(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルおよび他の物体モデルの形態情報を記憶する記憶手段を有するコンピュータに、
該記憶手段に記憶された該形態情報に基づき、３次元シミュレーション空間内に配置された該第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉するか否かを判定し、
該シート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉すると判定された場合、該第一のポリゴン群のメッシュを粗くすることで第二のポリゴン群を形成し、
形成された該第二のポリゴン群によって、該他の物体の形状に基づき該シート状柔軟物の形状を決定する
処理を実行させることを特徴とする３次元シミュレーションプログラム。
【請求項２】
該決定する処理により、該第二のポリゴン群で、該他の物体との干渉による該シート状柔軟物モデルの変形を特定した後、特定された該シート状柔軟物モデルの形状の該第二のポリゴン群に対応する該シート状柔軟物の第一のポリゴン群の位置を特定する処理を更に実行させることを特徴とする請求項１に記載の３次元シミュレーションプログラム。
【請求項３】
該判定する処理は、該シート状柔軟物の長手方向の両端の位置および方向を変更することで変形する該シート状柔軟物の形状を特定し、特定された該シート状柔軟物の形状が接触するか否かを判別することにより実行されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の３次元シミュレーションプログラム。
【請求項４】
該第二のポリゴン群を形成する処理は、該他の物体の表面に沿って変形する可展面を形成するように該第一のポリゴン群を結合して該第二のポリゴン群を作成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の３次元シミュレーションプログラム。
【請求項５】
該形成する処理は、該シート状柔軟物の長手方向に沿った両端のベジエ曲線を特定し、該ベジエ曲線の接線方向の向きが合致する点を所定の角度毎に特定し、該特定した点を結ぶ線と該ベジエ曲線に沿った該シート状柔軟物の長手方向に沿った両端とに囲まれる領域を第二のポリゴン群の一つにすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の３次元シミュレーションプログラム。
【請求項６】
該シート状柔軟物の第一のポリゴンの個々の面に対する法線ベクトルを特定し、該特定した法線ベクトル群の始点を３次元空間座標の原点とし、該法線ベクトルが該３次元空間座標の同一面上に分布する場合に、該同一面に対する法線方向に平行な直線により該シート状柔軟物を該第二のポリゴン群に分割する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の３次元シミュレーションプログラム。
【請求項７】
３次元シミュレーション方法であって、
３次元シミュレーション空間内に配置された該第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉するか否かを判定し、
該シート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉すると判定された場合、該第一のポリゴン群のメッシュを粗くすることで第二のポリゴン群を形成し、
該作成された第二のポリゴン群によって、該他の物体の形状に基づき該シート状柔軟物の形状を決定する、
処理をコンピュータに実行させる３次元シミュレーション方法。
【請求項８】
第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルおよび他の物体モデルの形態情報を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された該形態情報に基づき、３次元シミュレーション空間内に配置された該第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉するか否かを判定する干渉判定部と、
該シート状柔軟物モデルが該他の物体に干渉すると判定された場合、該第一のポリゴン群のメッシュを粗くすることで第二のポリゴン群を形成する第二ポリゴン作成部と、
該作成された第二のポリゴン群によって、該他の物体の形状に基づき該シート状柔軟物の形状を決定する形状演算部と、
を有することを特徴とする３次元シミュレーション装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元モデルのシミュレーション技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元モデルのシミュレーションは、計算機内に仮想的な３次元シミュレーション空間を設定し、３次元シミュレーション空間内に３次元の物体モデルの形状を構成し、構成された３次元の物体モデルが受ける実際の物理現象を演算によってシミュレーションする技術である。３次元モデルのシミュレーションの応答には、３次元ＣＡＤ、構造解析シミュレーション、コンピュータグラフィクス、バーチャルリアリティなどがある。
【０００３】
３次元モデルのシミュレーションでは、紙、フィルム、フレキシブルプリント基板、フラットケーブル、電子ペーパなどの柔軟に変形するシート状の物体モデル（以降、シート状柔軟物とする）を扱う場合がある。例えば、３次元シミュレーション空間上に設定されたシミュレーションの対象装置モデル（以降、対象装置とする）の設計を行う場合、対象装置は、対象装置の内部にシート状柔軟物の一つであるフレキシブルプリント基板を含む場合がある。例えば、対象装置が折りたたみ方式の携帯電話であり、携帯電話のヒンジ部分にはフレキシブルプリント基板が配置される場合がある。携帯電話が折りたたまれる場合、フレキシブルプリント基板の形状は、折りたたみの動作に応じて変形する。３次元モデルのシミュレーションでは、携帯電話の折りたたみの動作があった場合に、携帯電話のヒンジ部のフレキシブルプリント基板の形状や設置位置に問題がないこと、または、フレキシブルプリント基板が携帯電話内部の他の物体（以降、他物体とする）に干渉する状態を計算で確認することができる。
【０００４】
変形するシート状柔軟物の形状をシミュレーションする技術として、例えばバネマス法がある。バネマス法は、シート状柔軟物を三角形または四角形のポリゴン要素でメッシュ分割し、分割した各ポリゴン要素の頂点に質点を配置し、質点間をバネ要素などで連結したバネマネモデルで表現する手法である。シート状柔軟物の形状は、質点とバネとが力学的に安定する状態になる位置を計算することにより特定される。
【０００５】
シート状柔軟物は、対象装置内の他物体と干渉する場合、他物体の表面に沿って変形する。以降の説明では、この変形を「ならい変形」とする。バネマス法において「ならい変形」をシミュレーションする場合、シート状柔軟物が他物体に食い込まないように、他物体の表面に沿うようにシート状柔軟物を変形させる。他物体の表面に沿うようにシート状柔軟物を変形させる時、シート状柔軟物の質点が他物体内部に存在しない位置に移動させる。通常、３次元モデルのシミュレーションでは正確な演算結果を得るのが望ましい。そこで、シート状柔軟物の自由な変形形状を生成するため、シート状柔軟物のバネマスモデルのポリゴン要素はある程度細かく設定される。
【０００６】
しかし、干渉時のシート状柔軟物の変形のための演算処理の量は質点の数に比例する。また、シート状柔軟物が他物体と局所的に干渉する場合、シート状柔軟物の一部分だけがふくらむような局所的な変形が起きやすくなる。フレキシブルプリント基板などの柔軟物は、伸びがないと仮定できるため、このような局所変形は不自然である。以上から、他物体とシート状柔軟物との干渉チェック数が多くなること、シート状柔軟物が干渉する場所で不自然な変形が起こることなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７５７２１号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４０３９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
開示の３次元シミュレーションプログラムの一観点の課題は、シート状柔軟物の不自然な変形がなく、シート状柔軟物の形状のシミュレーションに要する処理量を従来よりも少なくする３次元シミュレーションプログラムの提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示の３次元シミュレーションプログラムの一観点によれば、３次元シミュレーションプログラムは、第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルおよび他の物体モデルの形態情報を記憶する記憶手段、記憶手段に記憶された形態情報に基づき、３次元シミュレーション空間内に配置された第一のポリゴン群で形成されるシート状柔軟物モデルが他の物体に干渉するか否かを判定する干渉判定手段、シート状柔軟物モデルが他の物体に干渉すると判定された場合、シート状柔軟物の長手方向を分割することで第二のポリゴン群を形成する第二ポリゴン作成手段、作成された第二のポリゴン群によって、他の物体の形状に基づきシート状柔軟物の形状を決定する形状演算手段としてコンピュータを機能させる。
【発明の効果】
【００１０】
開示の３次元シミュレーションプログラムの一観点によれば、シート状柔軟物モデルの形状のシミュレーションに要する処理量を、より少なくすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施形態としての３次元シミュレーション装置を実現するためのコンピュータシステム（３次元シミュレーション装置）のハードウェア構成図である。
【図２】図２は図１の３次元シミュレーション装置１の機能ブロック図である。
【図３】図３は本実施例のシート状柔軟物の変形計算の処理のフローチャートである。
【図４】図４は、シート状の柔軟物であるフレキシブルプリント基板の形状の一例である。
【図５】図５は、矩形形状のフレキシブルプリント基板である。
【図６】図６は、図５のフレキシブルプリント基板２００の一部を拡大した図である。
【図７】図７は、フレキシブルプリント基板２００の詳細メッシュモデルのデータテーブル２５０である。
【図８】図８は、対象装置の変形に伴うフレキシブルプリント基板の形状の変形の例である。
【図９】図９は、対象装置の変形に伴うフレキシブルプリント基板の形状の変形の例である。
【図１０】図１０は、対象装置の変形に伴うフレキシブルプリント基板の形状の変形の例である。
【図１１】図１１は、装置への部品の取り付けのシミュレーションの例である。
【図１２】図１２は可展面の説明図である。
【図１３】図１３はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第一の決定方法を説明する図である。
【図１４】図１４はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第一の決定方法を説明する図である。
【図１５】図１５はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第一の決定方法を説明する図である。
【図１６】図１６はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第一の決定方法を説明する図である。
【図１７】図１７はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第二の決定方法を説明する図である。
【図１８】図１８はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第二の決定方法を説明する図である。
【図１９】図１９はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第二の決定方法を説明する図である。
【図２０】図２０は、簡略ポリゴンを決定する第三の決定方法を説明する図である。
【図２１】図２１は、簡略ポリゴンを決定する第三の決定方法を説明する図である。
【図２２】図２２は、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係を説明する図である。
【図２３】図２３は、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係を説明する図である。
【図２４】図２４は、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係を説明する図である。
【図２５】図２５は、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係を説明する図である。
【図２６】図２６は、フレキシブルプリント基板２００の簡略メッシュのデータテーブル２６０である。
【図２７】図２７は柔軟物のならい形状を説明する図である。
【図２８】図２８は、シート状柔軟物の質点を用いたならい形状の演算を説明する図である。
【図２９】図２９はならい変形の処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
〔１〕本実施形態の３次元シミュレーション装置
図１は本発明の一実施形態としての３次元シミュレーション装置を実現するためのコンピュータシステム（３次元シミュレーション装置）のハードウェア構成図である。図２は図１の３次元シミュレーション装置１の機能ブロック図である。
【００１４】
図１に示す本実施形態の３次元シミュレーション装置（例えばパーソナルコンピュータ）１は、コンピュータの演算によって仮想的な３次元の形状を構成し、構成された３次元の形状が受ける実際の物理現象を演算によってシミュレーションするための３次元シミュレーション装置として機能する。３次元シミュレーション装置１は、特に、シート状の柔軟物が組み込まれた設計対象装置におけるシート状の柔軟物の配置設計をシミュレーションする。シート状の柔軟物として紙、フィルム、フレキシブルプリント基板、フラットケーブル、電子ペーパなどがある。以降の説明では、シート状の柔軟物としてフレキシブルプリント基板を例とし、フレキシブルプリント基板が組み込まれる設計対象装置としてプリンタ、携帯電話を例として説明する。
【００１５】
フレキシブルプリント基板は、フィルム状の絶縁体の上に接着層を形成し、接着層の上に導体箔を形成した構造であり、端子部やはんだ付け部以外は絶縁体が被せられて保護されている。フレキシブルプリント基板の厚みはリジッド基板よりも薄く容易に変形するため、フレキシブルプリント基板は装置内の可動部への配線や立体的な配線に使用される。フレキシブルプリント基板は、例えば、プリンタのヘッドに電気信号を伝える配線、折りたたみ型携帯電話の蝶番を通る配線、カメラのレンズ内配線などに使用される。フレキシブルプリント基板は、例えば、その両端部が設計対象装置のコネクタに接続されることにより位置決め・固定される。
【００１６】
図１に示すように、３次元シミュレーション装置１は、プロセッサ（ＣＰＵ）１０、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）２０、入出力インタフェース３０を有し、それらはバス４０により接続される。入出力インタフェース３０はディスプレイ（例えばＣＲＴ，ＬＣＤ，ＰＤＰ等）３１、キーボード３２およびマウス３３に接続する。入出力インタフェース３０は記憶装置５０が接続されている。
【００１７】
メモリ２０は、３次元シミュレーションプログラムおよびシミュレーションの対象になる対象装置モデル（以降、対象装置とする）に関する各種データが格納されるとともに、ＣＰＵ１０が３次元シミュレーションプログラムを実行する際のワーキングメモリとしても機能する。
【００１８】
記憶装置５０は、コンピュータが読取り可能な記録媒体５１に格納された３次元シミュレーションプログラムを読み出す。記録媒体５１は、フレキシブルディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ，磁気ディスク，光ディスク，光磁気ディスクのほか、ＩＣカード，ＲＯＭカートリッジ，磁気テープ，パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物等のコンピュータ読取可能な種々の媒体を含む。記憶装置５０は、設計対象装置に関する種々の電子部品をライブラリに予め格納しておくことも可能である。コンピュータシステム１は、例えば、記憶装置５０が読み出した記録媒体５１に格納された３次元シミュレーションプログラムを、入出力インタフェース３０を介して、メモリ２０に読み出す。
【００１９】
３次元シミュレーション装置１は、プロセッサ（ＣＰＵ）１０がメモリ２０に格納された３次元シミュレーションプログラムを実行する。図２に示すように、本実施例では、プロセッサ１０は、３次元シミュレーションプログラムを実行することで、対象物設定部１１、シミュレーション部１２、干渉判定部１３、干渉処理部１４、ならい形状演算部１５、および出力部１６として機能する。
【００２０】
〔２〕本実施例の柔軟物の変形計算の処理
次に、プロセッサ１０により実現される対象物設定部１１、シミュレーション部１２、干渉判定部１３、干渉処理部１４、ならい形状演算部１５、および出力部１６について、詳細に説明する。なお、以降の説明では、シート状柔軟物モデルとしてフレキシブルプリント基板を例に説明する。
【００２１】
図３は本実施例のシート状柔軟物の変形計算の処理のフローチャートである。以下、図３のフローチャートの詳細を説明する。
【００２２】
［２−１］柔軟物モデル作成
対象物設定部１１は、フレキシブルプリント基板の３次元モデルデータ（以降、フレキシブルプリント基板とする）とメモリ２０に格納された機構部品の３次元モデルデータ（以降、他物体とする）または記憶装置５０の機構部品のライブラリに格納された機構部品（以降、他物体とする）の３次元モデルデータ基づいて、フレキシブルプリント基板および他物体の３次元モデルを構築する。
【００２３】
対象物設定部１１は、フレキシブルプリント基板をシミュレーションするための３次元柔軟物モデルデータを設定する（Ｓ１１）。３次元モデルデータは例えば、フレキシブルプリント基板の長手方向、幅方向、厚さ方向のサイズ、質量、剛性などの情報を含む。対象物設定部１１は、キーボード３２やマウス３３によって外部から入力されたフレキシブルプリント基板を３次元空間でシミュレーションするための各種値をメモリ２０に格納する。
【００２４】
図４は、シート状の柔軟物であるフレキシブルプリント基板の形状の一例である。１００はフレキシブルプリント基板である。フレキシブルプリント基板１００は、両端に装置内のコネクタに接続するための接続部１０１、１０２を有し、両端の接続部１０１、１０２間で電気信号が通電可能なように配線されている。本実施例では、フレキシブルプリント基板１００でコネクタに接する接続部１０１、１０２に沿った方向を幅方向とし、フレキシブルプリント基板１００の両端の接続部１０１、１０２間を結ぶ方向であってフレキシブルプリント基板１００の形状が変化する方向を長手方向とし、フレキシブルプリント基板１００の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。
【００２５】
本実施例では説明の簡単化のために矩形形状（長方形）のフレキシブルプリント基板を例にして説明する。図５は、矩形形状のフレキシブルプリント基板である。本実施例では、フレキシブルプリント基板２００の長手方向の両端を端点２０１、２０２とする。フレキシブルプリント基板２００の幅方向の両端をサイド２０３、２０４とする。
【００２６】
対象物設定部１１は、例えば、布のシミュレーション技術などで使用されるバネマスのモデル化方法や形状計算方法を用いてフレキシブルプリント基板をモデル化する。バネマス法では、フレキシブルプリント基板２００を三角形や四角形等の多角形（ポリゴン）の集合として扱う。ポリゴンの集合をメッシュとする。対象物設定部１１は、フレキシブルプリント基板の表面を複数のポリゴンに分割する。ポリゴンの大きさは、大きすぎると変形形状が不自然になり、小さすぎると計算量が増えるので、ユーザーが大きさを変更できるものとする。対象物設定部１１は、ボロノイ分割法などの方法を使用することにより、任意の２次元形状を複数のポリゴンにメッシュ分割する。図５のフレキシブルプリント基板２００上の破線で囲まれた個々の矩形領域は、ポリゴン２０５である。
【００２７】
なお、本実施例では、対象物設定部１１で決定されるメッシュを詳細メッシュ（第一のメッシュ）とする。詳細メッシュは、シート状柔軟物モデルの形状をより正確に演算するために、後述する簡略メッシュ（第二のメッシュ）よりも、多くのポリゴンに分割される。すなわち、詳細メッシュで特定される質点数は簡略メッシュの質点数よりも多い。
【００２８】
図６は、図５のフレキシブルプリント基板２００の一部を拡大した図である。２０５は、フレキシブルプリント基板２００に設定されたポリゴンの一つである。２０７は、ポリゴン２０５間に設定されるバネ要素である。２０６は、ポリゴン２０５の頂点の一つである。各ポリゴン２０５は頂点２０６を識別する頂点識別情報と３次元モデル空間上の頂点の位置情報とを含む頂点情報を有する。また、頂点情報は各頂点とポリゴンとを関係付ける情報を含む場合もある。対象物設定部１１は、フレキシブルプリント基板２００の表面を複数のポリゴン２０５にメッシュ分割し、メッシュ分割することによって設定された各ポリゴン２０５の頂点２０６の位置に質点を配置する。対象物設定部１１は、各ポリゴン２０５のエッジに伸縮バネ２０７を配置し、隣接するポリゴン間に曲げバネを配置する。バネのバネ定数は、フレキシブルプリント基板２００の実物の剛性に応じて設定する。
【００２９】
図７は、フレキシブルプリント基板２００の詳細メッシュモデルのデータテーブル２５０である。詳細メッシュモデルのデータテーブル２５０は頂点を識別する頂点ＩＤ、頂点の３次元モデル空間上の座標を含む。
【００３０】
対象物設定部１１は、上記で決定した、フレキシブルプリント基板および他物体の形態情報をメモリ２０、外部記憶装置５０に格納する。
【００３１】
［２−２］柔軟物モデルのシミュレーション
対象物設定部１１にて３次元機構モデルを設定した後、シミュレーション部１２は、設定した３次元機構モデルを用いて、フレキシブルプリント基板の変形を機構部品の移動と連動させてシミュレーション演算を実行する。本実施形態では、フレキシブルプリント基板に接続するコネクタのモデル情報は、メモリ２０に予め保持されているものとする。
【００３２】
本実施例のシミュレーションは、例えば、対象装置が操作される場合に、対象装置の動作に伴うフレキシブルプリント基板の形状の変形を演算によって特定する。図８乃至図１０は、対象装置の動作に伴うフレキシブルプリント基板の形状の変形の例である。図８において、２００はフレキシブルプリント基板である。２７５は対象装置内の他物体である。２７６はフレキシブルプリント基板２００の一方の端点が接続されたコネクタである。２７７はフレキシブルプリント基板２００の他方の端点が接続されたコネクタである。図８乃至図１０の対象装置は、コネクタ２７６とコネクタ２７７が近づくように変形するものとする。図９は図８の状態からコネクタ２７７がコネクタ２７６に近づいた状態を示す。図９の２７８は、フレキシブルプリント基板２００の一部が他物体２７５に接触することにより他物体の表面に沿った形状に変形している領域である。図１０は図８の状態からコネクタ２７７がコネクタ２７６に近づいた状態を示す。領域２７８が拡大するとともに、フレキシブルプリント基板２００の曲がり量も図９の状態と比較して大きくなっている。
【００３３】
また、本実施例のシミュレーションは、例えば、装置の組み立て作業の確認にも使用することができる。組み立て確認のシミュレーションは、フレキシブルプリント基板で接続された部品を装置に取り付ける動作を再現し、作業中のフレキシブルプリント基板の変形を演算によって特定する。図１１は、装置への部品の取り付けのシミュレーションの例である。図１１において、対象装置２７４は、コネクタ２７２が配置されている。フレキシブルプリント基板２００の一方の端点は部品２７１が接続されている。製造作業者は、装置の製造時に、コネクタ２７２にフレキシブルプリント基板２００の端点を取り付ける。３次元シミュレーション装置は、取り付け時のフレキシブルプリント基板２００の形状を演算によって特定する。シミュレーション結果を基に設計者は、対象装置を実際に製造する前の段階でフレキシブルプリント基板の形状、対象装置内に配置された部品間の距離などによる設計上の不具合を事前に特定することができる。
【００３４】
シミュレーション部１２は、対象装置に配置されたコネクタ部品の位置および角度に合致するようにフレキシブルプリント基板の端点の位置および角度を決定する（Ｓ１２）。シミュレーション部１２は、決定したフレキシブルプリント基板の両端点の位置および角度からフレキシブルプリント基板全体の形状を特定する（Ｓ１３）。
【００３５】
フレキシブルプリント基板の各質点は重力やバネ力を受ける。シミュレーション部１２は、運動方程式により各質点が受ける力が釣り合う状態を算出することで、フレキシブルプリント基板の形状を特定する。フレキシブルプリント基板は両端にコネクタが接続されており、対象装置が動作することによってコネクタの位置および向きが変わる。コネクタの位置および向きの変化に伴い、フレキシブルプリント基板の端点の位置および向きが変わる。また、フレキシブルプリント基板の取り付けシミュレーションでは、マウス操作などによって３次元空間上のフレキシブルプリント基板の端点を移動させる場合もある。この結果、３次元空間上で、フレキシブルプリント基板の端点の質点の位置は変化する。シミュレーション部１２は、３次元空間上の任意の時点でのフレキシブルプリント基板の端点の位置および角度を特定し、特定したフレキシブルプリント基板の両端の位置および角度に合わせてフレキシブルプリント基板全体の形状を特定する。
【００３６】
バネマス法において、フレキシブルプリント基板が対象装置の動作によって変形する場合、シミュレーション部１２は、例えば、変形前のフレキシブルプリント基板の各質点の位置と、変形後のフレキシブルプリント基板の各質点の位置を特定する。シミュレーション部１２は、特定した各質点の位置を初期値として、フレキシブルプリント基板が釣り合い状態になるまで運動方程式による形状算出演算を繰り返し行う。釣り合い状態とは、例えば、フレキシブルプリント基板の両端点を固定して、フレキシブルプリント基板を空中に置いた場合に安定する形状である。シミュレーション部１２は、以上の演算によって、フレキシブルプリント基板の形状を算出する。シミュレーション部１２は、対象装置全体の動作をシミュレートするため、対象装置内の各部品の３次元モデルに基づいて、部品の位置を所定周期毎に算出する。フレキシブルプリント基板のようなシート状柔軟物モデルは静止時、端点を固定状態として全てのバネが力学的に釣り合った状態で安定する。端点が移動することにより、端点の質点は強制的に変位する。シミュレーション部１２は、変位後の条件において、力学的に安定な状態をエネルギー最小化計算などにより求める。
【００３７】
［２−３］シート状柔軟物モデルと他部品の干渉判定
次に干渉について説明する。対象装置の動作に応じてフレキシブルプリント基板も変形する。フレキシブルプリント基板が変形することで他物体に接触する場合がある。通常、他物体に接触するとフレキシブルプリント基板は他物体の形状にあわせて変形する。
【００３８】
干渉判定部１３は、シミュレーション部１２によるシミュレーション結果に基づいて、フレキシブルプリント基板と対象装置の他物体との干渉の有無を判定する（Ｓ１４）。干渉判定部１３は、３次元モデルの干渉チェック方法として、それぞれの３次元モデルの表面となるポリゴンの位置の交差を判定することで、３次元モデル間の干渉の有無を判定する。本実施例のフレキシブルプリント基板は複数のポリゴンからなる。そこで、干渉判定部１３は、フレキシブルプリント基板のポリゴンと他物体のポリゴンとの間の干渉を判定する。なお、干渉判定部１３は、フレキシブルプリント基板がフレキシブルプリント基板自身に干渉しているか否かも判定する。
【００３９】
干渉判定部１３がフレキシブルプリント基板と装置内の部品とが干渉しないと判定した場合（Ｓ１４：干渉なし）、Ｓ１２に戻り、シミュレーション部１２は、コネクタの移動に伴うフレキシブルプリント基板の変形のシミュレーションを継続して演算する。
【００４０】
［２−４］シート状柔軟物モデルの干渉の処理
干渉処理部１４は、干渉判定部１３でフレキシブルプリント基板と他物体とが干渉すると判定された場合（Ｓ１４：干渉あり）に、フレキシブルプリント基板の詳細メッシュを簡略メッシュに変更する（Ｓ１５）。
【００４１】
ポリゴンの大きさは、シート状柔軟物の変形の自由度に関係する。ポリゴンが大きくなると、シート状柔軟物の変形は制限される。そこで、本発明では、他部品との干渉が発生した時に、大きいポリゴンに変換する。これにより、シート状柔軟物の自然な変形を表現しながら、干渉時の局所変形を回避することができる。干渉時に適用するメッシュを簡略メッシュとする。簡略メッシュに含まれるポリゴンを簡略ポリゴンとする。簡略ポリゴンは長方形に限らず、任意の多角形でよい。なお、本実施例では、説明を簡単にするため、簡略ポリゴンは四角形とする。
【００４２】
フレキシブルプリント基板の簡略メッシュは詳細メッシュに比較し、分割数が粗く設定される。本実施例では、シート状柔軟物を簡略メッシュに分割するときに、可展面の性質を利用する。フレキシブルプリント基板などのように平面から生成される曲面は可展面と呼ばれる。図１２は可展面の説明図である。図１２に示すように、可展面には、フレキシブルプリント基板２００の両サイド２０３、２０４の２つの曲線に対して、その曲線間を結ぶ直線２２３が存在する性質がある。これにより、干渉処理部１４は、フレキシブルプリント基板２００のサイド間を直線２２３で結ぶことで、サイドと直線で囲まれる短冊状の要素に分割することができる。直線２２３とサイド２０３またはサイド２０４の交点は、２２１または２２２である。干渉処理部１４は、分割したそれぞれの短冊状の要素を簡略ポリゴン２２４とする。干渉処理部１４は、シート状柔軟物の長手方向を分割することで第二のポリゴン群を形成する。
【００４３】
本実施例では、干渉時に適用する簡略メッシュを決定する手法として、以下の３つの例を説明する。
【００４４】
［第一の方法］
図１３乃至図１６はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第一の決定方法を説明する図である。図１３は干渉処理対象のシート状柔軟物モデルである。図１３の６００は、干渉処理対象のシート状柔軟物である。シート状柔軟物６００は、複数のポリゴンで構成される。６０１は、一つのポリゴンである。干渉処理部１４はシート状柔軟物の曲面形状から可展面を計算する。干渉処理部１４は可展面から短冊状の簡略ポリゴンを生成する。以下、短冊状の簡略ポリゴンの決定方法を説明する。
【００４５】
図１４は、図１３のシート状柔軟物６００の一方のサイドの質点群、および質点群を結んだ線である。６０２は、シート状柔軟物６００の一方のサイドの質点の一つである。干渉処理部１４は、シート状柔軟物６００の両サイド上の質点位置をベジエ曲線にフィッティングさせる。図１５の６０３は、シート状柔軟物６００の一方のサイド上の質点位置をフィッティングさせたベジエ曲線である。干渉処理部１４は、シート状柔軟物６００の各サイドからそれぞれベジエ曲線をフィッティングさせる。干渉処理部１４は、フィッティングさせた両サイドの曲線の接線方向が同じになる点を所定の角度毎に特定する。それぞれの所定の角度の間隔の大きさは、短冊状の簡略ポリゴンの大きさに影響する。干渉処理部１４は、所定の角度毎に特定した各曲線の接線方向が同じになる点を結ぶ。各サイドの質点の組は、平面に展開した時は直線上に乗っているようにする。
【００４６】
図１６は、シート状柔軟物の両サイドの曲線間で接線方向が同じになる点を結んだ直線である。６０４は、シート状柔軟物６００の他方のサイド上の質点位置をフィッティングさせたベジエ曲線である。６０５は、曲線６０３の接線方向が所定の角度をなす点である。６１１は点６０５のベジエ曲線６０３に対する接線方向ベクトルである。６０６は、曲線６０４の接線方向が所定の角度をなす点である。６１２は点６０６のベジエ曲線６０４に対する接線方向ベクトルである。なお、接線方向ベクトル６１１と接線方向ベクトル６１２は同じ向きである。６０７は、点６０５と点６０６を結ぶシート状柔軟物上を通過する直線である。６０８は、曲線６０３の接線方向が所定の角度をなす点である。６１３は点６０８のベジエ曲線６０３に対する接線方向ベクトルである。６０９は、曲線６０４の接線方向が所定の角度をなす点である。６１４は点６０９のベジエ曲線６０４に対する接線方向ベクトルである。なお、接線方向ベクトル６１３と接線方向ベクトル６１４は同じ向きである。６１０は、点６０８と点６０９を結ぶシート状柔軟物上を通過する直線である。６１５は、点６０５、６０６、６０８、６０９によって特定された一つの短冊状の簡略ポリゴンである。
【００４７】
［第二の方法］  
図１７乃至図１９はシート状柔軟物の可展面の性質を利用した簡略ポリゴンの第二の決定方法を説明する図である。第二の方法では、シート状柔軟物の幅方向に隣接するポリゴンは直線上に存在するという可展面の性質を利用する。
【００４８】
干渉処理部１４は、シート状柔軟物上のポリゴン群から一つのポリゴンを選択し、選択した一つのポリゴンに隣接するポリゴンの中から結合した場合に最も平面に近くなるポリゴンを選択する。例えば、質点の位置をＰｉ  （ｉ＝１〜Ｍ、Ｍは含まれる質点の数）、平面をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０（平面の法線ベクトルＮ＝（ａ，ｂ，ｃ））とする。干渉処理部１４は、平面への近似度ＥをＥ＝Σ（Ｎ＊Ｐｉ＋ｄ）＾２により計算する。図１７の７０１は、シート状柔軟物である。７０２は、シート状柔軟物７０１に含まれる一つの詳細ポリゴンである。７０３は、シート状柔軟物７０１の２つの詳細ポリゴンが結合されたポリゴンである。
【００４９】
干渉処理部１４は、全ての隣接するポリゴンの組で、平面への近似度Ｅが最小の組を検出する。干渉処理部１４は、検出した組に含まれるポリゴンを一つのポリゴンに変更する。図１８の７０４は、図１７の隣接する詳細ポリゴンが結合することで生成された一つのポリゴンである。
【００５０】
干渉処理部１４は、柔軟物に含まれるポリゴン数が所定の数以下になるまで結合処理を繰り返す。干渉処理部１４は、ポリゴン数が所定数以下になると、ポリゴン間の境界部分を直線でフィッティングして滑らかにする。干渉処理部１４は、以上の処理で短冊状の簡略ポリゴンを決定する。図１９の７０５は、結合処理で定められたポリゴン間の境界部分をフィッティングして滑らかにした直線である。図１９の７０６は、直線７０５とシート状柔軟物７０１の両サイドとで囲まれることで決定された簡略ポリゴンの一つである。
【００５１】
［第三の方法］
次に第三の方法を説明する。シート状柔軟物が一つの回転軸周りに変形していると推定できる場合、干渉処理部１４は、以下の処理を実行することで簡略ポリゴンを決定する。干渉処理部１４は、各詳細ポリゴンの法線方向を特定する。干渉処理部１４は、特定した各詳細ポリゴンの全ての法線と直角になる方向を最小二乗的に算出する。干渉処理部１４は、算出した方向に平行になるようにシート状柔軟物の両サイド間を結ぶ直線を決定する。干渉処理部１４は、決定した直線をシート状柔軟物の簡略ポリゴンの境界とする。
【００５２】
図２０及び図２１は、簡略ポリゴンを決定する第三の決定方法を説明する図である。図２０の８０１はシート状柔軟物である。８０２は詳細ポリゴンの一つである。８０３は詳細ポリゴンの法線方向を示す矢印である。
【００５３】
図２１の８０４は単位球（ガウス球）である。８０５は単位球８０４の中心である。シート状柔軟物８０１の各詳細ポリゴンの法線ベクトルの始点を単位球の中心とする。８０６は、単位球８０４の中心８０５を始点とするシート柔軟物８０１の各詳細ポリゴンの法線ベクトルの一つである。８０７は、法線ベクトル群が存在する平面である。８０８は、平面８０７に対する法線ベクトルである。干渉処理部１４は、法線ベクトル８０８の方向に平行になるようなシート状柔軟物の両サイド間を結ぶ直線を、所定の距離間隔毎に決定する。干渉処理部１４は、決定した直線を簡略ポリゴンの境界線とする。
【００５４】
以上の方法のいずれかにより、干渉処理部１４は簡略ポリゴンを決定する。
【００５５】
［詳細ポリゴンと簡略ポリゴンの関係］
干渉処理部１４は、フレキシブルプリント基板の簡略ポリゴンを決定した後、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係をメモリ２０に格納する。具体的には、干渉処理部１４は、簡略ポリゴンの領域に含まれる詳細ポリゴンの頂点情報を検出して、検出した詳細ポリゴンの頂点情報を簡略ポリゴンに関連づけてメモリ２０に格納する。
【００５６】
なお、詳細メッシュは以下のデータ構造となる。
・ｉ：頂点識別情報、ｉ＝１〜Ｎ
・Ｎ：頂点数
・Ｐｉ：頂点ｉの３次元位置。Ｐｉ＝（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）
【００５７】
また、簡略メッシュは以下のデータ構造となる。
・ｊ：ポリゴン識別情報、ｊ＝１〜Ｍ
・Ｍ：ポリゴン数
・Ｃｊ：ポリゴンｊのローカル座標系
・Ｑｊｋ：簡略ポリゴンに含まれる詳細ポリゴンの頂点ｋの位置（ローカル座標系Ｃｊに対する３次元位置）
【００５８】
図２２乃至図２５は、詳細ポリゴンと簡略ポリゴンとの関係を説明する図である。図２２の２００はフレキシブルプリント基板であり、破線あるいはシート状柔軟物の端で囲まれた２０５は個々の詳細ポリゴンである。図２３のフレキシブルプリント基板２００および詳細ポリゴン２０５は図２２に対応する。２１１は、フレキシブルプリント基板２００の両サイドを結合する直線であり、簡略メッシュを決定するための直線である。図２４のフレキシブルプリント基板２００および直線２１１は図２３に対応する。２１２はフレキシブルプリント基板２００の簡略ポリゴンの一つである。
【００５９】
図２５は、図２４の簡略ポリゴン２１２である。簡略ポリゴン２１２は複数の詳細ポリゴンの頂点を含む。２０６は詳細ポリゴンの頂点ｋである。簡略ポリゴン２１２は詳細ポリゴンの頂点ｋ２０６を含む。簡略ポリゴン２１２の識別番号を「ｊ」とする。２１４は簡略ポリゴン２１２のローカル座標系Ｃｊである。簡略ポリゴン２１２の座標系Ｃｊ２１４による頂点ｋ２０６の位置は、Ｑｊｋで定まる。
【００６０】
図２６は、フレキシブルプリント基板２００の簡略メッシュのデータテーブル２６０である。簡略メッシュのデータテーブル２６０は、簡略メッシュでの簡略ポリゴンを識別する識別情報（簡略ポリゴンＩＤ）、簡略ポリゴンのローカル座標系、簡略ポリゴンに含まれる詳細ポリゴンの頂点、詳細ポリゴンの頂点のローカル座標系での位置を含む。
【００６１】
［２−５］シート状柔軟物モデルのならい形状の計算
次に、ならい形状演算部１５は、シート状柔軟物のならい形状を計算する（Ｓ１６）。本実施例において、ならい変形とは、他物体と干渉するシート状柔軟物が他物体の表面に沿って変形することである。ならい形状演算部１５は、干渉処理部１４で決定した簡略ポリゴンを用いてシート状柔軟物のならい変形を特定する。
【００６２】
図２７は柔軟物のならい形状を説明する図である。図２７の９０１はシート状柔軟物である。図２７では、シート状柔軟物の一方のサイドについて示す。９０２は他物体である。９０３はシート状柔軟物９０１のならい変形後の形状である。柔軟物９０１は、他物体９０２と干渉するとき、他物体９０２の内部に存在することはできない。そこで、ならい形状演算部１５は、シート状柔軟物９０１の内、他物体９０２内部に含まれている部分について、他物体９０２の外側に位置するように移動させる。９０４はシート状柔軟物９０１の他物体９０２に干渉する領域を他物体９０２の表面に移動させた状態を示す矢印である。ならい形状演算部１５は、シート状柔軟物９０１を他物体９０２の表面に沿う形状に変形させる。ならい形状演算部１５は、ならい変形後の形状としてシート状柔軟物９０１を９０３のように変形する。
【００６３】
図２８は、シート状柔軟物の質点を用いたならい形状の演算を説明する図である。図２８は、シート状柔軟物の一方のサイドについて示す。
【００６４】
図２８の９０８、９０６および９０７は、それぞれシート状柔軟物９０１の質点の一つである。９０９は他物体９０２の表面である。質点９０８は、他物体９０２の内部に存在しており、他物体９０２に干渉している状態である。９０５は、質点９０８がならい変形によって移動した後の質点の位置である。質点９０６および質点９０７は質点９０８に隣接する質点である。
【００６５】
ならい形状演算部１５は、ならい変形処理を実行することによって、質点９０８を位置９０５に移動させる。なお、質点９０８が移動する結果、質点９０６および質点９０７の位置も移動する。例えば、質点９０６と質点９０８の距離は一定である。ならい形状演算部１５は、質点９０８が位置９０５に移動すると質点間距離を一定に保つように質点９０６の位置を移動させる。このとき、ならい形状演算部１５は、質点９０６にさらに隣接する質点がある場合は、該質点と質点９０６間の距離を一定に保つように移動させる。ならい形状演算部１５は、各質点で構成されるポリゴン間のばね定数を考慮してポリゴン間の角度を決定しつつ、質点を移動させる。
【００６６】
図２９はならい変形の処理のフローチャートである。ならい形状演算部１５は、ならい変形したシート状柔軟物の形状を計算する場合、シート状柔軟物の他物体に干渉している質点を干渉しない位置に移動する。ならい形状演算部１５は、干渉判定部１３による干渉チェックにより、他物体に干渉しているシート状柔軟物の質点を検出する（Ｓ２１）。ならい形状演算部１５は、干渉判定部１３による干渉チェックにより、シート状柔軟物に干渉している他物体の表面を検出する（Ｓ２２）。ならい形状演算部１５は、干渉しているシート状柔軟物の各質点に対して、他物体の表面までの距離が最短となる点を計算する（Ｓ２３）。ならい形状演算部１５は、計算した点から他物体側の表面外側に少し移動した位置に、シート状柔軟物の質点を移動させる（Ｓ２４）。ならい形状演算部１５は、ならい変形で質点の位置が変位する結果、変位した質点からの距離が保たれる位置に他の質点を変位させる。
【００６７】
［２−６］柔軟物モデルの干渉の処理
干渉処理部１４は、ならい形状演算部１５の処理によってならい形状が確定したシート状柔軟物の簡略メッシュを詳細メッシュに変更する（Ｓ１７）。干渉処理部１４は、簡略ポリゴンを生成したときに各簡略ポリゴンに含まれる元のポリゴンの頂点情報をメモリ２０のデータテーブル２６０に格納している。干渉処理部１４は、簡略ポリゴンの位置に合致するように詳細ポリゴンの質点を設定する。これにより、３次元シミュレーション装置は、シート状柔軟物のポリゴンを簡略ポリゴンから詳細ポリゴンに変換することができ、シート状柔軟物の詳細な動作をシミュレーション演算することができる。
【００６８】
［２−７］シミュレーション演算結果の出力
出力部１６は、対象装置および対象装置内の各部品の位置およびフレキシブルプリント基板の位置と形状をディスプレイ３１に表示可能な情報を出力する。
【００６９】
開示の３次元モデルのシミュレーション方法により、通常時は自由な変形を表現するために十分に細かい詳細メッシュでシート状柔軟物を構成し、他物体との干渉時は自由度を減らした比較的粗い簡略メッシュでシート状柔軟物を構成するようにメッシュを変換する。これにより、シート状柔軟物の自然な変形を表現しながら、干渉時の局所変形を回避することができる。また、干渉時のシート状柔軟物のならい変形の計算量が減少するため、ならい変形形状を高速に計算することができ、ユーザーが素早く変形形状を確認することが可能になる。また、シート状柔軟物のメッシュを簡略メッシュに変換する方法として、可展面の性質を利用する。可展面は、両サイドの２つの曲線に対して、その曲線間を結ぶ直線が存在する性質がある。これにより、シート状柔軟物の簡略メッシュを短冊状に分割することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、３次元ＣＡＤのシミュレーションに利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  ３次元シミュレーション装置
１０  プロセッサ
１１  対象物設定部
１２  シミュレーション部
１３  干渉判定部
１４  干渉処理部
１５  ならい形状演算部
１６  出力部
２０  メモリ
３０  入出力インタフェース
３１  ディスプレイ
３２  キーボード
３３  マウス
５０  記憶装置
５１  記録媒体
【図１】
0005573510.tif 000002
【図２】
0005573510.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005573510.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005573510.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0005573510.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0005573510.tif 000029
【図２９】
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