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公開番号2025135023
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-17
出願番号2025116799,2023555987
出願日2025-07-10,2021-10-28
発明の名称3次元CADシステム
出願人株式会社コアコンセプト・テクノロジー,国立大学法人茨城大学
代理人個人
主分類G06F 30/10 20200101AFI20250909BHJP(計算;計数)
要約【課題】曲面を含む形状の表現を容易に行うことができる3次元CADシステムを提供する。
【解決手段】三角形頂点の座標値と、三角形頂点の法線ベクトルと、三角形頂点からなる始点及び終点と始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素とを含む微分多面体の集合である微分多面体モデルを用い、微分多面体の辺を接続して曲面を構成し、曲面間を曲面境界線で接続した閉曲面を構成し、閉曲面の内部に属する点集合であるプリミティブを生成するプリミティブ生成部(11)と、プリミティブの集合演算のツリー構造により、ソリッドモデルをCSG表現したCSGデータを格納する格納部(2)とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
三角形頂点の３次元座標値と、三角形頂点の法線ベクトルと、三角形頂点からなる始点及び終点と始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素とを含む微分多面体の集合であり、三角形メッシュモデルを含む微分多面体モデルを用い、前記微分多面体の辺を接続して曲面を構成し、前記曲面間を曲面境界線で接続した閉曲面を構成し、前記閉曲面の内部に属する点集合であるプリミティブを生成するプリミティブ生成部と、
前記プリミティブの集合演算のツリー構造により、ソリッドモデルをＣＳＧ表現したＣＳＧデータを格納する格納部と
を備える３次元ＣＡＤシステム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記プリミティブ生成部が、三角形頂点の３次元座標値と、三角形頂点の法線ベクトルとに基づいて、三角形頂点からなる始点及び終点と始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素を追加し、前記微分多面体を生成する請求項１記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項３】
前記プリミティブ生成部が、隣接する第１の微分多面体及び第２の微分多面体で共有する三角形頂点の３次元座標値と三角形頂点の法線ベクトルとを用いて空間測地線を生成し、前記空間測地線を共有して接続関係を構築し、曲面を構成する請求項１又は２記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項４】
前記プリミティブ生成部が、曲面間で共有する曲線素を用いて前記曲面間の接続関係を構築し、前記曲面間を接続した閉曲面を構築する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項５】
前記始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素が、下記式（１）に示す３次の多項式曲線で表される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤシステム。
TIFF
2025135023000006.tif
28
169
【請求項６】
２つのプリミティブの交線を作図線として生成する作図生成部をさらに備え、
前記プリミティブ生成部が、前記作図線に基づいて新たなプリミティブを生成する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項７】
前記微分多面体モデルが、三角形頂点の法線ベクトルをＣＡＤデータから計算して付加した法線ベクトル付き三角形メッシュモデルを含む請求項１記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項８】
前記プリミティブ生成部が、前記微分多面体モデルの稜線両端の頂点の法線ベクトルを用いて空間測地線を生成し、前記空間測地線の中間点に頂点及び法線ベクトルを追加して２本の稜線を生成し、前記微分多面体を細分割する請求項１記載の３次元ＣＡＤシステム。
【請求項９】
三角形頂点の３次元座標値と、三角形頂点の法線ベクトルと、三角形頂点からなる始点及び終点と始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素とを含む微分多面体の集合であり、三角形メッシュモデルを含む微分多面体モデルを用い、前記微分多面体の辺を接続して曲面を構成し、前記曲面間を曲面境界線で接続した閉曲面を構成し、前記閉曲面の内部に属する点集合であるプリミティブを生成するプリミティブ生成工程と、
前記プリミティブの集合演算のツリー構造により、ソリッドモデルをＣＳＧ表現したＣＳＧデータを格納部に格納する格納工程と
を有する３次元ＣＡＤ方法。
【請求項１０】
三角形頂点の３次元座標値と、三角形頂点の法線ベクトルと、三角形頂点からなる始点及び終点と始点及び終点の接線ベクトルで構成される曲線素とを含む微分多面体の集合であり、三角形メッシュモデルを含む微分多面体モデルを用い、前記微分多面体の辺を接続して曲面を構成し、前記曲面間を曲面境界線で接続した閉曲面を構成し、前記閉曲面の内部に属する点集合であるプリミティブを生成するプリミティブ生成工程と、
前記プリミティブの集合演算のツリー構造により、ソリッドモデルをＣＳＧ表現したＣＳＧデータを格納部に格納する格納工程と
をコンピュータに実行させる３次元ＣＡＤプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本技術は、ソリッドモデルを用いる３次元ＣＡＤシステムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
デジタルトランスフォーメーション（DX：Digital Transformation）の基本的な考え方は、既存の仕事をバーチャルで行い、アルゴリズムによる確実で高速な処理に移行する部分を増やすことで著しい生産性の向上をはかろうという考え方である。数値、文章などは、バーチャル化しやすいが、製造業の世界では“もの”を扱うため、“もの”をバーチャルで表現するには、３次元モデル化してバーチャルの世界で表現しなければならない。
【０００３】
従来、３次元ＣＡＤ（3D Computer Aided Design）システムを使って“もの”を３次元モデルにしているが、３次元ＣＡＤシステム間のデータ変換でトラブルが発生することが多い。このため、システム間でのスムースな連携に支障がでており、製造業のＤＸ化が進んでいない原因になっている。
【０００４】
３次元ＣＡＤシステム間の３次元モデル変換の規格や仕組みとして、例えば、ＡＮＳＩ（American National Standard Institute：米国国家規格協会）規格のＩＧＥＳ（Initial Graphics Exchange Specification）、ＩＳＯ（International Organization for Standardization：国際標準化機構）規格としてＳＴＥＰ（Standard for the Exchange of Product model data）などが制定されているが、規格だけではデータ変換がうまくいっていない。その最大の理由は、モデリング精度という計算誤差を処理する仕組みが３次元ＣＡＤシステムによって異なっているためである。モデリング精度を必要とする理由は、３次元モデルを表現する方法に原因がある。
【０００５】
３次元モデルで表現する形状としては、ワイヤーフレームモデル、サーフェイスモデル、ソリッドモデルなどがあるが、３次元ＣＡＤシステムの多くは、ソリッドモデルである。ソリッドモデルを表現する方法は、Ｂ－Ｒｅｐ（Boundary Representation）とＣＳＧ（Constructive Solid Geometry）の２つの方法が従来から考察されてきた。
【０００６】
Ｂ－Ｒｅｐは、３次元モデルの表面を複数の曲面で覆い、境界で張り合わせて閉曲面とし、その内側を目的の３次元モデルであるとする表現方法である。一方、ＣＳＧは、プリミティブといわれる基本的な形状の集合演算によって３次元モデルを構成していく方法である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
自由曲面を扱う利便性や３次元モデルを応用した３ＤＣＡＭ（3D Computer Aided Manufacturing）などのインターフェースとしては、Ｂ－Ｒｅｐによる表現方法の方が都合よい。そのため、現在の３次元ＣＡＤシステムのほとんどはＢ－Ｒｅｐを採用しており、ＣＳＧは補助的な役割で使用されているに過ぎない。３次元データの変換規定であるＳＴＥＰでもＢ－Ｒｅｐが採用されている。
【０００８】
しかしながら、Ｂ－Ｒｅｐでは、３次元モデルで曲面を導入する必要があるため、モデリング誤差を導入しなければならない。現在の３次元ＣＡＤシステムでは、Ｂスプライン曲面などのパラメトリック曲面を用いるのが主流である。パラメトリック曲面は、二変数関数Ｆ（ｕ,ｖ）によって（ｕ,ｖ）空間の矩形をｘｙｚ空間に投影してできる曲面である。このため、４変形が基本的な形である。
【０００９】
図３１は、Ｂ－Ｒｅｐにおける境界線でトリムされた曲面の一例を示す図である。図３１に示すように、Ｂ－Ｒｅｐにおいては、境界線でトリミングし、トリム曲面を使用する。曲面境界線を表す方法もパラメータで表現するパラメトリック曲線であるため、曲面境界線が曲面上に正確に乗っていることはなく、曲面境界線と曲面との隙間がモデリング精度以下であれば、曲面境界線が曲面に乗っていると判定しているにすぎない。
【００１０】
図３２は、Ｂ－Ｒｅｐにおける曲面間を接続する曲面境界線の一例を示す図である。図３２に示すように、Ｂ－Ｒｅｐでは、境界線に対して第１面及び第２面の情報で曲面間を接続し、全体として、曲面の内側をソリッドモデルとして認識する。そのため、曲面間にどうしても隙間が空いてしまう。このモデリング精度が３次元ＣＡＤシステムにより異なるため、３次元モデルの変換において不具合が発生する主な要因となっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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