JP2000076456A - ３次元形状データ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 顔面模型の輪郭部分において切削加工のバラ
ツキを抑えることを可能とした３次元形状データ処理装
置を提供する。 【解決手段】 平滑化処理の対象となる輪郭部の格子点
が定まると、近傍格子点との座標値の重み付け平均化処
理が施され、輪郭部の格子点が平滑化される（ＳＴ６
１）。このステップにより輪郭が内側に小さくなるの
で、平滑化前と平滑化後の格子点で差分ベクトルの投影
方向成分を抽出し（ＳＴ６２）、差分ベクトルの投影方
向成分と平滑化前の格子点の３次元座標ベクトルとを加
算することで、拘束処理後の格子点位置を求める（ＳＴ
６３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、実存する物体の
模型を作成するための３次元形状データ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平９−１４５３１９号公報
に開示されるような可搬型の非接触式３次元計測装置
（３次元カメラ）が商品化され、ＣＧ（コンピュータグ
ラフィック）システムやＣＡＤシステムへのデータ入
力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利用されてい
る。非接触の計測方法としては、スリット光投影法（光
切断法）が一般的であるが、他にもパターン光投影法、
ステレオ視法、干渉縞法などが知られている。

【０００３】また、パーソナルコンピュータで利用可能
な３次元ＣＧソフトウェア、およびホビー用の小型の３
次元切削マシンが市販されている。これらを用いれば、
一般家庭でも模型や創作物を手軽に製作することができ
る。

【０００４】一方、利用客の顔写真シールをその場で作
成する一種の自動販売機が人気を集めている。利用客は
料金分の硬貨を投入し、モニタ画面を見ながらカメラの
前で好みのポーズをとる。そして、所定の操作を行う
と、一定数のシールが並んだシートが作成されて取出口
に排出される。大半の機種では、顔写真の形状や写し込
み模様などについて複数の選択肢が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の３次元計測装置
によれば、写真をとるのと同程度の手軽さで人体を含む
各種物体の形状をデータ化することができる。非接触式
であるので、人体を計測する場合であっても、計測対象
者が煩わしさを感じることはない。そこで、この３次元
計測装置を顔写真ならぬ顔面模型の作成に利用すること
が考えられる。つまり、３次元加工機と組み合わせれ
ば、人物の顔を計測してその場で適当な倍率の模型を作
成することが可能である。

【０００６】上述した非接触の３次元計測では、顔面
中、傾斜のある輪郭部分では距離画像データの変化が大
きいため、輪郭部分を顔面模型に顕出させる際にギザギ
ザ状になるという問題があった。

【０００７】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、顔面模型の輪郭部分において切削
加工のバラツキを抑えることを可能とした３次元形状デ
ータ処理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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次元形状データ処理装置は、対象物を非接触で３
次元計測して得られる距離画像データに基づいて、前記
対象物の輪郭形状および凹凸形状をモデル化するための
３次元形状データを生成し、出力する３次元形状データ
処理装置であって、前記距離画像データのうち、前記対
象物の輪郭部に対応する境界データに重み付け平均化処
理を施して平滑化する外周平滑化部を備えている。

【０００９】本発明に係る請求項２記載の３次元形状デ
ータ処理装置は、前記距離画像データが、前記対象物を
所定の投影方向から標本化格子に投影し、前記対象物の
形状を３次元座標値として投影面上で格子状に配列した
データであって、前記標本化格子は、前記対象物に対応
した投影データを有する有効格子点と、前記対象物に対
応した投影データを有さない無効格子点とを含み、前記
境界データは、前記無効格子点と隣合っている有効格子
点のデータで規定され、前記重み付け平均化処理は、前
記境界データを構成する有効格子点の１つを平滑化対象
格子点とし、該平滑化対象格子点と前記平滑化対象格子
点に隣接する複数の有効格子点との間の距離に応じてそ
れぞれ設定される重み係数を、前記平滑化対象格子点の
データに積算し、その総和を取る処理を含んでいる。

【００１０】本発明に係る請求項３記載の３次元形状デ
ータ処理装置は、前記対象物の前記標本化格子に対する
投影が、前記所定の投影方向が１方向である正投影法に
よってなされる。

【００１１】本発明に係る請求項４記載の３次元形状デ
ータ処理装置は、前記対象物の前記標本化格子に対する
投影が、前記所定の投影方向が前記標本化格子の格子点
ごとに異なる透視投影法によってなされる。

【００１２】本発明に係る請求項５記載の３次元形状デ
ータ処理装置は、前記外周平滑化部が、前記重み付け平
均化処理の後に、前記重み付け平均化処理前の前記平滑
化対象格子点の３次元座標値と、前記重み付け平均化処
理後の前記平滑化対象格子点の３次元座標値との差分ベ
クトルを算出し、該差分ベクトルの前記所定の投影方向
成分のみを抽出して、前記重み付け平均化処理前の前記
平滑化対象格子点の３次元座標値に加算することで、前
記平滑化対象格子点の移動方向を、前記所定の投影方向
のみに拘束する拘束処理を行う機能を有している。

【００１３】

【発明の実施の形態】＜Ａ．立体模型作成装置＞図１は
この発明に係る立体模型作成装置１の外観図である。立
体模型作成装置１は、物体形状を計測し、その計測デー
タに基づいて素材をその場で加工する機能を有してお
り、利用客の顔をかたどった小物品の自動販売機として
使用される。作成される物品は、所定形状（例えば四角
形）の板面から顔面の模型が突き出た立体である。板面
（背景部分）に特定の起伏模様を付加することも可能で
ある。このような物品に適当な金具を取り付ければ、ペ
ンダント、ブローチ、キーホルダなどのアクセサリーと
なる。予め素材に金具を取り付けておいてもよい。

【００１４】ほぼ等身大の筐体１０の上半部の前面に、
利用客がポーズを確認するためのディスプレイ１６とと
もに、光学式３次元計測のための投光窓１２および受光
窓１４が設けられている。受光窓１４は２次元のカラー
撮影にも用いられる。筐体１０の下半部は上半部よりも
前方側に張り出しており、その上面が操作パネル１８と
なっている。商品の取出口２０は下半部の前面に設けら
れている。

【００１５】利用客は立体模型作成装置１に向かって立
ち、料金分の硬貨を投入する。その後に利用客がスター
ト操作を行うと、立体模型作成装置１は正面の一定範囲
内に存在する物体の形状を計測するとともに、計測結果
を示す３次元形状モデル（例えばサーフェスモデル）を
表示する。そして、利用客が構図の決定を指示する確認
操作を行うと、立体模型作成装置１は計測結果に応じた
３次元加工を開始する。数分程度の時間で商品が完成す
る。利用客は取出口２０から商品を取り出す。

【００１６】図２は操作パネル１８の平面図である。操
作パネル１８には、スタートボタン１８１、確認ボタン
１８２、キャンセルボタン１８３、ジョイスティック１
８４、および硬貨の投入口１８５が設けられている。ス
タートボタン１８１はスタート操作手段であり、確認ボ
タン１８２は確認操作手段である。ジョイスティック１
８４は模型の構図の変更指示に用いられる。左右に傾け
るパーン操作、上下に傾けるチルト操作、およびノブを
回転させるロール操作に呼応して３次元形状モデルの回
転処理が行われ、処理結果が逐次に表示される。また、
キャンセルボタン１８３は、利用客が表示された３次元
形状モデルが気に入らないときなどに再計測を指示する
ための操作手段である。ただし、キャンセルボタン１８
３には有効回数が設定されており、無制限に再計測を指
示することはできない。

【００１７】図３は立体模型作成装置１の機能ブロック
図である。立体模型作成装置１は、模型サイズの３次元
形状モデルを生成するモデリングシステム１Ａと、３次
元形状モデルを顕在化する加工システム１Ｂとから構成
されている。

【００１８】モデリングシステム１Ａは、オリジナル物
体である利用客の外観情報をディジタルデータに変換
（データ化）する撮影システム３０を含んでいる。撮影
システム３０は、スリット光投影法で形状情報をデータ
化して、３次元の距離画像データ（３次元画像データ）
ＤＳを出力する３次元計測装置３４、色情報をデータ化
して２次元のカラー画像データＤＣを出力するする２次
元撮影装置３６、およびコントローラ３８より構成され
ている。

【００１９】ここで、距離画像データＤＳはＸＹＺの直
交座標系における座標値として与えられるデータであ
り、３次元計測装置３４内の計測基準点から対象物の当
該計測点までの距離情報を与えるものである。距離画像
データＤＳには、対象物からの反射光の計測データが得
られたか否かを示す有効フラグの情報も含まれる。

【００２０】他方、カラー画像データＤＣは、各画素の
３原色データ、即ち、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、
Ｂ（ブルー）より成るデータである。例えば、撮影シス
テム３０を特開平９−１４５３１９号公報に開示されて
いる３次元カメラを用いて構成するときには、３次元計
測と２次元撮影とを同一視点から行うことができるた
め、距離画像データＤＳとカラー画像データＤＣとの対
応付けを極めて容易に行うことができる。なお、カラー
画像データＤＣは４００×４００画素データから構成さ
れ、距離画像データＤＳは２００×２００の画素データ
から構成される。

【００２１】勿論、３次元計測と２次元撮影とをそれぞ
れ異なる視点で行った場合でも、距離画像データＤＳ，
カラー画像データＤＣにはそれぞれ視点情報が付加され
ており、且つ３次元計測結果と２次元撮影結果との座標
の相対関係は既知であるため、距離画像データＤＳ，カ
ラー画像データＤＣとの対応付けを支障なく行うことが
できる。このような距離画像データＤＳおよびカラー画
像データＤＣは、後述するデータ処理装置４０に入力さ
れる。

【００２２】なお、３次元計測法として、スリット光投
影法に代えて他の手法を用いてもよい。

【００２３】データ処理装置４０は図示しない画像処理
回路を備えており、本発明に特有のデータ修正を含む各
種のデータ処理を行い、本発明の中核部分である。デー
タ処理装置４０のコントローラ４２は、立体模型作成装
置１の全体的な制御をも担い、撮影システム３０のコン
トローラ３８および加工システム１Ｂのコントローラ１
７６に適切な指示を与える。このコントローラ４２に
は、ディスプレイ１６および操作入力システム４４が接
続されている。操作入力システム４４は、上述の操作パ
ネル１８と料金受領機構とからなる。

【００２４】一方、加工システム１Ｂは、樹脂ブロック
などの材料を切削する加工装置１７２、材料の加工位置
への供給と加工品の取出口２０への搬送を行う材料供給
装置１７４、コントローラ１７６、および取出口センサ
１７８を備えている。取出口センサ１７８の検出信号は
コントローラ４２に入力される。

【００２５】なお、撮影システム３０および加工システ
ム１Ｂの制御をコントローラ４２に受け持たせ、コント
ローラ３８およびコントローラ１７６を省略した回路構
成を採用してもよい。

【００２６】＜Ｂ．立体模型作成装置の概略動作＞図４
は立体模型作成装置１の概略の動作を示すフローチャー
トである。以下、同図を参照してその概略動作の処理手
順を説明する。

【００２７】電源が投入された後、利用客による操作を
待つ待機期間において、２次元撮影と撮影結果の表示と
を繰り返す（ＳＴ１０、ＳＴ１２、ＳＴ１４）。また、
定期的に案内メッセージを表示する。料金が投入されて
スタートボタン１８１が押されると、改めて２次元撮影
を行うとともに３次元計測を行う（ＳＴ１６、ＳＴ１
８）。所定のデータ処理を行い（ＳＴ２０）、得られた
３次元形状モデルを表示する（ＳＴ２２）。このとき、
影を付すといった公知のグラフィック手法を適用して見
栄えを高める。そして、指示操作を待つ。ただし、待ち
時間は有限であり、時限を過ぎれば確認操作が行われた
ものとみなす。

【００２８】ジョイスティック１８４が操作されると、
上述のように３次元形状モデルを操作に応じて回転させ
て表示する（ＳＴ２４、ＳＴ３８）。キャンセルボタン
１８３が押されると、待機期間の動作に戻る（ＳＴ４
０、ＳＴ１０）。ただし、この場合、利用客が料金を改
めて投入する必要はなく、スタートボタン１８１を押せ
ば、再計測が行われる。

【００２９】確認ボタン１８２が押されると（ＳＴ２
６）、３次元形状モデルに基づいて加工条件データベー
スを参照して加工制御用のデータを生成し（ＳＴ２
８）、材料の加工を行う（ＳＴ３０）。加工が終わる
と、商品を排出し（ＳＴ３２）、取出口センサ１７８に
よって商品が取り出されたのを確認して待機動作に戻る
（ＳＴ３４、ＳＴ１０）。

【００３０】＜Ｃ．データ処理＞ ＜Ｃ−１．顔面形状処理機能ＳＦ１，ＳＦ２＞図５は、
図４のステップＳＴ２０のデータ処理をデータの流れを
示すデータフロー図である。図５において、ハッチング
付の太矢印線はカラー画像データＤＣの流れを示してお
り、各機能Ｆ１〜Ｆ９、ＳＦ１およびＳＦ２は３次元形
状データを生成するために、図３で示したデータ処理装
置４０で行われるデータ処理機能を示している。特に、
機能ＳＦ１およびＳＦ２は、３次元形状データ中、顔面
の両眼形状モデルのデータを生成するための機能に該当
している。以下、各機能Ｆ１〜Ｆ３、ＳＦ１、ＳＦ２、
Ｆ４〜Ｆ９をこの順で説明することにするが、本発明の
中核をなす機能は機能Ｆ８である。

【００３１】＜Ｃ−２．距離平滑化機能Ｆ１＞データ処
理装置４０は、図３の３次元計測装置３４が出力する未
加工の３次元形状データである距離画像データＤＳに対
してノイズ除去してノイズ除去済みの距離画像データＤ
Ｓ１を得る。

【００３２】＜Ｃ−３．背景除去機能Ｆ２＞次に、デー
タ処理装置４０は、ノイズ除去後の距離画像データＤＳ
１に対して、顔面領域を与えるデータの抽出処理を行
う。すなわち、データ処理装置４０は後述するカラー平
滑化後のカラー画像データＤＣ１が与えるカラー画像中
の顔面領域を３次元の距離画像データＤＳ１に対応付け
ることにより、背景データが除去された顔面領域のみを
与える距離画像データＤＳ２を生成する。ここで「顔面
領域」とは、髪の毛、首（顎の下）、耳を除いた顔の領
域を指す。

【００３３】＜Ｃ−４．欠陥データ補間機能Ｆ３＞背景
除去機能Ｆ２によって背景除去された距離画像データＤ
Ｓ２に対して、データ処理装置４０は、データ欠落画素
部分を周囲の画素を用いて補間する。補間の方法として
は線形補間等がある。データ欠落画素部分が生じる理由
は主として次の２つが考えられる。

【００３４】３次元計測装置３４からの計測用のレーザ
光を対象物に照射してその反射光を計測する際、対象
物の黒色部分ではレーザ光の反射率が著しく低下するた
め、模型用顔領域中の黒色部分（黒目部分、眉等）のデ
ータが欠落する、上記計測方式では、対象物中、投光
側および受光側の両方から見える部分だけのデータが得
られるにすぎないため、そうでない部分のデータが欠落
してしまう。

【００３５】＜Ｃ−５．カラー平滑化機能ＳＦ１＞図３
の３次元計測装置３４が出力する未加工のカラー画像デ
ータＤＣに対してデータ処理装置４０は、ノイズ除去し
てノイズ除去済みのカラー画像データＤＣ１を得る。

【００３６】＜Ｃ−６．両眼領域推定機能ＳＦ２＞デー
タ処理装置４０は、カラー平滑化機能ＳＦ１によってノ
イズ除去されたカラー画像データＤＣ１より、両眼部分
の領域を与える２次元のデータＤＣ２を抽出する。ここ
で両眼領域の抽出処理を行うのは、既述したように、距
離画像データから両眼の形状モデルを作成するためであ
る。そして、両眼の形状モデルを３次元形状データの１
つとして作成するのは、人の顔を認識する際の本質的な
部分である両眼（黒目部分）には凹凸形状がない反面、
両眼には色の変化があるため、この輝度情報を奥行きな
いしは深さ（凹凸）の情報として顔面模型に反映させる
ためである。

【００３７】＜Ｃ−７．ＣＦ（Ｃamera Ｆace）ＣＦ座
標変換機能Ｆ４＞データ処理装置４０は、３次元の距離
画像データＤＳ３および２次元の両眼領域データＤＣ２
に対してＣＦ座標変換を施すことにより、３次元の両デ
ータＤＳ４およびＤＣ４を生成する。すなわちデータ処
理装置４０は、距離画像データＤＳ３および両眼領域デ
ータＤＣ２がそれぞれ与える人の顔形状および両眼形状
が、カメラに対して真正面に向いた状態となるように座
標変換（正対処理）を行う。これにより、カメラ中心の
座標系で表現されていた両データＤＳ３およびＤＣ２
は、顔中心の座標系で表現されることになる。

【００３８】＜Ｃ−８．再標本化機能Ｆ５＞データ処理
装置４０は、ＣＦ座標変換機能Ｆ４でＣＦ座標変換され
た距離画像データＤＳ４に対して再標本化あるいは均等
化というデータの座標変換処理を行う。３次元計測装置
３４が透視投影変換により得た距離画像データＤＳを元
データとする距離画像データＤＳ４は不規則に画素が並
んだデータとなっている。そこで、距離画像データＤＳ
４を新たな視点から見たときに均等に画素が並んでいる
距離画像データに座標変換するのが再標本化処理であ
る。

【００３９】再標本化機能Ｆ５の再標本化処理によって
距離画像データＤＳ４は、人の顔形状モデルを与えるた
めの第１の形状データＤＳ５１、疑似両眼形状モデルを
第２の形状データＤＳ５２、および顔輪郭近傍形状モデ
ルを生成するための第３の形状データＤＳ５３に変換さ
れる。

【００４０】＜Ｃ−９．疑似両眼形状設定機能Ｆ６＞デ
ータ処理装置４０は、ＣＦ座標変換機能Ｆ４でＣＦ座標
変換されたカラー画像データＤＣ４および再標本化機能
Ｆ５で再標本化された第２の形状データＤＳ５２とに基
づき、第２の形状データＤＳ５２における両眼対応領域
の奥行き（切削深さ）を与える疑似両眼形状データＤＳ
６を生成する。

【００４１】＜Ｃ−１０．顔輪郭形状設定機能Ｆ７＞再
標本化機能Ｆ５で再標本化された人の顔形状モデルを与
えるための第１の形状データＤＳ５１および顔輪郭近傍
形状モデルを生成するための第３の形状データＤＳ５３
に基づき、第３の形状データＤＳ５３が与える形状モデ
ルから、第１の形状データＤＳ５１が与える形状モデル
と重複した部分のデータ削除を行い（差分処理）、顔輪
郭形状データＤＳ７（境界データ）を生成する。

【００４２】＜Ｃ−１１．外周平滑化機能機能Ｆ８＞顔
輪郭形状設定機能Ｆ７で生成された顔輪郭形状データＤ
Ｓ７および再標本化機能Ｆ５で再標本化された第１の形
状データＤＳ５１に対して外周平滑化を行う。すなわ
ち、顔面中、傾斜のある輪郭部分では距離画像データの
変化が大きいため、かかる傾斜面を顔面模型に顕出させ
る際にギザギザ状になるという問題が生じる。そこで、
横方向から顔面模型を眺めても傾斜面の切削位置が平滑
化するように、両データＤＳ５１およびＤＳ７をそれぞ
れ修正して第１の形状データＤＳ８１および顔輪郭形状
データＤＳ８３を生成する。なお、本機能については後
に詳述する。

【００４３】＜Ｃ−１２．ＦＷ（Ｆace Ｗork）座標変
換機能Ｆ９＞外周平滑化機能機能Ｆ８で外周平滑化処理
された第１の形状データＤＳ８１および顔輪郭形状デー
タＤＳ８３並びに疑似両眼形状設定機能Ｆ６で生成され
た疑似両眼形状データＤＳ６に対して、これらのデータ
が顔面を加工するワークの大きさに応じた形状データと
なるように座標変換を施す。

【００４４】これにより、顔形状モデルを与える顔形
状データＤＳ９１、疑似両眼形状モデルを与える疑似
両眼形状データＤＳ９２、および顔輪郭近傍形状モデ
ルを与える顔輪郭近傍形状データＤＳ９３が最終的に得
られる。これらの形状データＤＳ９１，ＤＳ９２および
ＤＳ９３を「３次元形状データ」とも総称する。なお、
本機能については後に詳述する。

【００４５】＜Ｄ．外周平滑化機能機能Ｆ８についての
詳細＞ ＜Ｄ−１．距離画像データの平滑化＞まず、再標本化さ
れた距離画像データについて図６を用いて簡単に説明す
る。図６に示すように３次元オブジェクトＯＪに、ある
方向（図中においてはｐ方向）から正方格子（標本化格
子）ＭＲＸを正投影することにより再標本化されたデー
タは、投影面上で格子状に規則正しく配列されており、
各格子点には定められた３次元直交座標系における座標
値が格納されている。このような３次元点列データを再
標本化された距離画像データと称する。このデータは、
先述した再標本化機能Ｆ５によって得られた、第１の形
状データＤＳ５１および、第１の形状データＤＳ５１に
基づいて顔輪郭形状設定機能Ｆ７によって得られた、顔
輪郭形状データＤＳ７（境界データ）として与えられ
る。

【００４６】なお、標本化格子ＭＲＸにおいて対応する
３次元データを有さない格子点（無効格子点ｋ）には
「無効」を示す無効フラグが付加され、対応する３次元
データを有する格子点（有効格子点ｉ）には「有効」を
示す有効フラグが付加されている。

【００４７】標本化格子ＭＲＸ上の有効フラグを有する
格子点において、自分自身の３次元座標値、および格子
上で隣接する格子点（４近傍または８近傍）のうち、有
効フラグを持つものの３次元座標値の重み付け平均化処
理を行うことが距離画像データの平滑化である。

【００４８】＜Ｄ−２．輪郭部の距離画像データの平滑
化＞図７および図８に、それぞれ４近傍および８近傍の
格子点による平滑化のモデルを示す。図７においては、
４近傍の格子点による平滑化の一例として、平滑化対象
となる有効格子点ｉと、それに隣接する３つの有効格子
点ｊ₁、ｊ₂、ｊ₃と、隣接する無効格子点ｋ₁の５つが示
されている。なお、４近傍とは、平滑化対象となる有効
格子点ｉの他に、その周囲の４つの格子点を含んでいる
ことを意味している。

【００４９】また、図８においては、８近傍の格子点に
よる平滑化の一例として、平滑化対象となる有効格子点
ｉと、それに隣接する６つの有効格子点ｊ₁〜ｊ₆と、隣
接する２の無効格子点ｋ₁、ｋ₂の９つが示されている。
なお、８近傍とは、平滑化対象となる有効格子点ｉの他
に、その周囲の８つの格子点を含んでいることを意味し
ている。

【００５０】図７および図８において、無効格子点ｋを
示した理由は、本発明においては、顔面の外周、すなわ
ち輪郭部分に平滑化処理を施すことを特徴としているか
らである。すなわち、有効フラグを有する格子点におい
て顔面の輪郭を構成する格子点は、無効フラグを有する
格子点と隣合っている有効フラグを有する格子点であ
り、図７および図８においては有効格子点ｉがそれに該
当する。

【００５１】＜Ｄ−３．特徴的作用効果＞このような、
顔面の輪郭を構成する格子点に対応する３次元座標値
（境界データ）の重み付け平均化処理を行うことで、顔
面の輪郭形状を平滑化し、傾斜のある輪郭部分を顔面模
型に顕出させる際に切削位置を平滑化することができ、
横方向から顔面模型を眺めた場合に滑らかな加工面を得
ることができる。

【００５２】なお、３次元座標値の重み付け平均化処理
は以下に示す数式（１）によって行うことができる。

【００５３】

【数１】

【００５４】数式（１）において、有効格子点のうち輪
郭を構成する格子点のインデックスの集合をＢ、有効格
子点のインデックスの集合をＥ、平滑化対象となる格子
点ｉ自身と、それに隣接する４点（４近傍）、または平
滑化対象となる格子点ｉ自身と、それに隣接する８点
（８近傍）の格子点のインデックスの集合をＮ_i、格子
点ｉの平滑化前の３次元座標ベクトルをＶ_i、格子点ｉ
および、その近傍の有効格子点の３次元座標ベクトルを
Ｖ_j、格子点ｉの平滑化後の３次元座標ベクトルをＶ_i’
とする。

【００５５】なお、ｗ_i,Jは２つの格子間距離（または
３次元空間における距離）に応じて設定される重み係数
であり、距離が大きくなるにつれて値が単調に減少する
ような関数によって設定される。

【００５６】＜Ｄ−４．３次元座標値の拘束処理＞上述
したような重み付け平均化処理（平滑化）を行った場
合、輪郭を構成する格子点（有効な格子点）が、輪郭の
周囲の無効な格子点の側から離れる方向に移動すること
になり、平滑化後の輪郭を見ると平滑化前よりも内側に
小さくなっている。

【００５７】図９に４近傍の格子点による平滑化後のモ
デルを示す。図９に示すように、平滑化対象となる有効
格子点ｉを平滑化すると、無効格子点ｋから離れるよう
に移動し、有効格子点ｉ’となる。

【００５８】この現象を標本化格子ＭＲＸに投影された
画像として見た場合の一例を図１０に示す。図１０にお
いて平滑化前の輪郭Ｃ１は、平滑化後には輪郭Ｃ２とな
る。

【００５９】このような現象を防止するには、平滑化を
行う際に、各格子点の３次元座標値が投影方向以外には
移動せず、あたかも視線に対して拘束されているように
すれば良い。すなわち、数式（１）で示される平滑処理
を輪郭を構成する格子点に対して施した後、移動後の格
子点の座標値と元（平滑化前）の格子点の座標値との差
分ベクトルを計算し、その差分ベクトルの投影方向成分
のみを取り出して元の格子点の座標値に加えれば良い。
この処理（拘束処理）を行うための数式（２）を以下に
示す。

【００６０】

【数２】

【００６１】数式（２）において、投影の方向を示す３
次元単位ベクトルをｐ、その転置ベクトルをｐ^Tとし、
格子点ｉの平滑化前の３次元座標ベクトルをＶ_i、格子
点ｉの平滑化後の３次元座標ベクトルをＶ_i’、拘束処
理後の３次元座標ベクトルをＶ_i”とする。

【００６２】従って、数式（１）で得られた平滑化後の
３次元座標ベクトルＶ_i’を上記数式（２）で処理する
ことで視線拘束を行うことができる。なお、数式（２）
の右辺第２項は差分ベクトルの投影方向成分を表す。

【００６３】以上説明した拘束処理の概念を図１１を用
いて示す。図１１において、標本化格子ＭＲＸに投影さ
れた距離画像データのうち、輪郭を示す格子点ｉの平滑
化前の３次元座標ベクトルをＶ_i、格子点ｉの平滑化後
の３次元座標ベクトルをＶ_i’、拘束処理後の３次元座
標ベクトルをＶ_i”として示している。図１１に示すよ
うに、拘束処理により格子点ｉは投影方向に沿ってＶ_i
からＶ_i”に移動することになり、投影方向以外に移動
することは防止される。従って、標本化格子ＭＲＸに投
影された画像の輪郭が内側に小さくなることが防止され
ることになる。

【００６４】＜Ｄ−５．外周平滑化処理の全体フロー＞
以上説明した、輪郭部の距離画像データの平滑化（外周
平滑化処理）および拘束処理の一連の動作を図１２に示
すフローチャートにまとめる。

【００６５】図１２において、外周平滑化処理がスター
トすると、ステップＳＴ６０において平滑化処理の対象
が有効格子点であるか否かを確認する。これは、図５に
示すデータフロー図に示す顔輪郭形状設定機能Ｆ７で生
成された顔輪郭形状データＤＳ７を対象とする動作であ
る。

【００６６】そして、平滑化処理の対象となる輪郭部の
格子点が定まると、近傍格子点との座標値の重み付け平
均化処理が施され、輪郭部の格子点が平滑化される（Ｓ
Ｔ６１）。

【００６７】なお、再標本化機能Ｆ５で再標本化された
第１の形状データＤＳ５１は、近傍格子点（有効格子
点）のデータとして利用される。

【００６８】このステップにより、先に説明したように
輪郭が内側に小さくなるので、数式（２）により拘束処
理を行う。そのために、まずステップＳＴ６２において
数式（２）の右辺第２項に示す差分ベクトルの投影方向
成分を抽出する。

【００６９】そして、ステップＳＴ６３において、差分
ベクトルの投影方向成分と平滑化前の格子点の３次元座
標ベクトルとを加算することで、拘束処理後の格子点位
置を求める。この格子点位置のデータが顔輪郭形状デー
タＤＳ８３となる。

【００７０】次に、ステップＳＴ６０〜ＳＴ６３の処理
を輪郭を構成する全ての格子点に対して施したか否かを
確認し（ＳＴ６４）、未処理の格子点が存在すればステ
ップＳＴ６０〜ＳＴ６３の処理を繰り返し、全ての格子
点が処理されていれば外周平滑化処理を終了する。

【００７１】＜Ｄ−６．変形例１＞以上説明した外周平
滑化処理および拘束処理は、距離画像データの全ての方
向について処理を行う例を示したが、拘束処理によって
距離画像データは投射方向である１方向のみに移動する
ので、投影方向を座標軸のうちの１つと平行とし、その
座標成分のみに外周平滑化処理を行うようにしても良
い。

【００７２】すなわち、図６に示す投影状態を例に採る
ならば、オブジェクトＯＪの投影方向ｐと、３次元座標
軸のＺ軸方向とは一致していない。そこで、３次元座標
軸を回転させてＺ軸と投影方向ｐとを一致させた後、輪
郭部を構成する格子点のＺ座標のみについて重み付け平
均化処理を行い上述した３次元座標軸の回転変換を打ち
消すような逆の回転変換を加えることで、数式（１）と
同様の外周平滑化処理を行うことができる。

【００７３】以下、当該処理を数式（３）、（４）、
（５）を用いて表す。

【００７４】

【数３】

【００７５】

【数４】

【００７６】

【数５】

【００７７】数式（４）は、３次元空間における長さ１
のベクトルを、原点を同じくするもう１つの長さ１のベ
クトルに回転角度最小で重ね合わせ可能な回転行列Ｒを
求める式である。そして、数式（３）におけるＲ^-1は行
列Ｒの逆行列である。また、数式（４）におけるＩは単
位行列、ｐ_zは単位投影方向ベクトルｐのＺ座標であ
る。

【００７８】そして、数式（５）は単位投影方向ベクト
ルｐと３次元回転行列の外積により得られる３次元ベク
トルｕを求める式である。なお、数式（４）におけるｕ
^Tは、３次元ベクトルｕの転置ベクトルである。

【００７９】＜Ｄ−７．変形例２＞以上の説明は、図５
のデータフロー図に示すように、外周平滑化処理を再標
本化処理の後に行う場合を前提とした説明であったが、
外周平滑化処理を再標本化処理の前、図５に示すデータ
フロー図に即して言えば距離平滑化処理Ｆ１において行
うようにしても良い。この場合、距離画像データは入力
時のデータであり、透視投影により計測されることにな
る。

【００８０】距離画像データを３次元入力時に透視投影
により計測する場合のモデルを図１３に示す。図１３に
示すように３次元オブジェクトＯＪに、投影中心ｅから
正方格子（標本化格子）ＭＲＸ上に透視投影することに
より、データを投影面上で格子状に規則正しく配列する
ことができる。この場合、投影の方向を示す単位方向ベ
クトルは図中ｐ_i、ｐ_jで示すように格子点ごとに異な
る。

【００８１】従って、数式（２）は、以下に示す数式
（６）のように変更しなくてはならない。

【００８２】

【数６】

【００８３】なお、数式（６）に示す単位方向ベクトル
はｐ_iは以下に示す数式（７）で表される。また、数式
（６）に示すｐ_i ^Tはベクトルはｐ_iの転置ベクトルであ
る。

【００８４】

【数７】

【００８５】なお、数式（７）に示すｅは、投影中心
（視点）の３次元座標位置ベクトルである。

【００８６】このように、正投影の場合の外周平滑化処
理と、透視投影の場合の外周平滑化処理とではアルゴリ
ズム的に異なるが、透視投影の場合の外周平滑化処理の
アルゴリズムを準備しておけば、各格子点における単位
方向ベクトルを共通化することで、正投影の場合の外周
平滑化処理への適用も可能である。

【００８７】＜Ｅ．ＦＷ（Ｆace Ｗork）座標変換機能
Ｆ９についての詳細＞図５に示す機能Ｆ１〜Ｆ８、ＳＦ
１および、ＳＦ２によって得られた第１の形状データＤ
Ｓ８１、顔輪郭形状データＤＳ８３および疑似両眼形状
データＤＳ６によって構成される「顔」を収容する立方
体をバウンディングボックスと称し、ＦＷ座標変換機能
Ｆ９には、このバウンディングボックスが顔面模型の加
工材料となる加工物直方体の大きさとほぼ合致するよう
にバウンディングボックスの座標変換を行うことが含ま
れる。以下、ＦＷ座標変換について図１４〜図２３を用
いて説明する。

【００８８】図１４にバウンディングボックスＢＢを、
図１５に加工物直方体ＣＣを示す。図１４においては
「顔」がバウンディングボックスＢＢに収容された状態
を模式的に表している。図１４において、バウンディン
グボックスＢＢのＸＷＺ方向の各辺は、それぞれＦＷ、
ＦＬ、ＦＤで表され、図１５において、加工物直方体Ｃ
ＣのＸＷＺ方向の各辺は、それぞれＷＷ、ＷＬ、ＷＤで
表されている。

【００８９】＜Ｅ−１．ＦＷ座標変換の処理フローの全
体構成＞以下、ＦＷ座標変換を行うための処理フローに
ついて図１６〜図１８を用いて説明する。まず、ＦＷ座
標変換の処理フローの全体構成について図１６を用いて
説明する。

【００９０】図１６に示すステップＳＴ７０において、
第１の形状データＤＳ８１、顔輪郭形状データＤＳ８３
および疑似両眼形状データＤＳ６によって構成される
「顔」を最小限の大きさで収容するようにバウンディン
グボックスＢＢを求める。

【００９１】次に、ステップＳＴ７１において、バウン
ディングボックスＢＢの辺ＦＬの長さが加工物直方体Ｃ
Ｃの辺ＷＬの長さに一致するようにスケール変更を行
う。

【００９２】次に、ステップＳＴ７２において、バウン
ディングボックスＢＢの辺ＦＤおよび辺ＦＷの長さが、
加工物直方体ＣＣの辺ＷＤおよび辺ＷＷの長さより大き
いか否かの比較を行う。

【００９３】そして、上記比較結果がイエスの場合はバ
ウンディングボックスＢＢの辺ＦＤおよび辺ＦＷの長さ
の補正処理（ＳＴ７３）を行った後、「顔」に関するデ
ータを加工物直方体ＣＣの座標に平行移動する（ＳＴ７
４）。なお、上記比較結果がノーの場合は、ステップＳ
Ｔ７４の平行移動処理を行う。

【００９４】次に、ステップＳＴ７５において、「顔」
の距離画像データのうち、加工物直方体ＣＣの外部に位
置するピクセルのフラグを無効とすることで、一連の処
理が終了する。

【００９５】なお、ステップＳＴ７３、ＳＴ７４および
ＳＴ７５の詳細については後に説明する。

【００９６】＜Ｅ−２．補正処理のフロー＞図１６に示
すステップＳＴ７３の補正処理の詳細について、以下、
図１７を用いて説明する。

【００９７】図１７に示すステップＳＴ８０において、
バウンディングボックスＢＢと加工物直方体ＣＣの辺Ｆ
Ｄおよび辺ＷＤの長さの差（ＦＤ−ＷＤ）と、加工物直
方体ＣＣの辺ＷＤの長さとの比率であるＤＲａｔｅを算
出する。

【００９８】そして、ステップＳＴ８１においてＤＲａ
ｔｅと、予め定めた閾値ＤＴｈｒｅｓｈとの比較を行
い、ＤＲａｔｅが大きい場合にはステップＳＴ８２にお
いてＤＲａｔｅ＝ＤＴｈｒｅｓｈとなるようにバウンデ
ィングボックスＢＢの各辺を変更するスケール値ＤＳｃ
ａｌｅを算出する。

【００９９】なお、ステップＳＴ８１においてＤＴｈｒ
ｅｓｈよりもＤＲａｔｅが小さいと判断された場合は、
バウンディングボックスＢＢのスケール値ＤＳｃａｌｅ
は１に設定する（ＳＴ８３）。

【０１００】次に、ステップＳＴ８４において、バウン
ディングボックスＢＢと加工物直方体ＣＣの辺ＦＷおよ
び辺ＷＷの長さの差（ＦＷ−ＷＷ）と、加工物直方体Ｃ
Ｃの辺ＷＷの長さとの比率であるＷＲａｔｅを算出す
る。

【０１０１】そして、ステップＳＴ８５においてＷＲａ
ｔｅと、予め定めた閾値ＷＴｈｒｅｓｈとの比較を行
い、ＷＲａｔｅが大きい場合にはステップＳＴ８６にお
いてＷＲａｔｅ＝ＷＴｈｒｅｓｈとなるようにバウンデ
ィングボックスＢＢの各辺を変更するスケール値ＷＳｃ
ａｌｅを算出する。

【０１０２】なお、ステップＳＴ８５においてＷＴｈｒ
ｅｓｈよりもＷＲａｔｅが小さいと判断された場合は、
バウンディングボックスＢＢのスケール値ＷＳｃａｌｅ
は１に設定する（ＳＴ８７）。

【０１０３】そして、ステップＳＴ８８においてＤＳｃ
ａｌｅとＷＳｃａｌｅとの比較を行い、ＤＳｃａｌｅの
方が大きい場合にはＷＳｃａｌｅでバウンディングボッ
クスＢＢの各辺のスケール変更を行い（ＳＴ８９）、一
連の処理を終了する。

【０１０４】なお、ＤＳｃａｌｅの方が小さい場合には
ＤＳｃａｌｅでバウンディングボックスＢＢの各辺のス
ケール変更を行い（ＳＴ９０）、一連の処理を終了す
る。

【０１０５】＜Ｅ−３．平行移動処理のフロー＞図１６
に示すステップＳＴ７４の平行移動処理の詳細につい
て、以下、図１８〜図２１を用いて説明する。

【０１０６】図１８は平行移動処理を説明するフローチ
ャートであり、まず、図１８に示すステップＳＴ１００
において、バウンディングボックスＢＢおよび加工物直
方体ＣＣの中心座標を算出する。

【０１０７】次に、ステップＳＴ１０１において、バウ
ンディングボックスＢＢの中心座標（Ｘ，Ｙ座標のみ）
を、加工物直方体ＣＣの中心座標（Ｘ，Ｙ座標のみ）に
一致させるように平行移動させる。

【０１０８】最後に、ステップＳＴ１０２において、バ
ウンディングボックスＢＢのＺ座標の最大値を、加工物
直方体ＣＣのＺ座標の最大値に合わせるようにＺ方向の
平行移動を行う。

【０１０９】ここで、図１９にＸＹＺ方向の平行移動処
理を終了した状態を模式的に示す。図１９においては、
加工物直方体ＣＣのＸＺ面と「顔」、すなわちバウンデ
ィングボックスＢＢの位置関係を示している。

【０１１０】図１９に示されるように、バウンディング
ボックスＢＢ（図においては「顔」として表現）のＺ座
標の最大値ＢＭＡＸ（図においては鼻の先端）が加工物
直方体ＣＣのＺ座標の最大値ＣＭＡＸに一致している。

【０１１１】このように、バウンディングボックスＢＢ
と加工物直方体ＣＣのＺ座標の最大値を一致させること
で、加工物直方体ＣＣに顔面を彫り込んだ場合、後頭部
に相当する部分を板面ＢＰとして残すことができ、板面
ＢＰに装飾を施すなどして見栄えを高めることができ
る。

【０１１２】＜Ｅ−４．変形例１＞図１８に示したステ
ップＳＴ１０２において、バウンディングボックスＢＢ
のＺ座標の最小値を、加工物直方体ＣＣのＺ座標の最小
値に合わせるようにＺ方向の平行移動を行うようにして
も良い。

【０１１３】図２０にＸＹＺ方向の平行移動処理を終了
した状態を模式的に示す。図２０においては、加工物直
方体ＣＣのＸＺ面と「顔」、すなわちバウンディングボ
ックスＢＢの位置関係を示す。

【０１１４】図２０において、バウンディングボックス
ＢＢ（図においては「顔」として表現）のＺ座標の最小
値ＢＭＩＮ（図においては後頭部）が加工物直方体ＣＣ
のＺ座標の原点に一致している。

【０１１５】＜Ｅ−５．変形例２＞図１８に示したステ
ップＳＴ１０２において、バウンディングボックスＢＢ
のＺ座標の中心値を、加工物直方体ＣＣのＺ座標の中心
値に合わせるようにＺ方向の平行移動を行うようにして
も良い。

【０１１６】図２１にＸＹＺ方向の平行移動処理を終了
した状態を模式的に示す。図２１においては、加工物直
方体ＣＣのＸＺ面と「顔」、すなわちバウンディングボ
ックスＢＢの位置関係を示す。

【０１１７】図２１において、バウンディングボックス
ＢＢ（図においては「顔」として表現）のＺ座標の中心
値ＢＭＩＤが加工物直方体ＣＣのＺ座標の中心値ＣＭＩ
Ｄに一致している。

【０１１８】＜Ｅ−６．ステップＳＴ７５の補足説明＞
以上説明した平行移動処理においては、バウンディング
ボックスＢＢを加工物直方体ＣＣに重ね合わせる操作を
示したが、バウンディングボックスＢＢの大きさ、すな
わち顔の大きさの個人差に起因して、バウンディングボ
ックスＢＢの方が加工物直方体ＣＣより大きくなってし
まう場合がある。図２２にこのような状態を模式的に示
す。図２２においては加工物直方体ＣＣからはみ出すバ
ウンディングボックスＢＢを鎖線で示している。

【０１１９】図１６に示したステップＳＴ７５は、この
ような場合に加工物直方体ＣＣからはみ出す「顔」の距
離画像データを無効にする操作を示している。図２３に
ＸＹ方向のバウンディングボックスＢＢおよび加工物直
方体ＣＣを示す。加工物直方体ＣＣの外部に位置するピ
クセルのフラグを無効とすることで、加工物直方体ＣＣ
には図２３に示すように、「顔」の左右の端部の距離画
像データが反映されないことになる。

【０１２０】＜Ｆ．加工データ生成の補足説明＞以上、
図６〜図２３を用いた説明は、立体模型作成装置１の概
略の動作を示す図４のステップＳＴ２０のデータ処理に
関連するものであり、ＳＴ２０で処理したデータに基づ
いてステップＳＴ２８において加工条件データベースを
参照して加工制御用のデータを生成することで加工作業
が実行される。

【０１２１】以下、図２４および図２５を用いて、ステ
ップＳＴ２８における加工データ生成に関連して補足的
に説明する。

【０１２２】図２４は、加工物直方体ＣＣに切削加工を
施す状態を示す図であり、エンドミルなどの切削刃物Ｅ
Ｍが加工物直方体ＣＣの上部、すなわち「顔」の上部を
切削している状態が示されている。なお、図２４におい
ては、図１６に示すステップＳＴ７４の平行移動処理
で、バウンディングボックスＢＢのＺ座標の最大値を、
加工物直方体ＣＣのＺ座標の最大値に合わせるようにし
た場合に相当しており、「顔」は板面ＢＰ上に形成され
ることになる。

【０１２３】図２４に示されるように、「顔」がワーク
いっぱい、すなわち加工物直方体ＣＣの全体に渡って形
成される場合、「顔」とワークに挟まれた狭小部分には
切削刃物ＥＭが入らないが発生することがある。

【０１２４】このような狭小部分の削り残しを防止する
ためには、図２５に示すように加工基準面ＷＲＰを加工
物直方体ＣＣの外部にまで延長し、加工物直方体ＣＣの
外部においても切削刃物ＥＭが加工動作を行うように外
挿的に加工しろデータを生成すれば良い。

【０１２５】図２５においては、加工物直方体ＣＣの上
部および下部平面（ＸＹ平面）上を切削刃物ＥＭが移動
できるように加工しろデータが設定された例を示してい
る。また、加工しろデータのＹ方向の大きさＳは、切削
刃物ＥＭの直径の半分に設定されている。

【０１２６】なお、加工しろデータはＸＹ平面上だけに
限定されず、加工物直方体ＣＣの左右に相当するＹＺ平
面上に設定しても良い。

【０１２７】このように、加工物直方体ＣＣの外部に加
工しろデータを設定することで削り残しを防止すること
が可能となる。

【０１２８】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の３次元形状
データ処理装置によれば、外周平滑化部において、距離
画像データのうち、対象物の輪郭部に対応する境界デー
タに重み付け平均化処理を施して平滑化するので、例え
ば、対象物が人の顔であって、３次元形状データを用い
て顔面模型を製作する場合に、傾斜のある輪郭部分を顔
面模型に顕出させる際に切削位置を平滑化することがで
き、横方向から顔面模型を眺めた場合に滑らかな加工面
を得ることができる。

【０１２９】本発明に係る請求項２記載の３次元形状デ
ータ処理装置によれば、平滑化対象格子点に隣接する複
数の有効格子点の重み係数を調整することで平均化の精
度を調整することができる。

【０１３０】本発明に係る請求項３記載の３次元形状デ
ータ処理装置によれば、対象物の３次元計測が透視投影
法によりなされた場合、正投影法によって距離画像デー
タを均等に配列するための座標変換を行うが、外周平滑
化部においては対象物の標本化格子に対する投影に正投
影法を採用しているので、上記座標変換の後に外周平滑
化を行うことができる。

【０１３１】本発明に係る請求項４記載の３次元形状デ
ータ処理装置によれば、外周平滑化部においては対象物
の標本化格子に対する投影に透視投影法を採用している
ので、透視投影法により得られた距離画像データに対し
て外周平滑化を行うことができ、透視投影法により得ら
れた距離画像データを正投影変換する前の比較的初期の
段階で外周平滑化を行うことが可能となる。

【０１３２】本発明に係る請求項５記載の３次元形状デ
ータ処理装置によれば、平滑化対象格子点の移動方向
を、前記所定の投影方向のみに拘束する拘束処理を行う
ことができるので、対象物の輪郭が内側に縮まることを
防止でき、３次元形状データを用いて対象物の模型を製
作する場合に、当該模型の輪郭が縮んで、形状がいびつ
になることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る実施の形態である立体模型作
成装置の外観図である。

【図２】 操作パネルの平面図である。

【図３】 立体模型作成装置の機能ブロック図である。

【図４】 立体模型作成装の概略の動作を示すフローチ
ャートである。

【図５】 ３次元顔面形状処理機能のデータフローを示
す図である。

【図６】 ３次元形状の正投影を説明する図である。

【図７】 ４近傍の格子点による平滑化のモデルを説明
する図である。

【図８】 ８近傍の格子点による平滑化のモデルを説明
する図である。

【図９】 ４近傍の格子点による平滑化後のモデルを示
す図である。

【図１０】 平滑化前の輪郭と、平滑化後の輪郭を説明
する図である。

【図１１】 拘束処理の概念を説明する図である。

【図１２】 外周平滑化処理および拘束処理の一連の動
作を示すフローチャートである。

【図１３】 ３次元形状の透視投影を説明する図であ
る。

【図１４】 バウンディングボックスを説明する図であ
る。

【図１５】 加工物直方体を説明する図である。

【図１６】 ＦＷ座標変換の全体構成を説明するフロー
チャートである。

【図１７】 補正処理を説明するフローチャートであ
る。

【図１８】 平行移動処理を説明するフローチャートで
ある。

【図１９】 バウンディングボックスの平行移動処理を
終了した状態を模式的に示す図である。

【図２０】 バウンディングボックスの平行移動処理を
終了した状態を模式的に示す図である。

【図２１】 バウンディングボックスの平行移動処理を
終了した状態を模式的に示す図である。

【図２２】 バウンディングボックスが加工物直方体よ
り大きい状態を説明する図である。

【図２３】 バウンディングボックスが加工物直方体よ
り大きい場合の顔データを模式的に示す図である。

【図２４】 加工物直方体に切削加工を施す状態を示す
図である。

【図２５】 加工しろデータを付加した場合の加工物直
方体に切削加工を施す状態を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０７Ｆ 17/00 Ｇ０６Ｆ 15/70 ３３５Ｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を非接触で３次元計測して得られ
   る距離画像データに基づいて、前記対象物の輪郭形状お
   よび凹凸形状をモデル化するための３次元形状データを
   生成し、出力する３次元形状データ処理装置であって、 前記距離画像データのうち、前記対象物の輪郭部に対応
   する境界データに重み付け平均化処理を施して平滑化す
   る外周平滑化部を備える、３次元形状データ処理装置。
2. 【請求項２】 前記距離画像データは、前記対象物を所
   定の投影方向から標本化格子に投影し、前記対象物の形
   状を３次元座標値として投影面上で格子状に配列したデ
   ータであって、 前記標本化格子は、前記対象物に対応した投影データを
   有する有効格子点と、前記対象物に対応した投影データ
   を有さない無効格子点とを含み、 前記境界データは、前記無効格子点と隣合っている有効
   格子点のデータで規定され、 前記重み付け平均化処理は、前記境界データを構成する
   有効格子点の１つを平滑化対象格子点とし、該平滑化対
   象格子点と前記平滑化対象格子点に隣接する複数の有効
   格子点との間の距離に応じてそれぞれ設定される重み係
   数を、前記平滑化対象格子点のデータに積算し、その総
   和を取る処理を含む、請求項１記載の３次元形状データ
   処理装置。
3. 【請求項３】 前記対象物の前記標本化格子に対する投
   影は、前記所定の投影方向が１方向である正投影法によ
   ってなされる、請求項２記載の３次元形状データ処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記対象物の前記標本化格子に対する投
   影は、前記所定の投影方向が前記標本化格子の格子点ご
   とに異なる透視投影法によってなされる、請求項２記載
   の３次元形状データ処理装置。
5. 【請求項５】 前記外周平滑化部は、前記重み付け平均
   化処理の後に、 前記重み付け平均化処理前の前記平滑化対象格子点の３
   次元座標値と、前記重み付け平均化処理後の前記平滑化
   対象格子点の３次元座標値との差分ベクトルを算出し、
   該差分ベクトルの前記所定の投影方向成分のみを抽出し
   て、前記重み付け平均化処理前の前記平滑化対象格子点
   の３次元座標値に加算することで、前記平滑化対象格子
   点の移動方向を、前記所定の投影方向のみに拘束する拘
   束処理を行う機能を有する、請求項２記載の３次元形状
   データ処理装置。