JPS63118880A - 形状モデリング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＣＡＥ　、ＣＡＤ　、ＣＡＭシステムのよう
な計算機を用いた設計・生産における諸作業の自動化シ
ステムの構築において核となる形状モデリングに係り、
特に対話形操作に好適な手法に関する。

〔従来の技術〕

従来の製図システムで生成される図面に代表される二次
元図形のデータから対象三次元形状のデータを生成する
手法を用いた形状モデリングシステムでは、ＪＩＳなど
の機械製図法で定められた、三面図と呼ばれる正面図、
平面図、側面図を組み合わせて三次元形状を生成するも
ので、これら二次元図形の記述方法は限定されたもので
あった。

上述の形状モデリングシステムに関しては、例えば、昭
和５８年７月５日共立出版株式会社発行の「コンピュー
タ・エイテッド・テクノロジ」の第４３頁〜第４５頁に
記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は機械製図法で扱う複数段階の階層構造を
もつ二次元図形のデータを用いて三次元形状データを作
成することができず、三次元化の対象とする二次元図形
の記述方法が三面図による記述方法に限定されていた。

そのため設計者が慣れ親しんできた機械製図法に基づく
二次元図形の記述方法をその入力手段として有効に活用
することができなかった。また製図システムなどで既に
作成済みの設計図面のデータを三次元形状データの作成
のための基礎データとして有効に利用することができず
、マンマシンインターフェイスの性能向上に問題があっ
た。

本発明の目的は機械製図法で扱う複数段階の階層構造を
もつ二次元図形のデータを用いて三次元形状データを作
成することを可能にする形状モデリングシステムを提供
することにある。

〔発尋４解決するための手段〕 上記目的は図面要素を構成する各二次元図形に対し、二
組の二次元図形で決まる生成対象形状に定義された局所
座標系と、生成対象形状に定義された主座標系に至る木
構造とを表す複数の二次元座標系要素のデータを生成す
る。生成された複数の二次元座標系要素を有する二次元
図形に表現された有限平面のデータとこれがどの面の投
影なのかを示す複数の二次元座標系要素を有する他方の
二次元図形を構成する線要素のデータを与え、生成対象
三次元面要素のデータを生成する。生成された三次元面
要素のデータと既作成の三次元面モデルのデータの整合
をとることにより達成される。

〔作用〕

オペレータが二次元図形上に座標軸要素のデータを入力
すると、演算装置は二次元座標系要素のデータを生成し
、二組の二次元図形上の二次元座標系要素のデータから
三次元座標系要素とその木構造を生成し、これらのデー
タをデータベースに格納する。オペレータがコマンドを
選択し、所要のパラメータを入力すると、演算装置が作
動し、オペレータが入力したパラメータとデータベース
から呼び出された二次元図形、二次元座標系要素。

三次元座標系要素およびその木構造のデータを用いて三
次元形状データを生成する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図によって説明する。

Ａ　システムの基本構成 第１図に示すように、本形状モデリングシステムではグ
ラフィックディスプレイ３、タブレットとスタイラス４
あるいはキーボード５などの入力手段を介して、コマン
ドとそのパラメータを人力し、演算装置２を作動させ、
二次元ワイヤフレーム生成処理部９で二次元ワイヤフレ
ームのデータを作成し、これをデータベースに６格納す
る。

次に二次元図形生成処理部１０で、演算装置２を作動さ
せ、二次元ワイヤフレーム生成処理部９で生成された二
次元ワイヤフレームのデータを用いて二次元図形のデー
タを生成しく二次元ワイヤフレームの要素である線要素
にそれを含む二次元図形の識別データを与えるなど）、
生成し九二次元図形のデータをデータベース７に格納す
る。

次に二次元座標系生成処理部１１で、演算装置２を作動
させ、二次元図形のデータをデータベース７より呼び出
し、各二次元図形要素に属する複数の二次元座標系要素
（二組の座標軸要素など）のデータを生成する。

上記処理部９〜１１で作成された二次元図形、二次元座
標系（まとめて二次元ワイヤフレーム図形と呼ぶ）のデ
ータを演算装置２を作動させて、データベース７に格納
する。

次に、データベース７から前記入力手段４゜５、演算装
置２を作動させて、二次元図形のデータを呼び出し、こ
の二次元図形のデータを用いて、二次元面・線モデル生
成処理部１４で二次元の形状モデルを作成し、得られた
二次元形状データをデータベース１３に入力する。ある
いは三次元線モデル生成処理部１５、三次元面モデル生
成処理部１６、閉曲面中実体モデル生成処理部１７で三
次元の形状モデルを作成し、得られた形状モデルのデー
タをデータベース１２に格納する。

Ｂ　三次元面モデル生成処理 次に第１図の形状モデル生成処理部の中で処理の共通性
の高い三次元面モデル生成処理を例にとり、対話システ
ムの場合を第２図、第３図〜第８図を用いて説明する。

Ｂ　１．　　対話処理の概要 第２図に示すように二次元ワイヤフレームのデータを用
いて、三次元面モデルを生成する処理過程は以下に示す
コマンド処理ステップから構成される。

まずステップ１８でオペレータが二次元ワイヤフレーム
の呼び出しコマンドと所要のパラメータを入力すると、
第１図に示すように演算装置２が作動し、製図システム
などで作成された二次元ワイヤフレームのデータがデー
タベース６より呼び出され、それが表現する図形（二次
元ワイヤフレーム）がグラフィックディスプレイ３上に
表示される（第３図参照）。

次にステップ１９でオペレータが二次元図形生成コマン
ドと所要のパラメータを入力すると、演算装置２が作動
し、二次元ワイヤフレームのデータが複数の図形（線要
素のあっまり）のデータに変換され、それが表現する図
形（二次元図形）がグラフィックディスプレイ上に表示
される（第４図に示すようにＣＲＴ上には生成された各
二次元図形の識別番号が表示される）。

次にステップ２１でオペレータが二次元座標系生成コマ
ンドと所要のパラメータを入力すると、演算装置２が作
動し、各二次元図形要素を三次元化するためのデータが
作成される。二次元座標系生成コマンドはｙ軸、ｙ軸。

２軸Ｉ　Ｘｌｌ軸ｔ　）’１１軸、ｚ１１軸などのコマ
ンド群からなり、オペレータは例えばＸ軸コマンドを選
択し、原点と座標軸の正の方向、生成対象立体に定めら
れた三次元座標系の階層レベルと識別番号を表わす添数
ｉｊ（主座標系の階層を表わす添数を０１とする）のデ
ータを入力する。このように二組の上記座標軸のデータ
が入力されると、後述の生成対象立体に定められた三次
元座標系とその主座標系に至る木構造のデータが生成さ
れる。このときグラフィックディスプレイ上にはオペレ
ータが入力した二次元座標系が各二次元図形の所定の位
置に表示される（第５図参照）。この二次元座標系生成
コマンドの入力は主座標系を頂点とする木構造のデータ
が完備な形で記述されるまで繰り返し行われる。

次に処理ステップ２１で、上記処理で生成された複数の
座標系要素を有する二次元図形のデータを用いて三次元
面モデルを作成する（第６図）。

処理ステップ２１１の有限平面生成コマンド処理ではオ
ペレータがグラフィックディグレイに表示さｎた二次元
図形要素が表現する有限面の内点あるいはあらかじめ自
動的に作成された有限平面の全体の中から三次元化の対
象となる有限平面を印した二次元図形を指示すると、演
算装置２が作動し、投影面、断面、展開面などの二次元
有限平面のデータが生成される。

次の処理ステップ２１２ではオペレータが処理ステップ
２１１で生成された有限平面の種類（投影面、断面、展
開面など）に応じたコマンドと所要のパラメータを入力
すると、演算装置が作動し、二次元図形、二次元座標系
のデータを用いて有限平面、さらには対象三次元面のデ
ータが生成される。

このようにして作成さｎ九三次元面のデータは既作成の
三次元線、面、閉曲面中実体のデータと結合され、整合
性のとれた三次元幾何形状モデルのデータが生成さｎる
。

次に、生成さｎた三次元面を展開図形（二次元）で修正
したい場合はステップ２４に移る。

ステップ２４ではオペレータが展開図形生成コマンドお
よび所要のパラメータを入力すると、演算装ｃｔ２が作
動し、既作成の三次元面要素が二次元に展開され、二次
元座標系要素を有する二次元図形要素のデータが生成さ
ｎる。さらに補助コマンドで生成された二次元図形要素
のデータが修正され、得られた二次元図形要素のデータ
を用いて、前記の有限回生成、展開面の三次元化処理コ
マンドで対象三次元面のデータが生成される。

また、既作成の三次元面に新たに三次元面要素を追加す
る場合はオペレータはステップ２３の三次元面張り処理
で平面１円筒などのコマンドを選択し、グラフィックデ
ィスプレイ上の生成対象三次元面要素を構成する三次元
点（頂点）、線要素（稜線）を指示し、対象三次元面要
素のデータを生成する（第７図参照）。

上述の処理ステップ１８〜２４を対象三次元形状を構成
する全ての面要素を作成するまで繰り返す。

以上が対象三次元形状を三次元面要素の集合として記述
する場合である。生成された三次元面を閉曲面中実体モ
デル（境界表現モデル）として計算機に記述するには処
理ステップ２５の三次元面→中実体コマンドで三次元面
モデルを構成する各面要素の向きを所定の向きに整え、
三次元面モデルデータを閉曲面中実体モデルデータに変
換する（第８図参照＼また、閉曲面中実体モデルデータ
を三次元面モデルデータに逆変換する場合も、中実体→
二次元面コマンドで必要に応じて行われる（この場合、
各面要素の向きは同じであるが計算機内のデータは三次
元面モデルとして記述され、面要素削除などの面要素単
位のコマンド処理操作が可能となる）。

これらのコマンド処理ステップで生成された三次元形状
のデータはステップ２６の形状登録コマンド処理ステッ
プで三次元形状データベースに格納される。

Ｂ２．ＣＲＴ表示例 次に第２図の処理過程を具体的なモデルを例にとシ、第
３図〜第８図のＣＲＴ画面上に表示された絵を用いて説
明する。

第３図の二次元ワイヤフレーム表示は第２図の処理ステ
ップ１８によりデータベース６（第１図）から呼び出さ
ｎた二次元ワイヤフレームａを表示したものである。

第４図の二次元図形表示は第２図の処理ステップ１９で
生成された二次元図形要素ＦｌｙＦ２を表示したもので
、図のａｌｔ８２は第３図の二次元ワイヤフレーム表示
の二次元ワイヤフレームａを分割し、生成したことを示
す。

第５図の座標系表示は第２図の処理ステップ２０で生成
された二次元座標系を表示したもので、第４図の二次元
図形表示の二次元図形表示の二次元図形要素Ｆｌ　ｔＦ
２に二次元座標系すが与えられたことを示したものであ
る。

第６図の面定義（三次元）表示は第２図の処理ステップ
２１１で、二次元図形要素Ｆ１が表現する有限平面の内
点ｐもしくは自動的に生成された有限平面を印した特定
の図形を指示することにより、有限平面ｆ１（）・ツチ
ング）を取出（この場合ｆ１は投影面）、第２図の処理
ステップ２１２で、有限平面ｆ１がどの面の投影面なの
かを示す二次元図形要素Ｆ２に属するワイヤフレーム要
素ｅ１を指示して三次元面要素ｆを生成する過程を示し
たものである。

第７図の面定義（三次元）表示は第２図の処理ステップ
２３で、既作成の二つの三次元面要素ｆ２を構成する二
つの三次元線要素ｅ２　ｔ　ｅ３を指示し、新たに三次
元面要素ｆ３（ハツチング）を生成する過程を示したも
のである。生成された三次元面要素ｆ３はオペレータの
コマンド選択により指定された補間面種（平面２円筒、
自由曲面など′）に応じて二次元空間に写像し、その空
間で線形に補間することにより二次元境界を作成し、こ
れを三次元空間に逆写像することにより作成する。

第８図の面・中実体表示は第２図のステップ２５の処理
過程を図示したもので１既作成の三次元面モデルの構成
要素（三次元面要素）のなかで生成対象中実体モデルの
構成要素となる三次元面要素の全体ｆ４を中実体の実体
側を示す方向Ｃに合わせることにより中実体モデルを生
成する過程を示したものである。

次に本発明の特徴である親子関係を有する二次元図形の
データを生成、三次元化し、三次元面モデルのデータを
生成する部分の詳細を第９図〜第１６図を用いて説明す
る。

第９図は第１０図の三次元形状を記述するために製図シ
ステムで作成された二次元ワイヤフレームの例を示した
ものである。第９図では第１０図の三次元形状の面要素
を表現する二次元図形はＣＲＴの任意の位置に、任意の
倍率（スケール）で表示されておシ、厳密な三面図法で
記述されたものではない。

第１１図に示すように、本形状モデリングシステムでは
この二次元ワイヤフレーム（第９図）をＦ１〜Ｆ６の６
個の二次元図形要素に分割する（第２図処理ステップ１
９）。

ま念、第１２図に示すように、Ｆ１〜Ｆ６の６個の二次
元図形要素に対して９個の二次元座標系要素を与える（
第２図処理ステップ２０）。

次に、これらの二次元図形要素を用いて三次元面モデル
を生成する処理を行なう。まず二次元ワイヤフレーム（
第１２図）の中から三次元化の対象となる有限平面を構
成する二次元ワイヤフレームだけを取出、有限平面を生
成する（第２図処理ステップ２１１）。次に、生成され
た投影面、断面９回転面などの有限平面を三次元化する
（第２図処理ステップ２１２）。

第１３図、第１４図は第１４図のＨｌ（ハツチング）の
三次元化の過程を示したもので、オペレータは、まず所
定のコマンドを選択し、面要素Ｈ１を二次元的に記述し
た有限平面ｆｌの任意の内点ｐを指示し、有限平面ｆ１
を構成する二次元ワイヤフレームだけを二次元図形Ｆ２
の二次元ワイヤフレームの中から取り出す。さらに取り
出された有限平面ｆ１が三　　１次元形状のどの面を投
影し友かを示す二次元図形Ｆｌの二次元ワイヤフレーム
要素ｅ１　を指示する。このコマンド入力法は親子関係
を有する他の二次元図形要素間に対して同様に適用する
ことができる。例えば、第１５図。

第１６図に示すように面要素Ｈ２（ハツチング）を生成
するには、オペレータは所定のコマンドを選択し、面要
素Ｈｚ′ｔ−二次元的に記述した有限平面ｆ２の任意の
内点ｐ２金指示し、取り出された有限平面ｆ２が三次元
形状のどの面を投影したかを示す二次元図形Ｆ４の二次
元ワイヤフレーム要素ｅ２を指示すればよい。

Ｃ三次元形状生成処理アルゴリズム ここでは前述Ｂ、のコマンド処理で二次元図形モデルの
データを生成し、得られたデータを用いて三次元形状の
データを生成する処理アルゴリズムを計算機にかかる負
荷の少ない対話システムを例にとり説明する。

Ｃ１，二次元図形モデル生成処理アルゴリズム第２図の
処理ステップ２０の座標系生成処理のアルゴリズムを第
１７図のフローチャート図、第１８図〜第２０図の図を
用いて説明する０ まず、第１７図の処理ステップ２０１では。

第１８図のａｌに示すように、座標軸の原点ｐｓ　、座
標軸の原点１）ｓからの方向を示す方向指示点ｐｍｒｘ
＊Ｙ＊ｚなどの座標軸の種類、木構造を有する三次元座
標系の要素の添数ｉ。

ｊのデータをＳｐでオペレータが入力したパラメータに
より生成する（第１８図のａｌの例では、座標軸要素積
Ｘ１階層レベルｉ＝１、同一階層レベルの識別番号ｊ−
２）。

次の処理ステップ２０２では、まず対象二次元図形要素
上の既作成座標軸要素と処理ステップ２０１で生成され
た一個の座標軸要素の組合せで一個の二次元座標系要素
が構成されるかどうかを判定する。この判定処理ではま
ず、二つの座標軸要素が原点を共有しかつ直交するか、
二つの座標軸要素積がｘ−ｙなどの二次元座標系要素の
構成条件を満たすか、二つの座標軸要素の階層レベルｉ
が等しくかつ識別番号ｊが異なるかどうかなどを調べる
。

二次元座標系要素が構成されない場合にはその旨のメツ
セージを発行し、パラメータ入力前の状態ＳＰに戻す。

次に、二次元座標系要素が構成される場合には既作成二
次元座標系要素と重複しないかどうかを判定する。二次
元座標系要素が既作成二次元座標系要素と重複する場合
は例えば二次元座標系の第１軸が入力された。オペレー
タの入力ミスなどのメツセージを発行し、パラメータ入
力前の状態Ｓｐに戻す。二次座標系要素が既作成二次元
座標系要素と重複しない場合は二次元図形要素と連結し
た一つの二次元座標系要素を生成する。第１８図の８１
０例では入力された座標軸要素Ｘ１２のデータは、既作
成座標軸要素Ｚ１２のデータとで第１７図の２０１，２
０２の処理ステップで二次元図形要素Ｆｌ上の一つの二
次元座標系要素Ｘ１２−ｚｔｚのデータを生成する。

次の処理ステップ２０３〜２０５では、上記で生成され
た二次元座標系要素と既作成二次元座標系の要素とで一
つの三次元座標系要素（唯一の主座標系あるいは局所座
標系を表わす三次元座標系要素）を構成するかどうかを
判定する。処理ステップ２０３と処理ステップ２０４に
より三次元座標系要素を構成しない場合はステップ２０
５により新たに生成された二次元座標系要素が属する二
次元図形要素以外の他の二次元図形要素の全体に属する
二次元座標系要素の全てに対して三次元座標系要素の構
成の有無を調べる処理ステップ２０３．２０４を繰り返
す。この処理の結果、既作成のどの二次元座標系要素と
も三次元座標系要素を構成しない場合はパラメータ入力
前Ｓｐに処理を戻す。三次元座標系要素を構成する場合
は処理ステップ２０６で、得られた三次元変換マトリッ
クスを有する三次元座標系要素を既作成の主座標系（三
次元座標系要素）を頂点とする三次元座標系要素で構成
さｎる木構造（三次元座標系）の中に編入する。第１９
図の例では新たに作成された二次元座標系要素Ｘ１２　
　”１２は二次元図形要素Ｆ５に作成済みのａ２で示さ
れる二次元座標系要素Ｘ１２−Ｙ１２（あるいはｙ）と
で一つの局所三次元座標系要素Ｘ１２−Ｙｘｚ　（ある
いはｙ）−ｚｔｚ　を構成する。また、主座標系ｘ　−
ｙ　−ｚは二次元図形Ｆｌ上の二次元座標系要素ｘ−ｚ
と二次元図形ＦＺ上の二次元座標系要素ｙ−ｚとを組合
せて作成されており、局所三次元座標系要素Ｘ１２−ｙ
ｘｚ（あるいはｙ）−Ｚｘｚが作成された段階では、第
１９図に示すように、この局所三次元座標系要素Ｘ１２
−ｙ　１２　（あるいはｙ）−２１ｚから主座標系ｘ−
ｙ−ｚへの変換データ（三次元の座標変換マトリックス
）を作成することができる。この段階では主座標系ｘ　
−ｙ　−ｚと局所三次元座標系要素Ｘ１２−ｙｔｚ（あ
るいは）’）−１１２は第２０図のような木構造を生成
する。この第２０図の例では新九に作成された局所三次
元座標系要素Ｘ１２−Ｙｕ　　（あるいはｙ）″Ｚ１２
からは既作成の主座標系ｘ　−ｙ　−ｚとの連結（上方
向への枝の作成）しか行なわれないが通常の既作成の三
次元座標系への編入では上下の両方向への枝を作成する
（第１７図ステップ２０６）０このとき、三次元座標系
要素を要素とする木構造が不完全である場合はその旨を
ＣＲＴ表示でオペレータに知らせ、処理Ｔｈ５ｐのコマ
ンド入力前の状態に戻す。

このようにしてオペレータが入力したパラメータから三
次元座標系要素を、さらにそれを要素とする木構造を生
成してゆく。

以上の第１７図の処理ステップ２０１〜２０７で示され
る一連の処理がオペレータが意図する木構造が完成され
るまで繰り返し行われ、第２図の処理ステップ２０の座
標系デ−タ生成処理が行われる。

Ｃ２，三次元形状生成処理アルゴリズム次に、Ｃ１で述
べた処理アルゴリズム゛で生成された二次元図形のデー
タを用いて三次元形状のデータを生成する処理アルゴリ
ズムの例を説明する。

第２図の処理ステップ２１の面定義処理のアルゴリズム
を第２１図のフローチャート図第２２図〜第２６図を用
いて説明する。

まず、第２１図の処理ステップ３０１では、第２２図に
示すように、オペレータのコマンド選択とパラメータ入
力により、生成対象三次元面を表わす二次元有限面（生
成対象二次元有限面と呼ぶ）の任意の内点ｐ（図面座標
系の座標値）のデータと生成対象二次元有限面がどの面
を直投影したものかを示す二次元ワイヤフレーム要素ｅ
のデータを生成する。

次の処理ステップ３０２では、処理ステップ３０１で生
成された生成対象二次元有限面の任意の内点ｐおよび二
次元ワイヤフレーム要素ｅのデータなどから生成対象二
次元有限面の境界の線要素が属する二次元図形要素Ｆｐ
、生成対象二次元有限面ｆｐのデータなどを生成する。

第２２図の例では二次元図形要素Ｆ６、生成対象二次元
有限面ｆ１のデータなどが生成される。

処理ステップ３０３では処理ステップ３０２・で点Ｐよ
り生成された二次元図形要素ＦＰに属する二次元座標系
要素の全体（ａＦｙ、ｉ’ｉ−１，２，・・・、ｎ）と
二次元ワイヤフレーム要素ｅの属する二次元座標系要素
の全体（ａＦｅ＋ｊｔｊ−１ｔｌ・・・ｍ）を生成する
。第２２図の例では点Ｐより生成される二次元図形要素
Ｆ６に属する二次元座標系要素の全体（ａＦｓ。

！）（この例では１個のみ）と二次元ワイヤフレーム要
素ｅが属する二次元図形要素Ｆ４に属する二次元座標系
要素の全体１　ａＦａ、ｔ＋ａＦ４．ｚ）が生成される
。

次に処理ステップ３０４によりこれらの二組の二次元座
標系要素の中で三次元座標系要素を構成する二次元座標
系要素の組（ａＦｐ。

ｋｐ　ａＦａ　ｔ　ｔ　）が唯一存在するかどうか調べ
る。もしこのような三次元座標系要素を構成するような
二次元座標系要素の組が存在しない場合はこれ以降の三
次元化処理の継続が不可能であるのでエラメツセージを
発行してオペレータにその旨を通知して処理を終了させ
る。第２３図の例では二次元座標系要素ａＦｅｖ１とａ
Ｆ４，２が組となって三次元座標系要素Ｘ２１−）’２
１　２２１　ｋ構成するので処理ステップ３０４により
ａＦＰ＋に＝ａＦ６＋１＋ａＦｅ＋ｔ−ａＦ４＋２と求
める。

次に処理ステップ３０５により、これまでの処理で得ら
れた三次元座標系製素人、生成対象二次元有限面ｆに次
元ワイヤフレーム要素ｅのデータを用いて生成対象三次
元面Ｓを生成する。ここで生成された三次元面Ｓは三次
元座標系要素Ａが主座標系要素でない限り生成対象三次
元面Ｓが属する局所三次元空間である。この局所三次元
空間での生成対象三次元面Ｓの生成方法は以下の通シ、
三次元座標系要素Ａを構成している２つの二次元座標系
要素ａ　Ｆｐ　ｔ　ｋ　、ａ　Ｆ６１　ｔを用いて生成
対象二次元有限面ｆ１と二次元ワイヤフレーム要素ｅが
表わす曲面を局所三次元座標系Ａに変換し、それぞれ二
次元的有限面ｆ８　と曲面Ｍを生成する。生成対象三次
元面Ｓはこの局所三次元座標系Ａ上でｆ８をＭに直投影
することにより生成される。第２４図の例では三次元座
標系要素Ｘ　２１−　）’２１−　ｚ２１を構成する二
組の二次元座標系要素Ｘ２ｌ−２２１とＹ２１−１２１
を用いて生成対象二次元有限面ｆｌより二次元的有限面
ｆｅ、二次元ワイヤフレーム要素ｅ′（二次元ワイヤフ
レーム要素ｅを二次元座標系Ｘ２１　　）’２１に変換
したもの）より曲面Ｍを生成する。生成対象三次元面Ｓ
は三次元座標系Ｘ２１　　Ｙ２１Ｚｚ１上でｆｏをｄの
方向で曲面Ｍ上に直投影することにより生成される。

処理ステップ３０６では処理ステップ３０６で生成され
た局所三次元座標系上での生成対象三次元面Ｓを三次元
座標系製素人と第２図の処理ステップ２０の座標系生成
処理部で生成されている。三次元座標系要素の木構造を
用いて主座標系での三次元面Ｓ′　に変換する。

この変換は次のようにして行なう。三次元座標系製素人
が既作成の三次元座標系要素の木構造でどの位置にある
かを調べる。三次元座標系製素人が主座標系以外の場合
は本構造に主座標系まで変換するためのデータがあるの
でこれを用いて主座標系における生成対象三次元面Ｓ′
を生成する。第２５図の例では第２４図で生成対象三次
元面Ｓの生成を行った三次元座標系）ｊｚｌ−Ｙ２１−
Ｚ２１は三次元座標系要素の木構造で階層が２番目にあ
るので生成対象三次元面Ｓを主座標系ｘ−ｙ−ｚに変換
して生成対象三次面ＳＩを生成するためにはＳにＩＩ２
−　ＩＩＩの順で変換マトリックスを掛は合わせてゆけ
ばよい。

以上の処理ステップで生成され次主座標系ｘ−ｙ−ｚに
おける生成対象三次元面Ｓ′は次の処理ステップ３０７
により、既作成の三次元面モデルのデータとの整合性を
とり、得られた三次元面モデルのデータをデータベース
に格納する。第２６図の例では新たに生成された三次元
面Ｓ′は既作成モデルの三次元面Ｓ２と接しており、三
次元面Ｓ′の外形を構成する線要素りは８２面上にある
線要素でもある（線要素りは三次元面Ｓ１と８２の双方
に共有される。

以上の二次元面生成処理コマンドを繰り返して使用する
ことにより、オペレータは意図する生成対象形状（三次
元面）モデルのデータをデータベースに生成する。

Ｄ　データモデル 次に前述の処理を可能にする二次元ワイヤフレーム図形
のデータモデルとその論理的な構造を説明する。

第２７図は二次元ワイヤフレーム図形のデータモデルと
その論理的な構造を示したものである。第２７図におい
て、Ｄｌは図面、Ｄ２は二次元図形、Ｄ３は二次元座標
系、Ｄ３′は三次元座標系、Ｄ５は座標軸、Ｄ５９はＤ
５の内部表現。

Ｄ６は二次元ワイヤフレームを示す（これまでわかり易
いようにこれらのモデルとこれらが表現するＣＲＴ上の
図形を同一名称としている）。

第２７図において最上位の図面Ｄ１は複数の図面要素か
らなシ、一つの図面要素は設計部所で用いられる一枚の
図面を表わす（Ｄｉにおける図面識別番号、例えばＤｌ
の■は一つの図面要素を示す）。

Ｄｌを構成する図面要素はＤ２１ｆｒ構成する複数の二
次元図形要素とＤ６を構成する二次元線要素から構成さ
れる。ここで図面要素には図面座標系のデータなどが、
二次元図形要素には倍率のデータなどが、また二次元線
要素には線要素の方程式のデータなどが属する。

Ｄ２を構成する二次元図形要素はＤ６を構成する二次元
線要素とＤ３を構成する複数の二次元座標系要素から構
成される。

Ｄ３を構成する二次元座標系要素はＤ５を構成する座標
軸要素（二組の座標軸を構成要素とするもので例えば、
第２７図Ｄ５のｂｔ）とＤ３’を構成する三次元座標系
要素から構成される。

Ｄ３’を構成する三次元座標系はＤ３の内部表現で、一
つの主座標系と複数の局所座標系を構成要素とし、その
構成要素の全体は主座標系（例えば、第２７図Ｄ３’の
ａ　（ｘ−ｙ−ｚ　））を頂点とする木構造を形成する
。ここで局所座標系（三次元座標系要素）には上位の三
次元座標系要素に至る三次元変換マ）　ＩＪソックスデ
ータなどが属する。また、Ｄ３の二次元座標系を構成す
る、相異なる二次元図形に属する二組の二次元座標系要
素はＤ３’の一つの三次元座標系要素に対応する（例え
ばＤ３のｄ３２の■とｄ３Ｉの■はＤ３’の一つの三次
元座標系要素ａ１」（Ｘｔｊ−ｙＢ　−２Ｉｊ）に対応
する）。

Ｄ５’はＤ５の内部表現で一つの座標軸要素を構成要素
とし、Ｄ５′の一つの座標軸要素はＤ５の座標軸要素を
構成する二組の座標軸の一つと対応する。

次に前述の第１図、第２図の各処理ステップで上述のモ
デルを表わすデータが生成される過程を説明する。

まず、第１図の基本処理について説明する。

第１図の二次元ワイヤフレーム生成処理部９では、図面
ＤＩ、二次元ワイヤフレームＤ６のデータおよびこれら
の連結データ（このときＤｌの構成要素の識別番号とＤ
６の線要素がつながる）が作成され、図面データベース
６に格納される。

第１図の二次元図形生成処理部１０および座標系生成処
理部１１では二次元ワイヤフレーム図形のデータ（第２
７図に示さｎる全てのデータ）が作成され、二次元ワイ
ヤフレーム図形データベース７に格納される。

次に、第２図の各処理ステップについて説明する０ 第２図の二次元図形生成処理ステップ１９では、図面Ｄ
１の要素に属するＤ２の二次元図形要素のデータ（二次
元図形要素とそれを含む図面要素との連結データで１例
えば第１４図の連結要素１１２のデータ）およびその二
次元図形要素に属する線要素のデータ（Ｄ６に属する線
要素と二次元図形要素の連結データで、例えば第２７図
の連結要素Ｉ２６のデータなど）が作成される。

第２図の二次元座標系生成処理ステップ２０では、ある
二次元図形要素に属するＤ３の二次元座標系要素のデー
タとその連結データ（Ｄ３　　　゛に属する二次元座標
系要素とそれを含む二次元図形要素との連結データで、
例えば第２７図のＤ２の■とＤ３のｄ３１との連結要素
Ｉ２３のデータなど）、その二次元座標系要素に属する
Ｄ５の座標軸要素のデータとその連結データ（二組の座
標軸とそれを含む二次元座標系要素との連結データで１
例えばＤ３のａＳＳの中の■とＤ５のｂ２との連結要素
Ｉ３５のデータなど）、Ｄ３’の三次元座標系要素のデ
ータとその連結データ（三次元座標系要素とＤ３の二次
元座標系要素との連結で、例えば連結要素Ｉ３ａ’のデ
ータなど）などの作成が行われる。

これまでに説明した実施例ではオペレータが二次元図形
上に二次元座標系要素を構成する座標軸要素を直接与え
ることにより座標系データの生成を行い、三次元形状を
生成する形状モデリングシステムであった。製図システ
ムで生成される二次元図形データには通常各二次元図形
要素が三次元立体形状のどの部分を表現したものである
かという情報が××矢視図、ΔΔ断面図等の形で注記デ
ータとして与えらｎており。

設計者はこの情報を見て三次元形状を頭の中に構築する
。このためにはこれらの注記は三次元形状を正しく表現
するために実権な形で与えられていなければならない。

このことはこれらの注記データはこれまで説明してきた
座標系データと等価な情報を異なる形で表現していると
いうことになるので、製図システムで作成された二次元
図形上の注記データを二次元座標系要素に変換すること
が可能であるということを意味する。従って二次元図形
上に注記データが与えられていればこれまで実施例で説
明した三次元形状生成処理を用いて三次元形状の生成が
可能となる（第２図の処理ステップ２０の座標系データ
生成処理がオペレータが二次元座標系要素を直接入力す
るのではなく、注記データから変換する）。第２８図は
矢視図の形で二次元ワイヤフレームの各二次元図形要素
上に注記データが与えられている例を示したもので、第
２９図は第２８図の注記データを用いて演算装置で第２
９図に示すような二次元座標系要素のデータ（二次元座
標系要素、三次元座標系要素及びその木構造）を生成し
たものである。

本実施例では二次元図形上に座標軸を与えることにより
、二次元図形から三次元形状を生成するのに必要な座標
系データを生成するため、複雑な表現方法で作画されて
いる製図システム等で作成された二次元ワイヤフレーム
データをその１まの形で使用することができ、しかも三
次元形状を生成するためのコマンド入力法は単純な形状
の場合も複雑な形状の場合も同一とすることかできる。

従って従来方法では三次元形状の生成をおこなうことの
できなかった記述方法で作画されていた二次元ワイヤフ
レームデータも取り扱うことのできるので汎用性が高く
、しかも三次元形状の生成処理は対象三次元形状の複雑
さによらず一定の手順で行うことができるのでマンマシ
ンインターフェイス性能も良好な対話形影状モ１′　　
　　プリングシステムとなっている。

〔発明の効果〕

本発明では設計者が慣れ親しんできた機械製図法に基づ
く二次元図形の記述方法および製図システムなどで既に
作成済みの設計図面のデータを三次元形状データの作成
のための基礎データとして有効に利用することができる
ので、マンマシンインターフェイスの性能向上に効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の対話形形状モデリングシス
テムの三次元立体形状生成の全体処理フロー図、第２図
は第１図の各三次元立体形状生成処理部の共通の処理フ
ローを示す図、第３図〜第８図は第２図の各処理ステッ
プのグラフィックディスプレイ表示例を示す図、第９図
から第１６図までは本発明の実施例の三次元立体形状生
成システムの特徴を説明するためのグラフィックディス
プレイ表示例を示す図、第１７図はオペレータが二次元
ワイヤフレーム図形上に直接二次元座標系要素を入力す
る場合の座標系データ生成の処理アルゴリズムのフロー
チャート図、第１８図〜第２０図は第１７図の処理過程
も説明する図、第２１図は座標系データを用いて三次元
立体形状を生成する処理アルゴリズムのフローチャート
図、第２２図〜第２６図はその処理ステップの説明図、
第２７図は二次元図面データおよび二次元ワイヤフレー
ム図形データの論理構造を示す図、第２８図、第２９図
は二次元ワイヤフレーム図形データ上の注記データから
座標系データを自動的に生成する方法を説明する図であ
る。 ２・・・演算装置、３・・・グラフィックディスプレイ
、４・・・スタイラス、５・・・キーボード、６・・・
図面データベース、７・・・二次元ワイヤフレーム図形
データベース、９・・・二次元ワイヤフレーム生成処理
部、１０・・・二次元図形生成処理部、１１・・・座標
系生成処理部、１２・・・三次元形状データベース、１
３・・・二次元形状データベース、１４・・・二次元面
・線モデル生成処理部、１５・・・三次元線モデル生成
処理部、１６−・・三次元面モデル生成処理部、１７・
・・閉曲面中実体モデル生成処理部。 某　２Ｔ２１ ′＄３図 ′５１ｈ’ｌ　　凹 茅　　７０　図 潴　１１　図 茹１２囚 ′＃Ｊ　１３図 第１４図 め　１５　閃 第、６月 第　１７囚 ５１３　　口 第＋’ｔ　ｔｎ　　　　　　　　　　￥２ｏ凹第　２１
　　固 、ｖりｚｚ　　囚 第２３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元図形のデータを入力手段を介して演算装置を
   用いてデータベースに生成し、このデータベースより取
   り出された二次元図形のデータに二次元座標系のデータ
   を与えて三次元形状のデータをデータベースに生成する
   形状モデリングシステムにおいて、二次元図形のデータ
   に生成対象三次元形状に定義された局所座標系と主座標
   系に至る木構造を表わす二次元座標系のデータを与え、
   三次元形状データをデータベースに生成することを特徴
   とする形状モデリングシステム。 ２、データベースより取り出された二次元図形のデータ
   と二次元座標系のデータを用いて生成対象三次元形状に
   定義された局所座標系と主座標系に至る木構造を表わす
   三次元座標系のデータを生成し、既作成の二次元図形の
   データ、二次元座標系のデータおよび生成された三次元
   座標系のデータを用いて三次元形状データをデータベー
   スに生成することを特徴とする形状モデリングシステム
   。