CN107967715B - 数据处理装置、三维物体创建系统以及数据处理方法 - Google Patents

数据处理装置、三维物体创建系统以及数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数据处理装置、三维物体创建系统以及数据处理方法，该数据处理装置包括：接受单元，其接受为每个特定表面区域定义三维物体的形状以及三维物体的表面的颜色的第一数据；以及生成单元，其根据构成所述接受的第一数据的多边形数据生成彩色体素数据，该生成单元生成所述彩色体素数据使得与所述表面的所述颜色密度较低的所述第一数据的区域相比，在所述表面的所述颜色密度较高的所述第一数据的区域为从表面体素至更深的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息。

Description

数据处理装置、三维物体创建系统以及数据处理方法
技术领域
本发明涉及一种数据处理装置、三维物体创建系统以及数据处理方法。
背景技术
以往，已有三维物体创建装置，即所谓的3D打印机。在使用3D打印机的三维物体创建中，通常已知有一种技术，在该技术中作为输入数据接受为每个特定表面区域定义创建物体的形状以及创建物体的表面的颜色的数据(例如多边形数据)，将接受的数据转换成其数据格式在物体创建装置中可处理的体素数据，然后基于体素数据创建物体。
在使用能够输出多种着色材料的物体创建装置的情况下，可以基于为每个体素分配有颜色信息的彩色体素数据创建彩色三维物体。
在日本专利文献特开2000-246804号公报中描述了一种准确地再现三维模型的表面颜色的灰度的技术，该三维模型为通过堆叠多个彩色片材创建三维物体的基础。具有两层结构的彩色层通过以下方式形成：按照三维模型的每个横截面的形状在透明片材上定义彩色区域，用白色调色剂层覆盖彩色区域的整个表面，接着形成其中三种原色的调色剂在空间上呈灰度分布的三原色调色剂层。在彩色区域，光不穿过透明片材。这样，提高了表示多层物体的表面颜色的灰度和色调的再现性。
在日本专利文献特开2013-75390号公报中描述了一种三维物体创建装置以及三维物体数据创建程序，其用于准确地表示三维物体的外侧表面的颜色。三维物体创建装置将每个创建层的某一区域视为彩色区域，该区域从构成被着色的三维物体的外侧表面的创建层的边缘扩展到创建层的内侧。在邻近创建层的相邻层的边缘比创建层的边缘更靠近中心的情况下，相邻层的边缘或从边缘往内扩展的区域被视为彩色区域。以足以形成期望颜色的数量在彩色区域上喷射用于物体创建的彩色液体。在彩色区域内侧形成仅喷射用于物体创建的无色液体的无色区域。彩色区域与无色区域之间的区域为喷射有用于物体创建的彩色液体和用于物体创建的无色液体的混合区域。
在日本专利文献特开2015-44299号公报中描述了一种三维物体数据创建装置和程序，其通过使在堆叠方向上相邻的像素的扩散误差大于在不同于堆叠方向的方向上相邻的像素来防止垂直线的形成。PC的CPU通过对提取与三维物体的表面部分相对应的表面像素的像素组进行误差扩散处理来创建物体数据。CPU将量化待处理的目标像素时所获得的差值扩散到相同像素组中的相邻像素以及内侧的像素组中的目标像素和相邻像素中。CPU使得扩散到堆叠方向上相邻的相邻像素的差值的百分比大于其他相邻像素。CPU使得扩散到相同像素组中的相邻像素的差值的百分比大于内侧的像素组中的相邻像素。
在日本专利文献特开2015-147327号公报中描述了一种创建三维物体的技术，其通过堆叠多个层获得期望色调。通过堆叠多个层来创建物体，其中每一层从表面侧(外周侧)向内侧(中心侧)依次具备由透明油墨形成的第二透明层的一部分、由包含着色剂的油墨形成的装饰层的一部分以及由具有光反射率的油墨形成的反射层。
发明内容
在根据输入数据生成彩色体素数据的过程中，有时对物体表面进行半色调处理。这意味着，由物体表面的被着色的区域的大小(分配有颜色的体素与表面体素的比率)表示输入数据的颜色的强度。在这种情况下，对于不处于物体表面的内部体素来说，为位于从表面体素至物体内侧的某一距离(深度)内的内部体素分配与相应的表面体素相同的颜色信息而不考虑输入数据的颜色的强度。
然而，在根据表示彩色三维物体的输入数据生成彩色体素数据的过程中，在为位于从距离表面体素一定深度内的内部体素均匀地分配与表面体素相同的颜色信息而不考虑输入数据的颜色的强度的情况下，只能由彩色体素与表面体素的比率表示输入数据的颜色的强度。这样，限制了所获得的三维物体的颜色的再现性。
本发明的目的在于，提供一种根据表示彩色三维物体的输入数据生成彩色体素数据的配置，其中基于生成的颜色数据创建的物体与为位于从距离表面体素一定深度内的内部体素均匀地分配与表面体素相同的颜色信息而不考虑输入数据的颜色的强度的方法相比具有更高的颜色的再现性。
根据本发明的第一方面，提供一种数据处理装置，其包括：接受单元，其接受为每个特定表面区域定义三维物体的形状以及三维物体的表面的颜色的第一数据；以及生成单元，其根据构成所述接受的第一数据的多边形数据生成彩色体素数据，该生成单元生成所述彩色体素数据，使得与所述表面的所述颜色密度较低的所述第一数据的区域相比，在所述表面的所述颜色密度较高的所述第一数据的区域为从表面体素至更深的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息。
根据第二方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，生成单元基于与所述表面体素的距离为构成体素数据的所有内部体素生成表示深度的深度数据；并且在所述表面的所述颜色密度较高的区域，所述生成单元为内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息直至被赋予表示在所述三维物体中的更深位置的所述深度数据的内部体素。
根据第三方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第二方面，所述生成单元基于所述内部体素与指定为距离所述内部体素最近的表面体素之间的距离为构成所述体素数据的所有内部体素生成所述深度数据。
根据第四方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第三方面，距离所述内部体素最近的所述表面体素通过搜索距离所述内部体素的中心位置的预定范围内的表面体素来指定；并且在所述预定范围内无表面体素的情况下，在增加所述预定范围之后搜索所述预定范围内的表面体素。
根据第五方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第三方面，所述内部体素与指定为距离所述内部体素最近的表面体素之间的所述距离为所述内部体素的中心到多边形的各点之间的距离的平均值。
根据第六方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，所述生成单元，针对每个待处理的体素，利用距离所述待处理的体素最近的多边形以及所述多边形的颜色密度确定所述待处理的体素是否变成彩色体素。
根据第七方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，所述生成单元，针对每个待处理的体素，利用距离所述待处理的体素最近的多边形以及所述多边形的颜色密度确定所述待处理的体素变成彩色体素还是非彩色体素。
根据第八方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，所述生成单元包括总量计算单元，其基于所述第一数据中所述表面的所述颜色的颜色信息计算总量，即与物体创建装置中可处理的颜色信号相对应的各个颜色成分的密度的总和；并且所述第一数据中所述表面的所述颜色的密度基于由所述总量计算单元计算的所述总量来确定。
根据第九方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第八方面，在构成所述第一数据中所述表面的所述颜色的颜色信息的各颜色成分与所述物体创建装置中所述可处理的颜色信号相对应的所述各颜色成分为互补的情况下，所述生成单元利用补色计算将所述第一数据中所述表面的所述颜色的所述颜色信息转换成与所述物体创建装置中所述可处理的颜色信号相对应的所述颜色成分，并估计所述总量，即获得的各个颜色成分的密度的总和。
根据第十方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一至第九方面中的任一方面，为被赋予表示存在颜色的所述颜色信息的每个内部体素赋予与赋予距离所述内部体素最近的表面体素的颜色信息相同的颜色信息。
根据第十一方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，当每个体素的颜色数据被确定为彩色体素时，使用距离所述体素最近的多边形的颜色数据，使得所述体素在所述三维物体的更深区域具有更小的颜色密度。
根据第十二方面的数据处理装置被配置成：在本发明的第一方面，即使多色和单色的颜色总量相同，与使用单色的情况相比，在使用多色的情况下所述生成单元通过向更深的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息来生成所述彩色体素数据。
根据本发明的第十三方面，提供一种三维物体创建系统，其包括：根据第一至第十二方面中任一方面所述的数据处理装置；以及三维物体创建装置，其利用由所述数据处理装置输出的数据创建三维物体。
根据本发明的第十四方面，提供一种存储使计算执行数据处理的程序的非临时性计算机可读介质，所述处理包括：接受为每个特定表面区域定义三维物体的形状以及三维物体的表面的颜色的第一数据；以及根据构成所述接受的第一数据的多边形数据生成彩色体素数据，生成所述彩色体素数据，使得与所述表面的所述颜色密度较低的所述第一数据的区域相比，在所述表面的所述颜色密度较高的所述第一数据的区域为从表面体素至更深的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息。
根据本发明的第一、第二、第十三以及第十四方面，基于生成的颜色数据创建的物体的颜色的再现性比与位于从距离表面体素一定深度内的内部体素均匀地分配与表面体素相同的颜色信息而不考虑输入数据的颜色的强度的方法相比具有更高的颜色的再现性。
根据本发明的第一、第十以及第十一方面，可以利用最近的表面体素生成彩色体素。
根据本发明的第四方面，可以高效地指定最近的表面体素。
根据本发明的第五方面，可以正确地计算指定体素与内部体素之间的距离。
根据本发明的第六和第七方面，可以利用距离和颜色密度正确地生成彩色体素。
根据本发明的第八和第九方面，可以利用颜色总量正确地生成彩色体素。
根据本发明的第十二方面，可以降低单色与多色之间的颜色强度差异。
附图说明
将基于下列附图详细说明本发明的示例性实施例，其中：
图1示出系统的配置；
图2是整体处理的流程图；
图3A至图3C是用于说明切片数据的说明图；
图4是用于确定最近的多边形和深度数据的处理的流程图；
图5是用于说明距离计算的说明图；
图6是用于确定体素是彩色体素还是非彩色体素的处理的流程图；
图7A和图7B是示出颜色总量和彩色体素条件的示例的说明图；
图8是用于确定体素是彩色体素还是非彩色体素的另一种处理的流程图；
图9是示出彩色体素条件确定表达式的示例的说明图；
图10是示出输入数据与输出数据之间的关系的第一说明图；以及
图11A和图11B是示出输入数据与输出数据之间的关系的第二说明图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施例作进一步详细说明。本文中使用的术语定义如下。
“体素”指小立方体，其表示三维物体的最小单位。体素与二维图像的像素相对应。可以通过组合体素的方式将三维物体可视化。因此，当由物体创建装置创建三维物体时，通常基于将待创建的物体描述为一组体素数据创建三维物体。如同二维图像的像素的情况，可以通过为每个体素分配颜色信息为物体的每个体素进行着色。
“体素数据”指将待创建的物体描述为一组体素的数据。
“彩色体素数据”指为每个体素分配有颜色信息的体素数据。
“表面体素”指构成三维物体的所有体素中位于三维物体的表面的体素。
“内部体素”指构成三维物体的所有体素中不位于三维物体的表面的体素。
“彩色”指具有颜色的彩色和亮度较低的非彩色(例如除白色和透明以外)。
“无色”指亮度较高的非彩色(例如白色和透明)。
某些全色3D打印机对单个像素或体素(三维空间中的常规网格单元)只能以固定的量喷射单色的油墨。尽管全色2D打印机能够通过输出蓝绿色100％和品红色100％来表示蓝色100％，然而，例如当输入蓝色100％时，全色3D打印机按体积比率输出蓝绿色50％和品红色50％，从而实质上获得蓝色50％。
图10示出全色2D打印机和对单个像素或体素只能以固定的量喷射单色的油墨的全色3D打印机中的输入数据与输出数据之间的关系。
当输入数据为蓝绿色100％时，全色2D打印机和全色3D打印机均能够实现蓝绿色100％作为输出数据。同样适用于输入数据为，例如品红色的情况。
同时，在输入数据为蓝色100％的情况下，全色2D打印机能够输出蓝色100％，但全色3D打印机实质上输出50％，比使用单色的情况暗淡。
图11A和图11B示例性地示出在上述情况下进行的处理。图11A示出蓝色(B)100％的输入数据。图11B示出全色3D打印机的输出数据。由于对单个像素或体素只能喷射单色的油墨，轮流喷射蓝绿色(C)和品红色(M)，因此实质上只能获得蓝色50％。同样适用于除蓝色以外的其他多色。
尽管可以通过增加着色层的数量来使多色更强，但也使单色更强，因此未解决单色与多色之间的颜色强度的差异。本示例性实施例特别解决这一问题。
图1示出根据本示例性实施例的三维物体创建系统的配置。三维物体创建系统包括数据处理装置10和三维物体创建装置12。数据处理装置10和三维物体创建装置12经由通信网络14连接。
数据处理装置10接收三维物体数据(3D数据)，对三维物体数据进行预定的处理，接着经由通信网络14向三维物体创建装置12提供三维物体数据。数据处理装置10包括接受单元和生成单元。具体地，数据处理装置10包括CPU 101；诸如ROM、SSD或HDD的程序存储器102；诸如RAM的工作存储器103；用于与键盘、鼠标、诸如CD-ROM的光盘、诸如USB存储器或SD卡的半导体存储器、显示器等进行输入和输出的输入/输出接口(I/F)104；用于与包括三维物体创建装置12的外部装置进行通信的通信接口(I/F)105；以及诸如HDD的存储单元106。接受单元是输入/输出I/F 104和通信I/F 105，而生成单元是CPU 101。数据处理装置10，例如，可以是计算机或平板电脑终端。
CPU 101通过读出和执行程序存储器102中的处理程序对三维物体数据进行处理，接着经由通信I/F 105和通信网络14向三维物体创建装置12提供三维物体数据。主要由CPU101执行的处理是为每个体素确定体素变成彩色体素还是非彩色体素的处理。更具体地，CPU 101执行以下处理：
(i)将构成三维物体数据(3D数据)的多边形转换成体素的处理
(ii)为每个体素确定体素变成彩色体素还是非彩色体素的处理
(iii)确定彩色体素的颜色数据的处理
(iv)将每个体素的颜色数据转换成可以被三维物体创建装置12处理的数据格式。
确定体素变成彩色体素还是非彩色体素的处理包括计算与离待处理的体素最近的多边形的距离以及计算最近的多边形的颜色密度的处理。在确定彩色体素的颜色数据的处理中，利用最近的多边形的颜色密度，必要时还利用与最近的多边形的距离。将每个体素的颜色数据转换成可以被三维物体创建装置12处理的数据格式包括将彩色体素的颜色数据转换成CMYK的处理、半色调处理以及稍后将进行描述的切片处理。
三维物体创建装置12用作3D打印机。三维物体创建装置12包括CPU 121；诸如ROM的程序存储器122；工作存储器123；通信接口(I/F)124；操作单元125；马达驱动单元126；打印头驱动单元127；彩色打印头128；以及透明打印头129。
CPU 121利用由数据处理装置10经由通信I/F 124提供的三维物体数据基于来自操作单元125的操作命令按照程序存储器122中存储的处理程序向马达驱动单元126以及打印头驱动单元127提供控制信号来驱动各种马达和打印头。
马达驱动单元126驱动包括用于移动支撑台的支撑台(台面)移动马达以及打印头移动马达的各种马达，所述支撑台支撑被创建的物体。
打印头驱动单元127控制彩色打印头128和透明打印头129的油墨(用于物体创建的液体)的喷射。彩色打印头128由蓝绿色(C)打印头、品红色(M)打印头、黄色(Y)打印头和黑色(K)打印头组成。透明打印头129喷射未着色的透明油墨(用于物体创建的液体)。例如，打印头驱动单元127通过驱动每个打印头的喷射通道中设置的压电元件来控制喷射。然而，驱动方法不限于此。透明打印头129可以喷射白色油墨来代替透明油墨。白色或透明相对于诸如蓝绿色、品红色、黄色和黑色的颜色被定义为非彩色。
三维物体创建装置12通过利用由数据处理装置10提供的三维物体的切片数据由彩色打印头128和透明打印头129喷射油墨并在高度方向上顺序地堆叠切片来创建期望的三维物体。具体地，三维物体创建装置12通过在沿三条轴，即X轴、Y轴和Z轴的方向顺序地移动彩色打印头128和透明打印头129的同时喷射油墨(用于物体创建的液体)来创建三维物体。或者，三维物体创建装置12可以在固定彩色打印头128和透明打印头129的同时沿三条轴，即X轴、Y轴和Z轴的方向顺序地移动设置于彩色打印头128和透明打印头129下方的台面。
彩色打印头128可以由蓝绿色(C)打印头、品红色(M)打印头和黄色(Y)打印头组成；或者不仅由蓝绿色(C)打印头、品红色(M)打印头、黄色(Y)打印头和黑色(K)打印头，还可以包括其他颜色的打印头组成。
例如，通信网络14是因特网、局域网(LAN)、Wi-Fi或蓝牙(注册商标)。
图2是三维物体创建系统的整体处理的流程图。
首先，数据处理装置10的CPU 101获取三维物体数据(3D数据)(S101)。3D数据可以通过输入/输出I/F 104从键盘、诸如CD-ROM的光盘、USB存储器等中获取，也可以通过通信I/F 105从连接到通信网络14的另一台计算机中获取。3D数据是表示物体的三维形状的数据，并且表示物体的外部形状和表面的颜色。例如，3D数据由多边形构成，并且包括物体的表面的颜色数据(例如RGB数据)。多边形是用于通过三角形和矩形的组合表示物体的元素。3D数据的格式不特别受限，并且可以是由CAD软件创建的数据格式，也可以是由CG软件创建的数据格式。
接着，数据处理装置10的CPU 101按照程序存储器102中存储的处理程序将3D数据转换成体素数据，并确定体素数据的颜色数据(S102)。体素数据包括有关距离物体表面的深度的深度数据D和颜色数据(r、g和b)。
深度数据D是体素中心到距离体素中心最近的多边形之间的距离。例如，深度数据D是体素中心到最近的多边形的各点(如果多边形是三角形，则指三角形的各顶点)之间的距离的平均值。
通过基于最近的多边形的颜色密度和深度数据D为每个体素确定体素变成彩色体素还是非彩色(白色或透明)体素来设置颜色数据。最近的多边形的颜色密度根据多边形的颜色数据来计算。CPU 101基本上以三维物体中更大深度内的体素随着最近的多边形的颜色密度的增加而变成彩色体素的方式生成彩色体素。
接着，数据处理装置10的CPU 101按照处理程序将分配给每个体素的颜色数据(r、g和b)转换成CMYK数据(S103)。RGB到CMYK的转换为已知技术，并且可以如2D打印机的情况使用补色转换、查找表格(LUT)等等。在三维物体创建装置12的透明打印头129喷射无色透明油墨(用于物体创建的液体)并且由颜色数据(r、g和b)表示的颜色为白色(R、G和B的值均为最大值)的情况下，数据处理装置10的CPU 101将颜色数据(r、g和b)转换成非彩色。
接着，数据处理装置10的CPU 101按照处理程序通过半色调处理确定每个体素的输出颜色(S104)。半色调处理为已知技术，并且可以如2D打印机的情况使用误差扩散、阈值抖动矩阵等等。例如，在使用阈值抖动矩阵的半色调处理中，预先在程序存储器102中存储与C、M、Y和K中的每一个相对应的三维阈值抖动矩阵，并将每种颜色的颜色数据与阈值抖动矩阵的值进行比较。在颜色数据等于或大于阈值的情况下，确定颜色数据为“ON(开)”；而在颜色数据小于阈值的情况下，确定颜色数据为“OFF(关)”。仅留下已经被确定为“ON”的颜色数据。
在半色调处理之后，将体素的颜色数据转换成表示蓝绿色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)中的任何一个的数据，以及非彩色数据(白色或透明)。
接着，数据处理装置10的CPU 101从已按照处理程序确定颜色数据的体素中提取单个切片的数据(S105)。单个切片与三维物体创建装置12的彩色打印头128和透明打印头129的每一次移动所能够喷射的数量相对应。已从体素中提取切片数据的CPU 101通过通信I/F 105和通信网络14将提取的切片数据传输至三维物体创建装置12。
三维物体创建装置12的CPU 121通过通信I/F 124接收切片数据，并通过利用切片数据控制马达驱动单元126和打印头驱动单元127从彩色打印头128和透明打印头129喷射油墨(用于物体创建的液体)来创建三维物体(S106)。三维物体创建装置12的CPU 121通过重复切片提取与从彩色打印头128和透明打印头129的油墨喷射在高度方向上堆叠切片来创建三维物体。
图3A至图3C示例性地示出切片数据。一旦将3D数据转换成体素数据并确定每个体素的颜色数据，如图3A所示在预定的切片平面18上将由这些体素构成的3D数据16顺序地切片，并如图3B所示提取切片数据20。切片数据20由多个体素数据组成，并且包括非彩色体素201的数据和彩色体素202的数据。体素变成彩色体素202还是非彩色体素201基于离体素最近的多边形的颜色密度和上述深度数据D自动确定。
接着，对确定每个体素的颜色数据的方法进行说明。
图4是示出如何在数据处理装置10的CPU 101中进行搜索最近的多边形并计算深度数据D以确定每个体素的颜色数据的处理的流程图。
首先，CPU 101对待处理的体素的半径R进行初始设置，并判断半径R内是否存在多边形(S201)。在半径R内不存在多边形的情况下(S201中为“否”)，CPU 101按照以下公式将半径R更新为更大的半径(S202)：
R＝ab*R
其中a和b是系数并且大于0。例如，假设a为1.5且b为1，则R＝1.5R。这意味着，半径R增加了1.5倍。
在半径R内存在多边形的情况下或者在增加的半径R内存在多边形的情况下(S201中为“是”)，计算待处理的体素与位于半径R内的所有多边形之间的距离(S203)。作为体素与多边形之间的距离，可以计算法向量或者可以计算体素中心到多边形的各点之间的距离的平均值。在计算与位于半径R内的所有多边形的距离之后，通过比较这些距离确定距离待处理的体素最近的多边形，并将与该最近的多边形的距离确定为深度数据D(S204)。
图5示例性地示出用于计算待处理的体素(体素1)与位于半径R内的多边形(多边形1和多边形2)之间的距离的处理。
假设体素1的中心位置为(s，t，u)，多边形1的各顶点的位置为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)并且多边形2的各顶点的位置为(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(x4，y4，z4)(多边形1和多边形2共享两个顶点)，并按照以下公式计算体素1与多边形1之间的距离：
(((s-x1)2+(t-y1)2-(u-z1)2)1/2+((s-x2)2+(t-y2)2-(u-z2)2)1/2+((s-x3)2+(t-y3)2-(u-z3)2)1/2)/3。
同时，按照以下公式计算体素1与多边形2之间的距离：
(((s-x2)2+(t-y2)2-(u-z2)2)1/2+((s-x3)2+(t-y3)2-(u-z3)2)1/2+((s-x4)2+(t-y4)2-(u-z4)2)1/2)/3。
在体素1与多边形1之间的距离小于体素1与多边形2之间的距离的情况下，将体素1与多边形1之间的距离确定为深度数据D。CPU 101对所有的体素进行处理，并将计算结果存储在工作存储器103中。假设体素为体素1、体素2、体素3，...，则按照以下方式为每个体素将最近的多边形和深度数据存储在工作存储器103中以便彼此相关联：
体素1：深度数据D1，最近的多边形1
体素2：深度数据D2，最近的多边形2
体素3：深度数据D3，最近的多边形3
对于最近的多边形，可以与最近的多边形相关联地存储颜色数据。
图6是示出如何在数据处理装置10的CPU 101中确定每个体素的颜色数据的处理的流程图。
首先，CPU 101按照处理程序确定颜色总量T作为在图4的S204中为每个体素确定的最近的多边形的颜色密度(S301)。CPU 101通过进行最近的多边形的颜色数据(r，g，b)到CMY的补色转换计算颜色总量T。在补色转换中，按照以下方式将R的输入密度的反向值设置成C的输入密度，将G的输入密度的反向值设置成M的输入密度，并将B的输入密度的反向值设置成Y的输入密度：
C(％)＝100(％)-r
M(％)＝100(％)-g
Y(％)＝100(％)-b
总颜色密度T为CMY密度的总和并且表示成：
T＝C(％)+M(％)+Y(％)＝300(％)-(r+g+b)
接着，CPU 101按照处理程序基于计算的颜色总量T和图4的S204中计算的深度数据D确定待处理的体素的颜色数据(S302)。具体地，CPU 101确定满足预设彩色体素条件的体素为彩色体素，并照原样直接使用最近的多边形的颜色数据(S303)。同时，CPU 101确定不满足预设彩色体素条件的体素为非彩色体素(S304)。彩色体素条件作为处理程序的一部分以表格或函数的形式预先存储在程序存储器102中。通常，将彩色体素条件设置成：当颜色总量T变大时，体素更有可能变成彩色体素；并且当深度数据D变小时，体素更有可能变成彩色体素。
图7A和图7B示出颜色总量T和彩色体素条件的示例。图7A示出颜色总量T和示例。在最近的多边形的输入密度为r＝20％，g＝100％且b＝100％的情况下，补色转换的结果为C＝80％，M＝0％且Y＝0％，因此颜色总量T为T＝80％。在最近的多边形的输入密度为r＝20％，g＝20％且b＝100％的情况下，补色转换的结果为C＝80％，M＝80％且Y＝0％，因此颜色总量T为T＝160％。
图7B示出彩色体素条件的示例。针对每个颜色总量T，体素变成彩色体素的条件定义为深度数据D与阈值之间的关系。具体地，在颜色总量T为100％以下的情况下，满足D<h的体素变成彩色体素。在颜色总量T为101％至200％的情况下，满足D<i的体素变成彩色体素。在颜色总量T为201％以上的情况下，满足D<j的体素变成彩色体素。假设h<i<j。
根据该彩色体素条件，在同一颜色总量T的体素中，深度数据D较小的体素，具体地深度数据D小于阈值的体素变成彩色体素，而深度数据D较大的体素，具体地深度数据等于或大于阈值的体素变成非彩色体素。在具有相同深度数据D的体素中，颜色总量T更大的体素更有可能变成彩色体素，因为阈值随着颜色总量T的增加而增大。
CPU 101对所有的体素进行确定体素变成彩色体素还是非彩色体素并将处理结果存储在工作存储器103中的处理。假设体素为体素1、体素2、体素3，...，则按照以下方式为每个体素将深度数据和颜色数据存储在工作存储器103中以便彼此相关联：
体素1：深度数据D1，颜色数据(r1，g1，b1)
体素2：深度数据D2，颜色数据(r2，g2，b2)
体素3：深度数据D3，颜色数据(非彩色)
体素3的“颜色数据(非彩色数据)”表示体素3为非彩色体素。在该示例中，就数据格式而言，将非彩色作为一种颜色数据进行处理，但可以为非彩色设置不同于颜色数据的参数或标记。例如，除颜色数据以外，可以按照以下方式添加非彩色数据：
体素1：深度数据D1，颜色数据(r1，g1，b1)，非彩色＝0
体素2：深度数据D2，颜色数据(r2，g2，b2)，非彩色＝0
体素3：深度数据D3，颜色数据(0，0，0)，非彩色＝1
“非彩色＝0”表示体素为彩色体素，并且“非彩色＝1”表示体素为非彩色体素。
在图6的S303中，在因体素满足彩色体素条件而确定体素变成彩色体素的情况下，照原样直接(复制的)将最近的多边形的颜色数据作为体素的颜色数据。然而，本示例性实施例不限于此。可以将最近的多边形的校正颜色数据作为体素的颜色数据，并且可以基于深度数据D校正最近的多边形的颜色数据。例如，对最近的多边形的颜色数据进行校正，使得深度数据D越大颜色越暗淡。通过使越接近三维物体的内侧的颜色越暗淡，可以再现颜色在外观上的自然强度。
图8是示出在数据处理装置10的CPU 101中确定每个体素的颜色数据的另一种处理的流程图。
首先，CPU 101按照处理程序确定图4的S204中确定的最近的多边形的颜色总量T(S401)。具体地，CPU 101通过进行最近的多边形的颜色数据(r，g，b)到CMY的补色转换计算颜色总量T。在补色转换中，按照以下方式将R的输入密度的反向值设置成C的输入密度，将G的输入密度的反向值设置成M的输入密度，并将B的输入密度的反向值设置成Y的输入密度：
C(％)＝100(％)-r
M(％)＝100(％)-g
Y(％)＝100(％)-b
总颜色密度T为CMY密度的总和并且表示成：
T＝C(％)+M(％)+Y(％)＝300(％)-(r+g+b)
接着，CPU 101按照处理程序基于计算的颜色总量T和图4的S204中计算的深度数据D确定待处理的体素的颜色数据(S402)。具体地，CPU 101确定满足预设彩色体素条件的体素为彩色体素，并照原样直接使用最近的多边形的颜色数据(S403)。同时，CPU 101确定不满足预设彩色体素条件表达式的体素为非彩色体素(S404)。
按照以下方式利用深度数据D和颜色总量T定义彩色体素条件表达式：
D≤Te*f
其中，e和f为系数并且大于0。
彩色体素条件表达式作为处理程序的一部分预先存储在程序存储器102中。以上彩色体素条件表达式表示：在具有相同深度数据D的体素中，颜色总量T越大，体素越有可能变成彩色体素；在具有相同颜色总量T的体素中，深度数据D越小的体素越有可能变成彩色体素。
图9示例性地示出e为1且f为1的彩色体素条件表达式。
确定满足D≤T的体素变成彩色体素，并且满足D>T的体素变成非彩色体素。
这是一种示例，并且可以设置(e，f)的任意组合。具体地，可以按照输入的3D数据更改(e，f)的组合。
同时，在图8的示例中，无需照原样直接使用最近的多边形的颜色数据，因为体素的颜色数据被确定为彩色体素；相反，可以使用最近的多边形的校正颜色数据，并且可以对最近的多边形的颜色数据进行校正，使得如图6的情况一样，深度数据D越大，颜色越暗淡。具体地，按照以下方式利用最近的多边形的颜色数据(r1，g1，b1)计算被确定为彩色体素的体素的颜色数据(r2，g2，b2)。
r2＝(100-(100-r1)*(1-D/(Te*f)))
g2＝(100-(100-g1)*(1-D/(Te*f)))
b2＝(100-(100-b1)*(1-D/(Te*f)))
“深度数据D越大，颜色越暗淡”意味着越接近三维物体的内侧的颜色越暗淡。
如上所述，在本示例性实施例中，基于与离体素最近的多边形的距离(深度数据D)和最近的多边形的颜色密度(颜色总量)确定待处理的体素的颜色数据。这样，即使在使用多色的情况下也获得了等效于单色的颜色强度。具体地，当比较输入蓝绿色100％的情况与输入蓝色100％的情况时，根据现有技术，相同深度内的体素在这些情况下变成彩色体素。同时，在本示例性实施例中，蓝色100％的颜色总量为200％，从而将更大深度内的体素确定为彩色体素。其结果，蓝色100％的颜色与以往的颜色相比更强并且近似于蓝绿色100％。在本示例性实施例中，体素变成彩色体素的厚度与彩色密度之间存在正的相关性，当颜色密度变大时更大深度内的体素变成彩色体素，并且相应地表示更强的颜色。
以上对本发明的示例性实施例进行了说明，但本发明不限于此还可以进行多种方式的变形。以下对这些变形例进行说明。
变形例1
在示例性实施例中，如图2所示，当获取到3D数据时(S101)，将3D数据转换成体素数据，并确定体素是否变成彩色体素(S102)，接着将RGB数据转换成CMYK数据(S103)。或者，还可以采用以下配置：在获取到3D数据之后，将RGB数据转换成CMYK数据，接着将3D数据转换成体素数据，并确定体素是否变成彩色体素。为确定体素是否变成彩色体素，计算离待处理的体素最近的多边形的颜色总量。由于在RGB到CMY的互补转换之后计算颜色总量，可以通过提前将RGB数据转换成CMYK数据来高效地计算颜色总量。
在示例性实施例中，提供给数据处理装置10的3D数据的颜色数据为RGB。然而，3D数据的颜色数据从一开始可以是CMYK。
变形例2
在示例性实施例中，如图4所示，搜索位于待处理的体素的半径R内的多边形，并且如果未发现多边形，则通过增加半径R来搜索多边形，并计算与位于半径R内的多边形的距离。然而，可以从一开始就计算待处理的体素与所有的多边形之间的距离。然而，当计算与所有的多边形的距离时，计算量可以巨大。可以根据多边形的数量更改所采用的处理。例如，在多边形的总量小于阈值的情况下，可以从一开始就计算与所有的多边形的距离；并且在多边形的总数等于或大于阈值的情况下，可以进行示例性实施例的处理。
变形例3
在示例性实施例中，利用与最近的多边形的距离(深度数据D)和最近的多边形的颜色数据(颜色总量T)确定待处理的体素的颜色数据。通常，表达式可以如下：
待处理的体素的颜色数据＝F(D,T)
函数F有两个值，即彩色体素值和非彩色体素值。数据处理装置10和三维物体创建装置12的用户可以适宜地固定或调节函数F的特有表达式。同样适用于示例性实施例中的系数a、b、e和f，并且用户可以适宜地固定或调节这些系数。
另外，以上表达式(待处理的体素的颜色数据＝F(D,T))意味着基于深度数据D和颜色总量T确定待处理的体素的颜色数据，不排除D和T以外的变量，并且可以使用以下利用变量X的表达式：
待处理的体素的颜色数据＝F(D,T,X)
例如，变量X可以是邻近最近的多边形的多边形的颜色总量或第二个最近的多边形的颜色总量。
变形例4
在示例性实施例中，分开设置数据处理装置10和三维物体创建装置12并将二者连接，使得能够经由通信网络14交换数据。然而，可以在物理上将数据处理装置10和三维物体创建装置12相结合以构成三维物体创建系统。
另外，还可以采用以下配置：数据处理装置10和网络服务器经由通信网络14相连，将由作为客户端的数据处理装置10获取的3D数据传输至网络服务器，在网络服务器中进行图2的S101至S105中的处理，并将切片数据返回作为客户端的数据处理装置10或者提供给三维物体创建装置12。在这种情况下，网络服务器作为数据处理装置10。
变形例5
在示例性实施例中，将待处理的体素分类为彩色体素或非彩色体素。这在功能上等效于仅提取彩色体素的处理。这是因为未提取的体素为非彩色体素，因此该处理等效于将体素分类为彩色体素和非彩色体素。
变形例6
在示例性实施例中，利用图6或图8的处理为所有的体素确定体素变成彩色体素还是非彩色体素。然而，当体素被确定为非彩色体素时，与该非彩色体素共享最近的多边形的体素中具有更大深度数据D的体素总是非彩色体素，因此可以自动确定为非彩色体素。也就是说，当体素为非彩色体素时，比该体素更深的体素也被确定为非彩色体素。
变形例7
在示例性实施例中，在数据处理装置10中执行图2的步骤S101至S105，并在三维物体创建装置12中执行步骤S106。或者，可以在数据处理装置10中执行S103或S104之前的步骤，并且可以在三维物体创建装置12中执行剩余的步骤。也就是说，数据处理装置10可以执行S102的处理并将作为S102的处理的结果而获得的体素数据(包括彩色体素数据和非彩色体素数据)提供给三维物体创建装置12。可以将数据处理装置10的输出数据一次性地存储在记录介质等中，接着从记录介质提供给三维物体创建装置12。
为了进行图示和说明，以上对本发明的示例性实施例进行了描述。其目的并不在于全面详尽地描述本发明或将本发明限定于所公开的具体形式。很显然，对本技术领域的技术人员而言，可以做出许多修改以及变形。本实施例的选择和描述，其目的在于以最佳方式解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本技术领域的其他熟练技术人员能够理解本发明的各种实施例，并做出适合特定用途的各种变形。本发明的范围由与本说明书一起提交的权利要求书及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种数据处理装置，其特征在于，包括：
接受单元，其接受为每个特定表面区域定义三维物体的形状以及三维物体的表面的颜色的第一数据；以及
生成单元，其根据构成所接受的所述第一数据的多边形数据，生成彩色体素数据，该生成单元生成所述彩色体素数据使得随着在所述第一数据中所述表面的颜色密度增加而为所述三维物体的内部的从表面体素至与更深的位置对应的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息，
所述生成单元针对每个待处理的体素，利用与跟待处理的内部体素最近的多边形相距的距离以及所述多边形的颜色密度，确定所述待处理的内部体素变成彩色体素还是非彩色体素，将每个体素的所述彩色体素数据转换成能够被三维物体创建装置处理的数据格式，
将每个体素的所述彩色体素数据转换成能够被三维物体创建装置处理的数据格式的处理包括半色调处理以及切片处理。
2.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中，
所述生成单元基于与所述表面体素的距离为构成体素数据的所有内部体素生成表示深度的深度数据；并且
在所述表面的所述颜色密度较高的区域，所述生成单元为内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息直至被赋予表示在所述三维物体中的更深位置的所述深度数据的内部体素。
3.根据权利要求2所述的数据处理装置，其中，
所述生成单元基于所述内部体素与指定为距离所述内部体素最近的表面体素之间的距离为构成所述体素数据的所有内部体素生成所述深度数据。
4.根据权利要求3所述的数据处理装置，其中，
距离所述内部体素最近的所述表面体素通过搜索距离所述内部体素的中心位置的预定范围内的表面体素来指定；并且
在所述预定范围内无表面体素的情况下，在增加所述预定范围之后搜索所述预定范围内的表面体素。
5.根据权利要求3所述的数据处理装置，其中，
所述内部体素与指定为距离所述内部体素最近的表面体素之间的所述距离为所述内部体素的中心到多边形的各点之间的距离的平均值。
6.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中，
所述生成单元包括总量计算单元，其基于所述第一数据中所述表面的所述颜色的颜色信息计算总量，即与物体创建装置中可处理的颜色信号相对应的各个颜色成分的密度的总和；并且
所述第一数据中所述表面的所述颜色密度基于由所述总量计算单元计算的所述总量来确定。
7.根据权利要求6所述的数据处理装置，其中，
在构成所述第一数据中所述表面的所述颜色的颜色信息的颜色成分与所述物体创建装置中所述可处理的颜色信号相对应的所述颜色成分为互补的情况下，所述生成单元利用补色计算将所述第一数据中所述表面的所述颜色的所述颜色信息转换成与所述物体创建装置中所述可处理的颜色信号相对应的所述颜色成分，并估计所述总量，即获得的各个颜色成分的密度的总和。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的数据处理装置，其中，
为被赋予表示存在颜色的所述颜色信息的每个内部体素赋予与赋予距离所述内部体素最近的表面体素的颜色信息相同的颜色信息。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的数据处理装置，其中，
当每个体素的颜色数据被确定为彩色体素时，使用距离所述体素最近的多边形的颜色数据，使得所述体素在所述三维物体的更深区域具有更小的颜色密度。
10.根据权利要求8所述的数据处理装置，其中，
当每个体素的颜色数据被确定为彩色体素时，使用距离所述体素最近的多边形的颜色数据，使得所述体素在所述三维物体的更深区域具有更小的颜色密度。
11.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中，
即使多色和单色的颜色总量相同，与使用单色的情况相比，在使用多色的情况下所述生成单元通过向更深的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息来生成所述彩色体素数据。
12.一种三维物体创建系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的数据处理装置；以及
三维物体创建装置，其利用由所述数据处理装置输出的数据创建三维物体。
13.一种数据处理方法，其特征在于，包括：
接受为每个特定表面区域定义三维物体的形状以及三维物体的表面的颜色的第一数据；以及
根据构成所接受的所述第一数据的多边形数据生成彩色体素数据，生成所述彩色体素数据，使得随着在所述第一数据中所述表面的颜色密度增加而为所述三维物体的内部的从表面体素至与更深的位置对应的内部体素赋予表示存在颜色的颜色信息，
其中，针对每个待处理的体素，利用与跟待处理的内部体素最近的多边形相距的距离以及所述多边形的颜色密度，确定所述待处理的内部体素变成彩色体素还是非彩色体素，将每个体素的所述彩色体素数据转换成能够被三维物体创建装置处理的数据格式，
将每个体素的所述彩色体素数据转换成能够被三维物体创建装置处理的数据格式的处理包括半色调处理以及切片处理。
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