(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、
立体の角部を形成する対になる二面を滑らかに接続するフィレット面を埋め込む丸め変形操作を適用する際、前記立体が含むボス穴様の部分形状と、生成されたフィレット面と、が干渉する形状を生成する場合、前記ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対してフィレット面を生成し、再び、保存しておいた前記分離立体を合体させる合体手段を有することを特徴とする三次元形状作成装置。
【請求項２】
計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、
立体の角部を形成する対になる二面を接続する角落し面を埋め込む面取り変形操作を適用する際、前記立体が含むボス穴様の部分形状と、生成された角落し面と、が干渉する形状を生成する場合、前記ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対して角落し面を生成し、再び、保存しておいた前記分離立体を合体させる合体手段を有することを特徴とする三次元形状作成装置。
【請求項３】
前記合体手段は、ボス穴形状と干渉する丸めまたは面取り処理を行う際、前記ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対してフィレット面または角落し面を生成し、再び、保存しておいた前記分離立体を合体させるために、分離する部分立体と分離される部分立体との接続部分に相当する面を保存しておき、保存しておいた前記面と、該面の周囲の面、および前記部分立体に属する面のみを考慮して合体させることを特徴とする請求項１または２記載の三次元形状作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置に関し、より詳細には、計算機の中に三次元モデルを作成する境界表現ソリッドモデリングシステムにおいて、そのモデルを構成する任意の稜線をはさんで隣接する不連続な二面間におさまるようなフィレット面もしくは角落し面を作成する三次元形状作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、計算機を利用した設計・生産のための必須の道具として、ＣＡＤ(Computer Aided Design) やＣＡＭ (Computer Aided Manufacturing) が広く普及している。
【０００３】
一般にＣＡＤ装置は、図１に示す如く、データ等の演算や処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１と、プログラムやデータ等を記憶するメモリ２と、プログラムやデータ等を人のキー操作に基づき入力するキーボード３と、プログラムやデータ等を印字出力するプリンタ４と、図形などを画面上に表示する画像表示装置（ＣＲＴ）５と、そのＣＲＴ５の画面上に表示した目印を人の操作に基づき移動させると共に、その移動に基づくデータを入力するマウス６と、フロッピーディスクやハードディスク等の記憶媒体を収容する補助記憶装置７と、それらを相互に接続するバスライン８とを備えてなり、該ＣＡＤ装置の使用者が上記キーボード３やマウス６等を操作して指示するとその内容を入力して、その指示内容に基づき所定のプログラムに従い演算や処理を行うことで図形等を生成し、その図形等を上記ＣＲＴ５の画面上に表示する。
【０００４】
かかるＣＡＤ装置の中でも、特に三次元図形（形状）をモデル化して扱う三次元ＣＡＤ装置おいては、立体を中身の詰まったものとして扱うソリッドモデリング手法が主流になっている。
【０００５】
ソリッドモデルは、立体を線の集まりとして表すワイヤーフレームモデルや、面の集まりとして表すサーフェスモデルなど、ほかの手法に比べ、解析・加工等の自動的な処理が可能になる等の優れた特徴をもつ。
【０００６】
機械設計等にソリッドモデリングを応用する際、重要な形状変形処理として、立体の角部に施す丸め処理と面取り処理がある。丸め処理は、立体の角部を丸める処理であり、丸めた角部には、フィレット面と呼ばれる面が埋め込まれる。また、面取り処理は、立体の角部を切り落とす処理であり、面取りした角部には角落し面と呼ばれる面が埋め込まれる。
【０００７】
丸め処理操作は一般に、まず、フィレット面の大きさを指定し、立体の角を形成する対をなす二つの面の共通の稜線を指定し、その稜線に直行する複数の断面内でそれぞれその曲面の断面線に接する上記指定した大きさの半径をもつ接円弧をもとめ、それら複数の断面内の円弧同士を滑らかにつなぐことによってフィレット面を生成する、という手順で行われる。なお、フィレット面の大きさは必ずしも上記接円弧の半径を表すものでなくてもよく、フィレット面の幅や、共通の稜線から上記接円弧の接点までの距離として指定してもよい。これらの場合は、それら指定した条件を満たすように接円弧の半径が調整される。
【０００８】
一方、面取り処理操作は、角落し面の大きさを指定し、立体の角を形成する対をなす二つの面の共通の稜線を指定し、その稜線に直行する複数の断面内でそれぞれその曲面の断面線に接する上記指定した大きさの半径をもつ接円弧をもとめ、それら複数の断面内の二つの接点を結ぶ直線線分をもとめ、この直線線分同士をつなぐことによって角落し面を生成する、という手順で行われる。なお、角落し面の大きさは必ずしも上記接円弧の半径を表すものでなくてもよく、角落し面の幅や、共通の稜線から上記接円弧の接点までの距離として指定してもよい。これらの場合は、それら指定した条件を満たすように接円弧の半径が調整される。
【０００９】
ここで、前記立体の角を形成する対をなす二つの面のいずれかまたは双方に、ボス穴様の部分形状が存在し、かつ指定したフィレット面または角落し面が、このボス穴様の部分形状と干渉する場合がある。このような場合には一般に、フィレット面および角落し面は生成できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の丸めおよび面取り処理方法では、上記指定した大きさで生成したフィレット面や角落し面を元の形状に埋め込む際、ボス穴様の形状と干渉してしまう場合があるという問題が存在する。
【００１１】
このような状況になった場合、一旦操作を取消し、埋め込み前の形状を変形させたり、フィレット面や角落し面の大きさを変更するなどしてあらためて埋め込み操作をおこなうことにより回避していた。
【００１２】
しかしながら、フィレット面や角落し面の大きさは、図面等で指定された値を守り、かつボス穴様の形状は維持しながら変形させることによってしか、所望の形状を得られない場合が多い。
【００１３】
従って本発明は、このような課題を解決し、ボス穴様の部分形状を維持しながら、指定した大きさのフィレット面や角落し面を付加することのできる、丸め処理および面取り処理をおこなう三次元形状作成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
より具体的には、本発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を滑らかに接続するフィレット面を埋め込む丸め変形操作を適用する際、その立体のもつボス穴様の部分形状と、生成されたフィレット面が干渉するような形状と、を生成したい場合、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対しフィレット面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させることを特徴とする、三次元形状作成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を接続する角落し面を埋め込む面取り変形操作を適用する際、その立体のもつボス穴様の部分形状と、生成された角落し面が干渉するような形状と、を生成したい場合、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対し角落し面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させることを特徴とする、三次元形状作成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
さらに、本発明は、ボス穴形状と干渉する丸めまたは面取り処理をおこなう際、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対しフィレット面または角落し面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させるために、分離する部分立体と分離される部分立体の接続部分に相当する面を保存しておき、前記保存しておいた面とその周囲の面、および分離立体に属する面のみを考慮して合体処理をおこなうことにより、効率良く合体処理をおこなうことを特徴とする、三次元形状作成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を滑らかに接続するフィレット面を埋め込む丸め変形操作を適用する際、立体が含むボス穴様の部分形状と、生成されたフィレット面と、が干渉する形状を生成する場合、ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対してフィレット面を生成し、再び、保存しておいた分離立体を合体させる合体手段を有することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を接続する角落し面を埋め込む面取り変形操作を適用する際、立体が含むボス穴様の部分形状と、生成された角落し面と、が干渉する形状を生成する場合、ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対して角落し面を生成し、再び、保存しておいた分離立体を合体させる合体手段を有することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の三次元形状作成装置において、合体手段は、ボス穴形状と干渉する丸めまたは面取り処理を行う際、ボス穴様の形状を一時立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対してフィレット面または角落し面を生成し、再び、保存しておいた部分立体を合体させるために、分離する部分立体と分離される部分立体との接続部分に相当する面を保存しておき、保存しておいた面と、面の周囲の面、および部分立体に属する面、のみを考慮して合体させることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
〔本発明の特徴〕
本発明による三次元形状作成装置は、面と面との接続関係を表す位相データをもつソリッドモデルを取り扱うことのできるＣＡＤ装置によって、立体の角部を形成する対になる二面が共有する稜線を指定して、指定された稜線にそって指定された大きさで前記二面を接続するフィレット面や角落し面を生成するに際し、指定された大きさでは、埋め込むフィレット面や角落し面の境界曲線が既存のボス穴様の部位と干渉してしまう場合に、ボス穴様の形状を維持しつつ、なおかつ指定した大きさのフィレット面および角落し面を生成する場合に用いられる。
【００２４】
上記のような丸めもしくは面取り処理を施す場合では、図２にその概念を示す如く処理がおこなわれる。
【００２５】
以下の説明は、フィレット面を埋め込む丸め変形処理についてのみの記述とするが、これに限定されず、フィレット面を角落し面、丸め変形処理を面取り変形処理とおきかえ、角落し面を埋め込む面取り変形処理の手段としても同様に有効である。
【００２６】
図２を参照すると、まず、フィレット面を生成する立体から、ボス穴様の部位を分離する形状分離工程（ステップＳ１）がおこなわれる。
ここで、ボス穴様の部位、もしくはボス穴様形状とは、たとえば図４の（ａ）、（ｂ）に示すような形状をいう。図４の（ａ）の太線で示した部分形状がボス部分、図４の（ｂ）の太線で示した部分形状が穴部分の形状の例である。
また、ステップＳ１の形状分離工程では、分離するボス穴様の部分形状と、分離されて残る部分立体との結合部分に存在する面を保存しておく。
【００２７】
次に、前記形状分離工程Ｓ１において部分形状が分離され、残った部分形状に対し、フィレット面を埋め込むフィレット面生成工程（ステップＳ２）がおこなわれる。
下記文献には、立体の角部を形成する対になる二面に接する球や円弧の接点を複数もとめ、これらの補完曲線を求めることによって、フィレット面の境界の形状を算出し、さらにここで求められた接点から複数の円弧を求めてこれらを滑らかに接続することにより、フィレット面を生成する方法が記載されている。また、図２に示すフィレット面生成工程Ｓ２においては、下記文献［１］に示した既存の方法を利用することとする。
T.Harada, et.al, Variable-Radius blending by Using Gregory Patches in Gemetric Modeling, EUROGRAPHICS'91, Eurographics Association, pp.507-516, 1991.   …［１］
【００２８】
さらに、図２の前記形状分離工程Ｓ１において分離されたボス穴様の部分形状と、前記フィレット面埋め込み工程２において変形された部分形状と、を合体させる形状合体工程（ステップＳ３）が行われる。
このとき、前記前記形状分離工程Ｓ１において保存されている、分離形状と分離されて残った形状との結合部分に存在していた面、およびその周囲の面およびボス穴形状を構成する全ての面のみを考慮して、合体処理をおこなう。これにより、フィレット面を生成する部分以外の形状については、干渉の判定をおこなわなくて済むため、効率良く合体処理をおこなうことができる。
なお、面取り処理により角落し面を埋め込む場合にも、上記の形状分離工程Ｓ１から形状合体工程Ｓ３まで、まったく同様の手段が適用できる。この場合、前記フィレット面生成工程２において立体の角部を形成する対になる二面に接する球や円弧の接点をもとめ、これらの補完曲線を求めることによって、角落し面のの境界の形状を算出したのち、対になる二面上で対応する接点どうしを結ぶ直線線分を複数もとめ、これらを滑らかにつなぐことにより角落し面を生成することとすればよい。
【００２９】
｛本発明による作用｝
以上のように説明した本発明の特徴によれば、立体の角部の丸め処理において、フィレット面ががボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさのフィレット面を埋め込むことができる。同様に、立体の角部の面取り処理において、角落し面ががボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさの角落し面を埋め込むことができる。
【００３０】
〔第１の実施例〕
以下、上記の本発明を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の三次元形状作成装置の第１の実施例を示すフローチャートであり、本実施例は、図１に示す如き通常のＣＡＤ装置にあらかじめ与えたプログラムによって実行される。
【００３１】
本実施例では、ソリッドモデルとして生成した図５の（ａ）に示す立体の角部に、ある指定した大きさによって、図５の（ｂ）に示す如きボス穴様形状と他稜線と干渉する部分とをもつフィレット面を埋め込むものとする。
【００３２】
このような処理を行う際の本実施例の動作について、以下に図面を用いて説明する。
本実施例では上記のような処理を施すために、まず、図３におけるステップＳ１０１でＣＡＤ装置の使用者が、フィレット面の作成位置を、そのフィレット面を作成する立体Ｂの角部を形成する対をなす曲面Ｆ１，Ｆ２の共通の稜線Ｅ０と、フィレット面の大きさを指定する（図６）。この場合、フィレット面の大きさは、フィレット面生成のもとになる接円弧の半径を指定するものとする。また、この半径を丸め半径と呼ぶ。
【００３３】
次に、図３におけるステップＳ１０２では、Ｆ１，Ｆ２上にボス穴様の形状がないか判定する。この判定において、ボス穴様の形状がない場合（ステップＳ１０２のＮｏ）、立体そのものをシェルＢとし、ステップＳ１０４にすすみ、ボス穴様の形状がある場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、ステップＳ１０３にすすむ。
【００３４】
ステップ３では、ボス穴様の形状を分離し、この形状をシェルＡとする。また、分離されて残った形状をシェルＢとする（図７）。このとき、シェルＡとシェルＢとの結合部分に存在する面Ｆｃを保存しておく。
【００３５】
ここで、図３における上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、図２にける形状分離工程Ｓ１に対応する。
【００３６】
また、ステップＳ１０４では、シェルＢに対して、上記文献［１］の方法を用いてフィレット面の埋め込み操作をおこなう（図８）。
【００３７】
さらに、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２でボス穴形状が分離されているか判定する。
この判定において、分離形状シェルＡが存在しない場合（ステップＳ１０５のＮｏ）、処理を終了する。これに対して、分離形状シェルＡが存在する場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、ステップＳ１０６へすすむ。
【００３８】
ここで、図３における上記ステップＳ１０４〜Ｓ１０５は、図２におけるフィレット面生成工程Ｓ２に対応する。
【００３９】
また、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０８以降において、シェルＡとシェルＢとを合体するに際し、シェルＡを変形する必要があるかどうか判定する。この判定は、図９に示す表を基に行われる。なお、図９に示されるそれぞれの状況を図１０の（ａ）〜（ｄ）に示す。
この判定において、シェルＡを変形する必要がない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、ステップＳ１０８にすすみ、変形する必要がある場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、ステップＳ１０７へすすむ。
【００４０】
ステップ７では、シェルＡの形状を変形する。具体的には、シェルＡからシェルＢに向かう方向に、シェルＡの側面を延長する。この処理を図１１の（ａ）及び（ｂ）に例を示す。
図１１の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、シェルＡとシェルＢを合体するためには、シェル同士の集合演算をおこなう。このとき、シェルＡがボス形状か穴形状かによって、適用する演算が異なる。このため、ステップＳ１０８では、シェルＡがボス形状か穴形状か判定する。
この判定において、シェルＡがボス形状の場合（ステップＳ１０８のボス形状）、ステップＳ１０９に進み、穴形状の場合（ステップＳ１０８の穴形状）、ステップＳ１１０にすすむ。
【００４１】
ステップＳ１０９では、和の集合演算をおこなって、ボス形状をあらわすシェルＡとシェルＢとを合体させる。このとき、ステップＳ１０３において保存しておいた結合部分の面Ｆｃとその周りの面、およびシェルＡに属する全ての面のみを対象として集合演算をおこなう。そのご、処理を終了する。この処理による結果の形状の例を図１２に示す。
【００４２】
また、ステップＳ１１０では、積の集合演算をおこなって、穴形状をあらわすシェルＡとシェルＢとを合体させる。このとき、ステップＳ１０３において保存しておいた結合部分の面Ｆｃとその周りの面、およびシェルＡに属する全ての面のみを対象として集合演算をおこなう。そのご、処理を終了する。なお、積の集合演算とは、シェル同士の共通部分を結果の形状とする演算である。この処理による結果の形状の例を図１３に示す。
【００４３】
ここで、図３における上記ステップＳ１０６〜Ｓ１０８は、形状合体工程Ｓ３に対応する。
【００４４】
｛第１の実施形態による効果｝
かかる実施例の三次元形状作成装置によれば、立体の角部の丸め処理において、フィレット面がボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさのフィレット面を埋め込むことができる。
【００４５】
以上、図事例に基づき説明したが、この発明は、上述の例に限定されるものでなく、上記実施例と同様に面取り処理を行うに際して角落し面がボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさの角落し面を埋め込むこととしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように説明した本発明によれば、立体の角部の丸め処理において、フィレット面ががボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさのフィレット面を埋め込むことができる。
即ち、立体の角部の丸め処理において、フィレット面ががボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさのフィレット面を埋め込むことができる。同様に、立体の角部の面取り処理において、角落し面ががボス穴様の形状と干渉する場合に、ボス穴様形状を維持しながら指定した大きさの角落し面を埋め込むことができる。
【００４７】
より具体的には、本発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を滑らかに接続するフィレット面を埋め込む丸め変形操作を適用する際、その立体のもつボス穴様の部分形状と、生成されたフィレット面が干渉するような形状と、を生成したい場合、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対しフィレット面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させることができる。
【００４８】
また、本発明は、計算機の中に三次元モデルを作成する三次元形状作成装置において、立体の角部を形成する対になる二面を接続する角落し面を埋め込む面取り変形操作を適用する際、その立体のもつボス穴様の部分形状と、生成された角落し面が干渉するような形状と、を生成したい場合、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対し角落し面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させることができる。
【００４９】
さらに、本発明は、ボス穴形状と干渉する丸めまたは面取り処理をおこなう際、ボス穴様の形状をいったん立体から分離して保存し、分離されて残った部分立体に対しフィレット面または角落し面を生成し、再び前記保存しておいた分離立体を合体させるために、分離する部分立体と分離される部分立体の接続部分に相当する面を保存しておき、前記保存しておいた面とその周囲の面、および分離立体に属する面のみを考慮して合体処理をおこなうことにより、効率良く合体処理をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のＣＡＤ装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明でのフローを概念的に示す工程図である。
【図３】本発明の丸めおよび面取り処理方法の一実施例を表すフローチャートである。
【図４】ボス穴様形状の例を示す説明図である。（ａ）は、ボス部分を含む形状である。（ｂ）は、穴部分を含む形状である。
【図５】本実施例の一例を示す説明図である。（ａ）は、立体の角部に指定した大きさのフィレット面を埋め込む例である。（ｂ）は、ボス穴様形状と他綾線と干渉する部分とをもつフィレット面を埋め込む例である。
【図６】上記実施例におけるステップＳ１０１の丸め稜線指定の例を示す説明図である。
【図７】上記実施例におけるステップＳ１０３の形状分離の例を示す説明図である。
【図８】上記実施例でのステップＳ１０４におけるフィレット面埋め込みの例を示す説明図である。
【図９】上記実施例でのステップＳ１０６におけるシェルＡを変形する必要があるかどうか判定するための表である。
【図１０】上記実施例でのステップＳ１０６における判定の対象となる形状の例を示す説明図である。
【図１１】上記実施例でのステップＳ１０７におけるシェルＡの変形の例を示す説明図である。
【図１２】上記実施例でのステップＳ１０９における合体結果の例を示す説明図である。
【図１３】上記実施例でのステップＳ１１０における合体結果の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  メモリ
３  キーボード
４  プリンタ
５  ＣＲＴ
６  マウス
７  補助記憶装置
８  バスライン
【図１】
0003903334.tif 000002
【図２】
0003903334.tif 000003
【図３】
0003903334.tif 000004
【図４】
0003903334.tif 000005
【図５】
0003903334.tif 000006
【図６】
0003903334.tif 000007
【図７】
0003903334.tif 000008
【図８】
0003903334.tif 000009
【図９】
0003903334.tif 000010
【図１０】
0003903334.tif 000011
【図１１】
0003903334.tif 000012
【図１２】
0003903334.tif 000013
【図１３】
0003903334.tif 000014