類似形状検索装置、類似形状検索方法及びプログラム
【課題】多面体形状の中に存在する部分特徴形状を対象とする検索手法は未だない。
【解決手段】入力される形状モデルデータを三角形メッシュデータに変換し、部分特徴形状を形成する三角形メッシュデータ群を抽出し、分類する。分類された部分特徴形状を表す三角形メッシュデータ群の特徴量を計算し、その後検索形状の特徴量との差を計算し、特徴量の差の小さい部分特徴形状或は検索形状を表示する。また、特徴量の差の値に基づいて類似する形状の候補を一覧表示する。
【解決手段】入力される形状モデルデータを三角形メッシュデータに変換し、部分特徴形状を形成する三角形メッシュデータ群を抽出し、分類する。分類された部分特徴形状を表す三角形メッシュデータ群の特徴量を計算し、その後検索形状の特徴量との差を計算し、特徴量の差の小さい部分特徴形状或は検索形状を表示する。また、特徴量の差の値に基づいて類似する形状の候補を一覧表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元データ処理装置、三次元データ処理方法、三次元データ処理プログラムに関する。
より特定的には、入力されている形状モデル（ＣＡＤモデル、メッシュモデル）の中から、所定の検索形状に対して類似する形状部分を検索する機能であり、その検索範囲が大きさ及び／又は位相幾何学的に可変である類似形状検索装置、方法或はプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤ(Computer Aided Design)やＣＧ(Computer Graphics)の分野において、形状モデルと類似するモデルを自動的に検索する手法が提案されている。例えば、特許文献１（多面体形状比較検索およびシステム）では、多面体形状モデル（ポリゴンモデル）に対して、多面体の軸モーメント関数から多面体モデルを数値化し、類似するモデルを検索するシステムが開示されている。
以上のように、多面体形状を対象とした検索手法は公知の従来技術が存在するが、多面体形状の中に存在する部分特徴形状を対象とする検索手法は未だない。
【特許文献１】特開２００１−１１７９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一例として、工業製品を設計する三次元ＣＡＤにおいて、ＴＶ放送を受信して録画するハードディスクレコーダの筐体を設計している場面を想定する。
筐体はアルミ板を板金折り曲げ加工することで作成される。
筐体には、ＤＳＰ等の信号処理を担う素子が配線されているプリント基板と、ユーザの操作を受け付けるボタンスイッチと所定の表示を行う液晶表示素子を含むパネルと、電力を供給するスイッチング電源ユニットよりなる。
これら部品は異なる業者から納入されるため、それぞれ違うサイズのねじによって筐体にねじ止めされる。
【０００４】
今、ＣＡＤによる設計図面作成の段階において、ねじ穴に設計変更が生じた場面を想定する。
ねじの数が少なければ、設計者は自身が頭の中でイメージするねじを全てＣＡＤ内のデータから探し出し、置換等の所定の設計変更処理を行うことで足りる。
しかし、ねじの数が膨大になったり、筐体の形状が複雑になったりすると、人間の頭脳による処理だけでは到底追いつかなくなり、また編集洩れ等の誤りを生じる可能性が高くなる。
【０００５】
従来のＣＡＤにおいては、ＣＡＤデータファイル内やＣＡＤソフト内にてねじ穴等共通の部品に関する部品データを用意しておき、作成・編集するＣＡＤデータ自体はそれら部品データへのポインタを示すことによって、共通のねじ穴に対する対応がデータ内に存在し、それらを一括して指定することができている。しかし、この手法は完全一致している部品データのみ対応し、類似する形状に対する検索は事実上できない。更に、例えば設計者と受注業者間等のような、異なるＣＡＤシステム間でデータを授受する場合、データフォーマットが異なるとそれら部品データに関する情報が失われ、類似する部分形状の検索ができなくなる。勿論、受注した業者の頭の中には設計者と全く同じイメージが再現できているとも限らないので、人手による部品の探索はより多くの誤りを生じる可能性がある。
【０００６】
上記の例ではねじ穴を対象としたが、このように三次元ＣＡＤにおいて類似する部分の形状を検索したい場面は多々生じ、枚挙に遑がない。また、三次元ＣＡＤは工業製品の設計用に限らず、アニメーション作品等のＣＧ作成等に用いられるものもある。更に、類似形状部分の検索技術はコンピュータゲーム等にも応用が想定できる等、本発明の適用範囲は極めて広い。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決し、ＣＡＤデータのフォーマットに依存しない、ＣＡＤデータ等から部分的に類似する形状を柔軟に検索する方法、またその装置或はプログラムを提供し、以って三次元ＣＡＤの利便性を大幅に向上する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、請求項１に示すように、
形状モデルを与える形状モデル入力部と、
検索用形状モデルを与える検索形状入力部と、
前記形状モデルから、前記検索用形状モデルに類似する部分を発見する検索部と、
前記検索部によって類似すると判定された前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分のいずれかを表示する表示部と
よりなることを特徴とする、類似形状検索装置に係るものである。
【０００９】
なお、請求項２に示すように、前記検索部は、前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分との比較が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に示すように、前記検索部は、
前記形状モデルをメッシュ化して形状メッシュモデルを得る形状モデルメッシュ化部と、
前記形状メッシュモデルを一つ以上の部分特徴形状メッシュモデルに分解する部分特徴形状メッシュモデル抽出部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量を計算する部分特徴形状メッシュモデル特徴量計算部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量と前記検索用形状モデルの特徴量を比較する特徴量比較部と
よりなることが望ましい。
【００１１】
更に、請求項４に示すように、前記部分特徴形状メッシュモデル抽出部は、
前記形状メッシュモデルに対して部分特徴形状モデルの境界線データ或は境界面データを作成する境界作成部を有することが望ましい。
【００１２】
また、上記課題を解決するための本発明は、請求項５に示すように、
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索方法に係るものである。
【００１３】
また、請求項６に示すように、
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するための本発明は、請求項７に示すように、
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索プログラムに係るものである。
【００１５】
また、請求項８に示すように、
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１６】
入力される形状モデルデータを三角形メッシュデータに変換し、部分特徴形状を形成する三角形メッシュデータ群を抽出し、分類する。すなわち、単一或は複数の形状モデルデータを、一定の特徴を有する「部品」に分解する。これが、三角形メッシュデータ変換処理と部分特徴形状抽出処理である。
分類された部分特徴形状を表す三角形メッシュデータ群の特徴量を計算し、その後検索形状の特徴量との差を計算し、特徴量の差の小さい部分特徴形状或は検索形状を表示する。また、特徴量の差の値に基づいて類似する形状の候補を一覧表示する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、三次元ＣＡＤ等のデータから、任意の検索形状データに大きさ或は位相幾何学的に類似する形状部分を柔軟に検索し、表示することが実現できる。本発明は三次元データを取り扱う際に強力な利便性を提供する基本技術であり、応用範囲は極めて多岐に渡る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る、類似形状検索装置１００の構成を開示する機能ブロック図である。なお、類似形状検索装置１００は図示しない三次元ＣＡＤシステムの一部を構成する。三次元ＣＡＤシステムは、例えば周知のパソコンに読み込まれ実行されるソフトウェアによって実現される。
形状モデルデータ１０１は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、編集対象の三次元ＣＡＤデータである。
検索モデルデータベース１０２は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、検索用サンプルモデルが多数格納されている三次元ＣＡＤデータの集合体（データベース）である。検索モデルデータベース１０２は、各レコードが、三次元の検索用形状データを示す検索用サンプルデータのフィールドと、演算処理済の特徴量データのフィールドよりなる、リレーショナルデータベースを構成している。
【００２０】
メッシュ生成部１０３は、形状モデルデータ１０１に対して三角形メッシュモデルを生成する。具体的には、形状モデルデータ１０１の表面に近似平面となる三角形メッシュを生成する。
なお、もし形状モデルデータ１０１が三角形メッシュである場合は、メッシュ生成部１０３による変換処理を要しないので、形状モデルデータ１０１がそのまま後続の部分特徴形状抽出部１０４へ供される。
【００２１】
部分特徴形状抽出部１０４は、メッシュ生成部１０３によって形状モデルデータ１０１の表面に作成された三角形メッシュモデルから、部分特徴形状を抽出する。具体的には、三角形メッシュモデルから、どの部分が特徴形状であるかを認識する。認識する手法は、任意の一つの三角形メッシュの法線ベクトルを求めて、同様に求めた隣接する三角形メッシュの法線ベクトルとの内積を計算する。法線ベクトルは三角形の二辺の外積によって求められ、三角形の面に対して垂直な方向で、三角形の面積に比例する長さを持つ。演算によって得られた、隣接する三角形メッシュモデルに係る法線ベクトル同士の内積が閾値以下であれば、そこが異なる部分特徴形状の境界線であると判断し、部分特徴形状の境界を作成する。境界線は、三角形メッシュと隣接する三角形メッシュとの間の辺を繋げたものとなる。このようにして部分特徴形状の境界線或は境界面を作成し、形状モデルデータ１０１を構成する三角形メッシュモデルの群を抽出することで、部分特徴形状を抽出する。
【００２２】
なお、部分特徴形状抽出部１０４には指示操作子１１３が接続され、形状モデルデータ１０１に対して検索対象とする所望の部分を指示する。指示操作子１１３は例えばパソコンのマウスやペンタブレット等の、周知の座標指示操作体である。
【００２３】
特徴量計算部１０５では、メッシュ面群に対応する抽出部分特徴形状の特徴量を数値化し、形状を表す数値を作成する。
特徴量は、部分特徴形状を構成する三角形メッシュモデルの群から任意の二つの三角形メッシュデータを選択し、二つの要素間の重心距離、二つの要素の法線ベクトルと重心線の成す角度の和、二つの要素の面積の和を計算する。重心距離、角度、要素面積のデータを、三角形メッシュモデルの群を構成する要素数分だけ繰り返し求めて算出する。例えば、一つの部分特徴形状内に三角形メッシュモデルの群を構成する三角形メッシュデータがｎ個あるとすると、これら要素間特徴量計算はｎ（ｎ−１）／２回分必要になる。
最後に、重心距離、角度、要素面積のそれぞれに対し、総和を計算する。
このようにして、さまざまな形状の部分特徴形状に対して、極めて単純なスカラ量にて構成される「特徴量」が求められる。
【００２４】
特徴量計算部１０５にて求めた重心距離の総和と角度の総和のデータは、物体の位置・大きさ・回転に対して不変な量である。形状モデルデータ１０１と類似するモデルを検索する際、モデルの位置合わせや回転方向の調整を行う必要がなく、重心距離と角度データを比較することで、形状の類似度を算出することが可能である。
一方、要素面積の総和のデータは、物体の大きさにのみ変動する量である。すなわち、検索に際して大きさを考慮する際のパラメータとなる。
【００２５】
類似度計算部１０６は、特徴量計算部１０５にて算出された各々の部分特徴形状の重心距離、角度、要素面積よりなる特徴量を、検索モデルデータベース１０２の各レコードの特徴量と比較演算する。
具体的には、類似度計算部１０６は、形状モデルデータ１０１を構成する各々の部分特徴形状と類似する形状を、検索モデルデータベース１０２から検索する。類似する形状かどうかを判断するために、類似度を計算する。類似度Ｄは、（１）式で求められる。
【数１】
【００２６】
ｋは任意の三角形メッシュデータ２要素間の重心距離であり、αは任意の三角形メッシュデータ２要素間の法線ベクトルと重心線がなす角度の和を表す。Ｚ１（ｋ,α）, Ｚ２（ｋ,α）は、部分特徴形状と検索用サンプルデータのそれぞれの特徴量を表す。類似度は、各特徴量の差を計算し、重心距離と角度の各々の差を総和した値が最も低い値が、最も類似する形状候補として選ばれる。
【００２７】
ある形状に対して求まる重心距離の総和は、その形状が相似であれば、大きさに関係なく一定になる。
ある形状に対して求まる法線ベクトルと重心線がなす角度の総和は、その形状が相似であれば、大きさに関係なく一定になる。
すなわち、これらの値は形状の形態に固有の値となる。
したがって、任意の二つの形状においてこの二つの値の差を取り、それぞれの差が小さい形状同士が、類似する形状と見ることができる。
【００２８】
検索結果として許容する類似度の範囲は、類似度計算部１０６に接続されている類似度パラメータ設定操作体１１１によって変更する。
類似度パラメータ設定操作体１１１は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部１０６を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、類似度に対する閾値である。
【００２９】
もし、大きさを限定した検索を行いたいのであれば、先に求めた面積の総和を用いて、範囲指定検索を行い、類似形状候補から除外すればよい。
大きさの範囲は、類似度計算部１０６に接続されている大きさパラメータ設定操作体１１２によって変更する。
大きさパラメータ設定操作体１１２は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部１０６を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、大きさに対する閾値である。
【００３０】
検索モデルデータベース１０２の中から類似度計算部１０６によって選ばれた形状（レコード）が、類似特徴形状表示部１０７へ渡される。
類似特徴形状表示部１０７は、部分特徴形状抽出部１０４によって抽出された部分特徴形状に対して、類似度計算部１０６によって選ばれた、最も類似する形状を強調表示（ハイライト表示）することで、ユーザへ検索結果を提示する。
また、類似度計算結果として、部分特徴形状と類似する形状候補のリストを提示し、ユーザが検索結果を参照することが可能である。
【００３１】
上記例では、指示操作子１１３にて指定された部分特徴形状に対して検索モデルデータベース１０２の中から類似する形状のレコードを探索して、類似度の順番にて候補を一覧表示する実施態様であった。
実施態様は上記に留まらず、形状モデルデータ１０１全体を一括してメッシュ生成部１０３にて処理し、部分特徴形状抽出部１０４にて複数の部分特徴形状に分割し、全ての部分特徴形状に対して検索モデルデータベース１０２から類似するレコードを検索し、類似特徴形状表示部１０７にて表示する、という実施態様であってもよい。
【００３２】
上記例では、検索モデルデータベース１０２に対して、予め特徴量の計算が済んでいる検索モデルデータベース１０２の中から類似する検索形状のレコードを探索して、類似度の順番にて候補を一覧表示する実施態様であった。
実施態様は上記に留まらず、ユーザが任意の検索モデルデータとしての検索形状を入力し、これをメッシュ生成部１０３及び特徴量計算部１０５にて特徴量を計算して、単一の検索モデルデータベース１０２のレコードを構成し、これに類似する形状モデルデータ１０１の部分特徴形状を、類似特徴形状表示部１０７にてハイライト表示する、という実施態様であってもよい。
【００３３】
類似特徴形状表示部１０７における表示方法はハイライト表示に限られず、輝度を変えたり、表示色を変えたり、反転表示させたり、点滅させたり、太線にしたり、囲いを表示する等、様々な表現方法が考えられる。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態に係る類似形状検索装置におけるデータフローを開示する機能ブロック図である。
【００３５】
検索モデルデータベース２１２の中には、ＣＡＤモデル２０１、メッシュモデル２０２が格納されている。
ＣＡＤモデル２０１はメッシュ生成部２０３へ渡される。メッシュモデル２０２は部分特徴形状抽出部２０４へ渡される。
入力モデルがＣＡＤモデル２０１の場合、メッシュ生成部２０３へ送信し、表面メッシュデータを作成した後、部分特徴形状抽出部２０４へ送信するが、入力モデルがメッシュモデル２０２の場合，メッシュ生成部２０３には送信せず、部分特徴形状抽出部２０４へ直接送信する。
入力モデルがＣＡＤモデル、メッシュモデルいずれの場合でも、部分特徴形状抽出部２０４でメッシュから部分特徴形状２０５を抽出する。メッシュデータからメッシュ面群を特徴形状毎に分類し、部分特徴形状を作成する。
作成された部分特徴形状を特徴量計算部２０６へ送信し、特徴量を算出する。特徴量は、任意の２要素間の角度、距離、メッシュ要素面積から求められる。求められた特徴量データ２０７は、類似度計算部２０８へ送信される。
類似度計算部２０８では、クエリ形状２１１の特徴量と部分特徴形状の特徴量から類似度を計算する。類似度は、クエリ形状の特徴量と部分特徴形状の特徴量の差から求められる。類似度計算の結果、クエリ形状に対して最も近い形状を選択し、類似特徴形状２０９として類似特徴形状表示部２１０へ送信する。
類似特徴形状表示部２１０では、類似度計算の結果、最も類似する特徴を入力モデルデータ内に表示する。表示方法としては、強調表示・ハイライト表示がある。また、類似特徴形状表示部では、類似度計算の全ての結果を表示する。これにより、ユーザは類似検索の結果を参照することが可能である。ユーザは、検索結果のリストを参照することが可能である。検索結果一覧として参照することが可能である。
【００３６】
図３は、類似形状検索のプロセスフローチャートを示したものである。システムは、最初にＣＡＤ・メッシュモデルを読み込む（３０１）。読み込んだモデルがＣＡＤモデルの場合（３０８）、三角形メッシュを作成（３０２）した後、三角形メッシュを用いて部分特徴形状面データを抽出（３０３）する。
メッシュモデルの場合（３０９）、メッシュを生成せず、既存のメッシュデータを利用して、部分特徴形状面データ抽出部でメッシュ面群を抽出する。抽出したメッシュ面群から、部分特徴形状面データグループを分類する（３０４）。部分特徴形状を表現する面データから、必要な形状を分類する。面データから、特徴形状部分に対応する面データを抽出することで、形状を分類する。
【００３７】
図４は、部分特徴形状抽出部１０４において、三角形メッシュモデルの群から部分特徴形状を抽出する方法を示した図である。
三角形メッシュデータの面群に対して、境界線を設定する。
面群の外形線４０３の範囲内で、任意の三角形メッシュデータの要素と隣接する要素の角度を、要素の法線ベクトルの内積から計算し、内積が閾値以下であれば、三角形メッシュデータの要素の要素辺を境界線４０４として、外形線と境界線の交点４０１及び４０２を決定したあと、三角形メッシュデータの面群を抽出する。
こうして作成した境界線により、三角形メッシュ面群４０６と４０５にそれぞれ分かれ、部分特徴形状を抽出する。
【００３８】
図５は、立方体である形状モデルデータ５０１に穴が存在する場合、穴を構成する円筒部分を部分特徴形状５０２として認識した一例である。
形状モデルデータ５０１内に含まれる部分特徴形状の境界線を決定することで、部分特徴形状を抽出する。
図５の例において、穴の周縁部分における法線ベクトルの内積は、角度が９０°となることから、０となる。
【００３９】
図６は、抽出した部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの、任意の二つの三角形メッシュデータの要素から特徴量を計算する方法を示したものである。
先ず、部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの任意の２要素６０１及び６０２を選ぶ。
次に、選択した２要素間の重心距離と角度を演算し、部分特徴形状の特徴量を計算する。重心距離は、２要素の重心を結んだ線分ｌの長さとなる。角度は、２要素の法線ベクトルＮ１及びＮ２を計算し、法線ベクトルＮ１及びＮ２と２要素の重心を結んだ線分ｌよりなる角度φ１及びφ２の和として計算する。
以上のようにして求めた重心距離と角度を、部分特徴形状を構成する全ての三角形メッシュ面群に対して演算し、それぞれ累積加算する。求められた値は重心距離の総和と、角度の総和となる。
部分特徴形状の形態が複雑になればなるほど、部分特徴形状を変換して得られる三角形メッシュ面群の数は増え、これに呼応して重心距離の総和と角度の総和は増える。すなわち、重心距離の総和と角度の総和は形状に依存する量である。
類似度計算は、（１）式で計算する。
（１）式の類似度計算は、部分特徴形状と検索形状との特徴量同士の距離を計算する。部分特徴形状と検索形状の重心距離の総和の差と、角度の総和の差を計算する。得られた重心距離の総和の差と角度の総和の差を加算すると、距離が求まる。距離が小さいほど、類似する形状となる。
【００４０】
類似度の閾値を下げると、位相幾何学（トポロジー）的に類似の形状を検索できるようになる。
類似度の閾値を下げる、すなわち対象形状の範囲を大きく設定することで、検索形状の範囲を拡大することが可能になる。例えば、ある装置の筐体を構成する板に設けられる、貫通しないねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、窪み迄も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。同様に、板を貫通するねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、排気孔等も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。
本発明では、メッシュ情報を用いて類似形状検索を行うため、トポロジー構造が異なっているが、形状は類似するものをヒットさせることが可能である。
【００４１】
図７は、操作画面イメージを示したものである。検索形状登録機能７００は、後述の類似形状検索機能において、検索対象とする検索形状を登録する。検索形状登録画面７０１では、検索形状の読み込み・登録が可能である。画面にある「モデル読込」ボタン７０３を押すと、形状モデル７０２が表示される。「検索形状登録」ボタン７０４を押すと、入力された形状モデルの特徴量を計算し、形状モデルと合わせて検索モデルデータベース１０２へ登録する。
また、形状モデルデータ１０１中の部分特徴を検索形状として、マウスでピック指定することにより、検索形状の登録も可能である。
このようにして、ユーザの発意に基づいて任意の検索形状を検索モデルデータベース１０２へ追加登録できる。
【００４２】
図８は、類似形状検索の画面イメージを示したものである。類似形状検索機能８００は、読み込んだ形状モデル中に、検索モデルデータベース１０２へ登録した検索形状に類似する部分特徴形状があるかどうかを検索する。
類似形状検索画面８０１では、形状モデル８０２の読み込み、検索モデルデータベース１０２に登録されている検索形状と類似する部分特徴形状の検索、検索結果の表示が可能である。
先ず、「モデル読込」ボタン８０４を押すと、形状モデル８０２が読み込まれる。
次に、読み込んだ形状モデル８０２に対して、所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。「類似形状検索」ボタン８０５を押すと、形状モデル８０２の中にある部分特徴形状を抽出し、各々の部分特徴形状からユーザが先に指定した所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。
検索した結果、所望の検索形状と最も類似する部分特徴形状８０３を強調表示する。
また、「類似形状検索結果画面」ボタン８０６を押すと、最も類似する形状以外の類似度の結果を参照することが可能である。
【００４３】
図９は、類似形状検索結果画面のイメージである。類似形状検索結果表示機能９００は、類似形状検索結果画面９０１に、類似形状検索の結果を一覧表で表示する。
形状モデル８０２中にある部分特徴形状に対して、クエリ形状との類似度を計算し、部分特徴形状９０２及び９０３を表示する。また、類似度計算結果９０４を表示する。「戻る」ボタン９０５を押すと、類似形状検索画面８０１に戻る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のデータフロー図である。
【図３】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のフローチャートである。
【図４】三角形メッシュモデルの群から部分特徴形状を抽出する方法を示す模式図である。
【図５】形状モデルデータから部分特徴形状を認識する動作を表す一例を示す模式図である。
【図６】二つの三角形メッシュデータの要素から特徴量を計算する方法を示す模式図である。
【図７】検索形状を登録する操作画面のイメージを示す模式図である。
【図８】類似形状検索画面のイメージを示す模式図である。
【図９】類似形状検索結果画面のイメージを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００…類似形状検索装置
１０１…形状モデルデータ
１０２…検索モデルデータベース
１０３…メッシュ生成部
１０４…部分特徴形状抽出部
１０５…特徴量計算部
１０６…類似度計算部
１０７…類似特徴形状表示部
１１１…類似度パラメータ設定操作体
１１２…大きさパラメータ設定操作体
１１３…指示操作子
２１２…検索モデルデータベース
２０１…ＣＡＤモデル
２０２…メッシュモデル
２０３…メッシュ生成部
２０４…部分特徴形状抽出部
２０５…部分特徴形状
２０６…特徴量計算部
２０７…特徴量データ
２０８…類似度計算部
２０９…類似特徴形状
２１０…類似特徴形状表示部
２１１…クエリ形状
３０１…ＣＡＤ・メッシュモデル読込手順
３０２…三角形メッシュ作成手順
３０３…部分特徴形状面データ抽出手順
３０４…部分特徴形状面データグループ分類手順
３０５…部分特徴形状特徴量計算手順
３０６…類似度計算手順
３０７…類似計算結果表示手順
４０１,４０２…交点
４０３…外形線
４０４…境界線
４０５,４０６…三角形メッシュ面群
５０１…形状モデルデータ
５０２…部分特徴形状
６０１,６０２…三角形メッシュ要素
７００…検索形状登録機能
７０１…検索形状登録画面
７０２…形状モデル
７０３…「モデル読込」ボタン
７０４…「検索形状登録」ボタン
８００…類似形状検索機能
８０１…類似形状検索画面
８０２…形状モデル
８０３…部分特徴形状
８０４…「モデル読込」ボタン
８０５…「類似形状検索」ボタン
８０６…「類似形状検索結果画面」ボタン
９００…類似形状検索結果表示機能
９０１…類似形状検索結果画面
９０２,９０３…部分特徴形状
９０４…類似度計算結果
９０５…「戻る」ボタン
ｌ…線分
Ｎ１,Ｎ２…法線ベクトル
φ１,φ２…角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元データ処理装置、三次元データ処理方法、三次元データ処理プログラムに関する。
より特定的には、入力されている形状モデル（ＣＡＤモデル、メッシュモデル）の中から、所定の検索形状に対して類似する形状部分を検索する機能であり、その検索範囲が大きさ及び／又は位相幾何学的に可変である類似形状検索装置、方法或はプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤ(Computer Aided Design)やＣＧ(Computer Graphics)の分野において、形状モデルと類似するモデルを自動的に検索する手法が提案されている。例えば、特許文献１（多面体形状比較検索およびシステム）では、多面体形状モデル（ポリゴンモデル）に対して、多面体の軸モーメント関数から多面体モデルを数値化し、類似するモデルを検索するシステムが開示されている。
以上のように、多面体形状を対象とした検索手法は公知の従来技術が存在するが、多面体形状の中に存在する部分特徴形状を対象とする検索手法は未だない。
【特許文献１】特開２００１−１１７９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一例として、工業製品を設計する三次元ＣＡＤにおいて、ＴＶ放送を受信して録画するハードディスクレコーダの筐体を設計している場面を想定する。
筐体はアルミ板を板金折り曲げ加工することで作成される。
筐体には、ＤＳＰ等の信号処理を担う素子が配線されているプリント基板と、ユーザの操作を受け付けるボタンスイッチと所定の表示を行う液晶表示素子を含むパネルと、電力を供給するスイッチング電源ユニットよりなる。
これら部品は異なる業者から納入されるため、それぞれ違うサイズのねじによって筐体にねじ止めされる。
【０００４】
今、ＣＡＤによる設計図面作成の段階において、ねじ穴に設計変更が生じた場面を想定する。
ねじの数が少なければ、設計者は自身が頭の中でイメージするねじを全てＣＡＤ内のデータから探し出し、置換等の所定の設計変更処理を行うことで足りる。
しかし、ねじの数が膨大になったり、筐体の形状が複雑になったりすると、人間の頭脳による処理だけでは到底追いつかなくなり、また編集洩れ等の誤りを生じる可能性が高くなる。
【０００５】
従来のＣＡＤにおいては、ＣＡＤデータファイル内やＣＡＤソフト内にてねじ穴等共通の部品に関する部品データを用意しておき、作成・編集するＣＡＤデータ自体はそれら部品データへのポインタを示すことによって、共通のねじ穴に対する対応がデータ内に存在し、それらを一括して指定することができている。しかし、この手法は完全一致している部品データのみ対応し、類似する形状に対する検索は事実上できない。更に、例えば設計者と受注業者間等のような、異なるＣＡＤシステム間でデータを授受する場合、データフォーマットが異なるとそれら部品データに関する情報が失われ、類似する部分形状の検索ができなくなる。勿論、受注した業者の頭の中には設計者と全く同じイメージが再現できているとも限らないので、人手による部品の探索はより多くの誤りを生じる可能性がある。
【０００６】
上記の例ではねじ穴を対象としたが、このように三次元ＣＡＤにおいて類似する部分の形状を検索したい場面は多々生じ、枚挙に遑がない。また、三次元ＣＡＤは工業製品の設計用に限らず、アニメーション作品等のＣＧ作成等に用いられるものもある。更に、類似形状部分の検索技術はコンピュータゲーム等にも応用が想定できる等、本発明の適用範囲は極めて広い。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決し、ＣＡＤデータのフォーマットに依存しない、ＣＡＤデータ等から部分的に類似する形状を柔軟に検索する方法、またその装置或はプログラムを提供し、以って三次元ＣＡＤの利便性を大幅に向上する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、請求項１に示すように、
形状モデルを与える形状モデル入力部と、
検索用形状モデルを与える検索形状入力部と、
前記形状モデルから、前記検索用形状モデルに類似する部分を発見する検索部と、
前記検索部によって類似すると判定された前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分のいずれかを表示する表示部と
よりなることを特徴とする、類似形状検索装置に係るものである。
【０００９】
なお、請求項２に示すように、前記検索部は、前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分との比較が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に示すように、前記検索部は、
前記形状モデルをメッシュ化して形状メッシュモデルを得る形状モデルメッシュ化部と、
前記形状メッシュモデルを一つ以上の部分特徴形状メッシュモデルに分解する部分特徴形状メッシュモデル抽出部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量を計算する部分特徴形状メッシュモデル特徴量計算部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量と前記検索用形状モデルの特徴量を比較する特徴量比較部と
よりなることが望ましい。
【００１１】
更に、請求項４に示すように、前記部分特徴形状メッシュモデル抽出部は、
前記形状メッシュモデルに対して部分特徴形状モデルの境界線データ或は境界面データを作成する境界作成部を有することが望ましい。
【００１２】
また、上記課題を解決するための本発明は、請求項５に示すように、
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索方法に係るものである。
【００１３】
また、請求項６に示すように、
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するための本発明は、請求項７に示すように、
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索プログラムに係るものである。
【００１５】
また、請求項８に示すように、
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変であることが望ましい。
【００１６】
入力される形状モデルデータを三角形メッシュデータに変換し、部分特徴形状を形成する三角形メッシュデータ群を抽出し、分類する。すなわち、単一或は複数の形状モデルデータを、一定の特徴を有する「部品」に分解する。これが、三角形メッシュデータ変換処理と部分特徴形状抽出処理である。
分類された部分特徴形状を表す三角形メッシュデータ群の特徴量を計算し、その後検索形状の特徴量との差を計算し、特徴量の差の小さい部分特徴形状或は検索形状を表示する。また、特徴量の差の値に基づいて類似する形状の候補を一覧表示する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、三次元ＣＡＤ等のデータから、任意の検索形状データに大きさ或は位相幾何学的に類似する形状部分を柔軟に検索し、表示することが実現できる。本発明は三次元データを取り扱う際に強力な利便性を提供する基本技術であり、応用範囲は極めて多岐に渡る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る、類似形状検索装置１００の構成を開示する機能ブロック図である。なお、類似形状検索装置１００は図示しない三次元ＣＡＤシステムの一部を構成する。三次元ＣＡＤシステムは、例えば周知のパソコンに読み込まれ実行されるソフトウェアによって実現される。
形状モデルデータ１０１は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、編集対象の三次元ＣＡＤデータである。
検索モデルデータベース１０２は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、検索用サンプルモデルが多数格納されている三次元ＣＡＤデータの集合体（データベース）である。検索モデルデータベース１０２は、各レコードが、三次元の検索用形状データを示す検索用サンプルデータのフィールドと、演算処理済の特徴量データのフィールドよりなる、リレーショナルデータベースを構成している。
【００２０】
メッシュ生成部１０３は、形状モデルデータ１０１に対して三角形メッシュモデルを生成する。具体的には、形状モデルデータ１０１の表面に近似平面となる三角形メッシュを生成する。
なお、もし形状モデルデータ１０１が三角形メッシュである場合は、メッシュ生成部１０３による変換処理を要しないので、形状モデルデータ１０１がそのまま後続の部分特徴形状抽出部１０４へ供される。
【００２１】
部分特徴形状抽出部１０４は、メッシュ生成部１０３によって形状モデルデータ１０１の表面に作成された三角形メッシュモデルから、部分特徴形状を抽出する。具体的には、三角形メッシュモデルから、どの部分が特徴形状であるかを認識する。認識する手法は、任意の一つの三角形メッシュの法線ベクトルを求めて、同様に求めた隣接する三角形メッシュの法線ベクトルとの内積を計算する。法線ベクトルは三角形の二辺の外積によって求められ、三角形の面に対して垂直な方向で、三角形の面積に比例する長さを持つ。演算によって得られた、隣接する三角形メッシュモデルに係る法線ベクトル同士の内積が閾値以下であれば、そこが異なる部分特徴形状の境界線であると判断し、部分特徴形状の境界を作成する。境界線は、三角形メッシュと隣接する三角形メッシュとの間の辺を繋げたものとなる。このようにして部分特徴形状の境界線或は境界面を作成し、形状モデルデータ１０１を構成する三角形メッシュモデルの群を抽出することで、部分特徴形状を抽出する。
【００２２】
なお、部分特徴形状抽出部１０４には指示操作子１１３が接続され、形状モデルデータ１０１に対して検索対象とする所望の部分を指示する。指示操作子１１３は例えばパソコンのマウスやペンタブレット等の、周知の座標指示操作体である。
【００２３】
特徴量計算部１０５では、メッシュ面群に対応する抽出部分特徴形状の特徴量を数値化し、形状を表す数値を作成する。
特徴量は、部分特徴形状を構成する三角形メッシュモデルの群から任意の二つの三角形メッシュデータを選択し、二つの要素間の重心距離、二つの要素の法線ベクトルと重心線の成す角度の和、二つの要素の面積の和を計算する。重心距離、角度、要素面積のデータを、三角形メッシュモデルの群を構成する要素数分だけ繰り返し求めて算出する。例えば、一つの部分特徴形状内に三角形メッシュモデルの群を構成する三角形メッシュデータがｎ個あるとすると、これら要素間特徴量計算はｎ（ｎ−１）／２回分必要になる。
最後に、重心距離、角度、要素面積のそれぞれに対し、総和を計算する。
このようにして、さまざまな形状の部分特徴形状に対して、極めて単純なスカラ量にて構成される「特徴量」が求められる。
【００２４】
特徴量計算部１０５にて求めた重心距離の総和と角度の総和のデータは、物体の位置・大きさ・回転に対して不変な量である。形状モデルデータ１０１と類似するモデルを検索する際、モデルの位置合わせや回転方向の調整を行う必要がなく、重心距離と角度データを比較することで、形状の類似度を算出することが可能である。
一方、要素面積の総和のデータは、物体の大きさにのみ変動する量である。すなわち、検索に際して大きさを考慮する際のパラメータとなる。
【００２５】
類似度計算部１０６は、特徴量計算部１０５にて算出された各々の部分特徴形状の重心距離、角度、要素面積よりなる特徴量を、検索モデルデータベース１０２の各レコードの特徴量と比較演算する。
具体的には、類似度計算部１０６は、形状モデルデータ１０１を構成する各々の部分特徴形状と類似する形状を、検索モデルデータベース１０２から検索する。類似する形状かどうかを判断するために、類似度を計算する。類似度Ｄは、（１）式で求められる。
【数１】
【００２６】
ｋは任意の三角形メッシュデータ２要素間の重心距離であり、αは任意の三角形メッシュデータ２要素間の法線ベクトルと重心線がなす角度の和を表す。Ｚ１（ｋ,α）, Ｚ２（ｋ,α）は、部分特徴形状と検索用サンプルデータのそれぞれの特徴量を表す。類似度は、各特徴量の差を計算し、重心距離と角度の各々の差を総和した値が最も低い値が、最も類似する形状候補として選ばれる。
【００２７】
ある形状に対して求まる重心距離の総和は、その形状が相似であれば、大きさに関係なく一定になる。
ある形状に対して求まる法線ベクトルと重心線がなす角度の総和は、その形状が相似であれば、大きさに関係なく一定になる。
すなわち、これらの値は形状の形態に固有の値となる。
したがって、任意の二つの形状においてこの二つの値の差を取り、それぞれの差が小さい形状同士が、類似する形状と見ることができる。
【００２８】
検索結果として許容する類似度の範囲は、類似度計算部１０６に接続されている類似度パラメータ設定操作体１１１によって変更する。
類似度パラメータ設定操作体１１１は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部１０６を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、類似度に対する閾値である。
【００２９】
もし、大きさを限定した検索を行いたいのであれば、先に求めた面積の総和を用いて、範囲指定検索を行い、類似形状候補から除外すればよい。
大きさの範囲は、類似度計算部１０６に接続されている大きさパラメータ設定操作体１１２によって変更する。
大きさパラメータ設定操作体１１２は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部１０６を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、大きさに対する閾値である。
【００３０】
検索モデルデータベース１０２の中から類似度計算部１０６によって選ばれた形状（レコード）が、類似特徴形状表示部１０７へ渡される。
類似特徴形状表示部１０７は、部分特徴形状抽出部１０４によって抽出された部分特徴形状に対して、類似度計算部１０６によって選ばれた、最も類似する形状を強調表示（ハイライト表示）することで、ユーザへ検索結果を提示する。
また、類似度計算結果として、部分特徴形状と類似する形状候補のリストを提示し、ユーザが検索結果を参照することが可能である。
【００３１】
上記例では、指示操作子１１３にて指定された部分特徴形状に対して検索モデルデータベース１０２の中から類似する形状のレコードを探索して、類似度の順番にて候補を一覧表示する実施態様であった。
実施態様は上記に留まらず、形状モデルデータ１０１全体を一括してメッシュ生成部１０３にて処理し、部分特徴形状抽出部１０４にて複数の部分特徴形状に分割し、全ての部分特徴形状に対して検索モデルデータベース１０２から類似するレコードを検索し、類似特徴形状表示部１０７にて表示する、という実施態様であってもよい。
【００３２】
上記例では、検索モデルデータベース１０２に対して、予め特徴量の計算が済んでいる検索モデルデータベース１０２の中から類似する検索形状のレコードを探索して、類似度の順番にて候補を一覧表示する実施態様であった。
実施態様は上記に留まらず、ユーザが任意の検索モデルデータとしての検索形状を入力し、これをメッシュ生成部１０３及び特徴量計算部１０５にて特徴量を計算して、単一の検索モデルデータベース１０２のレコードを構成し、これに類似する形状モデルデータ１０１の部分特徴形状を、類似特徴形状表示部１０７にてハイライト表示する、という実施態様であってもよい。
【００３３】
類似特徴形状表示部１０７における表示方法はハイライト表示に限られず、輝度を変えたり、表示色を変えたり、反転表示させたり、点滅させたり、太線にしたり、囲いを表示する等、様々な表現方法が考えられる。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態に係る類似形状検索装置におけるデータフローを開示する機能ブロック図である。
【００３５】
検索モデルデータベース２１２の中には、ＣＡＤモデル２０１、メッシュモデル２０２が格納されている。
ＣＡＤモデル２０１はメッシュ生成部２０３へ渡される。メッシュモデル２０２は部分特徴形状抽出部２０４へ渡される。
入力モデルがＣＡＤモデル２０１の場合、メッシュ生成部２０３へ送信し、表面メッシュデータを作成した後、部分特徴形状抽出部２０４へ送信するが、入力モデルがメッシュモデル２０２の場合，メッシュ生成部２０３には送信せず、部分特徴形状抽出部２０４へ直接送信する。
入力モデルがＣＡＤモデル、メッシュモデルいずれの場合でも、部分特徴形状抽出部２０４でメッシュから部分特徴形状２０５を抽出する。メッシュデータからメッシュ面群を特徴形状毎に分類し、部分特徴形状を作成する。
作成された部分特徴形状を特徴量計算部２０６へ送信し、特徴量を算出する。特徴量は、任意の２要素間の角度、距離、メッシュ要素面積から求められる。求められた特徴量データ２０７は、類似度計算部２０８へ送信される。
類似度計算部２０８では、クエリ形状２１１の特徴量と部分特徴形状の特徴量から類似度を計算する。類似度は、クエリ形状の特徴量と部分特徴形状の特徴量の差から求められる。類似度計算の結果、クエリ形状に対して最も近い形状を選択し、類似特徴形状２０９として類似特徴形状表示部２１０へ送信する。
類似特徴形状表示部２１０では、類似度計算の結果、最も類似する特徴を入力モデルデータ内に表示する。表示方法としては、強調表示・ハイライト表示がある。また、類似特徴形状表示部では、類似度計算の全ての結果を表示する。これにより、ユーザは類似検索の結果を参照することが可能である。ユーザは、検索結果のリストを参照することが可能である。検索結果一覧として参照することが可能である。
【００３６】
図３は、類似形状検索のプロセスフローチャートを示したものである。システムは、最初にＣＡＤ・メッシュモデルを読み込む（３０１）。読み込んだモデルがＣＡＤモデルの場合（３０８）、三角形メッシュを作成（３０２）した後、三角形メッシュを用いて部分特徴形状面データを抽出（３０３）する。
メッシュモデルの場合（３０９）、メッシュを生成せず、既存のメッシュデータを利用して、部分特徴形状面データ抽出部でメッシュ面群を抽出する。抽出したメッシュ面群から、部分特徴形状面データグループを分類する（３０４）。部分特徴形状を表現する面データから、必要な形状を分類する。面データから、特徴形状部分に対応する面データを抽出することで、形状を分類する。
【００３７】
図４は、部分特徴形状抽出部１０４において、三角形メッシュモデルの群から部分特徴形状を抽出する方法を示した図である。
三角形メッシュデータの面群に対して、境界線を設定する。
面群の外形線４０３の範囲内で、任意の三角形メッシュデータの要素と隣接する要素の角度を、要素の法線ベクトルの内積から計算し、内積が閾値以下であれば、三角形メッシュデータの要素の要素辺を境界線４０４として、外形線と境界線の交点４０１及び４０２を決定したあと、三角形メッシュデータの面群を抽出する。
こうして作成した境界線により、三角形メッシュ面群４０６と４０５にそれぞれ分かれ、部分特徴形状を抽出する。
【００３８】
図５は、立方体である形状モデルデータ５０１に穴が存在する場合、穴を構成する円筒部分を部分特徴形状５０２として認識した一例である。
形状モデルデータ５０１内に含まれる部分特徴形状の境界線を決定することで、部分特徴形状を抽出する。
図５の例において、穴の周縁部分における法線ベクトルの内積は、角度が９０°となることから、０となる。
【００３９】
図６は、抽出した部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの、任意の二つの三角形メッシュデータの要素から特徴量を計算する方法を示したものである。
先ず、部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの任意の２要素６０１及び６０２を選ぶ。
次に、選択した２要素間の重心距離と角度を演算し、部分特徴形状の特徴量を計算する。重心距離は、２要素の重心を結んだ線分ｌの長さとなる。角度は、２要素の法線ベクトルＮ１及びＮ２を計算し、法線ベクトルＮ１及びＮ２と２要素の重心を結んだ線分ｌよりなる角度φ１及びφ２の和として計算する。
以上のようにして求めた重心距離と角度を、部分特徴形状を構成する全ての三角形メッシュ面群に対して演算し、それぞれ累積加算する。求められた値は重心距離の総和と、角度の総和となる。
部分特徴形状の形態が複雑になればなるほど、部分特徴形状を変換して得られる三角形メッシュ面群の数は増え、これに呼応して重心距離の総和と角度の総和は増える。すなわち、重心距離の総和と角度の総和は形状に依存する量である。
類似度計算は、（１）式で計算する。
（１）式の類似度計算は、部分特徴形状と検索形状との特徴量同士の距離を計算する。部分特徴形状と検索形状の重心距離の総和の差と、角度の総和の差を計算する。得られた重心距離の総和の差と角度の総和の差を加算すると、距離が求まる。距離が小さいほど、類似する形状となる。
【００４０】
類似度の閾値を下げると、位相幾何学（トポロジー）的に類似の形状を検索できるようになる。
類似度の閾値を下げる、すなわち対象形状の範囲を大きく設定することで、検索形状の範囲を拡大することが可能になる。例えば、ある装置の筐体を構成する板に設けられる、貫通しないねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、窪み迄も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。同様に、板を貫通するねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、排気孔等も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。
本発明では、メッシュ情報を用いて類似形状検索を行うため、トポロジー構造が異なっているが、形状は類似するものをヒットさせることが可能である。
【００４１】
図７は、操作画面イメージを示したものである。検索形状登録機能７００は、後述の類似形状検索機能において、検索対象とする検索形状を登録する。検索形状登録画面７０１では、検索形状の読み込み・登録が可能である。画面にある「モデル読込」ボタン７０３を押すと、形状モデル７０２が表示される。「検索形状登録」ボタン７０４を押すと、入力された形状モデルの特徴量を計算し、形状モデルと合わせて検索モデルデータベース１０２へ登録する。
また、形状モデルデータ１０１中の部分特徴を検索形状として、マウスでピック指定することにより、検索形状の登録も可能である。
このようにして、ユーザの発意に基づいて任意の検索形状を検索モデルデータベース１０２へ追加登録できる。
【００４２】
図８は、類似形状検索の画面イメージを示したものである。類似形状検索機能８００は、読み込んだ形状モデル中に、検索モデルデータベース１０２へ登録した検索形状に類似する部分特徴形状があるかどうかを検索する。
類似形状検索画面８０１では、形状モデル８０２の読み込み、検索モデルデータベース１０２に登録されている検索形状と類似する部分特徴形状の検索、検索結果の表示が可能である。
先ず、「モデル読込」ボタン８０４を押すと、形状モデル８０２が読み込まれる。
次に、読み込んだ形状モデル８０２に対して、所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。「類似形状検索」ボタン８０５を押すと、形状モデル８０２の中にある部分特徴形状を抽出し、各々の部分特徴形状からユーザが先に指定した所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。
検索した結果、所望の検索形状と最も類似する部分特徴形状８０３を強調表示する。
また、「類似形状検索結果画面」ボタン８０６を押すと、最も類似する形状以外の類似度の結果を参照することが可能である。
【００４３】
図９は、類似形状検索結果画面のイメージである。類似形状検索結果表示機能９００は、類似形状検索結果画面９０１に、類似形状検索の結果を一覧表で表示する。
形状モデル８０２中にある部分特徴形状に対して、クエリ形状との類似度を計算し、部分特徴形状９０２及び９０３を表示する。また、類似度計算結果９０４を表示する。「戻る」ボタン９０５を押すと、類似形状検索画面８０１に戻る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のデータフロー図である。
【図３】本発明の一実施の形態による類似形状検索装置のフローチャートである。
【図４】三角形メッシュモデルの群から部分特徴形状を抽出する方法を示す模式図である。
【図５】形状モデルデータから部分特徴形状を認識する動作を表す一例を示す模式図である。
【図６】二つの三角形メッシュデータの要素から特徴量を計算する方法を示す模式図である。
【図７】検索形状を登録する操作画面のイメージを示す模式図である。
【図８】類似形状検索画面のイメージを示す模式図である。
【図９】類似形状検索結果画面のイメージを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００…類似形状検索装置
１０１…形状モデルデータ
１０２…検索モデルデータベース
１０３…メッシュ生成部
１０４…部分特徴形状抽出部
１０５…特徴量計算部
１０６…類似度計算部
１０７…類似特徴形状表示部
１１１…類似度パラメータ設定操作体
１１２…大きさパラメータ設定操作体
１１３…指示操作子
２１２…検索モデルデータベース
２０１…ＣＡＤモデル
２０２…メッシュモデル
２０３…メッシュ生成部
２０４…部分特徴形状抽出部
２０５…部分特徴形状
２０６…特徴量計算部
２０７…特徴量データ
２０８…類似度計算部
２０９…類似特徴形状
２１０…類似特徴形状表示部
２１１…クエリ形状
３０１…ＣＡＤ・メッシュモデル読込手順
３０２…三角形メッシュ作成手順
３０３…部分特徴形状面データ抽出手順
３０４…部分特徴形状面データグループ分類手順
３０５…部分特徴形状特徴量計算手順
３０６…類似度計算手順
３０７…類似計算結果表示手順
４０１,４０２…交点
４０３…外形線
４０４…境界線
４０５,４０６…三角形メッシュ面群
５０１…形状モデルデータ
５０２…部分特徴形状
６０１,６０２…三角形メッシュ要素
７００…検索形状登録機能
７０１…検索形状登録画面
７０２…形状モデル
７０３…「モデル読込」ボタン
７０４…「検索形状登録」ボタン
８００…類似形状検索機能
８０１…類似形状検索画面
８０２…形状モデル
８０３…部分特徴形状
８０４…「モデル読込」ボタン
８０５…「類似形状検索」ボタン
８０６…「類似形状検索結果画面」ボタン
９００…類似形状検索結果表示機能
９０１…類似形状検索結果画面
９０２,９０３…部分特徴形状
９０４…類似度計算結果
９０５…「戻る」ボタン
ｌ…線分
Ｎ１,Ｎ２…法線ベクトル
φ１,φ２…角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状モデルを与える形状モデル入力部と、
検索用形状モデルを与える検索形状入力部と、
前記形状モデルから、前記検索用形状モデルに類似する部分を発見する検索部と、
前記検索部によって類似すると判定された前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分のいずれかを表示する表示部と
よりなることを特徴とする、類似形状検索装置。
【請求項２】
前記検索部は、前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分との比較が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項１記載の類似形状検索装置。
【請求項３】
前記検索部は、
前記形状モデルをメッシュ化して形状メッシュモデルを得る形状モデルメッシュ化部と、
前記形状メッシュモデルを一つ以上の部分特徴形状メッシュモデルに分解する部分特徴形状メッシュモデル抽出部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量を計算する部分特徴形状メッシュモデル特徴量計算部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量と前記検索用形状モデルの特徴量を比較する特徴量比較部と
よりなることを特徴とする請求項１或は２記載の類似形状検索装置。
【請求項４】
前記部分特徴形状メッシュモデル抽出部は、
前記形状メッシュモデルに対して部分特徴形状モデルの境界線データ或は境界面データを作成する境界作成部を有する
ことを特徴とする請求項３記載の類似形状検索装置。
【請求項５】
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索方法。
【請求項６】
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項５記載の類似形状検索方法。
【請求項７】
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索プログラム。
【請求項８】
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項５記載の類似形状検索プログラム。
【請求項１】
形状モデルを与える形状モデル入力部と、
検索用形状モデルを与える検索形状入力部と、
前記形状モデルから、前記検索用形状モデルに類似する部分を発見する検索部と、
前記検索部によって類似すると判定された前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分のいずれかを表示する表示部と
よりなることを特徴とする、類似形状検索装置。
【請求項２】
前記検索部は、前記検索用形状モデルと前記形状モデルの部分との比較が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項１記載の類似形状検索装置。
【請求項３】
前記検索部は、
前記形状モデルをメッシュ化して形状メッシュモデルを得る形状モデルメッシュ化部と、
前記形状メッシュモデルを一つ以上の部分特徴形状メッシュモデルに分解する部分特徴形状メッシュモデル抽出部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量を計算する部分特徴形状メッシュモデル特徴量計算部と、
前記部分特徴形状メッシュモデルの特徴量と前記検索用形状モデルの特徴量を比較する特徴量比較部と
よりなることを特徴とする請求項１或は２記載の類似形状検索装置。
【請求項４】
前記部分特徴形状メッシュモデル抽出部は、
前記形状メッシュモデルに対して部分特徴形状モデルの境界線データ或は境界面データを作成する境界作成部を有する
ことを特徴とする請求項３記載の類似形状検索装置。
【請求項５】
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索方法。
【請求項６】
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項５記載の類似形状検索方法。
【請求項７】
与えられる形状モデルを、一つ以上の特徴部分に分解する分解手順と、
前記複数の特徴部分に対し、検索用形状モデルに類似する前記特徴部分を発見する検索手順と、
前記手順によって類似するものとして発見した前記特徴部分或は前記検索用形状モデルを表示する表示手順と
よりなることを特徴とする、類似形状検索プログラム。
【請求項８】
前記検索手順は、前記検索用形状モデルと前記特徴部分との類似認識が、大きさ或は位相幾何学的に可変である
ことを特徴とする、請求項５記載の類似形状検索プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２８０１２９（Ｐ２００７−２８０１２９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６６６２（Ｐ２００６−１０６６６２）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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