３次元形状データの統合処理方法および３次元形状データの表現方法

【課題】統合すべき部分形状のポテンシャル方向が大きく異なる場合でも、正確な統合が可能な統合処理方法を提供する。
【解決手段】部分形状データ１０および２０は位置合わせを行った段階では異なる曲面を構成しているので、それぞれの形状ベクトルＶ１およびＶ２は独立しているが、部分形状データ１０および２０を形状ベクトルを用いて表現し、形状ベクトルの演算により部分形状データ１０および２０を統合することで統合後の形状ベクトルＶ３を得る。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元形状データの統合処理方法および表現方法に関し、特にベクトルポテンシャル空間における３次元形状データの統合処理方法および表現方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６および図７を用いて３次元形状データの統合の概念について説明する。立体の形状をデータ化した３次元形状データ（以後、形状データと呼称）を得るには、３次元スキャナのような装置を用いて立体を撮影するが、立体である以上１つの視点からの撮影だけでは全ての部分を撮影することはできず、死角になる部分が生じる場合がある。そこで、複数の視点からの撮影が必要になるが、その場合はそれぞれの視点で得られた形状データの位置合わせ（Registration）を行った後、形状データの統合（Merge）を行う必要がある。
【０００３】図６は立体撮影の例を示す図であり、カップＣＰについて矢視Ａおよび矢視Ｂの２方向からの撮影を示している。このようにして撮影された２つの形状データは原点等が異なる別個のデータなので、位置合わせを行っただけでは別個の曲面のままである。その状態を図７に示す。図７はカップＣＰを開口部側から見た場合の形状データのずれを模式的に示しており、矢視Ａ方向から得られた形状データＣＰ１（ハッチングで示す）と、矢視Ｂ方向から得られた形状データＣＰ２とでは完全には一致していない。この分断を解消して２つの形状データを一体化させる処理が統合処理である。
【０００４】次に、図８〜図１２を用いて従来の統合処理方法について説明する。図８および図９には部分形状データ１および２がそれぞれ示されており、それぞれ、重なり合うべき部分を枠線で囲って示している。
【０００５】図１０には部分形状データ１および２の位置合わせ結果である形状データ３を距離ポテンシャル（距離関数）を用いて示している（ポテンシャル表現と呼称）。距離ポテンシャルとは、立体表面の位置が視点から見てどこにあるかを相対的に示すための概念であり、図１０においては矢視方向に立体表面を見ており、形状データ３のポテンシャル値を０とし、形状データ３よりも所定距離だけ視点に近づいた位置のポテンシャル値を−０．５とし、形状データ３よりも所定距離だけ視点から離れた位置のポテンシャル値を＋０．５としている。従って、ポテンシャル方向は矢視方向となる。なお、ポテンシャル値は形状表面処理上必要と考えられる近傍の点（例えば近傍の全てのボクセル）において算出され、ポテンシャル値が−０．５の空間上の点を結んだものがポテンシャル値−０．５の等高線となり、ポテンシャル値が＋０．５の空間上の点を結んだものがポテンシャル値＋０．５の等高線となる。
【０００６】このように、形状データをポテンシャル表現することにより、それまでポリゴンと呼ばれる多角形の連なりで表されていた境界部分、すなわち立体表面の形状をボクセルと呼ばれる立方体で表すことができ、形状データの処理時間を短縮するなどの効果がある。
【０００７】図１１にはポテンシャル表現された形状データ３をポテンシャル値（距離値）の加算などの演算により統合して得られる統合済み形状データ３Ａを示している。
【０００８】そして、マーチングキューブ（Marching Cubes）法などの等値面抽出法によりポテンシャル値０の形状データを抽出し、ポリゴンにより境界部分を表現する処理を行うことでボクセル表示からポリゴン表示に戻す。図１２には、抽出されたポテンシャル値０の形状データを示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の統合処理方法においては、ポテンシャル表現された形状データをポテンシャル値（距離値）の加算などの演算により統合していたので、図１０に示すように、統合すべき部分形状データ１および２のポテンシャル方向が大きく異ならない場合には問題ないが、両者のポテンシャル方向が大きく異なる場合、すなわち視点位置が大きく異なる場合には正確な統合ができないという問題があった。
【００１０】本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、統合すべき部分形状のポテンシャル方向が大きく異なる場合でも正確な統合が可能な統合処理方法および３次元形状データの表現方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記載の３次元形状データの統合処理方法は、複数の視点から撮影した立体の形状をデータ化した複数の３次元形状データの統合処理方法であって、前記複数の３次元形状データの位置合わせを行って位置合わせ済み形状データを得るステップ(ａ)と、前記位置合わせ済み形状データを、距離成分と方向成分とを有し前記立体の表面を原点とする形状ベクトルを用いて表現するステップ(ｂ)と、前記形状ベクトルで表現された前記位置合わせ済み形状データをベクトル演算により統合するステップ(ｃ)とを備えている。
【００１２】本発明に係る請求項２記載の３次元形状データの統合処理方法は、前記ステップ(ｃ)が、前記複数の３次元形状データのうち、それぞれ対応する前記形状ベクトルを合成するステップを含んでいる。
【００１３】本発明に係る請求項３記載の３次元形状データの表現方法は、立体の形状をデータ化した３次元形状データの表現方法であって、前記３次元形状データを、距離成分と方向成分とを有し前記立体の表面を原点とする形状ベクトルを用いて表現するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて本発明に係る３次元形状データの統合処理方法の実施の形態について説明する。
【００１５】図１および図２には統合すべき部分形状データ１０および２０がそれぞれ示されており、それぞれ、重なり合うべき部分を枠線で囲って示している。また、図１および図２にはポテンシャル方向を矢印で示している。
【００１６】また、この例においては一方向撮影型のレンジファインダを用いて形状データを得ており、部分形状データ１０および２０においてはそれぞれポテンシャル方向は一方向のみとなっている。
【００１７】図３には部分形状データ１０および２０を位置合わせした結果を示す形状データ３０（位置合わせ済み形状データ）を、データ周辺の各点において形状表面を原点とし、形状表面近傍の空間上の点（例えばボクセル）を終点するベクトルを用いて示している。これを形状ベクトルと呼称する。なお、形状ベクトルの値は上記空間上の点、例えばボクセルに持たせる。形状ベクトルは距離成分と方向成分とを有した一種の位置ベクトルであり、距離成分としてポテンシャル値を、方向成分としてポテンシャル方向を用いている。
【００１８】図３においては部分形状データ１０の形状ベクトルＶ１を白矢印で、部分形状データ２０の形状ベクトルＶ２を黒矢印で示している。そして、位置合わせの結果、ポテンシャル方向が異なることになるので、図３R>３に示されるように、部分形状データ１０および２０のポテンシャル方向（すなわちベクトルの方向）は異なっている。
【００１９】図３に示す部分形状データ１０および２０の重複部分Ｘの詳細を図４に示す。図４に示すように、部分形状データ１０および２０は位置合わせを行った段階では異なる曲面を構成しているので、それぞれの形状ベクトルＶ１およびＶ２は独立している。従来の統合処理ではスカラー量であるポテンシャル値（距離値）の加算などの演算により統合していたので、部分形状データのポテンシャル方向が異なる場合には、正確に統合できないなどの問題があったが、部分形状データ１０および２０を形状ベクトルＶ１およびＶ２を用いて表現し、形状ベクトルの演算（数式１参照）により部分形状データ１０および２０を統合することで、統合処理が正確にできる。
【００２０】
【数１】

【００２１】上記数式（１）は、複数の形状ベクトル等を入力変数としたベクトル演算ｆによって、統合後の形状ベクトルＶ３が得られることを表している。
【００２２】図５にベクトルの加算演算により統合処理を行った結果である統合済み形状データ３０Ａを示す。この場合のベクトル演算を数式（２）に示す。
【００２３】
【数２】

【００２４】なお、数式（２）に示す演算は単なる加算演算であったが、バリエーションは種々あり、例えば、数式（３）に示すようにベクトルに係数を掛けるような演算としても良い。
【００２５】
【数３】

【００２６】そして、マーチングキューブ（Marching Cubes）法などの等値面抽出法によりベクトルの大きさが０である部分の形状データを抽出し、ポリゴンにより境界部分を表現する処理を行うことでボクセル表示からポリゴン表示に戻す。
【００２７】なお、形状データを距離ポテンシャル空間において形状ベクトルで表現するということは、形状データの情報量が増え、より正確なデータ処理が可能となることを意味しており、形状データの統合処理以外においても有益である。
【００２８】また、以上の説明においては、部分形状データ１０および２０のポテンシャル方向はそれぞれ一方向としたが、部分形状データ１０および２０がボクセル単位で処理されることを考慮すれば、ポテンシャル方向は各ボクセルごとに異なっていても良い。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の３次元形状データの統合処理方法によれば、形状ベクトルで表現された位置合わせ済み形状データをベクトル演算により統合するので、撮影視点の方向が大きく異なる状況下で３次元形状データが得られた場合であっても、位置合わせ済み形状データをスカラー量だけで統合する場合に比べて正確な統合処理が可能となる。
【００３０】本発明に係る請求項２記載の３次元形状データの統合処理方法によれば、位置合わせ済み形状データを最も容易に統合することができる。
【００３１】本発明に係る請求項３記載の３次元形状データの表現方法によれば、３次元形状データを、距離成分と方向成分とを有した形状ベクトルを用いて表現するので、３次元形状データの情報量が増え、より正確なデータ処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】統合対象となる部分形状データを示す模式図である。
【図２】統合対象となる部分形状データを示す模式図である。
【図３】本発明に係る統合処理方法における位置合わせ済み形状データを示す模式図である。
【図４】位置合わせ済み形状データの部分詳細を示す模式図である。
【図５】本発明に係る統合処理方法による統合済み形状データを示す模式図である。
【図６】立体の撮影を説明する図である。
【図７】形状データのずれを模式的に示す図である。
【図８】統合対象となる部分形状データを示す模式図である。
【図９】統合対象となる部分形状データを示す模式図である。
【図１０】ポテンシャル表現による位置合わせ済み形状データを示す模式図である。
【図１１】従来の統合処理方法による統合済み形状データを示す模式図である。
【図１２】抽出された形状データを示す模式図である。
【符号の説明】
１０，２０部分形状データ、３０Ａ統合済み形状データ

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の視点から撮影した立体の形状をデータ化した複数の３次元形状データの統合処理方法であって、(ａ)前記複数の３次元形状データの位置合わせを行って位置合わせ済み形状データを得るステップと、(ｂ)前記位置合わせ済み形状データを、距離成分と方向成分とを有し前記立体の表面を原点とする形状ベクトルを用いて表現するステップと、(ｃ)前記形状ベクトルで表現された前記位置合わせ済み形状データをベクトル演算により統合するステップとを備える、３次元形状データの統合処理方法。
【請求項２】前記ステップ(ｃ)は、前記複数の３次元形状データのうち、それぞれ対応する前記形状ベクトルを合成するステップを含む、請求項１記載の３次元形状データの統合処理方法。
【請求項３】立体の形状をデータ化した３次元形状データの表現方法であって、前記３次元形状データを、距離成分と方向成分とを有し前記立体の表面を原点とする形状ベクトルを用いて表現する、３次元形状データの表現方法。

【図１】