(57)【要約】【課題】複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データを少ない記憶領域上で保持することにより、記憶領域を削減することが可能な表示装置及び表示方法を提供することである。【解決手段】直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示装置において、前記複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成し、前記分割された直方体の各々に対して、前記複数個の対象物の形状データの存在を認識させ、前記Ｂitデータに、前記認識させた形状データの存在を反映させる処理部と、前記反映された前記Ｂitデータを出力して、前記画面に表示させる出力部とを備える。【選択図】  図９
2011048603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示装置において、
前記複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成し、前記分割された直方体の各々に対して、前記複数個の対象物の形状データの存在を認識させ、前記Ｂitデータに、前記認識させた形状データの存在を反映させる処理部と、
前記反映された前記Ｂitデータを出力して、前記画面に表示させる出力部とを備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記反映された前記Ｂitデータを記憶する記憶部を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示方法において、
前記複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成するステップと、
前記分割された直方体の各々に対して、前記複数個の対象物の形状データの存在を認識させるステップと、
前記認識させた形状データの存在を前記Ｂitデータに反映させるステップと、
前記反映させた前記Ｂitデータを前記画面に表示させるステップとを備えたことを特徴とする表示方法。
【請求項４】
請求項３に記載された表示方法において、
前記反映された前記Ｂitデータを記憶するステップを備えたことを特徴とする表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つ以上の対象物のサーフェース、あるいはボリュームデータから、対象物間の位置関係を判別して表示する表示装置及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の発明者らは、非特許文献１，非特許文献２等で３Ｄ−ＣＡＤデータから出力される形状データを用い、直交格子状で熱・流体解析を実施する手法を創案し、発表した。
【０００３】
この手法は、三次元空間を微細な直方体で分割した領域に、対象物のサーフェースデータを置き、サーフェースが接する、あるいは切断する直方体を対象物の表面として、対象物の表面形状を直方体近似し、対象物の内部あるいは外部の熱・流体現象をコンピュータ上で数値解析するものである。
【０００４】
表面形状が近似できれば、閉曲面から構成される対象物の内外判定は、一般に知られているスキャンライン法や、シードフィル法などにより可能である。
【０００５】
「Numerical Heat Transfer and Fluid Flow」にあるように、直方体の数だけの記憶領域を設け（コンピュータ言語を使う場合は、配列として記憶領域を確保する）固体，流体を区別するフラグ番号をその記憶領域に保存することで流体，固体を認識しながら数値解析をすることが可能となる。また、このようなフラグ番号を対象物を区別する対象物番号に置き換え、対象物番号に対して適切な物性値を与えることで、複雑な形状をした対象物に対しても物性を考慮しながら簡単に数値解析ができる。
【０００６】
実際の数値解析では、複数個の対象物が接触している、重なり合っている場合があり、ひとつの直方体に対して、二つ以上の対象物の存在を記憶させる必要がある。
【０００７】
例えば、特許文献１には、複数個の物体が、時々刻々位置を変えるような場合、各時刻における対象物全体で構成される位置情報（画像情報）に対し、時刻番号を与え、時刻ごとの画像の位置情報の差異から、対象物毎の位置情報を分析する方法が開示されている。しかし、この場合でも、重なりの状態や、画素サイズ内での接触情報は何らかの別の手法で取り出す必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２４６６７８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Numerical Simulation of Unsteady Turbulent flow by Voxel Method JSME international journal. Ser. B, Fluids and thermal engineering Vol.47, No.3 (20040815) pp.477-482
【非特許文献２】NUMERICAL SIMULATION OF FLOW AND HEAT TRANSFER OF LCD PROJECTOR USING VOXEL METHOD Nihon Kikai Gakkai Nenji Taikai Koen Ronbunshu VOL.2004；NO.Vol.6；PAGE.61-62 (2004)
【非特許文献３】Numerical Heat Transfer and Fluid Flow Suhas V. Patankar Taylor & Francis, 1980
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１には、複数の時刻の位置情報（特許文献１に合わせて、画像情報という）があれば、複数個の対象物を切り分けられる方法が開示されている。しかし、例えば、複数個の対象物が重なりを持ち続ける場合、時刻毎の画像でも同一時刻番号が与えられ続けるために、重なり領域の情報を得ることは困難である。また、複数個の対象物が同一の運動をする場合は、ひとつの対象物として認識され続けることとなる。
【００１１】
さらに、対象物の情報を得るために、複数時刻の画像情報が必要であることから、計算機内で処理することを考えた場合、時刻分の記憶領域が必要となり、数値解析に使用できる記憶領域を圧迫することとなる。
【００１２】
従来は、非特許文献３に開示されているように、固体と流体の二種類の判別が可能であれば、例えば、熱や流体の数値解析には十分であった。しかし、物体が移動，変形をするような数値解析を行うときに、対象物同士が接触する、又は、対象物同士に重なりがある場合でも、記憶容量が少なく、対象物の形状を再現できる、以下の機能を有する手段が強く望まれていた。
（１）複数個の対象物が存在し、お互いに接触，重なりを持つ場合において、接触，重なりが生じる領域を簡単に抽出できる。
（２）伝熱解析における接触熱抵抗位置，構造解析における接触状態の境界条件を付与する位置を複雑な形状対象物間で確認できる。
（３）静止対象物と運動する対象物がある場合、短時間でそれぞれの位置情報を取得できる。
【００１３】
本発明の目的は、複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データを少ない記憶領域上で保持することにより、記憶領域を削減することが可能な表示装置及び表示方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示装置において、前記複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成し、前記分割された直方体の各々に対して、前記複数個の対象物の形状データの存在を認識させ、前記Ｂitデータに、前記認識させた形状データの存在を反映させる処理部と、前記反映された前記Ｂitデータを出力して、前記画面に表示させる出力部とを備える。さらに、前記反映された前記Ｂitデータを記憶する記憶部を備える。また、直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示方法において、前記複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成するステップと、前記分割された直方体の各々に対して、前記複数個の対象物の形状データの存在を認識させるステップと、前記認識させた形状データの存在を前記Ｂitデータに反映させるステップと、前記反映させた前記Ｂitデータを前記画面に表示させるステップとを備える。さらに、前記反映された前記Ｂitデータを記憶するステップを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データを少ない記憶領域上で保持することができるために、記憶領域を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を実行するための装置を示す図である。
【図２】本発明の処理の流れを示す図である。
【図３】本発明の処理の直方体分割例を示す図である。
【図４】本発明の処理のサーフェースデータ設定例を示す図である。
【図５】本発明の処理のボリューム探索後のＢit表現を示す図である。
【図６】本発明の処理の複数形状設定例を示す図である。
【図７】本発明の処理による複数物体設定状態のＢit表現例を示す図である。
【図８】本発明の処理による物体移動後のＢit表現例を示す図である。
【図９】本発明の実際の物への適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施例を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明を実行するための装置を示す図である。図１に示すように、この装置は、解析領域，直方体分割サイズ指定データ入力部，サーフェース、あるいはボリュームデータを入力する入力部１１，記憶部１２，処理部１３，出力部１４を備える。
【００１９】
即ち、直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示装置において、少なくとも、複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成し、この分割された直方体の各々に対して、この複数個の対象物の形状データの存在を認識させ、このＢitデータに、認識させた形状データの存在を反映させる処理部１３と、処理部１３で反映されたこのＢitデータを出力して、画面に表示させる出力部１４とを備える。また、記憶部１２は、処理部１３で反映されたこのＢitデータを記憶する。
【００２０】
解析領域，直方体分割サイズ指定データ入力部，サーフェース、あるいはボリュームデータ入力部１１は、キーボードあるいはマウスであり、数値、あるいはデータの保存されているファイル名などにより入力される。
【００２１】
記憶部１２は、ハードディスクドライブ，ソリッドステートドライブ等のデータやプログラムを記憶する外部記憶部あるいは、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の演算情報を保管する内部記憶部などである。
【００２２】
処理部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＧＰＧＰＵ（General Purpose Graphics Processing Unit）などの演算や入出力を処理する装置であり、本発明の形状データ作成処理プログラムを実行する。
【００２３】
出力部１４は、画像表示装置等であり、生成した形状データの表示等を行う。
【００２４】
図２は、処理部内部で処理される本発明の方法の流れを示す図である。図３〜図７は、本発明の方法を２次元において説明する模式図である。
【００２５】
解析領域データ２１では、解析領域のサイズ，直方体への分割数，直方体のサイズなどをコンピュータに入力する。
【００２６】
そのデータを用いて直方体分割２２では、解析空間を直方体で分割し、それぞれの直方体の座標情報などを生成するとともに、読み込む形状データの固有番号の最大数だけのＢit長さを持つ、直方体の数だけの記憶領域をコンピュータ上に確保する。必要であれば、確保された領域のＢitをすべて０、あるいは１にクリアする。
【００２７】
図３は、読み込む形状データの数が２つで、固有番号をそれぞれ１，２とし、記憶領域のＢitを０クリアした状態での記憶領域を直方体分割領域に当てはめた模式図である。
【００２８】
直方体３１で解析領域全体が分割され、それぞれの直方体に対応する記憶領域はＢit数２で、００となっている。記憶領域に用意する直方体に対するＢit数は読み込む形状データ数、あるいは固有番号の最大値以上であればよい。
【００２９】
図４は、形状データ２３，固有番号２４を読み込んだ後、解析領域上に固有番号１の形状データ４１形状が反映された状態を示す図である。なお、この状態では、記憶領域Ｂitは（００）である。
【００３０】
図５は、ボリューム探索，サーフェース探索２５終了後の記憶領域の状態を示す図である。サーフェース，ボリューム探索終了時に、形状データ４１の輪郭が存在する直方体と内包される直方体（形状データ存在領域）５１部分のＢitは（０１）となり、１Ｂit目が０から反転し１となる。
【００３１】
図６は、固有番号２の形状データ６１を読み込み、形状データが解析領域上に反映された状態を示す図である。この物体構成は、ポット本体と、蓋を表している。そのため、重なり領域６２において、本体と蓋が重なり合う、あるいは接触する位置関係となる。
【００３２】
図７は、ボリューム探索，サーフェース探索終了後の記憶領域の状態を示す図である。サーフェース，ボリューム探索終了時に、形状データ６１の輪郭が存在する直方体と内包される直方体（形状データ存在領域）７１部分のＢitは２Ｂit目が０から反転し１となる。重なり領域６２では、形状データ４１，６１双方が存在するために（１１）というＢit状態となる。
【００３３】
このようなデータ構造とすることで、接触や重なりがある場合でも形状データ４１が存在する領域は１Ｂit目を見ればよく、形状データ６１が存在する領域は２Ｂit目を見ればよいために、容易に複数個の形状の存在を確認できる。また、接触，重なり領域は、２つ以上のＢitに１がある領域であるため、このような領域も簡単に抽出できる。このため、図１の出力部１４を画像表示装置とすれば、簡単に目視確認ができる。
【００３４】
例えば、形状データに対して、固有番号を同様に与えて、固有番号という数値そのもので領域を記述しようとした場合、図７の重なり領域６２では、どちらかの番号を与える方法が考えられるが、その場合、重なりや接触という情報が失われ、蓋である形状データ６１だけが移動，変形した場合でも、静止した形状データ４１の領域に対しても探索をしなおさなければならない。
【００３５】
また、それぞれの固有番号の和として表す方法も考えられるが、例えば、３つの形状を読み込んだ場合、接触，重なりが起こった場合、考えられるケースとして、１と２の接触等の場合、接触領域は１＋２＝３であるが、この場合、固有番号３が存在するのか、重なり領域なのか判断が困難である。
【００３６】
実施例１と同様なケースで、ポットの蓋部分をはずす動作をさせた場合を示す。
【００３７】
図８に示すように、静止している本体６１の領域は、１Ｂit目を０とするだけでよく、再度領域を探索する必要がない。移動前の重なり領域６２は、蓋４１が本体６１からはなれたために、Ｂitとしては（１０）と本体のみの存在する領域に変化している。
【００３８】
図９は、シリンダ状の機構部品９２がサポート９１と接触しながら上昇した場合の本発明の適用例を示す図である。
【００３９】
図９中の格子状の線９０が直方体領域の境界線である。シリンダ部品９２はサポート９１のカラー部分９４に初期状態では接触して配置されている。画像ではシリンダ部品の存在する領域を優先して表示しているために、移動前接触領域９３ではサポート９１のカラー部分９４が階段状になっている表示となる。
【００４０】
この場所９３のシリンダ部品９２移動後の状態が移動後接触領域９５である。シリンダ部品９２が移動したために、サポート９１のカラー部分９４が階段状でなく平面として現れている。
【００４１】
上記本発明の方法によれば、複数個の形状物体があった場合でも、記憶領域は解析領域を分割した直方体の数×物体の数だけのＢit長があればよく、記憶容量の削減が図れる。また、接触，重なりがある状態で、物体が移動，変形する場合でも、移動，変形する物体のＢitを０にすればその物体を解析領域から消すことができるために、移動，変形する物体に関してのみ、図２に示すボリューム探索，サーフェース探索２５を行えばよいために、計算負荷を低減することができる。
【００４２】
本発明は、少ない記憶容量で、物体の動作を再現できる、移動，変形する物体のみ位置探索をすればよいために、機構装置の運動解析，製造装置の運動シミュレーションによる機構の接触判定等、あるいは、移動物体を扱う流体解析，物体の接触を伴う熱伝導解析，応力解析などの分野にも適用することができる。
【００４３】
以上、実施例１及び２では、直方体で分割された領域に、複数個の対象物の形状データを画面に表示する表示方法において、この複数個の対象物の個数に対応したＢit数を有するデータを形成するステップと、この分割された直方体の各々に対して、この複数個の対象物の形状データの存在を認識させるステップと、この認識させた形状データの存在を前記Ｂitデータに反映させるステップと、この反映させた前記Ｂitデータを画面に表示させるステップとを備える。さらに、反映されたこのＢitデータを記憶するステップを備える。
【００４４】
また、数値解析を実施する解析領域を、微細な直方体に分割し、別途３Ｄ−ＣＡＤ等から得られる対象物のサーフェースデータ、あるいはボリュームデータと直方体の交差、あるいは内包判定を実施し、サーフェース、あるいはボリュームに対する対象物形状を微細な直方体で近似する手法であって、この解析領域をコンピュータ内部で記憶領域上に生成し、このサーフェースデータ、あるいはボリュームデータの個数より大きなＢit数を持つ微細な直方体の数だけの記憶領域、例えば配列を用意し、微細な直方体領域に分割するステップと、このサーフェースデータ、あるいはボリュームデータを読み込むステップと、このサーフェースデータ、あるいはボリュームデータに対する対象物固有の番号をコンピュータに読み込むステップと、このサーフェースデータ、あるいはボリュームデータとこの解析領域内に生成された直方体の交差、あるいは内包関係を探索し、直方体に対応する記憶領域に対象物固有の番号に対応するＢitを反転させるステップを有することを特徴とするサーフェースデータ、あるいはボリュームデータから接触，重なり情報を保持した形状データ作成手法が提供される。
【００４５】
また、特定の物体が移動，変形をする場合には、本発明のサーフェースデータ、あるいはボリュームデータに対する対象物固有の番号をコンピュータに読み込むステップにおいて、移動の有無を追加データとして読み込むことにより、時々刻々位置関係，形状が変化する対象物に関してのみ前記解析領域内に生成された直方体の交差、あるいは内包関係を探索すればよく、計算における負荷を軽減した、サーフェースデータ、あるいはボリュームデータから接触，重なり情報を保持した移動・変形状態に対応した形状データ作成手法が提供される。
【００４６】
また、特定の複数個の物体の接触領域に、数値解析特有の境界条件、例えば熱解析であれば、接触熱抵抗、構造解析であれば、拘束条件等の関連を示した情報を、本発明のサーフェースデータ、あるいはボリュームデータに対する対象物固有の番号をコンピュータに読み込むステップにおいて、追加データとして読み込むことにより、複雑な形状をした対象物に対して、本発明により保持される接触，重なり情報から適切な境界条件が与えられるとともに、時々刻々位置関係，形状が変化する対象物に対しては、時刻毎の位置関係変化にかかわらず、計算における負荷を軽減した、サーフェースデータ、あるいはボリュームデータ同士の接触，重なり部分の境界条件の付与に対応した形状データ作成手法が提供される。
【００４７】
以上、本発明によれば、複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データが、少ない記憶領域上で保持できるために、記憶領域の削減ができる。
【００４８】
また、複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データが得られるために、解析の前段階において、それぞれの対象物が意図しない形で接触していないか、重なりを持っていないかを画像表示により確認でき、非常に複雑な解析対象に対して、正確に解析モデルとして再現できているかのチェックができる。
【００４９】
また、複数個の対象物の接触，重なり状態を保持した形状データが解析用に分割されたそれぞれの直方体に対象物の番号に対応したＢit列として記憶領域に保持されるために、対象物が移動，変形する場合は、その対象物に対応するＢitを反転するだけで解析領域上から対象物のみを削除でき、移動後の対象物形状に対してのみ、対応する直方体を探索し、対応するＢitを反転すればよく、短時間で移動後の解析領域内の対象物体の位置関係を生成することができる。
【００５０】
また、複数個の対象物が接触、あるいは重なりを持ちながら、または、移動に伴い、接触，重なり領域が発生した場合でも、対象物間の解析に必要な境界条件をあらかじめコンピュータに読み込むことで、相対位置関係が変化した場合でも適切な境界条件を維持することができる。
【００５１】
上記した効果は、画像表示装置上で、接触，重なり情報を表示することにより、正しく解析が行われるかの事前確認にも使用でき、解析モデルとして不十分な状態での解析実行を回避することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１１  入力部
１２  記憶部
１３  処理部
１４  出力部
２１  解析領域データ
２２  直方体分割
２３  形状データ
２４  データセット固有番号
２５  ボリューム，サーフェース探索
２６  記憶領域内探索位置Ｂit反転
２７  形状データ有無
３１  解析領域（直方体）
４１，６１  形状データ
５１  形状データ存在領域
６２  形状データ接触，重なり領域
７１  形状データ存在領域
９１  サポート
９２  シリンダ状の機構部品（シリンダ部品）
９３  移動前接触領域
９４  カラー部分
９５  移動後接触領域
【図１】
2011048603.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011048603.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011048603.tif 000008
【図７】
2011048603.tif 000009
【図８】
2011048603.tif 000010
【図９】
2011048603.tif 000011