(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するスキニング曲面生成方法において、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する工程、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定する工程、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成する工程、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成する工程を含むことを特徴とするスキニング曲面生成方法。
【請求項２】
請求項１記載のスキニング曲面生成方法において、隣合う軌道セグメントに対応する補間曲線が滑らかに接続されていない場合、滑らかに接続されるように補間曲線を修正し、滑らかなスキニング面を生成する工程を含むことを特徴とするスキニング曲面生成方法。
【請求項３】
参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するスキニング曲面生成装置において、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する手段、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定する中間断面決定手段、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成する補間曲線生成手段、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成するスキニング曲面生成手段を含むことを特徴とするスキニング曲面生成装置。
【請求項４】
参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータに、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定し、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定し、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成し、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成する機能を実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元自由曲面生成方法、特に複数個の異なる断面形状を補間するスキニング曲面生成方法及びスキニング曲面を生成する装置、並びに、スキニング曲面を生成するためのプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面形状を接続するための軌道を入力することによってスキニングを行うものが提案されている。例えば、本出願人により提案された特願平１−３０２８７０号では、空間上に配置された複数の断面形状からスキニング立体を生成する方法において、隣合う二つの断面形状の中心間に仮想的な空間軌道を生成し、上記生成された空間軌道に沿って、隣り合う二つの断面形状のうち、前の断面形状を仮にスイープして後の断面形状と同一平面にし、前記スイープされた前の断面形状と後の断面形状との頂点の対応関係をねじれ角度より見つけ、該対応関係にある各頂点間を連続な曲線で補間し、この生成した曲線によって囲まれる面に曲面を内挿してスキニング立体を生成するものがある。
しかしながら、この方法では断面形状を構成する曲線セグメントの数が同じでなければならないという制限があった。またこれによって生成されたスキニング立体の曲線および曲面の数は多すぎるというデメリットがあった。
【０００３】
そこで、本出願人はこの点を改良すべく先にスキニング立体形状生成装置（特開平４−２６３３６８号公報参照）を提案したが、該装置は複数の断面形状を空間上に配置し、前記各断面形状を構成する曲線セグメントを一本のスプライン曲線に整理し、断面形状間の頂点ノードの対応関係を見つけ、頂点ノードの数が少ない断面形状に対して曲線を分割し、頂点ノード間を連続な曲線で補間し、得られた補間曲線及び両側の断面形状とで囲まれる面を内挿する自由曲面を生成するものであって、前記従来例よりもより少ない曲線で補間できるものである。しかしながら、複数個の断面形状を補間するスキニング曲面を軌道なしに生成するものであるため、生成したスキニング曲面の形状をユーザーが制御できないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決することをその課題とするものであって、
（１）生成するスキニング曲面の形状の曲がり具合を参照軌道の形状で制御するようにして、意図したスキニング曲面を容易に生成する。
（２）容易に中間断面形状を得、それによって補間曲線の生成を容易にする。
（３）滑らかなスキニング曲面を生成する。
（４）スキニング曲面を容易に生成する。
また、生成するスキニング曲面の形状の曲がり具合を参照軌道の形状で制御するようにして、意図したスキニング曲面を生成するため、コンピュータプログラムを容易に実施できる装置を提供する。
さらに、スキニング曲面を生成するプログラムを媒体に記録することにより、スキニング曲面形成装置において前記プログラムを実施することができるようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するスキニング曲面生成方法において、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する工程、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定する工程、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成する工程、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成する工程を含むことを特徴とするスキニング曲面生成方法である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載のスキニング曲面生成方法において、隣合う軌道セグメントに対応する補間曲線が滑らかに接続されていない場合、滑らかに接続されるように補間曲線を修正し、滑らかなスキニング面を生成する工程を含むことを特徴とするスキニング曲面生成方法である。
【０００７】
請求項３の発明は、参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するスキニング曲面生成装置において、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する手段、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定する中間断面決定手段、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成する補間曲線生成手段、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成するスキニング曲面生成手段を含むことを特徴とするスキニング曲面生成装置である。
【０００８】
請求項４の発明は、参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するためのプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータに、前記複数の断面形状の各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定し、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定し、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成し、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成する機能を実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
添付図面を参考にして本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のスキニング曲面を生成するための装置の実施の形態を示すブロック図である。
前記処理装置はＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、入力装置１４、表示装置１５、出力装置１６から構成されている。
ＲＯＭ１２には、ＣＰＵ１１の処理動作に必要なプログラム等が記憶されている。ＲＡＭ１３は、入力装置から入力された参照軌道、断面形状等のデータやＣＰＵ１１で処理した中間断面形状等の処理データを一時的に記憶する領域、処理に必要な演算を行う作業領域等を有している。
入力装置１４は、データ等処理動作に必要な指令及び断面形状、参照軌道等のデータの入力を行うためのものである。なお、断面形状、参照軌道等処理に必要なデータを予めＲＯＭに記憶させておくこともできる。
表示装置１５は、グラフィック表示装置のような本発明によって得られたスキニング曲面を表示するためのものであり、かつ、出力装置は例えば作図装置等得られたスキニング曲面を出力するためのものである。
【００１０】
前記処理装置は、入力装置１４から参照軌道、断面形状等のデータを入力するとともに入力データの処理を指令することにより、ＲＯＭに格納された処理プログラムに従って以下に示すような手順によりデータ処理を行い、生成されたスキニング曲面を例えば、グラフィック表示装置等表示装置によって表示することができる。
【００１１】
次に、図面を参考に以上の処理装置において実施されるスキニング曲面生成のための手順について説明する。
図２において、２は意図したスキニング曲面を得るための参照軌道であり、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4はそれぞれスキニング曲面を形成するための断面形状を示す。また、図８は、本発明のスキニング曲面生成方法の実施態様を示すフローチャートであって、スキニング曲面を生成するための手順を示している。
【００１２】
この手順によれば、
１．まず最初に、前記処理装置１に、複数個の異なる断面形状Ｓ1，Ｓ2…と参照軌道２のデータを入力する（Ｓ１０１）（図２）。
【００１３】
２．次に、各断面形状に対して、断面形状を含む平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する（Ｓ１０２）。
この各断面形状に対応する軌道セグメントは、隣合う２つの断面形状の中間形状を生成するのに利用される（図３）。
【００１４】
３．隣合う２つの断面形状と対応する軌道セグメントから断面形状をつなぐ補間曲線を生成する（Ｓ１０３）。
前記補間曲線は具体的には以下の手順により生成される。
（ａ）軌道セグメント上に複数のサンプリング点（Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，…）をとる（図４）。
（ｂ）両側の断面形状をそれぞれ参照軌道にそってスイープし、各サンプリング点での軌跡を求める。
（ｃ）図４に示すように、得られた２つの断面の一次補間で中間断面形状（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）を決定する。したがって、中間断面形状の頂点位置（Ｎ111，Ｎ112，…）は両側の断面形状の対応する頂点（Ｎ11，Ｎ12）同士の位置の一次補間となる。
ここで、断面形状を構成する頂点同士を対応させながらスキニング曲面を生成するには、両側の断面形状の対応する頂点同士を指定すればよい。
（ｄ）両側の断面形状と得られた複数の中間断面形状から対応する頂点同士の間に図５に示すような補間曲線（Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，…）を生成する。
以上の手順を複数の各隣合う断面形状及び各軌道セグメントに対して適用することにより、複数の断面形状をつなぐ補間曲線（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4，…）を生成することができる（図６）。
【００１５】
４．上記手順において補間曲線は軌道セグメントごとに生成されるので、隣合う軌道セグメントに対応する補間曲線は常に滑らかに接続されるとは限らない。そこで、隣合う軌道セグメントに対応する補間曲線が滑らかに接続されていな場合には、共有点における両側の接続ベクトルを一直線に並ぶように修正することにより、両側の曲線を滑らかに連続させる（Ｓ１０４）。
【００１６】
５．隣合う断面形状を構成する曲線（断面曲線）と、生成された補間曲線からスキニング曲面を生成する（図７）、つまり、断面曲線と補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成する。
【００１７】
上記１〜５の前記手順は、前記のＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３等からなるスキニング曲面生成装置の機能実現手段により実施される。
その実施の形態によれば、スキニング曲面生成装置は、参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するものであって、前記複数の断面形状の各断面形状を含む各平面と前記参照軌道との交点をそれぞれ計算し、前記参照軌道における隣合う２つの前記交点間の参照軌道の部分を、前記各断面形状に対応する軌道セグメントとして決定する手段、前記軌道セグメントの両側の２つの断面形状をそれぞれ参照軌道に沿ってスイープして、前記軌道セグメント上の複数のサンプリング点におけるスイープされた断面形状の軌跡を求め、得られた前記２つの断面形状の軌跡の一次補間で中間断面形状を決定する中間断面決定手段、前記２つの断面形状と前記中間断面形状をつなぐ補間曲線を生成する補間曲線生成手段、前記各隣合う断面形状を構成する曲線と前記補間曲線に囲まれるメッシュに曲面を内挿してスキニング曲面を形成するスキニング曲面生成手段を含み、更に、前記スキニング曲面生成手段は、隣合う軌道セグメントに対応するスキニング曲面を表す前記補間曲線が滑らかに接続されていない場合に、滑らかな補間曲線を生成するようにした。
また、前記手順を実施するプログラムはコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録され、該記録媒体は、ハードウェアつまり前記スキニング曲面生成装置のメモリへロードして実行される。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明には以下のような効果がある。
１．参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するため意図したスキニング曲面を容易に得ることができる。
２．容易に中間断面形状を得ることができるため、補間曲線の生成も容易となる。
３．隣合う軌道セグメントに対応する補間曲線が滑らかに接続されるように補間曲線を修正するため、滑らかなスキニング曲面を得ることができる。
４．断面形状を構成する頂点同士を対応させながらスキニング曲面を生成できるため、スキニング曲面の生成が容易である。
５．コンピュータプログラムにより実施して、参照軌道の形状を参照しながら複数の断面形状を補間してスキニング曲面を生成するため意図したスキニング曲面を容易に得ることができる。
６．スキニング曲面を生成するプログラムを媒体に記録したので、任意のスキニング曲面生成装置において前記プログラムを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のスキニング曲面を生成する装置の実施の形態を示すブロック図。
【図２】  スキニング曲面を生成するための複数の異なる断面形状と参照軌道を示す図。
【図３】  前記複数の異なる断面形状を含む平面と参照軌道の交点を示す図。
【図４】  参照軌道の軌道セグメント上のサンプリング点と中間断面形状とを説明するための図。
【図５】  前記隣合う２つの断面形状とその間に生成された補間曲線を示す図。
【図６】  前記複数の異なる断面形状間に生成された補間曲線を示す図。
【図７】  前記隣合う断面形状を構成する曲線と、生成された補間曲線から生成されたスキニング曲面を示す図。
【図８】  本発明の実施態様によるスキニング曲面生成のための処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…処理装置、２…参照軌道、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ、１４…入力装置、１５…表示装置、１６…出力装置、Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4…補間曲線、Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4…補間曲線、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4…断面形状、Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3…中間断面形状、Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3…サンプリング点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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