CN102985950A - 用于形成三维形状数据的方法、用于形成三维形状数据的设备和相应的计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

三维形状数据形成方法将设计者等绘制的概略图的图像上的特征点和特征轴与车辆规格盒中的给定点和给定轴相关联，并通过选择在对应关系上具有最小误差的组合(点与点、轴与轴和点与轴)而确定三维空间中概略图的配置位置和视点方向(步骤S140)。然后，通过从基本线和圆角接合线形成在概略图中描绘的给定区域中的每个剖面线，在三维空间中一次形成在概略图中描绘的给定区域的复合表面(步骤S150)，并且在给定区域的所形成的复合表面的相邻表面之间形成圆角接合表面，以将复合表面接合(步骤S160)。

Description

用于形成三维形状数据的方法、用于形成三维形状数据的设备和相应的计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及用于从由设计者等形成的三维物体的概略图中形成三维物体的三维形状数据的三维形状数据形成方法，还涉及用于形成三维形状数据的设备和计算机可读存储介质。

背景技术

如在日本专利申请公报No.6-149943(JP-A-6-149943)、日本专利申请公报No.2004-206262(JP-A-2004-206262)、日本专利申请公报No.6-301751(JP-A-6-301751)和日本专利申请公报No.10-269380(JP-A-10-269380)所公开，已经提出各种用于由设计者从三维物体的概略图形成三维物体的三维形状数据的三维形状数据形成方法。例如，JP-A-6-149943公开了一种使用其中描绘当物体在给定的平面中被剖切时出现的一个或多个剖面线的三维物体的立体视图(概略图)形成三维物体的三维形状数据的方法，其中，通过从消失点求出平面方程式，并将该一个或多个剖面线投影到由平面方程式表示的平面上来形成三维形状数据，该平面方程式表示正交坐标系统的三维空间中的平面，消失点对应于相对于立体视图的上述平面。

此外，例如，在JP-A-2004-206262中公开了一种通过读取两个以上具有手写概略图的形式的立体视图并处理从概略图中获得的数据而形成三维数据的方法。

在如上所述的相关技术中，即使设计者等绘制的概略图是数学不精确的立体图，在假定立体图是正确的或者准确的情况下，获得三个消失点并定义视点位置和三维空间。因而，使用这样定义的三维空间，执行(1)从具有不同视线或者不同视角的两个以上概略图通过象三角测量法那样的方法形成三维或者立体图像的方法，(2)其中检索类似立体图中的三维形状，通过神经式网络等使类似的三维形状变形，以根据立体图形成三维或者立体图像的方法，或者(3)其中单个平面视图以CAD(计算机辅助设计)的方式人为地形成，并与立体图的线组合的方法。

然而，由于设计者等形成的概略图不必根据精确的正交坐标系统来绘制，所以坐标系统经常被设计者处理的图像很大地扭曲。因而，当如以上所述的相关技术中那样三维形状数据在正交坐标系统的三维空间中产生时，三维形状数据可能不会适合地反映设计者想要的图像。

鉴于以上所述的相关技术，如在日本专利No.4397372(JP-B-4397372)中所公开的，本申请的发明者已经提出一种用于形成三维形状数据的方法，其使用角方法将设计者等绘制的概略图中的二维点和轴与三维空间中设定的点和轴向关联，以确定视点位置，并将概略图中的三维物体转换成三维形式。以此方式，能产生适合地反映设计者所拥有并在概略图中所表示的概念或者图像的三维形状数据。

关于确定视点位置，日本专利申请公报No.2000-76453(JP-A-2000-76453)公开了一种检索(retrieve)设计者等绘制的静止图像(概略图)，并基于检索的静止图像(概略图)中的直线的位置关系发现或者确定视点的方法。

同时，关于根据JP-B-4397372所公开的方法确定视点位置，通过角方法(和所公开的三点方法)获得的解不是一般解，而是方程式需要个别地展开的特殊解。因而，需要将设计者等绘制的每个概略图公式化，并确定是否获得适合的解，完成这些任务是费时的。

此外，在JP-B-4397372中所公开的方法中，依次执行图像线的形成、剖面线的产生、空间线的产生和曲面的形成。因而，例如，使用者需要多次选择(指定)相同的线，并且存在操作效率改进的余地，即，期望降低操作的复杂性。

而且，JP-B-4397372中所公开的方法中，简单地利用公知的CAD功能执行用于形成曲面的两面圆角(倒角)。在此情况下，如果圆角部分由圆弧形成，则在形成的曲面中出现不同的曲率，因而使得不能形成高品质的曲面。为了避免这种不同曲率的出现，使用者需要指定圆角部分的开始线和终止线，并指定扫描剖面，造成操作效率的恶化。

发明内容

本发明提供一种用于形成反映设计者等拥有的意图或者想象的三维形状数据的三维形状数据形成方法，以及用于形成这种三维形状数据的设备，以及计算机可读存储介质。

根据本发明第一方面的一种三维形状数据形成方法，其用于形成在概略图像中描绘的三维物体的三维形状数据，所述方法包括以下步骤：输入在所述概略图像中描绘的所述三维物体的规格，所述规格包括在三维空间中形成用于定义在所述三维物体上的给定轴和给定点的规格盒所需的、所述三维物体的各部分的尺寸和构成所述三维物体的各部件的配置位置；读取所述概略图像作为图像数据；使用在二维坐标系上的坐标值来产生表示包括在所读取的图像数据中的线的数据；选择对在所述概略图像中描绘的所述三维物体的形状进行表征的特征轴和特征点；计算满足预定约束条件的组合，所述组合是从通过将所选择的特征轴和所选择的特征点与在从所述规格形成的所述规格盒中的所述给定轴和所述给定点相关联而获得的组合中选择的；使用所计算出的组合确定在概略图像中描绘的所述三维物体、观察所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的位置关系；通过基于所确定的位置关系将在所述概略图像中描绘的所述三维物体的给定区域中的剖面线映射到所述三维空间中来形成在所述三维空间中的剖面线，并使用在所述三维空间中的所述剖面线形成在包括于所述概略图像中的给定区域中并形成数据的指定线，来作为所述三维空间中的空间曲线，并在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面；以及在所述给定区域的所形成的复合表面和另一给定区域的所形成的复合表面之间形成圆角接合表面，并连续地将所述给定区域的所形成的复合表面与所述另一给定区域的所形成的复合表面接合。

在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，所述特定线可以是从所述三维物体的轮廓选择的特征线。

此外，在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，所述预定约束条件可以从以下约束条件中的至少一者中选择：表示所述概略图像上的给定点的概略点坐标与三维坐标系上的对应点的坐标一致的约束条件，所述概略点坐标与从所述三维坐标系上的所述对应点的坐标获得的坐标一致的约束条件，由所述概略图像上的给定轴和所述视点形成的平面与所述三维空间中的给定轴彼此平行的约束条件，以及在假定出二维屏幕，并且在所述概略图像上的给定点通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上，同时在三维空间中的给定轴通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上的情况下，使所述给定点的投影和所述给定轴的投影之间的距离最小的约束条件。

此外，在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，可以以误差增大的顺序列出在所述概略图像中描绘的所述三维物体、所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的所述位置关系，并呈现给使用者，所述关系是使用满足所述预定约束条件的组合确定的。

此外，在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，在所述三维空间中可以形成在所述概略图像中描绘的所述三维物体的所述给定区域的所述剖面线；可以产生从所形成的剖面线中排除圆弧部分的基本线；可以将所产生的基本线接合到圆角接合线，所述圆角接合线包括圆弧和具有可变曲率的连接线，所述圆弧与所述基本线具有特定几何关系；可以使用所接合的基本线和所述圆角接合线形成所述空间曲线；并且可以使用所形成的空间曲线、所述基本线和所述圆角接合线在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面。

此外，在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，可以通过修正所形成的空间曲线的失真，并基于在所述概略图像中描绘的所述三维物体的对称性和/或从另一视点观察的在所述概略图像中描绘的所述三维物体校正所形成的空间曲线的形状，来校正所形成的复合表面的形状。

在根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法中，通过使用包括圆弧和具有可变曲率的连接线的另一圆角接合线，来形成所述圆角接合表面，所述圆弧与所述给定区域中的所形成的复合表面的基本线和所述另一给定区域中的所形成的复合表面的基本线具有特定几何关系。

根据本发明第二方面的计算机可读存储介质存储用于执行根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法的计算机可执行指令。

根据本发明第三方面的三维形状数据形成设备，其用于形成在概略图像中描绘的三维物体的三维形状数据，所述设备包括：输入接收装置，其用于接收由使用者在所述概略图像中绘制的所述三维物体的规格，所述规格包括在三维空间中形成用于定义在所述三维物体上给定轴和给定点的规格盒所需的、所述三维物体的各部分的尺寸和构成所述三维物体的各部件的配置位置；读取装置，其用于读取所述概略图像作为图像数据；数据产生装置，其用于使用在二维坐标系上的坐标值来产生表示包括在所读取的图像数据中的线的数据；选择装置，其用于选择对在所述概略图像中描绘的所述三维物体的形状进行表征的特征轴和特征点；确定装置，其用于计算满足预定约束条件的组合，所述组合从通过将所选择的特征轴和所选择的特征点与在从所输入的规格形成的所述规格盒中的所述给定轴和所述给定点相关联而获得的组合中选择的，并使用所计算出的组合确定在概略图像中描绘的所述三维物体、观察所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的位置关系；形成装置，其用于通过基于所确定的位置关系将在所述概略图像中描绘的所述三维物体的给定区域中的剖面线映射到所述三维空间中来形成在所述三维空间中的剖面线，并使用在所述三维空间中的所述剖面线形成在包括于所述概略图像中的给定区域中并形成数据的指定线，来作为所述三维空间中的空间曲线，并在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面；以及表面接合装置，其用于在所述给定区域的所形成的复合表面和另一给定区域的所形成的复合表面之间形成圆角接合表面，并连续地将所述给定区域的所形成的复合表面与所述另一给定区域的所形成的复合表面接合。

此外，在根据本发明第二方面的三维形状数据形成设备中，所述指定线可以是从所述三维物体的轮廓选择的特征线。

此外，在根据本发明第二方面的三维形状数据形成设备中，所述预定约束条件可以从以下约束条件中的至少一者中选择：表示所述概略图像上的给定点的概略点坐标与三维坐标系上的所述对应点的坐标一致的约束条件，所述概略点坐标与从所述三维坐标系上的对应点的坐标获得的坐标一致的约束条件，由所述概略图像上的给定轴和所述视点形成的平面与所述三维空间中的给定轴彼此平行的约束条件，以及在假定出二维屏幕，并且在所述概略图像上的给定点通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上，同时在三维空间中的给定轴通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上的情况下，使所述给定点的投影和所述给定轴的投影之间的距离最小的约束条件。

此外，在根据本发明第二方面的三维形状数据形成设备中，其中，所述确定装置可以包括呈现装置，其用于以误差增大的顺序列出在所述概略图像中描绘的所述三维物体、所述概略图像的视点和所述规格盒之间的所述位置关系，并将所述位置关系呈现给使用者，所述关系是使用满足所述预定约束条件的组合确定的。

在根据本发明第二方面的三维形状数据形成设备中，所述形成装置可以包括剖面线形成装置，其用于在所述三维空间中形成在所述概略图像中描绘的所述三维物体的所述给定区域的所述剖面线；基本线产生装置，其用于产生从所形成的剖面线中排除圆弧部分的基本线；基本线接合装置，其用于将所产生的基本线接合到圆角接合线，所述圆角接合线包括圆弧和具有可变曲率的连接线，所述圆弧与所述基本线具有特定几何关系；空间曲线形成装置，其用于使用所接合的基本线和所述圆角接合线形成所述空间曲线；以及复合表面形成装置，其用于使用所形成的空间曲线、所述基本线和所述圆角接合线在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面。

在以上所述的三维形状数据形成设备中，所述形成装置可以包括形状校正装置，其用于通过修正由所述空间曲线形成装置形成的所述空间曲线的失真，并基于在所述概略图像中描绘的所述三维物体的对称性和/或从另一视点观察的在所述概略图像中描绘的所述三维物体校正所形成的空间曲线的形状，来校正由所述复合表面形成装置形成的复合表面的形状。

此外，在根据本发明第二方面的三维形状数据形成设备中，所述表面接合装置可以包括接合表面形成装置，其用于通过使用包括圆弧和具有可变曲率的连接线的另一圆角接合线，来形成所述圆角接合表面，所述圆弧与所述形成装置形成的给定区域中的复合表面的基本线和所述另一给定区域中的所形成的复合表面的基本线具有特定几何关系。

根据本发明第一方面的三维形状数据形成方法、本发明第二方面的计算机可读存储介质和本发明第三方面的三维形状数据形成设备，当确定视点位置时，能获得将在概略图中描绘的三维物体上特征点和特征轴与规格盒中的给定点和给定轴相关联的一般解，即，用于将点与点、轴与轴和点与轴相关联的一般解；因而，能极其迅速地可靠确定最佳视点位置(换言之，在概略图像中描绘的三维物体、概略图像的视点和规格盒当中的三维空间中的位置关系)。此外，基于确定的视点位置(位置关系)确定在概略图像中描绘的三维物体的给定区域中的剖面线，使得能一次产生给定区域的复合表面，并且能连续地和光滑地连接给定区域中相邻区域的复合表面。因而，可以通过极其高效率执行的简化操作而形成包括高度美观、极其高品质的曲面的三维形状数据。

由于诸如设计者的用户在概略图中绘制的三维物体(二维)适合地由三维形状数据反映，可以形成诸如设计者的用户在概略图中想要的或者想象的三维形状数据。因而，例如能照样使用形成的三维形状数据作为工作或者加工数据能快速地制造三维产品，由此，能显著缩短产品研发过程。

此外，在概略图中描绘的二维图像能极其容易和精确地转换成三维形式。因而，概略图的三维或者立体图像可以自然地与摄影背景图像组合，或者二维动画符号可以容易地转换成三维形式。

附图说明

以下将参照附图描述本发明示例实施例的特征、优点和技术和工业重要性，在附图中，相同的编号表示相同的元件，其中：

图1是图示作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法的步骤的流程图；

图2是实施作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法的计算机的功能框图；

图3是由根据作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法输入的规格数据形成的车辆规格盒的示意图；

图4是示出在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中使用的概略图的一个示例的示意图；

图5是示出在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中在概略图的图像中限定的二维坐标的示意图；

图6是示出在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中使用的三维坐标系统的示意图；

图7是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中的点匹配条件的视图；

图8是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中的轴匹配条件的视图；

图9是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中的点至轴匹配条件的视图；

图10是表示在图9的点至轴匹配条件下在屏幕坐标系统中投影点和投影线之间的关系的图；

图11是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中概略图像上的五个点和五个轴与车辆规格盒中的五个点和五个轴之间的对应关系的示意图；

图12是其中根据作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法产生的2D线的示意图；

图13是其中根据作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法形成的3D剖面线的示意图；

图14是其中根据作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法将3D剖面线分成两段的示意图；

图15是其中在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中从3D剖面线检测基本线部分和圆弧部分的示意图；

图16示用于在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中说明确定向3D剖面线的基本线部分逼近的二次曲线的形状的控制点的示意图；

图17是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中说明确定向3D剖面线的基本线部分逼近的二次曲线的形状的控制点存在的范围的示意图；

图18是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中说明确定向3D剖面线的基本线部分逼近的二次曲线的形状的控制点的参数的示意图；

图19是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中具体地说明基本线部分的确定的示意图；

图20是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中内接触图案的设计圆角处理的示意图；

图21作为图20的一部分的放大视图是用于说明内接触图案的设计圆角处理的示意图；

图22是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中外接触图案的设计圆角处理的示意图；

图23作为图22的一部分的放大视图是用于说明外接触图案的设计圆角处理的示意图；

图24是用于说明在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中复合表面的批形成的示意图；

图25是在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中由设计圆角处理形成的圆角接合表面接合的相邻区域的示意图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的一个实施例。尽管以下描述涉及车辆的概略图，但是根据本发明的用于形成三维形状数据的方法也可以应用到各种非车辆三维物体(诸如电子器具、铁路设备和飞机)的概略图。在以下描述中，“二维”和“三维”可以分别适合地简称为“2D”和“3D”。

首先，将一般地描述根据作为本发明实施例的用于形成三维形状数据的方法执行的操作。以下对作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法的描述还将用作对作为本发明的一个实施例用于形成三维形状数据的设备的描述。

作为本发明实施例的用于形成三维形状数据的方法包括：(1)通过扫描器读取概略图像，并使计算机读取概略图像数据以形成表示概略图像的数据的步骤，(2)将表征绘制在概略图上的三维物体的特征点和特征轴与定义在计算机中的三维空间中的某些点和某些轴相关联，即，分别将点与点，轴与轴和点和轴相关联，以定义概略图的三维空间中的配置位置和观察位置(视点)的步骤，(3)将概略图中描绘的线中的剖面线(诸如车辆的中心、门等)映射在三维空间中，并在三维空间中一次形成复合表面的步骤，该表面表示在概略图中描绘的三维物体的给定区域，以及(4)将给定区域的复合表面与接合表面进行接合的步骤。

计算机的CPU与存储在存储器中的程序协作以实施作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法的上述每个步骤。因而，以下将图示计算机用于执行本实施例的三维形状数据形成方法。用于根据本发明形成三维形状数据的程序可以存储在DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM、CD-ROM、CD-R、CD-RW或者任何类型的介质。

图1是图示根据本发明的一个实施例从概略图形成三维形状数据的方法的流程图。在此说明书中，术语“概略图”不应该意思是精确的立体表示，而是指表示设计者等所拥有的意图或者想象的图，其中各部分之间比例和角度可不同，并且整个构造可以不精确。

图2是示出当计算机执行作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法时计算机的功能的功能框图。如图2所示，适于执行作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法的计算机包括以键盘形式的用于输入诸如在概略图中描绘的三维物体的规格(诸如长度)的基本规格输入单元201、使用扫描器等读取概略图的图像数据的概略图读取单元202、和显示通过扫描器读取的概略图像的屏幕显示单元203(诸如显示器)。

此外，计算机包括定义显示在屏幕显示单元203上的图像中的二维坐标的二维坐标定义单元204、产生表示由扫描器读取的图像的线的数据的图像线数据产生单元205、确定由扫描器读取的图像在三维空间中的配置位置和观察由扫描器读取的图像的视点的位置的配置位置和视点确定单元206、在三维空间中一起形成与由扫描器读取的图像对应的各个区域的复合表面区域批形成单元207、和在各个区域的形成的复合表面中的相邻表面之间形成圆角表面以将复合表面接合的区域间表面接合单元208。

配置位置和视点确定单元206包括选择单元209，其选择表征由扫描器读取的图像上的三维物体的特征点和特征轴的选择单元209。此外，区域批形成单元207包括剖面线形成单元210、基本线产生单元211、基本线接合单元212、空间曲线形成单元213、复合表面形成单元214和形状校正单元215，剖面线形成单元210形成门剖面线(SL剖面线)和中心剖面线(SW剖面线)，基本线产生单元211通过将形成的剖面线分成两个以上的段而产生基板线，基本线接合单元212将所产生的基本线与圆角接合线接合，圆角接合线由与基本线具有某种几何关系的圆弧和具有可变曲率的连接线组成，空间曲线形成单元213使用由基本线和圆角接合线组成的剖面线形成空间曲线，复合表面形成单元214从所形成的空间曲线、基本线和圆角接合线形成复合表面，以形成区域，形状校正单元215校正所形成的复合表面的形状。

区域间表面接合单元208包括使用接合线形成圆角接合表面的接合表面形成单元216，圆角接合线由与所形成的区域的复合表面的基本线具有某种几何关系的圆弧和具有可变曲率的连接线组成。图2所示的各个单元的这些功能可以通过执行存储在存储器中的程序来实施。

首先，在图1中，定义车辆的基本规格(步骤S100)。此处，计算机接收到的输入数据包括三维物体的给定的规格数据(在本实施例中，由与车辆的特征点对应的给定点表示的车辆的总长、总宽和高度和关于车辆的位置的信息，和由与车辆的特征轴对应的给定轴表示的保险杠线和围板线)。更具体地，关于车辆的总长的数据包括表示作为车辆的特征点的车辆的前端点和后端点的坐标数据，关于总宽的数据包括表示限定车辆的最大宽度的总宽点的坐标数据，而关于高度的数据包括表示限定车辆的最大高度的总高点的坐标数据，并且关于车轮位置的信息的数据包括表示车辆的前轮中心点和后轮中心点的坐标数据。例如，作为车辆的特征轴的车辆的保险杠线由表示在设置在车辆的前端部中的保险杠的车宽方向上延伸的线(轴)的线数据来表示，并且车辆的围板线由表示在车辆的围板部分的车辆纵向方向上延伸的线(轴)的线数据来表示。利用这样输入的数据项，如图3所示，确定车辆尺寸和车辆形状的车辆规格盒形成在三维空间中。

在本实施例中，如图4所示，沿着倾斜的方向从位于车辆的前方的点观察的车辆描绘在概略图(将称为“四分之一观察概略图”)中，并且基于四分之一观察概略图形成三维形状数据。图4所示的四分之一观察概略图是在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中使用的概略图的一个示例，并且也可以使用沿着另一方向或者从另一点观察的物体的概略图或者两个以上的概略图。

四分之一观察概略图的图像数据用扫描器等读取，并在显示器上显示为图像(步骤S110)。此处，与显示器上的概略图对应的图像能通过用户操作鼠标等而旋转、移动、放大或者缩小(比例缩小)。

然后，在借助于扫描器输入的概略图的图像数据中定义二维坐标(步骤S120)。即，如图5所示，对于用扫描器读取的并作为数据输入的概略图图像，计算机基于用户输入的某些参数定义二维正交坐标。

然后，用扫描器输入的概略图像的线(图像线)被转换成数据(步骤S130)。更具体地，概略图的每个图像线表示为在二维正交坐标系统上的坐标值的集合。换言之，以坐标值的集合为形式的数据定义每个图像线。图像线包括诸如剖面线和轮廓线的特征线。使用通常设置在传统的CAD系统中的曲线形成功能实施概略图的图像线到数据的转换。

然后，执行确定在三维空间中利用扫描器读取的概略图像的配置位置和提供观察图像的方向的视点的处理(步骤S140)。确定处理是通过将概略图像上的特征点和特征轴与在以上步骤S100中输入的三维空间中的某些点(特征点)和某些轴(特征轴)相关联而确定概略图像在三维空间中的配置位置和提供图像的观察方向的视点。将详细地描述此确定处理。

在图6中，X₁、X₂和X₃表示全局坐标系统(以下称为“3D”坐标系统)的三个轴，并且(E₁、E₂、E₃)表示3D坐标系统中视点(摄像机)的坐标，而具有从视点(摄像机)向右延伸的轴a1和向上延伸的轴a2和作为a1和a2的外矢量积的轴a3的坐标系统定义为摄像机坐标系统。此外，在四分之一观察概略图中的u1-u2坐标系统定义为概略图坐标系统，并且F表示从视点(摄像机)到概略图的距离(焦距)。

如果如上所述定义坐标系统和距离F，概略图上的给定点U(u1，u2)使用3D坐标系统上的3D坐标值由以下方程式(1)表示。

$\left(\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right)=F\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\left(\begin{array}{c}{a}_{1j}\\ a_{2j}\end{array}\right)(X_j-E_j)}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{a}_{3j}(X_j-E_j)}---\left(1\right)$

如果使用欧拉角度θ、φ、Ψ来表示摄像机坐标系统a₁，a₂，a₃，则对于以上方程式(1)中几个未知数需要几个方程式，以唯一地求解(确定)视点。几个未知数是表示视点(摄像机)的位置的坐标(E₁，E₂，E₃)、表示摄像机坐标系统的欧拉角度θ、φ、Ψ和从视点(摄像机)到概略图的距离F。

在作为本发明的一个实施例的三维形状数据形成方法中，确定七个未知数，使得由以下方程式(2)表示的函数G1的值最小化，换言之，几个未知数确定为涉及7个未知数的最小值问题。

$G_1(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ},E_1,E_2{,E}_3,F)=\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{pp}\_n}{f}_{\mathrm{pp}\_n}+\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{aa}\_n}{f}_{\mathrm{aa}\_n}+\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{ap}\_n}{f}_{\mathrm{ap}\_n}---\left(2\right)$

此处，如后所述，以上方程式(2)的右手侧的f_{pp_n}表示关于点匹配条件(即，概略图的二维图像上给定点和三维空间中的给定点之间的对应性)的误差。此外，如后所述，以上方程式(2)的右手侧的f_{aa_n}表示关于轴匹配条件(即，概略图的二维图像上的给定轴和三维空间中的给定轴之间的对应性)的误差。此外，如后所述，以上方程式(2)的右手侧的f_{ap_n}表示关于点轴匹配条件的误差(即，概略图的二维图像上的给定点和三维空间中的给定轴之间的对应性)。此外，以上方程式(2)的右手侧的w_{pp_n}、w_{aa_n}、w_{ap_n}表示与以上所述的各个误差相关的权重因子。

如果权重因子w_{pp_n}、w_{aa_n}、w_{ap_n}与为计算各个误差而从概略图的二维图像上的给定点和三维空间中的相应给定点、概略图的二维图像上的给定轴和三维空间中的相应给定轴和概略图的二维图像上的给定点与三维空间中相应的给定轴的组合_mC₁中提取或者选择的组合(各项)相关，则取决于预先设定的重要性而分别确定权重的大小。另一方面，如果权重因子与不是为了计算各个误差从组合_mC₁中提取或者选择的组合(各项)相关，则权重因子w_{pp_n}、w_{aa_n}、w_{ap_n}与分别设定为“0”。

接着，将详细描述在以上所述方程式(2)中与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}、与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}和与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}。

首先，将说明与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}。与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}表示当概略图的二维图像上的给定点与三维空间中的给定点相关联时发生的误差。因而，为了计算与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}，如图7所示，三维空间中某个视点和给定点彼此连接，并且给定点投影在概略图的二维图像上。然后，调节视点，使得误差f_{pp_n}(即，这样投影的给定点(投影点)和在二维图像上与投影点对应的给定点之间的坐标中的误差)最小化，由此能确定最佳视点。

在此情况下，当调节视点以使误差f_{pp_n}最小化时，需要满足以下两个约束条件。即，需要满足表示概略图的二维图像上的给定点的概略图点坐标与3D坐标系统上的点坐标(将称为“3D点坐标”)一致的约束条件和概略图点坐标与从3D点坐标获得的坐标一致(换言之，由概略图点坐标表示的点和由从3D点坐标获得的坐标所表示的点之间的距离等于“0”)的约束条件。这些条件将具体地描述。

在摄像机坐标系统由(a₁，a₂，a₃)表示，E表示视点的坐标，F表示焦点长度或者距离，(u₁，u₂)表示二维坐标系统上的概略图点坐标，(U₁，U₂)表示视中心原点移动量，并且X表示3D点坐标的情况下，基于以上方程式(1)，由3D坐标系统上的3D坐标值表示概略图点坐标，使得概略图点坐标与3D点坐标一致的约束条件能满足。

$\left(\begin{array}{c}{u}_1-U_1\\ u_2-U_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}F\frac{a_1\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\\ F\frac{a_2\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\end{array}\right)---\left(3\right)$

从由概略图点坐标表示的点和由从3D点坐标获得的坐标所表示的点之间的距离等于“0”的约束条件，与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}由以下方程式(4)表示。

$f_{\mathrm{pp}\_n}={\{(u_1-U_1)-F\frac{a_1\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\}}^2+{\{(u_2-U_2)-F\frac{a_2\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\}}^2---\left(4\right)$

在点匹配的条件下，以上方程式(3)和(4)是约束公式(约束条件)。

接着，将将说明与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}。与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}表示当概略图的二维图像上的给定轴与三维空间中的给定轴相关联时发生的误差。因而，为了计算与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}，如图8所示，假想由某个视点和概略图的二维图像上的给定轴形成的平面。然后，调节视点，使得与这样形成的平面的法线的矢量和三维空间中的给定轴以直角相交，由此能确定最佳视点。

在此情况下，当调节视点，使得平面的法线的矢量和三维空间中的给定轴以直角相交，即使得误差f_{aa_n}最小化时，需要满足由概略图的二维图像上已知给定轴和视点形成的平面与三维空间中已知给定轴平行地延伸的约束条件。该条件将具体地描述。

在A_n表示三维空间中的给定轴的情况下，(a₁，a₂，a₃)表示摄像机坐标系统的轴，v表示摄像机坐标系统，E表示视点的坐标，F表示焦点长度或者距离，二维坐标系统上的概略图点坐标是(u₁，u₂)，视中心原点移动量由(U₁，U₂)表示，概略图坐标系统中二维图像上的已知给定轴由以下方程式(5)表示。

n₁u₁+n₂u₂+r＝0              (5)

如果由以上方程式(5)表示的已知给定轴投影到摄像机坐标系统v上，则以下方程式(6)成立。

n₁v₁+n₂v₂+(r+n₁U₁+n₂U₂)＝0 (6)

然后，通过连接由以上方程式(6)表示的投影的、已知给定轴和视点E而形成的平面的法线的方向N＝{N₁，N₂，N₃}由以下方程式(7)表示。

$\left(\begin{array}{c}{N}_1\\ N_2\\ N_3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_1& a_2& \frac{a_3}{F}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ r+n_1{U}_1+n_2{U}_2\end{array}\right)---\left(7\right)$

为了满足由以上方程式(7)表示的平面和三维空间中的已知给定轴彼此平行的约束条件，需要满足以下方程式(8)。

$N\·A_n=n_1(A_n\·a_1)+n_2(A_n\·a_2)+\frac{r+n_1{U}_1+n_2{U}_2}{F}(A_n\·a_3)=0---\left(8\right)$

因而，与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}由以下方程式(9)表示。

$f_{\mathrm{aa}\_n}=\frac{F}{A_n\·a_3}(N\·A_n)=n_1\left(F\frac{A_n\·a_1}{A_n\·a_3}\right)+n_2\left(F\frac{A_n\·a_2}{A_n\·a_3}\right)+r+n_1{U}_1+n_2{U}_2---\left(9\right)$

在轴匹配的条件下，以上方程式(9)是约束公式(约束条件)。

接着，将说明与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}。与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}表示当概略图的二维图像上的给定点与三维空间中的给定轴相关联时发生的误差。因而，为了计算与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}，如图9所示，首先对二维屏幕进行假想。然后，某个视点与概略图的二维图像上的给定点连接，并且二维图像上的给定点投影在假想的屏幕上。此外，视点与三维空间中的给定轴(3D轴)连接，并且三维空间中的给定轴投影在假想屏幕上。然后，调节视点以满足投影在屏幕上的给定点(投影点)和投影及其给定轴(投影线)之间的距离(即，误差f_{ap_n})最小化的约束条件，由此，能确定最佳视点。该条件将具体地说明。

假定摄像机坐标系统由(a₁，a₂，a₃)表示，E表示视点的坐标，F表示焦点长度或者焦距，二维坐标系统上的概略图点坐标是(u₁，u₂)，视中心原点移动量由(U₁，U₂)表示，X表示3D轴的起点的坐标，屏幕坐标系统由(v1、v2)表示，并且w₁和w₂表示预定的权重因子。在此情况下，如果3D轴投影在屏幕坐标系统上，投影线由以下方程式(10)表示。

n₁v₁+n₂v₂+r＝0          (10)

此处，屏幕坐标系统上的投影点和投影线具有图10所示的关系。因而，使用由以下方程式(11)表示的投影点和投影线之间的垂直成分距离g1和由以下方程式(12)表示的沿着投影线延伸的成分的距离g2，如以下方程式(13)所示，通过这些成分距离g1和g2的权重之和表示与点轴匹配条件有关的误差fap_n。

g1＝n₁(u₁-U₁)+n₂(u₂-U₂)+r    (11)

$g2=n_2\{(u_1-U_1)-F\frac{a_1\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\}+(-n_1)\{(u_2-U_2)-F\frac{a_2\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\}---\left(12\right)$

$f_{\mathrm{ap}\_n}=w_1\×{\{n_1(u_1-U_1)+n_2(u_2-U_2)+r\}}^2$

$+w_2\×{\left[n_2\right\{(u_1-U_1)-F\frac{a_1\·(X-E)}{a_3(\·X-E)}\}+(-n_1)\{(u_2-U_2)-F\frac{a_2\·(X-E)}{a_3\·(X-E)}\left\}\right]}^2---\left(13\right)$

在点轴匹配条件下，以上方程式(13)是约束公式(约束条件)。

因而，通过分别采用以上所述方程式(2)的函数G1，使用由以上方程式(4)、(9)和(13)表示的与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}、与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}、与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}，以上所述七个未知数确定为最小值问题，使得三维空间中四分之一观察概略图的配置位置和其视点能以极其高的精度确定。即，如果七个未知数确定使得由以上方程式(2)表示的函数G1最小化时，换言之，使得每个误差f_{pp_n}、f_{aa_n}、f_{ap_n}降低或者最小化时，三维空间中四分之一观察概略图的配置位置根据以上所述的方程式(1)能以极其高的精度确定，并且最佳视点能以极其高的精度确定。

即使在多个点和点、轴和轴以及点和轴的集合彼此相关联的情况下，七个未知数能根据以上所述方程式(2)确定为最小值问题；因而，三维空间中四分之一观察概略图的配置位置和最佳视点能可靠地确定。即，由于以上方程式(2)能作为一般的公式对待，即使多个点和点、轴和轴以及点和轴的集合彼此相关联，计算也能收敛在解上。结果，三维空间中四分之一观察概略图的配置位置和最佳视点能迅速地确定。

对于图1的步骤S140中的确定处理，将具体地描述其中设计者等绘制的车辆的四分之一观察概略图与车辆规格盒相关联，并且三维空间中四分之一观察概略图的配置位置和其视点被确定的示例。尽管特征点和特征轴的数量可以在作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法中设定为任何数量，但是例如将描述四分之一观察概略图上五个点和五个轴与车辆规格盒相关联的情况。

如上所述，为了设定车辆规格盒，在以上所述步骤S100中，车辆的前端点、后端点、总高点、总宽点、前轮中心点和后轮中心点作为给定点(特征点)输入，并且车辆的保险杠线和围板线作为给定轴(特征轴)输入。在此情况下，由于车辆规格盒形成在三维空间中，车辆的纵向轴(L轴)、垂直轴(H轴)和横向轴(W轴)自然地确定。如以借助于示例在图11中所示，当从位于车辆前方的视点观察的四分之一观察概略图上的五个点和五个轴与车辆规格盒的各个点和各个轴相关联时，在四分之一观察概略图中描绘的前端点、总高点、总宽点、前轮中心点和后轮中心点选择为特征点，并且保险杠线、围板线、L轴、H轴和W轴选择为特征轴。

在选择这些点和轴中，如上所述，五个点和五个轴可以自动地选择，因为概略图的图像线由数据限定，或者五个点和五个轴可以通过用户操作鼠标等而手动选择。

然后，为了高精度确定配置位置和最佳视点，需要满足由以上方程式(3)、(4)、(9)、(13)表示的四个约束公式(约束条件)。同时，当选择四分之一观察概略图上的五个点和五个轴时，获得10(5个点X 2)个联立方程式，因为有两个约束公式(以上所述方程式(3)、(4))将四分之一观察概略图上的特征点与车辆规格盒中的特征点相关联，并获得5(5个点X1)个联立方程式，因为有一个约束公式(以上所述方程式(9))将四分之一观察概略图上的特征轴与车辆规格盒中的特征轴相关联。此外，获得5(5个点X1)个联立方程式，因为有一个约束公式(以上所述方程式(13))将四分之一观察概略图上的特征点与车辆规格盒中的特征轴相关联。即，当选择五个点和五个轴时，获得二十个联立方程式。

由于如上所述以上所述方程式(1)具有七个未知数，要求获得至少七个联立方程式以唯一地求解或者确定视点。在作为本发明实施例的三维形状数据形成方法中，上述七个未知数可以确定为使得由以上所述方程式(2)表示的函数G1的值最小化，换言之，可以确定为包含七个未知数的最小值问题。因而，与三维空间中四分之一观察概略图的配置位置和视点根据以上所述方程式(1)确定的情况相比，仅仅通过使用七个联立方程式确定未知数，三维空间中四分之一观察概略图的配置位置能以更高的精度确定，并且最佳视点能可靠地确定。

尽管如上所述通过确定七个未知数使得由以上方程式(2)表示的函数G1最小化，换言之，通过求解包含七个未知数的最小值问题能获得精确配置位置和最佳视点，但是这样确定的配置位置和最佳视点不必反映设计者等拥有的意图或者想象。即，设计者等绘制的概略图是不精确的立体绘图，并且如果它是精确立体图，可以不反映设计者拥有的意图或者想象图像。因而，如果适合地反映设计者等拥有的意图或者想象更加重要，优选地允许选择使与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}、与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}、与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}略大的配置布置和视点。

在此情况下，使用基于以上方程式(2)的由以下方程式(14)表示的函数G2，并且对于由所有组合_mC₁确定的七个未知数，函数G2的值以增大的顺序列出，并提供给用户。

$G_2(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ},\mathrm{\ψ},E_1,E_2,E_3,F)=\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{pp}\_n}{f}_{\mathrm{pp}\_n}+\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{aa}\_n}{f}_{\mathrm{aa}\_n}+\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{ap}\_n}{f}_{\mathrm{ap}\_n}---\left(14\right)$

在以上方程式(14)中，权重因子w_{pp_n}，w_{aa_n}，w_{ap_n}或者权重的大小分别取决于预先设定的重要度而确定，即使当它们与不是为了计算与点匹配条件有关的误差f_{pp_n}、与轴匹配条件有关的误差f_{aa_n}、与点轴匹配条件有关的误差f_{ap_n}而提取或者选择的组合(项)相关联。在此情况下，当选择五个点和五个轴时获得的所有组合是₂₀C₇+₂₀C₈+...+₂₀C₂₀。

利用这样显示在显示器上并提供给设计者等的函数G2的值的列表，通过极其简单地看列表的顺序而不必尝试和错误以确定适合地反映设计者的意图或者想象的配置位置和最佳视点，他/她能以他/她的选择来选择配置位置和最佳视点。

一旦以上述方式确定三维空间中的四分之一观察概略图的配置位置和最佳视点，在四分之一观察概略图中描绘的给定区域的复合表面一次形成，以形成给定区域(步骤S150)。根据作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法形成给定区域的处理包括(1)产生表示四分之一观察概略图中描绘的二维图像上的每个区域的2D线的步骤，更具体地，产生两个特征线和特征线之间的SL剖面线(中心剖面线)或者SW剖面线(门剖面线)的步骤，(2)在三维空间中形成这样产生的两个特征线和SL剖面线(中心剖面线)或者SW剖面线(门剖面线)的步骤，和(3)使用在三维空间中形成的特征线和SL剖面线(中心剖面线)或者SW剖面线(门剖面线)一次形成各个区域的复合表面。

在产生2D线的步骤中，表示或者限定给定区域(图12中的门区域)的两个特征线在已经被读取的四分之一观察概略图的二维图像上自动地或者手动地产生(选择)，并转换成数据，并且与所产生(选择)的两个特征线相交并表示区域的剖面形状的剖面线(图12中的门剖面线)自动地或者手动地产生(选择)。如上所述，在计算机内的三维空间中，四分之一观察概略图的配置位置精确地确定，并且最佳视点确定。因而，如图13所示，如果2D门剖面线在四分之一观察概略图中描绘的二维图像上产生(选择)，则剖面线在从视点观察的方向上投影到三维空间中的门剖平面上，使得三维空间中的剖面线或者3D剖面线自动地形成。

以上所述门剖面平面是包含在车辆纵向方向观察的车辆的轮廓的平面，即，与车辆纵向方向垂直的平面。尽管门剖面作为示例在图12和图13中图示，但是与中心剖面线对应的3D剖面线以大致相同的方式产生。在此情况下，2D中心剖面线在从视点观察的方向上投影在与车辆横向方向垂直的中心剖面平面上，并且3D剖面线自动地形成在三维空间中。

在作为本发明一个实施例的三维形状数据方法中，一旦以上述方式形成3D剖面线，形成的3D剖面线分解到基本线部分和圆弧部分(圆角部分)中，使得所产生(选择)的2D特征线转换成3D线，并且高品质曲面一次形成。在以下，将详细描述分解3D剖面线的处理。

在分解剖面线的处理中，每个形成的3D剖面线自动地分解到具有单调曲率的基本线部分和连接到基本线部分的圆弧部分中。如图14所示，如果变曲点或者曲率反转位置出现在形成的3D剖面线上，3D剖面线在变曲点分成两段。

然后，对于所形成的3D剖面线分成的每个3D剖面线段，检测基本线部分和圆弧部分。通过使用3D剖面线段的最小半径曲率，可以检测圆弧部分，或者如图15所示，通过获得与在具有任何曲率半径的3D剖面线段的区间中设定的点的误差(或者偏差)最小的圆而将圆弧部分检测为圆弧区间。

利用以上述方式检测到的圆弧部分(圆弧区间)，基本线部分定义为在3D剖面线段的端点和包括圆弧部分并接合相邻基本线的圆角区间之间存在的部分。基本线部分包括由具有单调曲率的线近似的基本线。在以下描述中，二次曲线将图示为具有单调曲率的线的示例。

如图16所示，二次曲线的形状由三个控制点CP1、CP2、CP3确定。在此情况下，如图16所示，控制点CP2必须在直径由作为确定的二次曲线的弦的一半的直线提供的圆(将称为“区域圆”)的范围内，并且如图17所示，控制点CP2和CP3必须在由在所确定的二次曲线的相对端具有接触点的切线所包围的区域内。

这些控制点CP1、CP2、CP3通过如下所述确定三个参数而自动地确定；结果，确定二次曲线或者基本线部分。更具体地，如图18所示，参数aP是用于确定控制点CP2的参数，并表示3D剖面线段(还称为“原始线”)的切线与以上所述区域圆(半圆)的相交点之间的线内分所用的比率。参数bP是用于确定控制点CP3的参数，并表示在原始线的法线的方向测量的、从原始线上的最小曲率点到点CP的距离。参数cn是用于确定控制点CP1的参数，并表示从原始线的端点(或者曲率反转位置)到线的有效范围的距离或者弦长度。

然后，使用由这样确定的控制点CP1、CP2、CP3确定的二次曲线确定基本线部分。更具体地，参照图19，对确定两个基本线部分的情况进行描述，参数(a_p，b_p，c_p)是临时确定的(例如，设定到初始值)，使得设定(a_P1，b_P1，c_p1)和(a_P2，b_P2，c_P2)。结果，确定从原始线的相对端观察的控制点CP1、CP2、CP3和控制点CP1’，CP2’，CP3’，并能产生二次曲线1(对应于基本线1)和二次曲线2(对应于基本线2)。然后，在二次曲线之间假想具有给定半径R的接圆(圆弧)，并且二次曲线1和二次曲线2偏移或者移位，直到它们与此圆(圆弧)接触。作为假想的接圆(圆弧)，可以使用为如上所述检测原始线的圆弧部分而获得的接圆。然后，类似于下文所述的设计圆角处理，确定圆弧侧模糊开始位置的角度α和确定基本线侧模糊开始位置的角度β(这些角度确定圆角区间)，并且基本线的偏移量确定为用于二次曲线1的(α1，β1，γ1)，并确定为用于二次曲线2的(α2，β2，γ2)。以此方式，原始线能分成基本线部分、下文描述的连接线部分和圆弧部分。

然后，确定用于确定控制点CP1、CP2、CP3的参数(a_P1，b_P1，c_P1)、用于确定控制点CP1’，CP2’，CP3’的参数(a_P2，b_P2，c_P2)和接圆(圆弧)的半径R，使得排除圆角区间(连接线部分和圆弧部分)的原始线(即，基本线部分)与二次曲线1和二次曲线2之间的误差最小，由此，最终确定(产生)两个基本线，即，基本线1和基本线2。在此情况下，例如，原始线(基本线部分)与二次曲线1和二次曲线2之间的误差可以计算为通过将基本线部分相关的误差乘以给定的权重因子e而获得的值、通过将与连接线部分相关的误差乘以给定的权重因子f而获得的值和通过将与圆弧部分相关的误差乘以给定的权重因子g而获得的值之和。然后，通过计算所计算出的误差最小的组合能确定(a_P1，b_P1，c_P1，a_P2，b_P2，c_P2，R)。因而，可以产生适合地反映原始线的一个或多个基本线部分的形状的一个或多个光滑基本线。

一旦以上述方式形成两个基本线，这些基本线根据作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法通过设计圆角处理接合到彼此。以下，将详细描述设计圆角处理。

例如，为了将机械部件等进行倒角或者倒圆来执行公知的圆角处理。因而，例如，如果包括圆角的三维形状数据从设计者等绘制的概略图中形成，并且对形状数据执行阴影处理，圆角部分会不自然地再现，并不会反映设计者拥有的意图或者想象。更具体地，如果通过圆弧简单地接合线，则在圆弧的连接部分会出现曲率的差异，并且例如，荧光灯的反射线(强光线(highlight line))会弯曲。如果通过在线上选择圆弧的起点在连续条件下形成的自由曲线来接合线，则不能获得设计者等想要的圆弧部分。如果将线接合以实现作为一般连续条件的曲率连续性(所谓G2连续性)，则强光线取决于视点的方向而会弯曲或者消失。因而，如上所述的圆角处理对评估设计或者风格时需要的美观性没有大的重要性。

因而，在根据作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法的设计圆角处理中，当设计者等通过手绘而绘制概略图时实施的圆角技术(即，通过在从基本线到圆(圆弧)的区域上绘制曲率连续变化的多个逼近线而形成光滑设计圆角的技术)转换成用于将两个基本线接合的运算。此处，设计圆角处理具有其中圆(或者圆弧)内部地接触两个基本线的内接触图案和其中圆(或者圆弧)包围两个基本线的外接触图案。

在内接触图案中，如图20所示设定内部地接触如上所述确定(产生)的两个基本线(即，基本线1和基本线2)的预定的内接圆(圆弧)。由于对基本线1和基本线2类似地执行设计圆角处理，在以下描述中说明对基本线1执行的设计圆角处理。利用这样设定的内接圆，计算在接触点的基本线1的曲率半径和内接圆的曲率半径的差(将称为“曲率半径差”)。

然后，基本线1在曲率半径的方向上向内偏移基于计算出的曲率半径差如下文所述确定的偏移量γ。然后，对于已经偏移的基本线1(基本线2)，再次设定预定的内接圆(圆弧)。随后，设定连接设定的内接圆(圆弧)的中心和接触点的直线，并且以直线为基准，如下文所述确定打开角度α和β。然后，与打开角度α对应的内接圆(圆弧)上的点设定为模糊终点，并且与打开角度β对应的基本线1上的点设定为模糊起点。

在以下，将描述以上所述的打开角度α、β和偏移量γ。如图21所示，rAng表示圆弧的角度，Ar表示圆弧的半径，并且cr表示基本线的曲率半径。此外，作为预设的常数，角度基准值Ab、角度系数Ae和移动基准值Mb分别设定为预定的值。

在此情况下，如在以下方程式(15)所示，实验地确定被确定为圆弧侧模糊开始位置确定角度的打开角度α等于角度基准值Ab。

α＝Ab    (15)

此外，作为基本线侧模糊开始位置确定角度的打开角度β由以下方程式(16)表示，方程式(16)例如使用角度基准值Ab、角度系数Ae、圆弧半径Ar和基本线的曲率半径cr实验地确定。

$\mathrm{\β}=\mathrm{Ab}\×\mathrm{Ae}\×\{{\log }_{10}(\mathrm{cr}\×\frac{1}{\mathrm{Ar}})+2.0\}---\left(16\right)$

此外，偏移量γ由以下方程式(17)表示，该方程式(17)例如使用根据以上方程式(15)确定的打开角度α、根据以上方程式(16)确定的打开角度β、移动基准值Mb、圆弧半径Ar、圆弧角度rAng和基本线曲率半径cr实验地确定。

$\mathrm{\γ}=\mathrm{Mb}\×(\frac{1}{\mathrm{Ar}}-\frac{1}{\mathrm{cr}})\×{\{\mathrm{Ar}\×\mathrm{rAng}\×(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\}}^2---\left(17\right)$

从方程式(17)明显可见，偏移量γ基于曲率半径差确定。

因而，如图20所示，基于以上方程式(15)、(16)确定打开角度α和打开角度β，使得能设定内接圆(圆弧)上的模糊终点(圆弧侧模糊开始位置)和基部线1上的模糊起点(基本线侧模糊开始位置)。此外，如图20所示，基于以上方程式(17)确定偏移量γ，使得基本线1能在曲率半径的方向上向内偏移偏移量γ。即，基本线和内接圆(圆弧)具有彼此分开偏移量γ的几何关系。

一旦确定内接圆(圆弧)上的模糊终点和基本线1上的模糊起点，产生将这些点连接的连接线。在此情况下，连接线作为满足曲率差异连续性(所谓G3连续性)的曲线而产生。当产生满足G3连续性的连接线时，期望适合地在连接线的起点和终点确定切线长度。在此情况下，为了计算适合的切线长度，通过调整控制点之间的距离或者角度来计算切线长度，或者可以使用满足G2连续性的切线长度，或者可以使用控制点或者弦的内积计算切线长度，或者可以使用曲率的变化率的变化量(4阶微分)来计算切线长度。然后，在最后步骤，在设计圆角处理中形成圆角接合线，该圆角接合线包括在分别针对基本线1和基本线2设定的内接圆的两个模糊终点之间的圆弧区间和分别针对基本线1和基本线2产生的连接线。

接着，将描述外接触图案。在外接触图案中，通过类似于以上所述内接触图案的处理形成接合线。即，在外接触图案中，如图22所示设定环绕或者外部接触如上所述确定(产生)的两个基本线(即，基本线1和基本线2)预定的外接圆(圆弧)。由于对基本线1和基本线2类似地执行设计圆角处理，在以下描述中将说明对基本线1执行的设计圆角处理。对于这样设定的外接圆，计算在接触点的基本线1的曲率半径和外接圆的曲率半径之差(即，曲率半径差)。

然后，基本线1在曲率半径的方向上向外偏移基于计算出的曲率半径差如下文所述确定的偏移量γ。然后，对于已经偏移的基本线1(和基本线2)，再次设定特定的外接圆(圆弧)。随后，设定连接设定的外接圆(圆弧)的中心和接触点的直线，并且以直线为基准，如下文所述确定打开角度α和β。然后，与打开角度α对应的外接圆(圆弧)上的点设定为模糊终点，并且与打开角度β对应的基本线1上的点设定为模糊起点。

在以下，将描述以上所述的打开角度α、β和偏移量γ。如同以上所述的内接触图案那样，如图23所示，rAng表示圆弧的角度，Ar表示圆弧的半径，并且cr表示基本线的曲率半径。此外，作为预设的常数，角度基准值Ab、角度系数Ae和移动基准值Mb分别设定为预定的值。

然后，作为外接触图案中的圆弧侧模糊开始位置确定角度的打开角度α由以下方程式(18)表示，方程式(18)例如使用角度基准值Ab、角度系数Ae、圆弧半径Ar和基本线的曲率半径cr实验地确定。

$\mathrm{\α}=\mathrm{Ab}\×\frac{1}{\mathrm{Ae}\×\{{\log }_{10}(\mathrm{cr}\×\frac{1}{\mathrm{Ar}})+2.0\}}---\left(18\right)$

此外，如在以下方程式(19)所示，实验地确定作为基本线侧模糊开始位置确定角度的打开角度β等于角度基准值Ab。

β＝Ab    (19)

此外，如同根据以上方程式(17)确定的内接触图案中的偏移量γ那样，偏移量γ由以下方程式(20)表示，该方程式(20)例如使用根据以上方程式(18)确定的打开角度α、根据以上方程式(19)确定的打开角度β、移动基准值Mb、圆弧半径Ar、圆弧角度rAng和基本线曲率半径cr实验地确定。

$\mathrm{\γ}=\mathrm{Mb}\×(\frac{1}{\mathrm{Ar}}-\frac{1}{\mathrm{cr}})\×{\{\mathrm{Ar}\×\mathrm{rAng}\×(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\}}^2---\left(20\right)$

从方程式(20)明显可见，同样在外接触图案中，偏移量γ基于曲率半径差确定。

因而，如图22所示，基于以上方程式(18)、(19)确定打开角度α和打开角度β，使得能设定外接圆(圆弧)上的模糊终点(圆弧侧模糊开始位置)和基部线1上的模糊起点(基本线侧模糊开始位置)。此外，如图22所示，基于以上方程式(20)确定偏移量γ，使得基本线1能在曲率半径的方向上向外偏移偏移量γ。即，基本线和外接圆(圆弧)具有彼此分开偏移量γ的几何关系。

一旦确定外接圆(圆弧)上的模糊终点和基本线1上的模糊起点，产生将这些点连接的连接线。在此情况下，同样在外接触图案中，连接线作为满足曲率差异连续性(所谓G3连续性)的曲线产生。然后，在最后步骤，在设计圆角处理中形成圆角接合线和分别针对基本线1和基本线2产生的连接线，该圆角接合线包括在分别针对基本线1和基本线2设定的外接圆的两个模糊终点之间的圆弧区间。

当如上所述形成基本线和接合线时，根据需要检查与原始线(即，3D剖面线)的误差或者偏差，并且如果有大的误差，重复地执行以上所述的圆弧检测步骤和随后的步骤。以此方式，能形成由基本线和接合线组成并适合地反映设计者等绘制的概略图的最后3D剖面线段。

如果如上所述形成最后3D剖面线段，则确定与如上所述选择的每个特征线对应的3D剖面线图，并使用这样确定的3D剖面线段形成表示特征线的空间曲线。更具体地，与3D剖面线段对应的3D剖面线段在SL剖面中时在SW剖面的方向上旋转、平行移动或者扩大缩小，并且在SW剖面中时在SL剖面方向上旋转、平行移动或者扩大缩小，以形成扫描表面(假想表面)，并且相应的特征线在视点方向上投影到扫描表面上，使得形成空间曲线形式的特征线。在此情况下，由于所产生的空间曲线(即，特征线)优选地形成为平面曲线，给定的三个点设定在扫描表面上，并且空间曲线优选地转换成平面曲线。

然后，一旦特征线以上述方式形成为空间曲线，空间曲线中的至少一者形成为引导线，并且如图24所示，在引导线的方向上一次形成使用最终3D剖面线段的复合表面，以形成每个区域。当各个区域的复合表面一次形成时，使用在如上所述获得的3D坐标系统中表现的每个曲线数据，并且利用公知的CAD功能能一次形成满足预设约束条件(例如，对于形成的基本表面的连续性的条件(G0，G1，G2，G3)、连接角度的约束、通过位置的约束、对于圆角接合表面的半径和连续性条件(G1，G2，G3)、逐渐变化的有无等)三维物体的各个区域的复合表面。

在作为本发明一个实施例的三维形状数据形成方法中，校正一次自动形成的各个区域的复合表面的形状。每个复合表面的形状的校正在立体图中看上去良好的形状，但是例如在三面视图中歪曲或者看上去不自然。复合表面的形状可以例如通过校正2D剖面线的形状，或者校正确定立体视图的方向的成分(坐标值、切线值、曲率成分)或者在不改变其他投影的视线方向的情况下校正每个投影的实体的倾斜度，或者利用车辆的对称性校正形状，或者基于从其他视点绘制的概略图像如何看上去相似而校正形状而被校正。当利用车辆的对称性校正复合表面的形状时，或者当基于从其他视点绘制的概略图像如何看上去相似而校正复合表面的形状时，例如通过改变将特征线投影到的扫描表面的平面倒圆量而适合地校正各个区域的所形成的复合表面。

随后，在图1的以上所述步骤S150中形成的给定区域通过形成的圆角接合表面使用以上所述设计圆角处理(步骤S160)接合。即，在接合处理中，圆角接合线通过以上所述设计圆角处理在所形成的给定区域的复合表面当中形成两个相邻复合表面的每组基本线之间，并且如图25所示，复合表面使用从这样产生的圆角接合线形成的圆角接合表面而接合到彼此。以此方式，给定区域能接合到彼此，同时反映设计者等的意图或者想象。三维物体的各个区域的复合表面能通过公知的CAD功能使用圆角接合线的数据而接合到彼此，同时满足预设约束条件(例如，对于形成的基本表面的连续性的条件(G0，G1，G2，G3)、连接角度的约束、通过位置的约束、对于圆角接合表面的半径和连续性条件(G1，G2，G3)、逐渐变化的有无等)。

此外，在步骤S160，使用公知的CAD功能执行三面以上角部圆角处理。结果，从设计者等形成的四分之一观察概略图获得三维物体的最后三维形状数据。

如从以上描述理解到，当确定视点位置时，在概略图中描绘的三维物体上特征点和特征轴与车辆规格盒中预定的点和预定的轴相关联(获得将点与点、点与轴和轴与轴相关联的一般解)；因而，可靠地极其迅速地确定最佳视点位置(换言之，概略图像中描绘的三维物体、概略图像的视点和车辆规格盒当中三维空间中的位置关系)。此外，基于确定的视点位置(位置关系)确定在概略图像中描绘的三维物体的给定区域中的3D剖面线，使得给定区域的复合表面能一次产生，并且给定区域中相邻区域的复合表面能连续和光滑地接合到彼此。因而可以通过极其高效率的简化操作而形成用于形成具有高度美观、极其高品质的曲面的三维形状数据。

由于设计者等在概略图中绘制的三维物体(二维)被三维形状数据适合地反映，能形成设计者在概略图中精确地想要的或者想像的三维形状数据。因而，设计的立体(或者三维)物体能照样使用所形成的三维形状数据而快速地生产为工作或者建模数据(NC加工数据)，由此能显著缩短产品研发过程。

在本发明的三维形状数据形成方法的一个实施例中，可以将计算机图形(CG)形成的人工的二维物体转换成三维形式，同时维持二维物体的图像。因而，人工二维物体能自然地与摄影背景组合以形成合成的图片。

在本发明的三维形状数据形成方法的一个实施例中，在概略图中描绘的二维图像能极其容易地和精确地转换成三维形式；因而，例如，动画符号能容易地转换成三维形式。

在图示实施例的三维形状数据形成方法中，本发明应用到设计者等绘制的概略图，并且已经描述将概略图上的二维图像转换成三维形式的方式。然后，可以通过将动画图像(2D)转换成3D图像，将期望方向的移动给予3D图像，并将3D图像转换成2D形式的处理来促进2D动画符号的形成。这样形成的动画符号可以从汽车和其他车辆或者运输工具、生命体、机械等中选择。

根据本发明的三维形状数据形成方法可以应用到例如设计者对汽车制造、消费电器制造和其他制造而绘制的概略图中形成三维物体的任务、在商业电影生产、TV生产和电影生产工业中的概略图中形成三维物体的任务和从动画生产工业中的概略图中形成三维物体的任务。

Claims (15)

1.一种三维形状数据形成方法，其用于形成在概略图像中描绘的三维物体的三维形状数据，所述方法的特征在于包括：

输入在所述概略图像中描绘的所述三维物体的规格，所述规格包括在三维空间中形成用于定义在所述三维物体上的给定轴和给定点的规格盒所需的、所述三维物体的各部分的尺寸和构成所述三维物体的各部件的配置位置；

读取所述概略图像作为图像数据；

使用在二维坐标系上的坐标值来产生表示包括在所读取的图像数据中的线的数据；

选择对在所述概略图像中描绘的所述三维物体的形状进行表征的特征轴和特征点；

计算满足预定约束条件的组合，所述组合是从通过将所选择的特征轴和所选择的特征点与在从所述规格形成的所述规格盒中的所述给定轴和所述给定点相关联而获得的组合中选择的；

使用所计算出的组合确定在概略图像中描绘的所述三维物体、观察所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的位置关系；

通过基于所确定的位置关系将在所述概略图像中描绘的所述三维物体的给定区域中的剖面线映射到所述三维空间中来形成在所述三维空间中的剖面线，并使用在所述三维空间中的所述剖面线形成在包括于所述概略图像中的给定区域中并形成数据的指定线，来作为所述三维空间中的空间曲线，并在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面；以及

在所述给定区域的所形成的复合表面和另一给定区域的所形成的复合表面之间形成圆角接合表面，并连续地将所述给定区域的所形成的复合表面与所述另一给定区域的所形成的复合表面接合。

2.根据权利要求1所述的三维形状数据形成方法，其中，所述特定线是从所述三维物体的轮廓选择的特征线。

3.根据权利要求1或2所述的三维形状数据形成方法，其中，所述预定约束条件从以下约束条件中的至少一者中选择：表示所述概略图像上的给定点的概略点坐标与三维坐标系上的对应点的坐标一致的约束条件，所述概略点坐标与从所述三维坐标系上的所述对应点的坐标获得的坐标一致的约束条件，由所述概略图像上的给定轴和所述视点形成的平面与所述三维空间中的给定轴彼此平行的约束条件，以及在假定出二维屏幕，并且在所述概略图像上的给定点通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上，同时在三维空间中的给定轴通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上的情况下，使所述给定点的投影和所述给定轴的投影之间的距离最小的约束条件。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的三维形状数据形成方法，其中，以误差增大的顺序列出在所述概略图像中描绘的所述三维物体、所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的所述位置关系，并呈现给使用者，所述关系是使用满足所述预定约束条件的组合确定的。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的三维形状数据形成方法，其中：

在所述三维空间中形成在所述概略图像中描绘的所述三维物体的所述给定区域的所述剖面线；

产生从所形成的剖面线中排除圆弧部分的基本线；

将所产生的基本线接合到圆角接合线，所述圆角接合线包括圆弧和具有可变曲率的连接线，所述圆弧与所述基本线具有特定几何关系；

使用所接合的基本线和所述圆角接合线形成所述空间曲线；并且

使用所形成的空间曲线、所述基本线和所述圆角接合线在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面。

6.根据权利要求5所述的三维形状数据形成方法，其中，通过修正所形成的空间曲线的失真，并基于在所述概略图像中描绘的所述三维物体的对称性和/或从另一视点观察的在所述概略图像中描绘的所述三维物体校正所形成的空间曲线的形状，来校正所形成的复合表面的形状。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的三维形状数据形成方法，其中，通过使用包括圆弧和具有可变曲率的连接线的另一圆角接合线，来形成所述圆角接合表面，所述圆弧与所述给定区域中的所形成的复合表面的基本线和所述另一给定区域中的所形成的复合表面的基本线具有特定几何关系。

8.一种计算机可读存储介质，其存储用于执行根据权利要求1至权利要求7中任意一项所述的三维形状数据形成方法的计算机可执行指令。

9.一种三维形状数据形成发备，其用于形成在概略图像中描绘的三维物体的三维形状数据，所述发备的特征在于包括：

输入接收装置，其用于接收由使用者在所述概略图像中绘制的所述三维物体的规格，所述规格包括在三维空间中形成用于定义在所述三维物体上给定轴和给定点的规格盒所需的、所述三维物体的各部分的尺寸和构成所述三维物体的各部件的配置位置；

读取装置，其用于读取所述概略图像作为图像数据；

数据产生装置，其用于使用在二维坐标系上的坐标值来产生表示包括在所读取的图像数据中的线的数据；

选择装置，其用于选择对在所述概略图像中描绘的所述三维物体的形状进行表征的特征轴和特征点；

确定装置，其用于计算满足预定约束条件的组合，所述组合从通过将所选择的特征轴和所选择的特征点与在从所输入的规格形成的所述规格盒中的所述给定轴和所述给定点相关联而获得的组合中选择的，并使用所计算出的组合确定在概略图像中描绘的所述三维物体、观察所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的位置关系；

形成装置，其用于通过基于所确定的位置关系将在所述概略图像中描绘的所述三维物体的给定区域中的剖面线映射到所述三维空间中来形成在所述三维空间中的剖面线，并使用在所述三维空间中的所述剖面线形成在包括于所述概略图像中的给定区域中并形成数据的指定线，来作为所述三维空间中的空间曲线，并在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面；以及

表面接合装置，其用于在所述给定区域的所形成的复合表面和另一给定区域的所形成的复合表面之间形成圆角接合表面，并连续地将所述给定区域的所形成的复合表面与所述另一给定区域的所形成的复合表面接合。

10.根据权利要求9所述的三维形状数据形成设备，其中，所述指定线是从所述三维物体的轮廓选择的特征线。

11.根据权利要求9或10所述的三维形状数据形成设备，其中，所述预定约束条件从以下约束条件中的至少一者中选择：表示所述概略图像上的给定点的概略点坐标与三维坐标系上的所述对应点的坐标一致的约束条件，所述概略点坐标与从所述三维坐标系上的对应点的坐标获得的坐标一致的约束条件，由所述概略图像上的给定轴和所述视点形成的平面与所述三维空间中的给定轴彼此平行的约束条件，以及在假定出二维屏幕，并且在所述概略图像上的给定点通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上，同时在三维空间中的给定轴通过与所述视点连接而投影到所述屏幕上的情况下，使所述给定点的投影和所述给定轴的投影之间的距离最小的约束条件。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的三维形状数据形成设备，其中，所述确定装置包括呈现装置，其用于以误差增大的顺序列出在所述概略图像中描绘的所述三维物体、所述概略图像的视点和所述规格盒之间在所述三维空间中的所述位置关系，并将所述位置关系呈现给使用者，所述关系是使用满足所述预定约束条件的组合确定的。

13.根据权利要求9至12中任意一项所述的三维形状数据形成设备，其中，所述形成装置包括剖面线形成装置，其用于在所述三维空间中形成在所述概略图像中描绘的所述三维物体的所述给定区域的所述剖面线；基本线产生装置，其用于产生从所形成的剖面线中排除圆弧部分的基本线；基本线接合装置，其用于将所产生的基本线接合到圆角接合线，所述圆角接合线包括圆弧和具有可变曲率的连接线，所述圆弧与所述基本线具有特定几何关系；空间曲线形成装置，其用于使用所接合的基本线和所述圆角接合线形成所述空间曲线；以及复合表面形成装置，其用于使用所形成的空间曲线、所述基本线和所述圆角接合线在所述三维空间中形成所述给定区域的复合表面。

14.根据权利要求13所述的三维形状数据形成发备，其中，所述形成装置包括形状校正装置，其用于通过修正由所述空间曲线形成装置形成的所述空间曲线的失真，并基于在所述概略图像中描绘的所述三维物体的对称性和/或从另一视点观察的在所述概略图像中描绘的所述三维物体校正所形成的空间曲线的形状，来校正由所述复合表面形成装置形成的复合表面的形状。

15.根据权利要求9至14中任意一项所述的三维形状数据形成发备，其中，所述表面接合装置包括接合表面形成装置，其用于通过使用包括圆弧和具有可变曲率的连接线的另一圆角接合线，来形成所述圆角接合表面，所述圆弧与所述形成装置形成的给定区域中的复合表面的基本线和所述另一给定区域中的所形成的复合表面的基本线具有特定几何关系。

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