JPH09330426A - ３次元形状の任意の表面領域を指定する手法及びその領域を変形する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元形状における任意の領域の形状を変え
ないままで、別の任意の領域の形状を変形する。 【解決手段】 操作者が投影面上に入力した軌跡から３
次元形状の任意の領域を得、ロックした領域の形状を保
存したままで３次元形状を変形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元のＣＡＤシス
テム及びＣＧシステムにおいて３次元のサーフェス、ソ
リッド、及びポリゴン形状を編集、変形する手法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の３次元ＣＡＤ／ＣＧシステムにお
いては、操作者が３次元形状表面の１点を移動させるこ
とで３次元形状を変形していた。移動させる点から一定
距離内の３次元形状が変形する手法（例えば、株式会社
ソフトウェア・トウーの販売する３次元ＣＧソフト Ｓ
ＴＲＡＴＡ ＳＴＵＤＩＯ Ｐｒｏ の「バーチャルク
レイ」機能など）や、点を移動させるときに変形される
領域をあらかじめ指定する手法（例えば第７回ＮＩＣＯ
ＧＲＡＰＨ論文コンテストの「複数の曲線・曲面の形状
変形方法」など）がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では操作者
が移動させるのは３次元形状表面の１点だけであり、一
度の操作では単純な突起やへこみの形状しか作ることが
できず、操作者が思い通りの形状を作ることは困難であ
った。

【０００４】また、従来の方法では点を動かしたときに
形状の変形の及ぶ領域を任意に指定することができなか
った。すなわち、変形の及ぶ領域が、動かす点からの等
距離内になるか、領域を指定できるときでも指定できる
領域が３次元形状の構成要素の制限を受けて、ポリゴン
単位や曲面単位でしか領域を指定できなかった。このた
め、変形させたくない部分が変形されることがあるな
ど、操作者が思い通りの形状を作ることは困難であっ
た。

【０００５】本発明では操作者が変形操作の及ぶ領域お
よびその内部で部分的に変形されないロックされた領域
の任意の指定を可能にし、さらに変形操作の及ぶ領域内
のロックされた領域を操作者が移動させることによって
３次元形状の変形をより容易に行うことができる方法を
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明は図１に示すような手順で行われる。まず手
順１０１で操作者によって投影面上に軌跡が入力され
る。次に手順１０２で、入力した軌跡に合わせて領域を
計算する。このあと操作者が希望する場合には手順１０
４で得られた領域をロックする。すなわち操作者はこの
あとの変形操作によっては変形されない領域を事前に指
定することができる。手順１０３で操作者によって指定
された領域を変形するものと指示された場合、続けて手
順１０５で、操作者によって指定された領域に含まれる
ロックされた領域が平行移動又は回転移動される。この
あと、移動された領域以外にロックされた領域が存在す
るなら手順１０７で、移動された領域に合わせてそのロ
ックされた領域を移動する。このあと手順１０８で変形
する領域内の３次元形状の構成要素を変形する。手順１
０９で数学的に理想的な変形後の形状と、実際の形状を
比較し、その差が大きければ手順１１１で３次元形状の
構成要素を細分割する事によって変形後の形状をより望
ましいものにする。最後に手順１１２で変形結果を表示
し、操作者がさらなる変形を希望しなければ手順１１４
で処理を終了する。

【０００７】各手順を詳しく説明する。まず、手順１０
１、１０２の任意の領域の指定について説明する。図２
（ａ）の投影面２０２には３次元形状２０５の投影図２
０６が表示されている。３次元形状２０５は球形に２つ
の突起が突き出たような形状を例として示している。通
常、投影面２０２はコンピューターのディスプレイ装置
である。なお、３次元形状２０５の構成要素に制限はな
く、３次元形状の表面を定義できる要素なら、ポリゴン
でも、NURBSなどの自由曲面でも良い。操作者は投影面
２０２上に領域を指定するための軌跡２０３を入力す
る。指定したい領域を囲むように軌跡２０３を入力す
る。通常マウスやタブレットによって入力する。軌跡２
０３はポリラインでも円形でも自由曲線でもよいが、始
点と終点の一致する閉じた形状でなければならない。

【０００８】操作者によって入力された軌跡２０３をも
とに、領域を得る。視点２０１から軌跡２０３にのばし
た線織面２０４によって３次元形状２０５を切り取った
領域が図２（ｂ）の指定された領域２０７となる。すな
わち線織面２０４と３次元形状２０５の干渉線が領域の
境界線となる。このとき、指定された領域をコンピュー
ター内部で認識できるように、必要ならポリゴンや自由
曲面など３次元形状の構成要素のうち領域の境界付近に
あるものを細分割する。

【０００９】図１の手順１０３、１０４の領域のロック
と変形領域の決定について説明する。手順１０２で領域
を得たあと、手順１０３で、操作者がその領域をロック
するか、あるいは変形するかを指定する。ロックする場
合には手順１０４で、その領域の構成要素にフラグをた
て、ロックされている領域をコンピューター内部で認識
できるようにする。ロックされた領域はこのあとの変形
操作によっても変形されない領域となる。

【００１０】３次元形状中にロックされた領域が存在す
る状態であっても、手順１０２において新たな領域を指
定することができる。このとき、新たな領域はロックさ
れた領域から離れていても良いし、ロックされた領域全
体を含んでいてもよいが、ロックされた領域の一部だけ
を含ませないようにする。

【００１１】すでにロックされた領域全体を含む領域を
手順１０４でロックすると、より大きなロックされた領
域ができる。

【００１２】手順１０５のロックされた領域の移動につ
いて説明する。ここで操作者がロックされた領域を移動
させることで操作者の操作は終了し、他の部分の変形は
コンピューター上で自動的に行われる。

【００１３】図３の３次元形状の斜線の引かれた領域が
操作者によって指定された領域である。指定された領域
はロックされた領域１ ３０１ａ、ロックされた領域２
３０２ａ及び実際に変形される領域３０４ａの３つから
なる。ロックされた領域１３０１ａを、移動する方向３
０３へ操作者が水平移動することによって変形操作を行
うものとする。操作者は数値によって移動量を入力して
も良いし、マウスやタブレットによって移動させても良
い。移動後には図４のように、一旦、ロックされた領域
３０１ｂだけが切り放されて移動した状態になる。

【００１４】移動は水平移動の他に回転移動でもよく、
ロックされた領域を拡大縮小することによって変形を行
っても良い。また、水平移動によって変形を行う場合に
はロックされた領域でなくとも、実際に変形される領域
上の任意の１点を移動させても良い。すなわち、その場
合には変形される領域上の１点を、ロックされた領域が
縮退して１点になったものとみなせばよい。

【００１５】手順１０６、１０７の、他のロックされた
領域の移動について説明する。移動したロックされた領
域の他に、図３ロックされた領域２ ３０２ａのように
指定された領域内にロックされた領域がある場合には、
その領域を移動させる。ロックされた領域２ ３０２ａ
と移動する前のロックされた領域１ ３０１ａとの距
離、及び、ロックされた領域２ ３０２ａと変形される
領域３０４ａの境界線のもっとも近い位置との距離との
比率を得た後、移動する方向３０３のその比率の分だけ
ロックされた領域２ ３０２ａを移動させる。移動後に
は図５のようにロックされた領域１ ３０１ｂとロック
された領域２ ３０２ｂが切り放されて移動した状態に
なる。

【００１６】手順１０８の、領域の変形について説明す
る。図５のように変形される前の状態の領域３０４ａ
を、図６のようにロックされた領域の形状に合わせて変
形する。変形される領域３０４ａ上のある点の位置ベク
トルをＰａ、Ｐａとロックされた領域１ ３０１ａまた
はロックされた領域２ ３０２ａの境界線のもっとも近
い位置との距離をｄ１、Ｐａと領域３０４ａの境界線の
もっとも近い位置との距離をｄ２とおく。さらに移動す
る方向３０３の方向ベクトルをＶで表す。変形後の点の
位置ベクトルＰｂは数１によって示される。

【００１７】

【数１】

【００１８】数１によって、変形される領域３０４ａ上
のの任意の点の変形後の座標を得ることができるので、
ポリゴンや自由曲面など変形される領域３０４ａの構成
要素を移動、変形する。この結果領域は図６ ３０４ｂ
のように変形される。

【００１９】手順１０９、１１０、１１１の誤差の比較
と構成要素の分割について説明する。手順１０８におけ
る変形では、３次元形状の限られた数の構成要素を移
動、変形するだけなので、変形された領域３０４ｂは数
１による計算結果を厳密に表すことができない。そこで
手順１０９で実際の変形後の形状と、変形前の形状と数
１から計算される理想的な変形後の形状のずれを比較す
る。具体的には変形前の領域３０４ａから何点かをサン
プリングし、その点の実際の変形後の座標と、数１によ
って計算される理想的な変形後の座標との距離を調べ
る。

【００２０】そしてその距離が一定以上である場合には
手順１１１で、距離が大きくなっている部分の構成要素
を分割する。分割後に再び手順１０８で構成要素の数の
増えた領域の形状を変形して理想的な形状に近づける。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態の例を図面を参
照して説明する。３次元形状がすべて３角形のポリゴン
によって構成される境界表現のソリッドモデルである場
合の実施の形態を示す。

【００２２】手順１０２はつぎのように実施される。図
７（ａ）３次元形状４０５は３角形ポリゴンで構成され
ている。操作者によって投影面４０２に入力された軌跡
４０３によって領域が指定される。もとの３角形ポリゴ
ンのままでは指定された領域をコンピューター内部で表
現することができないので、３角形ポリゴンを分割して
指定された領域４０６を得る。

【００２３】手順１０５から１１１はつぎのように実施
される。図８（ａ）ロックされた領域５０１ａを、操作
者が移動する方向５０３へ移動させる。手順１０８によ
る１回目の変形では、図８（ｂ）の変形された領域５０
２ｂを構成する３角形ポリゴンの数が少ないため、あま
りななめらかな形状にはならない。そこで手順１１１で
領域５０２ｂの３角形ポリゴンを分割して、図８（ｃ）
のように比較的滑らかな形状に変形させる。より滑らか
な形状を得るときには再び手順１１１でポリゴンを分割
する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果をもつ。

【００２５】操作者が投影面上に入力した軌跡を使っ
て、操作者が変形させたい３次元形状の任意の領域を指
定できることにより、３次元形状の変形操作が容易にで
きる。

【００２６】操作者が変形操作を行う前に、変形操作に
よって変形されない領域を指定できる。すなわち任意の
領域をロックすることができるので、操作者は重要な形
状を損ねることを気にしなくとも３次元形状の変形操作
を行える。

【００２７】３次元形状上の１点だけでなく、変形させ
る領域中のロックされた領域自体を移動させることで、
より自由な変形操作ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理の手順を示したフローチャートで
ある。

【図２】投影面に入力された軌跡から領域を指定する方
法を示す図である。

【図３】変形する領域の変形操作を示す図である。

【図４】変形する領域の変形操作を示す図である。

【図５】変形する領域の変形操作を示す図である。

【図６】変形する領域の変形操作を示す図である。

【図７】実施例における軌跡から領域を指定する方法を
示す図である。

【図８】実施例における変形操作を示す図である。

【符号の説明】

１０１から１１４ 本発明の各手順 ２０１ 視点 ２０２ 投影面 ２０３ 軌跡 ２０４ 線織面 ２０５ ３次元形状 ２０６ 投影図 ２０７ 指定された領域 ３０１ ロックされた領域１ ３０２ ロックされた領域２ ３０３ 移動する方向 ３０４ 変形される領域 Ｐ 領域上の点 Ｖ 移動ベクトル ｄ１ 点とロックされた領域１との距離 ｄ２ 点と変形される領域の境界との距離 ４０１ 視点 ４０２ 投影面 ４０３ 軌跡 ４０４ 線織面 ４０５ ３次元形状 ４０６ 指定された領域 ５０１ ロックされた領域 ５０２ 変形される領域 ５０３ 移動する方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影面上に操作者によって入力された曲
   線又は多角形による軌跡から、その軌跡の形状に合わせ
   て領域の境界線を定義することを特徴とする、３次元形
   状表面の任意の領域を指定する方法。
2. 【請求項２】 ３次元形状を変形する前に、３次元形状
   表面の複数の任意の領域をロックすることを特徴とす
   る、３次元形状の変形方法。
3. 【請求項３】 ３次元形状表面の指定された領域に包含
   されるロックされた領域のうち１つを３次元空間中で操
   作者が移動したり回転させたりすると、移動・回転され
   た領域の近くの形状は移動量が大きく、最初に指定され
   た領域の境界線近くの形状は移動量が少なく変形され
   て、ロックされた領域の形状には変化のないまま指定さ
   れた領域内部の形状がなめらかに変形されることを特徴
   とする、３次元形状の変形方法。
4. 【請求項４】 前記変形の際にロックされた領域の形状
   が変化しないことを特徴とする、３次元形状の変形方
   法。
5. 【請求項５】 ３次元形状の変形に合わせてその構成要
   素を自動的に細分割することを特徴とする３次元形状の
   変形方法。