JPH1097643A

JPH1097643A - 浮かし彫り形状等の３次元形状の定義方式

Info

Publication number: JPH1097643A
Application number: JP8249440A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujita; 宏藤田; Kiyoshi Aoki; 潔青木; Masayoshi Imabetsupu; 政好今別府; Akihiko Endo; 明彦遠藤; Yasushi Miura; 靖三浦; Yoshitaka Sunaga; 義隆須永; Naoto Sato; 尚登佐藤; Minoru Nakanishi; 実中西; Hisashi Hirano; 悠平野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】浮かし彫りのような多数の自由曲面より構成
される複雑な３次元形状を迅速かつ容易に定義・変更す
る。【解決手段】浮かし彫りの基準となる基準曲面を方程
式に基づいて定義する工程（３０１）と、その基準曲面
の各点の位置をその点における所定方向（例えば法線方
向）へずらす値をもった（すなわち基準曲面上の凹凸の
値をもった）ラスターイメージを定義する工程（３０
２）と、基準曲面とラスターイメージとの各点の対応関
係を定義する工程（３０３）と、スターイメージの値の
基準値を定義する工程（３０４）とを有し、これらの基
準曲面とラスターイメージとの位置関係と、スターイメ
ージの値の基準値と、ラスターイメージの所定方向への
移動量とを組み合わせて浮かし彫り形状等の３次元形状
を定義する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ支援
図形処理システムにおける形状生成に関し、特にＣＡＤ
（コンピュータ支援製図、設計）／ＣＡＭ（コンピュー
タ支援製造）／ＣＧ（コンピュータグラフィックス）シ
ステムに於ける浮かし彫り等の３次元形状の定義方式に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＧシステム等で３次
元形状を厳密に定義する場合には、３次元の面の形状は
方程式により表現される。この方程式には様々な種類が
あるが、面の形状はベジェ、Ｂ- スプライン、ＮＵＲＢ
Ｓ等の方程式により表現される点に特色がある。これは
「ＣＡＤ／ＣＡＭにおける曲線曲面のモデリング」（穂
坂衛著東京電機大学出版局）に詳しい。

【０００３】従来、操作者は、浮かし彫りのような多数
の自由曲面より構成される複雑な３次元形状、例えば図
１に示されるような３次元形状を定義する場合には、３
次元形状全体を複数の面に分けて、それらの面の一つ一
つについて方程式で形状を定義していた。また、その形
状を変更する際にも、操作者は、浮かし彫り形状を構成
する多数の自由曲面の一つ一つについて方程式を変更し
たり、或いは最初から再定義していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】彫刻や浮かし彫りの様
な多数の自由曲面より構成される複雑な形状をＣＡＤ／
ＣＡＭ／ＣＧシステムで正確に表現しようとした場合、
従来技術では、ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＧシステムでは、図
２のフローチャートに示されるように、操作者は浮かし
彫りの形状を、まず多数の一つの方程式で表される領域
に分割し（２０１）、次にそれらの領域の一つ一つにつ
いて、場合によっては隣接する面との接線連続、曲率連
続を考慮しながら方程式で形状を定義しなければならな
かった（２０２，２０３）。更に、そのようにして作成
された形状を修正する場合も（２０４）、多数の領域の
一つ一つについて形状の修正を行う必要があり浮かし彫
りのベースとなる面の形状が変わった場合や浮かし彫り
の模様そのものが変わった場合には、最初の領域の分割
から再定義しなければならなかった（２０５，２０１，
２０２，２０３）。そのため、浮かし彫りのような複雑
な面の形状を従来のＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＧにより定義と
変更を行うには、方程式による形状の定義に関する高い
スキルを持った人でも多大な労力と時間がかかってい
た。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、浮かし彫りのような多数の
自由曲面より構成される複雑な３次元形状を迅速かつ容
易に定義・変更することができるようにした浮かし彫り
等の３次元形状の定義方式を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る浮かし彫り
形状等の３次元形状の定義方式は、図３に示されるよう
に、浮かし彫りの基準となる基準曲面を方程式に基づい
て定義する工程（３０１）と、その基準曲面の各点の位
置をその点における所定方向（例えば法線方向）へずら
す値をもった（すなわち基準曲面上の凹凸の値をもっ
た）ラスターイメージを定義する工程（３０２）と、基
準曲面とラスターイメージとの各点の対応関係を定義す
る工程（３０３）と、ラスターイメージの値の基準値を
定義する工程（３０４）とを有し、これらの基準曲面と
ラスターイメージとの位置関係と、ラスターイメージの
値の基準値と、ラスターイメージの所定方向への移動量
とを組み合わせて浮かし彫り形状等の３次元形状が定義
される。また、このとき、スターイメージの所定方向へ
の移動量は、その最大値（正負双方向）が定義される
（３０３）。

【０００７】更に、定義された形状確認する場合には、
例えば基準曲面をポリゴン分割し、ポリゴンの各頂点の
位置をラスターイメージから定義される分移動し、変更
されたポリゴン形状を表示装置に表示させることにより
確認する（図８参照）。そして、上記において定義され
た形状を変更する場合には（３０６）、形状を定義した
上述の各処理（３０１〜３０５）における該当する定義
を変更して再定義することにより、変更後の新たな形状
を得る（３０７）。

【０００８】また、本発明においては、複数のラスター
イメージを定義した場合には、基準曲面と各ラスターイ
メージとの各点の対応関係がそれぞれ定義されることに
なるが、基準曲面の同じ場所に複数のラスターイメージ
をそれぞれ重ねるように組み合わせて複数回の設定を行
った場合には、基準曲面上の各点の位置は複数回の各設
定による移動の値の総和分だけ位置がずれることになる
（図９参照）。なお、基準曲面の各点の位置の移動の方
向は、基準曲面の各点における法線方向に限らず、任意
の１方向などもとり得る。

【０００９】ここで、本発明において使用されている用
語の定義を行う。基準曲面とは、図６に示されるよう
に、浮かし彫り形状の基準となる曲面形状である。ま
た、ラスターイメージとは、上限と下限を持つ値の２次
元配列である。基準曲面とラスターイメージとの位置関
係の定義とは、基準曲面の１点とラスターイメージの１
点との対応づけである。ラスターイメージの基準値と
は、ラスターイメージのどの値が基準曲面に一致するか
を定義する値である。最大移動距離とは、ラスターイメ
ージの上限と下限の値により、形状が基準曲面の法線方
向にどれくらいずれるかを定義する値である。

【００１０】本発明においては、操作者が、３次元形状
の定義及び変更を、基準曲面定義、ラスターイメージの
定義、基準曲面とラスターイメージとの各点の対応関係
の定義、ラスターイメージの基準値の定義及び最大移動
距離の定義、により迅速に、簡便に行うことができる。
また、複数のラスターイメージによる複数回の移動距離
の総和により形状が定義されている場合には、そのう
ちの１つのラスターイメージとそれに付随するパラメー
タ（基準曲面の定義、ラスターイメージの定義、基準曲
面とラスターイメージとの各点の対応関係の定義、ラス
ターイメージの基準値の定義、最大移動距離の定義）を
変更するだけで、部分及び全体の形状を簡単に変更する
ことができる。また、ラスターイメージを保存、使用す
ることにより、任意の面に対し適用できる浮かし彫り形
状等のライブラリーを作成し、使用することが可能にな
る。例えばこのライブラリーのデータを利用すること
で、浮かし彫り形状等の複雑な３次元形状を３軸又は多
軸でＮＣ切削を行うこともできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（実施形態１．）図４は本発明に係る浮かし彫り形状等
の３次元形状の定義方式が適用されるシステムのハード
構成を示すブロック図である。このシステムは、図示の
ように、中央計算機４０１、主記憶装置４０２、入出力
制御装置４０３、マウス４０４、キーボード４０５、外
部記憶装置４０６及び表示装置４０７からなり、各々の
構成要素はシステムバス４０８或いは類似の機構を通じ
て接続される計算機システム４００から構成されてい
る。

【００１２】図５は計算機システム４００によって実現
される本発明の実施形態の概念図である。計算機システ
ム４００上で、図５に示されるコマンド解析／処理部５
０１及び図形情報記憶領域５０２が構築され、更に、コ
マンド解析／処理部５０１及び図形情報記憶領域５０２
は入出力機構５０３を介して表示装置４０７、マウス４
０４及びキーボード４０５と接続される。

【００１３】図５において、操作者は、マウス４０４及
びキーボード４０５又はその何れかからコマンド入力を
行い、基準曲面の作成と選択、ラスターイメージの作成
と選択、基準曲面とラスターイメージの位置関係の設
定、ラスターイメージの基準値の定義、最大移動距離の
定義を行う。基準曲面の形状、ラスターイメージ、基準
曲面とラスターイメージとの位置関係、ラスターイメー
ジの基準値、ラスターイメージによる最大移動距離は、
図形情報記憶領域５０２に記憶され、同時に、定義され
た浮かし彫り形状が入出力機構５０３を介して表示装置
４０７に表示される。ラスターイメージは２次元の配列
の値であり、離散的であるため、基準曲面の各点に対応
するラスターイメージの値を求める際は、間の値は補間
して求められる事になる。

【００１４】図６は図１に示された浮かし彫り形状を定
義する際の処理過程を示したフローチャートであり、こ
のフローチャートに基づいて３次元の基準曲面に浮かし
彫り形状を定義する方法について説明する。ａ）手順６０１：従来の方程式による定義方法により浮
かし彫りの基準となる３次元形状（基準曲面）を定義す
る。ｂ）手順６０２：浮かし彫りのための、基準曲面から法
線方向に位置をずらすための値を定めるラスターイメー
ジを作成する。浮かし彫りの高くなるところ、低くなる
所を値の違いで表現したパターンが作成される。ｃ）手順６０３：基準曲面形状と、ラスターイメージと
の各点の対応関係を設定する。もとの３次元形状のどの
位置にどのような方向、サイズで浮かし彫りがつくかが
定義される。この定義によりラスターイメージの拡大又
は縮小が可能になる。

【００１５】ｄ）手順６０４：ラスターイメージのどの
値が、基準曲面からの移動距離が０になるかという基準
値を設定する。ラスターイメージの値はこの基準値を境
にし、基準形状から盛り上がるのか、彫り込まれるのか
が決定されることになる。ｅ）手順６０５：ラスターイメージの上限値と下限値に
よる最大移動距離を定義する。この値により、浮かし彫
りの場合は浮かし彫り形状の凹凸の高さが定義される。ｆ）手順６０６：手順６０５までで定義された最終的な
形状をポリゴン（多角形平面）分割し、３次元表示して
確認する。基準形状に浮かし彫りを加えた最終形状にそ
って多数のポリゴンを作成し、それを画面に表示する。
様々な方向から形状を見ることでその形状を確認するこ
とができる。ｇ）手順６０７：必要に応じて、上記の手順６０１、手
順６０２、手順６０３、手順６０４及び手順６０５の定
義を独立的に変更し、最終形状を変更する。またその変
更した形状は手順６０６により確認する。

【００１６】以上の処理により基準形状、浮かし彫りの
パターン、浮かし彫りの位置、浮かし彫りの基準値及び
浮かし彫りの高さ、のそれぞれの要素を独立に変更し、
最終形状を簡単に変更することができる。変更した最終
形状は、直ちに手順６０６により形状確認できるため、
試行錯誤しながら最終形状を作り込んでゆく事ができ
る。なお、手順６０２のラスターイメージの定義の処理
過程の詳細は図７のフローチャートで示され、手順６０
６の最終的な３次元形状の確認の処理過程の詳細は図８
のフローチャートで示される。

【００１７】図７はラスターイメージの定義の処理過程
の詳細を示したフローチャートである。ａ）手順７０１：ラスターイメージを作成又は変更す
る。２次元のイメージをペイントするソフト等を使用す
る事で、容易にラスターイメージを作成・変更できる。
例えばラスターイメージの凹凸（値）は描かれた絵の濃
淡の程度として表現される。ｂ）手順７０２：必要に応じて、ラスターイメージの値
の分布を確認する。ラスターイメージ上で２点（Ａ，
Ａ’）を指定し、その２点を結ぶ線分（Ａ−Ａ’）を上
での値の変化を確認する。これは断面図に相当する。ｃ）手順７０３：必要に応じて手順７０１に戻り、ラス
ターイメージを変更する。

【００１８】図８は浮かし彫り形状の３次元形状の確認
の処理過程の詳細を示したフローチャートであり、ここ
では浮かし彫りが入った形状の３次元での確認について
説明する。ａ）手順８０１：浮かし彫りが入った形状の基準形状
を、浮かし彫りが存在する範囲においてはその浮かし彫
り形状を表現できるくらい細かく分割されるように、全
体をポリゴン分割する。ｂ）手順８０２：各ポリゴンを構成する頂点を、手順６
０２、手順６０３、手順６０４及び手順６０５で設定し
た定義に従い、法線方向に移動する。ｃ）手順８０３：手順８０２により変更されたポリゴン
形状を、３次元グラフィックワークステーションのポリ
ゴン表示機能を使用して様々な方向から見ることで確認
することができる。

【００１９】（実施形態２．）ここでは、浮かし彫りの
ための基準形状からの点の移動を、複数のラスターイメ
ージを使用して多層で定義する例について説明する。こ
の実施形態２においては、実施例１の図６のフローチャ
ートを図９のフローチャートに置き変えるものとし、そ
れ例外はもの（図４，図５，図７，図８）については同
一である。

【００２０】図９はこの実施形態２における浮かし彫り
形状を定義する際の処理過程を示したフローチャートで
ある。ａ）手順９０１：従来の方程式による定義方法で、浮か
し彫りの基準となる３次元形状を定義する。浮かし彫り
形状がない場合のおおもとの３次元形状を作成する。ｂ）手順９０２：ラスターイメージの番号に、変数Ｉを
用意し、その値に１を初期値として設定する。ｃ）手順９０３：浮かし彫りのための、基準曲面から法
線方向に位置をずらすための値を定めるＩ番目のラスタ
ーイメージを作成する。浮かし彫りの高くなる所或いは
低くなる所を、値の違いで表現したパターンが作成され
る。

【００２１】ｄ）手順９０４：基準曲面形状と、Ｉ番目
のラスターイメージとの各点の対応関係を設定する。Ｉ
番目のラスターイメージによりもとの３次元形状のどの
位置にどのような方向、縮尺で浮かし彫りがつくかが定
義される。ｅ）手順９０５：Ｉ番目のラスターイメージのどの値
が、基準曲面からの移動距離が０になるかという基準値
を設定する。これにより、Ｉ番目のラスターイメージに
よる浮かし彫り形状が、基準形状から盛り上がるのか、
彫り込まれるのか、或いはその両方を持つのかという浮
かし彫りの方向が決定される。ｆ）手順９０６：Ｉ番目のラスターイメージの上限値と
下限値による移動距離を定義する。この値により、浮か
し彫り形状の凹凸の高さが定義される。

【００２２】ｇ）手順９０７：手順９０６までで定義さ
れた最終的な形状をポリゴン（多角形平面）分割し、３
次元表示して確認する。基準形状に浮かし彫りを加えた
最終形状にそって多数のポリゴンを作成してそれを表示
装置４０７に表示する。様々な方向から形状を見て形状
を確認する。ｈ）手順９０８：必要に応じ、Ｉの値に１を加えて、手
順９０２に戻る。これにより複数のラスターイメージ及
びそれに付随する手順９０３、手順９０４、手順９０５
及び手順９０６のパラメータが追加され、最終的な形状
は、手順９０１の基準形状の各点が、複数のラスターイ
メージとそれに付随するパラメータによる複数の値が総
和された値だけ移動したものになる。ｉ）手順９０９：必要に応じて、上記手順９０１、およ
び、各ラスターイメージについての手順９０３、手順９
０４、手順９０５及び手順９０６の定義を独立的に変更
し、最終形状を変更する。

【００２３】以上の処理により基準形状、浮かし彫りの
パターン、浮かし彫りの位置、浮かし彫りの方向、浮か
し彫りの高さ、のそれぞれの要素を独立に変更し、最終
形状を簡単に変更することができる。なお、手順９０７
で変更した最終形状は、直ちに手順９０６により形状確
認できるため、試行錯誤しながら最終形状を作り込んで
ゆく事ができる。

【００２４】なお、実施形態１と同様にして、手順９０
３の詳細は図７のフローチャートに、手順９０７の詳細
は図８のフローチャートに示される。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基準曲面
とラスターイメージとの位置関係と、スターイメージの
値の基準値と、ラスターイメージの所定方向への移動量
とを組み合わせて浮かし彫り形状等の３次元形状を定義
するようにしたので、次のような優れた効果が得られて
いる。ａ）従来の手法ではほぼ不可能であった浮かし彫り形状
等の複雑な３次元形状の定義と確認を、誰でも迅速に簡
単に可能にする。ｂ）従来手法ではほぼ不可能であった浮かし彫り形状等
の複雑な３次元形状の変更を、基準曲面の変更、ラスタ
ーイメージの変更、基準曲面とラスターイメージの位置
関係の変更、ラスターイメージの基準値の変更、最大高
さの変更、の方法により、誰でも迅速かつ簡単に可能に
する。ｃ）ラスターイメージ及びそれに関連するパラメータ
（基準値、最大高さ、基準曲面との位置関係）を複数、
同時に指定可能であるため、或るラスターイメージは大
きな形状のパターンを定義し、別のラスターイメージは
詳細な形状のパターンを定義するといったように、形状
を各ラスターイメージ毎に別個に設定し、それを足し合
わせて形状定義をすることができる。修正は個別のラス
ターイメージ毎に行えば良いため、形状の修正もさらに
簡単に行う事ができる。ｄ）浮かし彫り形状定義に作成したラスターイメージを
形状ライブラリーとして保存することにより、任意の面
に任意の位置、移動距離で適用可能な浮かし彫り形状ラ
イブラリーの作成・使用を可能にする。ｅ）本発明の形状定義方式を使用することにより、従来
手法ではほぼ不可能であった浮かし彫り等の複雑な３次
元形状がＣＡＤで定義でき、このため、ＣＡＤのデータ
を使用してのＣＡＭによる浮かし彫り形状等の３軸加工
又は多軸加工でのＮＣ切削が可能になると同時に、光造
形システムによる光硬化樹脂による形状作成が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】浮かし彫りがある複雑な３次元形状の例を示し
た図である。

【図２】従来手法による形状定義及び変更の処理過程を
示したフローチャートである。

【図３】本発明における形状の定義方式の処理過程を示
したフローチャートである。

【図４】本発明が適用されるシステムのハード構成を示
すブロック図である。

【図５】本発明の実施形態の概念図である。

【図６】本発明の実施形態１において浮かし彫り形状を
定義する処理過程を示したフローチャートである。

【図７】図６のフローチャートにおけるラスターイメー
ジの定義の処理過程の詳細を示したフローチャートであ
る。

【図８】図６のフローチャートにおける浮かし彫り形状
の３次元形状の確認の処理過程の詳細を示したフローチ
ャートである。

【図９】図９は本発明の実施形態２における浮かし彫り
形状を定義する処理過程を示したフローチャートであ
る。

フロントページの続き (72)発明者遠藤明彦神奈川県川崎市幸区堀川町580番地株式会社エヌ・ケー・エクサ内 (72)発明者三浦靖神奈川県川崎市幸区堀川町580番地株式会社エヌ・ケー・エクサ内 (72)発明者須永義隆神奈川県川崎市幸区堀川町580番地株式会社エヌ・ケー・エクサ内 (72)発明者佐藤尚登神奈川県川崎市幸区堀川町580番地株式会社エヌ・ケー・エクサ内 (72)発明者中西実神奈川県川崎市幸区堀川町580番地株式会社エヌ・ケー・エクサ内 (72)発明者平野悠東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浮かし彫りの基準となる基準曲面を方程
式に基づいて定義する工程と、前記基準曲面の各点の位置をその点における所定方向へ
ずらす値をもったラスターイメージを定義する工程と、前記基準曲面とラスターイメージとの各点の対応関係を
定義する工程と、ラスターイメージの値の基準値を定義する工程とを有
し、前記基準曲面とラスターイメージとの位置関係と、スタ
ーイメージの値の基準値と、ラスターイメージの所定方
向への移動量とを組み合わせて３次元形状を定義するこ
とを特徴とする浮かし彫り形状等の３次元形状の定義方
式。
【請求項２】前記ラスターイメージの所定方向への移
動量は、その最大値が定義されることを特徴とする請求
項１記載の浮かし彫り形状等の３次元形状の定義方式。
【請求項３】前記所定方向は、前記基準曲面の各点に
おける法線方向であることを特徴とする請求項１又は２
記載の浮かし彫り形状等の３次元形状の定義方式。
【請求項４】複数のラスターイメージが定義され、前
記基準曲面と各ラスターイメージとの各点の対応関係を
定義することを特徴とする請求項１、２又は３記載の浮
かし彫り形状等の３次元形状の定義方式。
【請求項５】前記基準曲面をポリゴン分割し、ポリゴ
ンの各頂点の位置をラスターイメージから定義される分
移動し、変更されたホリゴン形状を表示装置に表示させ
ることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の浮か
し彫り形状等の３次元形状の定義方式。