JPH0614336B2

JPH0614336B2 - 設計支援方法

Info

Publication number: JPH0614336B2
Application number: JP59186374A
Authority: JP
Inventors: 透満田; 康弘小林; 和田　　裕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS6165368A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、設計支援方法に係り、特に任意の位置からの
対象物の透視図を表示するのに好適な設計支援方法に関
するものである。

〔発明の背景〕

３次元の対象物を設計する際、確認のために、対象物を
透視図等で２次元画面に３次元立体表示する必要性が生
ずる場合がある。たとえば、プラントの配管レイアウト
では、設計した配管が互いに干渉していないか、機器と
の接続等に不具合が生じていないか等を２次元の図面で
確認するのは、配管が複雑な場合、困難となる。この場
合、プラントを透視図で３次元立体表示することによ
り、上記の確認が容易となる。

３次元の対象物を２次元画面に透視図で表示する方法は
機つか提案されている（「Principles of interactive
computer graphics」，William M.Newman著，Mc Graw H
ill社刊）。透視図作成のために必要なパラメータ（入
力データ）は、対象物の座標，視点および注視点の座標
（又は、視点座標および視線の方向）、視界（視野の広
さ）である。対象物が固定されている場合には、１組の
視点、注視点、視界の値に対し、１つの透視図が得られ
る。

実際に透視図を利用する場合、希望する透視図を得るの
は容易ではない。なぜなら、視点の座標等を数値で与え
なければならないからである。たとえば、ある視点から
の透視図か得られた場合、その結果から、視点の位置を
ある程度右上方部に移動させた透視図を得たいと考えて
も、実際に最適な視点、注視点の位置座標を数値で把握
するのは困難である。

従つて、従来は適当と推定される数値を与え結果を見な
がら、希望する透視図が得られるまで試行錯誤をくり返
す必要があり、効率が悪いという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、視点、見る方向及び視界の設定が簡単
にでき、これらに基づく対象物の三次元図形を短時間に
得ることができる設計支援方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、指定された対象物の第１図形情報を、演算手段によっ
て、記憶手段から選択して表示装置に表示し、表示された前記第１図形情報に対して指定された視点の
位置情報、この視点の位置を基準とした見る方向の情
報、及び視界の情報に基づいて、これらの情報を示した
第２図形情報を、前記演算手段によって作成すると共に
前記第１図形情報と前記表示装置に表示し、前記表示された第１及び第２図形情報を用いて、前記見
る方向及び前記視界に対する、前記対象物の三次元の第
３図形情報を、演算手段によって、作成し、前記表示装
置及び他の表示装置の一方に表示することにある。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例である設計支援装置は、透視図を表示す
る第１画面（主画面と呼ぶ）とは別に、対象物、視点、
注視点、視界を表示する第２画面（補助画面と呼ぶ）を
設け、補助画面上に視点、注視点、視界を、ライトペ
ン，ジヨイスライツク，タブレツト，マウスと称される
各種の入力装置を用い入力することにより、希望する透
視図を得るためのパラメータの指定を容易とする。次
に、入力された視点注視点、視界の３次元空間での位置
座標を自動的に計算し、これらのパラメータに対応した
透視図を作成し、主画面上に表示するものである。

上記本実施例の設計支援装置の構成を第１図に示す。

透視図作成に必要な対象物の座標データ、透視図作成プ
ログラム、座標変換プログラムを記憶装置１に格納す
る。視点，注視点，視界は、入力装置２を用いて入力す
る。入力装置２により入力された視点等は、ＣＲＴ６上
の補助画面上に表示される。このために、補助画面作成
機能３は、記憶装置１の対象物データ、及び入力点よ
り、補助画面を作成する。一方、上記、視点、注視点、
視界のデータと記憶装置１の対象物データとにより、視
点、注視点、視界に対応した透視図が、主画面作成機能
４により作成される。主画面及び補助画面は、表示機能
５により、要求に応じたモードで表示される。前述の補
助画面作成機能３及び主画面作成機能４は、演算手段で
ある。

本実施例の処理手段を第２図に示す。以下処理内容を説
明する。

(1)対象物データ、座標変換プログラムの読み込み記憶
装置より対象物データ（３次元座標）及び座標変換プロ
グラムを読み込む。このプログラムは、対象物を２次元
の補助画面上に表示するために、３次元座標を２次元座
標に変換するプログラムである。

(2)補助画面背景画の作成上記対象物３次元座標を変換プログラムにより２次元座
標に変換する。補助画面の表示図は、固定された視点か
らの透視図であるため、座標変換係数は、あらかじめイ
ンプツトした値を常に用いることができる。

座標変換は次の２ステツプから成る。

(i)オリジナルの３次元座標から視点を原点、視線の方
向をｚ軸とした３次元座標への変換（ｘ′ｙ′ｚ′）^T＝Ｔ₁Ｔ₂Ｔ₃Ｔ₄（ｘ₀ｙ₀ｚ₀１）^T(1) ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀：オリジナルの３次元座標ｘ′，ｙ′，ｚ′：新たな３次元座標Ｔ_１：変換行列（平行移動）Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄：変換行列（各軸のまわりの回転）例えば（ｔ_x，ｔ_y，ｔ_z）平行移動するとまたｚ軸のまわりにθ回転すると、 (ii)３次元座標から２次元座標への変換ｘ＝Ｄｘ′／ｚ′ ｙ＝Ｄｙ′／ｚ′ (4) ｘ，ｙ：２次元平面上の座標Ｄ：２次元平面と視点の距離 (3)補助画面の表示ステツプ２で作成した補助画面背景画をＣＲＴ上に表示
する。

(4)視点，注視点，視界の入力入力装置により、上記補助画面上に、視点，注視点，視
界を示す窓の位置を、それぞれ入力する。まず入力装置
により、補助画面の視点，注視点を移動させると、入力
装置内の演算機能が、入力点の３次元座標を計算する。
次に、視界を示す窓の大きさを入力する。大きさは、あ
らかじめ入力された値の中からピツクアツプする。設定
された視点，注視点，視界のデータは、中間データ記憶
装置に格納される。補助画面上に視点等を表示する場合
には、点の３次元位置を明確にするために、点の存在す
る面も表示する。ｙ軸方向が奥行き方向である場合に
は、ｘ−ｚ平面を表示する。

(5)視点，注視点，視界データの読み込み視点，注視点，視界データを中間データ記憶装置より読
み込む。

(6)対象物データ透視図作成プログラムの読み込み記憶
装置より、対象物データ及び透視図作成プログラムを読
み込む。

(7)透視図の作成視点，注視点，視界対象物のデータより透視図を作成す
る。透視図作成プログラムの原理を以下説明する。今、
対象物の存在する３次元空間の座標系をＳ座標系
（ｘ_ｓ，ｙ_ａ，ｚ_ｓ）とする。視点，注視点を結ぶ視線
ベクトルをｚ軸とする座標系をＥ座標系（ｘ_ｅ，ｙ_ｅ，
ｚ_ｅ）とする。視界を示す面をＰ_ｖとすると、視界と
は、Ｅ座標系の原点と平面Ｐ_ｖとから成る四角すいの側
面を延長した平面により囲まれる空間として定義され
る。（第３図）透視図とは、視界に存在する対象物を、
Ｅ座標の平面Ｐ_ｖに投影した図と考えることができる。
Ｓ座標系の点Ａ_ｓ（Ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，Ｚ_ｓ）は、変換行列Ｖ
_ｅにより、Ｅ座標系の点Ａ_ｅ（Ｘ_ｅ，ｙ_ｅ，Ｚ_ｅ）に変
換される。

（ｘ_eｙ_e,ｚ_ｅ１）^T＝Ｖ_ｅ（ｘ_sｙ_sｚ_s１）^Ｔ (5) Ｖ_ｅ＝Ｔ_１・Ｔ_２・Ｔ_３・Ｔ_４ (6) Ｔ_１：変換行列（平行移動）Ｔ₂，Ｔ₃，Ｔ₄：変換行列（各軸のまわりの回転）次に、Ａ_ｅは平面Ｐ_ｖ上の点Ａ_ｐ（ｘ_p，ｙ_p）に変換さ
れる。

座標変換行列Ｖ_ｅは、Ｓ座標系とＥ座標系の相対位置関
係により計算される。従つて、視点，注視点の位置が変
化すると、Ｔ_ｉが変化し、Ｖ_ｅはＶ_ｅ′となる。

Ｖ_Ｓ′＝Ｔ_１′・Ｔ_２′・Ｔ_３′Ｔ_４′ (8) また、視界を示す面を移動するとＤが変化する。いずれ
の場合にも２次元画面上のｘ，ｙ座標は変化し、結果的
に透視図は変化する。

(8)主画面の表示上記、ステツプで求めた透視図を主画面に表示する。補
助画面、主画面を同一ＣＲＴ上に表示する場合には、両
画面の位置・大きさなどを表示機能でコントロールし表
示する。

上記ステツプ８終了後、視点等を変化させた透視図を得
たい場合には、再びステツプ４戻る。

補助画面の実施例１を第５図に示す。

補助画面の目的は、視点・注視点の位置を画面上で表示
することにより、視点・注視点と対象物の位置関係を直
感的にとらえやすくすることにある。補助画面上には、
視点８，注視点９、視界を示す窓１０、対象物１１が表
示されている。視点，注視点を２次元画面に表示する場
合、点のみの表示では、点の３次元空間での奥行きが把
握できないため、視点，注視点が存在する平面１２，１
３を表示し、３次元での存在位置を把握しやすくする。
平面１２，１３は、入力装置により、図の矢印の方向
に、移動させ、かつ、視点，注視点は、各々平面１２，
１３上を移動させる。視点，注視点の位置が決まると視
点，注視点を結ぶ視線の方向１４を表示する。視野の広
さを示す窓１０は、視線１４上にその中心位置が重なる
ように設置する。窓１０は、入力装置により、視線１４
上を矢印の方向に、移動させる。窓の大きさ（視野の広
さ）は、その大きさを数値で入力するか、又は、あらか
じめ、複数の大きさのパターンを設定して記憶装置に格
納しておき、その中から選択する。

補助画面への入力装置としては、ライトペン，ジヨイス
テイツク，ダブレツト，マウス等がある。

補助画面に表示される対象物は、簡略化することが可能
である。上述の様に、補助画面の対象物は、視点との位
置関係を把握するのが目的であるため、主画面の様に詳
細な表示を必要としない場合がある。本実施例では、補
助画面作成機能において、対象物の簡略化を実施する。
すなわち、対象物の座標より、ｘ，ｙ，ｚ座標の最小
値、および最大値を選択し、（x_min,x_max），（y_min,y
_max），（z_min,z_max）を、境界とする直方体で対象物を
表示する。

以上説明した補助画面を有するＣＲＴ６を備えた第１図
の実施例は、 (1)対象物と視点、注視点の位置関係を目で簡単に認識
できる、 (2)視点注視点を画面上で移動させ、その位置を簡単に
入力できる、及び (3)視点、注視点の位置に対応した透視図を自動的に表
示できる、ため、目的とする透視図を短時間に、効率良く得ること
ができる。

主画面と補助画面は、各々異なるＣＲＴ上に表示するこ
とも可能であるが、ここでは、実施例として、１台のＣ
ＲＴに、主画面と補助画面を表示する例を示す。第６図
は、画面構成例を示す。

ＣＲＴ上には、主画面１５と補助画面１６が表示されて
いる。補助画面には、簡略化した対象物１７、視点１
８、注視点１９、視界２０が表示されている。主画面に
は対象物１７を、視点１８から見た場合の透視図２１が
表示される。視点の移動に応じて、主画面の透視図も変
化する。

補助画面の大きさは、第７図に示す様に必要に応じてオ
ンデマンドで変化させる。視点等を移動させる時には、
補助画面を拡大して使用し、希望する透視図を得るため
の視点の位置が決定した時時点で、補助画面を縮小又は
消去する。

第７図の実施例では、補助画面の位置が、画面右上とな
つているが、補助画面の位置は、ＣＲＴ上の任意の位置
に設定することが、可能であり、例えば、ＣＲＴ上の左
下に設定することもできる。次に、実施例１の補助画面
上で、視点の位置を変化させた場合に、主画面上の透視
図がどの様に変化するかを説明する。

第８図に、示すＡ，Ｂ，Ｃの視点から、対象を見た時の
透視図を、それぞれ、第９図，第１０図，第１１図に示
す。ここでは、注視点の位置および、視点と視界を示す
窓との距離、窓の大きさは一定とした。

視点のＡからＢへの移動は、視点と注視点を結ぶ視線上
で、視点を対象物から遠ざける操作である。従来の方法
では、視点の位置座標をユーザーが入力する必要があつ
たため、３次元空間内で、あるベクトル方向に点を移動
させた場合、ユーザーは、そのつど計算を行ない座標位
置を決定する必要があつたが、本実施例では、補助画面
上で視点を移動させるだけで、視点の入力が可能とな
る。同様に、視点ＡからＣの移動も容易に出来る。本実
施例では、また、視点と対象物との位置関係を目で確認
することができ、希望する透視図を得るための、視点を
効率的に探索できる。

補助画面に関し、実施例１とは異なる幾つかの実施例を
以下に示す。

視点を設定する場合、対象物から、かなり離れた点に視
点を設定したいケースが生ずる。補助画面のスケールを
固定していたのでは、対応が不可能となる。本実施例で
は、第１２図に示す様に、視点２２が補助画面を構成す
る外ワク２３に達した時点で、スケールを自動的に拡大
する。スケールは、幾つかのパターンをあらかじめ、記
憶装置に格納しておき、段階的に変更して行く。

上記の例は、補助画面の大きさを一定にし、スケールだ
けを変更した例であるが、スケールを一定にし、視点
が、補助画面を構成する外ワクに達した時点で、外ワク
を、すなわち補助画面の大きさを拡大することも可能で
ある。

これらを実現するには、補助画面作成機能において、視
点の画面上の２次元座標と、記憶装置に格納されている
補助画面の外ワクの位置座標を比較し、視点が外ワクに
接したと判定された場合にスケールの拡大又は画面の拡
大を実施する。本実施例では、第２図のステツプ１〜４
は、第１３図のステツプ１〜４−^ｃに変更となる。

スケールを２倍に拡大することは、表示点の画面上の座
標が１／２に変化することを意味する。

すなわち、ｘ_０：原点の画面上のｘ座標 x,x′：スケール変換前後の表示点の画面上のｘ座標従つて、スケール変換フアクアーをαとするとｘ′＝１／α（ｘ−ｘ_０）＋ｘ_０ (10) により、スケールの拡大が実施される。αは、記憶装置
に数種類格納しておく。

画面を拡大する場合には、表示点の画面上の位置は変化
せず、単に表示範囲が拡張されるだけである。すなわ
ち、ｘ゜_min≦ｘ≦ｘ゜_max，ｙ゜_min≦ｙ≦ｙ゜_manのｘ
゜_mix，ｘ゜_max，ｙ゜_min，ｙ゜_maxが変化する。

補助画面に示される対象物は、視点との位置関係を把握
する目的で表示するため、ある一定の視点からの図を表
示すれば良い。しかし、視点が、対象物の裏側へ移動し
たなどの場合、視点と対象物との位置関係の把握が困難
となるため、本発明では、視点の存在する各象限毎に、
補助画面の対象物の図を変更する。第１４図の例では、
視点Ａがｙ−ｚ平面を起えてＢまで移動した場合を示し
ている。３次元の場合、ｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面、ｚ−
ｘ平面により、空間は８個の象現に分割され、最大８ケ
ースの対象物の図が補助画面に表示される。

上記本実施例を実施するためには、３次元座標を２次元
座標に変換する変換プログラム（変換係数）を各象現毎
に記憶装置に格納しておき、入力点がｘ−ｙ平面，ｙ−
ｚ平面，ｚ−ｘ平面のいずれかを通過し、他の象現に移
動した時には、その象現に応じた変換係数を読み込ん
で、新たに補助画面を作成する。具体的には、変換式
(1)，(4)の内、(4)式のＤは一定とし、(1)式のＴ_１，Ｔ
_２，Ｔ_３，Ｔ_４を各象現毎に準備する。ただし、各象現
のそれぞれのＴ_１の移動幅ｔ_ｘ（ｔ_ｙ，ｔ_ｓ）の絶対
値、及びＴ_２（Ｔ_３，Ｔ_４）の回転角θの絶対値は、象
現が変化しても等しいとする。この場合、第２図のステ
ツプ１〜４は、第１５図のステツプ１〜４−ｄとなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、指定された対象物の第１図形情報であ
って表示されたその第１図形情報に対して指定された視
点の位置情報、この視点の位置を基準とした見る方向の
情報、及び視界の情報に基づいて、これらの情報を示し
た第２図形情報を、第１図形情報と共に表示装置に表示
するので、設定した視点の位置、見る方向及び視界を目
で容易に確認でき、これらの設定が簡単にできる。ま
た、設定された視点の位置、見る方向及び視界に対応す
る対象物の三次元図形を短時間に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のブロツク図、第２図は、
本発明の処理の手順図、第３図，第４図は透視図の原理
図、第５図は補助画面の実施例説明図、第６図，第７図
は画面の構成例説明図、第８図は、補助画面の実施例の
説明図、第９図，第１０図，第１１図は主画面の実施例
説明図、第１２図は補助画面の実施例説明図、第１３図
は、処理の手順図、第１４図は補助画面の実施例説明
図、第１５図は処理の手順説明図である。１……記憶装置、２……入力装置、３……補助画面作成
機能、４……主画面作成機能、５……画面表示機能、６
……ＣＲＴ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指定された対象物の第１図形情報を、演算
手段によって、記憶手段から選択して表示装置に表示
し、表示された前記第１図形情報に対して指定された視点の
位置情報、この視点の位置を基準とした見る方向の情
報、及び視界の情報に基づいて、これらの情報を示した
第２図形情報を、前記演算手段によって作成すると共に
前記第１図形情報と前記表示装置に表示し、前記表示された第１及び第２図形情報を用いて、前記見
る方向及び前記視界に対する、前記対象物の三次元の第
３図形情報を、前記演算手段によって、作成し、前記表
示装置及び他の表示装置の一方に表示することを特徴とする設計支援方法。