(57)【要約】【課題】工業製品などの３次元モデルにおいて、多数のパーツの組み付け状態や形状を確認する際に、少ない手間で製品の特定部分のズーム画像を取得し、かつ、対話的な操作において処理性能の低い計算機上でも十分実用に耐えられるようにする３次元モデルズーム画像作成装置を提供することを目的とする。【解決手段】予め用意された３次元モデルを管理するモデルデータ管理手段と、前記モデルデータ管理手段から全体形状情報とパーツ形状情報を受け取り、かつ、入力装置を通して視線方向とズームパラメータを受け取り、ズーム画像を作成するズーム画像データ作成処理手段と、前記ズーム画像データ作成処理手段からズーム画像を受け取り、前記モデルデータ管理手段からパーツＩＤを受け取った後、ズーム画像と対応づけて内部で管理し、入力装置から受け取ったパーツＩＤに対応したズーム画像を出力装置に出力するズーム画像データ管理手段を備えた。【選択図】        図１
2008071046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め用意された３次元モデルを管理するモデルデータ管理手段と、
前記モデルデータ管理手段から全体形状情報とパーツ形状情報を受け取り、かつ、入力装置を通して視線方向とズームパラメータを受け取り、ズーム画像を作成するズーム画像データ作成処理手段と、
前記ズーム画像データ作成処理手段からズーム画像を受け取り、前記モデルデータ管理手段からパーツＩＤを受け取った後、ズーム画像と対応づけて内部で管理し、入力装置から受け取ったパーツＩＤに対応したズーム画像を出力装置に出力するズーム画像データ管理手段を備えたことを特徴とする３次元モデルズーム画像作成装置。
【請求項２】
前記入力装置からパーツＩＤを受け取り、パーツＩＤに対応したズーム画像データを出力装置に表示することにより、パーツの組み付け状態や形状を対話的に確認することを可能とするズーム画像管理手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元モデルズーム画像作成装置。
【請求項３】
前記ズーム画像データ作成処理手段は、
前記モデルデータ管理手段から受け取る全体形状情報から、３次元モデルの全体形状を取り囲む直方体領域を計算する全体境界箱計算処理手段と、
前記モデルデータ管理部から受け取るパーツ形状情報から、パーツ形状を取り囲む直方体領域を計算するパーツ境界箱計算処理手段と、
前記全体境界箱計算処理手段から受け取る全体境界情報と、前記パーツ境界箱計算処理手段から受け取るパーツ境界情報と、入力装置から受け取る視線方向とズームパラメータとから画像領域を計算する画像領域計算処理手段と、
前記画像領域計算処理手段から受け取る画像領域情報と、前記入力装置から受け取る視線方向とからズーム画像を作成する画像データ作成処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元モデルズーム画像作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元モデルの表示の際に好適な３次元モデルズーム画像作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピューターの性能向上とグラフィック処理技術の進歩により、CADやCGを使って作成した３次元モデルの利用が急速に広がってきている。工業製品を製造する製造業においても、３次元モデルで設計した自社製品を、下流工程である保守サービス部門などで活用することも広まってきた。製造業の保守サービス部門では、製品の保守のため、製品に組み付いているパーツを特定したり、特定したパーツの組み付け状態や形状を、３次元モデル上で確認することがある。このとき、製品の３次元モデル全体を、グラフィックディスプレイなどに表示した後、製品全体の中の特定の部分を拡大表示して、その部分に組み付いている特定のパーツの形状や、組み付け状態の確認を行うことがある。しかし、この作業を行うには、従来、確認を行うパーツごとに、拡大の中心位置や拡大率をユーザーがアプリケーション上で指定しなければならず、確認を行うパーツが多数ある場合には、入力操作が手間であった。また、多数のパーツが組み付いた３次元モデルを取扱う操作は、一般に処理速度が遅く、対話的操作において処理性能の低い計算機では十分実用に耐えらなかった。
【０００３】
これに対し、特許文献１では、２次元画像上で領域を指定し、それと対応する３次元画像を生成する手法を提示している。
【特許文献１】特許第３６１５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１のものでは、多数の画像を取得するには多数の入力操作が必要であり、１回の対話的操作ごとに３次元モデルを処理しなければならないため、従来の問題を解決するものではなかった。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、工業製品などの３次元モデルにおいて、多数のパーツの組み付け状態や形状を確認する際に、少ない手間で製品の特定部分のズーム画像を取得し、かつ、対話的な操作において処理性能の低い計算機上でも十分実用に耐えられるようにする３次元モデルズーム画像作成装置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】
【０００６】
本発明は、予め用意された３次元モデルを管理するモデルデータ管理手段と、前記モデルデータ管理手段から全体形状情報とパーツ形状情報を受け取り、かつ、入力装置を通して視線方向とズームパラメータを受け取り、ズーム画像を作成するズーム画像データ作成処理手段と、前記ズーム画像データ作成処理手段からズーム画像を受け取り、前記モデルデータ管理手段からパーツＩＤを受け取った後、ズーム画像と対応づけて内部で管理し、入力装置から受け取ったパーツＩＤに対応したズーム画像を出力装置に出力するズーム画像データ管理手段を備えたものである。
【０００７】
また、前記入力装置からパーツＩＤを受け取り、パーツＩＤに対応したズーム画像データを出力装置に表示することにより、パーツの組み付け状態や形状を対話的に確認することを可能とするズーム画像管理手段をさらに備えたものである。
【０００８】
また、前記ズーム画像データ作成処理手段は、前記モデルデータ管理手段から受け取る全体形状情報から３次元モデルの全体形状を取り囲む直方体領域を計算する全体境界箱計算処理手段と、前記モデルデータ管理部から受け取るパーツ形状情報からパーツ形状を取り囲む直方体領域を計算するパーツ境界箱計算処理手段と、前記全体境界箱計算処理手段から受け取る全体境界情報、前記パーツ境界箱計算処理手段から受け取るパーツ境界情報、および、入力装置から受け取る視線方向とズームパラメータとから画像領域を計算する画像領域計算処理手段と、前記画像領域計算処理手段から受け取る画像領域情報と、前記入力装置から受け取る視線方向とからズーム画像を作成する画像データ作成処理手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明によれば、パーツが組み付いた状態の３次元モデルにおいて、特定のパーツのズーム画像を表示させることが可能となり、ズーム画像を作成する際の処理を大幅に軽減することができるという効果を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例にかかるパーツカタログ用ズーム画像自動生成システムを構成するためのデータ処理装置の一例を示している。
【００１２】
同図において、このデータ処理装置は、種々のデータ処理を実行するためのＣＰＵ（中央処理装置）１と、ＣＰＵ１のワークエリアを構成するとともに、種々のプログラムデータなどを記憶するメモリ２と、ユーザ操作によりこのデータ処理装置にデータを入出力するための入出力装置３と、外部装置との間でデータを入出力するための外部入出力装置４からなる。
【００１３】
また、これらのＣＰＵ１、メモリ２、入出力装置３、および、外部入出力装置４は、バス５を介して接続されており、バス５を介して、種々のデータのやりとりが行われる。
【００１４】
図２は、３次元モデルを利用した、製品のパーツカタログ用の画像を作成するパーツカタログ用ズーム画像自動生成システムの、ソフトウェア的構成の一例を示している。
【００１５】
このパーツカタログ用ズーム画像自動生成システムは、製品の３次元モデル上の特定のパーツに着目し、パーツの形状や組み付け状態を確認することを目的とした、製品の特定部分の拡大画像を自動で作成するものである。また、本システムで取り扱う３次元モデルは、複数のパーツが組み付いた状態の３次元モデルであり、各パーツには、それらを一意に特定するためのパーツＩＤが割り振られている。
【００１６】
同図において、パーツカタログ用ズーム画像自動生成システムは、予め用意された３次元モデルを管理するモデルデータ管理部１１と、モデルデータ管理部１１から全体形状情報とパーツ形状情報を受け取り、かつ、入力装置３を通して視線方向とズームパラメータを受け取り、ズーム画像を作成するズーム画像データ作成処理部１２と、ズーム画像データ作成処理部１２からズーム画像を受け取り、モデルデータ管理部１１からパーツＩＤを受け取った後、ズーム画像と対応づけて内部で管理し、入力装置３から受け取ったパーツＩＤに対応したズーム画像を出力装置４に出力するズーム画像データ管理部１３から構成されている。
【００１７】
次に、このパーツカタログ用ズーム画像自動生成システムの動作について説明する。
【００１８】
（ステップ１−１）
モデルデータ管理部１１において、予め用意された３次元モデルについて、モデルの形状全体の情報（全体形状情報）と、モデルを構成する各パーツの形状の情報（パーツ形状情報）をズーム画像データ作成処理部１２に渡し、パーツ形状情報に対応したパーツＩＤをズーム画像データ管理部１３に渡す。
【００１９】
（ステップ１−２）
ズーム画像データ作成処理部１２において、モデルデータ管理部１１から受け取った全体形状情報と各パーツ形状情報、および、入力装置３から受け取った視線方向とズームパラメータから、各パーツに対応したズーム画像を作成し、ズーム画像データ管理部１３に渡す。
【００２０】
視線方向は、３次元空間上の極座標αおよびβによって与えられる。このとき、３次元モデルのＸＹＺ直交座標系と、αとβとの関係を図３に示す。ズームパラメータは、０：０から１：０までの数値で与えられ、数値が大きい程、パーツがより拡大されたズーム画像が作成される。また、ズームパラメータが１：０のときに、最大に拡大表示が行われ、０：０のときには拡大表示は行われない。
【００２１】
（ステップ１−３）
ズーム画像データ管理部１３において、ズーム画像データ作成処理部１２から受け取ったズーム画像と、モデルデータ管理部１１から受け取ったパーツＩＤを対応づけて内部で管理し、入力装置３から受け取ったパーツＩＤに対応するズーム画像データを、出力装置４に出力する。
【００２２】
図４は、ズーム画像データ生成処理部１２の具体例を示したものである。
【００２３】
このズーム画像データ生成処理部１２は、モデルデータ管理手段１１から受け取る全体形状情報から、３次元モデルの全体形状を取り囲む直方体領域を計算する全体境界箱計算処理部１２ａと、モデルデータ管理部１１から受け取るパーツ形状情報から、パーツ形状を取り囲む直方体領域を計算するパーツ境界箱計算処理部１２ｃと、全体境界箱計算処理部１２ａから受け取る全体境界情報と、パーツ境界箱計算処理部１２ｃから受け取るパーツ境界情報と、入力装置３から受け取る視線方向とズームパラメータとから画像領域を計算する画像領域計算処理部１２ｂと、画像領域計算処理部１２ｂから受け取る画像領域情報と、入力装置３から受け取る視線方向とからズーム画像を作成する画像データ作成処理部１２ｄから構成されている。
【００２４】
パーツ１個のズーム画像を生成する場合のズーム画像データ生成処理部１２の処理の一例を次に説明する。複数のパーツに対しては、各パーツに対し、同じステップを繰り返し実行する。
【００２５】
（ステップ２−１）
全体境界箱計算処理部１２ａにおいて、モデルデータ管理部１１から受け取った全体形状情報から、３次元モデル全体形状を取り囲む直方体の領域を計算し、結果を全体境界箱情報として、画像領域計算処理部１２ｂに渡す。この計算は、図５に示した手順に従って実行する。
【００２６】
すなわち、まず、形状を定義しているすべての点について、その（Ｘ；Ｙ；Ｚ）座標値を求める。ここで求めた各（Ｘ；Ｙ；Ｚ）座標値のうち、最小のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値の組み合わせ（Ｘｍｉｎ；Ｙｍｉｎ；Ｚｍｉｎ）と、最大のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値の組み合わせ（Ｘｍａｘ；Ｙｍａｘ；Ｚｍａｘ）を求め、直方体領域とする。
【００２７】
（ステップ２−２）
パーツ境界箱計算処理部１２ｃにおいて、モデルデータ管理部１１から受け取ったパーツ形状情報から、パーツの形状を取り囲む直方体の領域を計算し、結果をパーツ境界箱情報として、画像領域計算処理部１２ｂに渡す。この計算のフローは図５に示した手順と同様である。
【００２８】
（ステップ２−３）
画像領域計算処理部１２ｂにおいて、入力装置３から受け取った視線方向とズームパラメータ、全体境界箱計算処理部１２ａから受け取った全体境界箱情報、および、パーツ境界箱計算処理部１２ｃから受け取ったパーツ境界箱情報とを合わせて、画像領域情報を計算し、画像データ作成処理部１２ｄに渡す。
【００２９】
画像領域は、３次元モデルを視線方向に平行投影した場合の、投影平面上における表示領域を矩形で示すものである。この投影平面は、ビューアップベクトルの方向をＶ方向としたＵ−Ｖ直交座標系で表される。ビューアップベクトルは、視線方向を目線としたときに、真上の方向を表すベクトルである（図６参照）。
【００３０】
画像領域は、この投影平面を表す座標系における、最小の座標値（Ｒｕｍｉｎ；Ｒｖｍｉｎ）と、最大の座標値（Ｒｕｍａｘ；Ｒｖｍａｘ）とで定義される矩形領域として、次の式により計算する。
Ｒｕｍｉｎ＝ｔ・Ａｕｍｉｎ／２＋（１−ｔ）Ｐｕｍｉｎ／２
Ｒｖｍｉｎ＝ｔ・Ａｖｍｉｎ／２＋（１−ｔ）Ｐｖｍｉｎ／２                    （Ｉ）
Ｒｕｍａｘ＝ｔ・Ａｕｍａｘ／２＋（１−ｔ）Ｐｕｍａｘ／２
Ｒｖｍａｘ＝ｔ・Ａｖｍａｘ／２＋（１−ｔ）Ｐｖｍａｘ／２
【００３１】
このとき、ＡｕｍｉｎとＡｖｍｉｎは、全体境界箱の各頂点を投影平面に射影したときの最小のＵ座標値とＶ座標値であり、ＵａｍａｘとＶａｍａｘは、最大のＵ座標地とＶ座標値である。また、ＰｕｍｉｎとＰｖｍｉｎは、パーツ境界箱の各頂点を投影平面に射影したときの最小のＵ座標値とＶ座標値であり、ＵｐｍａｘとＶｐｍａｘは、最大のＵ座標値とＶ座標値である。
【００３２】
境界箱の各頂点を投影平面に射影したときの最小の座標値（Ｕｍｉｎ；Ｖｍｉｎ）と、最大の座標値（Ｕｍａｘ；Ｖｍａｘ）は、次の手順により求める。
【００３３】
まず、境界箱上のすべての頂点を投影平面に射影し、その（Ｕ；Ｖ）座標値を求める（図７参照）。そして、求めた各（Ｕ；Ｖ）座標値のうち、最小のＵ座標値とＶ座標値の組み合わせ（Ｕｍｉｎ；Ｖｍｉｎ）と、最大のＵ座標値とＶ座標値の組み合わせ（Ｕｍａｘ；Ｕｍａｘ）を求める（図８参照）。
【００３４】
これにより、ズームパラメータが０．０の場合、全体境界箱を投影平面に投影したときの形状を取り囲む矩形領域、つまり、全体形状に対してフィットさせた領域が画像領域となる。また、ズームパラメータが１．０の場合、パーツ境界箱を投影平面に投影したときの形状を取り囲む矩形領域、つまり、パーツ形状に対してフィットさせた領域が画像領域となる。ズームパラメータが０．０と１．０の中間の値の場合は、０．０に近ければ近いほど、全体形状に対してフィットさせた領域にに近い画像領域となり、１．０に近ければ近いほど、パーツ形状に対してフィットさせた領域に近い画像領域となる。
【００３５】
（ステップ２−４）
画像データ作成処理部１２ｄにおいて、入力装置３から受け取った視線方向、モデルデータ管理部１１から受け取った全体形状情報とパーツ形状情報、画像領域計算処理部１２ｂから受け取った画像領域情報とから、ズーム画像データを作成し、ズーム画像データ管理部１３に渡す。
【００３６】
ズーム画像データは、３次元モデルの全体形状とパーツ形状のシェーディングイメージを、視線方向に平行投影し、画像領域情報によって与えられる矩形領域でシェーディングイメージをクリッピングすることにより作成する。このとき、全体形状を半透明でシェーディングし、パーツ形状を半透明にせずシェーディングすることで、パーツが３次元モデルの内部に組み付いている場合でも、パーツの形状や組み付け状態が確認できるようにする。
【００３７】
以上により、視線方向とズームパラメータを１回入力するだけの少ない手間で、３次元モデルを構成する全パーツのズーム画像を取得することができ、かつ、画像データの切り替えだけで任意のパーツのズーム画像を表示させることができるため、処理性能の低い計算機でも十分実用に耐え得る対話的な操作が可能となる。
【００３８】
図９は、ズームパラメータを変えて作成したズーム画像の例である。同図（ａ）は、ズームパラメータ０．０のズーム画像であり、同図（ｂ）は、ズームパラメータ０．２５のズーム画像であり、同図（ｃ）は、ズームパラメータ０．５のズーム画像であり、同図（ｄ）は、ズームパラメータ１．０のズーム画像である。
【００３９】
以上のように、本実施例では、パーツが組み付いた状態の３次元モデルにおいて、特定のパーツのズーム画像を表示させることが可能となる。また、少ない入力操作で、多数のパーツのズーム画像を取得することが可能となる。また、３次元モデル上の任意のパーツの組み付け状態や形状を対話的に確認することが可能となり、処理性能の低い計算機でも十分実用に耐えられるようになる。また、ズームパラメータを変化させることで、３次元モデル全体にフィットさせた画像領域からパーツにフィットさせた画像までを連続的に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例にかかるパーツカタログ用ズーム画像自動生成システムを構成するためのデータ処理装置の一例を示したブロック図。
【図２】パーツカタログ用ズーム画像自動生成システムの、ソフトウェア的構成の一例を示したブロック図。
【図３】極座標とＸＹＺ直交座標系との関係を例示した概略図。
【図４】ズーム画像データ生成処理部１２の具体例を示したブロック図。
【図５】境界箱の計算例を示したフローチャート。
【図６】ビューアップベクトルを説明するための概略図。
【図７】境界箱上の頂点の射影を説明するための概略図。
【図８】射影点の最小座標値と最大座標値を求める処理の一例を示したフローチャート。
【図９】ズーム画像の一例を示した概略図。
【符号の説明】
【００４１】
１  ＣＰＵ（中央処理装置）
２  メモリ
３  入出力装置
４  外部入出力装置
５  バス
１１  モデルデータ管理部
１２  ズーム画像データ作成処理部
１２ａ  全体境界箱計算処理部
１２ｂ  パーツ境界箱計算処理部
１２ｃ  画像領域計算処理部
１２ｄ  画像データ作成処理部
１３  ズーム画像データ管理部
【図１】
2008071046.tif 000003
【図２】
2008071046.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008071046.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008071046.tif 000008
【図７】
2008071046.tif 000009
【図８】
2008071046.tif 000010
【図９】
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