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FREE SHAPE DEFORMATION SYSTEM USING CENTER-OF-GRAVITY COORDINATE TO PROTRUDING POLYHEDRON

Patent code P09A015059
File No. P2005-270-JP01
Posted date Feb 19, 2010
Application number P2006-053162
Publication number P2007-233594A
Patent number P4403277
Date of filing Feb 28, 2006
Date of publication of application Sep 13, 2007
Date of registration Nov 13, 2009
Inventor
  • (In Japanese)金井 理
  • (In Japanese)岸浪 建史
  • (In Japanese)伊達 宏昭
  • (In Japanese)水野 学
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 北海道大学
Title FREE SHAPE DEFORMATION SYSTEM USING CENTER-OF-GRAVITY COORDINATE TO PROTRUDING POLYHEDRON
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mesh model deformation technique, capable of automatic generation of a handle based on classification modeling of deformation and also capable of deformation thereof with minimized parameters, by use of a center of gravity coordinate which has a high degree of freedom for relation between a mesh model and the handle and low deformation calculation cost.
SOLUTION: This system comprises a deformation range setting means 10 for setting a deformation range to a displayed mesh model by connecting points designated by an operation means 22; a handle generation means 3 determining and generating a deformation space based on the set deformation range as a virtual handle; a center-of-gravity computing means 4 calculating the center-of-gravity coordinate of an apex of the mesh model present in the closed area of the virtual handle; and a deformation processing means 5 moving an apex of the virtual handle to input of a deformation type and an operation parameter of deformation, and recalculating the center-of-gravity coordinate of the apex of the mesh model in interlocking with the movement of the apex of the virtual handle, thereby deforming the mesh model.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


データ構造が単純で形状表現自由度の高い三角形メッシュモデルが、CAD/CAM/CAE分野で多く利用されている。特に効率的な意匠設計、機能設計の実現のために、3次元(3D)形状スキャニングや3次元(3D)モデルデータベースのクエリなどから得られるメッシュモデルを自由に変形し容易に再利用できる技術が望まれている。



メッシュモデルを変形する際、メッシュの頂点位置を各々動かすのは非常に手間がかかるため、各メッシュの頂点位置をまとめて移動、すなわち形状を大局的に変形したいという要求がある。このような要求を満たすメッシュモデルの代表的な自由形状変形手法としてFFD(Free-Form Deformation)が挙げられる。FFDは、3次元の規則格子で定義されるパラメータ空間にモデルを埋め込み、規則格子をハンドルとしてパラメータ空間を歪めることでモデルの形状変形を行う手法である。この手法は、規則格子の頂点全てを操作でき、変形操作の自由度が高い利点があるが、反面、操作すべき対象が多く、操作の入力が煩雑になってしまう問題点がある。



一方でそのような操作の煩雑さを解決する自由形状変形手法が提案されているが、その場合、可能な変形タイプ(曲げ、ねじりなど)が限定されてしまう。



また、設計段階での3Dモデル変形では、可能な変形タイプが多いこと、変形部分を陽に指定できること、操作が煩雑でないことなどが望まれる。それらを満たす自由形状変形手法は提案されていない。
【特許文献1】
特開2004-40341号公報
【特許文献2】
特開平7-320078号公報
【特許文献3】
特開2003-30254号公報
【特許文献4】
特開2004-54852号公報
【特許文献5】
特開平9-73559号公報
【非特許文献1】
TW. Sederberg, SR. Parry; “Free-Form Deformation of Solid Geometric Models", Proc. SIGGRAPH ’86, 1986年, 151-160ページ。
【非特許文献2】
Y. Kho and M. Garland; “Sketching mesh deformations", Proceedings of the ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, 2005年147-154ページ。
【非特許文献3】
J. Warren; “On the uniqueness of barycentric coordinates”, In Contemporary Mathematics, Proceedings of AGGM, (2003) 93-99。
【非特許文献4】
水野他、「任意凸多面体に対する重心座標を用いたメッシュモデルの自由形状変形」、第12回精密工学会学生会員卒業研究発表講演会論文集、2005年、23-24ページ。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、凸多面体に対する重心座標を用いた自由形状変形システムに適用するメッシュモデル変形装置、方法及びプログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
図形と文字を表示する表示装置と、
前記表示装置に表示されている図形に対してポインティング操作をするためのポインティング操作手段と、
文字データの入力操作手段と、
前記入力操作手段による曲げ、ねじり、伸縮、反り、部分拡大/縮小、部分移動のいずれかの変形タイプの指定入力を受付ける変形タイプ指定手段と、
前記入力操作手段による変形の度合いを示す操作パラメータの入力を受付ける変形パラメータ指定手段と、
メッシュモデルデータを記憶しているメッシュモデルデータ記憶手段と、
前記表示装置に表示されているメッシュモデルに対して、前記変形タイプ指定手段の受付けた変形タイプの種類に応じ、前記ポインティング操作手段にて指定された点を結ぶことで変形範囲を設定する変形範囲設定手段と、
前記表示装置に表示されているメッシュモデルに対して、前記変形範囲設定手段により設定された変形範囲に基づいて1つ若しくは複数の凸多面体の組み合わせで成る変形空間を決定し、仮想ハンドルとして自動生成し、かつ、前記変形範囲を変形させる前後で名部頂点位置の変わらない空間を固定空間とし、内部頂点位置がアフィン変換として定量的に記述できる空間を制御空間と決定するハンドル生成手段と、
前記変形パラメータ指定手段の受付けた変形の操作パラメータに応じ前記制御空間をアフィン変換するアフィン変換手段と、
前記変形空間内に存在するメッシュモデルの頂点の重心座標を計算する重心座標演算手段と、
前記指定された変形タイプと変形の操作パラメータに対して、前記制御空間をアフィン変換し、前記仮想ハンドルの頂点を移動させ、当該仮想ハンドルの頂点の移動に連動させて前記仮想ハンドルの閉領域内に存在するメッシュモデルの頂点の位置を、前記重心座標を用いて再計算することで前記メッシュモデルを変形させ、前記アフィン変換の結果と変形結果を前記表示装置に表示させる変形処理手段とを備えたことを特徴とするメッシュモデル変形装置。

【請求項2】
 
記憶手段に記憶されているメッシュモデルデータを読出し、表示装置にメッシュモデルを表示させるステップと、
入力操作手段による曲げ、ねじり、伸縮、反り、部分拡大/縮小、部分移動のいずれかの変形タイプの指定入力を受付けるステップと、
前記入力操作手段による変形の度合いを示す操作パラメータの入力を受付けるステップと、
前記指定された変形タイプの種類に応じ、ポインティング操作手段にて指定された点を結ぶことで変形範囲を設定するステップと、
前記表示装置に表示されているメッシュモデルに対して、前記設定された変形範囲に基づいて1つ若しくは複数の凸多面体の組み合わせで成る変形空間を決定し、仮想ハンドルとして生成するステップと、
前記変形範囲を変形させる前後で名部頂点位置の変わらない空間を固定空間とし、内部頂点位置がアフィン変換として定量的に記述できる空間を制御空間と決定するステップと、
前記変形の操作パラメータに応じて前記制御空間をアフィン変換するステップと、
前記変形空間内に存在するメッシュモデルの頂点の重心座標を計算するステップと、
前記変形タイプと変形の操作パラメータの入力に対して、前記仮想ハンドルの頂点を移動させ、当該仮想ハンドルの頂点の移動に連動させて前記仮想ハンドルの閉領域内に存在するメッシュモデルの頂点の位置を、前記重心座標を用いて再計算することで前記メッシュモデルを変形させるステップと、
前記メッシュモデルのアフィン変換の結果と変形結果を前記表示装置に表示させるステップとを有することを特徴とするメッシュモデル変形方法。

【請求項3】
 
記憶手段に記憶されているメッシュモデルデータを読出し、表示装置にメッシュモデルを表示させる処理と、
入力操作手段による曲げ、ねじり、伸縮、反り、部分拡大/縮小、部分移動のいずれかの変形タイプの指定入力を受付ける処理と、
前記入力操作手段による変形の度合いを示す操作パラメータの入力を受付ける処理と、
前記指定された変形タイプの種類に応じ、ポインティング操作手段にて指定された点を結ぶことで変形範囲を設定する処理と、
前記表示装置に表示されているメッシュモデルに対して、前記設定された変形範囲に基づいて1つ若しくは複数の凸多面体の組み合わせで成る変形空間を決定し、仮想ハンドルとして生成する処理と、
前記変形範囲を変形させる前後で名部頂点位置の変わらない空間を固定空間とし、内部頂点位置がアフィン変換として定量的に記述できる空間を制御空間と決定する処理と、
前記変形の操作パラメータに応じて前記制御空間をアフィン変換する処理と、
前記変形空間内に存在するメッシュモデルの頂点の重心座標を計算する処理と、
前記変形タイプと変形の操作パラメータの入力に対して、前記仮想ハンドルの頂点を移動させ、当該仮想ハンドルの頂点の移動に連動させて前記仮想ハンドルの閉領域内に存在するメッシュモデルの頂点の位置を、前記重心座標を用いて再計算することで前記メッシュモデルを変形させる処理と、
前記メッシュモデルのアフィン変換の結果と変形結果を前記表示装置に表示させる処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするメッシュモデル変形プログラム
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006053162thum.jpg
State of application right Registered
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