(57)【要約】  光線追跡に要する演算量を少なくすることができ、計算能力の低い安価なコンピュータにおいても、ワークの形状変化を容易に模擬することができるようにするために、切削加工シミュレーション表示装置は、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、ワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新部（２６）と、今回の工具描画領域について光線追跡法を用いて工具描画イメージを生成する工具描画イメージ生成部（２８）と、前回の工具描画領域と今回のワーク描画更新領域についてワーク描画イメージバッファから部分イメージを表示フレームバッファに転送するとともに、今回の工具描画イメージを表示フレームバッファに転送するイメージ転送部（２９）とを有する。また、前記ワーク描画更新部は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点Ｐ（４０６）から光線追跡を開始する。
2009145155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化を模擬する切削加工シミュレーション表示装置において、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新部を備え、
前記ワーク描画更新部は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする切削加工シミュレーション表示装置。
【請求項２】
ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化を模擬する切削加工シミュレーション表示装置において、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新部と、
前記ワーク描画更新部により更新された前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファを参照して、今回の工具描画領域について光線追跡法を用いて工具描画イメージを生成する工具描画イメージ生成部と、
前回の工具描画領域と今回のワーク描画更新領域についてワーク描画イメージバッファから部分イメージを表示フレームバッファに転送するとともに、今回の工具描画イメージを表示フレームバッファに転送するイメージ転送部と
を備えたことを特徴とする切削加工シミュレーション表示装置。
【請求項３】
前記ワーク描画更新部は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする請求項２に記載の切削加工シミュレーション表示装置。
【請求項４】
前記ワーク描画更新部は、前回に工具が描画されていた領域の復旧及びワークの形状変化部分に対応する領域の更新を行い、
前記工具描画イメージ生成部は、今回の工具描画領域の更新を行う
ことを特徴とする請求項２または３に記載の切削加工シミュレーション表示装置。
【請求項５】
ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーション表示方法において、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新工程を含み、
前記ワーク描画更新工程は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする切削加工シミュレーション表示方法。
【請求項６】
ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーション表示方法において、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新工程と、
前記ワーク描画更新工程により更新された前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファを参照して、今回の工具描画領域について光線追跡法を用いて工具描画イメージを生成する工具描画イメージ生成工程と、
前回の工具描画領域と今回のワーク描画更新領域についてワーク描画イメージバッファから部分イメージを表示フレームバッファに転送するとともに、今回の工具描画イメージを表示フレームバッファに転送するイメージ転送工程と
を含むことを特徴とする切削加工シミュレーション表示方法。
【請求項７】
前記ワーク描画更新工程は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする請求項６に記載の切削加工シミュレーション表示方法。
【請求項８】
前記ワーク描画更新工程は、前回に工具が描画されていた領域の復旧及びワークの形状変化部分に対応する領域の更新を行い、
前記工具描画イメージ生成工程は、今回の工具描画領域の更新を行う
ことを特徴とする請求項６または７に記載の切削加工シミュレーション表示方法。
【請求項９】
コンピュータ上で実行することにより、切削加工によるワークの形状変化をワークの形状をボクセルモデルで表現して模擬する切削加工シミュレーション表示プログラムにおいて、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新手順を含み、
前記ワーク描画更新手順は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする切削加工シミュレーション表示プログラム。
【請求項１０】
コンピュータ上で実行することにより、切削加工によるワークの形状変化をワークの形状をボクセルモデルで表現して模擬する切削加工シミュレーション表示プログラムにおいて、
ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新手順と、
前記ワーク描画更新手順により更新された前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファを参照して、今回の工具描画領域について光線追跡法を用いて工具描画イメージを生成する工具描画イメージ生成手順と、
前回の工具描画領域と今回のワーク描画更新領域についてワーク描画イメージバッファから部分イメージを表示フレームバッファに転送するとともに、今回の工具描画イメージを表示フレームバッファに転送するイメージ転送手順と
を含むことを特徴とする切削加工シミュレーション表示プログラム。
【請求項１１】
前記ワーク描画更新手順は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する
ことを特徴とする請求項１０に記載の切削加工シミュレーション表示プログラム。
【請求項１２】
前記ワーク描画更新手順は、前回に工具が描画されていた領域の復旧及びワークの形状変化部分に対応する領域の更新を行い、
前記工具描画イメージ生成手順は、今回の工具描画領域の更新を行う
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の切削加工シミュレーション表示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
切削加工によるワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーションにおいて、時々刻々のワークの形状をその時点の工具形状とともに画面に表示する切削加工シミュレーション表示装置、切削加工シミュレーション表示方法、および切削加工シミュレーション表示プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタなどの工作機械によりワークを切削加工する際に、ワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーションでは、ワークの形状変化を効率よく処理し、時々刻々のワーク形状を高速に画面表示する必要がある。一般に、切削加工により創成される加工面は工具とワークとの相対運動で決まる複雑な形状を呈するため、ワークの形状表現形式として、セルと呼ばれる微小な立方体や柱体の集合で形状を表現するボクセルモデルやデクセルモデルなどが多く採用される。【０００３】
このようなボクセルモデルやデクセルモデルを用いて高速なシミュレーションを行う方法として、例えば、特許文献１に提案された方法がある。同方法では、ワークの立体モデルをデクセルモデルに変換した形状データを用いている。その下で、工具が移動経路に沿って移動するときの挿引形状を計算し、この挿引形状を構成するくさび形状と円筒形を計算してそれぞれの下面を多角形化してデプスバッファ処理可能な３次元グラフィックスハードウェアを用いて陰面消去処理した中間画像を生成する。その際にデプスバッファに記録されたデプス値でデクセルの上端を切り詰め、デクセルの上端部を多角形化して３次元グラフィックスハードウェアを用いて陰面消去した最終画像を生成し画面表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許文献１：特許第３５７１５６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記先行技術に見られるような、表示対象物を多角形化してデプスバッファ処理を援用して陰面消去された画像を得る方法を、一般に、ポリゴン描画方式と呼ぶ。形状表現形式にボクセルモデルやデクセルモデルを用いるとデータ構造が簡素化されて内部の形状処理が効率的になる一方で、モデルを構成するセル数相当のポリゴンを描画することになりポリゴン描画方式では時間がかかる。このため、このようなポリゴン描画方式においては、上記先行技術のように、３次元グラフィックスハードウェアの利用を前提とするものが多い。しかしながら、加工現場に多く見られる比較的安価なコンピュータでは、ハイエンドの３次元グラフィックスハードウェアが利用できないケースも多い。【０００６】
一方、上記のようなポリゴン描画方式に代わる別の描画方式として光線追跡法がある。この光線追跡法では、図２−１に示すように、投影面２０１上の各画素２０２から視線方向に光線２０３を投射して物体表面との交点位置２０５での色情報（ＲＧＢなどの画素値）を計算することで表示イメージを得る。この光線追跡法をボクセルモデル２０４の表示に用いる場合は、図２−２のように、光線２０３が物体表面に到達するまでの途上にあるセル２０６を順にたどりながら交差判定を行う必要がある。交差判定自身は比較的単純な処理であるが、セル数が多いことと、各画素での光線追跡処理が繰り返されるため、全体として無視できない演算量となってしまう。【０００７】
このように、ボクセルモデルで表現されたワーク形状に対する切削加工シミュレーションの画面表示を光線追跡法により行う場合、光線追跡に要する演算量の多さから、３次元グラフィックスハードウェアを持たない計算能力の低い安価なコンピュータでは実行が困難であった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光線追跡に要する演算量を少なくすることができ、３次元グラフィックスハードウェアを持たない計算能力の低い安価なコンピュータにおいても、ワークの形状変化を容易に模擬することができる切削加工シミュレーション表示装置、切削加工シミュレーション表示方法、および切削加工シミュレーション表示プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の切削加工シミュレーション表示装置は、ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーション表示装置において、ワークの投影描画のイメージデータおよびデプス距離データを保持するワーク描画イメージバッファおよびワーク描画デプスバッファを管理し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について、光線追跡法を用いて、前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファの対応部分を更新するワーク描画更新部と、前記ワーク描画更新部により更新された前記ワーク描画イメージバッファおよび前記ワーク描画デプスバッファを参照して、今回の工具描画領域について光線追跡法を用いて工具描画イメージを生成する工具描画イメージ生成部と、前回の工具描画領域と今回のワーク描画更新領域についてワーク描画イメージバッファから部分イメージを表示フレームバッファに転送するとともに、今回の工具描画イメージを表示フレームバッファに転送するイメージ転送部とを備えたことを特徴とする。【００１０】
また、ワーク描画更新部は、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始することを特徴とする。【００１１】
この発明によれば、前回に工具が描画されていた領域の復旧及びワークで形状変化のあった部分の表示更新を行う処理と、今回の工具描画部分の表示更新を行う処理とを分離することにより、光線追跡法を用いた描画イメージ生成が必要な領域部分を最小化する。また、切削によって新たに現れた面は切削前に見えていた面よりも必ず奥側にあることに着目し、ワークの形状変化部分に対応する描画領域について光線追跡法を用いて描画イメージバッファとデプスバッファの対応部分を更新する処理においては、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、画面に表示するイメージの生成処理を、ワークに対する光線追跡処理と工具に対する光線追跡処理の二つの処理に分けて構成することで、真に更新が必要な領域についてのみ光線追跡処理を行うことができ、演算量を削減することができる。また、前回の表示から更新が必要な部分でのピクセルに対する光線追跡の実行回数が少なくなり、全体で演算量が低減されるので、計算能力の低い安価なコンピュータ上でも切削加工シミュレーションを実行可能になる。【００１３】
また、更新対象ピクセルに対する光線追跡において、更新前のデプス距離と光線追跡対象ピクセル座標から決まる地点から光線追跡を開始するので、セルと光線との不要な交差判定処理が省略され、セル交差判定回数が削減され、更新追跡処理１回当たりの演算量が低減されるので、計算能力の低い安価なコンピュータ上でも切削加工シミュレーションを実行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明にかかる切削加工シミュレーション表示装置の実施の形態の全体構成図である。
【図２−１】図２−１は、光線追跡法によるボクセルモデルの表示方法を説明するための図であり、投影面上の各画素から視線方向に光線を投射して物体表面との交点位置での色情報を計算することで表示イメージを得る様子を示す図である。
【図２−２】図２−２は、光線追跡法によるボクセルモデルの表示方法を説明するための図であり、光線が物体表面に到達するまでの途上にあるセルを順にたどりながら交差判定を行う様子を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる切削加工シミュレーション表示装置の実施の形態における画面表示更新の例を示した図である。
【図４−１】図４−１は、ワーク描画更新部における光線追跡処理の基本原理を説明するための図であり、前回の画面表示更新での光線追跡処理の処理結果を示す図である。
【図４−２】図４−２は、ワーク描画更新部における光線追跡処理の基本原理を説明するための図であり、今回の画面表示更新での光線追跡処理の様子を示す図である。
【図５】図５は、ワーク描画更新部における光線追跡処理の流れを説明したフローチャートを示す図である。
【図６】図６は、工具描画イメージ生成部における光線追跡処理の流れを説明したフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる切削加工シミュレーション表示装置、切削加工シミュレーション表示方法、および切削加工シミュレーション表示プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。      
【００１６】
実施の形態
図１は、本発明にかかる切削加工シミュレーション表示装置の実施の形態の全体構成図である。図１において、切削加工シミュレーション表示装置は、大きく、シミュレーションコア部１０とシミュレーション表示部２０とを有している。シミュレーションコア部１０は、ワーク形状をボクセルモデルで表現し切削加工によるワークの形状変化を模擬する。シミュレーション表示部２０は時々刻々変化するワーク形状を画面に表示する。
【００１７】
シミュレーションコア部１０は、装置の記憶部に記憶された、ボクセルモデルで表現したワーク形状データ１１と、同じく装置の記憶部に記憶された、工具形状と工具移動軌跡の情報からなる工具パスデータ１２と、この工具パスデータ１２に基づきワーク形状データ１１を更新する切削模擬部１３とで構成される。
【００１８】
一方、シミュレーション表示部２０は、ワークおよび工具を描画するための視線方向や照明条件等の投影パラメータ２１と、ワーク単体を視線方向に沿って投影描画したイメージを保持するワーク描画イメージバッファ２２と、ワーク単体を視線方向に沿って投影描画した際の各画素について投影面からワーク表面までのデプス距離を保持するワーク描画デプスバッファ２３と、ワークおよび工具の描画イメージを保持してＣＲＴ等の画面に表示するための画面表示フレームバッファ２４と、ワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３についてデータ更新が必要な領域情報を管理する描画更新領域管理データ２５と、光線追跡法を用いてワーク形状データ（ボクセル）１１からワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３のデータを再計算するワーク描画更新部２６と、前回表示更新時に工具が描画された領域を管理する工具描画領域管理データ２７と、工具パスデータ１２の工具形状と移動軌跡の終点すなわち工具現在位置に基づいて光線追跡法を用いて工具近傍の投影描画イメージを生成する工具描画イメージ生成部２８と、ワーク描画イメージバッファ２２の更新対象領域のイメージデータおよび工具描画イメージ生成部２８が生成した工具描画イメージを画面表示フレームバッファ２４に転送するイメージ転送部２９とで構成されている。
【００１９】
ここで、ワーク描画イメージバッファ２２、ワーク描画デプスバッファ２３、および画面表示フレームバッファ２４は、画素数（幅×高さ）をそれぞれ同じにされている。
また、描画更新領域管理データ２５は、更新対象領域の対角２頂点の座標で表し、シミュレーション開始時点では表示画面全体となるように初期化されている。
【００２０】
シミュレーション開始時点では、ワーク形状データ１１は、加工前のワークの素材形状の状態である。シミュレーション開始時に限り、ワーク描画更新部２６は、表示領域全体について、光線追跡法を用いてワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３の両データを計算し初期化する。また、イメージ転送部２９は、ワーク描画イメージバッファ２２の全領域データを画面表示フレームバッファ２４に転送する。このようにして初期表示が終わると描画更新領域管理データ２５を空状態にクリアする。
【００２１】
次に、シミュレーション実行途中の動作について説明する。図３は、シミュレーション実行途中において画面表示を更新する典型的な例を示している。同図において、３０１は表示更新前すなわち前回の表示内容、３０４は今回の表示更新結果の表示内容を示している。図中の破線で示した３０６は、ワーク３０２の形状が変化した部分に対応する描画領域、３０７は移動前の工具３０３が前回に描画されていた領域、３０８は移動後の工具３０５を今回描画する領域である。画面表示更新は、少なくとも、これら３０６〜３０７の領域について最新の表示内容となるよう関係するデータを更新する必要がある。
【００２２】
以下、各部の動作について説明する。切削模擬部１３は、工具パスデータ１２から工具形状情報と１ステップ分の移動軌跡情報を読み出し、当該工具移動に対応する切削加工を模擬し、その結果に基づきワーク形状データ１１を更新する。切削加工の模擬は、例えば、工具形状を移動軌跡に沿ってスイープした工具スイープ形状をワーク形状から差し引くブーリアン差演算をワーク形状データ１１に対して行うことで実現する。
【００２３】
１ステップ分の切削模擬が終了するたびに、切削模擬部１３は、切削加工によって変化が生じた３次元領域データをワーク描画更新部２６に送る。ここで、３次元領域データは、ワーク形状の変化部分を囲む３次元包括ボックスとする。ワーク描画更新部２６は、受け取った３次元領域データを投影パラメータ２１で投影して得られる２次元更新領域を算出し、描画更新領域管理データ２５を更新する。
【００２４】
次に、ワーク描画更新部２６は、描画更新領域管理データ２５で更新対象領域に含まれる画素について、光線追跡法を用いて画素データ（ＲＢＧ値）とデプス距離を算出し、ワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３を更新する。
【００２５】
ここで、現在の処理対象の画素座標を（ｕ、ｖ）とする。図４−１および図４−２は、ワーク描画更新部２６での光線追跡処理の基本原理を説明するためのもので、投影面を真横から眺めた断面図である。図４−１は、前回の画面表示更新での光線追跡処理の処理結果であり、投影面４０１上の対象画素（画素（ｕ，ｖ））４０２からワーク形状４０４の表面までのデプス距離（デプス距離ｗ）４０３が計算され、このデプス距離４０３はワーク描画デプスバッファ２３に記録される。
【００２６】
図４−２は、今回の画面表示更新での光線追跡処理の様子で、対象画素４０２からデプス距離４０３だけ離れた地点（光線追跡の開始点Ｐ）４０６が今回の光線追跡の開始点となる。光線追跡の開始点４０６は、前回の画面表示更新時でのワーク形状の表面であるが、切削加工により、図４−１のワーク形状４０４から図４−２のワーク形状４０５のように変化した場合、新たに現れる形状表面は必ず視線方向の奥側に位置することになる（図４−２の光線（光線Ｌ）４０７参照）。したがって、地点４０６から光線追跡を開始しても正しい描画結果が得られる。
【００２７】
［ワーク描画更新部の光線追跡処理（ワークに対する光線追跡処理）］
図５は、ワーク描画更新部２６での光線追跡処理の動作を示したフローチャートである。なお、フローチャート中の符号は光線追跡処理における基本的モデルで使用するものである（図４−１及び図４−２参照）。図５において、ワーク描画更新部２６は、まず、ステップＳ１０１で、着目画素位置でのデプス距離ｗをワーク描画デプスバッファ２３から読み出す。次に、ステップＳ１０２で、画素座標（ｕ、ｖ）とデプス距離ｗを合成した３次元座標点ｑ：（ｕ、ｖ、ｗ）をワーク形状データの座標系に変換した３次元座標Ｐ：（ｘ、ｙ、ｚ）を求める。続くステップＳ１０３で、点Ｐを始点とし投影面に垂直奥行き方向の半直線Ｌを光線データとして算出する。ステップＳ１０４では、ワーク形状データであるボクセルモデルにおいて点Ｐを含むセルＣを探索する。
【００２８】
光線追跡はステップＳ１０５乃至Ｓ１０７のループで行われる。ステップＳ１０５では、着目セルＣの内部で光線Ｌがワーク形状の表面と交差するか否かを判定する。交差する場合は、ループを抜けてステップＳ１０８に進む。交差しない場合は、ステップＳ１０６で、着目セルＣの６つの境界面のうち光線Ｌと奥側で交差する境界面を介して隣接するセルがあるか否かを判定する。隣接セルがある場合は、ステップＳ１０７で、隣接セルを新たな着目セルＣとし、ステップＳ１０５に戻る。隣接セルがない場合はステップＳ１１１に進む。
【００２９】
ステップＳ１０８乃至Ｓ１１０は、着目セルＣ内部で光線Ｌがワーク形状の表面と交差する場合の処理であり、ステップＳ１０８で、交点Ｘを算出する。次に、ステップＳ１０９で、交点Ｘでのワーク形状の法線ベクトルと投影パラメータ２１の照明条件に基づき画素データ（ＲＧＢの各輝度）を計算し、ワーク描画イメージバッファ２２の対応する位置に格納する。ステップＳ１１０では、投影面から交点Ｘまでの距離（デプス距離）を計算してワーク描画デプスバッファ２３の対応する位置に格納し、光線追跡処理を終える。
【００３０】
ステップＳ１１１は、光線Ｌとワーク形状が交差せずにボクセルモデル全体を通り抜けた場合の処理であり、あらかじめ定めておいた背景色をワーク描画イメージバッファ２２の対応する位置に格納し、十分大きな値の背景距離をワーク描画デプスバッファ２３の対応する位置に格納する。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、ワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３は、切削対象であるワーク形状に描画イメージデータおよびデプス距離データを格納するように構成したが、ワーク取付具など切削シミュレーション実行中にワークと相対位置が変化しない他の物体に対して算出された投影描画イメージおよびデプス距離データを合成したデータを格納するように構成してもよい。
【００３２】
工具描画イメージ生成部２８は、上述の光線追跡処理により更新対象の全ての画素についてワーク描画イメージバッファ２２およびワーク描画デプスバッファ２３の対応するデータの更新が終了した時点で、工具近傍の投影描画イメージを生成する。本処理でも、光線追跡法を用いたイメージ生成とする。
【００３３】
工具描画イメージ生成の対象領域は、工具パスデータ１２に保持された工具形状情報と工具現在位置（移動軌跡の終点）とから、現在位置での工具形状を囲む３次元包括ボックスを投影パラメータ２１で投影した２次元領域となる。この２次元領域に含まれる画素について、光線追跡法を用いてイメージを生成する。
【００３４】
［工具描画イメージ生成部の光線追跡処理（工具に対する光線追跡処理）］
図６は、工具描画イメージ生成部２８での光線追跡処理の動作を示したフローチャートである。なお、フローチャート中の符号は光線追跡処理における基本的モデルで使用するものである（図４−１及び図４−２参照）。図６において、工具描画イメージ生成部２８は、まず、ステップＳ２０１で、処理対象画素を始点とし投影面に垂直奥行き方向の半直線Ｌを光線データとして算出する。次に、ステップＳ２０２で、光線Ｌが工具形状の表面と交差するか否かを判定する。交差する場合はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、光線Ｌと工具形状の表面との交点Ｘを算出する。続くステップＳ２０４で、投影面から交点Ｘまでのデプス距離ｄを算出する。次に、ステップＳ２０５で、ワーク描画デプスバッファ２３から着目画素に対応するデプス距離ｗを読み出す。ステップＳ２０６にて、デプス距離ｄとｗとを比較する。
【００３５】
ステップＳ２０７は、ステップＳ２０６で、ｄ＜ｗ、すなわち、工具形状がワーク形状よりも手前にある場合の処理で、交点Ｘでの工具形状の法線ベクトルと投影パラメータ２１の照明条件に基づき画素データ（ＲＧＢの各輝度）を計算し、工具描画イメージの画素データとする。ステップＳ２０８は、ステップＳ２０２で光線Ｌが工具形状の表面と交差しない場合、または、ステップＳ２０６で、ｄ≧ｗ、すなわち、工具形状がワーク形状よりも奥にある場合の処理で、ワーク描画イメージバッファ２２から着目画素に対応する画素データを読み出して、工具描画イメージの画素データとする。
【００３６】
最後に、イメージ転送部２９は、ワーク描画イメージバッファ２２の部分イメージデータおよび工具描画イメージ生成部２８で生成された工具描画イメージデータを画面表示フレームバッファ２４に転送する。
【００３７】
ここでは、まず、描画更新領域管理データ２５に保持された更新領域と、工具描画領域管理データ２７に保持された前回の工具描画領域について、対応する領域の部分イメージデータをワーク描画イメージバッファ２２から読み出し、画面表示フレームバッファ２４に転送する。つづいて、工具描画イメージ生成部２８が生成した工具描画イメージデータを画面表示フレームバッファ２４に転送する。画面表示フレームバッファ２４へのイメージ転送が終了した時点で、イメージ転送部２９は、描画更新領域管理データ２５をクリアし、また、今回の工具描画イメージの領域を工具描画領域管理データ２７に設定する。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、画面に表示するイメージの生成処理を、ワークに対する光線追跡処理と工具に対する光線追跡処理の二つの処理に分けて構成することで、真に更新が必要な領域についてのみ光線追跡処理を行うことができ、演算量を削減することができる。また、上記のようにワークと工具とでそれぞれ光線追跡処理を分けることで、各々適した効率的な光線追跡処理をすることができる。さらに、ワークに対する光線追跡処理において、以前に求められた距離デプスを用いて、セルと光線との不要な交差判定処理を省略しているため、演算量を抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ワークに対する光線追跡処理を行うワーク描画更新部２６と工具に対する光線追跡処理を行う工具描画イメージ生成部２８とを備えるように切削加工シミュレーション表示装置を構成しているが、工具描画イメージ生成部２８を持たず、ワークの形状変化についてのみ描画更新を行う形態も可能である。この場合、工具描画イメージの生成処理および工具の描画領域に対するイメージ転送処理の必要はなくなり、さらに演算量を抑制することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態にかかる切削加工シミュレーションシステムによれば、ワークの形状をボクセルモデルで表現し、切削加工によるワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーションにおいて、少ない演算量で模擬することができるので、計算能力の低い安価なコンピュータ上でも切削加工シミュレーションを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明は、対象物の形状をボクセルモデルで表現してコンピュータ上で模擬するシミュレーションに適用して有用であり、特に、切削加工により創成される工具とワークとの相対運動で決まる複雑な加工面を、ワークの形状変化をコンピュータ上で模擬する切削加工シミュレーションに適している。
【符号の説明】
【００４２】
１０  シミュレーションコア部
１１  ボクセルモデルで表現されたワーク形状データ
１２  工具形状情報と工具経路情報からなる工具パスデータ
１３  切削模擬部
２０  シミュレーション表示部
２１  投影パラメータ
２２  ワーク描画イメージバッファ
２３  ワーク描画デプスバッファ
２４  画面表示フレームバッファ
２５  描画更新領域管理データ
２６  ワーク描画更新部
２７  工具描画領域管理データ
２８  工具描画イメージ生成部
２９  イメージ転送部
２０１  投影面
２０２  鉱泉追跡の対象画素
２０３  光線
２０４  ボクセルモデル
２０５  光線と物体の交点
２０６  光線途上にあるセル
３０１  前回の描画
３０２  ワーク
３０３  移動前の工具
３０４  今回の描画
３０５  移動後の工具
３０６  ワーク形状が変化した領域
３０７  前回の工具が描画されていた領域
３０８  今回の工具を描画する領域
４０１  投影面
４０２  画素
４０３  デプス距離
４０４，４０５  ワーク形状
４０６  光線追跡の開始点
４０７  光線
【図１】
2009145155.tif 000003
【図２−１】
2009145155.tif 000004
【図２−２】
2009145155.tif 000005
【図３】
2009145155.tif 000006
【図４−１】
2009145155.tif 000007
【図４−２】
2009145155.tif 000008
【図５】
2009145155.tif 000009
【図６】
2009145155.tif 000010
【国際調査報告】
2009145155.tif 000011
2009145155.tif 000012