JP2000132580A - Arithmetic unit for geometric parameter - Google Patents

Arithmetic unit for geometric parameter

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JP2000132580A
JP2000132580A JP10302515A JP30251598A JP2000132580A JP 2000132580 A JP2000132580 A JP 2000132580A JP 10302515 A JP10302515 A JP 10302515A JP 30251598 A JP30251598 A JP 30251598A JP 2000132580 A JP2000132580 A JP 2000132580A
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Japan
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geometric
dimensional environment
parameter
dimensional
target
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Noriko Sato
紀子 佐藤
Rie Hasegawa
利恵 長谷川
Emi Shioi
恵美 塩井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a geometric parameter obtainable in a high efficiency and high accuracy by providing a designation means which designates a performance function and an arithmetic means which obtains a geometric parameter of an object three-dimensional environment from the coordinate data and the performance function and by means of a nonlinear programming. SOLUTION: The visual data 14 serving as an image obtained by photographing a real space where an operator visually designates an image of an object three-dimensional environment are stored in a storage 4 together with the three-dimensional coordinate group data 42 corresponding to the data 41. When a computer system is started, a program and the measurement data are read out of a main memory 2. A CPU 1 executes a processing program to calculate a geometric parameter from the outer surface coordinate data which are visually and intuitively selected by the operator and a geometric expression that is defined for every shape such as a column or globe that is designated by an operator among those obtained measurement data and by means of an arithmetic method using the nonlinear programming.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、実存する構造物な
ど3次元環境の測定データに基づいて、3次元環境の高
さ、傾き、中心位置などの幾何パラメータを求める幾何
パラメータ演算装置に係り、特に、このような幾何パラ
メータ演算装置を3次元CAD装置に適用した3次元モ
デリングシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a geometric parameter computing device for determining geometric parameters such as the height, inclination, and center position of a three-dimensional environment based on measurement data of a three-dimensional environment such as an existing structure. In particular, it relates to a three-dimensional modeling system in which such a geometric parameter operation device is applied to a three-dimensional CAD device.

【0002】[0002]

【従来の技術】実存するプラントなどの既設構造物(以
下3次元環境と称す)の形状・寸法評価は、従来、対象
となる3次元環境を測定し、それを3次元CADモデル
に変換することによって行われている。
2. Description of the Related Art The shape and size evaluation of an existing structure such as an existing plant (hereinafter referred to as a three-dimensional environment) is conventionally performed by measuring a target three-dimensional environment and converting it to a three-dimensional CAD model. Has been done by

【0003】図4は、既存の3次元環境の形状・寸法評
価などを行うための従来の3次元環境測定データ処理の
フローチャートである。図4において、まず、3次元環
境の3次元座標が測定される(ステップS1)。測定方
法としては、レーザ測定法、ステレオ写真測定法などが
あるが、これらで得られる一群の測定データは、3次元
環境の外表面上の3次元座標群である。従って、形状や
寸法評価を行うためには、測定データから3次元環境の
中心位置、高さ、傾きといった数値(以下、幾何パラメ
ータと称す)を計算する必要がある(ステップS2)。
FIG. 4 is a flowchart of a conventional three-dimensional environment measurement data processing for evaluating the shape and dimensions of an existing three-dimensional environment. In FIG. 4, first, three-dimensional coordinates of a three-dimensional environment are measured (step S1). As a measuring method, there are a laser measuring method, a stereo photograph measuring method, and the like. A group of measurement data obtained by these methods is a group of three-dimensional coordinates on the outer surface of the three-dimensional environment. Therefore, in order to evaluate the shape and dimensions, it is necessary to calculate numerical values (hereinafter, referred to as geometric parameters) such as the center position, height, and inclination of the three-dimensional environment from the measurement data (step S2).

【0004】幾何パラメータは、具体的には、円柱や球
などの形状毎に定義される幾何式に対して、幾何パラメ
ータを未知数、測定データから選択されたいくつかの3
次元座標を既知数として当てはめることによって、幾何
学的に導出される。
[0004] Specifically, for geometrical formulas defined for each shape such as a cylinder and a sphere, geometric parameters are set to several unknowns and some three selected from measurement data.
It is derived geometrically by fitting the dimensional coordinates as a known number.

【0005】図5は、形状が円柱である場合の幾何パラ
メータの計算の例を示す図である。まず、(1)円柱の
端面Aのエッジ点P1〜P4を選択し、円の方程式を解くこ
とで、円の中心座標O1及び半径rを求める。次に、
(2)円柱のもう一方の端面Bのエッジ点P5〜P8を選択
し、同様に円の方程式を解くことで、円の中心座標O2を
求める。そして、(3)中心座標O1、O2より、円柱の高
さと中心線の傾きを求める。
FIG. 5 is a diagram showing an example of calculating geometric parameters when the shape is a cylinder. First, (1) the center coordinates O1 and the radius r of the circle are obtained by selecting the edge points P1 to P4 of the end face A of the cylinder and solving the equation of the circle. next,
(2) The center coordinates O2 of the circle are obtained by selecting the edge points P5 to P8 of the other end face B of the cylinder and solving the equation of the circle in the same manner. Then, (3) the height of the cylinder and the inclination of the center line are obtained from the center coordinates O1 and O2.

【0006】このような幾何パラメータの逐次的な計算
は、従来、オペレータの手作業により行われ、その結果
は、計算メモ類に記録され(ステップS3)、オペレー
タは、その計算メモ類を参照しながら、再度手作業で、
求めた幾何パラメータを幾何パラメータ処理装置(例え
ば、三次元CAD装置)に入力する(ステップS4)。
そして、その処理装置による必要な処理が行われ(ステ
ップS5)、その処理結果が評価されていた(ステップ
S6)。
Conventionally, such sequential calculation of geometric parameters is conventionally performed manually by an operator, and the result is recorded in a calculation memo (step S3), and the operator refers to the calculation memo. While again by hand,
The obtained geometric parameters are input to a geometric parameter processing device (for example, a three-dimensional CAD device) (step S4).
Then, the necessary processing was performed by the processing device (step S5), and the processing result was evaluated (step S6).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、次のような問題が生じる。
However, this method has the following problems.

【0008】第一に、幾何パラメータの計算には、対象
3次元環境のエッジや角といった特徴点と呼ばれる部分
の座標が必要であるが、測定データの中から、そのよう
なデータを選択するためには、オペレータの目視による
手作業に頼らざるをえない。そして、対象3次元環境が
大型化、複雑化するにつれて、このオペレータの手作業
も膨大なものとなり、効率が悪い。
First, the calculation of the geometric parameters requires the coordinates of a portion called a feature point such as an edge or a corner of the target three-dimensional environment. To select such data from the measurement data, In this case, the operator has to rely on the manual operation of the operator. Then, as the target three-dimensional environment becomes larger and more complicated, the manual work of the operator becomes enormous, and the efficiency becomes poor.

【0009】第二に、対象3次元環境が複雑化するにつ
れて、重なりや陰が生じ、特徴点の測定データの抽出が
困難となる。
Second, as the target three-dimensional environment becomes more complicated, overlaps and shadows occur, making it difficult to extract measurement data of feature points.

【0010】第三に、プラントなどの現実の3次元環境
では、複雑な形状が連続的に組み合わさっているため
(例えば配管)、特徴点があるとは限らない。
Third, in a real three-dimensional environment such as a plant, since complicated shapes are continuously combined (for example, piping), there is not always a feature point.

【0011】第四に、幾何パラメータの逐次的な計算で
は、測定データの精度の影響を直接受け、さらに、その
誤差が累積していくので、処理結果の精度が低下するお
それがある。
Fourth, in the sequential calculation of geometric parameters, the accuracy of the measurement result may be reduced because the accuracy is directly affected by the accuracy of the measurement data and the errors are accumulated.

【0012】そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、効率的且つ高精度に幾何パラメータを求めることが
できる幾何パラメータ演算装置を提供することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a geometric parameter calculation device capable of efficiently and accurately obtaining a geometric parameter.

【0013】さらに、本発明の目的は、上記幾何パラメ
ータ演算装置を3次元CAD装置に適用した3次元CA
Dモデリングシステムを提供することにある。
Further, an object of the present invention is to provide a three-dimensional CA in which the above-mentioned geometric parameter calculation device is applied to a three-dimensional CAD device.
D-modeling system.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の幾何パラメータ演算装置の構成は、対象3次
元環境の座標データ及び対象3次元環境の幾何形状に対
応する評価関数を指定する指定手段と、座標データと該
評価関数とから、対象3次元環境の幾何パラメータを、
非線形計画法を用いた演算により求める演算手段とを備
えることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a geometric parameter computing apparatus for designating coordinate data of a target three-dimensional environment and an evaluation function corresponding to a geometric shape of the target three-dimensional environment. From the designation means, the coordinate data and the evaluation function, the geometric parameters of the target three-dimensional environment are
And a calculating means for calculating by a calculation using a non-linear programming method.

【0015】さらに、上記目的を達成するための本発明
の3次元CADモデリングシステムの構成は、対象3次
元環境の座標データ及び対象3次元環境の幾何形状に対
応する評価関数を指定する指定手段と、座標データと評
価関数とから、対象3次元環境の幾何パラメータを、非
線形計画法を用いた演算により求める演算手段と、幾何
パラメータに基づいて、3次元CADモデルを生成する
生成手段とを備えることを特徴とする。
Further, in order to achieve the above object, the configuration of the three-dimensional CAD modeling system of the present invention comprises a designating means for designating coordinate data of a target three-dimensional environment and an evaluation function corresponding to a geometric shape of the target three-dimensional environment. An arithmetic unit for obtaining a geometric parameter of a target three-dimensional environment from a coordinate data and an evaluation function by an operation using a nonlinear programming method; and a generating unit for generating a three-dimensional CAD model based on the geometric parameter. It is characterized by.

【0016】非線形計画法は、例えば、シンプレックス
法、逐次二次計画法、コンプレックス法などである。
The non-linear programming method includes, for example, a simplex method, a sequential quadratic programming method, and a complex method.

【0017】具体的には、上記幾何パラメータ演算装置
及び3次元CADモデリングシステムの演算手段は、座
標データと任意に設定された複数のパラメータとから求
められる複数の評価関数の値に対応する複数の分散を演
算し、さらに、複数の分散のうちの最小値であって、且
つ所定の収束判定値より小さい分散に対応するパラメー
タを、対象3次元環境の幾何形状に対する幾何パラメー
タとして求める。
More specifically, the arithmetic unit of the geometric parameter arithmetic unit and the three-dimensional CAD modeling system includes a plurality of evaluation functions corresponding to a plurality of evaluation function values obtained from the coordinate data and a plurality of arbitrarily set parameters. The variance is calculated, and a parameter corresponding to a variance that is a minimum value among a plurality of variances and smaller than a predetermined convergence determination value is obtained as a geometric parameter for the geometric shape of the target three-dimensional environment.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本
実施の形態に限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below. However, the technical scope of the present invention is not limited to the present embodiment.

【0019】本発明の実施の形態では、本発明の幾何パ
ラメータ演算装置を、3次元CAD装置に適用した3次
元環境モデリングシステムとして説明する。従って、本
発明の実施の形態では、この3次元CADモデリングシ
ステムにおいて、幾何パラメータを求めるまでの処理を
便宜的に幾何パラメータ演算装置といい、求められた幾
何パラメータに必要な処理を施し、3次元CADモデル
を生成する処理を3次元CADモデル装置という。
In the embodiment of the present invention, the geometric parameter computing device of the present invention will be described as a three-dimensional environment modeling system applied to a three-dimensional CAD device. Therefore, in the embodiment of the present invention, in the three-dimensional CAD modeling system, the processing up to obtaining the geometric parameters is called a geometric parameter computing device for convenience, and the processing required for the obtained geometric parameters is performed. The process of generating a CAD model is called a three-dimensional CAD model device.

【0020】図1は、本発明の実施の形態における3次
元環境モデリングシステムの構成例を示す図である。図
1に示されるように、3次元環境モデリングシステム
は、CPU1、メインメモリ2、表示装置3、記憶装置
4、キーボード5、ポインティングデバイス(マウス)
6などからなるEWS(Engineering Work Station)或い
はPC(Personal Computer)などのコンピュータシステ
ムである。そして、記憶装置4には、幾何パラメータを
求めるための本発明に特徴的な処理プログラム(後
述)、3次元CADモデリングのためのCADプログラ
ム及び測定データが格納される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a three-dimensional environment modeling system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the three-dimensional environment modeling system includes a CPU 1, a main memory 2, a display device 3, a storage device 4, a keyboard 5, a pointing device (mouse).
6 is a computer system such as an EWS (Engineering Work Station) or a PC (Personal Computer). The storage device 4 stores a processing program (described later) characteristic of the present invention for obtaining geometric parameters, a CAD program for three-dimensional CAD modeling, and measurement data.

【0021】また、測定データとして、対象3次元環境
の画像をオペレータが目視で指定するための実空間を撮
影した画像であるビジュアルデータ41と、それに対応
する3次元座標群データ42が記憶装置4内に格納され
る。そして、コンピュータシステム起動時に、上記プロ
グラム及び測定データがメインメモリ2に読み出され
(又は、オペレータの指定により、逐次記憶装置4から
読み出され)、それらをCPU1が実行することによ
り、幾何パラメータが求められる。
As the measurement data, the storage device 4 stores visual data 41 which is an image of a real space for an operator to visually specify an image of a target three-dimensional environment, and three-dimensional coordinate group data 42 corresponding thereto. Is stored within. When the computer system is started, the program and the measurement data are read out to the main memory 2 (or sequentially read out from the storage device 4 according to an operator's designation), and the CPU 1 executes them, whereby the geometric parameters are set. Desired.

【0022】図2は、本発明の実施の形態における3次
元環境モデリング処理のフローチャートである。図2に
おいて、まず、対象3次元環境の三次元座標の測定が行
われる(ステップS11)。そして、得られた測定デー
タのうち、オペレータの目視で直感的に選択された外表
面座標データと、オペレータから指定される円柱や球な
どの形状毎に定義される幾何式とから、幾何パラメータ
を後述の演算方法により求める処理が、CPU1が上記
処理プログラムを実行することにより行われる(ステッ
プS12)。
FIG. 2 is a flowchart of a three-dimensional environment modeling process according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, first, three-dimensional coordinates of a target three-dimensional environment are measured (step S11). Then, among the obtained measurement data, the geometric parameters are determined from the outer surface coordinate data intuitively selected by the operator and the geometrical formula defined for each shape such as a cylinder or a sphere designated by the operator. The processing determined by the calculation method described later is performed by the CPU 1 executing the processing program (step S12).

【0023】そして、幾何パラメータが求められると、
CPU1は、続いて、CADプログラムを実行し、幾何
パラメータ処理を行い(ステップS13)、3次元CA
Dモデルを生成する。このように、ステップS12で
は、従来手作業で行われていた幾何パラメータの計算、
記録(図4のステップS2、S3)が自動的に行われ、
さらに、従来手作業で行われていた幾何パラメータの入
力作業(図4のステップS4)が必要なくなる。
When the geometric parameters are obtained,
Subsequently, the CPU 1 executes the CAD program, performs geometric parameter processing (step S13), and executes the three-dimensional CA.
Generate a D model. As described above, in step S12, calculation of geometric parameters conventionally performed manually,
Recording (steps S2 and S3 in FIG. 4) is performed automatically,
Further, the input operation of the geometric parameter (step S4 in FIG. 4), which has been performed manually in the related art, becomes unnecessary.

【0024】次に、図2のステップS12で実行される
幾何パラメータの具体的な演算方法について説明する。
本実施の形態においては、幾何パラメータの算出方法と
して、非線形計画法が用いられ、非線形計画ソルバー
(以下、本ソルバーという)として、直接探索法である
シンプレックス法、逐次二次計画法、コンプレックス法
などが適用される。以下に、そのうちのシンプレックス
法を用いた算出方法について説明する。シンプレックス
法は、非線形計画問題を解くための代表的な算法であっ
て、シンプレックスは、n次元空間においてn+1個の
点によって形成される単体として定義される。
Next, a specific method of calculating the geometric parameters executed in step S12 of FIG. 2 will be described.
In the present embodiment, a nonlinear programming method is used as a method for calculating geometric parameters, and a simple search method, a sequential quadratic programming method, a complex method, or the like, which is a direct search method, is used as a nonlinear programming solver (hereinafter, this solver). Is applied. Hereinafter, a calculation method using the simplex method will be described. The simplex method is a typical algorithm for solving a nonlinear programming problem, and a simplex is defined as a simplex formed by n + 1 points in an n-dimensional space.

【0025】本ソルバーは、本発明の特徴的な部分であ
って、対象3次元環境の外表面座標データとそのターゲ
ット幾何形状がオペレータによって指定されると、それ
らに基づいて、CADプリミティブの生成に必要な半
径、高さ、幅といった各CADプリミティブに必要な幾
何パラメータを演算するプログラムである。ここで、タ
ーゲット幾何形状は、非線形計画法ソルバー中で使用す
るCADプリミティブ毎に用意される評価関数を指定す
るフラグである。
The present solver is a characteristic part of the present invention. When outer surface coordinate data of a target three-dimensional environment and its target geometry are specified by an operator, the solver is used to generate CAD primitives based on them. This is a program for calculating geometric parameters required for each CAD primitive, such as required radius, height, and width. Here, the target geometric shape is a flag that specifies an evaluation function prepared for each CAD primitive used in the nonlinear programming solver.

【0026】まず、ターゲット幾何形状のn個のパラメ
ータαi (i=0…n)を未知数とした評価関数f(αi)が与
えられる。そして、その評価関数f(αi)に対して、n
+1個の点からなるシンプレックス点を基本として、以
下に示す評価関数値の分散を求める数式(1)を満たす
パラメータαiを収束演算により求める。なお、本ソル
バーでは、評価関数f(αi)を、各々の測定データがプ
リミティブ表面にいかに近いかをトータルな意味ではか
るために最小二乗法で定義する。
First, an evaluation function f (αi) in which n parameters αi (i = 0... N) of the target geometric shape are unknown is given. Then, for the evaluation function f (αi), n
Based on a simplex point composed of +1 points, a parameter αi satisfying the following equation (1) for obtaining the variance of the evaluation function value is obtained by a convergence operation. In this solver, the evaluation function f (αi) is defined by the least squares method in order to determine how close each measurement data is to the primitive surface in a total sense.

【0027】[0027]

【数1】 εは、一回のシンプレックスループ演算の収束判定値で
ある。即ち、数式(1)において、N個のシンプレック
ス点のすべての評価関数値と、評価関数値の平均値との
差がεよりも小さくなるパラメータαi の組を求める。
なお、Nは、評価関数のパラメータαiをnとすると一
般にn+1である。
(Equation 1) ε is a convergence determination value of one simplex loop operation. That is, in equation (1), a set of parameters αi in which the difference between all the evaluation function values of the N simplex points and the average value of the evaluation function values is smaller than ε is obtained.
Note that N is generally n + 1, where n is the parameter αi of the evaluation function.

【0028】ここで、評価関数f(αi)について、平面
を例に説明する。平面式をa、b、c、dの4つのパラ
メータで表現すると、数式(2)で表すことができる。
Here, the evaluation function f (αi) will be described using a plane as an example. When the plane equation is expressed by four parameters a, b, c, and d, it can be expressed by equation (2).

【0029】ax+by+cz+d=0 …(2) m個の測定点の座標を(xi、yi、zi)(i=1.2….m)
とすると、各シンプレックス点j(j=1….N)での評価
関数値は、数式(3)により求められる。
Ax + by + cz + d = 0 (2) The coordinates of the m measurement points are represented by (x i , y i , z i ) (i = 1.2.. .M)
Then, the evaluation function value at each simplex point j (j = 1... N) is obtained by Expression (3).

【0030】[0030]

【数2】 ここで、aj、bj、cj、djは、シンプレックス点jに
おけるパラメータであって、乱数で与えられる。なお、
平面式のみならず、数式(2)の関数表現は、一意では
なく、合理的な範囲で最適な評価関数を選択すればよ
い。また、与える測定座標の数は、N個以上であれば上
限はない。
(Equation 2) Here, a j , b j , c j , and dj are parameters at the simplex point j and are given by random numbers. In addition,
Not only the plane expression but also the function expression of Expression (2) is not unique, and an optimal evaluation function may be selected within a reasonable range. There is no upper limit on the number of measurement coordinates to be given as long as the number is N or more.

【0031】そして、各シンプレックス点についての評
価関数値を数式(3)によって求め、さらに、算出され
た評価関数値の分散を数式(1)によって求める。この
ようなシンプレックス法による収束演算は、この分散
が、収束判定値εより小さくなるまで(又は、収束演算
回数の上限回数に達するまで)繰り返される。このと
き、評価関数値の算出においては、乱数によって、パラ
メータの設定を変えながら、評価関数値の算出が複数回
行われる。そして、算出された評価関数値のうち、その
分散が最小になるパラメータが、求めるべき幾何パラメ
ータの解として選択される。
Then, the evaluation function value for each simplex point is obtained by Expression (3), and the variance of the calculated evaluation function value is obtained by Expression (1). Such convergence calculation by the simplex method is repeated until the variance becomes smaller than the convergence determination value ε (or until the convergence calculation count reaches the upper limit number). At this time, in the calculation of the evaluation function value, the calculation of the evaluation function value is performed a plurality of times while changing the setting of the parameter by a random number. Then, among the calculated evaluation function values, the parameter whose variance is minimized is selected as the solution of the geometric parameter to be obtained.

【0032】このように、非線形計画法における直接探
索法の1つであるシンプレックス法を用いることによ
り、対象3次元環境の外表面座標データとそのターゲッ
ト幾何形状を入力するだけで、効率良く、且つ正確な幾
何パラメータを求めることができる。
As described above, by using the simplex method which is one of the direct search methods in the nonlinear programming method, it is possible to efficiently and simply input the outer surface coordinate data of the target three-dimensional environment and its target geometric shape. Accurate geometric parameters can be determined.

【0033】また、入力される座標の数は、数学上の必
要最低限を満たしていれば上限はない(但し、一般に、
入力される座標の数が増えれば、計算精度は向上す
る)。従って、座標の測定方法に左右されず、また、サ
ンプリングされる座標の数の制約も緩くなるので、柔軟
性の高い幾何パラメータ演算が実現される。
There is no upper limit to the number of coordinates to be input as long as it satisfies the mathematical minimum.
As the number of input coordinates increases, the calculation accuracy improves.) Therefore, the geometric parameter calculation can be performed with high flexibility because it is not affected by the coordinate measuring method and the restriction on the number of sampled coordinates is relaxed.

【0034】さらに、入力される座標は、対象3次元環
境の任意の外表面座標で十分であり、エッジや角といっ
た特徴点である必要がない。従って、入力する座標のサ
ンプリング作業の軽減化が図れる。
Further, the coordinates to be inputted are arbitrary coordinates of the outer surface of the target three-dimensional environment, and need not be feature points such as edges and corners. Therefore, the work of sampling the input coordinates can be reduced.

【0035】図3は、本発明の実施の形態におけるシン
プレックス法を用いた幾何パラメータ算出(図2のステ
ップS12で実行される演算)のフローチャートであ
る。図3において、まず、キーボード5、マウス6など
のマンマシンインターフェース手段により、対象3次元
環境の外表面座標データとそのターゲット幾何形状が指
定される(ステップS100)。
FIG. 3 is a flowchart of the geometric parameter calculation (operation performed in step S12 in FIG. 2) using the simplex method according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3, first, the outer surface coordinate data of the target three-dimensional environment and its target geometric shape are specified by man-machine interface means such as the keyboard 5 and the mouse 6 (step S100).

【0036】本ソルバーでは、シンプレックス法ループ
を第一段階S110と第二段階120に分ける。まず、
第一段階は、上述したパラメータαiの初期解を検索す
るループである。初期解の検索は複数回(所定回数)行
われる。これは、非線形計画法での収束演算は、必ずし
も一回で最小解に収束するとは限らないためであり、所
定回数は、許容されている演算時間に合わせて設定すれ
ばよい。
In this solver, the simplex method loop is divided into a first step S110 and a second step 120. First,
The first stage is a loop for searching for an initial solution of the parameter αi described above. The search for the initial solution is performed a plurality of times (a predetermined number of times). This is because the convergence calculation in the nonlinear programming does not always converge to the minimum solution at one time, and the predetermined number may be set in accordance with the allowable calculation time.

【0037】具体的には、パラメータαiの初期解検索
が始まると(ステップS111)、まず、一回目の初期
解検索ループでは、乱数による未知数(パラメータ)α
iを初期設定する(ステップS113)。そして、その
パラメータαiにおけるシンプレックス法演算を実行す
る(ステップS114)。即ち、各シンプレックス点j
に対して初期設定されたパラメータαiを数式(1)に
代入して演算し、算出された評価関数値の分散を求め
る。そして、求められた分散が数式(1)を満足する場
合(収束判定値εより小さい場合)、その検索ループで
のパラメータαiを暫定的にパラメータαiの初期解の最
適解とする。
More specifically, when the initial solution search for the parameter αi starts (step S111), first, in the first initial solution search loop, an unknown number (parameter) α using random numbers is used.
i is initialized (step S113). Then, a simplex method operation is performed on the parameter αi (step S114). That is, each simplex point j
Is calculated by substituting the parameter αi initially set in Equation (1) into Equation (1), and calculating the variance of the calculated evaluation function value. When the obtained variance satisfies the formula (1) (when it is smaller than the convergence judgment value ε), the parameter αi in the search loop is provisionally set as the optimal solution of the initial solution of the parameter αi.

【0038】さらに、二回目以降の初期解検索ループで
は、同様に、乱数により初期解として設定された未知数
(パラメータ)αiについての数式(1)の演算が繰り
返される。そして、数式(1)を満足する場合、その検
索ループにおけるパラメータαiを、上記最適解と比較
する(ステップS115)。その検索ループの分散値
が、上記最適解における分散より小さい場合は、最適解
をその検索ループのパラメータαiに更新する(ステッ
プS116)。
Further, in the second and subsequent initial solution search loops, similarly, the calculation of the equation (1) for the unknown number (parameter) αi set as the initial solution by random numbers is repeated. If the equation (1) is satisfied, the parameter αi in the search loop is compared with the above-mentioned optimal solution (step S115). If the variance of the search loop is smaller than the variance of the optimal solution, the optimal solution is updated to the parameter αi of the search loop (step S116).

【0039】このような初期解検索ループが所定回数行
われると(ステップS112)、初期解検索ループは、
終了し(ステップS117)、第二段階(ステップS1
20)に進む。
When the initial solution search loop is performed a predetermined number of times (step S112), the initial solution search loop
It ends (step S117), and the second stage (step S1)
Proceed to 20).

【0040】第二段階は、第一段階で求められたパラメ
ータαiの初期解の最適解を用いて、より精度の高いシ
ンプレックス法演算を実行する。即ち、まず、第一段階
の初期解検索ループで求められた最適解を、第二段階に
おけるパラメータαiとして設定する。(ステップS1
21)。そして、そのパラメータαiについてのシンプ
レックス法演算を実行する(ステップS122)。具体
的には、ステップS114と同様の数式(1)の演算が
行われる。このとき、ステップS122では、ステップ
S114で用いられる数式(1)の収束判定値εより更
に小さい値が用いられる。これにより、より精度の高い
収束演算が行われ、パラメータαiの精度を判定するこ
とができる。
In the second step, a more accurate simplex method operation is executed using the optimal solution of the initial solution of the parameter αi obtained in the first step. That is, first, the optimal solution obtained in the initial solution search loop in the first stage is set as the parameter αi in the second stage. (Step S1
21). Then, a simplex operation is performed on the parameter αi (step S122). Specifically, the calculation of Expression (1) similar to that in step S114 is performed. At this time, in step S122, a value smaller than the convergence determination value ε of Expression (1) used in step S114 is used. As a result, a more accurate convergence operation is performed, and the accuracy of the parameter αi can be determined.

【0041】そして、ステップS123において、数式
(1)を満足(収束)した場合は、そのパラメータαi
を与えられたターゲット幾何形状の幾何パラメータと判
定し、その幾何パラメータとターゲット幾何形状は、3
次元CADモデリング処理に入力される(ステップS1
30)。これにより、上述した図2のステップS13が
実行され、3次元CADモデルを発生させることができ
る。
Then, in step S123, when the expression (1) is satisfied (converged), the parameter αi
Is determined as the geometric parameter of the given target geometry, and the geometric parameter and the target geometry are
Input to the dimensional CAD modeling process (step S1
30). Thereby, the above-described step S13 in FIG. 2 is executed, and a three-dimensional CAD model can be generated.

【0042】一方、ステップS123において、数式
(1)を満足しない場合は、表示装置3にエラー表示を
行う(ステップS140)。
On the other hand, if the equation (1) is not satisfied in step S123, an error is displayed on the display device 3 (step S140).

【0043】本発明の実施の形態による幾何パラメータ
演算処理を行う幾何パラメータ演算装置の演算対象は、
評価関数として定義されるものであれば、CADプリミ
ティブに限定されないので、3次元CAD装置以外の装
置に適用されてもよく、その汎用性は高い。
The calculation target of the geometric parameter calculation device for performing the geometric parameter calculation processing according to the embodiment of the present invention is:
As long as it is defined as an evaluation function, it is not limited to CAD primitives and may be applied to devices other than three-dimensional CAD devices, and its versatility is high.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上、本発明による幾何パラメータ演算
装置によれば、非線形計画法(例えば、直接探索法の1
つであるシンプレックス法)を用いることにより、対象
3次元環境の座標データとそのターゲット幾何形状とか
ら、効率良く、且つ正確な幾何パラメータを求めること
ができる。
As described above, according to the geometric parameter computing device of the present invention, the nonlinear programming method (for example, one of the direct search methods) can be used.
(Simplex method), it is possible to efficiently and accurately determine geometric parameters from the coordinate data of the target three-dimensional environment and the target geometric shape.

【0045】また、指定される座標の数は、数学上の必
要最低限を満たしていれば上限はない。従って、座標の
測定方法に左右されず、また、サンプリングされる座標
の数の制約も緩くなるので、柔軟性の高い幾何パラメー
タ演算装置を提供することができる。
The number of designated coordinates has no upper limit as long as it satisfies the mathematical minimum. Accordingly, the geometric parameter calculation device can be provided with high flexibility because it is not affected by the method of measuring coordinates and the restriction on the number of sampled coordinates is relaxed.

【0046】さらに、指定される座標は、対象3次元環
境の外表面座標で十分であり、エッジや角といった特徴
点の座標である必要がない。従って、座標のサンプリン
グ作業の軽減化が達成される。
Further, the designated coordinates are sufficient to be the coordinates of the outer surface of the target three-dimensional environment, and need not be the coordinates of feature points such as edges and corners. Therefore, reduction of coordinate sampling work is achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における3次元環境モデリ
ングシステムの構成例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional environment modeling system according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態における3次元環境モデリ
ング処理のフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart of a three-dimensional environment modeling process according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態における幾何パラメータ算
出のフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart of calculating a geometric parameter according to the embodiment of the present invention.

【図4】3次元環境の形状・寸法評価などを行うための
従来の3次元環境測定データ処理のフローチャートであ
る。
FIG. 4 is a flowchart of a conventional three-dimensional environment measurement data process for evaluating the shape and dimensions of a three-dimensional environment.

【図5】形状が円柱である場合の幾何パラメータの算出
の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of calculating geometric parameters when the shape is a cylinder;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 CPU 2 メインメモリ 3 表示装置 4 記憶装置 5 キーボード 6 マウス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CPU 2 Main memory 3 Display device 4 Storage device 5 Keyboard 6 Mouse

───────────────────────────────────────────────────── 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) G06F 15/62 415 (72)発明者 塩井 恵美 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Fターム(参考) 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF05 JJ03 QQ31 UU05 5B046 AA02 AA03 DA02 FA18 GA01 5B056 AA06 BB64 BB71 DD03 HH03 5B057 CH08 DA06 DB03 DC09 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G06F 15/62 415 (72) Inventor Emi Shioi 1-1-1 Wadazakicho, Hyogo-ku, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard F-term (reference) 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF05 JJ03 QQ31 UU05 5B046 AA02 AA03 DA02 FA18 GA01 5B056 AA06 BB64 BB71 DD03 HH03 5B057 CH08 DA06 DB03 DC09

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】対象3次元環境の座標データ及び該対象3
次元環境の幾何形状に対応する評価関数を指定する指定
手段と、 該座標データと該評価関数とから、該対象3次元環境の
幾何パラメータを、非線形計画法を用いた演算により求
める演算手段とを備えることを特徴とする幾何パラメー
タ演算装置。
1. An object 3D environment coordinate data and the object 3
Designating means for designating an evaluation function corresponding to the geometrical shape of the three-dimensional environment; and calculating means for obtaining the geometric parameters of the target three-dimensional environment from the coordinate data and the evaluation function by calculation using a nonlinear programming method. A geometric parameter calculation device, comprising:
【請求項2】請求項1において、 前記演算手段は、前記非線形計画法におけるシンプレッ
クス法を用いることを特徴とする幾何パラメータ演算装
置。
2. The geometric parameter operation device according to claim 1, wherein said operation means uses a simplex method in said nonlinear programming.
【請求項3】請求項2において、 前記演算手段は、該座標データと任意に設定された複数
のパラメータとから求められる複数の該評価関数の値に
対応する複数の分散を演算し、さらに、複数の該分散の
うちの最小値であって、且つ所定の収束判定値より小さ
い分散に対応するパラメータを、該対象3次元環境の幾
何形状に対する幾何パラメータとして求めることを特徴
とする幾何パラメータ演算装置。
3. The method according to claim 2, wherein the calculating means calculates a plurality of variances corresponding to a plurality of values of the evaluation function obtained from the coordinate data and a plurality of parameters set arbitrarily. A geometric parameter calculating device for obtaining a parameter corresponding to a variance that is a minimum value among the plurality of variances and smaller than a predetermined convergence determination value as a geometric parameter for the geometric shape of the target three-dimensional environment. .
【請求項4】対象3次元環境の座標データ及び該対象3
次元環境の幾何形状に対応する評価関数を指定する指定
手段と、 該座標データと該評価関数とから、該対象3次元環境の
幾何パラメータを、非線形計画法を用いた演算により求
める演算手段と、 該幾何パラメータに基づいて、3次元CADモデルを生
成する生成手段とを備えることを特徴とする三次元CA
Dモデリングシステム。
4. Coordinate data of a target three-dimensional environment and the target 3
Designating means for designating an evaluation function corresponding to the geometric shape of the three-dimensional environment; calculating means for calculating the geometric parameters of the target three-dimensional environment from the coordinate data and the evaluation function by a calculation using a nonlinear programming method; Generating means for generating a three-dimensional CAD model based on the geometric parameter.
D modeling system.
【請求項5】請求項4において、 前記演算手段は、前記非線形計画法におけるシンプレッ
クス法を用いることを特徴とする3次元CADモデリン
グシステム。
5. The three-dimensional CAD modeling system according to claim 4, wherein said calculating means uses a simplex method in said nonlinear programming.
【請求項6】請求項5において、 前記演算手段は、該座標データと任意に設定された複数
のパラメータとから求められる複数の該評価関数の値に
対応する複数の分散を演算し、さらに、複数の該分散の
うちの最小値であって、且つ所定の収束判定値より小さ
い分散に対応するパラメータを、該対象3次元環境の幾
何形状に対する幾何パラメータとして求めることを特徴
とする3次元CADモデリングシステム。
6. The method according to claim 5, wherein the calculating means calculates a plurality of variances corresponding to a plurality of values of the evaluation function obtained from the coordinate data and a plurality of arbitrarily set parameters. Three-dimensional CAD modeling, wherein a parameter corresponding to a variance that is a minimum value among the plurality of variances and smaller than a predetermined convergence determination value is obtained as a geometric parameter for the geometric shape of the target three-dimensional environment. system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004046545A (en) * 2002-07-12 2004-02-12 Hitachi Ltd Cubic shape data transformation device and cubic shape data transformation method
JP2008269572A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc Method and system for determining posture of object from range image

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