群L₁,L₁₀,L_nは外ルー
プ検索の場合も内ループ検索の場合も点P_Cおいて切断さ
れ木構造におけるレベル１の子として第17A図，第17B図
に示す様にl_10a,l_1a,l_na,l_10b,l_1b,l_nbの順に整列され
る。これらの第１レベルの子の中で１番目のワイヤフレ
ームを取り出し、木構造の生成を開始する。このワイヤ
フレームのレベルと番地の初期セットを行うのが第15図
のステップ62である。第17A図の例では第17B図に示す様
にl_10aのワイヤフレームが第１レベル１番目の稜線候補
となる。これが第15図のステップ63の処理である。次に
処理は第15図のステップ64に進んでこの稜線候補はルー
プを構成するかどうか判定する。このループを構成する
かどうかの判定法は外ループの場合と内ループの場合で
は異なるがその詳細は後で説明する。もしこの判定でル
ープが構成されたと判断された場合は、第15図のステッ
プ74の処理により、これまでのループ検索で得られた稜
線候補群の中からループを構成する稜線群を取り出し、
処理を終了させる。第17A図の場合l_10aはループを構成
しないから処理が次の第15図のステップ65で示されるス
テップへ進む。第15図のステップ65では、Ｊレベルｉ番
目の稜線候補ではループが構成されないことから、今度
はこの稜線候補のワイヤフレームを親として次のレベル
の子を発生させてゆくに当って、この親となるワイヤフ
レームは子を持つか、即ちこのワイヤフレームはループ
の検索方向（ワイヤフレームの始点から終点の方向）に
おいて他のワイヤフレームと交差もしくは連結するかど
うかを判定する。第17A図のl_10aはｄの方向に交差もし
くは連結するワイヤフレームがないので子を持たないこ
とになり（第17Bの●印で示す）、処理は第15図のステ
ップ66に移る。第15図のステップ66では親とするワイヤ
フレームと同レベルで子としての順位がその次、即ち、
Ｊレベルでｉ＋１番地にあるワイヤフレームを親とす
る。第17B図ではl_1aがこのワイヤフレームに相当する。
ここで第17B図の場合にはl_10aからl_1aに子の番地を更新
できるが、更新した子の番地ｉがそのレベルにおける子
の総数を超えてしまう場合があるのでその判定を第15図
のステップ67で行う。

もしこの子番地が子の総数を超えた場合には、第15図の
ステップ68によってレベルを１つ前にもどす。ここでも
し、第15図のステップ69に示すように、この１つ前にも
どしたレベルＪがゼロでない場合は、第15図のステップ
75の処理でＪレベルの最終検索済の子番地ｉを検索し、
ステップ66の処理に継続する。ステップ69でレベルＪが
ゼロとなった場合は、与えられた開始線により対象とし
ている二次元ワイヤフレーム群の全てについてループ検
索を行ったにもかかわらずループ構成が不可能であるこ
とを意味しているので処理を終了させる。第17B図の例
では、第15図のステップ67の判定によりステップ63にも
どり、処理を継続する。

いま、第17A図を外ループとして検索しているとする。
処理は第15図のステップ63にもどり第15図のステップ64
の判定により、l_1aはループを構成しないことが判明
し、第15図のステップ65の判定へと進む。第17A図に示
す様にl_1aを親とした場合、l_1aはL₂,L₃,L₄と交差してい
るので子を持つことになり、処理は第15図のステップ70
へ進む。いまは、外ループ検索の場合であるから前に説
明した様に木構造生成のためのワイヤフレーム群の切断
による親子となるワイヤフレーム群の取り出しが必要と
なる。この処理を示すのが第15図のステップ70,71であ
る。第18A図に示す通り、この処理によりl_1aはl_STとl₁₄
に、L₃はl₁₃とl₁₆に、L₄はl₁₂とl₁₅に切断され、L₂はl
_1aと連結されl₁₁となる。ここで前に説明した通り第18B
図に示す様に親となるワイヤフレームがl_1aからl_STに置
き換えられ、その子となるワイヤフレーム群l₁₁,l₁₂,l
₁₃,l₁₄,l₁₅,l₁₆が取り出され整列される。この整列の処
理を行うのが第15図のステップ72の処理であり、この
後、第15図のステップ73の処理によりこの子番地の１番
目（ｉ＝１）のワイヤフレームを次のレベルＪ＋１にお
ける親、即ち次の稜線候補とし、処理を第15図ステップ
63にもどしてループ検索を継続する。第18B図の例ではl
₁₁がこのレベルＪ＋１における稜線候補のワイヤフレー
ムとなる。内ループ検索では前に説明した通り、この木
構造生成時におけるワイヤフレーム群の切断は不要であ
るので、第15図のステップ70の処理は不要である。

以上の処理手順をループが構成されるか、もしくは全て
のワイヤフレーム群について検索を終了するまで繰り返
す。

第18A図の場合、この処理手順の繰り返しによりl_STを第
１レベルの稜線候補とすると、外ループとしてループが
構成される。

この状態をl_ST以降について図示したのが第19A図〜第28
B図である。これらの図において図番にＡを含むものは
二次元ワイヤフレームをループ検索してゆく過程におい
てその時点までの稜線候補となったワイヤフレーム群を
実線で、またその時点で子となったワイヤフレーム群を
破線でそれぞれ元の二次元ワイヤフレーム図形上に重ね
て書いたものである。また、図番にＢに含むものは対応
する数のＡを有する図番のループ検索の過程における木
構造を示したものである。各過程において●印はそのワ
イヤフレームが、他のワイヤフレームと交差もしくは、
連結することがない場合で木構造生成は行われないこと
を示す。実線はその時点までの稜線候補群を結ぶ辺であ
り、破線はその時点までに生成されたワイヤフレーム群
の親子関係を示す他の辺である。

次にループが構成されるかどうかの判定法について説明
する。前に説明した通り外ループの場合と、内ループの
場合ではループが構成されるかどうかの判定条件が異な
っている。外ループの場合ではループ構成は第29A図と
第29B図に示す様に木構造のあるレベルにおける親とな
るワイヤフレーム、即ち稜線候補のワイヤフレームの終
点がループ検索の開始線の終点P_C（木構造における第１
レベルの稜線候補l_STの始点でもある。）と一致した場
合のみループが構成されたと判定する。ループを構成す
る稜線群はループ検索で生成された木構造においてルー
プ構成までに各レベルで親となったワイヤフレーム群で
ある。第29A図の場合、第29B図の木構造の中でアンダー
ラインを引いたl_ST,l₁₂′,l₂₁′,l₃₂′,l₄₁′,l₅₁,l₆₂
の７本がループを構成する稜線群である。得られた外ル
ープは必ず第29A図のＲで示す様に反時計方向に回転す
る。

内ループの場合はループを構成したかどうかの判定条件
は２つのケースがある。そのループ完成の条件の１つは
第30A図，第30B図に示す様に木構造の、あるレベルにお
ける親となるワイヤフレーム、即ち稜線候補のワイヤフ
レームの終点がループ検索のための開始線l_STの終点Ｐ
と一致した場合であり、外ループの場合のループ構成の
判定条件と全く同一である。第30A図では開始線l_STの終
点Ｐと木構造のレベル４において４番目に親となるワイ
ヤフレームl₅₂の終点が一致している。従ってループを
構成する稜線群は第30B図に示す様にアンダーラインを
引いたl_ST＝l₄₁,l₁₂,l₂₂,l₅₂の４本となる。得られた内
ループは第30A図のＲで示す様に必ず時計方向に回転し
ている。また、内ループの場合のもう一方のループ構成
されるかどうかの判定条件は、第31A図，第31B図に示す
様にループ検索において生成された木構造における、あ
るレベルの親のワイヤフレームの終点が、その時点まで
に生成された木構造を構成する全ての段階の子に含まれ
るワイヤフレームの終点と一致した場合である。この場
合、第31A図に示す様にループを構成する最後の稜線l₂
は既にレベル２における木構造の生成において子として
木構造の構成要素となっており、その方向ｄがループの
回転方向Ｒと逆となっているのでこれを終点→始点の方
向ｄ′に逆転させた稜線l₂′としなければならない。従
ってループを構成する稜線群は、方向が逆転されたルー
プを構成する最後の稜線l₂′のレベル（第39B図では
l₂′はレベル１にある）から始まってループが完成した
時点までに木構造の親となったワイヤフレーム群および
最後のl₂′である。従って第31B図の場合ではループを
構成する稜線群は、アンダーラインを引いたl₁₂,l₁₃,l
₈₂,l₁₀,l₂′の５本である。第31A図のＲで示す様に得ら
れた内ループは必ず時計方向に回転する。

以上の処理により、ループ検索の対象となる二次元ワイ
ヤフレーム群と与えられた開始線より外ループ又は内ル
ープとなるべきループを構成する稜線群を取り出すこと
が可能となるが、本実施例ではこの得られた稜線群に対
して大きく分けて２種類の後処理を行う。これらの後処
理は本実施例がCAE,CAD,CAMシステムの中核とする対話
形形状モデリングシステムに関するものである事に起因
して必要となるものである。この後処理の最初のものは
外ループにおいてループを構成する稜線群が同一の稜線
を２度通っている場合、及びある分岐点に稜線が２本以
上集まる場合に行われる処理である。これらの場合、外
ループとして得られた稜線群は２度通る稜線もしくは分
岐点を取り除くことにより外ループを構成する稜線群と
内ループを構成する稜線群とに分割することが出来る。
第32A図，第32B図は前者の例を示す。第32A図の場合、
回転方向Ｒを持つ外ループとして最初に得られる稜線群
はl₁,l₂,l₃,l₄,l₅,l₆,l₇,l₂,l₈の９本である。ここで稜
線l₂はループ構成上、２度通っていることになる。そこ
で第32B図に示す様にl₂を取り除き、l₃とl₇の稜線を統
合して１本の稜線l₉とすると、４本の稜線群l₉,l₄,l₅,l
₆で構成される回転方向Ｒを持つ外ループと２本の稜線
群l₁,l₈で構成される回転方向Ｑを持つ内ループとに分
離することが出来る。また第33A図に示す様に回転方向
Ｒを有する外ループを構成する稜線群l₁〜l₉において分
岐点Ｐには４本の稜線線l₁,l₂,l₆,l₇が集まっている。

従って、この点Ｐにおいてこれらの稜線群をl₆とl₂を統
合したl₁₀と、l₃,l₄,l₅との４本の稜線で構成される回
転方向Ｒを持つ外ループとl₁,l₇,l₈,l₉の４本の稜線で
構成される回転方向Ｑを持つ内ループに分離することが
出来る。

もう１つの後処理は、外ループの場合も内ループの場合
も行われるものであり、それはループ検索で得られた稜
線群に対してその数を最少にするというものである。こ
の処理は得られたループを構成する稜線群の間で幾何学
的に統合することが可能なものはこれを統合して１本の
稜線とするものである。例えば第34A図に示す様な反時
計方向Ｒに回転する外ループを構成するl_a,l_b,l_c,l_d,
l_e,l_f,l_g,l_h,l_iの９本の稜線群を考えた場合、この中で
l_aとl_iとl_h,l_dとl_e,l_fとl_gは幾何学的に統合することが
可能であり、それぞれ第34B図に示す様にl_A,l_D,l_Eと統
合される。従って幾何学的な統合処理を行うと第34A図
の外ループを構成する稜線群は第34B図に示す様にＲの
方向に回転するl_A,l_b,l_c,l_D,l_Eの５本に減少される。

次にループ検索で用いた基本的なデータとその情報構造
を第35図を用いて説明する。この図で用いられる●点
は、矢印（→）で示す格納位置のポインタを示す。

81は二次元ワイヤフレーム表で、二次元ワイヤフレーム
の格納部にはワイヤフレーム固有情報Ｈと幾何情報デー
タＧが格納されている。

82は、稜線表で始点および終点の実空間座標値X,Yを格
納した座標値表88へのポインタ，幾何情報を格納したワ
イヤフレーム表81への位置ポインタ，始点および終点の
パラメトリック値α₁,α_２等が格納されている。

83は木構造の親稜線表で親のレベルに対応して子稜線表
への始終ポインタが格納される。

84は子稜線表で親稜線表83の始終ポインタに対応して稜
線表82への位置ポインタが順に整列，格納される。

85はループ表で有限平面表86の外ループ始点及び終点ポ
インタ，内ループ表87の内ループ始点および終点ポイン
タに対応して稜線表に正負の向き付けされたポインタが
順に整列，格納される。

86は有限平面表で外ループを示すループ表85に始点及び
終点ポインタ，内ループ群を示す内ループ表87に始点及
び終点ポインタ等が格納される。

87は内ループ表で内ループを示すループ表85に始点及び
終点ポインタ等が格納される。

以上、二次元ワイヤフレーム図形に基づいて有限平面を
作成する過程をデータ構造の観点から示した。

以上の説明から明らかな様に、本発明の実施例によれ
ば、与えられた二次元ワイヤフレーム群が製図用データ
として作成された状態のまま、データベースから取り出
されたものであっても、二次元ワイヤフレーム図形上の
一点もしくは特定の一図形という最少限の入力データよ
り、ユーザーの要求する内部に内ループ群を有する、最
小領域を構成する外ループを自動的に取り出すことが可
能となる。

また、ユーザーの入力する指示はグラフィックディスプ
レイ上で表示された二次元ワイヤフレーム図形におい
て、立体生成しようとしている有限平面内の任意の点も
しくは特定の図形でよく、ユーザーに取って親和性の高
い対話形形状モデリングシステムとすることが可能とな
った。さらに、本発明の実施例では、これまで説明した
様にループ検索の処理手法として、与えられた二次元ワ
イヤフレーム群におけるループ検索といった幾何学的な
処理を木構造の生成といった、コンピュータにとって最
も効率的に扱うことが可能な情報構造に置き換えて処理
する手法を採用しているので、その性能（処理スピー
ド，データ記憶領域の動的な割り付けによる最少化等）
が高いという利点を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、対象立体を構成する面を表現する二次
元ワイヤフレーム図形上での領域内の点もしくは自動的
に生成された面を印した特定の図形を指示するだけで、
有限平面あるいはワイヤフレーム群を自動的に取り出
し、有限平面、あるいはワイヤフレーム群を三次元化し
て立体面を生成するので、対話形処理の場合、ユーザー
の入力コマンド個数の大幅な簡略化が可能となる。また
実体形状を表現する有限平面を直接指示することは、ユ
ーザーの設計図面の認識過程と親和性がとれ、立体面を
生成する場合の対話形処理におけるマンマシンインター
フェイスの性能向上も図ることができる。

このように入力手順の簡略化とマンマシンインターフェ
イスの性能の向上によりユーザーに使い易い形状モデリ
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構成要素および立体形状
生成の全体処理フローを示した図である。第２図は、第
１図の各形状処理部の共通の処理構成をもつ三次元面生
成処理部の詳細を説明した図である。第３図は、第２図
の処理部のデータ生成手順をCRT画面上で説明した図で
ある。第4A図は、断面図形の三次元化の過程をCRT画面
上で説明したものである。第4B図は、展開図形の三次元
化の過程をCRT画面上で説明した図である。第5A図は、
第３図の面定義（三次元化）表示３で、内部指示点Ｐが
複数の場合の過程をCRT画面上で説明した図である。第5
B図は、第３図の面定義（三次元化）表示３で、同一対
象立体を示すワイヤフレームｅが複数の場合の過程をCR
T画面上で説明した図である。第6A図は、閉曲面中実体
の平行掃引体生成過程をCRT画面上で説明した図であ
る。第6B図は、閉曲面中実体の回転掃引体生成過程をCR
T画面上で説明した図である。第6C図〜第6E図は特定の
図形の例を示す。第7A図〜第7D図は、平面取出処理アル
ゴリズムを説明した図である。第8A図〜第8F図は、平面
取出処理アルゴリズムを具体的形状モデルのCRT画面表
示例で説明した図である。第９図〜第12図は任意の二次
元ワイヤフレームにおいて方向Ｄを有するワイヤフレー
ムをもとにループ検索のためのデータの木構造を生成し
てゆく手順を説明した図である。第13A図，第13B図，第
14A図，第14B図の各図はループ検索時における木構造の
生成時においてワイヤフレームの分割に伴う親となるワ
イヤフレームの置き換えを説明した図である。第15図は
与えられた開始線よりループ検索の対象となる二次元ワ
イヤフレームに対してループ検索を行ってゆく処理手順
を示した図である。第16図〜第28B図はこの処理手順の
各処理段階における二次元ワイヤフレーム群の検索の状
態及びその時の生成された木構造の図示である。第29A
図，第29B図は外ループ検索の場合のループ構成かどう
かの判定条件を説明する図である。第30A図〜第31B図は
内ループ検索におけるループ構成かどうかの判定条件を
説明する図である。第32A図〜第34B図はループ検索によ
り得られた稜線群についてその分離，統合を行う処理を
説明した図である。第35図は、ループ検索で用いたデー
タ構造を表形式で表わした図である。２……二次元ワイヤフレーム図形のデータベース、３…
…三次元立体形状のデータベース、４……二次元形状の
データベース、５……演算装置、６……グラフイックデ
ィスプレイ、８……スタイラス、９……二次元面・線生
成処理部、10……三次元線生成処理部、11……三次元面
生成処理部、12……閉曲面中実体生成処理部、13……二
次元ワイヤフレーム図形定義部、21……二次元ワイヤフ
レーム呼出部、22……図形分割・座標系定義部、23……
二次元面取出処理部、26……三次元面張り処理部、27…
…展開図定義部、29……面・中実体変換処理部、30……
形状登録処理部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象立体を構成する面を表現した二次元ワ
イヤフレーム図形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ディ
スプレイ上に表示された二次元ワイヤフレーム図形の特
定の位置もしくは特定の図形を前記入力手段を用いて指
示し、演算装置を用いて立体形状のデータをデータベー
スに生成する対話形形状モデリングシステムにおいて、
ディスプレイ上に表示された前記の二次元ワイヤフレー
ム図形に対して、前記入力手段を介して対象立体の面を
表わす領域の内部点もしくは該領域そのものを表わす特
定の図形を指示することにより、前記演算装置によって
立体生成の対象となる有限平面あるいは有限平面の境界
のデータを生成する第１の処理部と、該有限平面あるい
は有限平面の境界のデータから、前記演算装置を用い
て、データベースに対象立体形状の三次元面データを生
成する第２の処理部とを設けることを特徴とする対話形
形状モデリングシステム。