綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法

2023-12-02 10:44:56

專利名稱：綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法
技術領域：
本發明涉及三角形與線段的交點的計算方法及其程序。相關技術的說明用小的存儲容量可以存儲綜合了形狀和物理性能的實體數據，因而，將物體的形狀、構造、物理信息、履歷作一元化管理，可以將有關從設計開始至加工、組裝、試驗、評價等一連串的工序的數據用相同的數據進行管理，作為能夠將CAD和模擬一元化的實體數據的存儲方法，公開在[專利文獻1]中。[專利文獻1]特開2002-230054 號公報如

圖1所示，[專利文獻1]的「綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法」由外部數據輸入步驟(A)、八叉樹(octree)分割步驟(B)、以及單元數據存儲步驟(C)構成， 在外部數據輸入步驟(A)中，將由用外部數據取得步驟Sl取得的目標物的邊界數據構成的外部數據12輸入至存有本發明的方法的計算機等中，在八叉樹分割步驟(B)中，用八叉樹分割將外部數據12分割成邊界平面成正交的長方體的單元，在單元數據存儲步驟(C)中， 在每個單元上存儲各種物理性能值。上述的[專利文獻1]的發明中，用八叉樹分割將由目標物的形狀數據構成的外部數據分割成邊界平面成正交的長方體的單元，每個單元上存儲各種物理性能值。被分割的各單元由位於目標物內側的內部單元和包含邊界面的邊界單元構成。另外，作為屬性，內部單元具有1種物理性能值，邊界單元具有目標物的內側與外側的2種物理性能值。以下，將用本方法產生的數據稱為「V-CAD數據」，將使用這個數據的設計或模擬稱為「體積CAD」或「V-CAD」。在圖1中，14是V-CAD數據。圖2是表示根據[專利文獻1]由外部數據作成V-CAD數據的步驟的圖。如該圖所示，對於S-CAD數據和三角形綴片數據，在步驟1中定義體素(voxel)空間，在步驟2中進行幾何形狀與各單元的稜線的交點計算(單元切斷點的取得)，在步驟3中，由每個單元的切斷點信息作成單元內面的外周環，在步驟4中，一邊參照原來的幾何形狀一邊將外周環內作三角形分割，在步驟5中，通過設定單元的媒質值作成V-CAD數據。在上述的[專利文獻1]的方法中，在圖1的八叉樹分割步驟(B)以及圖2的步驟 2中，重複求出定義外部數據即幾何形狀的三角形與各單元的稜線即線段的交點的計算，產生龐大次數的計算。作為這樣的三角形與線段的交點計算方法，一直以來，知道有[非專利文獻1] [非專利文獻3]。[非專利文獻1]
Moller 的方法(Journal of graphicstools, 2 (1) :21-281997)。[非專利文獻2]Badouel 的方法(Graphic Gems, Academic PressP21_28 1990)。[非專利文獻3]Computational Geometry in C:Joseph 0' Rourke/CambridgeUniversity Press P239)關於三角形與線段的交點計算，存在有各式各樣的方法，其多數是計算無限平面與無限直線的交點，是判斷其交點是否包含在作為平面內的閉區域的三角形內的方法。那樣的方法計算成本高，如所推斷的那樣，今後在V-CAD系統中需要有對重複進行許多次計算進行改善的策略。在[非專利文獻1]的Moller的方法中，通過利用[數學式2]的式(1)的矢量計算式可以用比較低的成本計算。[數學式2]
U
νP1>P2>P3>PLin 三角形的頂點、線段的始點VDir:線段的方向矢量t:在線段中的參數U，V:在三角形內的參數但是，在這個方法中，在對於同樣的三角形求與不同的多個線段的交點時也需要改變全部的計算式來計算，所以，在所謂「同樣的三角形」的條件下不發生交點計算的優點， 存在著所謂謀求高速化困難的問題。在[非專利文獻2]的Badouel的方法中，如圖3所示，利用平面的基準點Ppin和法線矢量Vta、直線的基準點Pun按以下方法求出。作為[數學式3]的式0)，由於直線的基準點與平面的距離可以用dst = VNrm · Vpnt (Vta為單位矢量)求得，所以，交點的座標可以用Plnt = PLin+VLin · dst/(Vun · VnJ 計算。接著，將三角形的各頂點以及平面和直線的交點投影在座標平面(xy平面、yz平面、ZX平面)的任一平面上，在該平面上，計算構成[數學式3]的式(3)的α、β。α、β的計算方法，如圖4所示，當投影在xy平面上的情況下，作為P1 0q，Z1)、 P2 (x2，y2, Z2), P3 (x3, y3，z3)、PInt (χ, y，ζ)，也可以作成省略各頂點的Z座標後的一次變換式 ([數學式3]的式4)的逆變換。[數學式3]
權利要求
1.一種綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，包括通過八叉樹分割將由對象物的形狀數據構成的外部數據分割成邊界平面成正交的長方體的單元，計算所述外部數據即定義幾何形狀的以3點Ptl，P1, P2作為3頂點的三角形與所述各單元的稜線即連接A，B的線段的交點的步驟，該步驟包括座標系設定部件設定將Ptl作為原點、將PtlP1作為第一軸(U軸)的單位長度、將PtlP2作為第二軸(V軸)的單位長度、將PciP1XPtlP2的單位矢量作為第三軸(N軸)的座標系R的座標系設定步驟(A)；矩陣計算部件將通常的座標系中的點的座標變換成座標系R的座標值的變換矩陣M的變換矩陣計算步驟(B)；線段端座標計算部件計算線段兩端A，B的u，ν, η座標值的線段端座標計算步驟(C)；交叉判斷部件根據兩端Α，B的u，ν, η座標值判斷有無與三角形的交叉，不交叉時，結束與所述線段相關的計算並進入輸出步驟的交叉判斷步驟(D)；交點座標計算部件在所述交叉判斷步驟(D)中為交叉的情況下，計算該交點的u，ν座標值的交點座標計算步驟(E)；交點判斷部件從所述交點的u，ν座標值判斷有無三角形內的交點的交點判斷步驟(F)；輸出部件將反映所述交點是否在所述三角形內的這一信息和所述交點座標的信息中的至少一方的信息的數據發送給輸出裝置的輸出步驟。
2.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在所述變換矩陣計算步驟(B)中，變換矩陣M是Affine變換矩陣。
3.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在線段端座標計算步驟(C)中，用式(8)求出u，ν，η座標值，Puvn = MPxyz…(8)
4.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在交叉判斷步驟⑶中，⑴若一個點的η座標等於或超過線段的長度，則判斷為無交點， 以及/或者⑵若2點的η座標同號，則判斷為無交點，若為異號，則判斷為有交點。
5.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在交叉判斷步驟⑶中，在以下情況下，(1)2點的u座標均為0以下或1以上，0)2點的ν 座標均為O以下，或(3)2點的u座標+ν座標均為1以上時，判斷為交點在三角形外。
6.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在交點座標計算步驟(E)中，將用兩端Α，Β的η座標的值內分的點作為交點，計算其u，v座標值。
7.如權利要求1所述的綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，其特徵在於 在交點判斷步驟(F)中，交點的u，v座標值滿足於[數學式1]的式(13)時，判斷為在三角形內部，[數學式1] O ≤u ≤1 (Vecl方向的範圍) O≤ν≤1 (Vec2方向的範圍)···(13) 0≤u+v≤1 (P1P2的線的內側(P0側))
8. 一種綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法，包括 通過八叉樹分割將由對象物的形狀數據構成的外部數據分割成邊界平面成正交的長方體的單元，計算所述外部數據即定義幾何形狀的以3點Ptl，P1, P2作為3頂點的三角形與各單元的稜線即連接A，B的線段的交點的交點計算裝置， 該交點計算裝置包括設定將Ptl作為原點、將PtlP1作為第一軸(U軸)的單位長度、將PtlP2作為第二軸(V軸) 的單位長度、將PclP1XPtlP2W單位矢量作為第三軸(N軸)的座標系R的座標系設定部件 (A)；計算將通常的座標系中的點的座標變換成座標系R的座標值的變換矩陣M的變換矩陣計算部件⑶；計算線段兩端A，B的u，ν, η座標值的線段端座標計算部件(C)； 根據兩端Α，B的u，ν，η座標值判斷有無與三角形的交叉，不交叉時，結束與所述線段相關的計算的交叉判斷部件(D)；在所述交叉判斷部件(D)中為交叉的情況下，計算該交點的u，ν座標值的交點座標計算部件(E)；從交點的u，ν座標值判斷有無三角形內的交點的交點判斷部件(F)； 將反映所述交點是否在所述三角形內的這一信息和所述交點座標的信息中的至少一方信息的數據發送給輸出裝置的輸出部件。
全文摘要
本發明提供一種綜合了形狀和物理性能的實體數據的存儲方法。其中，在計算將P0，P1，P2作為3頂點的三角形與連接A，B的線段的交點的方法中包括，設定將P0作為原點、將P0P1作為第一軸(U軸)的單位長度、將P0P2作為第二軸(V軸)的單位長度、將P0P1×P0P2的單位矢量作為第三軸(N軸)的座標系R，計算將通常的座標系中的點的座標變換成座標系R的座標值的變換矩陣M，計算線段兩端A，B的u，v，n座標值。另外，根據兩端A，B的u，v，n座標值判斷有無與三角形的交叉，在交叉的情況下，計算其交點的u，v座標值，從交點的u，v座標值判斷有無三角形內的交點。
文檔編號G06T15/06GK102156773SQ20111006488
公開日2011年8月17日 申請日期2003年12月5日 優先權日2002年12月6日
發明者加瀨究, 宇佐見修吾 申請人:獨立行政法人理化學研究所