(57)【要約】本発明は、3次元モデルの展開図を自動で生成するシステムと方法、及びその方法を実行させるためのコンピュータで読み取り可能なプログラムを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の3次元物体の展開図を生成する展開図生成システムであって、
前記3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する3次元イメージ生成モジュールと、
前記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成するポリゴンイメージ生成モジュールと、
前記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値 (x, y)にそれぞれ変換する第1座標値変換モジュールと、
三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の一辺に隣接した他の三角形の各頂点に対する2次元座標値を決定する第2座標値変換モジュール、及び
前記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて前記三角形を2次元平面イメージとして表示する平面イメージ表示モジュールを含む展開図生成システム。
【請求項２】
前記第1座標値変換モジュールは、
前記第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から前記第1三角形の三つの辺の長さを求める手段と、
前記第1三角形の三つの頂点中の任意の頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を2次元座標値(x, y)に変換する手段と、
前記第1三角形の三つの辺の長さと前記任意の頂点に対する2次元座標値(x, y)から残りの二つの頂点に対する2次元座標値を求める手段とを含むことを特徴とする請求項1に記載の展開図生成システム。
【請求項３】
前記第2座標値変換モジュールは、
前記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値は既に決められた値と等しくし、
前記2次元座標値と三角形の三つの辺の長さから残りの一つの頂点に対する2次元座標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の展開図生成システム。
【請求項４】
前記第2 座標値変換モジュールは、
前記2次元座標値が決められた三角形に隣接した他の三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から前記隣接三角形の三つの辺の長さを求める手段と、
前記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値と前記隣接三角形の三つの辺の長さから残りの頂点に対する2次元座標値を求める手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の展開図生成システム。
【請求項５】
2次元に展開された各切れの周辺に接合羽を形成する接合羽形成モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の3次元イメージの2次元展開図作成システム。
【請求項６】
所定形状の3次元物体の展開図を生成する展開図生成方法であって、
前記3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する3次元イメージ生成段階と、
前記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成するポリゴンイメージ生成段階と、
前記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する第1座標値変換段階と、
三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の三つの辺に隣接した他の三角形に対して順次に各頂点に対する2次元座標値を決める第2座標値変換段階、及び
前記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて前記三角形を2次元平面イメージとして表示する平面イメージ表示段階を含む展開図生成方法。
【請求項７】
前記第1座標値変換段階は、
前記第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から前記第1三角形の三つの辺の長さを求める段階と、
前記第1三角形の三つの頂点中の任意の頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を2次元座標値(x, y)に変換する段階と、
前記第1三角形の三つの辺の長さと前記任意の頂点に対する2次元座標値(x, y)から残りの二つの頂点に対する2次元座標値を求める段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の展開図生成方法。
【請求項８】
前記第2座標値変換段階は、
前記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値は既に決められた値と等しくし、
前記2次元座標値と三角形の三つの辺の長さから残りの一つの頂点に対する2次元座標値を算出することを特徴とする請求項６に記載の展開図生成方法。
【請求項９】
前記第2座標値変換段階は、
前記2次元座標値が決められた三角形に隣接した他の三角形の三つの頂点に対する3次元座標値 (x, y, z)から前記隣接三角形の三つの辺の長さを求める段階と、
前記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値と前記隣接三角形の三つの辺の長さから残りの頂点に対する2次元座標値を求める段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の展開図生成方法。
【請求項１０】
全体3次元イメージの表面を多数の切れに分けて各切れに対して個別的に2次元展開図を作成することを特徴とする請求項６に記載の展開図生成方法。
【請求項１１】
2次元に広げられた各切れの周辺に接合羽を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の展開図生成方法。
【請求項１２】
第6項ないし第11項中のいずれか一項による方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピューターで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、展開図生成システム、展開図生成方法及びその方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピューターで読み取り可能な記録媒体に関するものである。より具体的には、3次元立体イメージの全体表面を多数の三角形に区切って各三角形の三つの頂点に対する3次元の(x, y, z)座標を2次元の(x, y)座標に変換する方法によって、3次元イメージを広げて平面的な2次元の展開図を生成することができるシステム、その方法及びその方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピューターで読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の折り紙遊びにおいては、色紙のような平面的な紙を決められた手順に基づいて数回折ることを繰り返して鶴や花、飛行機、船などのような立体的な形状を製作する方式であった。このような従来の折り紙方式が多様に開発されて広く利用されてはいるが、平面的な紙を折って立体物を製作するという点で製作上の限界があり、折り方の難解性によって社会全般にわたった大衆化には至っていないのが実状である。
【０００３】
また、上記のような方式は折り紙の手順を紹介した書籍形態や、折り紙のための紙以外には商品化することができる方法がない。一方、2次元的展開図を製作、販売して需要者に3次元立体形状を製作するようにする方法もあるが、展開図製作方法が手作業に限っていて精密性や時間、費用側面での経済性において一定の限界を持っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来の折り紙方式の上記のような限界を克服するためになされたものであって、個人用コンピューターや別途の装置を利用して操作者の簡単な操作によって3次元の立体的イメージを基に精密性が確保された2次元の平面的展開図を生成できるようにする新しい技術に関するものである。
【０００５】
従って、本発明の目的は、3次元の立体的イメージを基に2次元展開図を生成することができるシステムを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、3次元の立体的イメージを基に2次元展開図を生成することができる方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は、上記の方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピューターで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【０００８】
本発明に係る展開図生成システムは、所定形状の3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する3次元イメージ生成モジュールと、上記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成するポリゴンイメージ生成モジュールと、上記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する第1座標値変換モジュールと、三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の一辺に隣接した他の三角形の各頂点に対する2次元座標値を決める第2座標値変換モジュール、及び上記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて上記三角形を2次元平面イメージとして表示する平面イメージ表示モジュールを含んで構成される。
【０００９】
本発明に係る展開図生成方法は、所定形状の3次元物体の展開図を生成する展開図生成方法であって、上記3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する3次元イメージ生成段階と、上記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成するポリゴンイメージ生成段階と、上記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する第1座標値変換段階と、三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の三つの辺に隣接した他の三角形に対して順次に各頂点に対する2次元座標値を決める第2座標値変換段階、及び上記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて上記三角形を2次元平面イメージとして表示する平面イメージ表示段階を含んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明はまた上記の方法を実行させるためのプログラムが記録されたコンピューターで読み取り可能な記録媒体を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では添付の図面を参照して本発明に係る好ましい実施例を説明する。図１は本発明に係る展開図生成システムの一実施例の構成図であり、図２は本発明に係る展開図生成方法のフローチャートである。
【００１２】
図１の構成は本発明の技術的思想が具現された一例に過ぎず、本発明の技術的範囲がここに限定されて解釈されてはいけない。本発明に係る技術的思想は当業者の意図によっては別途の独立した装置としても具現可能であり、クライアント−サーバシステムで具現されてユーザがネットワークを介してサーバに接続して3次元イメージを2次元展開図に切り換えることができるシステムを構築することも可能である。
【００１３】
図１に示されたように、本実施例に係る展開図生成システム50は3次元イメージ生成モジュール51と、ポリゴンイメージ生成モジュール53と、第1座標値変換モジュール55と、第2座標値変換モジュール57及び平面イメージ表示モジュール59を含んで構成される。
【００１４】
CPU10と、RAMやROMなどで構成された記憶部20と、キーボード及びマウスを含む入力部30と、ディスプレイ手段及びプリンタを含む出力部40などは本実施例に係る展開図生成システム50を補助する構成要素である。  
【００１５】
3次元イメージ生成モジュール51は、展開図作成の対象となる3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する。3次元物体をモデリングするとは、所定形状を有する実際の3次元物体を3次元イメージに変換するという意味で、基本的にデータを軽くすることが必要であり、リアルなイメージを伝達することが重要である。3次元物体のモデリング技術は当業者には自明な事項である。
【００１６】
ポリゴンイメージ生成モジュール53は、上記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成する。すなわち、出力部40を通じてディスプレイされた3次元イメージの全体表面を多数の三角形領域に区切って分割するのである。3次元イメージの表面を多数の三角形に区切る理由は、2次元平面展開図を作成するためには一切れ、一切れの完全な平面座標値(x, y)を要するためである。
【００１７】
第1座標値変換モジュール55は、上記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する。
【００１８】
第1座標値変換モジュール55は、上記第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から上記第1三角形の三つの辺の長さを求める手段と、上記第1三角形の三つの頂点中の任意の頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を2次元座標値(x, y)に変換する手段及び、上記第1三角形の三つの辺の長さと任意の頂点に対する2次元座標値 (x, y)から残りの頂点に対する2次元座標値を求める手段を含む。
【００１９】
3次元モデリングによって、3次元イメージの各画素座標は決められているので、第1三角形の頂点座標A1(x1, y1, z1)、A2(x2, y2, z2)、A3(x3, y3, z3)を容易に求めることができる。ここで、A1、A2、A3は3次元空間に位置する三角形の三つの頂点を意味する。求められた三つの頂点座標から三角形の三つの辺、すなわち、A1A2、A2A3、A3A1の長さを求めることができる。一例としてA1A2の長さは次の数式によって求めることができる。
【００２０】
【数１】
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上記第1三角形の三つの頂点の中で任意の一つ(例えば、A1)を基準点として、これを二次元座標値A1(x1, y1)に変換する。三角形が3次元空間に位置していても、2次元空間に位置していても、三角形の三つの辺の長さは等しく、三つの辺の長さを知っていれば一つの固有な三角形が決められるという事実を基に、決められた二次元座標値A1(x1, y1)を基準として上記第1三角形の三つの辺の長さを基に残りの二つの頂点に対する二次元座標値A2(x2, y2)、A3(x3, y3)を求めることができる。
【００２１】
第2座標値変換モジュール55は、上記2次元座標値が決められた三角形に隣接した他の三角形の三つの頂点に対する3次元座標値 (x, y, z)から上記隣接三角形の三つの辺の長さを求める手段と、上記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値と上記隣接三角形の三つの辺の長さから残りの頂点に対する2次元座標値を求める手段とを含んで構成され、三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の一辺に隣接した他の三角形の各頂点に対する2次元座標値を決める。上記の2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値は既に決められた値と等しくし、上記2次元座標値と三角形の三つの辺の長さから残りの一つの頂点に対する2次元座標値を算出することが可能である。
【００２２】
平面イメージ表示モジュール58は、上記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて上記三角形を2次元平面イメージとして表示する。
【００２３】
接合羽形成モジュール59は2次元に展開された各部分の周辺に接合羽(図５の55)を形成する。接合羽は2次元展開図を紙のような材質に印刷してこれを逆に組み立てることによって3次元立体模型を製作するために必要なものである。3次元イメージ全体を一つの展開図として作成することも可能であり、3次元イメージを任意の個数に分割して各切れ毎に2次元展開図を作成することも可能である。
【００２４】
3次元イメージ全体を一つの展開図として作成する場合、展開図の所定部分から延長されて接合羽を形成し、3次元イメージを任意の個数の切れに分割して展開図を作成する場合、各切れ毎に必要な数の接合羽を形成する。ここで、切れとは、数個の三角形領域が集まって成す一つの構成単位を意味する。すなわち、複数の2次元展開図の切れを互いに継ぎ合わせて3次元イメージを立体的に組立てることができるのである。
【００２５】
図２に示された本発明に係る展開図生成方法は、上記3次元物体をモデリングして3次元イメージを生成する3次元イメージ生成段階201と、上記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成するポリゴンイメージ生性段階203と、上記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する第1座標値変換段階205と、三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の三つの辺に隣接した他の三角形に対して順次に各頂点に対する2次元座標値を決める第2座標値変換段階207と、上記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の上記第2次元座標値(x, y)に基づいて上記三角形を2次元平面イメージとして表示する平面イメージ表示段階208及び、2次元に広げられた各切れの周辺に接合羽を形成する接合羽形成段階209を含んで構成される。    3次元イメージ生成段階201は、展開図作成の対象となる実際の3次元物体をモデリングして3次元イメージ化する段階である。3次元物体をモデリングする技法はMaya、3D Max、Light Waveなどのような3Dグラフィックプログラムなどを通じて公知された技術である。
【００２６】
ポリゴンイメージ生成段階203は、上記3次元イメージを多数の三角形に分割して3次元ポリゴンイメージを生成する段階である。すなわち、3次元イメージの全体表面を多数の三角形領域に区切って3次元ポリゴンイメージを生成するのである。3次元イメージの表面を多数の三角形に区切る理由は、2次元平面展開図を作成するためには一切れ、一切れの完全な平面座標値(x, y)を要するためである。
【００２７】
第1座標値変換段階205は、上記多数の三角形中の特定の第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を抽出して各頂点の3次元座標値を2次元座標値(x, y)にそれぞれ変換する段階である。
【００２８】
第1座標値変換段階205は、上記第1三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から上記第1三角形の三つの辺の長さを求める段階と、上記第1三角形の三つの頂点中の任意の頂点に対する3次元座標値(x, y, z)を2次元座標値(x, y)に変換する段階及び、上記第1三角形の三つの辺の長さと任意の頂点に対する2次元座標値(x, y)から残りの頂点に対する2次元座標値を求める段階から構成される。
【００２９】
3次元モデリングによって、3次元イメージの各画素座標は決められているので、第1三角形の頂点座標A1(x1, y1, z1)、A2(x2, y2, z2)、A3(x3, y3, z3)を容易に求めることができる。ここで、A1、A2、A3は3次元空間に位置する三角形の三つの頂点を意味する。求められた三つの頂点座標から三角形の三つの辺、すなわちA1A2、A2A3、A3A1の長さを求めることができる。一例として、A1A2の長さは上記した数式1によって求めることができる。
【００３０】
上記第1三角形の三つの頂点中の任意の一つ(例えば、A1)を基準点として、これを二次元座標値A1(x1, y1)に変換する。三角形が3次元空間に位置していても、2次元空間に位置していても、三角形の三つの辺の長さは等しく、三つの辺の長さを知っていれば一つの固有な三角形が決められるという事実に基づいて、決められた二次元座標値A1(x1, y1)を基準として上記第1三角形の三つの辺の長さを基に残りの二つの頂点に対する二次元座標値A2(x2, y2)、A3(x3, y3)を求めることができる。
【００３１】
第2座標値変換段階207は、上記2次元座標値が決められた三角形に隣接した他の三角形の三つの頂点に対する3次元座標値(x, y, z)から上記隣接三角形の三つの辺の長さを求める段階と、上記2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値と上記隣接三角形の三つの辺の長さから残りの頂点に対する2次元座標値を求める段階とから構成され、三つの頂点に対する2次元座標値が決められた三角形の三つの辺に隣接した他の三角形に対して順次に各頂点に対する2次元座標値を決める段階である。上記の2次元座標値が決められた三角形と共有する二つの頂点に対する2次元座標値は既に決められた値と等しくし、上記2次元座標値と三角形の三つの辺の長さから残りの一つの頂点に対する2次元座標値を算出することが可能である。
【００３２】
平面イメージ表示段階208は、上記第1三角形の2次元座標値(x, y)とその周りの他の三角形の2次元座標値(x, y)に基づいて上記三角形を2次元平面イメージとして表示する段階である。
【００３３】
上記接合羽形成段階209は、2次元に展開された各部分の周辺に接合羽を形成する段階である。3次元イメージ全体を一つの展開図として作成する場合、展開図の所定部分から延長されて接合羽を形成し、3次元イメージを任意の個数の切れに分割して展開図を作成する場合、各切れ毎に必要な数の接合羽を形成する。
【００３４】
3次元イメージの中でどの部分を切れに決めるか、一つの切れにいくつの三角形領域を含ませるか、切れの中でどの部分に接合羽を形成するかなどは全的にユーザの意思(例えば、ユーザの紙工作に対する理解度とノーハウ、好みなど)によって決まるのである。
【００３５】
図３は3次元イメージが画面上にディスプレイされたことを例示した図であり、図４は一つの三角形を選択してこれを2次元的に変換し、その横の三角形をさらに選択して2次元的に変換させ、その前の2次元三角形の横に配列させたことを説明した図であり、図５はこのような過程を連続的に遂行して人の両目元を2次元展開図として作成したことを例示した図である。
【００３６】
2次元的に展開された各切れは多様な形態のファイルフォーマットで保存することができ、保存された2次元展開図データを任意のモデルリングプログラムで読み込んで直交投映方式でレンダリング(印刷、 フローティングなど)すれば紙に展開図が印刷される。
【００３７】
なお、本発明による展開図生成方法を実行させるためのプログラムを記録したCD、フロッピーディスク及びハードディスクなどのようなコンピューターで読み取り可能な記録媒体は本発明の技術的範囲に属する。
【００３８】
以上で説明された実施例は本発明の技術的範囲を限定するものと解釈されてはいけない。本発明に係る技術的思想は多様な形態で変形実施が可能であり、その技術的範囲は特許請求の範囲の合理的な解釈によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る展開図生成システム、その方法及びその方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピューターで読み取り可能な記録媒体は、ユーザの簡単な操作によって精密性と経済性を保障しながら任意の3次元イメージに対しても2次元展開図化することができる新しい技術を提供する。
【００４０】
本発明に係る装置及び方法によれば、アニメーションや他の用途の、全てのコンピュータグラフィックで可能なことは全部紙で模型化することができる。これは既存に手作業で製作していた紙模型展開図との差別性を明確にして展開図製作期間を短縮し、既存には試みることができなかった高品質の非定型キャラクターも紙模型で製作することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は本発明に係る装置の好ましい一実施例のブロック構成図である。
【図２】は本発明に係る方法の好ましい一実施例のフローチャートである。
【図３】は画面上にディスプレイされた3次元イメージの例示図である。
【図４】は本発明に係る一実施例の実行過程の一例示図である。
【図５】は本発明に係る一実施例の実行過程の他の例示図である。
【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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【国際調査報告】
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