JPH08185545A

JPH08185545A - 画像生成方法及び装置

Info

Publication number: JPH08185545A
Application number: JP33873994A
Authority: JP
Inventors: Akio Fujinaga; 昭雄藤永
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットシミュレータにおいて、物体どうしの
接近、衝突等の干渉情報を詳細且つ定量的に表示させ
る。【構成】干渉情報を表示させたい物体表面を投影面と
し、その物体表面に対して干渉情報を計算したい物体を
投影物体とする投影処理により、干渉情報を表示させた
い物体表面から干渉情報を計算したい物体までの距離画
像を求め、その距離画像をルックアップテーブル（ＬＵ
Ｔ）によりテクスチャ画像に変換し、求めたテクスチャ
画像を、シーンの描画の際に、干渉情報を表示させたい
物体表面にテクスチャマッピングして、干渉情報をテク
スチャとして表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像生成方法及び装置に
関し、特に、産業用ロボット等の動作シミュレーション
を行うロボットシミュレータにおいて使用される３次元
コンピュータグラフィックス表示において、物体どうし
の衝突、接近等の干渉情報をリアルタイムに詳細に表示
させる方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボットシミュレータにおける干
渉情報の表示方法の概要について図１１を用いて説明す
る。ここでいうところのロボットシミュレータとは、ロ
ボット及びロボットが動作する作業環境の計算機モデル
を持ち、ロボットの作業を計算機上でシミュレートし、
その動作状況をコンピュータグラフィックスを用いて表
示する装置を指す。

【０００３】通常、ロボットシミュレータにおいては、
作業環境に関する情報として物体情報、視点情報、照明
情報等を持つ。物体情報は、例えばサーフェイスモデル
によって多面体表現された形状情報、位置及び姿勢情
報、色情報、拘束条件情報等を持つ。ここで拘束条件情
報とは、ロボットのリンク情報等を指す。これらの作業
環境情報は、ロボットシミュレータの起動時にデータフ
ァイルから入力される（ステップＳ１）。

【０００４】初期化後、ロボットシミュレータはメイン
ループに入る。メインループでは、以下に述べるステッ
プＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返し行う。

【０００５】まず、作業環境情報のうち時間変化のあっ
た情報に対して更新を行う（ステップＳ２）。この作業
環境情報の更新の最も典型的な例としては、物体の移動
がある。ロボットがその作業計画に従い動作した時に
は、そのロボットを構成する各リンクの位置及び姿勢情
報が更新される。また、ロボットがその動作によって物
体を動かした場合には、その物体の位置及び姿勢情報が
更新される。

【０００６】次に、物体どうしの衝突、接近等の干渉の
検出が行われる（ステップＳ３）。この物体どうしの干
渉は、ロボットシミュレータが持つ作業環境情報中の全
物体の組合せについて、２つの多面体の干渉判定として
処理される。即ち、物体形状そのものに対して厳密に干
渉を判定するのは処理量が大き過ぎるため、複雑な物体
形状そのものではなく、物体形状をそれを包含する直方
体、円筒、球等の単純な形状で近似し、この外接近似形
状どうしでの干渉判定を行うことが多い。その際、静止
した物体どうし、ロボットの隣あうリンク、明らかに遠
く離れている物体どうし等は干渉判定を行う必要はな
い。この干渉の検出結果は、干渉した物体のＩＤ（iden
tification data （識別名）：ロボットシミュレータが
その作業環境情報中に存在する物体に与えた通し番号）
として得られ、次に述べるシーンの描画で用いられる。

【０００７】最後に、シーンの描画によってコンピュー
タグラフィックス画像が生成され、オペレータにロボッ
トの動作の様子が示される（ステップＳ４）。この時、
上述した干渉の検出（ステップＳ３）によって干渉した
と判定された物体については、作業環境情報中にあるそ
の物体本来の色情報に代えて赤色等の特定色でその物体
全体を表示する。従って、オペレータはどの物体が干渉
してしまったかを視覚的に容易に判断することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の干渉情
報の表示方法では、ある物体とある物体とがぶつかった
かどうか（或いは、接近したかどうか）という１ビット
の情報が表示されるのみであった。

【０００９】そのため、物体どうしの接近の度合が定量
的に分からず、オペレータは、ロボットがぶつからない
ようにするためには、ロボットをゆっくりと動作させな
ければならなかった。

【００１０】また、物体どうしのどの部位とどの部位と
がぶつかった（或いは、接近した）のかが表示されなか
ったため、物体どうしの位置関係を認知しにくかった。

【００１１】そこで本発明の目的は、物体どうしの干渉
に関するより詳細な情報を表示させることで、ロボット
シミュレータの作業性を向上させることのできる画像生
成方法及び装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像生成方法は、物体間の干渉情報を含む３次元コ
ンピュータグラフィックス画像を生成する方法であっ
て、前記干渉情報を表示させたい物体表面及びその物体
表面に対して前記干渉情報の対象となる物体を夫々設定
し、前記物体表面を投影面、前記物体を投影物体とする
投影処理により、前記物体表面から前記物体までの距離
画像を求め、前記距離画像をテクスチャ画像に変換し、
シーンの描画の際に前記テクスチャ画像を前記物体表面
にテクスチャマッピングすることにより、前記干渉情報
をテクスチャとして前記物体表面に表示させる。

【００１３】本発明の一態様では、前記距離画像を求め
る際、１つ前の時刻で求めた距離画像のデータをそのま
ま次の時刻での計算の初期値データとして用いることに
より、ある時刻Ｔ₁からある時刻Ｔ₂までの最小距離画
像を求める。

【００１４】また、本発明の画像生成装置は、物体間の
干渉情報を含む３次元コンピュータグラフィックス画像
を生成する装置であって、前記干渉情報を表示させたい
物体表面及びその物体表面に対して前記干渉情報の対象
となる物体を夫々設定するための入力手段と、少なくと
も前記物体表面及び前記物体の形状情報、位置情報並び
に姿勢情報を含む作業環境情報を記憶する作業環境情報
記憶手段と、前記作業環境情報記憶手段に記憶されてい
る前記作業環境情報を時間的に更新する作業環境情報更
新手段と、前記作業環境情報更新手段で更新された前記
作業環境情報に基づき、前記物体表面を投影面、前記物
体を投影物体とする投影処理により、前記物体表面から
前記物体までの距離画像を求める距離画像生成手段と、
距離画像をテクスチャ画像に変換するためのルックアッ
プテーブルを記憶するルックアップテーブル記憶手段
と、前記ルックアップテーブル記憶手段に記憶された前
記ルックアップテーブルに基づき、前記距離画像生成手
段で求められた前記距離画像をテクスチャ画像に変換す
る画像データ変換手段と、前記作業環境情報更新手段で
更新された前記作業環境情報に基づき、且つ、前記画像
データ変換手段から得られた前記テクスチャ画像を前記
物体表面にテクスチャマッピングした状態で、シーンを
描画するシーン描画手段と、描画された前記シーンを表
示するグラフィックス表示手段とを有する。

【００１５】

【作用】図１及び図２を用いて本発明の作用を説明す
る。なお、図１は本発明による画像生成方法の流れを示
すフローチャート、図２は図１の方法を実施する画像生
成装置の概要である。

【００１６】まず、例えば、データファイル１１０等か
ら作業環境情報を入力する（ステップＳ１）。この作業
環境情報は、少なくとも各物体の形状情報、位置情報並
びに姿勢情報を含む。実際には、既述した従来の場合と
同様、物体の色情報、視点情報、照明情報、拘束条件情
報等をも含む。ここで入力された作業環境情報は初期デ
ータとして作業環境情報記憶手段１０３に記憶される。

【００１７】次に、例えば、マウス、キーボード、ライ
トペン、ジョイスティック、トラックボール等の入力手
段１０８を使って、干渉情報を表示させたい物体表面及
びその物体表面に対して計算したい干渉情報の対象とな
る物体を夫々設定する（ステップＳ２）。この時、干渉
情報を表示させたい１つ物体表面に対して複数の対象物
体を設定して良い。また、干渉情報を表示させたい物体
表面も複数設定して良い。具体的には、例えば、グラフ
ィックス・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）１０９等
により対話的に設定するのが便利である。

【００１８】また、別の設定方法として、現在行ってい
る作業情報（ロボットがどの物体を掴みにいっているか
等）や物体相互の接近状態（どの物体とどの物体とがぶ
つかりそうになっているか）等に応じて自動的に設定す
る方法もある。但し、この方法では、干渉情報を表示し
たい物体表面と干渉情報を計算したい物体の設定は、後
述するメインループの中で作業環境情報の更新（ステッ
プＳ３）の直後に行われる必要がある。例えば、前者の
場合、干渉情報の表示が必要な物体表面及び干渉情報の
計算が必要な物体を夫々作業の種類に応じて予め決めて
おき、ロボットシミュレータが行う作業状態の変化に応
じて、それらのうちから必要なものを自動的に選択して
設定する。また、後者の場合には、例えば、干渉情報の
表示が必要となる可能性のある物体表面及び干渉情報の
計算が必要となる可能性のある物体のすべての組み合わ
せに対して大まかな距離関係（例えば、中心間距離等）
を計算し、その距離が所定値よりも小さくなった組み合
わせに対してのみ、以下に述べる詳細な干渉情報の計算
及び表示を行わせる。

【００１９】更に、この干渉情報を表示したい物体表面
と干渉情報を計算したい物体の設定を、ロボットの作業
状態の変化や物体相互の接近状態の変化に応じてオペレ
ータが随時行えるようにすることもできる。この場合に
は、オペレータによる外部割り込みで設定が行われる。

【００２０】次に、メインループでは、まず、作業環境
情報更新手段１０１において作業環境情報の時間的な更
新を行う（ステップＳ３）。即ち、作業環境情報更新手
段１０１は、作業環境情報記憶手段１０３から読み出し
た作業環境情報のうち時間的な変化があったものを更新
する。更新された作業環境情報は、再び作業環境情報記
憶手段１０３に記憶される。

【００２１】次に、上の作業環境情報更新手段１０１で
更新された作業環境情報に基づき、距離画像生成手段１
０２において投影処理による距離画像の生成を行う（ス
テップＳ４）。この時、ステップＳ２で設定した干渉情
報を表示させたい物体表面を投影面とし、干渉情報を計
算したい物体を投影物体として投影処理を行う。投影方
法としては、例えば平行投影や透視投影を用いる。この
時、Ｚ−バッファ法を用いると簡便である。この投影処
理は、例えばグラフィックス・アクセラレータにおいて
高速に行うことができる。ここで得られる距離画像の画
素値は、整数値で表現された距離情報である。

【００２２】次に、画像データ変換手段１０５において
画像データの変換を行い、距離画像生成手段１０２で得
られた距離画像からテクスチャ画像を生成する（ステッ
プＳ５）。距離画像をテクスチャ画像に変換するには、
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いる。このルック
アップテーブルは、予めルックアップテーブル記憶手段
１０６に準備しておく。これにより、干渉情報の計算結
果は、干渉情報を表示させたい面のＩＤ（ロボットシミ
ュレータが自動的に割り振る通し番号）とその面に対応
するテクスチャ画像の組として得られ、次に述べるシー
ンの描画で用いられる。

【００２３】次に、シーン描画手段１０４でのシーンの
描画によりコンピュータグラフィックス画像が生成さ
れ、その画像がＣＲＴ表示装置等のグラフィックス表示
手段１０７に表示されて、オペレータにロボットの動作
の様子が示される（ステップＳ６）。この時、干渉情報
を表示させたい面として設定された面については、画像
データ変換手段１０５から得られたテクスチャ画像をテ
クスチャマッピングすることにより、物体どうしの干渉
に関する詳細な情報をテクスチャとして表示させること
ができる。

【００２４】ステップＳ７では、作業時間の終了を判定
する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を具体的な作業例につき詳細に
説明する。

【００２６】まず、図３〜図７を参照して、机の上に置
かれた部品をロボットハンドで把持する作業をロボット
シミュレータ上で行う第１の実施例を説明する（簡単の
ため、ロボット本体部は図中では省略している。）。本
実施例では、干渉情報の表示方法として、距離に応じた
色表示を行う。

【００２７】まず、各物体の形状情報、位置情報、姿勢
情報及び色情報、更に、視点情報、照明情報、拘束条件
情報等を含む作業環境情報の入力を行った後、干渉情報
を表示させたい物体表面と干渉情報を計算したい物体を
夫々設定する。ここでは、（１）ハンド２０が部品３０を掴みに行く際に、ハンド
２０（特にその指部２１）が机（特にその上面１０）に
ぶつかってはならない。（２）ハンド２０は部品３０にぶつからないように正し
い把持位置に移動し、指部２１を充分開いた後に部品３
０を把持しなければならない。ことを考慮し、干渉情報を表示させたい１つの物体表面
（投影面）として机の上面１０を、それに対して干渉情
報を計算したい物体（投影物体）としてハンド２０の２
つの指部２１を夫々設定する。更に、干渉情報を表示さ
せたい別の物体表面（投影面）として部品３０の６つの
面を夫々設定し、夫々の面に対して干渉情報を計算した
い物体（投影物体）としてハンド２０の２つの指部２１
を夫々設定する。

【００２８】また、この投影面の設定時に、視点位置、
投影方法、更に、距離とテクスチャに使う色情報との対
応もあわせて設定しておく。例えば、机の上面１０につ
いては視点位置は無限遠、投影方法は平行投影とし、部
品３０の６つの面については視点位置は部品中心、投影
方法は透視投影とする。平行投影を用いる場合には、投
影物体（ハンドの指部２１）と投影面（机の上面１０）
との位置関係を直観的に理解し易いという長所がある。
一方、部品３０の６つの面（例えば、側面３０ａ〜３０
ｄ）に対して夫々平行投影を用いると、図５（ａ）に示
すように、ハンド２０が図中の斜線部分から接近した場
合には、その接近情報を計算及び表示することができな
い。この場合、図５（ｂ）に示すように、部品中心に視
点Ｅを置いた透視投影によって投影すると、死角をなく
すことができる。しかしながら、一般的には、透視投影
においては、投影面からの距離ではなく視点からの距離
が用いられることにより人間の直観との差異が生じる等
の問題点があるので、投影方法及び視点は、場合に応じ
て最適なものを選定しなければならない。

【００２９】また、上述の距離と色情報の対応とは、（１）視点又は投影面からみてどの距離からどの距離の
範囲を干渉情報として色表示するかの設定。（２）上記距離範囲を夫々何色で表示するかの設定。（３）色変換のためのＬＵＴの設定。を指す。一般に精密な作業においては、投影面のごく近
傍の距離範囲のみで干渉情報を色表示すれば良く、一
方、大きく運動する作業においては、投影面から遠い距
離までの干渉情報を色表示する必要がある。また、ＬＵ
Ｔには、衝突していれば赤色、近ければ黄色、遠ければ
青色のように、オペレータが直観的に距離を認知し易い
ように色を設定しておくと良い。

【００３０】上述のようにして、干渉情報を表示させた
い物体表面と干渉情報を計算したい物体を夫々設定した
後、メインループに入る。

【００３１】メインループでは、作業環境情報の更新を
行った後、投影処理による距離画像の生成を行う。ここ
では、机の上面１０を投影面とする投影処理について説
明する。このとき、投影物体はハンド２０の２つの指部
２１である。これは、机の上面１０に対してぶつかる危
険性のある物体がハンド２０の２つの指部２１のみだか
らである。

【００３２】今、作業環境の状態が図３（ａ）の時の投
影面（机の上面１０）と投影物体（ハンド２０の指部２
１）の様子を図３（ｂ）に示す。また、この時、Ｚ−バ
ッファ法を用いて描画を行った際の深度バッファの様子
を図３（ｃ）に示す。Ｚ−バッファ法における深度バッ
ファには距離画像が得られ、その画素値は整数値で表現
された距離情報である（図中に各画素値に対応して描か
れている模様（テクスチャ）は図示のための便宜上のも
のである。）。図３（ｃ）の例では距離情報を４ビット
（１６値）で表現し、視点（投影面）に近いほど小さな
値をとっている（但し、図中では画素値“０”〜
“２”、“１３”〜“１４”に対応する距離範囲には物
体（指部２１）が現れていない。）。

【００３３】次に、図３（ｃ）で得られた距離画像を、
ＬＵＴ変換によって、色表示によるテクスチャ画像に変
換する。図４（ａ）に、変換に用いるＬＵＴの例を示
す。この例では、距離画像の画素値が０の時、投影物体
は投影面に接触しており、ＬＵＴの出力値は濃赤色であ
る。そして、投影物体との距離が遠くなるに従い、出力
値は赤色、淡赤色、橙色、黄色、黄緑色、…のように設
定される。そして、投影物体が充分遠くにある場合に
は、距離画像の画素値は“１５”となり、出力値は“投
影面本来の色（机の上面１０の本来の色）”となる。色
の表現方法としては、例えばＲＧＢ値で表現される。こ
のテクスチャ画像は、後のシーンの描画において用いら
れる。

【００３４】同様にして、部品３０の６つの面を投影面
とする場合にも、夫々の投影面に対して図３（ｃ）に示
すような距離画像を求めるが、上述の処理との差異は透
視投影を用いることである。また、６つの面のうちの３
つは投影面そのものが描画されないため、投影処理によ
る距離画像の生成を行わなくても良い。

【００３５】次に、シーンの描画によってコンピュータ
グラフィックス画像が生成され、オペレータにロボット
の動作の様子が表示される。この時、干渉情報を表示さ
せたい面として設定された面については、作業環境情報
中にあるその物体本来の色情報に代えて、上述のように
して生成されたテクスチャ画像をテクスチャマッピング
して表示する。この時、テクスチャ画像は、そのテクス
チャ画像を生成する時に用いた干渉情報を表示させたい
面（投影面）を描画する時に正しく用いられなければな
らない。図３（ｃ）で得られた距離画像を、図４（ａ）
のＬＵＴを用いてテクスチャ画像に変換して表示させた
例を図４（ｂ）に示す（図中に便宜的に描かれている模
様（テクスチャ）が各色を表している。）。

【００３６】図６に、ロボットが様々な位置にある時の
コンピュータグラフィックス画像の生成例を示す。図６
（ａ）は、ロボットのハンド２０が机からも部品３０か
らも遠く離れている状態であり、すべての物体はその物
体本来の色で表示されている。図６（ｂ）では、ロボッ
トのハンド２０が机に接近したため、机の上面１０にロ
ボットのハンド２０の指部２１が投影されている。そし
て、そのテクスチャの色情報から接近の度合が、投影パ
ターンからどのような姿勢で接近しているのかが分か
る。即ち、本実施例では、ロボットのハンド２０が机に
ぶつかってしまうより前に、その接近度合に応じて距離
情報が色表示されるため、オペレータは安心してロボッ
トハンドを動かすことができて、作業能率が向上する。

【００３７】図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ロボットハン
ド２０の指部２１が部品３０に接近した時の拡大図であ
る。簡単のため、部品３０とハンド２０の指部２１のみ
図示した。図７（ａ）では、ロボットハンド２０の２つ
の指部２１が部品３０の正しい把持位置からずれた位置
にあり、図７（ｂ）では、ロボットハンド２０の２つの
指部２１が部品３０の向きとずれた向きにあり、図７
（ｃ）では、ロボットハンド２０の２つの指部２１が部
品３０の正しい把持位置にある。このように、ロボット
ハンド２０の接近の様子が部品３０上にテクスチャマッ
ピングされているため、ロボットハンド２０と部品３０
との位置関係が容易に把握できる。

【００３８】なお、本実施例では、投影面として単純な
平面について述べたが、物体形状が複雑な場合には、本
来の物体形状に代えて、物体形状を単純な形状に近似
し、その近似形状における面を投影面として用いること
もできる。また投影物体についても本来の物体形状に代
えて近似形状を用いることができる。

【００３９】次に、図８を参照して、本発明の第２の実
施例を説明する。

【００４０】上述の第１の実施例では、投影処理がＺ−
バッファ法を用いた描画により実現されるため、投影面
は平面でなければならないが、一般に、ロボットシミュ
レータでは最終的に物体形状は多面体表現されて表示さ
れるため、干渉情報を表示させたい面が曲面であった場
合でも、その干渉情報を表示させたい曲面を複数の平面
で近似し、夫々の平面を投影面として投影処理による距
離画像の生成処理を施せば、曲面上にも干渉情報を表示
させることができる。例えば、円筒を１０角柱で近似し
た場合には、円筒面に対する投影処理は、１０個の平面
に対する投影処理に置き換えて実行することができる。

【００４１】これに対し、この第２の実施例では、干渉
情報を表示させたい面が幾何学的に単純な曲面である場
合の別の投影方法について説明する。

【００４２】図８（ａ）は、円筒形状物体４０をロボッ
トハンド２０で掴む作業例である。干渉情報を表示させ
たい面は円筒形状物体４０の側面である円筒面であり、
干渉情報を計算したい物体はロボットハンド２０の２つ
の指部である。

【００４３】以下、第１の実施例との差異についてのみ
説明する。

【００４４】本実施例においては、作業環境情報の更新
を行った後、干渉情報を表示させたい面である円筒側面
を平面として扱うためのパラメータ変換を行う。即ち、
図８（ａ）に示すようにデカルト座標系で表現されてい
る円筒側面及び投影物体（ロボットハンド２０の指部）
を、図８（ｂ）に示すような円筒座標系（Ｒ−θ−Ｚ
系）で表現し直す。この時、干渉情報を表示させたい面
である円筒側面上の各点ではＲが一定であるため、Ｒ−
θ−Ｚパラメータ空間では、図８（ｂ）に示すように円
筒側面は平面で表現され、一方、投影物体は歪んだ形状
となる。

【００４５】そして、投影処理による距離画像の生成に
おいて、投影処理を、図８（ａ）に示したデカルト座標
系上で行うことに代えて、図８（ｂ）に示したＲ−θ−
Ｚパラメータ空間での平行投影によって行うことによ
り、一度の投影処理によって円筒面に対する投影処理を
行うことができる。図８（ｃ）に円筒面上に干渉情報が
表示された様子を示す。

【００４６】一般に、デカルト座標系において表現され
た曲面をパラメータ変換することで平面に変換可能であ
るような曲面においては、上と同様にして、パラメータ
変換により、その曲面を１つの投影面として処理するこ
とが可能である。

【００４７】次に、図９及び図１０を参照して、本発明
の第３の実施例を説明する。

【００４８】本実施例は、平面板にグラインダをかける
作業例である。

【００４９】図９（ａ）及び（ｂ）に、作業環境の斜視
図及び側面図を夫々示す。干渉情報を表示させたい面は
平面板６０の上面であり、干渉情報を計算したい物体は
グラインダ５０の円盤形状の砥石５１の部分である。

【００５０】以下、第１の実施例との差異についてのみ
説明する。

【００５１】まず、本実施例では、図９（ｂ）に示す距
離範囲Ｌについての干渉情報を色表示することを特徴と
する。即ち、投影物体（砥石５１）が投影面（平面板６
０の上面）よりも視点Ｅ側にある時に干渉情報を色表示
し、投影物体が視点Ｅから見て投影面よりも遠くにある
時には色表示しない（物体本来の色で表示する）。この
ことにより、上述した第１の実施例では物体どうしの接
近の度合を干渉情報として色表示したのに対し、本実施
例ではグラインダの加工深さの度合を干渉情報として色
表示することができる。

【００５２】図１０に、ある時刻ｔ＝Ｔ₁における作業
の様子（左図上段）と平面板上面にテクスチャマッピン
グされる距離画像の様子（左図下段）を夫々示す。

【００５３】次に、グラインダ作業が進み（砥石５１
は、図中、右側へ平行に動く）、時刻ｔ＝Ｔ₁＋Δｔ
（ここで、Δｔはロボットシミュレータの描画サイク
ル）において、再び投影処理による距離画像の生成を行
う際、Ｚ−バッファ法の深度バッファの初期化（深度バ
ッファ中のすべての画素に最遠点に対応する画素値を与
える）処理を省き、時刻ｔ＝Ｔ₁で求めた距離画像を初
期値として投影処理を行う。Ｚ−バッファ法による描画
においては、深度バッファ中のそれまでに書き込まれた
画素値よりも視点に近い書き込みのみが実行されるた
め、上記処理は、即ち、ｔ＝Ｔ₁〜Ｔ₁＋Δｔでの最小
距離画像を生成することに相当する。そこで、グライン
ダ作業開始時（ｔ＝Ｔ₁）の一度だけ深度バッファの初
期化を行い、以降は、前回求めた最小距離画像を初期値
として投影処理を行うことにより、時刻ｔ＝Ｔ₂（Ｔ₂
＞Ｔ₁）には、右図下段に示すような距離画像が平面板
６０の上面にテクスチャマッピングされることになる。

【００５４】なお、上の説明は、Δt がグラインダの動
きに対して充分小さい場合であるが、ロボットシミュレ
ータの描画サイクルΔt に対してグラインダの動きが速
過ぎる場合には、適当にΔt を内挿して、投影物体（砥
石５１）を何度も投影処理するか、或いは、図９（ｃ）
に示すように、時刻ｔ＝Ｔ₁での投影物体（砥石５１）
と時刻ｔ＝Ｔ₁＋Δｔでの投影物体（砥石５１）とから
包絡多面体等を生成し、時刻ｔ＝Ｔ₁＋Δｔでは、本来
の砥石形状に代えて、この包絡多面体等を投影処理する
ようにすれば良い。

【００５５】また、本実施例では、単純な形状の砥石５
１が単純な加工動作をする場合について説明したが、複
雑な形状の工具が複雑な加工動作をする場合にも、殆ど
同様の処理によって、簡便且つ高速に加工深さ情報を表
示させることができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、例えば、ロボットシミ
ュレータのコンピュータグラフィックス画像において、
物体どうしの接近、衝突等の干渉情報を詳細且つ定量的
にカラー画像等として物体表面上にテクスチャマッピン
グしてリアルタイムで表示させることができるので、オ
ペレータが、作業環境中にある物体の接近の度合を認知
し易くすることができ、また、接近した物体どうしの位
置関係を把握し易くできて、作業効率を向上させること
ができる。また、グラインダ等の加工作業のシミュレー
ションに適用する場合、その加工深さ情報を例えば色情
報として表示することにより、加工深さの認知をたやす
く行うことができて、作業効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像生成方法のフローチャートであ
る。

【図２】本発明の画像生成方法を実施する装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図３】本発明の画像生成方法の第１の実施例を説明す
るための概念図である。

【図４】本発明の画像生成方法の第１の実施例を説明す
るための概念図である。

【図５】本発明の画像生成方法の第１の実施例を説明す
るための概念図である。

【図６】本発明の画像生成方法の第１の実施例を説明す
るための概念図である。

【図７】本発明の画像生成方法の第１の実施例を説明す
るための概念図である。

【図８】本発明の画像生成方法の第２の実施例を説明す
るための概念図である。

【図９】本発明の画像生成方法の第３の実施例を説明す
るための概念図である。

【図１０】本発明の画像生成方法の第３の実施例を説明
するための概念図である。

【図１１】従来の画像生成方法のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０机の上面２０ロボットハンド２１指部３０物体４０円筒形状物体５０グラインダ５１砥石６０平面板１０１作業環境情報更新手段１０２距離画像生成手段１０３作業環境情報記憶手段１０４シーン描画手段１０５画像データ変換手段１０６ルックアップテーブル（ＬＵＴ）記憶手段１０７グラフィックス表示手段１０８入力手段１０９グラフィックス・ユーザ・インタフェース（Ｇ
ＵＩ）１１０データファイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体間の干渉情報を含む３次元コンピュ
ータグラフィックス画像を生成する方法であって、前記干渉情報を表示させたい物体表面及びその物体表面
に対して前記干渉情報の対象となる物体を夫々設定し、前記物体表面を投影面、前記物体を投影物体とする投影
処理により、前記物体表面から前記物体までの距離画像
を求め、前記距離画像をテクスチャ画像に変換し、シーンの描画の際に前記テクスチャ画像を前記物体表面
にテクスチャマッピングすることにより、前記干渉情報
をテクスチャとして前記物体表面に表示させることを特
徴とする画像生成方法。
【請求項２】前記距離画像を求める際、１つ前の時刻
で求めた距離画像のデータをそのまま次の時刻での計算
の初期値データとして用いることにより、ある時刻Ｔ₁
からある時刻Ｔ₂までの最小距離画像を求めることを特
徴とする請求項１に記載の画像生成方法。
【請求項３】物体間の干渉情報を含む３次元コンピュ
ータグラフィックス画像を生成する装置であって、前記干渉情報を表示させたい物体表面及びその物体表面
に対して前記干渉情報の対象となる物体を夫々設定する
ための入力手段と、少なくとも前記物体表面及び前記物体の形状情報、位置
情報並びに姿勢情報を含む作業環境情報を記憶する作業
環境情報記憶手段と、前記作業環境情報記憶手段に記憶されている前記作業環
境情報を時間的に更新する作業環境情報更新手段と、前記作業環境情報更新手段で更新された前記作業環境情
報に基づき、前記物体表面を投影面、前記物体を投影物
体とする投影処理により、前記物体表面から前記物体ま
での距離画像を求める距離画像生成手段と、距離画像をテクスチャ画像に変換するためのルックアッ
プテーブルを記憶するルックアップテーブル記憶手段
と、前記ルックアップテーブル記憶手段に記憶された前記ル
ックアップテーブルに基づき、前記距離画像生成手段で
求められた前記距離画像をテクスチャ画像に変換する画
像データ変換手段と、前記作業環境情報更新手段で更新された前記作業環境情
報に基づき、且つ、前記画像データ変換手段から得られ
た前記テクスチャ画像を前記物体表面にテクスチャマッ
ピングした状態で、シーンを描画するシーン描画手段
と、描画された前記シーンを表示するグラフィックス表示手
段とを有することを特徴とする画像生成装置。