(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いて、外部データ取得手段（Ｓ１）により対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を取得し、外部データ入力手段（Ａ）により前記外部データをコンピュータに入力し、形状データ分割手段（Ｂ）により前記外部データを八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎に記憶し、物理量分割手段（Ｃ）により対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に記憶する、ことを特徴とする形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項２】
前記形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、同一の座標系において、別々の記憶レイヤー（１８）に記憶する、ことを特徴とする請求項１に記載の形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項３】
前記形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、関連付けて管理する、ことを特徴とする請求項１に記載の形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項４】
前記複数の記憶レイヤー（１８）を単独又は組み合わせて、形状と物理量のデータを活用する、ことを特徴とする請求項１に記載の形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項５】
前記形状データ分割手段（Ｂ）及び物理量分割手段（Ｃ）により、分割された各形状セルを対象物の内側に位置する内部セル（１３ａ）と境界面を含む境界セル（１３ｂ）とに区分する、ことを特徴とする請求項１に記載の形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項６】
前記物理量は、シミュレーションにより変化しない定数値と、シミュレーションの結果で変化する変数値とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法。
【請求項７】
対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を入力する入力装置（２）と、形状と物理量を統合したボリュームデータとその記憶演算プログラムを記憶する外部記憶装置（３）と、前記記憶プログラムを実行するための内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）と、実行結果を出力する出力装置（６）とを備え、
外部データ取得手段（Ｓ１）により対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を取得し、入力装置（２）により前記外部データを外部記憶装置（３）に入力し、内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）により前記外部データを八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎に外部記憶装置（３）に記憶し、かつ内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）により対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に外部記憶装置（３）に記憶する、ことを特徴とする形状と物理量を統合したボリュームデータの生成装置。
【請求項８】
コンピュータに、対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を入力する外部データ入力手段（Ａ）と、外部データ（１２）を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎にコンピュータに記憶する形状データ分割手段（Ｂ）と、対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎にコンピュータに記憶する物理量分割手段（Ｃ）と、を実行させるための形状と物理量を統合したボリュームデータの生成プログラム。
【請求項９】
コンピュータに、対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を入力する外部データ入力手段（Ａ）と、外部データ（１２）を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎にコンピュータに記憶する形状データ分割手段（Ｂ）と、対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎にコンピュータに記憶する物理量分割手段（Ｃ）と、を実行させるための形状と物理量を統合したボリュームデータの生成プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状と物理量を統合した実体データを小さい記憶容量で記憶し、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することできるボリュームデータの生成方法及び生成装置と生成プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
先端的な研究開発・技術開発の現場では、その高度化・複雑化に伴い、膨大な試行錯誤が不可欠となっており、開発途中でのリスクが高まっている。科学技術立国を目指す我が国として、これらのリスクを極力排し、開発過程の革新的な高度化・効率化を図ることが極めて重要である。
【０００３】
現在、研究開発・技術開発の現場において、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、ＣＡＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）などが、それぞれ設計、加工、解析、試験のシミュレーション手段として用いられている。
【０００４】
また、本発明によって、連続的なシミュレーションであるＣ−Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（Ｃｏｏｒｐｏｒａｔｉｖｅ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、加工プロセスも考慮したＡ−ＣＡＭ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  ＣＡＭ）、究極の精度が出せるＤ−ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）なども、これから広く普及するはずである。
上述した従来のシミュレーション手段では、対象物を、ＣＳＧ（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）やＢ−ｒｅｐ（Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）でデータを記憶している。
しかし、ＣＳＧでは、対象物全体を微細なソリッドモデルの集合体として記憶するため、データが重くシミュレーション手段（ソフトウェア等）を実装する場合、膨大なデータを扱うこととなり、大型コンピュータを用いた場合でも解析に時間がかかる問題点があった。
また、Ｂ−ｒｅｐでは、対象物を境界で表現するため、データは軽く、データ量は小さくなるが、境界面の内部は一様に扱うため、変形解析等には適さない問題点があった。
更に、これらの従来のデータ記憶手段では、熱・流体解析、固体の大変形解析、これらの連成解析等でその都度、解析に適したメッシュ等に分割して、有限要素法等を適用するため、その解析結果を表示等はできるが、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することが困難であり、設計・解析・加工・組立・試験等の各工程を同じデータで管理することができない問題点があった。
【０００５】
言い換えれば、現状のＳｏｌｉｄ／Ｓｕｒｆａｃｅ−ＣＡＤ（以下Ｓ−ＣＡＤと呼ぶ）には、以下の問題点があった。
（１）データが渡らない、内部での変換操作に弱い（数値誤差と処理手法の問題）。
（２）シミュレーションに直接使えない（内部情報をもっていないのでメッシュを生成しなくてはいけない）。
（３）ＣＡＭによる加工の検討ができない（最終形状しかもっていない）。
【０００６】
また加工においても以下の問題点があった。
（１）加工プロセスの表現ができない（荒加工や工程設計の支援が不十分）。
（２）レーザー加工や超先端加工など新しい加工法に対応できていない（切削しかない、数値精度が足りない）。
（３）加工法自体の選択ができない（複合体で内部に異なる材料特性を有する）。
【０００７】
上述した問題点を解決するために本発明の発明者等は、先に、形状と物性を統合した実体データを小さい記憶容量で記憶することができる「形状と物性を統合した実体データの記憶方法」を創案し出願した（特願２００１−２５０２３：未公開）。
この発明により、物体の形状・構造・物性情報・履歴を一元的に管理し、設計から加工、組立、試験、評価など一連の工程に関わるデータを同じデータで管理することができ、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することできるようになった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行出願の発明は、対象物の形状データからなる外部データを、八分木分割により境界平面が直交する立方体のセルに分割し、各セル毎に種々の物性値を記憶するものである。分割された各セルは対象物の内側に位置する内部セルと、境界面を含む境界セルとからなる。また、内部セルは、属性として１種の物性値を持ち、境界セルは、対象物の内側と外側の２種の物性値をもつものである。
なお、この方法によるデータを「Ｖ−ＣＡＤデータ」と呼び、このデータを用いた設計やシミュレーションを「ボリュームＣＡＤ」又は「Ｖ−ＣＡＤ」と呼ぶ。
【０００９】
上述したように、Ｖ−ＣＡＤでは八分木セル内に各物理量の記憶を行う。このため、Ｖ−ＣＡＤでは詳細な形状表示に適切なセル分割とある物理量にとって適切な記憶セル分割との間に不整合がある場合、一方の分割に統一するか、或いはすべての物理量分布を十分に表現できるセル分割を新たに作成する必要がある。この理由は、Ｖ−ＣＡＤの初期セル分割は、「詳細な形状表現」のデータを格納するために適した分割であり、その他の物理量の格納に適したものでは必ずしもないないためである。
そのため、形状データの他に、応力分布、温度分布、流速分布等複数の物理量を、先行出願の「Ｖ−ＣＡＤデータ」とする場合、そのうち最も細かい分割のセルに、複数の物理量を記憶させるため、必要なメモリが大きくなり、不必要に表示時間が長くなったり、効率的なデータ活用ができない等の問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、初期Ｖ−ＣＡＤセル情報を変更することなく、十分な精度で形状と複数の物理量を統合した実体データを小さい記憶容量で記憶することができ、これにより、物体の形状・構造・物理量情報・履歴を一元的に管理し、設計から加工、組立、試験、評価など一連の工程に関わるデータを同じデータで管理することができ、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することができる形状と物理量を統合したボリュームデータの生成方法及び生成装置と生成プログラムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、コンピュータを用いて、外部データ取得手段（Ｓ１）により対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を取得し、外部データ入力手段（Ａ）により前記外部データをコンピュータに入力し、形状データ分割手段（Ｂ）により前記外部データを八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎に記憶し、物理量分割手段（Ｃ）により対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に記憶する、ことを特徴とする形状と物理量を統合したボリュームデータ生成方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を入力する入力装置（２）と、形状と物理量を統合したボリュームデータとその記憶演算プログラムを記憶する外部記憶装置（３）と、前記記憶プログラムを実行するための内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）と、実行結果を出力する出力装置（６）とを備え、
外部データ取得手段（Ｓ１）により対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を取得し、入力装置（２）により前記外部データを外部記憶装置（３）に入力し、  内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）により前記外部データを八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎に外部記憶装置（３）に記憶し、かつ内部記憶装置（４）及び中央処理装置（５）により対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に外部記憶装置（３）に記憶する、ことを特徴とする形状と物理量を統合したボリュームデータの生成装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、同一の座標系において、別々の記憶レイヤー（１８）に記憶する。
また、前記形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、関連付けて管理する。
また、前記複数の記憶レイヤー（１８）を単独又は組み合わせて、形状と物理量のデータを活用する。
前記形状データ分割手段（Ｂ）及び物理量分割手段（Ｃ）により、分割された各形状セルを対象物の内側に位置する内部セル（１３ａ）と境界面を含む境界セル（１３ｂ）とに区分する。
前記物理量は、シミュレーションにより変化しない定数値と、シミュレーションの結果で変化する変数値とからなる。
【００１４】
また、コンピュータに、対象物（１）の形状データからなる外部データ（１２）を入力する外部データ入力手段（Ａ）と、外部データ（１２）を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割し、形状データを形状セル毎にコンピュータに記憶する形状データ分割手段（Ｂ）と、対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル（１３′）に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎にコンピュータに記憶する物理量分割手段（Ｃ）と、を実行させるための形状と物理量を統合したボリュームデータの生成プログラムが提供される。
また、この生成プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。
【００１５】
上述した本発明の方法および装置によれば、対象物（１）の外部データ（１２）を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル（１３）に分割したセルの階層として小さい記憶容量で外部データ（１２）を記憶することができる。また、形状セルとは別に物理量毎に別々の物理量セル（１３′）を有し、各物理量セルが種々の物理量を独立に記憶しているので、応力分布、温度分布、流速分布等複数の物理量を、各物理量に適した容量のメモリに記憶させることができる。従って、全体のメモリ容量を小さくできる。
更に、形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、同一の座標系の別々の記憶レイヤー（１８）に記憶するので、必要なデータを含む記憶レイヤーのみのデータ交換ができ、形状と物理量の表示等において、効率的なデータ活用ができ、表示時間等を短縮することができる。
また、前記形状セル（１３）と物理量毎の各物理量セル（１３′）を、関連付けて管理するので、効率的なデータ活用ができる。
【００１６】
従って、形状と物理量の複数の記憶レイヤー（１８）で、物体の形状・構造・物理量情報・履歴を一元的に管理し、その単独又は組み合わせで、設計から加工、組立、試験、評価など一連の工程に関わるデータを複数の記憶レイヤーで管理することができ、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することができる。
すなわち本発明では、もの（対象物）を形だけでなく物理的な属性も含めて記憶し表現できるので、その階層データをプラットフォームとして、高度シミュレーション技術、人とものとのインターフェース技術などを構築することができる。
本発明のその他の目的及び有利な特徴は、添付図面を参照した以下の説明から明らかになろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明のボリュームデータ生成方法を実行するためのボリュームデータ生成装置の構成図である。この図に示すように、本発明のボリュームデータ生成装置１０は、入力装置２、外部記憶装置３、内部記憶装置４、中央処理装置５および出力装置６を備える。
【００１９】
入力装置２は、例えばキーボードであり、対象物１の形状データからなる外部データ１２を入力する。外部記憶装置３は、ハードディスク、フロピィーディスク、磁気テープ、コンパクトディスク等であり、形状と物理量を統合した実体データとその記憶演算プログラムを記憶する。内部記憶装置４は、例えばＲＡＭ，ＲＯＭ等であり、演算情報を保管する。中央処理装置５（ＣＰＵ）は、演算や入出力等を集中的に処理し、内部記憶装置４と共に、記憶プログラムを実行する。出力装置６は、例えば表示装置とプリンタであり、記憶したボリュームデータとボリュームデータ生成プログラムの実行結果を出力するようになっている。
本発明のボリュームデータ生成装置１０は、上述した外部記憶装置３、内部記憶装置４、及び中央処理装置５により、外部データを八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル１３に分割し、形状データを形状セル毎に記憶し、対象物の物理量を物理量毎に別々の物理量セル１３′に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に記憶する。
【００２０】
図２は、本発明のボリュームデータ生成方法とそのプログラムのフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、外部データ入力手段（Ａ）、形状データ分割手段（Ｂ）及び物理量分割手段（Ｃ）からなる。また、本発明のボリュームデータの生成プログラム及び記憶媒体は、コンピュータに、これらの外部データ入力手段（Ａ）、形状データ分割手段（Ｂ）、および物理量分割手段（Ｃ）を実行させるようになっている。
外部データ入力手段（Ａ）では、外部データ取得手段Ｓ１で取得した対象物１の形状データからなる外部データ１２を本発明の方法を記憶したコンピュータ等に入力する。形状データ分割手段（Ｂ）では、外部データ１２を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル１３に分割し、形状データを形状セル毎に記憶する。形状セル１３のデータは、外部データ用の記憶レイヤー１８に記憶される。
物理量分割手段（Ｃ）では、対象物１の物理量を物理量毎に別々の物理量セル１３′に八分木分割し、各物理量を物理量セル毎に記憶する。対象物１の物理量は、物理量データ入力手段Ｓ０で直接入力してもよく、或いは別のシミュレーションで得たデータを用いてもよい。物理量セル１３′のデータは、形状セル１３と同一の座標系において、別々の記憶レイヤー１８に記憶される。
また、形状セル１３と物理量毎の各物理量セル１３′は、関連付けて管理される。この関連付けは、例えば一方又は両方のデータファイルのヘッダー等に対応するデータファイル（形状セル１３又は各物理量セル１３′）のファイル名を記憶することでできる。なお本発明はこの関連付けに限定されず、別の周知の関連付けでもよい。さらに、八分木分割特有のアルゴリズムで管理してもよい。
【００２１】
なお、以下本発明の方法によるデータを「Ｖ−ＣＡＤデータ」又は「ボリュームデータ」と呼び、このデータを用いた設計やシミュレーションを「ボリュームＣＡＤ」又は「Ｖ−ＣＡＤ」と呼ぶ。
【００２２】
図２に示すように、本発明の方法を構成する手段Ｓ２では、必要に応じて形状データ分割手段（Ｂ）と物理量分割手段（Ｃ）を繰り返し行う。また、記憶レイヤー１８上のＶ−ＣＡＤデータ１４を用いて、例えば、設計・解析・加工・組立・試験等のシミュレーションを手段Ｓ３で順次行い、この結果も、別々の記憶レイヤー１８に記憶される。
更に、出力手段Ｓ４では、複数の記憶レイヤー１８を単独又は組み合わせて、例えばＣＡＭやポリゴンデータとして出力する。
外部から入力する外部データ１２は、多面体を表すポリゴンデータ、有限要素法に用いる四面体又は六面体要素、３次元ＣＡＤ又はＣＧツールに用いる曲面データ、或いはその他の立体の表面を部分的な平面や曲面で構成された情報で表現するデータである。
外部データ１２は、このようなデータ（Ｓ−ＣＡＤデータと呼ぶ）のほかに、（１）Ｖ−ＣＡＤ独自のインターフェース（Ｖ−ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）により人間の入力により直接作成されたデータと、（２）測定機やセンサ、デジタイザなどの表面のデジタイズデータや、（３）ＣＴスキャンやＭＲＩ、および一般的にＶｏｌｕｍｅレンダリングに用いられているボクセルデータなどの内部情報をもつボリュームデータであってもよい。
【００２３】
図３は、本発明の方法とプログラムにおけるデータ構造の説明図である。上述した形状データ分割手段（Ｂ）と物理量分割手段（Ｃ）では、修正された八分木（オクトリー、Ｏｃｔｒｅｅ）による空間分割を行う。オクトリー表現、すなわち八分木による空間分割とは、目的の立体（対象物）を含む、基準となる立方体１３を８分割し（Ａ）、それぞれの領域の中に立体が完全に含まれるか、含まれなくなるまで再帰的に８分割処理を（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）のように繰り返す。この八分木分割によりボクセル表現よりも大幅にデータ量を減らすことができる。
八分木による空間分割により分割された一つの空間領域をセル１３、１３′（形状セルと物理量セル）とよぶ。セルは境界平面が直交する立方体である。セルによる階層構造、分割数もしくは分解能によって空間中に占める領域を表現する。これにより空間全体の中で対象は大きさの異なるセルを積み重ねたものとして表現される。
すなわち、形状データ分割手段（Ｂ）では、外部データ１２から境界と内部の物理量を以下の実体データ１４（Ｖ−ＣＡＤデータ）に変換する。形状データは、厳密に（たとえば、平面であれば含まれる３点で厳密に再構成できる）、もしくは指定した許容差（位置、接線、法線、曲率およびそれらの隣接部分との接続性に対して指定された閾値）内に近似する。
本発明の形状データ分割手段（Ｂ）では、必ず稜線上の切断点で表現できるまで、法線や主曲率および連続性を満たすまで再分割する。また、２次曲面までを厳密表現、自由曲面は平面もしくは２次曲面によるセル内曲面で近似、これにより幾何固有量のみを保存する。
【００２４】
図４は、本発明による分割方法を二次元で示す模式図である。本発明では、上述した形状データ分割手段（Ｂ）及び物理量分割手段（Ｃ）において、分割された各セル１３を対象物の内側に位置する内部セル１３ａと、境界面を含む境界セル１３ｂとに区分する。
すなわち本発明では境界セル１３ｂを表現するために修正された八分木を使い、完全に内部に含まれるものはその最大の大きさをもつ内部セル１３ａ（立方体）により構成され、外部データ１２からの境界情報を含むセルは境界セル１３ｂとして構成している。各境界セル１３ｂは３次元では１２本、２次元では４本の稜線上の切断点１５（図中に白丸で示す）により厳密に、もしくは近似的に置き換えられる。
【００２５】
外部データ１２に含まれる境界を構成する境界形状要素（平面、２次曲面などの解析曲面にたいしては厳密に、その他の自由曲面や離散点群で表現される境界形状要素については近似的に）が再構成できる十分な切断点１５が得られるまで、境界セル１３ｂは八分木分割される。
例えば一つの線分ならばその上にある２点がセルの稜線上の切断点１５となるまで、平面であれば３点が切断点となるまで、２次曲線であれば３点が、２次曲面であれば４点、以下多項式曲面、有理式曲面のそれぞれに対し、外部データの表現式が既知の場合は必要十分の点とセルの稜線がその定義されている範囲の間で見つかるまで空間を階層的に八分割してゆく。
すなわち、再分割する箇所は、境界（表面）部分で指定分解能を満たすまで、或いは各セルが持つ解析結果の値（応力、ひずみ、圧力、流速など）の変化率が指定閾値を超えなくなるまで行う。
【００２６】
また、複数の境界形状要素を含む境界セル１３ｂの角点１６（図中に黒丸で示す）についてはその内部の境界を、隣接する境界セル（再構成に十分な切断点を有し、完全に境界要素が横断するまで分割されている）が保有する切断点１５で表現される境界の交線として間接的に表現できるので必要以上に分割しない。
【００２７】
従って、Ｖ−ＣＡＤデータ１４は、セル内部に蓄えられる形状に関する情報として、セルの位置を表す指標、階層における詳細度をあらわす分割数または分解能、隣接セルを表すポインタ、切断点の数と座標値など、および用途に応じて、法線や曲率等となる。
また、Ｖ−ＣＡＤとしては最下層ではＥｕｌｅｒ的に節点情報や結果の値を保持する。再分割の際の最小分解能がなるべく大きくなるように、境界の位置、法線、接線の連続性および曲率のそれぞれ連続性に関する閾値（許容差）の決め方を定義する。
【００２８】
各セルの物理量には大きく分けて最初に与えて値の変わらない定数値と、シミュレーションの結果で値の変わる変数値の２種類がある。
定数値の例としては、材料特性（弾性係数（ヤング率、降伏値）、Ｎ値（塑性変形の際の伸びの次数）、引っ張り強度、ポアソン比（剪断硬さ）、温度、加工速度）、摩擦特性（潤滑材の特性として、粘度、せん断摩擦係数、クーロン摩擦）、加工（境界）条件（工具の移動ベクトル、冷却速さ）が挙げられる。
変数値の例としては、セルごとに応力（対称テンソル量（６変数））とひずみ（対称テンソル（６変数））など、および流速や圧力、温度などがある。シミュレーションの過程で隣接する内部セル間で予め指定していた許容値を超えた変数値の差が生じたときには、その差が許容値以内に納まるまで上述した八分木に従った再分割を自動で行なう。
【００２９】
（分解能の自動決定方法）
分解能の自動決定については、既に述べた形状からの制約や物理量の隣接セル間の格差による方法のほかに、メモリや計算時間から決まる制約、および予め指定した絶対精度（たとえばセルの幅が１μｍになったら分割を止める）による制約があり、これら全ての制約の一つでも満たされたら空間の八分割をやめる。これにより必要最小限の分解能（詳細度）をもつ表現となり、実装をより現実的なものとすることができる。
【００３０】
本発明による形状と物理量を統合したボリュームデータの生成方法は、Ｓ−ＣＡＤ等の設計における形状定義、変更、表示、保持、検討、評価に加え、Ｃ−ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ等における固体の構造解析、大変形解析（剛塑性および弾塑性解析）、熱・流体解析、流動解析などの解析／シミュレーションの入力、出力および途中におけるデータ表現として用いられる。また、更に、Ａ−ＣＡＭ，Ｄ−ｆａｖｒｉｃｖａｔｉｏｎにおける除去加工、付加加工、変形加工のためのデータの生成、解析、可視化、比較評価、さらに表面や内部の測定、計測のためのデータ作成、結果の保持、表示、各種解析や加工データとの比較評価に用いることができる。表示方法としては、サーフェスレンダリングとボリュームレンダリングの２種類がある。
【００３１】
図５は、本発明による分割方法（修正された八分木）を従来の八分木と比較して示す図４と同様の二次元模式図である。この図において、（Ａ）は通常の八分木（Ｏｃｔｒｅｅ）、（Ｂ）は本発明による修正八分木の例である。この例では、Ｏｃｔｒｅｅのような空間分割法にとって苦手な薄い板（散点部分）を分割した場合を示している。
この図から、本発明の修正八分木（Ｂ）では、切断点による表面の再構築を用いているため、通常の八分木（Ａ）に比較して少ない分割ですんでしまうことがわかる。
図６に模式的に示すように、「ものつくり」に必要となる各情報を、従来の表面情報しか保持しないサーフィスＣＡＤからボリュームＣＡＤと呼ばれるボリューム情報を保持することの可能な新しいＣＡＤを中心として統合すべることが検討されている。このボリュームＣＡＤではデータの軽量化のため八分木（四分木）方式に分割されたセルにおいて、表面データと「ものつくり」において必要となる物理量を記憶することが可能となっている。
このボリュームＣＡＤに対して「ものつくり」の上で欠かすことができない物理量などを付加することにより、図７に模式的に示すように、各設計プロセスに従事する人々の間で今までのサーフィスＣＡＤで限定されていた形状データのみの共通認識から物理現象まで含めた共通認識を得ることが可能となり、より効率的な「ものつくり」が可能になると考えられる。
本発明は、このボリュームＣＡＤ上で物理量を効率的に保持するためのデータ構造に関するものである。
【００３２】
（レイヤーによる実体データの格納）
ボリュームＣＡＤにおける八分木セル分割はＣＡＤ側で行うため、形状に依存した分割にならざるを得ない。一方、図８に示すように、有限要素法構造解析を用いた場合の応力値等の実際の設計において必要となる各物理量は外的条件によって物体内部で形状分割とは異なった分布をとることがある。
このとき、各物理量Ａ，Ｂの分布も相関性がある場合とない場合が考えられる。また、形状に依存したセル分割も、「形状の詳細表現」データを取り扱うためのセル分割として考えることが可能である。図９（ａ）に示すように１つのセル分割において一元化して必要となる物理量すべてを保持するのではなく、図９（ｂ）に示すように各物理量（形状の詳細表現データも含む）に対して適切なセル分割を用意して記憶することにより、有効なデータ利用が可能となる。各セル分割をレイヤーと呼ぶ。このとき、図１０に示すように記憶領域の点でも一元化したセルによる物理量の記憶とレイヤー型の記憶とでは後者の方が有利になると考えられる。
【００３３】
（データ処理及び表示）
各物理量の表示を行う場合を、詳細な形状情報が必要な場合と、そうでない場合に分割することが可能である。物理量を記憶するレイヤーは、ある程度の空間情報（セル分割）を有しているため、必要とされる解像度が低い場合にはこの物理量レイヤー単独での表示で満足できる場合もある。より詳細な解像度での表示を行う場合には詳細な形状データを持つレイヤーとの和演算により表示を行う。
（データの軽量化）
レイヤーを分割することにより、必要となる物理データのみを流通させることが可能となるため、Ｖ−ＣＡＤにおける物理量表現が冗長となることをさけることが可能である。
【００３４】
【実施例】
図１１〜図１６は、本発明の実施例を模式的に示す図である。
図１１の（Ａ）はＳ−ＣＡＤデータの例であり、（Ｂ）は先行出願のＶ−ＣＡＤデータの例である。先行出願のＶ−ＣＡＤデータは、対象物１の外部データを八分木分割して、内部セルと境界セルに分割する点では、本発明と同一であるが、対象物１の形状データと各物理量を同一の八分木分割で扱う点で本発明とは相違する。
本発明では、上述したように、形状セル１３と物理量毎の各物理量セル１３′を、別々の記憶レイヤー１８に記憶する。
図１２は応力分布データの例であり、（Ａ）は本発明による応力分布の記憶レイヤー、（Ｂ）は先行出願におけるＶ−ＣＡＤデータである。各図において、セル内の各模様は、応力の大きさを模様により区分している。この例から、同一の応力分布に対して、（Ａ）の本発明の方が八分木分割による分割が少なく、その分、分割の階層が浅くでき、記憶メモリが小さくできることがわかる。
図１３は温度分布データの例であり、（Ａ）は本発明による応力分布の記憶レイヤー、（Ｂ）は先行出願におけるＶ−ＣＡＤデータである。各図において、セル内の各模様は、温度の大きさを模様により区分している。この例からも、同一の温度分布に対して、（Ａ）の本発明の方が八分木分割による分割が少なく、その分、分割の階層が浅くでき、記憶メモリが小さくできることがわかる。
図１４は、本発明によるボリュームデータの生成方法であり、形状セル１３を記憶した記憶レイヤー１８と物理量毎の各物理量セル１３′を記憶した別々の記憶レイヤー１８とからなる。これら複数のレイヤー１８は、同一の座標系であるのが好ましいが、相互の相関が取れている限り、これに限られない。
これに対して、図１５の先行出願のＶ−ＣＡＤデータでは、対象物１の外部データを八分木分割して、内部セルと境界セルに分割する点では、本発明と同一であるが、各セルが形状、応力、温度等の情報を持つ点で本発明とは異なる。
【００３５】
図１６は、本発明による複数のレイヤーの活用方法を示す模式図である。例えば、応力分布を表示する場合、（Ａ）のように、ラフな表示であれば、応力分布レイヤーのみで表示することができる。また（Ｂ）のように、詳細な形状表示を行う場合には、応力分布レイヤーと形状レイヤーの両方を用いて表す。このデータは、表示の際に一時的に作成するのがデータ容量の点で好ましいが、必要により別のレイヤー１８としてもよい。
上述したように、先行出願のＶ−ＣＡＤデータでは、常に全てのデータを活用するのに対して、本発明の方法では、複数の記憶レイヤー１８のうち、必要に応じて必要なレイヤーのみを用いる。
【００３６】
上述した本発明の方法によれば、対象物１の外部データ１２を八分木分割により境界平面が直交する立方体の形状セル１３に分割したセルの階層として小さい記憶容量で外部データ１２を記憶することができる。また、形状セルとは別に物理量毎に別々の物理量セル１３′を有し、各物理量セルが種々の物理量を独立に記憶しているので、応力分布、温度分布、流速分布等複数の物理量を、各物理量に適した容量のメモリに記憶させることができる。従って、全体のメモリ容量を小さくできる。
更に、形状セル１３と物理量毎の各物理量セル１３′を、同一の座標系の別々の記憶レイヤー１８に記憶するので、必要なデータを含む記憶レイヤーのみのデータ交換ができ、形状と物理量の表示等において、効率的なデータ活用ができ、表示時間等を短縮することができる。
従って、形状と物理量の複数の記憶レイヤー１８で、物体の形状・構造・物理量情報・履歴を一元的に管理し、その単独又は組み合わせで、設計から加工、組立、試験、評価など一連の工程に関わるデータを複数の記憶レイヤーで管理することができ、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することできる。
すなわち本発明では、もの（対象物）を形だけでなく物理的な属性も含めて記憶し表現できるので、その階層データをプラットフォームとして、高度シミュレーション技術、人とものとのインターフェース技術などを構築することができる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明により、各物理量の分布の独立性に従い、記憶するレイヤーを複数用意することが可能となり、初期Ｖ−ＣＡＤセル情報を変更することなく、十分な精度で各物理量を記憶することが可能となる。従ってレイヤーによる実態データを活用することにより、物理量ごとに記憶セル分割を変更することができるため、効率的なデータ活用が可能となる。
従って、本発明の形状と物理量を統合した実体データの記憶方法と記憶プログラムは、初期Ｖ−ＣＡＤセル情報を変更することなく、十分な精度で形状と複数の物理量を統合した実体データを小さい記憶容量で記憶することができ、これにより、物体の形状・構造・物理量情報・履歴を一元的に管理し、設計から加工、組立、試験、評価など一連の工程に関わるデータを同じデータで管理することができ、ＣＡＤとシミュレーションを一元化することができる等の優れた効果を有する。
なお、本発明をいくつかの好ましい実施例により説明したが、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施例に限定されないことが理解されよう。反対に、本発明の権利範囲は、添付の請求の範囲に含まれるすべての改良、修正及び均等物を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボリュームデータ生成方法を実行するためのボリュームデータ生成装置の構成図である。
【図２】本発明のボリュームデータ生成方法とそのプログラムのフロー図である。
【図３】本発明の方法とプログラムにおけるデータ構造の説明図である。
【図４】本発明による分割方法を二次元で示す模式図である。
【図５】従来の八分木（Ａ）と本発明による分割方法（Ｂ）（修正された八分木）を比較した模式図である。
【図６】サーフィスＣＡＤとボリュームＣＡＤの比較図である。
【図７】ボリュームＣＡＤによる共通認識のレベルアップの模式図である。
【図８】異なる物理量において必要なセル分割の模式図である。
【図９】物理量Ａ，Ｂの記憶方式の模式図である。
【図１０】物理量Ａ，Ｂの記憶領域の模式図である。
【図１１】Ｓ−ＣＡＤデータ（Ａ）と先行出願のＶ−ＣＡＤデータ（Ｂ）の比較図である。
【図１２】応力分布データの比較図である。
【図１３】温度分布データの比較図である。
【図１４】本発明による実体データの記憶方法を示す図である。
【図１５】先行出願のボリュームデータ生成方法を示す図である。
【図１６】本発明による複数のレイヤーの活用方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１２  外部データ、１３  形状セル、１３′物理量セル、
１３ａ  内部セル、１３ｂ  境界セル、
１４  Ｖ−ＣＡＤデータ、１５  切断点、１６  角点、
１８  記憶レイヤー
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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