(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示される細部レベルを制御するための方法であって、前記構造は前記構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品はサブボリュームにおいて境界を付けられるサブオブジェクトを含み、前記方法は、
ａ）  ルートボリュームを選択するステップと、
ｂ）  選択された前記ボリュームのいずれかの部分がスクリーンの観察フラスタム内に入るかを判断し、
ｉ）  入らなければ前記部品のすべてを淘汰し、
ii）  入るならばステップｃ）を続行するステップと、
ｃ）  表示されるならば前記選択された境界ボリュームのスクリーンサイズを決定するステップと、
ｄ）  前記スクリーンサイズを予め定められたしきい値と比較し、前記スクリーンサイズが前記予め定められたしきい値よりも小さければ選択された境界ボリュームを表示し、さもなければステップｅ）を続行するステップと、
ｅ）  表示されるならば前記選択された境界ボリュームにサブボリュームがあるかを判断し、なければ詳細な部品を表示し、さもなければステップｆ）を続行するステップと、
ｆ）  選択された各サブボリュームに対して上のステップｂ）からステップｅ）を繰返して、それによって表示される細部レベルを決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記選択されたボリュームのいずれかの部分がスクリーンの観察フラスタム内に入るかを判断するステップは、
選択されたボリュームのコーナのスクリーン範囲を決定し、すべてのコーナがスクリーン外にあれば前記部品のすべてを淘汰し、さもなければステップｃ）を続行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表示されるならば選択された境界ボリュームのスクリーンサイズを決定するステップは、前記選択されたボリュームのスクリーン範囲をスクリーンの境界に留め、その結果として生じる面積を計算するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記予め定められたしきい値はユーザにより制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記予め定められたしきい値はスクリーンピクセルの予め定められた数として設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ユーザにスクリーンディスプレイを前記構造に対して制御可能に移動させるシステム内に含まれ、前記予め定められたしきい値が、このような移動の間より低い細部レベルに対応する第１の値に設定され、ユーザに指示される移動がない場合細部の高まったレベルに対応する第２の値に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の予め定められたしきい値および前記第２の予め定められたしきい値はユーザにより制御される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の予め定められたしきい値および前記第２の予め定められたしきい値はスクリーンピクセルの予め定められた数として設定される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
選択されたオブジェクトのディスプレイ設定をターンオンまたはターンオフさせるシステム内に含まれた請求項１に記載の方法であって、
細部レベルディスプレイのために処理される各ボリュームに対して、
ｉ）  各サブボリュームのディスプレイ設定がターンオフされるかを決定し、ターンオフされるならばボリュームを淘汰し、さもなければ、
ii）  各サブボリュームのディスプレイ設定がターンオンされるかを決定し、ターンオンされるならばステップｂ）からステップｆ）で細部レベルディスプレイを決定するように進み、さもなければ、
iii）  少なくとも１つのサブボリュームのディスプレイ設定がオンであり、かつ少なくとも１つのサブボリュームのディスプレイ設定がオフであるかを判断し、前記ボリュームをステップｂ）からステップｆ）に従って淘汰させるが、前記ボリュームがステップｂ）からステップｆ）に従って細部レベルとして表示されないようにするステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
各細部レベル境界ボリュームを着色する方法を含む請求項１に記載の方法であって、
ｉ）  前記境界ボリュームの各サブボリュームの色を決定するステップと、
ii）  各サブボリュームの色を予め定められたように重み付けするステップと、
iii）  すべての重み付けされたサブボリュームの色を合計し、それによって前記細部レベル境界ボリュームの色を生じるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
各サブボリュームの色に予め定められたように重み付けするステップは、
ａ）  各サブボリュームの、その親ボリュームに対する比を決定するステップと、
ｂ）  前記比を３分の２乗したものによって各サブボリュームの色に重み付けするステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
すべての重み付けされたサブボリュームを合計するステップは、すべての重み付けされたサブボリュームの色の代数和を取るステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
すべての重み付けされたサブボリュームを合計するステップは、すべての重み付けされたサブボリュームの色の代数和を取るステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイにおいて細部レベル境界ボリュームの色を決定するための方法であって、前記構造は前記構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品はサブボリュームにおいて境界を付けられるサブオブジェクトを含み、前記方法は、
ａ）  ルートボリュームを選択するステップと、
ｂ）  ルートボリュームがサブボリュームを有するかを判断し、
ｉ）  有さなければルートボリュームの色をその詳細な部品の色と同じであるように設定し、
ii）  有するならばステップｃ）を続行するステップと、
ｃ）  ルートボリュームの色を予め定められた初期色に設定するステップと、
ｄ）  前記ルートボリュームの第１のサブボリュームを選択するステップと、
ｅ）  選択されたボリュームがサブボリュームを有するかを判断し、
ｉ）  有するならば
１）  選択されたボリュームの色を予め定められた初期色に設定し、
２）  第１のサブボリュームを選択し、
３）  前記選択されたサブボリュームに対してステップｅ）を繰返し、
ii）  有さないならば
１）  選択されたボリュームの色をその詳細なオブジェクトと同じであるように設定し、
２）  予め定められた重み付け関数に従って前記色に重み付けし、
３）  前記重み付けされた色を親ボリュームの色に加え、
４）  新しいサブボリュームを選択し、
５）  全サブボリュームが選択されたかを判断し、
選択されたならば上のステップｅ）ii）２）で続行し、
選択されていないならば上のステップｅ）で続行するステップとを含み、
各境界ボリュームはそれが含むボリュームの色を反映するように着色される、方法。
【請求項１５】
予め定められた重み付け関数に従って前記色に重み付けするステップは、
選択されたボリュームの、その親ボリュームに対する比を計算するステップと、
前記比を３分の２乗に累乗したものによってサブボリュームの色に重み付けするステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コンピュータスクリーンはＲＧＢモニタであり、前記予め定められた初期色は黒であるように選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイにおいて細部レベル境界ボリュームの色を決定するための方法であって、前記構造は前記構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品はサブボリュームにおいて境界を付けられるサブオブジェクトを含み、前記方法は、
ａ）  親ボリューム内の各サブボリュームの、前記親ボリュームに対する比を計算するステップと、
ｂ）  前記比を予め定められた累乗に累乗したものによって各サブボリュームに色を重み付けするステップと、
ｃ）  親ボリューム内のサブボリュームで重み付けされた色のすべてを加えてそのスクリーン表示される色を決定するステップとを含む、方法。
【請求項１８】
各サブボリュームの色に重み付けするための前記予め定められた累乗は３分の２である、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は複合構造のコンピュータ画像モデル化のための方法に関し、特に、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示される細部レベルを制御するための方法に関する。また、コンピュータ生成ディスプレイにおける細部レベル境界ボリュームの色を決定するための方法が含まれる。
対話式コンピュータ生成ディスプレイは、現実のように見える、３次元モデルのビジュアリゼーションをもたらす。このようなモデルはユーザの制御の下で、たとえば機械的なコンピュータ化設計システムに見られ得るような、仮想環境における設計評価および訓練の両方のために役立つ。このようなコンピュータビジュアリゼーションシステムは、ユーザによる対話式制御の下でシミュレートされた観察者の観点から見えるような、３次元複合構造の画像をコンピュータワークステーションのスクリーン上に与える。コンピュータ生成ディスプレイが十分に円滑かつ迅速にされ得るならば、ユーザにはその構造中でのシミュレートされた観察者の移動の下で仮想環境をリアルタイムで探索しているような錯覚が与えられる。
複合構造の対話式コンピュータ生成ビジュアリゼーションシステムのための特定的な応用が航空機のような高度に複雑な構造のモデル化に見られる。ここで、ユーザにその構造中を対話式に移動させるシステムが製品の最終的な成功に関連する数多くの局面において役立ち得る。たとえば、複合航空機構造の対話式ディスプレイは構造上の干渉および適合問題を特定でき、製品の、物理的なモックアップでは通常隠れた区域、すなわち、込み入った区域でのダクトおよび配線の設計上の道筋を「見る」能力を与えることができ、「生きた」モデルを与えることによって統合した製造チームの作業を容易にでき、イラストレーションおよび訓練媒体の製造のサイクル時間およびコストを低減できる。
コンピュータグラフィックに基づくシステムが円熟するにつれ、その方法が表示される３次元モデルデータベースも発達してきた。実世界の構造はコンピュータ記憶媒体上に無理なく記憶できるよりもはるかに複雑であるので、開発されるモデルの複雑さはそれを表示するために必要とされるハードウェアの能力を伝統的に凌いできた。この問題を扱うために、目に知覚される複雑さの変化をわずかなものにするように試みながらモデルの複雑さを低減するようにさまざまな方法が開発された。これらの方法は２つのカテゴリ、すなわち淘汰および細部の削除に分割できる。
淘汰は、現在の観察位置から不可視であるオブジェクトを表示しないやり方である。このようなオブジェクトはシーンから「淘汰」されるものと見なされる。オブジェクトが淘汰され得るのは、他のオブジェクトによってかまたは現在の観察領域の外部にあることによって隠されるためである。観察領域に対して淘汰することはしばしば簡単であるが、閉ざされたオブジェクトを淘汰することは、この問題を解決するために数多くのアルゴリズムが考え出されているのにかかわらず困難であり得る。淘汰のかぎは、シーンにおけるすべてのオブジェクトの可視性を判断するすばやい方法を有することである。
細部の削除は、シーンの知覚される複雑さに対するオブジェクトの重要性に依存して、可変の細部レベル（ＬＯＤ）でオブジェクトを表示するやり方である。この知覚される重要性は伝統的にスクリーンの画素（ピクセル）におけるオブジェクトの大きさによって測定されてきた。細部の削除を用いるかぎはシーンにおけるすべての複合オブジェクトに対して利用可能ないくつかの細部レベルを有することである。
航空機のような複合構造のコンピュータ生成ディスプレイにおいて、選択されたオブジェクトをターンオンまたはターンオフさせる能力をユーザに与えることもまた望ましい。したがって、たとえば、航空機中のダクトに主に関心を持つ設計者は選択的にダクトをターンオンでき、かつほとんどまたはすべての他の構造をターンオフでき、それによってダクト設計をはっきりと観察できる。
また、コンピュータ生成グラフィックスディスプレイが全部品のまるまるの細部より小さい場合、これらの部品を表わす色を再び生じるように試みることが望ましい。したがって、設計者が複合構造中を移動し、詳細な部品の表示を観察しているときに、これらの表示において観察されるような色が詳細な部品のそれを反映し、それによって、ユーザに現実感を与えるべきである。
したがって、コンピュータメモリおよび速度に対する要件を最小にしながら、３次元オブジェクト中での真の移動感覚をユーザに与える、複合構造中の移動のユーザ制御されるディスプレイ（すなわちアニメーション）を与えるために、対話式コンピュータグラフィックディスプレイ技術が長い間必要とされてきた。
発明の概要
したがって、この発明の目的は、過度なメモリまたは計算速度を用いずに、ユーザに３次元オブジェクト中を移動する感覚が与えられるような対話式ユーザ制御ディスプレイシステムにおいて、ユーザに示される細部レベルを制御するための方法を提供することである。
この発明の特定的な目的は、航空機のような複合構造の対話式ユーザ制御ディスプレイに、構造的な干渉部分を特定させ、込み入った区域中においてダクトおよび配線のようなアイテムの道筋をもたらさせ、「生きた」モデルを伴う共同作業を許すことによって統合した製造チームを容易にさせ、イラストレーターおよび訓練媒体の製造のためのサイクル時間およびコストを低減させるために用いられ得る上述の改良された方法を提供することである。
この発明のさらなる目的は、選択された部品をユーザにターンオンまたはターンオフさせるさらなる能力を備え、それによって選択されたオブジェクトのビジュアリゼーションを高める上の方法を提供することである。
この発明のさらなる目的は、そこに含まれる部品を表わすように細部レベルボリュームを着色する着色技術を備えた上の方法を提供することである。
簡単に言えば、この発明に従って、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示される細部レベルを制御するための方法が提供され、構造は構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、サブオブジェクトを含む個々の部品はサブボリュームにおいて境界を付けられる。この方法は、
ａ）  ルートボリュームを選択するステップと、
ｂ）  ルートボリュームのいずれかの部分がスクリーンの観察フラスタム内に入るかを判断し、
ｉ）  入らなければ前記部品のすべてを淘汰し、
ii）  入るならばステップｃ）を続行するステップと、
ｃ）  表示されるならば前記境界ボリュームのスクリーンサイズを決定するステップと、
ｄ）  スクリーンサイズを予め定められたしきい値と比較し、スクリーンサイズが予め定められたしきい値よりも小さければ境界ボリュームを表示し、さもなければステップｅ）を続行するステップと、
ｅ）  表示されるならば境界ボリュームにサブボリュームがあるかを判断し、なければ詳細な部品を表示し、さもなければステップｆ）を続行するステップと、
ｆ）  各サブボリュームに対して上のステップｂ）からステップｅ）を繰返して、それによって詳細なディスプレイのレベルを決定するステップとを含む。
この発明のさらなる局面では、上の方法は、ユーザにスクリーンディスプレイを構造に対して制御可能に移動させるシステム内に含まれ、予め定められたしきい値は、このような移動の間より低い細部レベルに対応する第１の値と、ユーザに指示される移動がない場合高まった細部レベルに対応する第２の値とに設定される。
この発明のさらなる局面では、上述された方法は、選択されたオブジェクトのディスプレイ設定をターンオンまたはターンオフさせるシステム内に含まれ、この方法はさらに、
表示するために細部レベルのために処理される各ボリュームに対して、
ｉ）  各サブボリュームのディスプレイ設定がターンオフされるかを決定し、ターンオフされるならばボリュームを淘汰し、さもなければ、
ii）  各サブボリュームのディスプレイ設定がターンオンされるかを決定し、ターンオンされるならばステップａ）からステップｅ）で細部レベルディスプレイを決定するために進み、さもなければ、
iii）  少なくとも１つのサブボリュームのディスプレイ設定がオンであり、かつ少なくとも１つのサブボリュームのディスプレイ設定がオフであるかを判断し、前記ボリュームをステップｂ）からステップｆ）に従って淘汰するが前記ボリュームがステップｂ）からステップｆ）に従って細部レベルとして表示されないようにするステップとを含む。
この発明のさらなる局面では、上に説明されたような方法が各細部レベル境界ボリュームを着色する方法を含み、
ｉ）  前記境界ボリュームの各サブボリューム色を決定するステップと、
ii）  各サブボリュームの色を予め定められたように重み付けするステップと、
iii）  あらゆる重み付けされたサブボリュームの色を合計し、それによって前記細部レベル境界ボリュームの色を生じるステップとを含む。
この発明はさらに、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイにおいて細部レベル境界ボリュームの色を決定するための方法を含み、構造は構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品はサブボリュームにおいて境界を付けられるサブオブジェクトを含み、この方法は、
ａ）  親ボリューム内の各サブボリュームの、前記親ボリュームに対する比を計算するステップと、
ｂ）  前記比を予め定められた累乗をしたものによって各サブボリュームの色に重み付けするステップと、
ｃ）  親ボリューム内の、サブボリュームの重み付けされた色のすべてを加えてそのスクリーン表示される色を決定するステップとを含む。
上述された細部レベル境界ボリュームの色を決定するための方法のさらなる局面において、各サブボリュームの色に重み付けするための予め定められた累乗は３分の２として選択される。
【図面の簡単な説明】
図１は任意の複合構造の等角図であり、構造がコンピュータモデル化の目的のためにその詳細な部品に分解される態様を示す。
図２は図１の複合構造のコンポーネント部品の１つの等角図であり、その部品のための境界ボリュームが生成される態様を示す。
図３Ａ−図３Ｃは図１に示される複合構造の等角側面図であり、コンピュータ生成される境界ボリュームの作成をさらに示す。
図４Ａ−図４Ｃは極めて複雑な機械アセンブリを示し、したがってコンピュータモデルに与えられる可変の細部レベルを示す。
図５は航空機構造の断面図であり、ユーザがそのコンピュータ生成される指示においてターンオンするかまたはターンオフするように選択できる数多くのコンポーネントを示す。
図６は表示される細部レベルを制御するための好ましい方法の詳細な論理フロー図であり、この発明に従ってユーザがオブジェクトを選択的にターンオンまたはターンオフできるプロセスをさらに示す。
図７Ａおよび図７Ｂは表示される細部レベルを着色するための好ましい方法を示す詳細な論理フロー図である。
詳細な説明
この発明は、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示される細部レベルを制御するための方法を対象とする。この発明はある細部レベルモデル化が与えられていると想定する。詳細なモデル化のこのレベルはこの発明の主題ではない。細部レベルモデル化を発生するための好ましい方法は、エリック・エル・ブレックナー（Eric L. Brechner）およびバージル・イー・ブーリッサ（Virgil E. Bouressa）によって発明され、この発明と同じ譲受人に譲渡された、「複合構造のコンピュータ生成ディスプレイに用いるための、空間的に均衡した境界ボリュームハイアラーキを作成するための方法（Method for Creating Spatially Balanced Bounding Volume Hierarchies for Use In a Computer Generated Display of a Complex Structure）」と題された、 日付（出願人書類番号＃９４−００３と同日付で提出）の係属中の特許出願連続番号第 号に記載される。これは引用によりここに援用される。境界ボリュームハイアラーキを作成するための方法の基本的な取り決めは図１から図４においてここに記載されるが、好ましい方法のより完全な説明は後述の応用において記載されると理解されるべきである。
図１は、複合構造のコンピュータ生成されたグラフィック表示がそのコンポーネント部品に分解でき、次いで、図２、図３、および図４に示されるように境界ボリュームとしてモデル化できる方法を示す。ここで一般に１２で示される任意の複合構造の斜視図が図１に示される。この全体構造１２は、いくつかの周知のＣＡＤ／ＣＡＭプログラムのいずれによっても発生できるデータの組としてデジタルフォーマットで存在し得る。（この発明の好ましい実施例では、データの組は、Ｄｅｓｓａｕｌｔからの許可の下で利用可能なＣＡＴＩＡで知られるＣＡＤ／ＣＡＭプログラムによって発生された。）
モデル化は複合構造１２をそのすべてを包含するレベルまたはルート（根）レベルから、円筒１４と、円筒端部コネクタ２０に接続されたシャフト１８を含む、一般に１６で示されるアセンブリとを含んだそのブランチ（枝）レベルまで分解し続ける。アセンブリ１６は次にさらなるブランチによってシャフト１８および円筒端部コネクタ２０のコンポーネント部品に分解される。こうして、反転した木の構造が図１に示され、基本のルートが頂部で複合構造の全部品を含み、その頂部はサブアセンブリを含んださまざまなブランチへとさらに分解され、最終的にはそれ自体リーフ（葉）としての詳細な部品へと分解される。
複合構造のための細部レベルを与えるために、ルートレベル、ブランチレベルおよびリーフレベルは図２に示されるような境界ボリュームを用いてさらにモデル化される。ここで、円筒端部コネクタ２０が８つのコーナを有するボックス２２から成るその境界ボリュームによってモデル化される。この８つのコーナを有するボックスは円筒端部コネクタ２０のための迅速なモデルとしてコンピュータによって記憶される。完全な円筒端部コネクタ２０の記憶のために必要とされるよりも少ないコンピュータメモリがボックス２２を記憶するために必要とされる。したがって、ユーザが複合構造中を対話式に移動でき、それによってコンピュータ速度およびメモリに高い要求を必要とする応用では、詳細な円筒端部コネクタ２０自体の代わりに境界ボックスボリューム２２を表示することが容認可能であり得る。
実際、図３Ａ−図３Ｃに示されるように、境界ボリュームは全体の複合構造１２に対して作成される。したがって、図３Ａを参照すると、円筒１４のためのボックス型境界ボリューム３４と、接続シャフト１８のためのボックス型境界ボリューム３８と、円筒端部コネクタ２０のための上述の境界ボリューム２２とが示される。
境界ボリュームに関するさらなる細部レベルが可能である。図１ではサブアセンブリ１６がシャフト１８に接続された円筒端部コネクタ２０からなることに注意されたい。したがって、図３Ｂでは、ブランチ境界ボリューム４２がサブアセンブリ１６のまわりに形成される。
最後に、図３Ｃでは、さらなる境界ボリューム４４が全体の構造１２のまわりに形成される。こうして、最低の細部レベルでは境界ボリューム４４が示され得るが、実際の部品１２自体を示す前の最高の細部レベルでは、境界ボリューム２２、３８、および４４が表示され得る。
高度に複雑なアセンブリに対する細部レベルディスプレイの描写は図４Ａ−図４Ｃに記載される。
図４Ａは数多くの個々の部品からなる高度に複雑なアセンブリ５０を示す。ここで、アセンブリは部品レベル（すなわち、最高の細部レベル）で示される。ユーザがより低い細部レベルを選択するならば、ここで境界ボリュームの第１のレベルに頼って、図４Ｂの結果として生じるディスプレイが示されるであろう。ここで、複合構造５０はディスプレイ５２に示されるようにさまざまな境界ボリュームによってモデル化されている。全体構造中を移動する対話するユーザには、ディスプレイ５２が明らかに詳細な部品を示唆し、さらに、境界ボリュームを用いることによってグラフィックディスプレイ５２を示すために必要とされるコンピュータ速度またはコンピュータメモリがより少ないことに注意されたい。
最後に、図４Ｃに示されるように、さらに低い細分レベルのディスプレイ５４がユーザにより選択され得る。ここで、部品の一般的な輪郭が示されるが、個々の構造は認識不可能である。したがって、ディスプレイ５４はコンピュータ速度およびメモリへの要求がより小さいものでさえある。
図５は一般に１００で示される商業用航空機の断面図であり、この発明を用いるための実用的な応用を示す。航空機の構造１００は一般に円形外板１０２および内部側壁１０４からなる。構造の内部には、２つの側部座席対１０８、１１０と中央座席３つ組１１２とを支持するように示された水平フロア１０６がある。側部座席対１０８、１１０の頭上には収納ボックス１１４、１１６がそれぞれある。中央座席３つ組１１２の頭上には天井構造１２０、電気サイン１２２および収納ボックス１２４がある。
数多くの構造がフロア１０６の下に経路を定められる。例示の目的のために、これは送水管支持ブラケット１３２によって支持される飲料水の送水管１３０を含む。また、航空機中に電力を与える電気線１３４と廃物用ダクト１３６とが設けられる。
天井１２０および収納ボックス１２４上に経路を定められるのは、飛行制御線１５０を含むダクトと、一連の電気ワイヤ束１５２、１５４と、ギャレーオーバヘッドタイおよびブラケット１６０、１６２とである。無数の他の構造が典型的な航空機の断面に含まれるが、全体構造１００の高度に複雑な性質が明らかである。
この発明は航空機構造１００の対話式ビジュアリゼーションにおいて応用され、そこで、操作者はワークステーションに座って自分の視野を変化させ、航空機中を移動するように選択できる。航空機構造における多数の詳細な部品と上述された淘汰および細部削除の効果のため、観察領域内の航空機の構造のすべてを示すための、コンピュータ速度およびメモリに対する要求は法外なものである。したがって、（図１から図４に関して説明された細部レベルなどによって）部品を減少またはモデル化してユーザに航空機中を本当に移動しているような感覚を得させ、それでもコンピュータ速度およびメモリの適度な制約内にあることが望ましい。
また、ワークステーションのユーザにある選択されたオブジェクトをターンオンまたはターンオフさせ、それによって関心のある構造のより明らかな光景を与えることが望ましい。たとえば、航空機において厳密に電気配線束１３４、１５２、および１５４だけに焦点を当てることを望むエンジニアは排水管１３０、１３６のディスプレイを選択的にターンオフできる。他方、設計者が排水管１３０、１３６とフロアに装着されたワイヤ束１３４との間に起こり得る干渉問題だけに関心を持つならば、あらゆる他の構造はターンオフでき、ユーザはこのような干渉が存在しないことを確かめるために航空機中を対話式に移動できる。
図６は、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示された細部レベルを制御するための好ましい方法を示す詳細な論理フロー図である。上述のように、構造が構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品がサブボリュームにおいて境界を付けられるサブオブジェクトを含むとここで想定される。
この方法は命令２００で始まる。最初に、ルートボリューム、すなわち、全体の航空機内のモデル化された全部品のような、全部品の全体の集まりが２０２で選択される。次に、ルートボリュームの全サブオブジェクトがターンオフされているかが２０４で判断される。この質問に対する答えがイエスであれば、これは何も表示されないことを意味し、この方法は終了命令２０６に達し、全体のボリュームが淘汰される。
全サブオブジェクトがターンオフされるのでなければ、この方法は、選択されたボリュームに対するスクリーン座標を２０８で計算する。境界ボリュームがボックスとして選択される場合、ステップ２０８は境界ボックスの８つのすべてのコーナのスクリーン座標を決定する。
ステップ２１０で、計算されたスクリーン座標がスクリーン上にあるかスクリーン外にあるかの判断がなされる。これは、選択されたボリュームの８つの全部のコーナの範囲をスクリーンのコーナの範囲と比較することによって行なわれる。重複がなければ、選択されたオブジェクトがスクリーン上になく、システムは次に２１２で終了し、部品の全体の集まりが淘汰される。
しかしながら、選択されたボリュームの何らかの部分がスクリーン範囲と重複するならば、ステップ２１４に入り、選択されたボリューム内の全サブオブジェクトがターンオンされるかが決定される。全サブオブジェクトがターンオンされるならば、ステップ２１６に入り、選択されたボリュームのスクリーンサイズが、表示されるならば、計算される。これは、選択されたボリュームスクリーン範囲をスクリーンの境界に留め、その結果として生じる面積を計算することによって好ましい実施例において達成される。画素（ピクセル）を含む典型的なラスター化ディスプレイでは、選択されたボリュームのスクリーンサイズは典型的にピクセルの数として決定されるであろう。このシステムは次に、ステップ２１８で、選択されたボリュームの計算されたスクリーンサイズが予め定められたしきい値よりも大きいかそれよりも小さいかを判断する。（図４Ａ−図４Ｃに関して可変レベルで示されるような）しきい値はより高いかまたはより低い細部レベルを与えるためにユーザにより選択できる。さらに、より低い細部レベルは、ユーザが複合構造中を（アニメーションによって）移動することを選ぶ場合に与えられ、それによってコンピュータメモリが浪費されない。
ステップ２１８で、選択された境界ボリュームのスクリーンサイズが予め定められたしきい値よりも小さいと判断されるならば、システムはステップ２２０に進んで所望の細部レベルとして境界ボリュームを引出す。適切な細部レベルが決定されたのでシステムは次に終了モード２２２に入る。
しかしながら、選択されたボリュームの計算されたスクリーンサイズがしきい値よりも大きいとステップ２１８において判断されるならば、ステップ２３０に入り、選択されたボリュームがサブボリュームを有するかが判断される。すべてのサブオブジェクトがターンオンされるのではないとステップ２１４で判断される場合もステップ２３０に入る。
ステップ２３０で、サブボリュームがないと判断されるならば、ステップ２３２に入り、詳細なオブジェクトが引出され、処理が２３４で終了する。しかしながら、選択されたボリュームのサブボリュームがあるならば、ステップ２４０に入り、このような各サブボリュームに対してプロセスがステップ２０４に戻る。
全体の構造のための所望の細部レベルのディスプレイが決定されるまでプロセスは各サブボリュームに対して上述されたように続く。
このように、複合構造のコンピュータ生成グラフィックのための所望の細部レベルディスプレイを決定するための急速かつ効率的な方法が決定できる。
図７Ａおよび図７Ｂは、複合構造内の各細部レベルが着色され得る態様を示す詳細な論理フロー図である。航空機のような複合構造のコンピュータモデルに関して、図７の論理フロー図に記載されるような方法は、示され得るであろうすべての細部レベルを経験し、起こり得る細部レベルの各々で各境界ボリュームに対して表示されるべき適切な色を決定する。次に、これらの値がコンピュータに記憶され、所与の境界ボリュームの望ましい細部レベルが表示されるときに呼び起こされる。
着色方法は３００で始まる。最初に、ルートボリューム（すなわち、全オブジェクトを含む境界ボリューム）がステップ３０２で選択される。ステップ３０４で、選択されたルートボリュームがサブボリュームを有するかを判断するためのテストが行なわれる。有さないならば、ステップ３０６に入り、ルートボリュームの色がその詳細なオブジェクトの色となるように設定される。各細部レベルに対する色が規定されたのでシステムは次に３０７で終了モードに入る。
しかしながら、ルートボリュームがサブボリュームを有するとステップ３０４で判断されるならば、ステップ３１０に入る。ステップ３１０で、ルートボリュームの色が予め定められた初期値に設定され、これは典型的なラスターディスプレイにおけるＲＧＢモニタでは黒である。この予め定められた初期色は選択されたディスプレイシステムのための全色の欠如である。ステップ３１２で、ルートボリュームの第１のサブボリュームが選択される。ステップ３１４で、この第１の選択されたサブボリュームがサブボリュームを有するかの判断が行なわれる。選択されたボリュームがサブボリュームを有するならば、ステップ３１６に入り、選択されたボリュームの色がまたその予め定められた初期値、ここでは黒に設定される。次に、ステップ３１８に入り、システムは第１のサブボリュームを選択する。これは次にステップ３１４に戻り、このサブボリュームがサブボリュームを有するかを判断する。このように、プロセスはすべてのサブボリュームを扱うために繰返す。
上のプロセスは、さらなるサブボリュームがないことがステップ３１４で判断されるまで繰返す。この場合、選択されたボリュームの色はステップ３２０においてその詳細なオブジェクトのものであるように設定される。これに引続いて、選択されたボリュームの、その親ボリュームに対する比がステップ３２２で計算される。システムは次にステップ３２４に入り、ここで、ステップ３２２からの計算された比の重みが２／３乗される。ステップ３２６で、選択されたボリュームの重み付けされた色が次に親ボリュームの色に代数的に付加される。
システムは次にステップ３２８を続行して新しいボリュームを選択し、ステップ３３０で全ボリュームが選択されたかを尋ねる。選択されていなければ、選択された新しいボリュームがステップ３１４に渡されて、選択されたサブボリュームがサブボリュームを有するか等を判断する。
ステップ３３０で、全サブボリュームが選択されているならば、ステップ３４０に入り、ルートボリューム内に含まれる全サブボリュームが選択されたかを判断する。選択されているならば、複合構造内の起こり得るすべての細部レベルに対する色が決定されており、システムはステップ３４２に出る。しかしながら、より多くのサブボリュームが処理されなければならないならば、ステップ３２２に入り、システムは循環的に繰返す。
図７の詳細な論理フロー図の下のアプローチは、所与の細部レベルに対して引出された境界ボリュームの色はそれが含む色のエミッタによって表わされるということである。サブボリュームを含むボリュームでは、ボリュームの色が最初はそれを通過する光の強度に割当てられる（たとえば、ＲＧＢディスプレイに対して黒）。ボリュームの色を計算するために、親ボリュームに対するサブボリュームの比が２／３乗に累乗されたものによって重み付けされた全サブボリュームの色の代数的な和が用いられる。これによって、サブボリュームの色の強度が親ボリュームに対して近似的に逆二乗則に従って減少しているようになる。
要約すると、複合構造のコンピュータ生成スクリーンディスプレイに表示された細部レベルを制御するための方法であって、構造が構造の全部品に境界を付けるルートボリュームとしてモデル化され、個々の部品がサブボリュームにおいて境界を付けられたサブオブジェクトを含む方法が詳細に説明された。さらに、オブジェクトの選択的なターンオンまたはターンオフをもたらす方法が示された。さらに、ルートボリュームおよびサブボリューム内の全細部レベルを着色するための好ましい方法もまた説明された。
この発明の好ましい実施例が詳細に説明されたが、多くの変更および変形がこの発明の真の精神および範疇内で可能であることが明らかであるはずである。
たとえば、好ましい実施例が複合構造の境界ボリュームモデル化のための特定的な方法論、すなわちボクシングを示すが、ここに説明されかつ権利主張されるこの発明の方法はこれ以外の数多くの方法論で用いるように適合されることが明らかであるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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