JP2001045519A - ３次元データ生成装置、３次元データ生成方法および記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の３次元形状モデルを適切に合成して１
つの３次元形状モデルを生成する。 【解決手段】 ２つの３次元形状モデル６１１，６１２
が互いに干渉し合って配置されている場合において、優
先されない３次元形状モデル６１２を観察方向（−Ｚ方
向）に沿って優先されるべき３次元形状モデル６１１の
背後へと平行移動し、干渉を回避する。その後、これら
の３次元形状モデル６１１，６１２を合成して１つの３
次元形状モデルとすることにより、優先されるべき３次
元形状モデル６１１が観察方向から優先的に観察可能と
なる。その結果、適切に合成された３次元形状モデルが
得られる。

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、複数の物体の形
状を表す複数の３次元データ要素を合成して合成３次元
データを生成する３次元データ生成装置、３次元データ
生成方法および記録媒体に関する。

【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
（いわゆる、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（または、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ソフトウェアやホビー用の小型の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
各種人物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】ところで、このような顔面模型を作成する
装置を利用する利用者の中には、友人等と一緒になった
１つの顔面模型を作成したいという要望が想定される。
この場合、複数の顔の形状を１つの加工材料（以下、
「ワーク」という。）上に配置するという技術が必要と
なる。

【０００７】ここで、図４６に示すように複数の顔を離
してワークを加工したのでは各人の顔が小さくなってし
まう。そこで、各顔を大きく表現する必要があるが、複
数の顔の位置合わせの仕方によっては、図４７に示すよ
うに複数の顔が重なり合う状態でワーク上に配置されて
しまう。このとき、複数の顔が重なり合う領域にて最も
手前に存在する面を優先して表現しようとすると、複数
の顔が混ざり合った状態となる。例えば、図４７中の矢
印Ａ−Ａにて示す位置での断面図である図４８に示すよ
うに、符号９３で示す領域で顔９１と顔９２とが混ざり
合ってしまう。

【０００８】この発明は以上のような課題に鑑みなされ
たものであり、所定の方向から見た場合に互いに重なり
合った複数の物体の形状を表す３次元データを適切に生
成することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第１
の形状を表す第１の３次元データ要素と第２の形状を表
す第２の３次元データ要素とを合成して合成３次元デー
タを生成する３次元データ生成装置であって、前記第１
または第２の３次元データ要素を補正することにより、
前記第１または第２の形状の少なくとも一部を所定の方
向に変位させる補正手段と、前記第１および第２の３次
元データ要素を合成することにより、前記所定の方向か
ら観察した際に前記第１および第２の形状が少なくとも
一部で重なり合った状態を示す合成３次元データを生成
する合成手段とを備える。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の３次
元データ生成装置であって、前記補正手段が、前記第１
または第２の形状を前記所定の方向に平行移動する。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１に記載の３次
元データ生成装置であって、前記補正手段が、前記第１
または第２の形状を前記所定の方向に対してほぼ垂直な
軸を中心に回転する。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかに記載の３次元データ生成装置であって、前記補
正手段が、前記第１または第２の形状の少なくとも一部
を前記所定の方向に変位させた後に、前記第１または第
２の形状における重複部分を削除する。

【００１３】請求項５の発明は、第１の形状を表す第１
の３次元データ要素と第２の形状を表す第２の３次元デ
ータ要素とを合成して合成３次元データを生成する３次
元データ生成方法であって、前記第１または第２の３次
元データ要素を補正することにより、前記第１または第
２の形状の少なくとも一部を所定の方向に変位させる工
程と、前記第１および第２の３次元データ要素を合成す
ることにより、前記所定の方向から観察した際に前記第
１および第２の形状が少なくとも一部で重なり合った状
態を示す合成３次元データを生成する工程とを有する。

【００１４】請求項６の発明は、第１の形状を表す第１
の３次元データ要素と第２の形状を表す第２の３次元デ
ータ要素とを合成して合成３次元データを生成する処理
をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログ
ラムはコンピュータに、前記第１または第２の３次元デ
ータ要素を補正することにより、前記第１または第２の
形状の少なくとも一部を所定の方向に変位させる工程
と、前記第１および第２の３次元データ要素を合成する
ことにより、前記所定の方向から観察した際に前記第１
および第２の形状が少なくとも一部で重なり合った状態
を示す合成３次元データを生成する工程とを少なくとも
実行させる。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜１．第１の実施の形態＞ ＜1.1 立体模型作成装置の構成＞図１はこの発明の第
１の実施の形態に係る立体模型作成装置１の外観図であ
る。

【００１６】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。

【００１７】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。また、利用客の背後には所定の色の背景幕が
配置される。

【００１８】図２は操作パネル１８の平面図である。

【００１９】操作パネル１８には、スタートボタン１８
１、確認ボタン１８２、キャンセルボタン１８３、ジョ
イスティック１８４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１８４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１８３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。

【００２０】図３は立体模型作成装置１の機能ブロック
図である。

【００２１】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。

【００２２】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ジタルデータに変換（す
なわち、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（いわゆる、
３次元画像データ）ＤＳを出力する３次元計測装置３
４、色情報をデータ化して２次元のカラー画像データＤ
Ｃ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。

【００２３】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。

【００２４】他方、カラー画像データＤＣは、各画素の
３原色データ、すなわち、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の画素データから
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。

【００２５】もちろん、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Ｄ
Ｓおよびカラー画像データＤＣにはそれぞれ視点情報が
付加されており、かつ、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およびカラー画像データ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。

【００２６】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。

【００２７】データ処理装置４０は図示しない画像処理
回路および得られたデータを保存するメモリを備えてお
り、本発明に特有の３次元形状に関するデータ修正を含
む各種のデータ処理を行う。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１７６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。

【００２８】一方、加工システム１Ｂは、データ処理装
置４０からの加工データＤＭに基づいて樹脂ブロックな
どのワークを切削する加工装置１７２、ワークの加工位
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。

【００２９】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。

【００３０】＜1.2 立体模型作成装置の動作＞図４お
よび図５は立体模型作成装置１の動作の流れを示す流れ
図である。この立体模型作成装置１は、複数の利用客の
顔の形状を１つのワークに彫り込んだ立体模型を作成す
る装置であり、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。

【００３１】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（ステップＳＴ１０，ＳＴ１２，ＳＴ１
４）。また、定期的に案内メッセージを表示する。この
状態で１人目の利用客が立体模型作成装置１の前に立つ
と、利用客の顔がディスプレイ１６の画面に表示され
る。

【００３２】ここで、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（ステップＳＴ１６，ＳＴ１８）。こ
れにより、１人目の利用客の２次元のカラー画像データ
ＤＣと距離画像データＤＳとがデータ処理装置４０に取
得され、メモリに記憶される。

【００３３】データ処理装置４０はこれらのデータに所
定のデータ処理を行って１人目の利用客の顔の３次元形
状モデルを生成し（ステップＳＴ２０）、得られた３次
元形状モデルを表示する（ステップ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
れたものとみなされる。

【００３４】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（ステップＳＴ２４，ＳＴ３８）。これによ
り、利用客が３次元形状モデルの出来具合を確認できる
ようになっている。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（ステップＳＴ４０，ＳＴ１
０）。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。

【００３５】確認ボタン１８２が押されると（ステップ
ＳＴ２６）、生成された３次元形状モデル（正確には、
３次元形状モデルを示すデータ）がデータ処理装置４０
内のメモリに保存され、２人目の利用客のために再び２
次元撮影と２次元画像の表示が繰り返される（ステップ
ＳＴ１０，ＳＴ１２，ＳＴ１４）。なお、利用客の人数
は予め設定されていてもよく、利用開始時に利用客が設
定するようになっていてもよい。

【００３６】２次元撮影および２次元画像の表示（ステ
ップＳＴ１０，ＳＴ１２）が繰り返されている間に、２
人目の利用客が立体模型作成装置１の前に立つと、この
利用客の顔がディスプレイ１６に表示される。

【００３７】２人目の利用客がスタートボタン１８１を
押すと（ステップＳＴ１４）、１人目のときと同様に２
次元撮影および３次元計測が行われる（ステップＳＴ１
６，ＳＴ１８）。そして、撮影および計測により得られ
たデータに所定の処理が施され（ステップＳＴ２０）、
２人目の利用客の顔の３次元形状モデルがディスプレイ
１６に表示される。２人目の利用客の３次元形状モデル
に対しても必要に応じて表示変更が行われ、３次元形状
モデルの出来具合が確認された後、確認ボタン１８２が
押される（ステップＳＴ２４，ＳＴ２６等）。これによ
り、２人目の利用客の顔の３次元形状モデルが保存され
る。

【００３８】以後、３人目以降の利用客がいる場合に
は、３人目以降の利用客に対しても同様の動作が立体模
型作成装置１において行われる。

【００３９】全ての利用客の３次元形状モデルが得られ
ると（ステップＳＴ２７）、データ処理装置４０によ
り、各３次元形状モデルをワークの大きさに合わせて大
きさや位置を変換する変換処理、および、複数の３次元
形状モデルを合成する（すなわち、各３次元形状モデル
を示す３次元形状データを合成して合成３次元形状デー
タを生成する）合成処理が行われる（ステップＳＴ２
８，ＳＴ２９）。合成された３次元形状モデルはデータ
処理装置４０内のメモリに保存される（ステップＳＴ３
０）。また、確認のために合成された３次元形状モデル
がディスプレイ１６に表示されてもよい。なお、変換処
理および合成処理の詳細については後述する。

【００４０】さらに、データ処理装置４０は、合成３次
元形状データに基づいて加工条件データベースを参照し
ながら加工データＤＭを生成し、この加工データＤＭを
加工システム１Ｂに渡す（ステップＳＴ３１、図３参
照）。加工システム１Ｂでは、加工データＤＭに基づい
てコントローラ１７６が材料供給装置１７４および加工
装置１７２を制御し、ワークの加工を行う（ステップＳ
Ｔ３２）。これにより、所定のワークに複数の利用客の
顔の形状を形成した商品が作成される。ワークの加工が
終わると、商品を排出し（ステップＳＴ３３）、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（ステップＳＴ３４，ＳＴ１０）。

【００４１】以上のように、立体模型作成装置１では、
撮影システム３０が各利用客を順次撮影および計測する
手段としての役割を果たしており、データ処理装置４０
が３次元形状モデルを生成する手段、３次元形状モデル
の大きさや位置を変換する手段、および、複数の３次元
形状モデルを合成する手段としての役割を果たすように
なっている。

【００４２】＜1.3 顔面形状処理機能の概要＞図６
は、図４のステップＳＴ２０のデータ処理におけるデー
タの流れを示すデータフロー図である。図６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に基づ
くデータの流れを示しており、実線矢印は距離画像デー
タＤＳに基づくデータの流れを示しており、破線矢印は
２値画像データの流れを示している。

【００４３】また、各機能Ｆ１〜Ｆ９，ＳＦ１およびＳ
Ｆ２は加工済の３次元形状データを生成するために、図
３に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。以下、各機能Ｆ１〜Ｆ３，ＳＦ１，Ｓ
Ｆ２，Ｆ４〜Ｆ９をこの順で説明する。

【００４４】＜1.3.1 距離平滑化機能Ｆ１＞距離平滑
化機能Ｆ１は、図３の２次元撮影装置３６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
してノイズを除去してノイズ除去済みの距離画像データ
ＤＳ１を得る。

【００４５】＜1.3.2 背景除去機能Ｆ２＞背景除去機
能Ｆ２は、距離平滑化機能Ｆ１によってノイズ除去され
た距離画像データＤＳ１と後述するノイズ除去が行われ
たカラー画像データＤＣ１とに基づき、背景（髪の毛、
首、耳を含む）が除去された模型用顔領域を２次元で規
定した顔の肌領域２値画像データＤＢ１を得、さらに、
顔の肌領域２値画像データＤＢ１に対応する距離画像デ
ータＤＳ１のみを有効にした距離画像データＤＳ２を生
成する。

【００４６】＜1.3.3 欠陥データ補間機能Ｆ３＞欠陥
データ補間機能Ｆ３は、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ＤＳ２に対して、データ欠落
画素部分を周囲の画素を用いて補間し、補間済みの距離
画像データＤＳ３を生成する。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のひと
つとして、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
が欠落してしまうことが挙げられる。また、上記計測方
式では、対象物中、透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こともデータ欠落の
原因となっている。

【００４７】＜1.3.4 カラー平滑化機能ＳＦ１＞カラ
ー平滑化機能ＳＦ１は、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に対してノイズを
除去してノイズ除去済みのカラー画像データＤＣ１を得
る。

【００４８】＜1.3.5 両眼領域推定機能ＳＦ２＞両眼
領域推定機能ＳＦ２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および背景
除去機能Ｆ２からの顔の肌領域２値画像データＤＢ１を
用いて、カラー画像データＤＣ１における両眼領域を規
定した両眼領域２値画像データＤＢ２を生成する。ま
た、カラー画像データＤＣ１がそのままカラー画像デー
タＤＣ２して出力される。

【００４９】＜1.3.6 ＣＦ（Ｃamera Ｆace）座標変換
機能Ｆ４＞ＣＦ座標変換機能Ｆ４は、欠落データ補完機
能Ｆ３によって欠落データが補完された距離画像データ
ＤＳ３および両眼領域推定機能ＳＦ２によって推定され
た両眼領域２値画像データＤＢ２とに基づき、眼の領域
を基準として決定される顔形状の向きが、丁度カメラに
対して真正面に位置する状態になるように、距離画像デ
ータＤＳ３に対する座標変換を行って距離画像データＤ
Ｓ４を生成する。

【００５０】すなわち、カメラ中心の座標系で表現され
ていた距離画像データＤＳ３が顔中心の座標系で表現さ
れる距離画像データＤＳ４に変換される。なお、カラー
画像データＤＣ２はそのままカラー画像データＤＣ４と
して出力される。

【００５１】＜1.3.7 再標本化機能Ｆ５＞再標本化機
能Ｆ５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３
４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ＤＳ４
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
離画像データに投影変換するのが再標本化処理である。

【００５２】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３つの部分距離画像データに変
換される。すなわち、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生成
するための第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ＤＳ
５３に変換される。

【００５３】また、メダルなどの厚板上のワークにレリ
ーフとして人物像を形成する場合には、この再標本化処
理以降のいずれかの段階で距離画像データの撮影方向に
対する圧縮処理が行われる。これにより、レリーフ状の
３次元形状モデルを規定する距離画像データとなる。

【００５４】＜1.3.8 疑似両眼形状設定機能Ｆ６＞疑
似両眼形状設定機能Ｆ６は、ＣＦ座標変換機能Ｆ４をス
ルーしたカラー画像データＤＣ４および両眼領域推定機
能ＳＦ２で生成された両眼領域２値画像データＤＢ２
と、再標本化機能Ｆ５で再標本化された疑似両眼形状モ
デルの第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（すな
わち、加工時の切削深さ）を与えるように、第２の形状
データＤＳ５２を加工して疑似両眼形状データＤＳ６を
生成する。

【００５５】＜1.3.9 顔輪郭形状設定機能Ｆ７＞顔輪
郭形状設定機能Ｆ７は、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（すなわち、差分処理）を行い、顔輪郭形状データ
ＤＳ７を生成する。

【００５６】＜1.3.10 外周平滑化機能Ｆ８＞外周平滑
化機能Ｆ８は、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、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切削位置がバラツキやすいという
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ＤＳ５
１，ＤＳ７をそれぞれ修正して第１の形状データＤＳ８
１および顔輪郭形状データＤＳ８３とする。

【００５７】＜1.3.11 ＦＷ（Ｆace Ｗork）座標変換
機能Ｆ９＞ＦＷ座標変換機能Ｆ９は、外周平滑化機能Ｆ
８で外周平滑化処理された第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
応じて予め設定されている大きさのモデルを示す形状デ
ータとなるように座標変換を施す。

【００５８】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，ＤＳ９３
が加工済の３次元形状データとなる。

【００５９】＜1.3.12 顔面形状処理機能のその他の例
＞以上の処理を経てデータ処理装置４０において顔面の
３次元形状モデルが生成されるが、図６に示す機能構成
は一例であり、適切な３次元形状モデルが生成されるの
であるならばデータ処理の内容はどのようなものであっ
てもよい。

【００６０】例えば、図６に示す例では髪や耳等を含ま
ない顔面の３次元形状モデルを生成するようになってい
るが、髪や耳等の形状が他の手法により取得されて処理
されるようになっていてもよい。また、両眼領域や輪郭
の詳細な形状モデルを作成する必要がない場合には、両
眼領域推定機能ＳＦ２、疑似両眼形状設定機能Ｆ６およ
び顔輪郭形状設定機能Ｆ７が省かれてもよい。さらに、
利用客を撮影する際の顔の向きをそのまま用いる場合に
は、ＣＦ座標変換機能Ｆ４も省略されてよい。

【００６１】＜1.4 変換処理＞図７は、図５に示す変
換処理（ステップＳＴ２８）の流れを示す流れ図であ
る。変換処理としては、まず、各３次元形状モデルの大
きさの拡大または縮小を行うスケール変換が行われる
（ステップＳＴ２８１）。次に、各３次元形状モデルを
ワークの加工面上にどう配置するかが決定される（ステ
ップＳＴ２８２）。

【００６２】なお、図８に示すように、加工の際にワー
ク８１に対してツール（エンドミル等）８２が位置する
方向をＺ方向とし、加工面８３上で互いに直交する方向
をＸ方向およびＹ方向と便宜上定義し、加工面上への３
次元形状モデルの配置処理を以下、「ＸＹ位置変換」と
呼ぶ。また、３次元形状モデルがディスプレイ１６に表
示された状態では、Ｚ方向は画面から手前に向かう方向
に対応し、Ｘ方向およびＹ方向はディスプレイ１６の画
面上で互いに直交する方向（右方向と上方向）に対応す
る。

【００６３】ＸＹ位置変換が行われると、次に各３次元
形状モデルの奥行き方向（図８に示すＺ方向）に対する
位置が決定される（ステップＳＴ２８３）。これによ
り、一人の利用客の顔の模型を他の利用客の顔の模型よ
りも手前側に位置させることができる。Ｚ方向に対する
３次元形状モデルの配置処理を以下、「Ｚ位置変換」呼
ぶ。

【００６４】なお、変換処理に関する以下の説明におい
て参照される図では、３次元形状モデルを幾何学的立体
形状を用いて簡略化して示す。

【００６５】＜1.4.1 スケール変換処理＞スケール変
換（ステップＳＴ２８１）は、各３次元形状モデルの大
きさを拡大または縮小する変換処理であるが、この処理
は自動で行われても手動で行われてもよい。また、暫定
的に自動で行われた後、利用客の好みに応じてジョイス
ティック１８４を用いて微調整が行われるようになって
いてもよい。

【００６６】スケール変換が自動で行われる場合には、
まず、図９に示すように各３次元形状モデル５１１を囲
む最小の直方体５２１が求められる。そして、この直方
体５２１のＸＹ面に平行な面５２２がワーク上の所定の
大きさの配置領域に含めることができる大きさとなるま
で縮小処理を行う。

【００６７】図１０は３次元形状モデル５１１が配置領
域５３１に収まるように縮小された様子を示す図であ
る。図１０に示すように配置領域５３１はワークの加工
領域５３２の大きさと利用客の人数に合わせて予め定め
られる。なお、直方体のＸＹ面に平行な面５２２が配置
領域よりも小さい場合には拡大処理が行われ、直方体の
Ｘ方向またはＹ方向の長さが配置領域５３１のＸ方向ま
たはＹ方向の長さと等しくなるように調整される。な
お、このようなスケール変換を行う場合には、２次元撮
影時に画面に表示された利用客の顔の大きさの影響を受
けない処理となる。

【００６８】以上の処理が全ての３次元形状モデルに対
して行われることにより、各３次元形状モデルが各配置
領域に対応した大きさへとスケール変換される。なお、
スケール変換が自動で行われる場合には既述のＦＷ座標
変換処理（機能Ｆ９）にスケール変換処理を含めるよう
にしてもよい。

【００６９】スケール変換が手動で行われる場合には、
ＦＷ座標変換処理（機能Ｆ９）により予め所定の大きさ
に変換されている３次元形状モデルが画面に表示され、
ジョイスティック１８４の操作により拡大および縮小が
行われる。例えば、図１１に示すように、ジョイスティ
ック１８４の左右位置に拡大および縮小を行う機能が割
り当てられる。そして、利用客が加工面に対応するディ
スプレイ１６の画面を見ながらジョイスティック１８４
を操作することにより各３次元形状モデルのスケール変
換が行われる。

【００７０】図１２は、スケール変換前の３次元形状モ
デル５１１、５１２が表示された画面の例を示す図であ
る。利用客によるジョイスティック１８４の操作によ
り、図１３に示すように３次元形状モデル５１１が縮小
されたり、図１４に示すように３次元形状モデル５１１
が拡大される。そして、このようなスケール変換が各３
次元形状モデルに対して行われる。

【００７１】なお、図１２ないし図１４中に太線で示す
ように、スケール変換の対象となっている３次元形状モ
デルの輪郭の色が所定の色に変更されて強調表示され
る。スケール変換の対象となっている３次元形状モデル
が好みの大きさにまで変換されると、確認ボタン１８２
を押すことにより次の変換対象である３次元形状モデル
の輪郭が強調表示される。強調表示はどのようなもので
あってもよく、例えば、３次元形状モデル全体が所定の
色に変更されるようになっていてもよい。

【００７２】以上、自動または手動にてスケール変換が
行われる場合の例を説明したが、スケール変換を行わな
い仕様となっていてもよい。例えば、データ処理（ステ
ップＳＴ２０）にて実際の顔の大きさを所定の比率で縮
小した３次元形状モデルが作成され、ステップＳＴ２８
におけるスケール変換が省略されてもよい。このような
場合には、対象物である複数の顔の大きさの相対関係が
保持されたまま次のステップへと移行する。

【００７３】＜1.4.2 ＸＹ位置変換処理＞ＸＹ位置変
換（ステップＳＴ２８２）は、データ処理装置４０によ
り自動的に行われてもよく、ジョイスティック１８４等
のデバイスを用いて手動で行われてもよい。また、デー
タ処理装置４０により暫定的に自動で行われた後に、手
動で調整されてもよい。

【００７４】図１５はＸＹ位置変換を自動で行う例を示
す図である。まず、図９の例示と同様に各３次元形状モ
デルを囲う最小の直方体が求められる。その後、図１５
に示すように、求められた直方体のＸＹ面に平行な面が
画面（すなわち、ワークの加工領域）上に撮影順序に従
って配置され、３次元形状モデル（図１５にて符号５１
１，５１２にて例示）のＸＹ方向の位置が決定される。

【００７５】ここで、場合によっては（例えば、手動に
よるスケール変換により各３次元形状モデルが大きく拡
大されている場合）全ての３次元形状モデルが画面に収
まらない可能性がある。また、図１０に例示した自動に
よるスケール変換において各３次元形状モデル間の大き
さの比率が不自然なまでに異なってしまった場合には、
スケール変換における縮小の程度に制限を設けたい場合
がある。このような場合には、予め各３次元形状モデル
の前後関係を定めておき、複数の３次元形状モデルを互
いに一部重ね合わせるようにして配置する。図１６はこ
のような理由により３次元形状モデル５１１，５１２が
重なって配置された例を示す図である。

【００７６】手動にてＸＹ位置変換が行われる場合に
は、利用客が画面を見ながらジョイスティック１８４を
操作することによりＸＹ位置変換が行われる。ジョイス
ティック１８４には図１７に示すように上下左右への移
動機能が割り当てられる。そして、例えば、図１２に例
示した状態の画面が表示されているものとすると、ジョ
イスティック１８４を左へ倒すことにより、図１８に示
すように３次元形状モデル５１１が左に移動する。この
ような操作を各３次元形状モデルに対して行うことによ
り、全ての３次元形状モデルのＸＹ位置変換が行われ
る。なお、手動によるスケール変換の場合と同様に、移
動対象となる３次元形状モデルの輪郭は強調表示され
る。

【００７７】＜1.4.3 Ｚ位置変換処理＞スケール変換
およびＸＹ位置変換が終了すると、次に、Ｚ位置変換が
行われる（ステップＳＴ２８３）。Ｚ位置変換は各３次
元形状モデルの前後位置の関係を決定する変換処理であ
り、データ処理装置４０にて自動で行われてもよいし、
利用客により手動で行われてもよい。また、自動でＺ位
置変換が行われた後、手動でさらに調整されてもよい。

【００７８】Ｚ位置変換は複数の３次元形状モデルがワ
ーク上に前後に大きく離れて配置されないように、すな
わち、複数の３次元形状モデルをひとまとまりとして位
置させることを目的として行われる。複数の３次元形状
モデルが互いにＺ方向に対して大きく離れていると、最
終的に生成される商品の見栄えが悪くなるからである。

【００７９】図１９ないし図２３はＺ位置変換を自動で
行う場合の例を３次元形状モデル５１１，５１２を用い
て示す図である。Ｚ位置変換は以下に例示するいずれの
方法が採用されてもよい。

【００８０】図１９は各３次元形状モデルを囲む最小の
直方体５４１，５４２の最前面がＺ方向に対して一致す
るように位置合わせが行われた状態を示す図であり、図
２０は直方体５４１，５４２の最後面がＺ方向に対して
一致するように位置合わせが行われた状態を示す図であ
る。また、図２１は各直方体５４１，５４２の重心５４
１ａ，５４２ａがＺ方向に対して一致するように位置合
わせが行われた状態を示す。

【００８１】さらに、図２２は各３次元形状モデルに対
して前後関係の順序を予め定めておき、各直方体がＺ方
向に対して互いに接するように位置合わせが行われた状
態を示す図である。図２３は各３次元形状モデル自体が
Ｚ方向に対して互いに接するように位置合わせが行われ
た状態を示す図である。３次元形状モデルの前後関係
は、撮影が行われた順序で（例えば、最初に得られた３
次元形状モデルが最も前に位置する順序で）自動的に決
められてもよく、利用客により決定されてもよい。

【００８２】また、予め定められた前後関係を維持した
まま前方の３次元形状モデルと後方の３次元形状モデル
との重なり合っている部分の体積が所定の体積以下にな
るようにしてＺ方向の位置合わせが行われるようになっ
ていてもよい。以上のように、Ｚ位置変換としては様々
な手法が採用されてよい。

【００８３】手動にてＺ位置変換が行われる場合には、
図２４に示すようにジョイスティック１８４に３次元形
状モデルをＺ方向に移動する機能が割り当てられる。ま
た、ディスプレイ１６の表示もＹＺ面を見る方向へと切
り替えられる。すなわち、図２５に示すように３次元形
状モデルを側方から見た様子が表示される。そして、移
動対象の３次元形状モデル５１１の輪郭が強調表示さ
れ、利用客が画面を見ながらジョイスティック１８４を
左に倒すと図２６に示すように３次元形状モデル５１１
が画面の左側（Ｚ方向）へと移動する。このようにして
利用客は複数の３次元形状モデルのＺ方向の位置を順次
決定する。

【００８４】＜1.4.4 変換処理のその他の例＞以上、
変換処理の内容について説明してきたが、スケール変
換、ＸＹ位置変換およびＺ位置変換はいずれについても
自動で行われても手動で行われてもよい。また、この立
体模型作成装置１では、変換処理が全ての利用客の撮影
を終えてから行われるようになっているが、変換処理は
撮影が行われるごとに行われてもよい。

【００８５】例えば、スケール変換は表示変更（ステッ
プＳＴ３８）の際に行われてもよい。また、既に撮影が
完了した利用客の３次元形状モデルを表示しておき、表
示変更の際に手動によるスケール変換、ＸＹ位置変換お
よびＺ位置変換が行われてもよい。このように、利用客
による手動の変換処理は様々な段階で行うようにするこ
とができる。

【００８６】＜1.5 合成処理＞図２７は合成処理（ス
テップＳＴ２９）の流れを示す流れ図である。変換処理
（ステップＳＴ２８）にて決定された複数の３次元形状
モデルの配置位置は、加工の際のツール側から（すなわ
ち、（−Ｚ）方向を向いて）見たときに複数の３次元形
状モデルが不自然に重なる配置位置となっている可能性
がある。なお、不自然な重なりとは３次元形状モデルが
互いに干渉し合っている場合、および、優先してワーク
上に形成されるべき３次元形状モデルの前に他の３次元
形状モデルの一部が覆い被さっている状態をいう。

【００８７】そこで、まず、合成処理ではこの不自然な
重なりが生じている領域を「重なり領域」として算出す
る（ステップＳＴ２９１）。そして、不自然な重なりが
存在する場合にはこの重なりを回避する処理が行われる
（ステップＳＴ２９２，ＳＴ２９３）。すなわち、デー
タ処理装置４０が不自然な重なりを回避するために３次
元形状モデルを補正する補正手段として機能する。

【００８８】重なりの回避が行われると、再度重なり領
域を求め（ステップＳＴ２９１）、不自然な重なりが回
避されていなかった場合には再度重なりの回避が行われ
る（ステップＳＴ２９２，ＳＴ２９３）。

【００８９】不自然な重なりが回避された場合には、複
数の３次元形状モデルが合成される（ステップＳＴ２９
４）。すなわち、複数の３次元形状モデルを表すデータ
（データ要素）が合成され、ひとまとまりの合成３次元
形状データが生成される。以下に図２７に示す各ステッ
プについて説明する。

【００９０】なお、複数の３次元形状モデルが不自然に
重なり合わない場合（例えば、既に説明したＺ位置変換
（ステップＳＴ２８３）において図２２や図２３に示す
ように自動変換された場合）には、ステップＳＴ２９２
にて重なり領域が存在しないことが確認され、ステップ
ＳＴ２９４へと移行する。

【００９１】＜1.5.1 重なり領域の算出＞図２８は、
複数の３次元形状モデルが不自然に重なり合っている様
子を上方から（すなわち、（−Ｙ）方向を向いて）見た
ときの様子を例示する図である。図２８において、２つ
の３次元形状モデル６１１，６１２は一部において互い
に干渉し合っている。したがって、これらの３次元形状
モデルは加工時のツール６１３側から見て互いに一部を
隠し合っている。その結果、これらの３次元形状モデル
が表す顔の形状は不自然になっている。

【００９２】そこで、合成処理では、まず、優先してワ
ーク上に形成されるべき３次元形状モデルに対して、他
の３次元形状モデルが前方に覆い被さっている領域を
「重なり領域」として求める（ステップＳＴ２９１）。
例えば、図２８において３次元形状モデル６１１が３次
元形状モデル６１２よりも優先される場合には、符号６
１４にて示す領域（ＸＹ方向に２次元的に広がる領域）
が重なり領域として求められる。

【００９３】なお、複数の３次元形状モデルが互いに干
渉し合わない場合であっても、優先すべき３次元形状モ
デルが他の３次元形状モデルよりも背後に存在する場合
には不自然な重なりが生じているものとして重なり領域
が求められる。

【００９４】＜1.5.2 平行移動による重なりの回避＞
図２９は３次元形状モデルをＺ方向に平行移動すること
により不自然な重なりを回避する例を説明するための図
である。

【００９５】まず、重なり領域６１４において優先され
るべき３次元形状モデル６１１の画素のうちＺ座標値が
最小となる画素６１４ａが求められる。続いて、画素６
１４ａと同じＸＹ座標値を有する３次元形状モデル６１
２の画素６１４ｂが求められる。最後に、画素６１４ａ
と画素６１４ｂのＺ座標値の差だけ３次元形状モデル６
１２を（−Ｚ）方向に平行移動する。これにより、３次
元形状モデル６１１がほぼ３次元形状モデル６１２の前
方に位置する。

【００９６】以上の処理では、画素６１４ａ以外の３次
元形状モデル６１１の画素において前方に３次元形状モ
デル６１２が存在する可能性があるが、その場合には重
なり領域の算出（ステップＳＴ２９１）にて重なり領域
が検出され、３次元形状モデル６１２の平行移動が再度
行われる。したがって、最終的にはツール側から見て重
なっている領域において３次元形状モデル６１１が３次
元形状モデル６１２の前方に位置することとなる。な
お、重なりの回避処理の繰り返し回数は所定回数までに
制限されてもよく、重なり領域の面積が所定の面積以下
になるまで回避処理が行われてもよい。

【００９７】また、以上の処理では、重なり領域６１４
の１つの画素６１４ａに注目して移動量を求めるように
しているが、重なり領域６１４の全画素について移動量
を求め、最大の移動量だけ３次元形状モデル６１２を移
動するようにしてもよい。この場合には、１回の平行移
動で完全に不自然な重なりを回避することができる。

【００９８】＜1.5.3 回転による重なりの回避＞図３
０は３次元形状モデルをＹ方向を向く軸を中心に回転さ
せることにより不自然な重なりを回避する例を説明する
ための図である。

【００９９】まず、優先されるべき３次元形状モデル６
１１の重心６１１ｇが求められ、重なり領域６１４にお
いて３次元形状モデル６１１の画素のうちＺ座標値が最
小となる画素６１４ａが求められる。続いて、重心６１
４ｇを通るＹ軸（紙面に垂直な軸）を中心に画素６１４
ａを回転させたときに３次元形状モデル６１２と交わる
までの回転角が求められる。最後に、優先されるべき３
次元形状モデルがこの回転角だけ回転される。これによ
り、３次元形状モデル６１１がほぼ３次元形状モデル６
１２の前方に位置する。

【０１００】以上の処理においても、１回の回転動作で
はツール側から見て重なっている領域において３次元形
状モデル６１１が完全には３次元形状モデル６１２の前
方に位置しない可能性があるが、この場合には重なり領
域の算出（ステップＳＴ２９１）にて重なり領域が検出
され、回転が再度行われる。したがって、最終的にはツ
ール側から見て重なる領域において３次元形状モデル６
１１が３次元形状モデル６１２の前方に位置することと
なる。

【０１０１】なお、重なりの回避処理の繰り返し回数は
所定回数までに制限されていてもよく、重なり領域の面
積が所定の面積以下になるまで回避処理が行われてもよ
い。また、回転軸の設定位置は重心以外であってもよ
く、優先されない３次元形状モデル６１２を回転するよ
うにしてもよい。さらに、回転軸はＹ方向を向く軸に限
定されるものではなく、Ｚ方向に対してほぼ垂直な方向
を向く軸であればどのような軸でも利用可能である。

【０１０２】＜1.5.4 変形による重なりの回避＞図３
１は３次元形状モデルを変形することにより不自然な重
なりを回避する例を説明するための図である。なお、変
形としてはどのようなものが用いられてもよいが、図３
１では剪断変形の例を示す。

【０１０３】剪断変形の場合においても、まず、重なり
領域６１４において優先されるべき３次元形状モデル６
１１の画素のうちＺ座標値が最小となる画素６１４ａが
求められ、画素６１４ａと同じＸＹ座標値を有する３次
元形状モデル６１２の画素６１４ｂが求められる。そし
て、優先されるべき３次元形状モデル６１１の画素のう
ち、重なり領域６１４からＸ方向に最も離れた画素６１
４ｄを基準として、剪断変形を行い、画素６１４ａを画
素６１４ｂの位置まで移動する。すなわち、３次元形状
モデル６１１の各画素は画素６１４ｄからのＸ方向の距
離に比例してＺ方向に移動する。

【０１０４】これにより、ツール側から見て重なる領域
において３次元形状モデル６１１がほぼ３次元形状モデ
ル６１２の前方に位置する。なお、既に説明した他の回
避処理と同様に、剪断変形は繰り返し行われてもよい。

【０１０５】＜1.5.5 重なり回避処理のその他の例＞
以上、不自然な重なりを回避する処理として平行移動、
回転および剪断変形の場合について説明してきたが、こ
れらの処理はいずれも３次元形状モデルの少なくとも一
部をＺ方向に変位させるという点で共通している。重な
りの回避はこれらの処理を組み合わせて行われてもよ
く、これらの処理に他の処理が組み合わされてもよい。

【０１０６】好ましい例としては、１回の回避動作で不
自然な重なりが完全には回避されずに２つの３次元形状
モデルが互いに干渉し合っている場合に、優先されない
３次元形状モデルの重複部分を削除して優先すべき３次
元形状モデル全体が（−Ｚ）方向から（ツール側から）
見えるようにしてもよい。これにより、不自然な重なり
を迅速に回避することができる。また、複数の３次元形
状モデルが占めるＺ方向の厚みを抑えることができ、加
工システム１Ｂの切削深さの制限内に複数の３次元形状
モデルを納める際に効果的な重なり回避手法となる。

【０１０７】＜1.5.6 合成＞ステップＳＴ２９２にお
いて、回避処理が不要であると判断された場合には、次
に、各３次元形状モデルの合成が行われる（ステップＳ
Ｔ２９４）。

【０１０８】合成により複数の３次元形状モデルを表す
複数のデータ要素がひとまとまりのデータである合成３
次元形状データとなる。合成３次元形状データには、各
３次元形状モデルのＸＹＺ方向に関する配置位置、およ
び、背景とすべき面の情報等が反映される。

【０１０９】なお、合成３次元形状データが示す３次元
形状モデルは、ツール側から（（−Ｚ）方向から）観察
した際に元の複数の３次元形状モデルが少なくとも一部
で重なり合った状態を示すものであっても、既述の重な
りの回避処理により不自然さを有することはない。

【０１１０】合成３次元形状データは、その後、図５に
示したように一旦データ処理装置４０内のメモリに保存
される。なお、必要に応じてカラー画像データも保存さ
れてもよい。

【０１１１】メモリに記憶された合成３次元形状データ
は適宜読み出されて加工データに加工され、その後、既
述のように加工装置１７２が加工データを用いてワーク
上に複数の利用客の顔の形状を形成する。

【０１１２】＜1.6 まとめ＞以上、この発明の第１の
実施の形態に係る立体模型作成装置１の構成および動作
について説明してきたが、この立体模型作成装置１で
は、複数の利用客の顔の撮影および計測を１人ずつ時間
をずらして順番に行い、全ての利用客の撮影および計測
が終了してから合成を行う。したがって、計測範囲およ
び計測解像度を擬似的に向上することができ、各利用客
の顔の３次元計測における計測点の数を十分なものとす
ることができる。その結果、各利用客の顔の局所的特徴
がぼけてしまうことがなく、複数の顔（すなわち、複数
の対象物）を適切に表現する３次元形状モデルを生成す
ることができる。

【０１１３】また、計測を１人ずつ行うことにより、計
測の際の各利用客の顔の奥行き方向の位置のばらつきを
抑えることができ、顔が計測範囲外に位置してしまうこ
とを効果的に防止することができる。

【０１１４】また、全ての利用客の撮影および計測後に
各３次元形状モデルのワーク上の配置位置を自動または
手動にて決定することができるので、各３次元形状モデ
ルの配置位置を適切なものとすることができる。

【０１１５】さらに、複数の３次元形状モデルを合成す
る際に、これらの３次元形状モデルが不自然に重なり合
っている場合であっても、重なりを回避する処理により
優先すべき３次元形状モデルが他の３次元形状モデルよ
りも（ツール側から見て重なる領域において）前方に位
置するように補正される。これにより、複数の利用客の
顔の形状がワーク上に適切に形成される。

【０１１６】＜２． 第２の実施の形態＞ ＜2.1 立体模型作成装置の構成＞図３２はこの発明の
第２の実施の形態に係る立体模型作成装置２の外観を示
す図であり、図３３は立体模型作成装置２の構成を示す
ブロック図である。なお、以下の説明において、第１の
実施の形態と同様または類似の構成および機能について
は第１の実施の形態と同符号を付して説明する。

【０１１７】図３２および図３３に示すように、第２の
実施の形態に係る立体模型作成装置２は、第１の実施の
形態に係る立体模型作成装置１と比べて、利用客を側方
から（すなわち、３次元計測装置３４の計測方向に対し
てほぼ垂直をなす方向から）２次元撮影する側方２次元
撮影装置３７を有し、さらに、側方２次元撮影装置３７
で得られた画像を表示するための補助ディスプレイ１７
を有する点で相違している。また、データ処理装置４０
も３次元形状モデルを作成する手段および３次元形状モ
デルを合成する手段として機能するが、変換処理として
はスケール変換のみを行うという点で異なっている。

【０１１８】立体模型作成装置２においても利用客が順
番に２次元撮影および３次元計測を行う。その一方で、
各利用客の顔の３次元形状モデルのワーク上の配置を撮
影（計測）の際に決定するという点、および、撮影ごと
に合成処理が行われるという点で第１の実施の形態と相
違している。以下、立体模型作成装置２の全体的な動作
の流れについて図３４および図３５を参照しながら説明
する。なお、これらの流れ図においても、第１の実施の
形態と同様または類似のステップについて同符号を付し
ている。

【０１１９】＜2.2 立体模型作成装置の動作＞まず、
初期状態において２次元撮影装置３６および側方２次元
撮影装置３７による撮影と、ディスプレイ１６および補
助ディスプレイ１７へのこれらの撮影装置により得られ
た画像の表示とが繰り返される（ステップＳＴ１０，Ｓ
Ｔ１２，ＳＴ１４）。この状態において、１人目の利用
客が立体模型作成装置２の前に立つことにより、利用客
の顔の前方からの画像がディスプレイ１６に表示され、
側方からの画像が補助ディスプレイ１７に表示される。

【０１２０】ここで、利用客は他の利用客の顔が配置さ
れるという前提の下で姿勢を変更することにより、ディ
スプレイ１６および補助ディスプレイ１７の画面におけ
る所望の位置に自分の顔を位置させる。利用客が自分の
顔が画面において所望の位置に位置したと判断すると、
スタートボタン１８１を押す（ステップＳＴ１４）。

【０１２１】これにより、第１の実施の形態と同様に正
面からの２次元撮影と３次元計測が行われる（ステップ
ＳＴ１６，ＳＴ１８）。得られたカラー画像データＤＣ
と距離画像データＤＳとはデータ処理装置４０が受け取
り、図６に示した処理とほぼ同様の処理により疑似両眼
形状データＤＳ９２、顔形状データＤＳ９１、顔輪郭近
傍形状データＤＳ９３により表される３次元形状モデル
が生成される。なお、この立体模型作成装置２では、利
用客を撮影した際の顔の姿勢をそのまま模型に反映する
ようになっており、図６におけるＣＦ座標変換処理（機
能Ｆ４）は行われない。また、後述する画面の表示内容
に基づくスケール変換（ステップＳＴ２８１）により３
次元形状モデルの大きさがカラー画像に基づいてワーク
に対応した大きさに自動的に変換されるため、ＦＷ座標
変換処理（機能Ｆ９）も行われない。

【０１２２】生成された３次元形状モデルはディスプレ
イ１６に表示され、利用客がジョイスティック１８４を
用いて回転表示させることにより、３次元形状モデルの
出来具合を確認する（ステップＳＴ２４，ＳＴ３８）。
生成された３次元形状モデルが気に入らない場合には、
キャンセルボタン１８３を押すことにより再度撮影前の
状態へと戻り（ステップＳＴ４０）、生成された３次元
形状モデルが許容範囲内のものである場合には確認ボタ
ン１８２を押すことにより次のステップへと移行する
（ステップＳＴ２６）。

【０１２３】１人目の利用客の撮影および計測が完了す
ると、次に、変換処理としてデータ処理装置４０により
３次元形状モデルのスケール変換が自動的に行われる
（ステップＳＴ２８１）。この処理は撮影の際の利用客
の顔の大きさに合わせて、すなわち、画面の表示内容に
基づいて３次元形状モデルの大きさを変更する処理であ
り、詳細については後述する。

【０１２４】変換処理が完了すると、次に、合成処理が
行われるが、１人目の利用客の撮影が終わった段階では
他の利用客の３次元形状モデルが存在しないため、この
段階では合成処理は行われない（ステップＳＴ２９）。
すなわち、データ処理装置４０は２人目以降の撮影を終
えてから合成手段として機能する。その後、１人目の３
次元形状モデルはデータ処理装置４０内のメモリに保存
される（ステップＳＴ３０）。

【０１２５】１人目の３次元形状モデルの生成および保
存が完了すると、次に、２人目の利用客の３次元形状モ
デルの生成を行うためにステップＳＴ１０へと戻り（ス
テップＳＴ２７）、撮影および表示が繰り返される（ス
テップＳＴ１０，ＳＴ１２）。

【０１２６】この状態で２人目の利用客が立体模型作成
装置２の前に立つことにより、利用客の前方からの顔が
ディスプレイ１６に表示され、側方からの顔が補助ディ
スプレイ１７に表示される。

【０１２７】このとき、１人目の利用客の顔の３次元形
状モデルが画面に合成されて表示される（ステップＳＴ
１２）。図３６は１人目の利用客の３次元形状モデル７
１１と２人目の利用客７１２の顔がディスプレイ１６に
合成されて表示される様子を例示する図であり、図３７
は同様に補助ディスプレイ１７の画面において合成表示
される様子を例示する図である。

【０１２８】なお、図３６および図３７では１人目の利
用客の３次元形状モデルを表示するようにしているが、
この３次元形状モデルに対応する部分のカラー画像（す
なわち、背景除去された顔面のみのカラー画像）を表示
するようにしてもよい。さらには、１人目の利用客の前
方および側方のカラー画像を表示しておいて２人目の利
用客のカラー画像を重ね合わせて（オーバーレイを行っ
て）表示してもよい。このように、既に撮影および計測
を終えた利用客の顔の３次元形状モデルと計測によりこ
れから生成される３次元形状モデルとの位置関係が間接
的に判るのであるならば、ディスプレイ１６および補助
ディスプレイ１７の表示方式はどのようなものであって
もよい。

【０１２９】２人目の利用客が自分の顔の位置を合わせ
終えると、スタートボタン１８１を押すことにより２人
目の利用客の正面からの２次元撮影および３次元計測が
行われる（ステップＳＴ１４，ＳＴ１６，ＳＴ１８）。
その後、１人目の利用客の場合と同様に、データ処理お
よび３次元形状モデルの表示が行われ、３次元形状モデ
ルの出来具合が確認されると確認ボタン１８２が押され
る（ステップＳＴ２２，ＳＴ２４，ＳＴ２６等）。

【０１３０】確認ボタン１８２が押されると、画面の表
示内容に基づくスケール変換が行われ（ステップＳＴ２
８１）、合成処理により１人目の３次元形状モデルと２
人目の３次元形状モデルとが合成される（ステップＳＴ
２９）。すなわち、これらの３次元形状モデルを表すデ
ータ要素がひとまとまりのデータへと合成される。合成
処理としては図２７ないし図３１を用いて説明したよう
に、様々な手法が採用されてよい。

【０１３１】３人目以降の利用客に対しても同様に、既
に生成された３次元形状モデルの表示を見ながら撮影お
よび計測が行われ、３次元形状モデルが生成される。そ
して、画面の表示内容に基づくスケール変換の後、合成
されて保存される。なお、最後の利用客の３次元形状モ
デルが合成され後に、合成された３次元形状モデルを表
示して利用客が確認できるようにされていてもよい。

【０１３２】全ての利用客の３次元形状モデルの生成、
スケール変換および合成が完了すると（ステップＳＴ２
７）、合成により生成された合成３次元形状データが加
工データＤＭへと変換されて加工システム１Ｂへと転送
される（ステップＳＴ３１）。加工システム１Ｂでは加
工データＤＭに基づいてワークの加工を行い（ステップ
ＳＴ３２）、複数の顔の形状が形成された商品（加工
物）が取出口２０に排出される（ステップＳＴ３３）。
利用客が商品を取り出したことを取出口センサ１７８が
確認すると、再び最初のステップへと移行する（ステッ
プＳＴ３４）。

【０１３３】＜2.3 画面の表示内容に基づくスケール
変換＞以上のように、この立体模型作成装置２では、撮
影および計測の際に利用客の姿勢により自分の顔がワー
ク上に形成される位置を決める。また、撮影ごとに３次
元形状モデルのスケール変換および合成が行われる。

【０１３４】次に、立体模型作成装置２におけるスケー
ル変換（ステップＳＴ２８１）の内容について説明す
る。なお、以下のスケール変換の説明に関する図では、
利用客の顔である対象物の形状や３次元形状モデルの形
状を幾何学的立体形状を用いて模式的に示す。また、１
人目および２人目の利用客の顔を必要に応じてそれぞれ
単に第１対象物および第２対象物と呼ぶ。

【０１３５】３次元計測装置３４により得られる距離画
像データが表す３次元形状モデルの大きさは、対象物の
絶対的な大きさを表すデータとして得られる。その一方
で、２次元撮影装置３６により得られる２次元画像にお
ける対象物の大きさは、２次元撮影装置３６から対象物
が遠ざかるほど小さくなる。

【０１３６】図３８はこの様子を説明するための図であ
る。２次元撮影装置３６のＣＣＤ３６１から、符号８１
１ａにて示す位置に対象物が存在する場合には、符号３
６１ａにて示す範囲が撮影範囲となる。符号８１１ｂに
て示す位置に対象物が存在する場合には、符号３６１ｂ
にて示す範囲が撮影範囲となる。したがって、２次元撮
影装置３６の光学系の焦点３６１ｃから対象物までの距
離に比例して、２次元撮影装置３６が撮影する範囲が広
くなり、画面に表示される対象物の大きさが相対的に小
さくなる。

【０１３７】ここで、立体模型作成装置２では、利用客
の２次元画像に基づいてワーク上に形成される顔（すな
わち、対象物）の大きさおよび位置が決定されるため、
３次元形状モデルの大きさおよび位置を２次元画像に基
づいて変換する処理が必要となる。

【０１３８】図３９は、２次元画像、すなわち、ディス
プレイ１６の画面の表示内容に基づいて３次元形状モデ
ルの大きさを変換する様子を説明するための図である。
図３９において、符号８１１，８１２はそれぞれ第１、
第２対象物から得られた３次元形状モデルを示し、符号
８２１，８２２はそれぞれ第１、第２対象物が計測され
た際の位置を示す基準面であるものとする。なお、基準
面から焦点３６１ｃまでの距離は撮影の際の自動焦点機
構からの情報に基づいて得られ、基準面８２１，８２２
から焦点３６１ｃまでの距離はそれぞれＬ１，Ｌ２であ
るものとする。また、面８２０は２次元撮影により得ら
れる画面の大きさ、すなわち、ワーク上の加工領域を想
定した面であり、画面の大きさに基づいて焦点から距離
Ｌ０だけ離れた位置に存在する仮想的な面である。

【０１３９】ここで、画面に映し出される第１対象物の
画像８１１ｉの大きさは、実際の大きさを示す３次元形
状モデル８１１の大きさを基準面８２１の大きさに対す
る面８２０の大きさの割合で変更したものに相当し、基
準面８２１と面８２０の大きさは焦点３６１ｃからの距
離に比例する。したがって、３次元形状モデル８１１を
（Ｌ０／Ｌ１）倍だけ大きさを変更することにより画像
８１１ｉの大きさと３次元形状モデル８１１の変換後の
大きさ（正確には、Ｚ方向に平行投影した大きさ）とが
一致する。

【０１４０】３次元形状モデル８１２についても同様
に、３次元形状モデル８１２を（Ｌ０／Ｌ２）倍だけ大
きさを変更することにより画像８１２ｉの大きさと３次
元形状モデル８１２の変換後の大きさとが等しくなる。

【０１４１】以上の処理により、データ処理装置４０で
は画面の表示内容に基づいてスケール変換が行われる。
なお、３次元形状モデルのスケール変換は焦点位置を基
準に行われ、スケール変換後の３次元形状モデル８１
１，８１２のＸＹ方向の位置は自動的に画像８１１ｉ、
画像８１２ｉの位置に一致する。したがって、第１の実
施の形態にて示したＸＹ位置変換は第２の実施の形態に
係るデータ処理装置４０では行われない。

【０１４２】＜2.4 まとめ＞以上、この発明の第２の
実施の形態に係る立体模型作成装置２の構成および動作
について説明してきたが、立体模型作成装置２において
も第１の実施の形態と同様に利用客が１人ずつ計測され
るので、各利用客の顔の３次元計測における計測点の数
を十分なものとすることができる。

【０１４３】また、立体模型作成装置２ではワーク上の
３次元形状モデルの配置位置が撮影および計測の際の利
用客の顔の位置により決定されるので、装置の構成が簡
素化されるとともに利用客の操作入力も簡素化される。

【０１４４】また、２人目以降の利用客は既に撮影およ
び計測が行われた利用客の３次元形状モデル等が表示さ
れた画面を見ながら位置合わせを行うので、位置合わせ
を適切に行うことができる。

【０１４５】さらに、側方より利用客を撮影することに
より、利用客が３次元計測装置３４からの距離を考慮し
て顔の位置合わせを行うことができる。

【０１４６】＜３． 第３の実施の形態＞図４０はこの
発明の第３の実施の形態に係る立体模型作成装置３の外
観を示す斜視図である。図４０に示すようにこの立体模
型作成装置３では、投光窓１２、受光窓１４およびディ
スプレイ１６が左右に分かれて２つずつ設けられてお
り、これらの構成の間に遮蔽板１９が配置される。これ
により、立体模型作成装置３では２人の利用客の撮影お
よび計測を同時に行うことができる。遮蔽板１９は一方
側の投光窓１２からのレーザー光が他方側の受光窓１４
に入射することを防止するために設けられている。

【０１４７】図４１は立体模型作成装置３の構成を示す
ブロック図である。立体模型作成装置３は２つの撮影シ
ステム３０ａ，３０ｂを有し、ディスプレイ１６も２つ
有するという点で第１の実施の形態に係る立体模型作成
装置１と相違している。なお、その他の構成は第１の実
施の形態と同様であり、データ処理装置４０は３次元形
状モデルを生成する手段、スケールや位置を変換する手
段、複数の３次元形状モデルを合成する手段等として機
能する。以下の説明では第１の実施の形態と同様または
類似の構成およびステップに第１の実施の形態と同様の
符号を付して説明する。

【０１４８】図４２は立体模型作成装置３の動作の流れ
を示す流れ図である。図４２に示すステップＳＴ２６以
降の処理の流れは第１の実施の形態のステップＳＴ２８
以降と同様であり、図５を参照するものとする。

【０１４９】立体模型作成装置３の初期状態では、２つ
の２次元撮影装置３６により撮影が行われ、得られた２
つの画像のそれぞれを各ディスプレイ１６に表示する動
作が繰り返される（ステップＳＴ１０，ＳＴ１２，ＳＴ
１４）。この状態で、２人の利用客がそれぞれ遮蔽板１
９を挟んで立体模型作成装置３の前に立つことにより、
各利用客の顔がディスプレイ１６に表示される。

【０１５０】各利用客が姿勢を決めると、スタートボタ
ン１８１を押すことにより各利用客に対応する２次元撮
影装置３６および３次元計測装置３４が撮影および計測
を行う（ステップＳＴ１６，ＳＴ１８）。これにより、
２つの撮影システム３０ａ，３０ｂが個別にカラー画像
データＤＣおよび距離画像データＤＳを取得し、これら
のデータがデータ処理装置４０へと転送される。

【０１５１】データ処理装置４０では、利用客ごとにデ
ータを第１の実施の形態と同様の処理にて順次処理する
（ステップＳＴ２０，ＳＴ２１）。すなわち、各利用客
のデータを一時的にデータ処理装置４０内のメモリに記
憶し、これらを順次読み出して処理を行う。その後、各
利用客の３次元形状モデルが表示され、利用客が確認を
行う（ステップＳＴ２２，ＳＴ２４，ＳＴ２６等）。な
お、図４２では２人の利用客の３次元形状モデルを適宜
配置した表示で確認を行う場合の流れを示しているが、
１人ずつ確認が行われてもよい。

【０１５２】その後、第１の実施の形態と同様に、各利
用客の３次元形状モデルの大きさやワーク上の配置位置
が決定され、合成されて保存される（図５：ステップＳ
Ｔ２８，ＳＴ２９，ＳＴ３０）。また、このとき、合成
された３次元形状モデルの表示が最終確認のために行わ
れてもよい。

【０１５３】生成された合成３次元形状データは加工デ
ータへと変換され、加工システム１Ｂにて加工が行われ
る（ステップＳＴ３１，ＳＴ３２）。完成した商品は取
出口２０に排出され、取出口センサ１７８で取り出しが
確認されると、最初のステップへと戻る（ステップＳＴ
３３、ＳＴ３４）。

【０１５４】以上、第３の実施の形態に係る立体模型作
成装置３の構成および動作について説明してきたが、こ
の立体模型作成装置３では、２人の利用客の撮影および
計測が対応する２つの撮影システム３０ａ，３０ｂを用
いて行われる。したがって、計測に必要な時間を短縮す
ることができる。また、立体模型作成装置３と利用客か
らの入力操作を受け付ける処理も簡素化することがで
き、撮影から商品排出までの総処理時間が一層短縮され
る。

【０１５５】なお、図４０および図４１では、２人用の
立体模型作成装置の構成を示しているが、撮影システム
を人数分配置することにより、３人以上の立体模型作成
装置を構築することももちろん可能である。この場合、
ステップＳＴ２１によりデータ処理が人数分繰り返して
行われる。

【０１５６】また、図４０および図４１ではディスプレ
イ１６を２つ設ける場合を示しているが、大きなディス
プレイ１６を１つだけ設け、画面表示を分割して行うよ
うになっていてもよい。

【０１５７】また、立体模型作成装置３では２人の利用
客の間に遮蔽板１９を設けることにより、２つの３次元
計測装置３４の干渉を防止しているが、干渉の防止方法
としては様々な手法が利用可能である。

【０１５８】例えば、２つの３次元計測装置３４から発
せられるレーザー光の波長を互いに異なったものとし、
２つの受光窓１４に互いに異なる光学フィルタを設ける
ことにより干渉が防止されてもよいし、２つの３次元計
測装置３４を計測タイミングをずらすことにより干渉が
防止されてもよい。

【０１５９】なお、遮蔽板を設けない場合には対象とな
る利用客の画像に他の利用客が含まれる可能性がある
が、所定の位置に利用客の頭部の位置合わせを行っても
らうこと等によりデータ処理装置４０にて他の利用客を
容易に排除することができる。

【０１６０】＜４． 第４の実施の形態＞図４３はこの
発明の第４の実施の形態に係る立体模型作成装置の動作
の流れを示す流れ図である。図４３のステップＳＴ２６
以降は図５と同様であるため、図５を参照する。なお、
装置構成は図１および図３に示した第１の実施の形態と
同様であり、以下、第１の実施の形態と同符号を用いて
参照するが、３次元計測装置３４としては第１の実施の
形態よりも分解能の高いものが用いられる点で第１の実
施の形態と相違している。

【０１６１】第４の実施の形態に係る立体模型作成装置
では、それぞれ１つの２次元撮影装置３６および３次元
計測装置３４による１回の撮影および計測により、複数
人の利用客のデータを取得するという点で第１の実施の
形態と相違している。したがって、データ処理装置４０
が３次元形状モデルを生成する手段、スケールや位置を
変換する手段、３次元形状モデルを合成する手段として
機能する点は第１の実施の形態と同様であるが、複数の
利用客のひとまとまりのデータを各利用客のデータに分
離する手段としての機能をさらに有する点で第１の実施
の形態と相違している。以下、図１ないし図３、並び
に、図４３および図５を参照しながら立体模型作成装置
１の動作について説明する。

【０１６２】まず、立体模型作成装置１の初期状態で
は、２次元撮影装置３６による撮影およびディスプレイ
１６の表示が繰り返し行われる（ステップＳＴ１０，Ｓ
Ｔ１２，ＳＴ１４）。この状態で、複数の利用客が立体
模型作成装置１の前に立つことにより、複数の利用客の
顔がディスプレイ１６に表示される。

【０１６３】利用客の全員が顔を正面に向けて準備が整
うと、スタートボタン１８１を押すことにより改めて２
次元撮影および３次元計測が行われる（ステップＳＴ１
６，ＳＴ１８）。

【０１６４】撮影および計測により得られたデータは複
数の顔のデータを含んでいるため、次に、データ処理装
置４０によりカラー画像データおよび距離画像データが
各利用客に対応する部分へと分離される（ステップＳＴ
１９）。

【０１６５】なお、分離を容易に行うために、画面上に
予め印を表示しておき、撮影および計測の際に各利用客
が各印に顔を合わせるようになっている。

【０１６６】分離により、生成された各利用客のカラー
画像データＤＣおよび距離画像データＤＳはデータ処理
装置４０内のメモリに一時的に記憶され、利用客ごとに
順次読み出して処理され、各利用客の３次元形状モデル
が生成される（ステップＳＴ２０，ＳＴ２１）。

【０１６７】以後、得られた３次元形状モデルの確認
（ステップＳＴ２２等）を行った上で大きさやワーク上
の配置位置が決定され（図５：ステップＳＴ２８）、合
成されて保存される（ステップＳＴ２９，ＳＴ３０）。
そして、合成により生成された合成３次元形状データか
ら加工データが生成され（ステップＳＴ３１）、加工シ
ステム１Ｂにおいてワークが加工されて商品として取り
出される（ＳＴ３２，ＳＴ３３，ＳＴ３４）。

【０１６８】以上、第４の実施の形態に係る立体模型作
成装置の動作について説明してきたが、この立体模型作
成装置では複数の利用客のデータを１つの２次元撮影装
置３６および１つの３次元計測装置３４を用いて得るの
で、装置構成を比較的簡単なものとすることができ、か
つ、利用客の操作入力も簡素化されて撮影から商品排出
までの総処理時間を短縮することができる。

【０１６９】なお、複数の利用客を１つの３次元計測装
置３４を用いて計測するため、既述のように３次元計測
装置３４としては第１の実施の形態に係る３次元計測装
置よりも高解像度のもの（好ましくは、人数に比例して
計測点数が多い計測装置）が利用される。また、複数の
利用客の顔が前後にばらつくおそれもあることから、奥
行き方向の計測範囲も広いものが用いられることが好ま
しい。

【０１７０】また、上記説明ではデータの分離（ステッ
プＳＴ１９）を容易に行うために各利用客が所定の位置
に頭部を位置させると説明したが、分離を容易に行うた
めにその他の方式が採用されてもよい。

【０１７１】例えば、各利用客の背後に配置される背景
幕を利用客ごとに異なった色とし、利用客が互いに十分
離れた状態で撮影および計測が行われるようにしてもよ
い。この場合、データ処理装置４０はカラー画像中の背
景幕の色が連続する領域に基づいて確実にカラー画像デ
ータおよび距離画像データを利用客ごとに分離すること
ができる。

【０１７２】＜５． データ処理装置の構成＞以上の第
１ないし第４の実施の形態に係る立体模型作成装置につ
いて説明してきたが、立体模型作成装置におけるデータ
処理装置４０の主な機能の構成を図示すると図４４に示
す構成となる。

【０１７３】図４４において、３次元データ生成部４１
０、位置変換部４２０、合成処理部４３０および加工デ
ータ生成部４４０はそれぞれ各実施の形態におけるデー
タ処理（ステップＳＴ２０）、変換処理（ステップＳＴ
２８）、合成処理（ステップＳＴ２９）および加工デー
タ生成（ステップＳＴ３１）を行う機能に相当する。ま
た、スケール変換部４２１、ＸＹ位置変換部４２２およ
びＺ位置変換部４２３はそれぞれスケール変換（ステッ
プＳＴ２８１）、ＸＹ位置変換（ステップＳＴ２８２）
およびＺ位置変換（ステップＳＴ２８３）を行う機能に
相当し、重なり領域算出部４３１、重なり回避部４３２
および合成部４３３はそれぞれ重なり領域の算出（ステ
ップＳＴ２９１）、重なりの回避（ステップＳＴ２９
３）および合成（ステップＳＴ２９４）を行う機能に相
当する。なお、分離部４５０は第４の実施の形態特有の
処理であるデータ分離（ステップＳＴ１９）を行う機能
に相当する。

【０１７４】これらの機能は、１つの電気的回路として
実現されてもよく、各機能のそれぞれが独立した電気的
回路として構築されてもよい。また、これらの機能を実
現するためにデータ処理装置４０を専用の装置として構
成する他に、汎用のコンピュータを利用することも可能
である。

【０１７５】図４５はデータ処理装置４０として汎用の
コンピュータを利用する場合の構成を示す図である。図
４５に示すように、データ処理装置４０の構成は、処理
の中心的機能を果たすＣＰＵ４０１，処理の作業領域と
なるＲＡＭ４０２，プログラム等を記憶する固定ディス
ク装置４０３，磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディ
スク等の記録媒体４０９に記録された情報を読み出す読
取装置４０４等を適宜バスライン４０５に接続して構成
される。

【０１７６】そして、データ処理装置４０が立体模型作
成装置に備え付けられる際には、バスライン４０５に適
宜インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して撮影シス
テム３０，ディスプレイ１６および操作入力システム４
４が接続される。

【０１７７】データ処理装置４０の動作は、固定ディス
ク装置４０３から、あるいは、記録媒体４０９から読取
装置４０４を介してプログラムをＲＡＭ４０２に読み出
し、ＣＰＵ４０１がＲＡＭ４０２上のプログラム４０２
ａに従って動作することにより実現される。すなわち、
記録媒体からプログラムを読み出すことにより、コンピ
ュータを３次元形状モデルを生成する手段、スケールや
位置を変換する手段、複数の３次元形状モデルを補正し
た上で合成する手段として機能させることができる。な
お、第４の実施の形態の動作の場合には、データを分離
する手段としても機能する。

【０１７８】データ処理装置４０を汎用のコンピュータ
にて実現する場合、予め２次元画像データや距離画像デ
ータを準備しておくことで、データ処理装置４０を合成
３次元形状データを生成する装置として利用することが
できる。さらには、複数の３次元形状モデルを準備して
おくことで、平行移動、回転または変形させながら合成
を行う装置としても利用することができる。

【０１７９】＜６． 変形例＞以上、この発明に係る実
施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能で
ある。

【０１８０】例えば、第１、第３および第４の実施の形
態では、ワーク上の３次元形状モデルの大きさや配置は
変換処理（ステップＳＴ２８）で行われ、第２の実施の
形態では、利用客が自分の頭部を画面を見ながら位置合
わせすることにより３次元形状モデルの大きさや配置が
決定されると説明したが、いずれの方式も全ての実施の
形態で採用することができる。

【０１８１】また、利用客が画面を見ながら頭部を位置
合わせすることにより決定される３次元形状モデルの配
置は、ＸＹＺ全ての方向に対して行われる必要はなく、
ＸＹ方向の位置だけ決められてもよい。この場合、Ｚ方
向に対する３次元形状モデルの配置の決定がデータ処理
装置４０等により行われることになる。

【０１８２】また、上記実施の形態では、利用客の正面
からの顔の形状を対象として取り扱っているが、側面か
らの顔の形状を対象としてもよい。さらに、撮影および
計測の対象は人間の顔に限定されず、別個独立した複数
の対象物の形状を取得する場合はこの発明を利用するこ
とができる。

【０１８３】

【発明の効果】請求項１ないし６に記載の発明では、所
定の方向から観察した際に第１の形状と第２の形状とが
適切に合成された合成３次元形状データを生成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る立体模型作
成装置の外観を示す斜視図である。

【図２】操作パネルの構成を示す図である。

【図３】図１に示す立体模型作成装置の機能構成を示す
ブロック図である。

【図４】図１に示す立体模型作成装置の全体的な動作の
流れを示す流れ図である。

【図５】図１に示す立体模型作成装置の全体的な動作の
流れを示す流れ図である。

【図６】図３に示すデータ処理装置が３次元形状モデル
を生成する際の機能の構成を示すブロック図である。

【図７】変換処理の流れを示す流れ図である。

【図８】ツールとワークとの位置関係を示す斜視図であ
る。

【図９】３次元形状モデルを囲む直方体の例を示す斜視
図である。

【図１０】スケール変換を自動で行う際の処理を説明す
るための図である。

【図１１】スケール変換を手動で行う際にジョイスティ
ックに割り当てられた機能を示す図である。

【図１２】３次元形状モデルが画面に表示された例を示
す図である。

【図１３】図１２における１つの３次元形状モデルが縮
小された例を示す図である。

【図１４】図１２における１つの３次元形状モデルが拡
大された例を示す図である。

【図１５】ＸＹ位置変換を自動で行う際の処理を説明す
るための図である。

【図１６】ＸＹ位置変換を自動で行う際の処理を説明す
るための図である。

【図１７】ＸＹ位置変換を手動で行う際にジョイスティ
ックに割り当てられた機能を示す図である。

【図１８】図１２における１つの３次元形状モデルが移
動された例を示す図である。

【図１９】Ｚ位置変換を自動で行う際の処理の例を説明
するための図である。

【図２０】Ｚ位置変換を自動で行う際の処理の例を説明
するための図である。

【図２１】Ｚ位置変換を自動で行う際の処理の例を説明
するための図である。

【図２２】Ｚ位置変換を自動で行う際の処理の例を説明
するための図である。

【図２３】Ｚ位置変換を自動で行う際の処理の例を説明
するための図である。

【図２４】Ｚ位置変換を手動で行う際にジョイスティッ
クに割り当てられた機能を示す図である。

【図２５】Ｚ位置変換を手動で行う際に３次元形状モデ
ルが画面に表示された例を示す図である。

【図２６】図２５における１つの３次元形状モデルがＺ
方向に移動された例を示す図である。

【図２７】合成処理の流れを示す流れ図である。

【図２８】重なり領域の例を示す図である。

【図２９】３次元形状モデルの平行移動により不自然な
重なりを回避する例を説明するための図である。

【図３０】３次元形状モデルの回転により不自然な重な
りを回避する例を説明するための図である。

【図３１】３次元形状モデルの剪断変形により不自然な
重なりを回避する例を説明するための図である。

【図３２】この発明の第２の実施の形態に係る立体模型
作成装置の外観を示す斜視図である。

【図３３】図３２に示す立体模型作成装置の機能構成を
示すブロック図である。

【図３４】図３２に示す立体模型作成装置の全体的な動
作の流れを示す流れ図である。

【図３５】図３２に示す立体模型作成装置の全体的な動
作の流れを示す流れ図である。

【図３６】既に生成された３次元形状モデルとこれから
計測が行われる利用客の顔とを合成して表示する例を示
す図である。

【図３７】既に生成された３次元形状モデルとこれから
計測が行われる利用客の顔とを合成して表示する例を示
す図である。

【図３８】撮影範囲と対象物の位置との関係を説明する
ための図である。

【図３９】画面の表示内容に基づいて３次元形状モデル
の大きさを変換する処理を説明するための図である。

【図４０】この発明の第３の実施の形態に係る立体模型
作成装置の外観を示す斜視図である。

【図４１】図４０に示す立体模型作成装置の機能構成を
示すブロック図である。

【図４２】図４０に示す立体模型作成装置の全体的な動
作の流れを示す流れ図である。

【図４３】この発明の第４の実施の形態に係る立体模型
作成装置の全体的な動作の流れを示す流れ図である。

【図４４】データ処理装置の主な機能の構成を示す図で
ある。

【図４５】データ処理装置として汎用のコンピュータを
利用する際の構成を示す図である。

【図４６】２つの顔を離してワーク上に形成した例を示
す図である。

【図４７】２つの顔を重ねてワーク上に形成した例を示
す図である。

【図４８】２つの顔が重なる領域にて混ざり合う様子を
説明するための図である。

【符号の説明】

１Ａ モデリングシステム ４０ データ処理装置 ４０２ａ プログラム ４０３ 固定ディスク装置 ４０９ 記録媒体 ４３２ 重なり回避部 ４３３ 合成部 ６１１，６１２ ３次元形状モデル ＳＴ２９３，ＳＴ２９４ ステップ

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） Ｇ０９Ｇ 5/377 Ｇ０９Ｇ 5/36 ５２０Ｌ ９Ａ００１ // Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ (72)発明者 藤原 浩次 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 平山 直之 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 CC16 FF01 FF02 FF04 FF09 GG06 HH05 JJ03 JJ26 LL04 LL61 MM16 QQ24 QQ31 QQ32 QQ33 QQ36 SS13 UU05 5B057 CA13 CB13 CD02 CD03 CE08 DA07 DA16 DB03 DC16 DC32 5C061 AB01 AB04 AB08 AB12 AB17 AB21 AB24 5C082 AA27 BA12 BA20 BA34 BA35 CA42 CA52 CA55 CA56 CB01 CB06 DA87 MM05 MM10 5H269 AB01 AB26 BB07 CC02 DD01 JJ09 JJ20 9A001 HZ24 HZ28 HZ29

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の形状を表す第１の３次元データ要
   素と第２の形状を表す第２の３次元データ要素とを合成
   して合成３次元データを生成する３次元データ生成装置
   であって、 前記第１または第２の３次元データ要素を補正すること
   により、前記第１または第２の形状の少なくとも一部を
   所定の方向に変位させる補正手段と、 前記第１および第２の３次元データ要素を合成すること
   により、前記所定の方向から観察した際に前記第１およ
   び第２の形状が少なくとも一部で重なり合った状態を示
   す合成３次元データを生成する合成手段と、を備えるこ
   とを特徴とする３次元データ生成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の３次元データ生成装置
   であって、 前記補正手段が、前記第１または第２の形状を前記所定
   の方向に平行移動することを特徴とする３次元データ生
   成装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の３次元データ生成装置
   であって、 前記補正手段が、前記第１または第２の形状を前記所定
   の方向に対してほぼ垂直な軸を中心に回転することを特
   徴とする３次元データ生成装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の３
   次元データ生成装置であって、 前記補正手段が、前記第１または第２の形状の少なくと
   も一部を前記所定の方向に変位させた後に、前記第１ま
   たは第２の形状における重複部分を削除することを特徴
   とする３次元データ生成装置。
5. 【請求項５】 第１の形状を表す第１の３次元データ要
   素と第２の形状を表す第２の３次元データ要素とを合成
   して合成３次元データを生成する３次元データ生成方法
   であって、 前記第１または第２の３次元データ要素を補正すること
   により、前記第１または第２の形状の少なくとも一部を
   所定の方向に変位させる工程と、 前記第１および第２の３次元データ要素を合成すること
   により、前記所定の方向から観察した際に前記第１およ
   び第２の形状が少なくとも一部で重なり合った状態を示
   す合成３次元データを生成する工程と、を有することを
   特徴とする３次元データ生成方法。
6. 【請求項６】 第１の形状を表す第１の３次元データ要
   素と第２の形状を表す第２の３次元データ要素とを合成
   して合成３次元データを生成する処理をコンピュータに
   実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り
   可能な記録媒体であって、前記プログラムはコンピュー
   タに、 前記第１または第２の３次元データ要素を補正すること
   により、前記第１または第２の形状の少なくとも一部を
   所定の方向に変位させる工程と、 前記第１および第２の３次元データ要素を合成すること
   により、前記所定の方向から観察した際に前記第１およ
   び第２の形状が少なくとも一部で重なり合った状態を示
   す合成３次元データを生成する工程と、を少なくとも実
   行させることを特徴とする記録媒体。