JPH04180180A

JPH04180180A - ３次元位置入力方法及び装置

Info

Publication number: JPH04180180A
Application number: JP2309147A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyamoto; 孟宮本; Osamu Yamano; 山野　修
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1992-06-26

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、３次元位置入力方法及び装置に係り、特に、
コンピュータ援助設計（ＣＡＤ）やシミュレーション等
のコンピュータグラフィックにおいて、３次元図形上で
の位置入力が必要な分野で、入力を短時間に且つ容易に
支援するための方式に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

マウス、グラフィックタブレットなどの２次元位置入力
装置と、ＣＲＴなどの２次元図形表示装置（デイスプレ
ィ）とを具備した計算機システムにおける従来の３次元
位置入力力式では、寸法などの数値を直接入力するか、
画面上にＸＹ座標、ＹＺ座標、ＸＺ座標等の２次元座標
系を同時あるいは順次表示し、その上でマウス等を使用
して２次元的に座標の入力を行っていた。このため、３
次元空間での位置を入力したい場合、直観的にその位置
を決めることが困難で、マウスを複数回操作しないと３
次元座標を入力することができなかった。

現在広く使われている方法としては、三面図をデイスプ
レィに表示し、３方向からそれぞれ２次元的に見ること
により座標入力をする方法がある。

しかしながら、この方法でも、平面的にしか位置指定が
できないため、作業時間短縮の解決には至っていない。

通常、３次元図形は斜視図もしくは透視図のような表示
方式を用いたときに初めて、立体的かつ直観的に見える
ため、この状態で位置入力を行うのが理想的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、３次元位置
を示すポインタをデイスプレィに斜視図や透視図として
表示される３次元オブジェクトの表面上に置き、２次元
位置入力装置からの入力に応じて３次元オブジェクト表
面に沿ってポインタを動かすことにより、３次元位置入
力を直観的に行うことができるようにし、これにより、
３次元位置入力作業の効率化を図ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

要するに、本発明方式（第１発明）は、計算機本体から
の出力に応じて３次元オブジェクトを表示する図形表示
装置上の位置表示を行うポインタを、２次元位置入力装
置から前記計算機本体に入力される２次元位置入力に応
じて移動させる位置入力方法において、２次元位置入力
に対応して図形表示装置上に表示された３次元オブジェ
クトの表面に沿ってポインタを移動させることを特徴と
するものである。

本発明方式（第２発明）は、ポインタを矢印、二等辺三
角形など特定の指示方向を表示可能な形状とし、２次元
入力に対応するポインタの移動方向の基準座標は、該指
示方向により決定されるものであることを特徴とするも
のである。

本発明方式（第３発明）は、第２発明方式におけるポイ
ンタの指示方向を、マウス・クリック・スイッチなど２
次元位置入力装置に併設された入力装置もしくは前記計
算機本体に別途接続された入力装置の入力があったとき
に、変化させることを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明を適用したシステム例の概要を示して
いる。３次元位置入力装置１は、計算機本体２と、２次
元位置入力装置の一例たるマウス３１と、２次元図形表
示装置の一例たるＣＲＴデイスプレィ３２とを具備して
いる。

計算機本体２は、マイクロプロセッサからなる中央処理
装置４と、該中央処理装置に接続された入力インタフェ
ース４１、及び出力インタフェース４２、及びプログラ
ム・データ記憶部４３とを具備しており、プログラム・
データ記憶部４３は、オブジェクト記憶部５と、面・境
界記憶部６と、オブジェクトポインタ記憶部７と、デイ
スプレィポインタ記憶部８、プログラム記憶部９とを具
備している。

マウス３１は、机上もしくは平面パッド上で移動させる
ことにより直交ＳＴ座標上における２次元位置移動量を
入力するための装置であり、クリックスイッチ３１ａに
よりコマンド入力が可能になっている。マウス３１は、
入力インタフェース４１を介して中央処理装置４に接続
されている。

デイスプレィ３２は、カラーＣＲＴデイスプレィである
が、図形表示能力を備えたものであれば動作方式を問わ
ず種々のデイプレイを使用することができる。デイスプ
レィ３２は、出力インタフェース４２を介して中央処理
装置４に接続されている。

プログラム記憶部９には、後述する本発明の構成及び動
作のために必要なプログラムが記憶されている。さらに
、プログラム記憶部９には、本発明を適用する３次元オ
ブジェクトを扱うことが可能なグラフィックシステム、
例えばＣＡＤシステム（図示せず）を構成するのに必要
なプログラムも記憶されているが、それ自体は種々のも
のを使用することが可能であり、ここでは詳細な説明は
省略する。

また、数値・文字入力のためのキーボードや、外部記憶
装置など、計算機本体２に接続される、その他社算機シ
ステムを構成する一般的構成についても、ここでは詳細
な説明は省略する。

オブジェクト記憶部５は、例えばＣＡＤシステムにより
作成された３次元オブジェクトのデータが記憶されてい
る。すなわち、頂点座標Ｋｎ（Ｘｎ。

Ｙｎ、　Ｚｎ）と、頂点間を結ぶ直線もしくは曲線Ｌｎ
による境界条件、及び、それらに囲まれた面Ｆｎを表現
する情報（平面であれば傾き。以下、曲面の場合を含め
て、面の傾きと言う）が記憶されているものである。Ｃ
ＡＤシステムは、オブジェクト記憶部５にアクセスする
ことにより、３次元オジェクト記憶部５のデータと同一
の３次元絶対座標系における、ポインタの絶対位置（Ｘ
、、ＹＰ、Ｚ、）及び方向ベクトルＰを記憶している。

面・境界記憶部６には、上記３次元絶対座標系において
ポインタが存在している３次元オブジェクトの面Ｆｎの
傾き、境界条件、法線ベクトルＱレイ３１上の直交ＶＷ
座標の絶対位置を記憶するものである。

次に、第２図乃至第４図を参照しながら、本発明の詳細
な説明する。本実施例では、マウス３２による入力に対
するポインタＡの移動は、従来の２次元位置入力モード
と本発明に係る３次元位置入力モードの両方を切り換え
て実行できるようになっている。

２次元モードの初期値において、ポインタＡはデイスプ
レィ３１上の所定の絶対位置（Ｖ、、Ｗ、）に置かれて
いるものとする。第３図において、ブロックｌＯから開
始された２次元モードでは、まず所定時間におけるマウ
ス２の移動針（ΔＳ、Δｔ）を求め（ブロック１１）、
それに対応するポインタの移動針（ΔＶ、ΔＷ）を求め
る（ブロックＩ２）。移動針（ΔＶ、ΔＷ）から、ポイ
ンタの絶対位置（Ｖ、Ｗ）を求め（ブロック１３）、さ
らにブロック１４において、デイスプレィ３２の表示を
更新することにより、ポインタの表示位置を移動させる
。ブロック１５で、モード変換コマンド入力の有無を判
断し、入力が無い場合には、ブロック１１へ戻る。ここ
で、モード変換コマンドは、マウス３１のスイッチ３１
ａの操作である。

このように、２次元位置入力モードでは、マウス３１の
パッド（図示せず）上の移動方向と、ポインタのデイプ
レイ３２上の移動方向とが一致する。

本実施例においては、ポインタＡの矢印の方向と、２次
元モードにおける該ポインタの移動方向との間には相関
はない。

モード変換コマンド入力が有りと判断されると（ブロッ
ク１５）、ブロック１６以降のモード変換フローに移る
。まず、ブロック１６において、現在のポインタのデイ
スプレィ上の位ｆｔ　（ｖ、ｗ）から、それに対応する
ＸＹ２３次元絶対座標上のポインタ絶対位Ｍ　（Ｘ、、
Ｙ、）を求める。いま、第２図（ａ）を参照して、当該
絶対位置（Ｘ、、Ｙ、　）に対してＺ、を任意とすると
き、そのような条件を満足しうる点を面上に有する３次
元オブジェクト５１の面を求める（ブロック１７）。こ
れは、ポインタＡがオブジェクト５１の表面上に置かれ
ているものと考えた場合、どの位置に置かれていると見
ることができるかを判断することを意味し、第２図（ａ
）では、横縞で表した面５１ａ上にある場合と縦縞で表
した面５１ｂ上にある場合が存在する。もし、ブロック
１８において、ポインタＡが指し示す点が、１箇所に特
定できる場合には、ブロック２１へと分岐し、ポインタ
Ａの他のパラメータ２．及び方向ベクトルＰを設定して
、三次元位置入力モードへ移行する（ブロック２２）。

第２図（ａ）では、ブロック１８で複数であると判断さ
れる。ブロック１９では、該当する面５１ａ及び５１ｂ
をデイスプレィ３２上で輝度を上げたり（ハイライト）
、色を変化させたりして、オペレータに知らせる。オペ
レータは、マウス３１のクリックスイッチ３１ａを操作
することにより、面５１ａ及び面５１ｂのハイライトを
交互に切り換えることができ、面５１ａかハイライト状
態であるときに、クリックスイッチ３１ｂを操作すると
ポインタＡを面５１ａ上の位置に指定することがきる（
ブロック２０）。この結果、ポインタのＺ方向の絶対位
置Ｚ２が決定される。ポインタＡの方向ベクトルＰは、
表示の矢印方向と対応するものであるが、初期値におい
ては、デイスプレィ３２の上方を指すようになっている
。ポインタＡは、マウス３１のクリックスイッチ３１ａ
の操作により所定の角度づつ回転させることにより、第
２図（ｂ）に示すように回転させることができる。ポイ
ンタ記憶部８には、回転後の方向ベクトルＰの値が記憶
される（ブロック２１）。なお、以下の説明において、
方向ベクトルＰの方向に一致する方向をＰ方向、これに
直交する方向をＲ方向とする。

第４図を参照して、３次元位置入力モードにおいては、
まず、マウス３１の移動針（ΔＳ、Δｔ）を求め、これ
からポインタＡの移動針（Δｒ、Δｐ）を求める（ブロ
ック２３．２４）。Δｐ、Δｒ及び面５１ａの法線ベク
トルＱから計算して、ポインタＡを面５１ａに沿って移
動させるように３次元絶対座標上における移動針（ΔＸ
、Δｙ、ΔＺ）を求める（ブロック２５）。この移動の
結果、面・境界記憶部６の境界条件に照らして、ポイン
タＡが同一面（面５１ａ）上にあるか否かを判断しくブ
ロック２６）、同一面にある場合には、ポインタ記憶部
８の（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）の値を更新する（ブロック２
７）。ブロック２６で、同一面上にないと判断された場
合、ブロック２８において、隣接する面５１ｃを求め、
当該面の法線ベクトルＱをもとに、方向ヘクトルＰを新
たに設定し、（ΔＸ、Δｙ、Δ２）を再計算する（ブロ
ック２９）。（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）が更新された場合に
は、当該（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）の値に対応するデイスプ
レィ３２上のデイスプレィポインタ位置（Ｖ、Ｗ）を計
算し、デイスプレィ３２の表示を更新することにより、
ポインタＡを移動させる（ブロック３０）。３次元位置
入力モートは、モード変換コマンド入力があるまで継続
する（ブロック３４）。

このような構成・動作により、オペレータがマウス３１
を操作することにより、ポインタＡを第２図（ａ）（ｃ
）（ｄ）に示すように、オブジェクト５１の表面上に沿
って移動させることができる。

また、３次元位置入力モードにおいても、マウス３１の
クリックスイッチ３１ａによるポインタ回転コマンドを
常時処理することができ、スイッチ３１ａを操作する毎
に、ポインタベクトルＰをＲＰ平面で４５°つづ回転さ
せるようになって　　−いる（第５図）。このためオペ
レータは、直観的に操作し易い方向を選択することかで
きる。

〔本発明の別実施例〕

上記実施例においては、マウス３１の移動針ΔＳ、Δｔ
に対応して、３次元座標上のポインタの移動針ΔＸ、Δ
Ｙ、ΔＺ、を求めてオブジェクト表面に沿って絶対位置
ｘ、、ｙ、、ｚ、を移動させ、当該ｘ、、ｙ、、ｚ、に
対応して、デイスプレィ３２上の位１ｒ（ｖ、ｗ）を変
化させるものとして説明した。

しかしながら、本発明はこのような実施例に限定される
ものではなく、マウス３Ｉの移動針ΔＳ。

Δｔに対応して、ポインタＡのデイスプレィ上における
移動針ΔＶ、ΔＷを求めて、ポインタＡを移動させ、デ
イスプレィ３２上の絶対位ａＶ、　Ｗに対応するオブジ
ェクト表面上の絶対位置Ｘ、Ｙ。

ｚ２を求めるようにしてもよい。この場合、ポインタは
、移動方向を示す形状にする必要はなく、輝点や十字形
などでよい。例えば、３次元位置入力モードは、第６図
に示すような工程とすることができる。

第３図に示す２次元位置入力モードから本実施例の３次
元位置入力モードに入ると（ブロック６２）、まずマウ
ス３１の移動針（ΔＳ、Δｔ）と、それに基づくポイン
タＡの移動針（ΔＶ、ΔＷ）が求められ、ポインタＡの
デイスプレィ上の絶対位置が計算される（ブロック６３
，６４．６５）。

ポインタＡのデイスプレィ３２上の２次元位置（Ｖ、Ｗ
）に対応して、オブジェクト５１の存在する３次元絶対
座標上におけるポインタＡの絶対位Ｍ　（Ｘ、、Ｙ、）
が決められる（ブロック６６）。

ポインタＡがオブジェクト５１の表面にに沿って動くと
いう条件から、ポインタの位置（Ｘｐ、Ｙ、）に該当す
る２方向位置ｚ、を面・境界記憶部６に記憶されたデー
タから計算する（ブロック６７）。

ポインタＡが、オブジェクトの互いに隣接する「見える
面Ｊと「隠れた面Ｊとの境界線（例えば、第２図（ｄ）
では、符号５２で示すような線）に達したか否かをブロ
ック６８で判断し、達していない場合には、デイプレイ
３２の表示を更新する（ブロック６９）。上記境界線に
達した場合には、境界線上でポインタＡを停止して、当
該ポインタＡのハイライト表示などによりオペレータに
知らせる（ブロック７１）。停止したポインタＡをはさ
んだ面をそれぞれデイスプレィ上に他の面から区別して
表示しくブロック７２）、コマンド入力により面を選択
する（ブロック７３）。さらに、マウス３Ｉを操作した
場合には、当該選択された面に沿ってポインタＡが移動
することになる（ブロック６３〜）。

この実施例では、マウス３１の移動方向と、デイスプレ
ィ３２上におけるポインタＡの方向が従来と同様に一致
する一方、ポインタＡで直接、オブジェクトを指示する
ことが可能となる。

この実施例において、オブジェクトの表面が、ＸＹ平面
に対して大きな傾斜を有する場合には、位置入力が難し
くなる。そのようなときには、オブジェクトを回転させ
て表示させれば良い。

〔本発明の別実施例〕

上記実施例の説明においては、３次元オブジェクトは、
平面で囲まれた立体であるものとして説明しているが、
これに限定されないことは言うまでもなく、円柱、円錐
、球形、環状体その他の曲面に適用することができる。

ポインタＡの移動針は、オブジェクトの表面上のポイン
タＡの方向ベクトルＰと当該表面の法線ベクトルＱとの
関係から、平面の場合と変わることなく求めることがで
きる。

上記実施例においては、ポインタへのオブジェクト表面
での移動について説明したが、別の特定のコマンドを用
意することにより、第２図（ｅ）に示すように、オブジ
ェクト表面上から外側に向かってポインタＡを平行移動
させたり、オブジェクト内部に向かって平行移動させた
りすることもできる。

また、上記実施例を適用するＣＡＤシステムは、ワイヤ
モデルのみでなく、サーフェスモデル、ソリッドモデル
のいずれであっても良いことは言うまでもない。

また、第２図に示すポインタは、オブジェクト５１の表
面に位置するように等角投影法で表されているが、デイ
スプレィ３２上において常に同一形状であってもよい。

また、オブジェクトが存在する３次元座標は、ＸＹ平面
がデイスプレィ３２と平行であるものとして説明したが
、これに限定されるものではない。

さらに、絶対座標をユーザが任意に変更することができ
るようにしてもよい。

さらに、２次元位置入力装置は、マウスであるものとし
て説明したが、グラフィック・タブレット、ライトペン
、タッチパネル、トラックボールなど、種々の２次元位
置入力装置を使用できることは言うまでもない。

また、キーボード上のカーソルキーや、ジョイスティッ
クなどを２次元位置入力装置として利用することも可能
である。

また、上記実施例において、２次元位置入力モードから
３次元位置入力モードへの切換は、ユーザがポインタが
存在すべき面を選択することにより達成されるものとし
て説明したが、３次元オブジェクトの「隠れた面」でな
く　ｒ見える面」に必ず置かれるようにしてもよい。さ
らにまた、３次元オブジェクトを作成したときには、当
該３次元オブジェクトのいずれかの位置に必ずポインタ
が存在するものとしてもよい。

〔効　果〕

本発明は、以上のように構成され、作用するものである
から、３次元位置を示すポインタをデイスプレィに斜視
図や透視図として表示される３次元オブジェクトの表面
上に置かれ、２次元位置入力装置からの入力に応じて３
次元オブジェクト表面に沿ってポインタが動くため、３
次元位置入力を直観的に行うことができ、３次元位置入
力作業の効率化を図ることできるという効果が得られる
。

また、ポインタを、指示方向がわかるような形状とし且
つ該指示方向をマウスの移動方向と関連付けたので、ユ
ーザはポインタをマウスにより遠隔操作する感覚でオブ
ジェクト上を這わせることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】図面は本発明の実施例に係り、第１図は３次元位置入力
装置のブロック図である。第２図は、デイスプレィ上の表示される３次元オブジェ
クトとポインタとを示す図である。第３図は、２次元位置入力から本発明の３次元位置入力
への切換を示す流れ図である。第４図は、３次元位置入力の工程を示す流れ図である。第５図は、ポインタ回転について説明するための流れ図
である。第６図は、別実施例に係る３次元位置入力の工程を示す
流れ図である。４：計算機本体４．５１：３次元オブジェクト、３１：２次元位置入力装置の一例たるマウス、３２：図
形表示装置の一例たるＣＲＴデイスプレィ、Ａ：ポインタ。出願人　横河・ヒユーレット・パッカード株式会社代理
人　弁理士　　長　谷　川　　次　男（ａ）　　　　　
光（ｃ）２図　　　（ｂ）下（ｄ） −第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）計算機本体からの出力に応じて３次元オブジェク
トを表示する図形表示装置上の位置表示を行うポインタ
を、２次元位置入力装置から前記計算機本体に入力され
る２次元位置入力に応じて移動させる位置入力方法にお
いて、前記２次元位置入力に対応して前記図形表示装置上に表
示された前記３次元オブジェクトの表面に沿って前記ポ
インタを移動させることを特徴とする３次元位置入力方
法。
（２）マウス、グラフィックタブレット等の２次元位置
入力装置の接続された計算機本体と、該計算機本体に接
続され３次元オブジェクトを示す図形表示可能であり且
つ前記２次元位置入力装置の２次元位置入力に対応した
位置指示を行うポインタを表示するカラーＣＲＴ等の図
形表示装置とを具備する位置入力装置において、前記ポインタは、前記２次元位置入力に対応した前記３
次元オブジェクトの表面上の移動を表示すべく前記図形
表示装置上に表示されるものであることを特徴とする３
次元位置入力装置。
（３）前記ポインタは、矢印、二等辺三角形など特定の
指示方向を表示可能な形状となっており、前記２次元入
力に対応する前記ポインタの移動方向の基準座標は、該
指示方向により決定されるものであることを特徴とする
請求項１記載の３次元位置入力方法。
（４）前記ポインタは、矢印、二等辺三角形など特定の
指示方向を表示可能な形状となっており、前記２次元入
力に対応する前記ポインタの移動方向の基準座標は、該
指示方向により決定されるものであることを特徴とする
請求項１記載の３次元位置入力方法。
（５）前記ポインタの前記指示方向を、マウス・クリッ
ク・スイッチなど前記２次元位置入力装置に併設された
入力装置もしくは前記計算機本体に別途接続された入力
装置の入力があったときに、変化させることを特徴とす
る請求項３に記載の３次元位置入力方法。
（６）前記ポインタの前記指示方向を変化させるコマン
ドを与えるため前記計算機本体に接続された入力装置を
具備することを特徴とする請求項４に記載の３次元位置
入力装置。