JPH08194840A

JPH08194840A - 図形入出力装置

Info

Publication number: JPH08194840A
Application number: JP7004620A
Authority: JP
Inventors: Shinji Akimichi; 慎志秋道
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-30
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: US5734383A; JP3574202B2

Abstract

(57)【要約】【目的】設計者が画面上にスケッチ感覚でアイソメ図
や透視図を描くことで容易に立体モデルを作成する。【構成】立体モデルのスケッチをするためタブレツト
から入力された点列データが入力されると（３０〜３
６）、図形認識処理を行う（３８）。次に認識された図
形を自動編集処理をした後に図形に対するモデル生成面
を生成する（４０〜４６）。次に３次元空間の座標系に
おいて視点及びタブレット上の点を結ぶ投影線を生成し
生成されたモデル生成面と投影線との交点を求め、稜線
等を導出する（４８）。次に導出された稜線等による立
体モデルデータを導出しデータを記憶する（５０、５
２）。この記憶されたデータ（３次元）を２次元座標に
変換し、タブレット上に表示する（５４、５６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、図形入出力装置にかか
り、特に、手で描かれたスケツチをコンピユータに入力
して立体形状等を示す立体モデルを作成して表示する図
形入出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物体の立体形状等を示す立体
モデル作成のための３次元ＣＡＤシステムが知られてい
る。この３次元ＣＡＤシステムにより立体モデルを作成
する際には、立体モデルの各頂点の３次元座標値をモデ
ル形状に沿って逐次入力するのが一般的である。この場
合、設計者は一旦イメージしたモデル形状を３次元ＣＡ
Ｄシステムで扱うことが可能な３次元座標系上に配置さ
せたことを想定し、モデル形状の各頂点座標値を３次元
座標系上における絶対値または相対値として予め算出し
ておく必要がある。この算出された座標値を用いて、モ
デル形状の種類毎に対応する専用のコマンドによってモ
デル形状の各頂点座標を数値入力する。一般的には、そ
の入力過程および結果をアイソメ図等の投影図で確認し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
３次元ＣＡＤシステムでは、設計者がイメージしたモデ
ル形状について３次元座標系上に配置させたことを想定
しながら座標値を求めることは、設計者に過大な負担を
要求し、更に算出された座標値を入力するため、モデル
形状に対応するコマンドを逐次選択しなければならない
ので、入力操作に要する手間は膨大であり、非効率な作
業であった。

【０００４】本発明は、上記事実を考慮して、設計者が
画面上にスケッチ感覚でアイソメ図や透視図を描くこと
で容易に立体モデルを作成できる図形入出力装置を得る
ことが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電子ペンと、作成すべき物体の形状を入力
するための予め定めた３次元空間の座標系における当該
物体の投影面に対応するタブレツトとから成り、当該タ
ブレツト上の電子ペンの軌跡を点列データに変換して入
力する入力手段と、入力された点列データに基づいて前
記軌跡が幾何学におけるどの図形を表しているかを判断
する判断手段と、前記判断手段で判断された図形の頂
点、端点または当該図形に関連する予め定めた点の何れ
かの特定点を用いて、予め定めた条件に従って前記３次
元空間の座標系にモデル生成用平面を生成する面生成手
段と、前記面生成手段で生成されたモデル生成用平面
と、前記物体の前記３次元空間の座標系における視点及
び前記投影面上の前記特定点を結ぶ投影線との交点を求
めることによって前記３次元空間の座標系における前記
特定点のモデル座標を演算する座標演算手段と、前記座
標演算手段で演算されたモデル座標と前記判断手段で判
断された図形とから前記３次元空間の座標系における当
該図形の位置を決定すると共に立体モデルデータを生成
するモデルデータ生成手段と、前記モデルデータ生成手
段で生成された立体モデルデータの各モデル座標を表示
座標系に変換して表示装置に表示させる表示手段と、を
含んでいる。

【０００６】また、前記表示手段に表示された図形が修
正された場合には、前記立体モデルデータを更新するこ
とができる。

【０００７】

【作用】本発明の入力手段は、電子ペンとタブレツトと
から構成されており、タブレットは、作成すべき物体の
形状を入力するための予め定めた３次元空間の座標系に
おける当該物体の投影面に対応する。入力手段は、この
タブレツト上の電子ペンの軌跡を点列データに変換して
入力する。従って、電子ペンを用いてタブレツト上で作
図することで手描きされた図形のデータが点列データに
変換されて入力される。判断手段は、入力された点列デ
ータに基づいてタブレツト上の電子ペンの軌跡が２次元
幾何学におけるどの図形を表わしているかを判断する。
面生成手段は、この判断手段で判断された図形の頂点、
端点または当該図形に関連する予め定めた点の何れかの
特定点を用いて、予め定めた条件に従って前記３次元空
間の座標系にモデル生成用平面を生成する。従って、設
計者は、図形を入力する毎にモデル生成用平面を想定し
入力することがない。座標演算手段では、面生成手段で
生成されたモデル生成用平面と、物体の３次元空間の座
標系における視点及び投影面上の特定点を結ぶ投影線と
の交点を求めることによって、３次元空間の座標系にお
ける特定点のモデル座標を演算する。モデルデータ生成
手段は、座標演算手段で演算されたモデル座標と判断手
段で判断された図形とから３次元空間の座標系における
当該図形の位置を決定すると共に立体モデルデータを生
成する。表示手段は、モデルデータ生成手段で生成され
た立体モデルデータの各モデル座標を表示座標系に変換
して表示装置に表示させる。従って、図形を入力する毎
に３次元空間を想定した座標入力及びコマンド入力する
ことなく、設計者がイメージした図形を入力するのみ
で、立体モデルが生成できる。

【０００８】この表示手段に表示された図形が修正され
た場合には、立体モデルデータを更新することができ
る。

【０００９】なお、本発明でいう図形は、点、線、面等
の集合から成るものをいい、文字、記号等も含まれる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図２は本実施例の概略図を示すもので、図
形処理用のコンピユータ１０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ
及びメモリ（ＭＥＭ）を備えている。本実施例のメモリ
（ＭＥＭ）には、詳細を後述するモデル生成面を自動的
に生成するための条件が記憶されると共に、詳細を後述
するオイラ演算子が予め記憶されている。コンピユータ
１０には、タブレツト１６（ディジタイザ）が接続され
ている。このタブレツト１６には電子ペン１８が接続さ
れており、電子ペン１８の先端をタブレツト１６の表面
に接触させて移動させることにより移動軌跡が点列デー
タに変換されてコンピユータ１０内に入力される。この
入力は、キーボード１４や図示を省略したマウスでも可
能である。本実施例のタブレット１６は、液晶表示装置
と組み合わされており、このタブレットを使用して液晶
表示装置にメニュー画面等を表示することにより、電子
ペンでのメニュー選択や電子ペンでのデータ入力等が容
易になる。また、オプションとして当該液晶表示装置と
同一の画像を表示するための表示用ディスプレイ（以
下、ＣＲＴ）１２を接続することも可能である。このコ
ンピユータ１０のＲＯＭには以下で説明する図形処理用
の制御ルーチンのプログラム等が予め記憶されている。

【００１１】本実施例では、設計者がイメージした物体
をモデルとしてタブレット１６の液晶表示装置に描画す
るために、電子ペン１８でタブレツト１６の表面を摺動
させ、その軌跡が表示される。従って、このタブレット
１６上の平面は、物体を投影した投影面と考えられる。
以下に、この２次元平面であるモデル投影面上の座標を
自動的に３次元空間の座標に変換する方法を説明する。

【００１２】図３に示すように、通常、コンピュータで
３次元モデルの投影図を扱うときには、次の３種類の座
標系を用いる。

【００１３】１）絶対座標系Ｗ（ＷｏｒｌｄＣｏｏｄ
ｉｎａｔｅｓ）全ての座標系の基準となる座標系本実施例では物体を表現するためのモデルの座標値も絶
対座標系で扱う２）視点座標系Ｃ（ＣａｍｅｒａＣｏｏｄｉｎａｔ
ｅ）人間の視点座標を原点とする座標系３）画面座標系Ｓ（ＳｃｒｅｅｎＣｏｏｄｉｎａｔ
ｅ）タブレット１６の液晶表示画面上の２次元の座標系

【００１４】絶対座標系Ｗに置かれたモデルの座標値は
まず視点座標系Ｃの座標値に変換され、次にモデルの投
影面である画面座標系Ｓの座標値に投影変換されてタブ
レット１６の液晶表示画面上に表示される。

【００１５】従って、画面に投影されたモデルの２次元
の座標が与えられた時、実際の３次元空間におけるモデ
ルの３次元の座標（以下、モデル座標という。）は、図
４に示すように、絶対座標系Ｗ上において視点座標Ｐ１
ｗと画面座標Ｐ２ｗの２点を結ぶ直線Ｌｗ（この線を仮
に投影線Ｌｗと呼ぶ）上の何れかに存在することなる。

【００１６】ここで、投影線Ｌｗ上のモデル座標Ｐｗの
位置を同定するためにモデル生成面ＭＰという概念を導
入する。「モデル生成面」とは入力されたモデルの２次
元の座標がその面上に存在する絶対座標系Ｗ上における
平面のことである。画面上に入力された２次元の座標が
モデル生成面ＭＰ上の何れにあるか予め分かれば、実際
のモデル座標は投影線Ｌｗと、モデル生成面ＭＰの交点
を計算することで求めることができる。

【００１７】既存のＣＡＤシステムで、モデル投影画面
上で直接座標指示する場合は、座標指示を行なう前に逐
次モデル生成面ＭＰを設定する必要があるため、操作が
繁雑になる。そこで、本実施例ではモデルの稜線入力の
際に次の４条件を設定することでモデル生成面ＭＰの設
定作業を不要にし、操作性を高めている。但し、以下の
仮定は直線の稜線が入力された場合である。

【００１８】［条件］（１）一番最初の点は高さ０（Ｙ軸方向の座標値）の平
面に存在する（２）線分端点の少なくとも片方は必ず既存の線分上に
描かれる（３）Ｙ軸（高さ方向）に描かれた線分はまず垂直の稜
線と考える（４）Ｙ軸に平行でない線分は水平の稜線とする（５）既存の面上に描かれた線はその面上にあるとする

【００１９】上記の条件を考慮して次のようにモデル生
成図ＭＰを自動的に設定する。まず、条件（１）で一番
最初の点のモデル生成面ＭＰは、Ｙ＝０とする。条件
（２）で線分の端点のどちらかは必ず既存の線分上に存
在するのでその点の座標は既存の線分を按分することで
求めることができる。もう一方に端点の既存の線分上に
無い場合は、条件（３）、（４）、（５）に従ってモデ
ル生成面ＭＰを設定する。すなわち条件（３）では入力
された線分を含みかつ投影線のＸＺ成分ベクトルと垂直
な面をモデル生成面ＭＰとする。条件（４）では既存の
線分上の端点のＹ座標を含む水平面をモデル生成面ＭＰ
とする。条件（５）では既存の面をモデル生成面ＭＰと
する。

【００２０】次に、モデル稜線の加筆・修正に応じて立
体モデルデータを自動的に構築する方法を説明する。

【００２１】本実施例の立体モデルデータはスプリット
・エッジ境界表現形式のソリッドモデルデータ構造を有
している。このスプリット・エッジ境界表現形式では、
立体は、その境界面で表現することができ、主要な位相
要素として、この立体は面により構成され、面はそれを
構成する稜線からなり、稜線は両端の頂点を有する構造
となる。

【００２２】図５に示すように、情報Product は全デー
タの検索ノードである。情報Bodyはモデルの情報である
面（Face）、稜線（Edge）、頂点（Vertex）の検索ノー
ドを有している。このようなスプリッド・エッジ境界表
現形式の特徴は、モデルの各稜線がハーフエッジ情報
（HalfEdge）と呼ばれる２つの反対向きで一対のベクト
ル情報を有し、ハーフエッジ情報のつながり情報（Ｌｏ
ｏｐ）によってモデル形状の位相を保つことにある。こ
れらの情報は、モデルが有する境界面のつながり具合の
みを表す情報であり、位相情報（位相要素、topology）
ともいう。

【００２３】なお、この位相情報に対して、モデルの実
際の形状を表す情報として、面（Face）に付属する曲面
（surface 、面の形状）、稜線（Edge）に付属する曲線
（curve 、線の形状）、頂点（Vertex）の有する点（po
int 、３次元の座標値）等の幾何情報（幾何要素、geom
etry）がある。

【００２４】本実施例では、モデルの稜線の加筆・修正
に応じて、上記のデータ構造を構築・維持するために周
知のオイラー演算子に加え、次の［オイラー演算子］に
示す新規な７つのオイラー演算子を用いている。なお、
このオイラー演算子とは、モデル形状の位相を保つため
のプログラム・ルーチンに相当し、モデル形状の位相を
維持しながら上記の情報間の隣接関係を導出する操作を
いう。

【００２５】［オイラー演算子］演算子１：Ｍａｋｅ＿Ｂｏｄｙ演算子２：Ｍａｋｅ＿Ｓｔｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ演算子３：Ｍａｋｅ＿Ｆａｃｅ演算子４：Ｍａｋｅ＿Ｉｎｎｅｒ＿Ｌｏｏｐ演算子５：Ｄｅｌｅｔｅ＿Ｅｄｇｅ演算子６：Ｂｒｅａｋｅ＿Ｅｄｇｅ演算子７：Ｅｘｔｅｎｄ＿Ｅｄｇｅ

【００２６】図６に示すように、演算子１（Ｍａｋｅ＿
Ｂｏｄｙ）は、１番最初の線分が入力された場合に適用
される。すなわち、第１の点Ｐ₁を始点とし第２の点Ｐ
₂を終点とする新規な線Ｌ₁が入力されたときには（図
６（１）参照）、この新規な線Ｌ₁が新規な稜線（New
Edge）に対応され、この稜線（New Edge）の第１の頂点
Vertex[0] 及び第２の頂点Vertex[1] が定まると共に、
反対向きの方向のハーフエッジ情報HalfEdge[0],HalfEd
ge[1] が定まる（図６（２）参照）。

【００２７】図７に示すように、演算子２（Ｍａｋｅ＿
Ｓｔｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ）は、片方の端点のみが既存の線
分上にある場合に適用される。すなわち、ハーフエッジ
情報を伴う３つの稜線Edge[0],[1],[2] に（図７（１）
参照）、新規な線Ｌ₂が入力されたときには（図７
（２）参照）、この新規な線Ｌ₂が新規な稜線Edge[3]
に対応され、反対向きの方向のハーフエッジ情報HalfEd
ge[0],HalfEdge[1] が定まる（図７（３）参照）。ここ
では、稜線Edge[3] にかかる既存の稜線Edge[2] は、稜
線Edge[0],[1] から形成された枝のような既存の線分の
稜線（Ｓｔｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ）であり、この稜線Edge
[2] の一方のハーフエッジ情報がつながり候補（ｐＮｅ
ｘｔＨｅｄｇｅ）に設定される。なお、この演算子２
（Ｍａｋｅ＿Ｓｔｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ）の詳細は後述す
る。

【００２８】図８に示すように、演算子３（Ｍａｋｅ＿
Ｆａｃｅ）は線分の追加により面が形成される場合に適
用される。すなわち、ハーフエッジ情報を伴う３つの稜
線Edge[0],[1],[2] の２つの稜線に対し（図８（１）参
照）、新規な線Ｌ₃が入力されたときには（図８（２）
参照）、この新規な線Ｌ₃が新規な稜線Edge[4] に対応
され、反対向きの方向のハーフエッジ情報HalfEdge[0],
HalfEdge[1] が定まる（図８（３）参照）。また、この
稜線Edge[4] にかかる既存の稜線Edge[1],[2]につい
て、同一方向のハーフエッジ情報が一対のつながり候補
（ｐＮｅｘｔＨｄｇｅ）に設定され、これら稜線Edge
[0],[1],[2],[4] 内部に含まれるハーフエッジ情報が閉
じたループ（ＣｌｏｓｅＬｏｏｐ）に定まる。なお、
この演算子３（Ｍａｋｅ＿Ｆａｃｅ）の詳細は後述す
る。

【００２９】図９に示すように、演算子４（Ｍａｋｅ＿
Ｉｎｎｅｒ＿Ｌｏｏｐ）は既存の面内に孤立した線分が
描かれた場合に適用される。すなわち、稜線Edge[0],
[1],[2],[3] で形成される面Face内にハーフエッジ情報
を伴う稜線Edge[5] が定まるのは（図９（１）参照）、
順次稜線が形成され閉じたループが形成され（図９
（２）参照）、この稜線から新規な稜線等が増殖される
（図９（３）参照）前段階であると考えられるためであ
る。

【００３０】図１０に示すように、演算子５（Ｄｅｌｅ
ｔｅ＿Ｅｄｇｅ）は既存の線分を消去する場合に適用さ
れる。なお、演算子５では、以下の４つの場合を考慮す
る必要がある。第１の場合は独立した線分の稜線の消去
であり（図１０（１）参照）、この場合には全てを消去
する。第２の場合は演算子２（Ｍａｋｅ＿Ｓｔｒｕｔ＿
Ｅｄｇｅ）で説明した既存の稜線から形成された枝のよ
うな既存の線分の稜線（Ｓｔｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ）の消去
であり（図１０（２）参照）、この場合には稜線（Ｓｔ
ｒｕｔ＿Ｅｄｇｅ）及びハーフエッジ情報を消去すると
共に、HalfEdge[0],[2] によりループ情報を形成するよ
うに、すなわちハーフエッジ情報が関連するようにする
（図１０（３）参照）。第３の場合は１つのループを形
成し連続する稜線の内部の１つの線分（の稜線、same l
oop edge）の消去であり（図１０（４）参照）、この場
合には該当する稜線及びハーフエッジ情報を消去すると
共に、この消去により独立する線分の稜線を独立した新
規な稜線としかつ独立するループを修正ループ情報（mo
dified loop ）を形成するように、すなわちハーフエッ
ジ情報が関連するようにする（図１０（５）参照）。第
４の場合は異なる複数のループを形成する何れかのルー
プ内で連続する稜線の１つの線分（の稜線、different
loop edge ）の消去であり（図１０（６）参照）、この
場合には該当する稜線及びハーフエッジ情報を消去する
と共に、この消去により独立したループ（deleted loo
p）が解消されるので、独立したループを既存のループ
に帰属するように修正ループ情報（modified loop ）を
形成、すなわちハーフエッジ情報が関連させる（図１０
（７）参照）。

【００３１】図１１に示すように、演算子６（Ｂｒａｋ
ｅ＿Ｅｄｇｅ）は既存の線分を分割する場合に適用され
る。すなわち、既存の線分Ｌ₆を分割するときに（図１
１（１）参照）、その線分上の分割位置に頂点を挿入す
ると共に挿入された頂点により分割される一方を既存線
分Ｌ₆の稜線としかつ他方を新規線分の稜線（New Edg
e）とする（図１１（２）参照）。なお、頂点を介して
連続する稜線を合成する場合には、上記方法を逆に行え
ばよい。実際には線分中に頂点を挿入するルーチンと線
分中に頂点を消去するルーチンを用意する。

【００３２】図１２に示すように、演算子７（Ｅｘｔｅ
ｎｄ＿Ｅｄｇｅ）は既存の線分を延長する場合に適用さ
れる。すなわち、既存の線分Ｌ₇の稜線Edge[7] で（図
１２（１）参照）、延長点Ｐ₇が指示されて稜線Edge
[7] の頂点Ｐ（strut vertex）から延長点Ｐ₇までの稜
線Edge[8] が形成されたときには（図１２（２）参
照）、既存の稜線Edge[7] を延長すると共に、形成され
た稜線Edge[8] を消去する（図１２（３）参照）。

【００３３】本実施例では、以上説明した７つのオイラ
ー演算子を用いることで立体モデルの位相を操作する。

【００３４】次に、上記演算子２（Ｍａｋｅ＿Ｓｔｒｕ
ｔ＿Ｅｄｇｅ）と演算子３（Ｍａｋｅ＿Ｆａｃｅ）のオ
イラー演算子の詳細を更に説明する。

【００３５】上記の演算子２（Ｍａｋｅ＿Ｓｔｒｕｔ＿
Ｅｄｇｅ）では既存の何れのハーフエッジ情報につなが
り情報を有させるようにするのか不定になる場合があ
る。例えば、図１３（１）に示すように、稜線である新
規線分Ｌ_Aを稜線である既存の線分Ｌ_B、線分Ｌ_Cの頂
点部分に接続しようとする場合、新規線分Ｌ_Aのハーフ
エッジ情報がつながるべき既存のハーフエッジ情報、す
なわちつながり候補（ｐＮｅｘｔＨｅｄｇｅ）が内側の
ハーフエッジ情報（図１３（２）参照）、または外側の
ハーフエッジ情報（図１３（３）参照）の何れでもよい
ことになる。

【００３６】そこで、本実施例ではハーフエッジ情報の
つながり情報としてのループ情報（Ｌｏｏｐ）を以下の
ようにその性質によって範疇分け（分類）し、以下に述
べる規則を予め設定することによって、略自動的に適切
なつながり候補を選択することができるという知見を得
た。

【００３７】［ループ情報の分類］（ａ）閉じたループ（Ｃｌｏｓｅｄ＿Ｌｏｏｐ）・・・
閉じた平面の稜線で構成されるループ（ｂ）開いたループ（Ｏｐｅｎｅｄ＿Ｌｏｏｐ）・・・
ａ）以外のループ［規則］（１）新規線分が入力された際に、もしつなぎ候補のル
ープが開いていたらその候補に高い優先度を与える。（２）もし新規線分の端点が閉じたループの面上にあれ
ば、その閉じたループのつながり候補に高い優先度を与
える（図１３）。

【００３８】例えば、規則（１）については、図１４
（１）に示すように、閉じたループ（Ｃｌｏｓｅｄ＿Ｌ
ｏｏｐ）と開いたループ（Ｏｐｅｎｅｄ＿Ｌｏｏｐ）と
があり、図１４（２）に示すように、点Ｐ_Dから稜線Ed
ge[D] を形成する場合、図１４（３）に示すように、開
いたループ（Ｏｐｅｎｅｄ＿Ｌｏｏｐ）のつなぎ候補に
優先度を与える。

【００３９】規則（２）については、図１５（２）に示
すように、点Ｐ_Dから閉じたループの面上の点Ｐd まで
の稜線Edge[d] を形成する場合、図１５（３）に示すよ
うに、閉じたループ（Ｃｌｏｓｅｄ＿Ｌｏｏｐ）のつな
ぎ候補に優先度を与える。

【００４０】このようにして、つながり候補に優先度を
与えた後には、つながり候補のループ情報を次のように
分類する。

【００４１】［分類］（ｃ）反時計回りループ（ＣＣＷ＿Ｌｏｏｐ）新規線分のハーフエッジ情報がつながった場合にユーザ
の視点から見て反時計回りのループを形成するループ情
報。（本システムでは反時計回りのループを持つ面を表
の面とする。）（ｄ）時計回りループ（ＣＷ＿Ｌｏｏｐ）ユーザの視点から見て時計回りになるループを形成する
ループ情報。

【００４２】そして、次の規則から、つなぎ候補を決定
する。［規則］（３）つなぎ候補が全て反時計回りループの時にはユー
ザに最も近いつなぎ候補を選択する（図１６（１）〜
（３）参照）。（４）つなぎ候補が全て時計回りループの時にはユーザ
から最も遠いつなぎ候補を選択する（図１６（４）〜
（６）参照）。（５）つなぎ候補が反時計回りと時計回りの両方のルー
プが有れば、ユーザに最も最も近い反時計回りのつなぎ
候補を選ぶ（図１６（７）〜（９）参照）。

【００４３】このようにして、分類（ａ）〜（ｄ）と、
規則（１）〜（５）を用い、優先度を与えれば、適切な
つながり候補を自動的に選択できる。

【００４４】また、上記の演算子３（Ｍａｋｅ＿Ｆａｃ
ｅ）で面が形成される場合には、新規線分の両端点で上
記の規則でつなぎ候補を選択し、選択されたペアのハー
フエッジ情報が面形成の条件に適合すれば新規に面とル
ープ情報を作成する。

【００４５】なお、他のオイラー演算子については詳細
な説明を省略する。次に、本実施例の作用を、図１７乃
至図２１を参照すると共に、２次元の入力図形を３次元
の立体モデルに変換し表示する図１の図形処理用の制御
ルーチンに合わせて説明する。

【００４６】図１７には、タブレット１６上の液晶表示
装置に表示される画面構成を示した。液晶表示装置に表
示される装置画面２１は、所要な操作を指示するための
メニューバー２２、現在の状態が表示されるステイタス
バー２４、図形入力をすると共に立体モデルが表示され
る入力・表示画面２６、及び視点移動等のときに指示す
るためのアイコンメニューバー２８から構成されてい
る。なお、以下の説明では、入力・表示画面２６を用い
て説明する。また、図ではアイソメ図法で立体モデルを
作成する場合を説明する。

【００４７】図形入出力装置のスイツチがオンされると
図１に示されるルーチンが起動され、ステップ３０で初
期化が行なわれると共にステップ３２において図形認識
用パラメータの設定が行なわれる。このパラメータは、
タブレツトから入力された点列データが幾何学における
線分、円および円弧のいずれに近似しているか等を判定
するために使用されるものである。また、このとき、設
計者の立体モデルのスケッチを容易にするための３次元
の参考軸Ｘ，Ｙ，Ｚが表示される（図１８（１）参
照）。次のステップ３４では、タブレツト１６からデー
タが入力されたかキーボード１４からデータが入力され
たかを判断し、キーボードからデータが入力されたと判
断されたときにはステップ３６においてキーボード入力
処理を実行する。このキーボード入力処理については、
ＣＲＴやタブレット上に表示されたメニユーから終了の
機能選択や、終了の機能以外の機能（例えば、図形処理
用のパラメータの大きさの変更、図形データベースの保
存、読込、消去、ハードコピー、オールクリアー、ヘル
プ等）がある。

【００４８】一方、ステップ３４においてタブレツトか
らデータが入力されたと判断されたときには、判断手段
としてのステップ３８において図形認識処理を行なう。
図１８（１）に示すように、立体モデルの底辺を作成す
る場合には、電子ペン１８で１本づつ線を入力するが、
この入力されたときの点列データが線として認識され
る。次のステップ４０ではステップ３８で認識された図
形が作図すべき図形か、指定した線分（稜線）の削除等
のオペレータであるかを判断する。作図すべき図形であ
るときにはステップ４４で自動編集処理をした後にステ
ップ４６において（ステップ３８で認識された）図形に
対するモデル生成面ＭＰを上記で説明したようにして生
成する。なお、この自動編集処理は、図１８（１）の例
では、認識された線が３次元の参考軸Ｘ，Ｙ，Ｚの何れ
か（最も幾何学的に近い軸）に対して平行となるように
自動的に調整される。次のステップ４８では上述のよう
に３次元空間の座標系において視点及び投影面（タブレ
ット）上の点を結ぶ投影線を生成すると共に生成された
モデル生成面と投影線との交点を求め、稜線等を導出す
る。次のステップ５０では、導出された稜線等による立
体モデルデータを導出し、次のステップ５２でこのデー
タを記憶する。この立体モデルデータの導出は、図１８
（１）の例では、４本目の線分が入力され、閉じた領域
が形成された時点で、自動的に面として認識される。次
のステップ５４では記憶されたデータ（３次元）を２次
元座標に変換し、次のステップ５６でタブレット上に表
示する。

【００４９】一方、ステップ４０においてオペレータで
あると判断されたときにはステップ５０においてオペレ
ータ処理を行なった後にステップ５２でオペレータ処理
後のデータを記憶する。

【００５０】上記のようにして立体モデルの底辺部分が
形成されたので、この底辺を有する箱型の立体モデルを
作成する場合には、図１８（２）に示すように、垂直線
を入力する。この垂直線は立体モデルの表面線か裏面線
かが不定であるので、設計者に問い合わせ、この問い合
わせ結果に従う。この場合は、前面の平面の辺であるの
で表面線として確定される（図１８（３））。次に、箱
型の辺の各々を順次入力する（図１９（１）、（２）参
照）。なお、線分の入力時には、その合成部分に付不要
な線分が生じた場合に自動的にトリミングされるように
なっている。このようにして、１２本の辺（稜線）から
なる６面体である立体モデルが自動的に認識される。こ
のため、図１９（２）に示すように、隠れ線を点線で表
示することもできる。

【００５１】次に、この６面体である立体モデルを、角
を切削したような形状に変形させる場合の修正では、各
面を分割するための線分を入力した後に（図１９
（３））、不要となる線分（稜線）を消去指示し（図２
０（１））、順次不要な線分を選択し消去する（所謂ピ
ッキング動作）。これにより、不要な線分が消去された
立体モデルが表示されるので（図２０（２））、必要と
する線分を加筆する（図２０（３））。この線分の加筆
により、斜辺と壁面が自動的に生成される。この時点
で、アイコンメニューバー２８の選択により、裏面表示
をオフにすれば、図２１（１）に示すように、裏面が表
示されない立体モデルを表示できる。また、アイコンメ
ニューバー２８の選択により、図２１（２）に示すよう
に、視点を変更することも可能である。

【００５２】次に、６面体の角を更に修正しようとする
場合には、各面を分割すると共に（図２１（２））、不
要な線を消去した後に、不足の線分を追加し（図２１
（３））、立体モデルを完成させる。

【００５３】なお、本実施例の図形入出力装置では、各
面にシェーディングを付加すること、寸法を記入するこ
と、アイソメ図法のみでなく３点透視図法や２点透視図
法もできる。

【００５４】このように、２次元の投影図から３次元モ
デルが作成できるので、従来の３次元ＣＡＤシステムの
ように３次元座標系を想定し、複雑な操作を行うことな
く、設計者は自分のイメージに近い図形を描画すること
によって立体モデルを作成することができる。

【００５５】また、本実施例では、モデル形状入力用の
コマンド選択を不要にでき、モデル投影図面（アイソメ
図及び透視図）上の２次元座標を自動的に３次元座標に
変換することができる。

【００５６】さらに、本実施例では、モデル稜線の加筆
・修正に応じて、立体モデルデータを自動的に構築する
ことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、自
動的にモデル生成用平面が生成されるので、事前に立体
イメージを数値座標に置き換えたり、入力の際にコマン
ドを選択したりすることがなく、設計者がイメージした
モデル形状をそのままタブレットに入力するのみのスケ
ッチ感覚で自動的に立体モデルを生成することができ
る、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の制御ルーチンを示す流れ図である。

【図２】本実施例の概略図を示すブロツク図、

【図３】コンピュータで３次元モデルを扱うときの座標
系を示す線図である。

【図４】立体モデルの座標を定める説明をするための説
明図である。

【図５】本実施例の立体モデルデータのデータ構造を示
すイメージ図である。

【図６】演算子１（Make Body ）を説明するための説明
図である。

【図７】演算子２（Make Strut Edge)を説明するための
説明図である。

【図８】演算子３（Make Face ）を説明するための説明
図である。

【図９】演算子４（Make Inner Loop ）を説明するため
の説明図である。

【図１０】演算子５（Delete Edge ）を説明するための
説明図である。

【図１１】演算子６（Brake Edge）を説明するための説
明図である。

【図１２】演算子７（Extend Edge ）を説明するための
説明図である。

【図１３】演算子２（Make Strut Edge)の詳細を説明す
るための説明図である。

【図１４】ループ情報（Loop）の規則（１）を説明する
ための説明図である。

【図１５】ループ情報（Loop）の規則（２）を説明する
ための説明図である。

【図１６】ループ情報（Loop）の規則（３）〜（５）を
説明するための説明図である。

【図１７】タブレット上の液晶表示装置の画面構成を示
す線図である。

【図１８】立体モデルの形成過程を示すイメージ図であ
る。

【図１９】立体モデルの形成過程を示すイメージ図であ
る。

【図２０】立体モデルの形成過程を示すイメージ図であ
る。

【図２１】立体モデルの形成過程を示すイメージ図であ
る。

【符号の説明】

１６タブレット１８電子ペン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ペンと、作成すべき物体の形状を入力
するための予め定めた３次元空間の座標系における当該
物体の投影面に対応するタブレツトとから成り、当該タ
ブレツト上の電子ペンの軌跡を点列データに変換して入
力する入力手段と、入力された点列データに基づいて前記軌跡が幾何学にお
けるどの図形を表しているかを判断する判断手段と、前記判断手段で判断された図形の頂点、端点または当該
図形に関連する予め定めた点の何れかの特定点を用い
て、予め定めた条件に従って前記３次元空間の座標系に
モデル生成用平面を生成する面生成手段と、前記面生成手段で生成されたモデル生成用平面と、前記
物体の前記３次元空間の座標系における視点及び前記投
影面上の前記特定点を結ぶ投影線との交点を求めること
によって前記３次元空間の座標系における前記特定点の
モデル座標を演算する座標演算手段と、前記座標演算手段で演算されたモデル座標と前記判断手
段で判断された図形とから前記３次元空間の座標系にお
ける当該図形の位置を決定すると共に立体モデルデータ
を生成するモデルデータ生成手段と、前記モデルデータ生成手段で生成された立体モデルデー
タの各モデル座標を表示座標系に変換して表示装置に表
示させる表示手段と、を含む図形入出力装置。
【請求項２】前記表示手段に表示された図形が修正され
た場合には、前記立体モデルデータを更新することを特
徴とする請求項１に記載の図形入出力装置。