CN111325854A - 形状模型修正装置及形状模型修正方法以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明课题是尽可能排除属人性，同时将包括噪声的三维形状模型尽可能以几何形状的集合体的形式表现。形状模型修正装置(1)其具备：第一运算处理部(21)，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对第一处理对象区域进行使用了高斯映射的噪声降低处理；以及第二运算处理部(22)，其将在三维形状模型中的被特定为第一处理对象区域的区域之中、采用第一运算处理部(21)未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，将第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

Description

形状模型修正装置及形状模型修正方法以及存储介质

技术领域

本发明涉及形状模型修正装置及形状模型修正方法以及存储介质。

背景技术

近年来，作为在满足期望的刚性的同时支持谋求轻量化的结构物的设计的方法，已知有拓扑最优化方法。在拓扑最优化中，以将作为设计对象的结构物分解成元素的有限元素法(FEM：Finite Element Method,FEM)解析为基础，基于限制条件来以各元素中的目的函数达到最大或最小的方式反复实施运算，由此求出最优的形状。作为典型的拓扑最优化的一例，通过以一边使质量降低○○％(限制条件)一边使起因于外力的应力最小化(目的函数)的方式反复实施运算，从而求出轻量且具有充分的强度的结构。

例如，在专利文献1公开了使用基于密度法的拓扑最优化来选定设置加强筋的范围的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-114464号公报

发明内容

发明要解决的问题

对于使用拓扑最优化等结构最优化方法解析的三维形状而言，例如，如图20所例示，可以表现为具有凹凸(噪声)的形状。在考虑了铸造性、加工性的情况下，需要修正为由凹凸少的光滑的曲面表示的三维形状模型。以往以来，该作业通过设计者的手动作业进行，因此依赖于设计者的能力的方面大，另外需要劳力、时间。另外，这种噪声是不限于使用了结构最优化方法的情况中，例如在对三维结构物进行扫描而表现为三维形状模型的情况等中也是同样能观察到的现象。

本发明鉴于这种情况而成，其目的在于，提供一种尽可能排除属人性的同时可以将包括噪声的三维形状模型尽可能以几何形状的集合体的形式表现的形状模型修正装置及形状模型修正方法以及存储介质。

用于解决问题的方案

本发明的第一方式是一种形状模型修正装置，其具备：第一运算处理部，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用高斯映射的噪声降低处理；以及第二运算处理部，其将在所述三维形状模型中被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理部未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，将所述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

根据所述形状模型修正装置，具备第一运算处理部及第二运算处理部，因此可以将包括噪声的三维形状模型尽可能修正成由几何形状构成的三维形状模型。另外，可以尽可能排除属人性，与以往相比，可以减轻用户的负担，另外也可以缩短形状修正所耗费的时间。

在此需要说明的是，关于采用第一运算处理部的噪声降低处理是否有效地行的判定，例如，通过是否能导出几何学形状来判定。

另外，例如，可以预设用于评价处理前后中噪声降低进行了何种程度的评价函数，根据通过该评价函数得到的评价值是否超过预定的阈值，来判定噪声降低处理是否有效进行。

上述形状模型修正装置中，所述第一运算处理部可以具备：高斯映射部，其对所述第一处理对象区域的三维形状模型进行高斯映射；模型特定部，其基于高斯映射的点群对二维形状模型进行特定；以及恢复部，其根据经高斯映射的所述二维形状模型恢复三维形状模型。

根据所述形状模型修正装置，对第一处理对象区域的三维形状模型进行高斯映射，基于经高斯映射的点群对二维形状模型进行特定。而且，通过将该二维形状模型恢复，从而可以得到噪声降低后的三维形状模型。这样一来，通过高斯映射，从而可以将三维形状模型缩减至二维形状模型，因此可以高效地排除噪声，并且可以在短时间内将第一处理对象区域的形状置换为几何形状。

上述形状模型修正装置中，所述第二运算处理部可以具备：几何形状配置部，其对所述第二处理对象区域配置几何形状；同定部，其基于所述第二处理对象区域的三维形状模型对用于特定所述几何形状的参数进行同定；以及置换部，其将同定后的几何形状与所述第二处理对象区域的三维形状模型进行置换。

根据上述形状模型修正装置，例如，从多个几何形状的选项中选择最接近第二处理对象区域的形状的几何形状，将选择的几何形状配置于第二处理对象区域。而且，将配置的几何形状与第二处理对象区域的形状匹配并进行同定，将第二处理对象区域置换成同定后的几何形状。

上述形状模型修正装置中，所述同定部可以基于所述几何形状与构成所述第二处理对象区域的点群的距离、以及所述几何形状的法线与构成所述第二处理对象区域的点群的法线的关系，对所述几何形状的参数进行同定。

根据上述形状模型修正装置，不仅用几何形状与构成第二处理对象区域的点群的距离、进行铜锭，也添加法线的关系来使几何形状的参数与第二处理对象区域的形状匹配并进行同定，因此可以提高同定的收敛性，可以高效地进行几何形状的同定(拟合)。由此，可以缩短几何形状的同定所需的时间。

上述形状模型修正装置还可以具备第三运算处理部，其将在所述三维形状模型中的被特定为所述第二处理对象区域的区域之中、采用所述第二运算处理部未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第三处理对象区域，对所述第三处理对象区域的三维形状模型分配使用了分层群分析的最优形状，由此进行噪声降低处理。

根据上述形状模型修正装置，从精度(噪声弱)低但处理速度快的第一运算处理部到精度逐渐变高且处理速度变慢的方法的第二运算处理部、第三运算处理部的顺序，实施三维形状模型的噪声降低处理，因此利用处理速度快的第一运算处理来先处理能够对应的部分，由此可以有效地进行噪声降低处理。

在此需要说明的是，关于采用第二运算处理部的噪声降低处理是否有效进行的判定，可以根据与所述的第一运算处理部同样的指标进行判定。

上述形状模型修正装置还可以具备：输入部，其用于供用户输入所述三维形状模型中实施噪声降低处理的第四处理对象区域以及分配给所述第四处理对象区域的几何形状；以及第四运算处理部，其基于从所述输入部输入的指示，对所述第四处理对象区域的三维形状模型进行几何形状的拟合，从而进行噪声降低处理。

根据上述形状模型修正装置，例如，最后进行需要用户的输入指示的采用第四运算处理部的噪声降低，从而可以尽可能减少人为介入来对形状进行修正的区域。

上述形状模型修正装置中，所述第四运算处理部还可以具备：直线设定部，其当从所述输入部将串联地连结的多个圆柱部指定为所述第四处理对象区域，并且将圆环指定为几何形状的情况下，设定经过各所述圆柱部的轴线的平面，并在所述平面上特定经过各所述圆柱部的轴线的中央且与所述轴线正交的直线；以及几何形状生成部，其根据对各圆柱部进行了特定的多个所述直线的交点中确定圆环的中心，并基于所述中心和从所述中心至所述圆柱部的轴线中央为止的距离而生成圆环。

根据上述形状模型修正装置，能够对由用户指定的第四处理对象区域生成圆环曲面。由此，对于难以自动置换成几何形状的区域，也可以置换成期望的几何形状。

上述形状模型修正装置中，所述第四运算处理部可以具备：四棱柱生成部，其当从所述输入部将预定的区域指定为所述第四处理对象区域，并且将圆盘指定为几何形状的情况下，基于所述第四处理对象区域的三维形状生成四棱柱；以及几何形状生成部，其以所述四棱柱的中心上的法线作为轴线，生成与所述四棱柱内切的圆盘。

根据上述形状模型修正装置，可以对由用户指定的第四处理对象区域生成圆盘。由此，对于难以自动置换成几何形状的区域，也可以置换成期望的几何形状。

上述形状模型修正装置中，所述第四运算处理部可以具备：长方体生成部，其当从所述输入部将预定的区域指定为所述第四处理对象区域，并且将椭圆柱指定为几何形状的情况下，基于所述第四处理对象区域的三维形状生成长方体；以及几何形状生成部，其生成与所述长方体内切的内切椭圆柱以及与所述长方体外切的外切椭圆柱，根据生成的所述内切椭圆柱及所述外切椭圆柱，生成与所述第四处理对象区域对应的椭圆柱。

根据上述形状模型修正装置，可以对由用户指定的第四处理对象区域生成椭圆柱。由此，对于难以自动置换成几何形状的区域，也可以置换成期望的几何形状。

本发明的第二方式是一种形状模型修正方法，其包括下述工序：第一运算处理工序，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用高斯映射的噪声降低处理；以及第二运算处理工序，其将在所述三维形状模型中的被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理工序未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，将所述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

本发明的第三方式是一种存储有形状模型修正程序的存储介质，所述形状模型修正程序用于使计算机执行下述处理：第一运算处理，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用高斯映射的噪声降低处理；第二运算处理，其将在所述三维形状模型中的被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，并将上述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

发明效果

根据本发明，发挥如下效果：可以尽可能排除属人性，同时将包括噪声的三维形状模型尽可能以几何形状的集合体的形式表现。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的形状模型修正装置的硬件结构的一例的结构示意图。

图2是示出本实施方式的形状模型修正装置所具有的功能的一例的功能框图。

图3是用于对高斯映射进行说明的图。

图4是用于对由本发明的一实施方式的第一运算处理部执行的处理进行说明的图。

图5是用于对由第三运算处理部执行的使用了分层群分析的图形识别进行说明的图。

图6是示出本发明的一实施方式的第四运算处理部所具有的功能的一例的功能框图。

图7是用于对由本发明的一实施方式的圆环生成部执行的圆环曲面的生成方法进行说明的图。

图8是用于对由本发明的一实施方式的圆环生成部执行的圆环曲面的生成方法进行说明的图。

图9是用于对由本发明的一实施方式的圆环生成部执行的圆环曲面的生成方法进行说明的图。

图10是示出包括噪声的三维形状模型的一例的图。

图11是示出使用现有的方法将图10中示出的三维形状模型置换成几何形状的情况的一例的图。

图12是示出使用现有的方法将图10中示出的三维形状模型置换成几何形状的情况的一例的图。

图13是用于对由本发明的一实施方式的圆盘生成部执行的圆盘部的生成方法进行说明的图。

图14是用于对由本发明的一实施方式的圆盘生成部执行的圆盘部的生成方法进行说明的图。

图15是用于对由本发明的一实施方式的圆盘生成部执行的圆盘部的生成方法进行说明的图。

图16是示出包括噪声的三维形状模型的一例的图。

图17是用于对由本发明的一实施方式的椭圆柱生成部执行的椭圆柱的生成方法进行说明的图。

图18是用于对由本发明的一实施方式的椭圆柱生成部执行的椭圆柱的生成方法进行说明的图。

图19是用于对由本发明的一实施方式的椭圆柱生成部执行的椭圆柱的生成方法进行说明的图。

图20是示出包括噪声的三维形状模型的一例的图。

图21是示出在图20中示出的三维形状模型中执行了采用本发明的一实施方式的第一运算处理部的噪声降低处理后的三维形状模型的一例的图。

图22是示出在图21中示出的三维形状模型中执行了采用本发明的一实施方式的第二运算处理部的噪声降低处理后的三维形状模型的一例的图。

图23是示出在图21中示出的三维形状模型中执行了采用本发明的一实施方式的第三运算处理部的噪声降低处理后的三维形状模型的一例的图。

图24是示出在图22中示出的三维形状模型中执行了采用本发明的一实施方式的第四运算处理部的噪声降低处理后的三维形状模型的一例的图。

附图标记说明：

1 ：形状模型修正装置

15：输入部

16：显示部

21：第一运算处理部

22：第二运算处理部

23：第三运算处理部

24：第四运算处理部

31：高斯映射部

32：模型特定部

33：恢复部

41：几何形状配置部

42：同定部

43：置换部

51：圆环生成部

52：圆盘生成部

53：椭圆柱生成部

71：直线设定部

72：几何形状生成部

73：四棱柱生成部

74：几何形状生成部

75：长方体生成部

76：几何形状生成部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的形状模型修正装置及形状模型修正方法以及存储介质的一实施方式进行说明。

图1是示出本发明的一实施方式的形状模型修正装置1的硬件结构的一例的结构示意图。形状模型修正装置1具有计算机(计算机系统)，如图1所示，例如具备：CPU11；用于存储CPU11所执行的程序及该程序参照的数据等的辅助存储装置12；作为各程序执行时的工作区域发挥功能的主存储装置13；用于与网络连接的通信接口14；包括键盘、鼠标等的输入部15；以及包括显示数据的液晶显示装置等的显示部16等。上述各部通过例如总线18连接。作为辅助存储装置12的一例，可列举例如磁盘、光盘、半导体存储器等。

在用于实现后述说明的各种功能的一系列的处理中，作为一例，以程序(例如，形状模型修正程序)的形式存储于辅助存储装置12，由CPU11将该程序读取至主存储装置13，执行信息的加工和运算处理，由此实现各种功能。在此需要说明的是，程序可以适用在辅助存储装置12中预先安装的方式、以存储于其它计算机可读存储介质中的状态提供的方式、通过利用有线或无线的通信机构发布的方式等。计算机可读存储介质是指磁盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。

图2是示出本实施方式的形状模型修正装置1所具有的功能的一例的功能框图。如图2所示，形状模型修正装置1具备：第一运算处理部21、第二运算处理部22、第三运算处理部23、第四运算处理部24等。

第一运算处理部21在以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型中，将被选择作为处理对象的区域(例如，三维形状模型的一部分或全部)特定为第一处理对象区域，对第一处理对象区域进行使用高斯映射的噪声降低处理。

作为三维形状模型的具体例，可列举例如：通过实施拓扑最优化等结构最优化而实现了轻量化等的三维形状模型、对三维结构体进行扫描而得到的三维形状模型等。拓扑最优化是指，例如对于将内部结构设为实心的结构物的有限元素法模型，执行满足各元素中的要求特性、同时使质量达到最小的最优化处理，或者执行满足目标重量、同时满足要求特性的最优化处理。

第二运算处理部22将在特定为三维形状模型中第一处理对象区域的区域之中、采用第一运算处理部21未有效地进行高斯映射的区域，换言之将噪声降低处理未成功的区域特定为第二处理对象区域，将第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。例如，根据被特定为第一处理对象区域的区域的三维形状，存在采用第一运算处理部21的噪声降低无法进行的区域、不充分的区域。该情况下，即使对于这种区域进行采用第一运算处理部21的噪声降低处理，有时也无法有效地降低噪声。如此地，将在被特定为第一处理对象区域的区域之中、采用第一运算处理部21的噪声降低处理未有效地发挥功能的区域，设定为第二处理对象区域，对该区域进行采用第二运算处理部22的噪声降低处理。

对于采用第一运算处理部的噪声降低处理是否有效地进行的判定，换言之对于噪声降低处理是否成功的判定，例如，根据是否能导出几何学形状来判定。或者，还可以预设用于评价在处理前后中噪声降低进行了何种程度的评价函数，根据利用该评价函数得到的评价值是否超过预定的阈值来判定。

第三运算处理部23将在三维形状模型中的被特定为第二处理对象区域的区域之中、采用第二运算处理部22未有效地拟合成几何形状的区域，换言之将噪声降低处理未成功的区域特定为第三处理对象区域，对第三处理对象区域的三维形状模型分配利用了分层群分析的最优形状，由此进行噪声降低处理。在此需要说明的是，对于采用第二运算处理部22的噪声降低处理是否有效地进行的判定，可以根据与上述的第一运算处理部21同样的指标进行判定。

第四运算处理部24将在三维形状模型中从输入部15指定的区域特定为第四处理对象区域，基于从输入部15输入的指示，对第四处理对象区域的三维形状模型进行几何形状的拟合，由此进行噪声降低处理。

以下，对从第一运算处理部21至第四运算处理部24执行的各处理进行说明，

如图2所示，第一运算处理部21具备高斯映射部31、模型特定部32、以及恢复部33。

高斯映射部31对第一处理对象区域的三维形状模型进行高斯映射。高斯映射是指，使曲面上的点与单位球的表面的某一点对应的映射。具体而言，求出位于曲面上的各点群的单位法线向量，使该单位法线向量的起点移动至球的原点。由此，将单位法线向量的终点表示为球面上的某一点。通过进行这种高斯映射，将曲面上的某一区域投影至高斯球的球面上的区域。另外，通过进行高斯映射，可以从三维模型缩减至二维模型。

例如，如图3(a)、(b)所示，将三角锥、圆柱投影成圆，如图3(c)所示，将平面投影成存在于高斯球面上的一个点。

模型特定部32基于进行了高斯映射的点群对二维形状模型进行特定。例如，在对图4(a)所示的包括噪声的三维形状进行高斯映射的情况下，映射后的点群成为如图4(b)所示的投影面。模型特定部32利用使用了高斯映射后的点群的统计分析方法，对二维形状模型进行特定。具体而言，除去数据的点群中所含的离群值，从而探索表现真实模型的点群，利用探索的点群确定二维形状。作为具体的统计分析方法，可列举例如：随机抽样一致性算法(RANSAC：Random Sampling Consensus)、最小中位数平方法(LMedS：Least Median ofSquares)、M推定(M-estimation)等。如此，通过使用RANSAC等求出二维形状模型，从而能够降低离群值(噪声)。由此，例如，从图4(b)中示出的点群特定出如图4(c)所示的圆。

恢复部33通过对由模型特定部32特定的二维形状模型进行逆映射，从而恢复三维形状模型。由此，可以根据如图4(c)所示的圆形，恢复到如图4(d)所示的降低了噪声的圆锥。

接下来，对第二运算处理部22进行说明。

如图2所示，第二运算处理部22具备几何形状配置部41、同定部42、以及置换部43。

几何形状配置部41为，例如，将在三维形状模型中的被特定为第一处理对象区域的区域之中、采用第一运算处理部21未有效地进行高斯映射的区域，特定为第二处理对象区域，对该第二处理对象区域配置由用户经由输入部15输入的几何形状。几何形状配置部41为，例如，从第二处理对象区域的形状中运算重心，以使几何形状的重心与运算的重心一致的方式配置几何形状。例如，当第二处理对象区域的形状为接近圆柱的形状，指定的几何形状为圆柱时，几何形状配置部41以彼此的圆柱的轴线一致的方式对第二处理对象区域配置几何形状。

同定部42基于第二处理对象区域的形状对用于特定几何形状的参数进行同定。同定部42基于几何形状与构成第二处理对象区域的点群的距离、以及几何形状的法线与构成第二处理对象区域的点群的法线的关系，对几何形状的参数进行同定。同定部42为，例如，对点群的各点或从点群提取的一部分点群的各点与几何形状的最短距离进行运算，以最短距离在预设的阈值以内的方式，对特定几何形状的参数进行同定。特定几何形状的参数是指，例如直径、边长、角度等。另外，在同定过程中，利用最小二乘法、RANSAC、高效的随机抽样一致性算法(Efficient RANSAC)等进行反复计算，由此使几何形状与第二处理对象区域的形状匹配并进行拟合。

另外，同定部42为，不仅以最短距离在预定的阈值以内的方式，还可以是以点群的各点或从点群提取的一部分点群的各点的法线、与上述各点所对应的几何形状上的点的法线的差分在预定的阈值以内的方式，对特定几何形状的参数进行同定。除距离以外，还添加法线的信息，由此可以给出针对方向的信息，因此，可以高效地进行几何形状的同定，可以缩短至收敛为止的时间。此外，同定部42还可以设为，将第二处理对象区域分割成多个区域，对每个区域进行几何形状的同定。由此，可以进一步提高同定的效率。

另外，是否结束利用同定部42的同定的阈值为，例如可以定义为存在于几何形状的内部(或外部)的点群的数量相对于全部点群的数量的比例。例如，还可以是，当在几何形状的内部中存在的点群的数量成为第二处理体操区域的全部点群的50％左右时，结束几何形状的同定。

置换部43将同定后的几何形状与第二处理对象区域的三维形状模型进行置换。由此，包括噪声的第二处理对象区域的形状被置换为由用户指定的几何形状，表示为具有无凹凸的光滑的曲面的形状。

第三运算处理部23将在三维形状模型中的被特定为第二处理对象区域的区域之中、采用第二运算处理部22未有效地拟合成几何形状的区域，特定为第三处理对象区域，对第三处理对象区域的三维形状模型分配使用了分层群分析(例如，HFC:Hierarchical FaceCluster)的最优形状，由此进行噪声降低处理。

具体而言，第三运算处理部23生成多分层的数据，如图5(a)所示的由通过第三处理对象区域的点群形成的三角形构成的第一分层，如图5(b)所示的将第一分层中相邻的2个三角形作为一组进行处理的第二分层，如图5(c)所示的进一步将相邻的3个三角形作为一组进行处理的第三分层，进而探索分别与各分层吻合的几何形状。而且，选自错误最少的分层中的几何形状，将第三处理对象区域的形状置换为选择的几何形状。在此需要说明的是，对于各分层中的几何形状的拟合方法，使用公知的技术即可。

第四运算处理部24基于在三维形状模型中从输入部15输入的来自用户的指示，对第四处理对象区域进行特定，进行第四处理对象区域的噪声降低。即，第四运算处理部24通过与用户对话的形式，对通过上述第一～第三运算处理部21～23未能降低噪声的区域或噪声降低处理不充分的区域进行噪声降低处理。

例如，第四运算处理部24将在三维形状模型中从输入部15指定的区域特定为第四处理对象区域，基于从输入部15输入的指示，对第四处理对象区域的三维形状模型进行几何形状的拟合，由此进行噪声降低处理。

例如，如图6所示，第四运算处理部24具有生成圆环的形状的圆环生成部51、生成圆盘的形状的圆盘生成部52、以及生成椭圆柱的椭圆柱生成部53等。

圆环生成部51为，例如，当在如图7所示的串联地连结有多个圆柱部80的形状中，经由输入部15将多个圆柱部80指定为第四运算对象区域、并且输入圆环的信息的情况下，生成圆环曲面。具体而言，如图6所示，圆环生成部51具备直线设定部71和几何形状生成部72。当接收从输入部15输入的几何形状和多个第四运算对象区域的信息时，如图8所示，直线设定部71设定经过各圆柱部80的轴线的平面，并在平面上特定经过各圆柱部80的轴线的中央且与轴线正交的直线(图8的虚线)。

几何形状生成部72根据对图8所示的各圆柱部80进行了特定的多个直线的交点，确定圆环的中心，基于中心、和从该中心至圆柱部80的轴线中央为止的距离生成圆环，将第四运算对象区域置换成圆环曲面。例如，圆环的中心通过如下方法确定：分别确定2条直线的交点，并对交点利用最小二乘法等统计方法，以此确定一个中心。另外，从中心至圆柱部的轴线中央为止的距离通过如下方式确定：例如，运算针对各圆柱部的距离，并对该距离利用平均等统计方法，以此确定距离。

通过这种处理，将图7中示出的不规则的形状置换成如图9所示的规整的圆环面90。

如图6所示，第四运算处理部24的圆盘生成部52具备四棱柱生成部73以及几何形状生成部74。例如，当存在如图10中示出的厚度薄的圆盘状的区域100的情况下，在利用上述的第一至第三运算处理部21～23的噪声降低方法中，可能会置换成如图11所示的还包括不希望被识别为圆盘的部分的圆柱101，或者可能会置换成如图12所示的朝向相差90度的圆柱102。因此，对于这种圆盘状的形状，通过与用户对话的形式将形状置换成几何形状。

具体而言，如图13所示，当用户从输入部15将圆形的区域A指定为第四运算对象区域，并且作为几何形状指定圆盘时，四棱柱生成部73将在被指定为第四处理对象区域的圆形的区域A中存在点群数据的区域，特定为指定区域A′。接着，如图14所示，四棱柱生成部73生成以指定区域A′的中心为中心、且指定区域A′内切的四棱柱B。例如，四棱柱生成部73对指定区域A′的三维形状模型采用分层群分析，以此生成四棱柱B、

如图15所示，几何形状生成部74生成以四棱柱B的中心中的法线为轴线、且与四棱柱B内切的圆盘C。通过进行这种处理，将图10中表示为区域100的不规则的形状置换成如图15所示的规整的圆盘形状。

如图6所示，椭圆柱生成部53具备长方体生成部75和几何形状生成部76。例如，当存在如图16所示的包括噪声的椭圆柱的区域105的情况下，在利用上述的第一至第三运算处理部21～23的噪声降低方法中，可能会置换成圆柱而不是椭圆柱。因此，对于这种椭圆柱的形状，通过与用户对话的形式将形状置换成几何形状。

具体而言，当用户从输入部15将想要表现成椭圆柱的区域105指定为第四运算对象区域，并且作为几何形状指定椭圆柱时，例如如图17所示，长方体生成部75基于第四处理对象区域的点群数据，以围绕第四处理对象区域的全部点群的方式生成长方体D。

接着，如图18所示，几何形状生成部76生成与长方体D内切的内切椭圆柱108及与长方体D外切的外切椭圆柱110，根据生成的内切椭圆柱108及外切椭圆柱110，生成与第四处理对象区域对应的椭圆柱。例如，如图19所示，几何形状生成部76求出内切椭圆柱108的截面形状的椭圆115及外切椭圆柱110的截面形状的椭圆118的长轴及短轴的平均值，从具有平均值的长轴及短轴的椭圆120生成椭圆柱，将第四处理对象区域置换为该椭圆柱。通过这种处理，将图16所示的不规则的形状置换成规整的椭圆柱。

接下来，以图20所示的三维形状模型为示例，具体说明本实施方式的形状模型修正装置1执行的形状模型修正方法。在此需要说明的是，由第一运算处理部21～第四运算处理部24进行的处理的详细说明如上所述，因此，此处省略说明。

例如，对如图20所示的包括噪声的三维形状模型执行采用第一运算处理部21的噪声降低处理。即，第一运算处理部21将三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对第一处理对象区域进行使用了高斯映射的噪声降低处理。具体而言，对第一处理对象区域的三维形状模型进行高斯映射，对基于进行了高斯映射的点群特定二维形状模型，对特定的二维形状模型进行逆映射，由此恢复三维形状模型。由此，例如，将如图21所示的包括噪声的圆柱部置换成规整的圆柱部130，降低噪声、

接着，执行采用第二运算处理部22的噪声降低处理。例如，第二运算处理部22将在三维形状模型中的被特定为第一处理对象区域的区域之中、采用第一运算处理部21未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，将第二处理对象区域的三维形状模型拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

具体而言，第二运算处理部22基于由用户经由输入部15输入的第二处理对象区域及几何形状的信息，对第二处理对象区域配置几何形状，基于第二处理对象区域的形状，对配置的几何形状同定几何形状的参数。由此，如图22所示，将多个区域140分别置换成圆柱部。

接着，执行利用第三运算处理部23的噪声降低处理。例如，第三运算处理部23将在三维形状模型中的被特定为第二处理对象区域的区域之中、采用第二运算处理部22未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第三处理对象区域，对第三处理对象区域的三维形状模型分配利用了分层群分析的最优形状，由此进行噪声降低处理。由此，例如，如图23所示，将多个区域150置换成圆柱部。

接着，第四运算处理部24将在三维形状模型中由输入部15指定的区域，特定为第四处理对象区域，基于从输入部15输入的指示，对第四处理对象区域的三维形状模型进行几何形状的拟合，由此进行噪声降低处理。具体而言，用户对采用上述的第一至第三运算处理部21～23的运算处理而噪声未降低的区域，换言之对未置换成几何形状的区域，指定成第四处理对象区域，指定针对该区域的适当的几何形状。例如，用户操作输入部15，在显示部16中显示的三维形状模型中指定想要表现为圆环曲面的第四处理对象区域，并且指定圆环为几何形状。第四运算处理部24接受第四运算对象区域以及圆环的信息时，在第四处理对象区域生成圆环曲面。

另外，对于包含大量噪声的其它区域，也同样地经由输入部15输入区域的信息和几何形状的信息，采用第四运算处理部24将其它区域置换成几何形状。

由此，生成如图24所示的全部结构以几何形状表现的三维形状模型。

以上，如上所述，根据本实施方式的形状模型修正装置1，具备第一运算处理部21至第四运算处理部24，因此可以将包括噪声的三维形状模型修正成由几何形状构成的三维形状模型。另外，用户仅指定区域和几何形状即可，因此可以尽可能排除属人性，并且与以往相比，可以减轻用户的负担，另外还可以缩短形状修正所耗费的时间。

此外，根据本实施方式，以精度(噪声弱)低但处理速度快的第一运算处理部21到精度逐渐变高且处理速度变慢的方法的第二运算处理部22、第三运算处理部23的顺序，实施三维形状模型的噪声降低处理，因此利用处理速度快的第一运算处理来先处理能够对应的部分，由此可以有效地进行噪声降低处理。另外，最后进行采用需要用户的输入指示的第四运算处理部24的噪声降低，由此可以尽可能减少人为介入的区域。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式中记载的范围。在不脱离发明的主旨的范围内，可以在上述实施方式中加入各种变更或改进，加入了该变更或改进的方式也包括在本发明的技术的范围内。另外，可以适当组合上述实施方式。

Claims (11)

1.一种形状模型修正装置，其特征在于，具备：

第一运算处理部，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用了高斯映射的噪声降低处理；以及

第二运算处理部，其将在所述三维形状模型中被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理部未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，并将所述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

2.根据权利要求1所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述第一运算处理部具备：

高斯映射部，其对所述第一处理对象区域的三维形状模型进行高斯映射；

模型特定部，其基于进行了高斯映射的点群对二维形状模型进行特定；以及

恢复部，其根据经高斯映射的所述二维形状模型恢复三维形状模型。

3.根据权利要求1或2所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述第二运算处理部具备：

几何形状配置部，其对所述第二处理对象区域配置几何形状；

同定部，其基于所述第二处理对象区域的三维形状模型，对用于特定所述几何形状的参数进行同定；以及

置换部，其将同定后的几何形状与所述第二处理对象区域的三维形状模型进行置换。

4.根据权利要求3所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述同定部基于所述几何形状与构成所述第二处理对象区域的点群的距离、以及所述几何形状的法线与构成所述第二处理对象区域的点群的法线的关系，对所述几何形状的参数进行同定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述形状模型修正装置具备第三运算处理部，

所述第三运算处理部将在所述三维形状模型中被特定为所述第二处理对象区域的区域之中、采用所述第二运算处理部未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第三处理对象区域，并对所述第三处理对象区域的三维形状模型分配利用了分层群分析的最优形状，由此进行噪声降低处理。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述形状模型修正装置具备：

输入部，其用于供用户输入所述三维形状模型中实施噪声降低处理的第四处理对象区域以及分配给所述第四处理对象区域的几何形状；以及

第四运算处理部，其基于从所述输入部输入的指示，对所述第四处理对象区域的三维形状模型进行几何形状的拟合，由此进行噪声降低处理。

7.根据权利要求6所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述第四运算处理部具备：

直线设定部，其当从所述输入部将串联连结的多个圆柱部指定为所述第四处理对象区域，并且将圆环指定为几何形状的情况下，设定经过各所述圆柱部的轴线的平面，并在所述平面上特定经过各所述圆柱部的轴线的中央且与所述轴线正交的直线；以及

几何形状生成部，其根据对各圆柱部进行了特定的多个所述直线的交点确定圆环的中心，并基于所述中心和从所述中心至所述圆柱部的轴线中央为止的距离而生成圆环。

8.根据权利要求6或7所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述第四运算处理部具备：

四棱柱生成部，其当从所述输入部将预定的区域指定为所述第四处理对象区域，并且将圆盘指定为几何形状的情况下，基于所述第四处理对象区域的三维形状生成四棱柱；以及

几何形状生成部，其以所述四棱柱的中心上的法线作为轴线，生成与所述四棱柱内切的圆盘。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的形状模型修正装置，其特征在于，

所述第四运算处理部具备：

长方体生成部，其当从所述输入部将预定的区域指定为所述第四处理对象区域，并且将椭圆柱指定为几何形状的情况下，基于所述第四处理对象区域的三维形状生成长方体；以及

几何形状生成部，其生成与所述长方体内切的内切椭圆柱以及与所述长方体外切的外切椭圆柱，并根据生成的所述内切椭圆柱及所述外切椭圆柱，生成与所述第四处理对象区域对应的椭圆柱。

10.一种形状模型修正方法，其包括下述工序：

第一运算处理工序，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用了高斯映射的噪声降低处理；以及

第二运算处理工序，其将所述三维形状模型中被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理工序未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，并将所述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

11.一种存储有形状模型修正程序的存储介质，其特征在于，

所述形状模型修正程序用于使计算机执行下述处理：

第一运算处理，其将以包括噪声的多个点群数据的形式表示的三维形状模型的一部分或全部特定为第一处理对象区域，对所述第一处理对象区域进行使用了高斯映射的噪声降低处理；以及

第二运算处理，其将在所述三维形状模型中被特定为所述第一处理对象区域的区域之中、采用所述第一运算处理未有效地进行噪声降低处理的区域，特定为第二处理对象区域，并将所述第二处理对象区域拟合成几何形状，由此进行噪声降低处理。

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