JPH04155585A - 三次元ワイヤフレームの面種判定方式 - 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】 〔概　要〕 本発明は、製品の設計情報の性成を支援するＣＡＤ　（
Ｃｏａ＋ｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　　Ｄｅｓｉｇｎ　）
の分野において、部品の立体形状を表現するための形状
モデル構築に使用されるワイヤフレームモデルから、稜
線が構成する面の形状（面積と呼ぶ）を判定するための
三次元ワイヤフレーム情報に基づく面積判定方式に関し
、 従来のＣＡＤシステムではワイヤフレームモデルから立
体形状のソリッドモデルを構築してい・モデル変換処理
は、ワイヤフレームモデルの稜１が構成する面の種類を
操作員が逐一判断して面零情報を入力する必要があり、
操作員の作業負荷ズ著しく高いという課題を解決するた
めに、ソリニドモデルファイルからワイヤフレームモデ
ルへ３換される過程で取得できる面構成要素の情報を１
出しておくことにより、該情報に基づく面積判又を行う
ことによるワイヤフレームモデルからサーフェスモデル
への変換処理の効率化を目的とし、三次元の形状モデル
を使用するＣＡＤシステＪにおいて、ソリッドモデルフ
ァイルと、形状モデル変換処理、ワイヤフレームモデル
ファイルと、稜線組データ部と、面種判定処理部と、面
積積結データファイルとを有し、ソリッドモデルファイ
ルは、三次元の形状を表現したり、該形状の自１生成を
可能とするデータを保持し、形状モデル疾換部は、該ソ
リッドモデルファイルを読み込み、所定の立体の形状モ
デルデータを稜線を用いて形状を表すワイヤフレームモ
デルへ変換してワイヤフレームモデルファイルへ書込み
、該ワイヤフ限　　レームモデルへの変換過程で所定の
面を構成する歌　　稜線の組を抽出し、該抽出した稜線
組情報を稜線ン＜　　組データ部へ格納し、面種判定処
理部は、該稜線７　　組データ部から該稜線組情報を読
み出し、該稜線に　　の組が構成する面積を判定し、面
積情報を持つ稜ｎ　　縁組情報を面種稜線データファイ
ルへ書き込むように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、製品の設計情報の生成を支援するＣ’　　　
ＡＤ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　　Ｄｅｓｉｇ
ｎ　）の分野において、部品の立体形状を表現するため
の形状モデ）　　ル構築に使用されるワイヤフレームモ
デルから、稜線が構成する面の形状（面積と呼ぶ）を判
定す１　　るための三次元ワイヤフレーム情報に基づく
面積□　　判定方式に関する。

三次元物体の形状を表現するためには、形状表現のため
の各種データが必要な都度取り出せるように記憶装置に
ファイルとして記憶しておく必要があり、モデルの種類
には、多面体の辺（稜線）を記憶するワイヤフレームモ
デル、面の形状（面積）を記憶する面モデル（サーフェ
スモデル）および体積のある立体そのものを記憶するソ
リッドモデルがあり、各モデルのデータ量は後者はど多
くの記憶容量を必要とする。

一方ＣＡＤでの設計作業では立体構造の表現に面モデル
やソリッドモデルが一般に広く用いられるが、該面モデ
ルや該ソリッドモデルを常時格納・保存しておくために
は膨大な記憶容量を必要とするため、格納・保存はワイ
ヤフレームモデルで行い、必要に応じてワイヤフレーム
モデルから面モデルへの変換を行う処理の効率化が要請
されている０本発明によりワイヤフレームモデルが保持
する稜線組データを使用して稜線の組が構成する面の面
積判定を可能とする。

〔従来の技術〕

第１４図は従来の形状モデル変換過程の説明図であり、
本図で六面体を例としてワイヤフレームモデルから面モ
デルとサーフェスモデルを構築していく過程を説明する
。

三次元物体の形状に関する最も簡単な幾何学的情報は、
形状の輪郭を構成する頂点と該頂点を結ぶ稜線から成る
ワイヤフレームモデルで表される。

第１４図（ａ）のワイヤフレームモデルは１２の稜線で
六面体の形状を表す。

該ワイヤフレームモデルからソリッドモデルへの変換は
次のような過程をとる。即ちワイヤフレームモデルの稜
線の組（第１４図（ｂ）のｅ１〜ｅ４）を指定して、該
稜線が構成する面積（本図の例では平面）の情報を入力
する。該面積が入力されたことにより第１４図（Ｃ）に
示す如く六面体の１つの面３８　（ＰＩ）が確定する。

六面体の他の各面についても稜線組の指定と面積（平面
）を入力し、６つの面を全て確定させると、サーフェス
モデルの作成が完了する（第１４図（ｄ））。

ソリッドモデルの作成は、サーフェスモデルの面と面（
第１４図（６）のＦｌとＰ２）を結合（縫い合わせ）し
ていくことにより６つの面がすべて第１４図（ｆ）の如
く結合されることにより完了する。

第１５図は従来のシステム構成図である。ワイヤフレー
ムモデルからソリッドモデルを構築するためには、三次
元ＣＡＤシステム２５を使用して、ワイヤフレームモデ
ル６１から稜線の組を図形表示装置４３へ取り出し、操
作員が稜線が構成する面積の情報を入力していくことに
よりサーフェスモデルをまず構築し、次に面と面を結合
（縫い合わせ）していくことによりソリッドモデルを作
りあげていく。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＣＡＤシステムではワイヤフレームモデルから立
体形状のソリッドモデルを構築していく過程では、稜線
が構成する面の種類を操作員が面の種類を判断してその
都度面積情報を入力する必要があり、操作員の作業負荷
が著しく高いために、ワイヤフレームモデルからサーフ
ェスモデルへの変換処理は行われず、−度完成された立
体形状のソリッドモデルまたはサーフェスモデルは外部
記憶装置へ格納したままにしておくために膨大な外部記
憶装置の容量が必要とする問題があった０本発明は、ソ
リッドモデル又はサーフェスモデルからワイヤフレーム
モデルへ変換される過程で取得できる面構成要素の情報
をもとに、面積判定を行いワイヤフレームモデルからサ
ーフェスモデルへの変換処理の効率化を図ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図である。

三次元の形状モデルを使用するＣＡＤシステムにおいて
、ソリッドモデルファイルｌと、形状モデル変換部２と
、ワイヤフレームモデルファイル６と、稜線組データ部
３と、面種判定処理部４と、面種稜線データファイル５
とを有し、ソリッドモデルファイル１は、三次元の形状
を表現したり、該形状の自動生成を可能とするデータを
保持し、形状モデル変換部２は、該ソリッドモデルファ
イル１を読み込み、所定の立体の形状モデルデータを稜
線を用いて形状を表すワイヤフレームモデルへ変換して
ワイヤフレームモデルファイル６へ書込み、該ワイヤフ
レームモデルへの変換過程で所定の面を構成する稜線の
組を抽出し、該抽出した稜線組情報・を稜線組データ部
３へ格納し、面種判定処理部４は、該稜線組データ部３
から該稜線組情報を読み出し、該稜線の組が構成する面
積を判定し、面積情報を持つ稜線組情報を面種稜線デー
タファイル５へ書き込む 〔作　用〕 本発明により、ソリッドモデル又はサーフェスモデルか
らワイヤフレームモデルへモデル変換過程で取得した面
構成要素を保持している稜線の組情報をもとに面積判定
を行うことにより、操作員の面積判定の負荷を無くすこ
とでワイヤフレームモデルからサーフェスモデルへの変
換処理の効率化が実現出来る。

〔実施例〕

第２図に実施例のシステム構成図を示す。

ＣＡＤによる機械部品の設計作業は、設計者（ＣＡＤシ
ステムの操作員）が三次元ＣＡＤシステム４０と対話し
ながら設計が行われる０本図において会話処理部４１は
設計者と図形表示装置４３（グラフィックデイスプレィ
装置）を介して設計に必要な設計情報の授受を行い、形
状モデル処理部４２は会話処理部４１から該設計情報を
受は取り、設計対象の形状モデルを構築してファイル装
置ｌＯへ格納する。設計の完了した機械部品は、該機械
部品の形状に関する位相的、幾何学的データ（計算機の
内部表現の情報を持ち、機械部品の立体形状を定義する
）がソリッドモデルファイル１としてファイル装置１０
に格納される。

形状モデル変換部２は、ソリッドモデルファイル１のデ
ータをファイル装置１０から続出し、データ量の少ない
ワイヤフレームモデルへ変換し、ワイヤフレームモデル
ファイル６として格納する。

該ワイヤフレームモデルは最も簡単な幾何学的情報であ
る頂点と、頂点を結ぶ稜線とで構成されるが、形状モデ
ル変換部２は該変換の過程で生じる所定の面を構成して
いた稜線の組を変換の過程で抽出して、稜線データとし
て稜線組データ部３へ格納する。

第５図は稜線組データの説明図であり、六面体の場合の
稜線組データを表す、即ち６つの面はそれぞれの面が４
つの稜線の組と対応して定義されており、第５図（ａ）
の面３９は稜線Ｅ１．Ｅ２．Ｅ３．Ｅ４の組から構成さ
れ、該４つの稜線の組が第５図（ｂ）でグループ名Ｇ１
として稜線組データを構成している。

第３図に面積判定の前半処理手順を示す。

面種判定処理部４は、処理ステップ７０で稜線組データ
部３に格納されている面と対応してグループ分けされて
いる稜線の組情報Ｇｉ（面Ｇｉを構成する稜線数を持ち
、第５図の六面体の場合ならｉ＝１〜６）を取り出す。

取り出された稜線は、第６図の稜線の幾何学情報の説明
図に示すような線種名、稜線の始終点の座標（始点Ｓと
終点Ｅ）、中心座標及び軸情報等の幾何学的情報を持つ
。

三次元ＣＡＤで設計される機械部品のほとんどの立体形
状は、平面と円柱面の集合演算で作成されるものであり
、平面上に存在する線は、直線・円弧・楕円弧であり、
円柱面上に存在する線は直線・円弧・楕円弧と自由曲線
（直線・円弧・楕円弧以外の線で例えば点列を内挿して
いくことにより表されるような曲線）より形成されてい
るとする。

処理ステップ７１で稜線の幾何学情報をチエツクし、自
由曲線の稜線が１つでもあれば処理ステップ７Ｂで該稜
線の組Ｇｉの面積を円柱面と判定する。自由曲線の稜線
を持たない稜線の組Ｇｉに対し処理ステップ７２で、稜
線の数が２の場合は処理ステップ７７で面積を平面と判
定する。

第７図に２つの稜線の組Ｅ１とＥ２が平面を構成する例
を示す。処理ステップ７３で、稜線が全て直線の場合は
平面と判定する。処理ステップ７４で全ての稜線が円弧
の場合は、例えば第８図に示すごとく円弧の稜線Ｅｌ　
（始点Ａから終点Ｂ）、稜線Ｅ２（始点Ｂから終点Ａ）
、稜線Ｅ３　（始点Ｃから終点Ｄ）及び稜線Ｅ４　（始
点りから終点Ｃ）から構成される面（平面３２）は平面
であることを示す。処理ステップ７５で、稜線が全て楕
円弧ならば処理ステップ７６で該楕円弧の軸ベクトルが
チエツクされる。　第９図に楕円弧の軸ベクトル説明図
を示す。

面を囲む稜線ループに対して、常に面（図の平面３３）
を左側を見るように回ったとき、右ねじの進む方向と反
対方向を軸ベクトルとする。第９図（ａ）において稜線
Ｅ１、Ｅ２の軸ベクトルＤＩと稜線Ｅ３、Ｆ！４の軸ベ
クトルＤ２は反平行の関係にあり、処理ステップ７６、
処理ステップ７７で、稜線Ｅ１〜Ｅ４が構成する面は平
面と判定される。第９図（ｂ）に平面３３を構成する稜
線組と軸ベクトルを示す。

楕円弧の軸ベクトルが平行、反平行でない例を第１０図
に示す。本図において、円柱面３４は円柱を第１０図（
ｂ）に示すごとく円柱の軸に対して傾斜をもつ平面２３
で切ったときに生じる楕円弧の稜線から構成され、第１
０図（ｃ）に円柱の軸に対して傾斜を持つ平面２１〜２
３で切る場合の状態を示す。

円柱面３４は該平面２１〜２３で円柱を切ったときの稜
線Ｅ１〜Ｅ３から構成されている。稜線Ｅｌ−Ｅ３の軸
ベクトルＤＩ、　Ｄ２．　Ｄ３は相互にある角度が生じ
ており、平行でも反平行でもないので面積判定は処理ス
テップ７８で、円柱面と判定する。

以上で面積判定の前半処理での面積判定が終了すると処
理ステップ７９で稜線組の残りの有無がチエツクされ、
未判定の稜線組があれば処理ステップ７０へ戻る。

処理ステップ７１〜７５の判定が全てＮＯの場合、第４
図に示す面積判定の後半処理手順へ移る。

第４図において処理ステップ８０で、稜線組が円弧か楕
円弧の何れか工つを含み、他は全て直線の場合は、処理
ステップ８５で平面と判定する。第１１図は、円弧又は
楕円弧が１つで他は直線の場合の例を示しており、Ｅｌ
が円弧か又は楕円弧で他の稜線Ｅ２．　Ｅ３．　Ｅ４が
直線である場合の面積は平面となり、平面３５を構成す
る。処理ステップ８１以降は、稜線組が自由曲線を含ま
ず、稜線の数が３つ以上であり、円弧又は楕円弧を２つ
以上含む２種類以上の線種からなる場合の判定が行われ
る。

処理ステップ８１で円弧、楕円弧の中心間距離（Ｌ）を
求める。このとき存在する円弧、楕円弧の個数の和がｎ
個ならばｎＣ，の数の中心間距離が算出される。処理ス
テップ８２で該中心間距離がＬｉ　−０（全ての円弧、
楕円弧の中心が同一点にある）ならば平面と判定する。

処理ステップ８３で中心が同一点にない円弧と楕円弧の
組について、中心間で形成する方向ベクトル（Ｖ）と軸
ベクトル（Ｄ）が構成する角度を求め、処理ステップ８
４で該角度がいずれか１つでも９０°ならば処理ステッ
プ８５で平面と判定する。

中心間距離が存在する場合の例として第１２図に円柱面
のベクトル図を示す０本図において、稜線Ｅｌ、　Ｅ３
は直線、稜線Ｅ２は楕円弧、稜線Ｅ４は円弧である。楕
円弧の中心ｃ１と円弧の中心ｃ２は同一点にはなく、中
心間ベクトルはｃｌと０２を結んだＶであり、軸ベクト
ルは稜線Ｅ２がＤｌ、稜線Ｅ４がＤ２であるが中心間ベ
クトル−■と軸ベクトルＤＩが作る角度及び中心間ベク
トル■と軸ベクトルＤ２が作る角度共に９０″ではなく
、該稜線が構成する面は処理ステップ８６で円柱面３６
と判定される。

中心間ベクトル■と軸ベクトルが作る角度が直角となる
例を第１３図の平面のベクトル図に示す。

本図において、面を構成する稜線の組は始点ａから終点
すを通る稜線Ｅｌ　（以下Ｅｌ　（ａ、　ｂ）と記す）
、Ｅ２（ｂ、ｃ）　、Ｅ３（ｃ、ｄ）　、Ｅ４（ｄ、ａ
）　、［５（ｅ、ｆ）　、Ｅ６（ｆ。

ｅ）から成る平面３７が図示されており、稜線Ｅ１、稜
線Ｅ３及び稜線Ｅ５は直線であり、Ｅ２（ｂ、ｃ）とＥ
４（ｄ。

ａ）は中心点ｃ１を持つ円弧であり、稜線Ｅ６は中心点
ｃ２を持つ円弧であり円柱の軸を直角に切った同一平面
上にあるとする。したがって円弧の軸ベクトルは該平面
と直角の方向を持ち、ｃｌと０２が形成する中心間ベク
トルＶと構成する角度は９０＠であり、該稜線組の構成
する面は処理ステップ８５で平面と判定される。

形状モデル変換部２は処理ステップ８７で全ての稜線組
についての面積判定が終了すると、判定結果の面積情報
を持った稜線組情報を面種稜線データファイル５へ書き
込む。

〔発明の効果〕

本発明により、三次元の形状モデルを使用するＣＡＤシ
ステムにおいて、ソリッドモデル又はサーフェスモデル
からワイヤフレームモデルへ変換される過程で取得した
面構成要素の情報をもとに、面積判定を行うことにより
、ワイヤフレームモデルからサーフェスモデルへの変換
処理の効率化が達成出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は実施例のシステム構成図、 第３図は面積判定の前半処理手順、 第４図は面積判定の後半処理手順、 第５図は稜線組データの説明図、 第６図は稜線の幾何情報の説明図、 第７図は稜線数が２つの場合の説明図、第８図は稜線が
全ての場合、 第９図は楕円弧の軸ベクトル説明図、 第１０図は円柱面を構成する楕円弧の例、第１１図は直
線と円弧又は楕円弧が１つの例、第１２図は円柱面のベ
クトル図、 第１３図は平面のベクトル図、 第１４図は従来の形状モデル変換過程の説明図、第１５
図は従来のシステム構成図、 図において、 １はソリッドモデルファイル、 ２は形状モデル変換部、３は稜線組データ部、４は面種
判定処理部、 ５は面種稜線データファイル、 ６はワイヤフレームモデルファイル、 １０はファイル装置、 ２１．２２．２３．３２．３３．３５．３７、は平面、
２５．４０は三次元ＣＡＤシステム、 ３４．３６は円柱面、　３８．３９は面、４１は会話処
理部、　４２は形状モデル処理部、４３は図形表示装置
、 ６１はワイヤフレームモデルを示し、 ７０〜７９．８０〜８７は処理ステップを表す。 本発明の原理ブロック図 第１図 実施例のシステム構成図 第４図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）稜線組デー
タの説明図 第５図 第６図 第７図　　　　　第８図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ） 判明モに服Ｃ補由ベクトノ暖呼犯夛 第９図 （ａ） （ｂ）　　　　　　　　　　　　（ｃ）円柱面を構成す
る楕円弧の例 直線と円弧又番刻賓円弧力（１つの例 第１１図 乾 円柱面のベクトル図　　　　　　　　　　　　平面のベ
クトノ呵閾第１２図　　　　　　　第１３図 （ワイヤフレームモデル）　　　　　　　　　　（稜線
の組を指定）（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（ｂ）（ｃ） （サーフェスモデル）　　　　　　　（縫い合わせ）　
　　　　　（ソリッドモデル）（ｄ）　　　　　　　　
　　　　　　（ｅ）　　　　　　　　　　　　（ｆ）従
来の形状モデル変換過程の説明図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三次元の形状モデルを使用するＣＡＤシステムにおいて
   、 ソリッドモデルファイル（１）と、形状モデル変換部（
   ２）と、ワイヤフレームモデルファイル（６）と、稜線
   組データ部（３）と、面種判定処理部（４）と、面積稜
   線データファイル（５）とを有し、 ソリッドモデルファイル（１）は、三次元の形状を表現
   したり、該形状の自動生成を可能とするデータを保持し
   、 形状モデル変換部（２）は、該ソリッドモデルファイル
   （１）を読み込み、所定の立体の形状モデルデータを稜
   線を用いて形状を表すワイヤフレームモデルへ変換して
   ワイヤフレームモデルファイル（６）へ書込み、 該ワイヤフレームモデルへの変換過程で所定の面を構成
   する稜線の組を抽出し、該抽出した稜線組情報を稜線組
   データ部（３）へ格納し、 面種判定処理部（４）は、該稜線組データ部（３）から
   該稜線組情報を読み出し、該稜線の組が構成する面種を
   判定し、面積情報を持つ稜線組情報を面種稜線データフ
   ァイル（５）へ書き込むことを特徴とする三次元ワイヤ
   フレームの面積判定方式。