JP2002024855A

JP2002024855A - ３次元形状生成方法およびその方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体

Info

Publication number: JP2002024855A
Application number: JP2000211874A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Matsuoka; 司松岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】距離画像からの３角形メッシュを生成する際
に、角張った形状の鋭角の稜線、特に凹部分の鋭角稜線
が失われる、格子間隔以下の薄い形状と細い形状が失わ
れるという問題を解消できる３次元形状生成方法を提供
する。【解決手段】本発明は、距離画像から３角形メッシュ
を生成する３次元形状生成方法において、輪郭、内部お
よび外部の３つの属性値のいずれかを持つ個々のボクセ
ルから成るボリュームモデルを距離画像データから生成
し（ステップＳ１）、前記ボリュームモデル中のボクセ
ルの位置を順次ずらしながら隣接する複数ボクセルの前
記属性値の組み合わせを取得し、その組み合わせに対応
付けて記憶されている３角形生成情報から３角形基本メ
ッシュが生成し（ステップＳ２）、生成された３角形基
本メッシュから対応する多様体頂点の面構成パターンが
抽出してフィッティング処理を行う（ステップＳ３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、専用の３次元形状
処理装置またはパーソナルコンピュータなどの情報処理
装置などで実施される３次元形状生成方法に係わり、特
に、３角形メッシュ生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネット上でのマルチメデ
ィア利用の広がりとともに、グラフィクス表示装置とコ
ンピュータとを用いて構成される３次元形状処理システ
ムが普及し、記憶されている３次元形状データ読み出し
て３次元形状モデルを表示させたり、３次元形状を生成
したり、生成されている３次元形状を変形させたり、ま
た、３次元形状の体積や重心などを計算したりすること
が広く行われている。そのような中で、最近、３次元測
定器などを用いて取り込んだ３次元の点群データや距離
画像を元にして符号付き距離関数を生成し、マーチング
キューブス法（参考文献［１］William E. Lorensen an
d Harvey E. Cline: "Marching Cubes: A High Resolut
ion 3D Surface Construction Algorithm", SIGGRAPH'8
7 Proceedings, pp.163-169, Jul 1987. 参照）などの
同位相面生成手法を用いて３角形メッシュで表現される
３次元形状モデルを自動生成する手法が提案されている
（参考文献［２］Hugues Hoppe, Tony DeRose, Tom Duc
hamp, John McDonald and Werner Stuetzle: "Surface
reconstruction from unorganized points", SIGGRAPH
'92 Proceedings, pp.71-78, Jul 1992.および参考文
献［３］Brian Curless and Marc Levoy: "A Volumetri
c Method for Building Complex Models from Range Im
ages", SIGGRAPH'96 Proceedings, pp.303-312, Aug 19
96. ［３］参照）。これらの手法の長所として、次のも
のある。（１）貫通穴などの位相構造を持った形状でも生成でき
る。（２）欠落している点群がある場合でも、その穴を
埋める面を生成できる。（３）３次元測定器の性質や測
定条件による誤差がある場合でも、誤差の影響を受けに
くい。（４）測定したサンプル点の分布に偏りがある非
一様な場合でも、関数化することで一様な分布のサンプ
ル点を得ることができる。しかしながら、この手法に
は、（１）鋭角の特徴の再現性が弱い。鋭角の稜線を持
った機械部品など人工的に作成したものでも、常に丸み
を帯びた形状として再現され、（２）薄い形状や細い形
状の再現性が弱い。再現性が格子の位置に依存するの
で、特に、薄さや細さが格子間隔以下の形状では形状が
必ず再現できるとは言えないという欠点がある。前記し
た、鋭角の特徴の再現性に関して補足すると、マーチン
グキューブス法では３角形メッシュの頂点位置が格子軸
上に限定されているので、鋭角の稜線などの特徴を十分
に捉え切れないのである。また、３角形メッシュの頂点
位置がボクセル内で自由に配置できる格子点連結法（参
考文献［４］松岡、植田、早野：「格子点連結法と局所
操作を用いた点群データからのソリッドモデル自動再構
成」、情報処理学会論文誌、vol.40, No.5, 1999年参
照）でも、凸部分の鋭角稜線は再現するが、凹部分の鋭
角稜線は再現できない。また、薄い形状や細い形状の再
現性に関しては、マーチングキューブス法では、図16に
示すように格子の設定位置により、形状が再現できる場
合とそうでない場合があり、一般的には格子間隔以下の
薄い形状や細い形状の再現性は保証されない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来技
術においては、３次元測定器などで測定することにより
得られる距離画像から３角形メッシュを生成する際に、
角張った形状の鋭角の稜線、特に凹部分の鋭角稜線が失
われる、格子間隔以下の薄い形状と細い形状が失われる
という問題がある。本発明の課題は、このような従来技
術の問題を解決し、３次元測定器などで測定することに
より得られる距離画像から３角形メッシュを生成する際
に、角張った形状の鋭角の稜線、特に凹部分の鋭角稜線
が失われる、格子間隔以下の薄い形状と細い形状が失わ
れるという問題を解消できる３次元形状生成方法および
その方法を実施するためのプログラムを記憶する記憶媒
体を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、距離画像から３角形メッ
シュを生成する３次元形状生成方法において、輪郭、内
部および外部の３つの属性値のいずれかを持つ個々のボ
クセルから成るボリュームモデルを距離画像から生成す
る工程と、前記ボリュームモデル中のボクセルの位置を
順次ずらしながら取得した隣接する複数ボクセルの前記
属性値の組み合わせに対応付けて記憶されている３角形
生成情報から３角形基本メッシュを生成する工程と、生
成された前記３角形基本メッシュから対応する多様体頂
点の面構成パターンを抽出してフィッティング処理を行
う工程とを有することを特徴とする。請求項２に記載の
発明は、請求項１に記載の３次元形状生成方法におい
て、距離画像から距離画像メッシュを生成する工程と、
生成された前記距離画像メッシュからボリュームモデル
を生成する工程と、前記距離画像メッシュから輪郭ボク
セルを検出する工程と、前記距離画像の撮影方向の外側
から前記輪郭ボクセルが見つかるまで探索して外部ボク
セルを検出することにより輪郭、内部および外部の３つ
の属性値のいずれかを持つ個々のボクセルから成るボリ
ュームモデルを生成する工程とを有することを特徴とす
る。請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の３次元
形状生成方法において、隣接する８ボクセルの属性値の
組み合わせにより３角形基本メッシュを生成する工程を
有することを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請
求項１、請求項２または請求項３に記載の３次元形状処
理方法において、隣接する複数ボクセルの属性値の組み
合わせに対応した３角形生成情報および回転情報を取り
出する工程と、前記回転情報を用いて前記複数ボクセル
から成るキューブを回転変換させ、回転変換させたキュ
ーブから前記３角形生成情報に従って３角形基本メッシ
ュを生成する工程とを有することを特徴とする。請求項
５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１
つの請求項に記載の３次元形状生成方法において、隣接
する複数ボクセルから成るキューブの３角形生成情報に
基づいて記憶された情報を探索することにより対応する
多様体頂点の面構成パターンおよびフィッティング方向
情報を取得する工程と、取得した前記面構成パターンか
ら得た多様体頂点を含む面集合に対してフィッティング
方向情報に基づいて前記多様体頂点のフィッティング処
理を行う工程とを有することを特徴とする。

【０００５】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５に記載の３次元形状生成方法において、距離画像
メッシュの頂点から境界箱を生成する工程と、生成した
前記境界箱をボクセルに分割し、そのボクセルのすべて
に内部ボクセル属性を設定する工程とを有することを特
徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の
３次元形状生成方法において、生成した境界箱を拡大
し、拡大した境界箱をボクセルに分割する工程を有する
ことを特徴とする。請求項８に記載の発明は、請求項１
乃至請求項７のいずれか１つの請求項に記載の３次元形
状生成方法において、距離画像メッシュの３角形を含む
ボクセル空間を生成する工程と、生成された前記ボクセ
ル空間のなかで前記距離画像メッシュの３角形が交差す
るボクセルに輪郭ボクセル属性を設定することにより輪
郭ボクセルを生成する工程を有することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいず
れか１つの請求項に記載の３次元形状生成方法におい
て、撮影位置から距離画像メッシュに至る空間から成る
視点ボリュームを生成する工程と、前記視点ボリューム
と交差するボクセルに外部ボクセル属性を設定すること
により外部ボクセルを生成する工程を有することを特徴
とする。請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求
項９のいずれか１つの請求項に記載の３次元形状生成方
法を実施するためのプログラムを記憶したことを特徴と
する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の１つの実施
の形態に係る３次元形状処理装置のハードウェアの構成
を示すブロック図である。図１に示したように、この実
施に形態に係る３次元形状処理装置は、プログラムに従
って装置全体を制御したり本発明に係わる処理を含む３
次元形状処理を行ったりするＣＰＵ１と、プログラムや
データを一時的に記憶するメモリ２と、プログラムや３
次元形状データなど各種データを記憶しておく外部記憶
装置３およびマウスやキーボードなどを有している。ま
た、この実施に形態に係る３次元形状処理装置は、３次
元形状モデルやそれを構成している形状要素を指定した
り、また、形状生成や形状変形のための入力を行なった
りする入力装置４およびグラフィックスディスプレイに
より構成され３次元形状モデルなどを表示する表示装置
５などを備えている。このようなハードウェアとプログ
ラムを用いて、本発明の３次元形状処理システムは、距
離画像から３角形メッシュを生成する３次元形状生成方
法において、輪郭、内部および外部の３つの属性値のい
ずれかを持つ個々のボクセルから成るボリュームモデル
を距離画像から生成する工程と、隣接する複数ボクセル
の前記属性値の組み合わせを用いて３角形基本メッシュ
を生成する工程と、生成された３角形基本メッシュから
多様体頂点を検出してフィッティング処理を行う工程と
を有している。なお、前記距離画像は、撮影位置を視点
とした透視投影または平行投影によった画像であり、距
離画像を構成している各画素（背景とは区別される画像
部分を構成している最小単位）は属性値として撮影位置
からの距離情報を持っている。また、フィッティング処
理とは、実物の形状に近づける処理である。以下、図２
に示す動作フローに先立って準備しておくこと、およ
び、前提条件を示す。

【０００７】（１）図３に示すような３角形面生成パタ
ーンに基づいた３角形を生成する情報へのポインタおよ
び回転情報（後述）を３角形生成ルックアップテーブル
に予め格納しておく。そのルックアップテーブルには、
図４に示すような隣接する８つのボクセルの属性値の組
み合わせをアドレスとしてアクセスする。図４の例で言
えば、「０１０１１１１１」（図４に示したV0がビット
０に相当するので前記ビット列は図４とは左右が逆にな
っている）という１バイトのアドレスでルックアップテ
ーブルにアクセスするのである。なお、ボクセルとは、
当該３次元形状モデルの境界箱（バウンディングボック
ス）をｘ，ｙ，ｚ方向に細分割して生成した個々の直方
体のことであり、個々のボクセルはそれが当該３次元形
状モデルの内部にあるか、輪郭位置にあるか、外部にあ
るかにより、内部ボクセル、輪郭ボクセルおよび外部ボ
クセルのいずれかを示す情報を属性値として持つ。ま
た、図３および図４では８つのボクセルをそれぞれの中
心点を示す白丸または黒丸で示している（図５参照）。
白丸は外部ボクセル、黒丸は内部または輪郭ボクセルで
ある。また、８つの中心点を結んでできる直方体をキュ
ーブと称する。隣接するキューブはいずれの方向も例え
ば４ボクセル重複して抽出した８ボクセルである。ま
た、図３において、外部ボクセルの中心点（外部点）に
結ばれる３角形面生成パターンがないのは、外部点が輪
郭を形成する３角形面の外にあるからである。（２）本発明で用いる前記ルックアップテーブルには、
面を生成する場所を示す情報である図６に示すような３
角形生成情報（面生成情報）を予め格納しておく（ポイ
ンタを格納しておいてもよい）。なお、図６には、３角
形生成情報を６面（F0~F5 ）に対応付けて６ビットで示
しているが、実際には例えば１バイトを用いて表現す
る。（３）本発明で用いる距離画像は、各画素毎に奥行き方
向（撮影位置から被写体に向かう方向）の距離情報（撮
影位置からの距離を示す）、カメラ位置、カメラ撮影方
向、視野角などの撮影情報を持つ。つまり、各画素毎
に、透視変換を用いて容易に３次元空間上の座標値に変
換できるものとする。（４）本発明で用いるボリュームモデルでは、予め各方
向のサイズ（各方向のボクセルの個数） Nx, Ny, Nz
（すべて正の整数）を決めておく。しかし、必要に応じ
て利用者が利用前にサイズを指定することも可能とす
る。サイズを大きくすれば、それだけ細かな解像度の３
角形メッシュを得ることができる。但し、Nx, ×Ny, ×
Nzに比例した大きさの作業用メモリ空間が必要になる。

【０００８】以下、図２に示す動作フローに基すいてこ
の実施の形態に係る動作の概要を説明する。まず、３次
元測定器を用いて取得した距離画像データから輪郭・内
部・外部の３つの属性値のいずれかを持つボクセルから
構成されるボリュームモデルを生成する（距離画像ボリ
ューム生成ステップ）（ステップＳ１）。続いて、ボリ
ュームモデル中のボクセルの位置を順次ずらしながら隣
接する８ボクセルの属性値の組み合わせ値を取得し、そ
の値のアドレスに記憶されている３角形生成情報を用い
て３角形基本メッシュを生成する（基本メッシュ生成ス
テップ）（ステップＳ２）。そして、３角形基本メッシ
ュから対応する多様体頂点の面構成パターンを抽出して
フィッティング処理を行う（多様体頂点フィッティング
ステップ）（ステップＳ３）。次に、図７に示す動作フ
ロー図に基づいて前記距離画像ボリューム生成ステップ
（ステップＳ１）について説明する。まず、距離画像の
画素を頂点とする距離画像メッシュを生成する（ステッ
プＳ11）。距離画像の各画素が規則的に配置されている
場合には隣接情報が得られるので、隣接した３画素を頂
点とする３角形を生成することにより距離画像メッシュ
を生成する。距離画像の各画素が不規則に配置されてい
る場合には、距離画像の各画素の座標値に対してドロネ
３角形分割（参考文献［５］Jean-Daniel Boissonnat:
"Geometric structures for three-dimentional shape
representation", ACM Transactions on Graphics, Vo
l.3, No.4, Oct 1984, pp.266-286. 参照）を用いるこ
とにより距離画像メッシュを生成する。なお、異なる方
向から撮影されている複数枚の距離画像データがあれ
ば、各距離画像データ毎に距離画像メッシュを生成す
る。続いて、距離画像メッシュから、境界箱を生成し、
その境界箱を細分して境界箱が複数のボクセルからなる
構成とし、とりあえず、すべてのボクセルを内部ボクセ
ルとした初期ボリュームモデルを生成する（内部ボクセ
ル生成ステップ）（初期ボリューム生成）（ステップＳ
12）。そして、前記ボリュームモデルから輪郭ボクセル
を検出し（後述）、そのボクセルに輪郭ボクセルである
ことを示す属性情報を設定する（輪郭ボクセル生成ステ
ップ）（ステップＳ13）。さらに、そのボリュームモデ
ルから外部ボクセルを検出し（後述）、そのボクセルに
外部ボクセルであることを示す属性情報を設定する（外
部ボクセル生成ステップ）（ステップＳ14）。

【０００９】次に、図８に示す動作フロー図に基づいて
前記内部ボクセル生成ステップ（ステップＳ12）につい
て説明する。まず、距離画像メッシュの頂点座標をすべ
て含む境界箱（バウンディングボックス）を求める（ス
テップＳ121 ）。境界箱は、各頂点座標の３次元座標
(X,Y,Z) の各要素X,Y,Z 毎に最大値Xmin, Ymin, Zmin、
最小値Xmax, Ymax, Zmaxを求め、その最大値、最小値を
次のように組み合わせた８座標B1〜B8を頂点とする直方
体として求める。B1は(Xmin,Ymin,Zmin)とし、 B2は(Xm
ax,Ymin,Zmin)とし、B3は(Xmin,Ymax,Zmin)とし、 B4
は(Xmax,Ymax,Zmin)とし、B5は(Xmin,Ymin,Zmax)とし、
B6 は(Xmax,Ymin,Zmax)とし、B7は(Xmin,Ymax,Zmax)と
し、 B8 は(Xmax,Ymax,Zmax)とする。続いて、境界箱の
各頂点に、次に示すように定数δを加えるか減ずること
により、境界箱を拡大する（ステップＳ122 ）。δは、
各画素が境界箱の表面に分布し、微妙な境界判断の問題
を起こさないようにするための、正の小さな数である。
この場合に、B1は(Xmin−δ,Ymin −δ,Zmin −δ)であ
り、 B2は(Xmax+δ,Ymin −δ,Zmin −δ) であり、B3
は(Xmin −δ,Ymax + δ,Zmin −δ) であり、B4 は(Xm
ax+δ,Ymax+δ,Zmin −δ) であり、B5は(Xmin −δ,Ym
in −δ,Zmax+δ) であり、B6は(Xmax+δ,Ymin −δ,Zm
ax+δ) であり、B7は(Xmin −δ,Ymax+δ,Zmax+δ) で
あり、B8は(Xmax+δ,Ymax+δ,Zmax+δ) である。そし
て、境界箱の頂点B1をボリュームモデルの原点とし、境
界箱を予め決められたサイズ（個数）Nx,Ny,Nzにより分
割して生成されたボクセルにより構成されるボリューム
モデルを作成する（ステップＳ123 ）。さらに、ボクセ
ルの初期属性値をすべて内部ボクセルに設定する（ステ
ップＳ124 ）。

【００１０】次に、図９に示す動作フローに基づいて前
記輪郭ボクセル生成ステップ（ステップＳ13）について
説明する。まず、距離画像メッシュの各頂点の３次元座
標(X,Y,Z) が含まれるボクセルに輪郭ボクセル属性を設
定する（ステップＳ131 ）。次に示す式(1) を用いて各
頂点の座標(X,Y,Z) が含まれているボクセルを検出し、
検出したボクセルに輪郭ボクセル属性を設定するのであ
る。 (Xi,Yi,Zi)=( (X −Xmin) /Nx, (Y −Ymin)/ Ny, (Z −Zmin)/ Nz) (1) ここで、 (Xi,Yi,Zi) はボクセルのアドレス（番号）で
各要素の小数点以下は切り捨てられ、整数に丸められ
る。続いて、距離画像メッシュの３角形毎に、その頂点
が含まれる最大で３つのボクセルを式(1) により探し、
３つのボクセルを含む境界箱に相当する、次のように定
義されるボクセルアドレス(X,Y,Z) の範囲に存在するボ
クセル空間を求める（ステップＳ132 ）。 min(X1,X2,X3) ≦X ≦ max(X1,X2,X3), min(Y1,Y2,Y3) ≦Y ≦ max(Y1,Y2,Y3), min(Z1,Z2,Z3) ≦Z ≦ max(Z1,Z2,Z3). ここで、(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3)は３角形の
頂点が含まれる３つのボクセルアドレスとする。さら
に、前記のような各ボクセル空間に含まれる各ボクセル
について距離画像メッシュの各３角形との交差チェック
を行い、交差したボクセルを輪郭ボクセルとする（ステ
ップＳ133 ）。なお、計算コスト節約のため、既にステ
ップステップＳ131 で輪郭ボクセルと判定されているも
のについては、交差チェックを行わない。次に、図１０
に示す動作フローに基づいて前記外部ボクセル生成ステ
ップ（ステップＳ14）について説明する。まず、距離画
像の撮影位置から距離画像メッシュの各３角形面に至る
空間から成る角錐状の複数の視点ボリューム空間（平行
投影の場合は角柱状のボリューム空間）を作成する（ス
テップＳ141 ）。続いて、各視点ボリューム空間とボリ
ュームモデルの交差チェックを行い、交差したボクセル
に外部ボクセル属性を設定する（ステップＳ142 ）。計
算コスト節約のため、既に外部ボクセルと判定されたも
のや、ステップステップＳ131 およびステップステップ
Ｓ133 で輪郭ボクセルと判定されているものについて
は、交差チェックを行わずにそのままにしておく。こう
して、輪郭ボクセルでも外部ボクセルでもないボクセル
が最終的な内部ボクセルとされるのであるが、そうする
と、視点ボリューム空間と交わらない輪郭ボクセルの外
側のボクセルがあった場合には、そのボクセルも内部ボ
クセルになってしまう。そのため、距離画像はあらゆる
方向から撮影したものを用意して、被写体の外側はすべ
て視点ボリューム空間と交わるようにする。

【００１１】次に、図１１に示す動作フロー図に従って
前記基本メッシュ生成ステップ（ステップＳ２）につい
て説明する。まず、ルックアップテーブル内の、隣接す
る８ボクセルの属性値の組み合わせから成るアドレスか
ら回転情報と３角形生成パターンを取得する（ステップ
Ｓ21）。あるいは、ルックアップテーブルに記憶された
ポインタを取得し、そのポインティング先からそれらを
取得してもよい。３角形生成パターンは回転情報に従っ
た回転変換分を一つにまとめることにより、前記図２に
示したようにまとめられている。回転情報は、図11に示
すように、X,Y,Z 各軸まわりに90度の回転を１回とする
回転回数を (Rx,Ry,Rz) と定義したもので、それぞれ0
以上の整数である。なお、図11はX 軸まわりに90度の回
転を１回行なった例である。図11において、キューブの
下に示した白丸および黒丸は図３と同様な意味である。
続いて、回転情報(Rx,Ry,Rz)により８ボクセル（キュー
ブ）を回転変換させる（ステップＳ22）。アドレッシン
グ先に８ボクセルのアドレスを格納した領域を用意して
おき、回転変換を行うのである。例えば、図１２に示し
た例で言えば、ルックアップテーブルには、図１２(b)
に示した組み合わせのアドレス情報「１１１１１１０
０」に対応付けて回転情報(1,0,0) および図１２(a) の
アドレス「１１００１１１１」を格納しておき、アドレ
ス「１１００１１１１」を得ることにより図１２(a) の
３角形生成パターンを取得し、それをX 軸まわりに90度
回転させて図１２(b) の３角形生成パターンを得る。さ
らに、回転変換させた８ボクセルと３角形生成情報を用
いて３角形基本メッシュを生成する。輪郭ボクセルの中
心点の座標を取得し、その中心点を３角形メッシュの頂
点とする３角形を作成するのである。例えば図１２の例
では４個の３角形基本メッシュが作成される。なお、図
３や図１２に示した3 角形基本メッシュの各太線は３次
元形状モデルの稜線となる。

【００１２】次に、図１３に示す動作フローに基づいて
前記多様体頂点フィッティングステップ（ステップＳ
３）について説明する。まず、隣接する８キューブの３
角形生成情報をキーにして、多様体頂点（後述）の各種
面構成パターンなどの格納先が記憶されているテーブル
を探索し、８キューブの３角形生成情報に対応した多様
体頂点の面構成パターンとフィッティング方向を取得す
る（ステップＳ31）。この実施の形態では、常に３角形
は２つが組になって生成されるので、１キューブに対す
る３角形生成情報は、６ビット分のTRUE,FALSEの２値情
報から成る。図５はそのような各ビットと実際の面の対
応関係を示したものである。多様体頂点の各種面構成パ
ターンを８キューブの３角形生成情報に対応付けて図１
４に示す。なお、多様体頂点とは、まわりの面が図１４
のように接続している頂点である（黒点で図示してい
る）。また、フィッティング方向を図１５に示す。図１
４および図１５では、回転変換により同じになるものは
省いている。面構成パターン（図１４のR1〜R8）とフィ
ッティング方向（図１５）の対応は以下のとおりであ
る。 (a)---R1, R4, R6, R7, R8 (b)---R2, R3 (c)---R5 続いて、得られた面構成パターンおよびそれを回転変換
した複数の面構成パターンの中から８キューブの３角形
生成情報に対応した面集合を取得する（ステップＳ3
2）。さらに、前記のようにして得られた各８キューブ
に対応した面集合についてその多様体頂点をフィッティ
ング方向に基づき、距離画像メッシュに対して最短距離
で射影することにより多様体頂点を移動させ、それに伴
ってそのまわりの３角形基本メッシュも移動させてフィ
ッティングする（実物に近づける）（ステップＳ33）。
以上、１キューブが８ボクセル（各方向２個）の場合で
説明したが、例えば27個（各方向３個）でも本発明によ
った３次元形状生成が可能である。また、以上説明した
ような本発明の３次元形状生成方法に従ってプログラミ
ングしたプログラムを例えば着脱可能な記憶媒体に記憶
させ、その記憶媒体をこれまで本発明によった３次元形
状生成を行えなかったパーソナルコンピュータなど情報
処理装置に装着することにより、その情報処理装置にお
いて本発明によった３次元形状生成を行うこともでき
る。また、前記実施例においては、ボクセル初期値とし
て、全てのボクセルに内部ボクセル値を設定したが、こ
こでの内部ボクセル値設定を行なわず、輪郭ボクセル値
および外部ボクセル値の設定が終了した後に、残りのボ
クセルに内部ボクセル値を設定するようにしてもよい。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、輪郭、内部および外部の３つの属性値の
いずれかを持つ個々のボクセルから成るボリュームモデ
ルが距離画像から生成され、前記ボリュームモデル中の
ボクセルの位置を順次ずらしながら隣接する複数ボクセ
ルの前記属性値の組み合わせが取得され、その組み合わ
せに対応付けて記憶されている３角形生成情報から３角
形基本メッシュが生成され、生成された３角形基本メッ
シュから対応する多様体頂点の面構成パターンが抽出さ
れ、フィッティング処理が行われるので、距離画像から
３角形メッシュを生成する際、ボクセル数を多くするこ
とによりきめ細かな輪郭面を生成することができため、
従来技術における格子間隔以下の薄い形状や細い形状が
失われるという問題を解消することができる。また、請
求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明にお
いて、距離画像から距離画像メッシュが生成され、生成
された距離画像メッシュからボリュームモデルが生成さ
れるとともに、距離画像メッシュから輪郭ボクセルが検
出され、さらに、前記距離画像の撮影方向の外側から前
記輪郭ボクセルが見つかるまで探索が行なわれて外部ボ
クセルが検出され、これにより輪郭、内部および外部の
３つの属性値のいずれかを持つ個々のボクセルから成る
ボリュームモデルが生成されるので、細分化された小さ
いボクセルであっても、画像の最小単位である一つ一つ
の有効ドット（背景を除いた部分のドット）をすべて反
映させて、精度の高い属性値を持つボクセルから成るボ
リュームモデルを生成することができるから、実物に近
い３角形メッシュを生成することができる。また、請求
項３に記載の発明では、請求項１記載の発明において、
隣接する８ボクセルの属性値の組み合わせにより３角形
基本メッシュが生成されるので、１キューブ当たりのボ
クセル数をさらに多くした場合に比べると使用するメモ
リ量を少なくすることができる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項１、請求項２または請求項３記載の発明において、
隣接する複数ボクセルの属性値の組み合わせに対応した
３角形生成情報および回転情報が取り出され、前記回転
情報を用いて前記複数ボクセルから成るキューブが回転
変換され、回転変換されたキューブから前記３角形生成
情報に従って３角形基本メッシュが生成されるので、属
性値の全ての組み合わせ分の３角形生成情報を持つ必要
がなくなり、使用するメモリ量を少なくすることができ
る。また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃
至請求項４のいずれか１つの請求項に記載の発明におい
て、隣接する複数ボクセルから成るキューブの３角形生
成情報に基づいて記憶された情報を探索することにより
対応する多様体頂点の面構成パターンおよびフィッティ
ング方向情報が取得され、取得された面構成パターンか
ら得た多様体頂点を含む面集合に対してフィッティング
方向情報に基づいて前記多様体頂点のフィッティング処
理が行われるので、距離画像から３角形メッシュを生成
する際、凹部分の鋭角稜線などがフィッティング方向情
報を用いて実物に近づく方向に修正することができ、角
張った形状の鋭角の稜線、特に凹部分の鋭角稜線が失わ
れるという問題を解消することができる。また、請求項
６に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５記載の
発明において、距離画像メッシュの頂点から境界箱が生
成され、生成された境界箱がボクセルに分割され、その
ボクセルのすべてに内部ボクセル属性が設定されるの
で、内部ボクセルであるか否かを検出しなくとも、輪郭
ボクセルまたは外部ボクセルが検出されたときにそれら
のボクセルの属性値を内部ボクセルから輪郭ボクセルま
たは外部ボクセルに変更することにより、残りを最終的
な内部ボクセルとすることができる。また、請求項７記
載の発明によれば、請求項６に記載の発明において、生
成された境界箱が拡大され、拡大された境界箱がボクセ
ルに分割されるので、画素が境界箱の表面に分布して、
微妙な境界判断の問題を引き起こすというような事態を
避けることができる。

【００１５】また、請求項８に記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項７のいずれか１つの請求項に記載の発
明において、距離画像メッシュの３角形を含むボクセル
空間が生成され、生成されたボクセル空間のなかで前記
距離画像メッシュの３角形が交差するボクセルに輪郭ボ
クセル属性を設定することにより輪郭ボクセルが生成さ
れるので、輪郭ボクセルを容易に生成することができる
し、ボクセル属性値を用いた３角形基本メッシュ生成が
可能になる。また、請求項９に記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項８のいずれか１つの請求項に記載の発
明において、撮影位置から距離画像メッシュに至る空間
から成る視点ボリュームが生成され、その視点ボリュー
ムと交差するボクセルに外部ボクセル属性を設定するこ
とにより外部ボクセルが生成されるので、ボクセル属性
値を用いた３角形基本メッシュ生成が可能になる。ま
た、請求項１０に記載の発明によれば、請求項１乃至請
求項９のいずれか１つの請求項に記載の３次元形状生成
方法を実施するためのプログラムを例えば着脱可能な記
憶媒体に記憶できるから、その記憶媒体をパーソナルコ
ンピュータなど情報処理装置に装着して前記プログラム
を読み取ることにより、その情報処理装置においても請
求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の発明の効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状処
理装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための動作フロー図である。

【図３】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための説明図である。

【図４】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の説明図である。

【図５】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の説明図である。

【図６】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の説明図である。

【図７】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図８】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図９】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状生
成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図１０】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図１１】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図１２】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の説明図である。

【図１３】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の動作フロー図である。

【図１４】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の説明図である。

【図１５】本発明の１つの実施の形態に係る３次元形状
生成方法を説明するための他の説明図である。

【図１６】従来の３次元形状生成方法を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１ＣＰＵ、２メモリ、３外部記憶装置、４入力
装置、５表示装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】距離画像から３角形メッシュを生成する
３次元形状生成方法において、輪郭、内部および外部の
３つの属性値のいずれかを持つ個々のボクセルから成る
ボリュームモデルを距離画像から生成する工程と、前記
ボリュームモデル中のボクセルの位置を順次ずらしなが
ら取得した隣接する複数ボクセルの前記属性値の組み合
わせに対応付けて記憶されている３角形生成情報から３
角形基本メッシュを生成する工程と、生成された前記３
角形基本メッシュから対応する多様体頂点の面構成パタ
ーンを抽出してフィッティング処理を行う工程とを有す
ることを特徴とする３次元形状生成方法。
【請求項２】請求項１に記載の３次元形状生成方法に
おいて、距離画像から距離画像メッシュを生成する工程
と、生成された前記距離画像メッシュからボリュームモ
デルを生成する工程と、前記距離画像メッシュから輪郭
ボクセルを検出する工程と、前記距離画像の撮影方向の
外側から前記輪郭ボクセルが見つかるまで探索して外部
ボクセルを検出することにより輪郭、内部および外部の
３つの属性値のいずれかを持つ個々のボクセルから成る
ボリュームモデルを生成する工程とを有することを特徴
とする３次元形状生成方法。
【請求項３】請求項１に記載の３次元形状生成方法に
おいて、隣接する８ボクセルの属性値の組み合わせによ
り３角形基本メッシュを生成する工程を有することを特
徴とする３次元形状生成方法。
【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３に記
載の３次元形状処理方法において、隣接する複数ボクセ
ルの属性値の組み合わせに対応した３角形生成情報およ
び回転情報を取り出する工程と、前記回転情報を用いて
前記複数ボクセルから成るキューブを回転変換させ、回
転変換させたキューブから前記３角形生成情報に従って
３角形基本メッシュを生成する工程とを有することを特
徴とする３次元形状生成方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１つの
請求項に記載の３次元形状生成方法において、隣接する
複数ボクセルから成るキューブの３角形生成情報に基づ
いて記憶された情報を探索することにより対応する多様
体頂点の面構成パターンおよびフィッティング方向情報
を取得する工程と、取得した前記面構成パターンから得
た多様体頂点を含む面集合に対してフィッティング方向
情報に基づいて前記多様体頂点のフィッティング処理を
行う工程とを有することを特徴とする３次元形状生成方
法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５に記載の３次元形
状生成方法において、距離画像メッシュの頂点から境界
箱を生成する工程と、生成した前記境界箱をボクセルに
分割し、そのボクセルのすべてに内部ボクセル属性を設
定する工程とを有することを特徴とする３次元形状生成
方法。
【請求項７】請求項６に記載の３次元形状生成方法に
おいて、生成した境界箱を拡大し、拡大した境界箱をボ
クセルに分割する工程を有することを特徴とする３次元
形状生成方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか１つの
請求項に記載の３次元形状生成方法において、距離画像
メッシュの３角形を含むボクセル空間を生成する工程
と、生成された前記ボクセル空間のなかで前記距離画像
メッシュの３角形が交差するボクセルに輪郭ボクセル属
性を設定することにより輪郭ボクセルを生成する工程を
有することを特徴とする３次元形状生成方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか１つの
請求項に記載の３次元形状生成方法において、撮影位置
から距離画像メッシュに至る空間から成る視点ボリュー
ムを生成する工程と、前記視点ボリュームと交差するボ
クセルに外部ボクセル属性を設定することにより外部ボ
クセルを生成する工程を有することを特徴とする３次元
形状生成方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか１つ
の請求項に記載の３次元形状生成方法を実施するための
プログラムを記憶したことを特徴とする機械読み取り可
能な記憶媒体。