JP2002183227A - 点群データから直接に自由曲面を創成する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 点群データから直接に自由曲面を創成す
る方法において、点群データを、複数のブロックに、各
ブロックの点群形状ができるだけ基本曲面に近づくよう
にして分割し、各ブロックの点群から、面間接続がスム
ーズに行われ且つ特徴形状部分が強調されるような仕方
で、エネルギー最小法により自由曲面を創成し、創成さ
れた各自由曲面を相互に接続することにより点群データ
に対応する自由曲面を得る。 【効果】 高密度な点群を用いることによって面質が格
段に向上し、高品質な曲面を扱う意匠、設計分野におい
て実用的な価値を見出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点群データから直
接に自由曲面を創成する方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】海外ならびに国内の自動車メーカ各社
は、クレイモデルなどの実物形状から座標値を測定して
高密度な点群を生成し、この点群から自由曲面（ＣＡＤ
曲面）を創成する方法について盛んに研究を行ってい
る。このような研究を進めている背景には次の理由があ
る。 （１）３次元測定装置の高性能化 従来は測定センサを取り付けた接触式測定装置が主流で
あったが、６年ほど前からＣＣＤカメラをもちいて写真
撮影する非接触式測定装置が登場し、今日ではこの非接
触式測定法が主流となっている。非接触式の利点は様々
あるが、自由曲面を創成する場合に限ると、「測定時間
の短縮化」と「測定の高密度化」が上げられる。 （２）高精度な形状復元化 CADで作成した線図データ（断面線など）は、クレイモ
デルを３次元測定装置により測定した点群データを基本
としている。しかしながら線図データ作成に必要な点群
データは形状の一部であり、クレイモデルに表現されて
いる微細な形状を正確に復元しているとはいえない。形
状すべてを高密度で測定した点群データでより正確な形
状復元をすることを望んでいる。 （３）自由曲面作成工数の短縮化 ＣＡＤ面作成のための工数は約１〜２ヶ月要する。１車
種の開発工程全体が短縮化傾向にある今日、この部分が
全体に占める割合は相対的に大きく、短縮化が強く望ま
れている。

【０００３】この傾向に合わせて、ここ４、５年の間に
点群モデラと呼ばれる点群からＣＡＤ曲面を創成するソ
フトが登場してきたが、自動車業界ではこれらをもちい
ている様子は無い。理由として次の点が上げられる。 （ｉ）復元性能 これまでの面創成法は、点群から直接に面を創成する方
法ではなく、中間に曲線またはポリゴン（多面体）を生
成してから曲面を創成する間接的な方法である。この方
法は、複数の構成曲線を束ねて曲面を創成するために、
曲線と曲線との間の点群はまったく利用されないので復
元性能が低い。 （ii）作業工数 自動車メーカが点群モデラに期待をかけているのは、CA
Dをもちいないでクレイモデルから直接にCAD曲面を創成
することによって作業工数を一気に短縮する狙いがあ
る。しかし市販ソフトの創成方法そのものがCAD並みの
複雑な操作を必要としていることから、導入効果が期待
されていない。 （iii）大量点群対応 ３次元測定装置が写真撮影による非接触法になってきた
ことから、測定の高密度化が実現した。自動車外形のよ
うに表面積の大きな対象物は、点数に換算すると約２〜
４億点あると言われている。市販されている点群モデラ
の性能は、実用的には５０万点前後が限界と言われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従
来、点群データを用いた自由曲面創成方法では、面創成
前に点群データからポリゴンを生成したり、曲線を生成
した後で曲面を創成していたのであるが、これらの従来
の方法には次のような欠点がある。

【０００５】ポリゴン生成または曲線生成は、点群デー
タの一部しか使われないものであり、ポリゴン間あるい
は曲線間に存在する点群データは、直接に曲面形状に反
映されないので、復元性能は低い。また、大量で高密度
な点群データをすべて扱おうとすると、ポリゴン生成あ
るいは曲線生成に膨大な計算時間を費やす。したがっ
て、実用上はすべてを扱うことができない。

【０００６】このため点群の間引きを行って粗くする方
法が取られるが、このような点群で創成した曲面は、凹
凸のある特徴形状等の特徴的な部分が精度よく求まらな
いために品質が低下し、工学的な利用価値は低い。

【０００７】一方、点群データから直接に自由曲面を創
成する方法が従来から用いられていて、この方法によれ
ば、微細な形状が得られるため復元性能はよい。しか
し、大量で高密度な点群データをそのまま処理すると膨
大な計算時間が必要となるため、従来は間引きを行って
いた。

【０００８】このように、３次元測定装置から得た点群
データは、近年の測定装置の技術革新により大量で高密
度となってきている。しかしながら、点群データが大量
になると、処理時間が膨大になる問題が起こっている。
一方、得られた点群データのすべてを面創成に生かすこ
とができれば、創成面の復元性能は格段に向上する。

【０００９】このような観点から、本発明の目的は、点
群データから直接に自由曲面を創成する方法および装置
であって、実用的時間内に高品質な曲面を創成できるよ
うな方法および装置を提供することである。

【００１０】ここで、高品質な曲面とは、平坦な部分は
滑らかに、凹凸の著しい部分は境界部分がよく強調さ
れ、全体について点群データに忠実な（正確に再現し
た）曲面を意味する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、点群データから直接に自由曲面を創成する方法に
おいて、前記点群データを、複数のブロックに、各ブロ
ックの点群形状ができるだけ基本曲面に近づくようにし
て分割し、各ブロックの点群から、面間接続がスムーズ
に行われ且つ特徴形状部分が強調されるような仕方で、
エネルギー最小法により自由曲面を創成し、該創成され
た各自由曲面を相互に接続することにより前記点群デー
タに対応する自由曲面を得ることを特徴とする方法が提
供される。

【００１２】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
点群データの複数のブロックへの分割は、点群を閉じ込
めるための基本立体と点群形状に最も近い基本曲面とを
組み合わせたテンプレートを使用して行われる。

【００１３】本発明の別の実施の形態によれば、前記面
間接続がスムーズに行われるようにする仕方は、オリジ
ナル点群と境界点群とで再構成した点群を使用する仕方
である。

【００１４】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記特徴形状部分が強調されるような仕方は、点群の
ｕ，ｖ初期値、パッチ間隔、次数、パッチ間の連続性、
フェアリング係数、およびバネ係数を、点群の曲率の大
きさに応じて自動的に計算するような仕方である。

【００１５】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記各ブロック面の創成は、並行処理によって行われ
る。

【００１６】本発明の別の観点によれば、点群データか
ら直接に自由曲面を創成する装置において、管理コンピ
ュータと、該管理コンピュータに連携された複数台の計
算コンピュータとを備えており、前記管理コンピュータ
は、前記点群データを、複数のブロックに、各ブロック
の点群形状ができるだけ基本曲面に近づくようにして分
割し、各ブロックの点群から、面間接続がスムーズに行
われ且つ特徴形状部分が強調されるような仕方で、エネ
ルギー最小法により自由曲面を創成できるようなモデリ
ングデータを作成して、前記複数の計算コンピュータに
引き渡し、前記各計算コンピュータは、前記管理コンピ
ュータから引き継いだモデリングデータに基づいてエネ
ルギー最小法により自由曲面の創成を並行して行い前記
管理コンピュータに返し、前記管理コンピュータは、各
計算コンピュータから返されてくる創成曲面を相互に接
続することにより前記点群データに対応する自由曲面を
得るようにすることを特徴とする装置が提供される。

【００１７】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
点群データの複数のブロックへの分割は、各ブロックの
点群が前記各計算コンピュータの処理能力に見合う程度
の大きさとなるようにして行われる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態および実施例について本発明をより詳細
に説明する 先ず、本発明の実施の形態および実施例について詳述す
る前に、本発明の前提となる、点群データから直接に自
由曲面（以下、単に曲面という）を創成する面創成方法
の基礎理論とその問題点について説明する。

【００１９】この面創成方法は、与えられた点群をすべ
てラップするように曲面を創成するものである。点群と
曲面との間は適当な強さを持ったバネで結ばれ、曲面は
適当な曲げ剛性を持つ弾性板と仮定した物理モデルとし
て考える。モデルのエネルギー量は、バネエネルギーと
板曲げエネルギーの総和（下記の式（１））である。こ
のエネルギー量が最小になるところを安定解とする。す
なわち、２つのエネルギー関数値（下記の式（２）、
（３））を曲面制御点に関して最小化する問題と考えて
１階微分値＝０にして式を展開すると、制御点を未知数
とする連立一次方程式の形になる。この連立方方程式を
解くことになるが、曲面上のバネ取り付け位置と、曲面
制御点の２つが未知数であることから解は一意に求まら
ず、一方に近似値を与えて収束させながら解く方法をと
る。

【００２０】曲面式をＳ(u,v)でパラメトリック表現す
る時、近似値として曲面上のバネ取り付け位置をｕ，ｖ
パラメータ値で与える。これを初期値として連立一次方
程式を解く。求まった曲面と点群との位置関係を調べて
ｕ，ｖパラメータ値を補正する。これを次の近似値にし
て再び連立一次方程式を解く。これを繰り返す。収束判
定は、エネルギー総和が最小値になったところで打ち切
る。最初に初期値として与えるｕ，ｖパラメータ値が悪
いと収束がうまく行かずに、曲面が歪んだりシワが出た
りすることがある。ｕ，ｖパラメータ初期値を求めるこ
とをパラメタライゼーションと呼ぶ。パラメタライゼー
ションの是非が面品質に大きく影響する。

【００２１】エネルギー関数式は次の通りである。 エネルギー関数の総和 Ｅ_total＝ΣＥ_dist＋λΣＥ_fair 式（１） バネエネルギー（点単位） Ｅ_dist＝Ｋ{Ｑ−Ｓ（ｕ，ｖ）}² 式（２） 板曲げエネルギー Ｅ_fair＝∫∫_Ω{（Ｓuu）²＋２（Ｓuv）²＋（Ｓvv）²}ｄuｄv 式（３） ここで係数値の意味は次の通り。 Ｑ：点座標値 Ｓ：点群内の各点に対応する曲面上の点位置 Ｋ：バネ係数（点単位） λ：フェアリング係数（パッチ単位） Ω：曲面を定義するパラメータ矩形領域 Ｓuu、Ｓuv、Ｓvv：曲面の２階偏微分 点群はランダムな並びでよく、また密度分布も適当でよ
い。穴などのように点群のまったく存在しない領域があ
っても、フェアリング係数値を大きくするなど工夫する
と安定して解が得られる。このような方法をエネルギー
最小法と呼ぶ。エネルギー最小法によって創成された曲
面は、点群の中央部に寄る傾向が見られる。これは中央
部に位置した時にバネエネルギーが最小になるためであ
る。このため凹凸の著しい形状については、曲面は点群
からやや離れた位置に置かれる欠点が指摘されている。
添付図面の図１は、このような欠点の一例を示すため、
凹状点群（逆三角形）と創成面との関係を示している。
一方、測定点群のようなノイズの多い点群ではこの性質
がノイズ除去の役割を果たして利点となる。他の手法に
比べて、安定的に曲面を創成できる点は実用上好まし
い。点群をすべて用いるため、微細な部分も形状にフィ
ットした曲面が創成できる。

【００２２】この方法では、与えられた点群をすべて用
いて面創成するわけであるが、計算コスト等いくつか問
題があり、本発明は、これら問題を解決するため、「ブ
ロック面創成」と呼ぶ新しい方法により、点群データか
ら直接に曲面を創成するものである。

【００２３】本発明の方法は、具体的には、次のような
手順を含むものである。 （１）点群データをいくつかの小領域（ブロック）に分
割して、分割した個々の点群データから独立に面を創成
する（ブロック面創成）。この時点群がどのような複雑
な形状であっても平面、円柱面、球面をはじめとする基
本曲面が組み合わされたものと考えて、点群形状ができ
るだけ基本曲面に近づくように分割する。 （２）点群データは、３次元的に分布されていることか
ら、これを分割するために基本立体（直方体、円柱体、
球体）を与えて、これに含まれた点群を抽出する方法を
とる。これと前述の基本曲面とを組み合わせたものをテ
ンプレートとして用意する。テンプレートを多数用意す
ることで複雑な形状へのモデリング作業を軽減させると
共に、面品質を確保する。 （３）ブロック面創成は、個々の点群から独立に面を創
成する。この場合に面間接続が問題になる。面間接続を
スムースに行わせるために、２面の間に一時的な曲面
（以下、リボン面と称する）を創成して曲面上に点群を
生成させ、これとオリジナル点群とを加え合わせて面創
成を行うようにする。 （４）エネルギー最小法により点群データから直接に曲
面を創成する方法を用いるが、この方法では凹凸のある
特徴形状が平滑化されてしまうので、これを改善するた
めに、先ず点群から曲率値を得て平坦部（曲率値が小さ
い部分）と特徴部（曲率値が大きい部分）を判定し、凹
凸部分は、バネ係数を相対的に大きくして平滑化を防止
し、さらに、平坦部ではパッチ間隔を長く、特徴部では
パッチ間隔を短くすることにより誤差を小さくして面品
質を確保する。 （５）点群データから直接に面創成を行う場合に、点群
の輪郭部分の曲面がよれて面質が低下する傾向がある。
この欠点を補うために、輪郭部分に一時的な曲面を創成
して曲面上に点群を生成させ、これとオリジナル点群と
を加え合わせて面創成を行うようにする。 （６）また、点群データを小さく複数に分割することに
より、全く独立に複数の面創成が可能であるので、ネッ
トワーク接続されている複数のコンピュータに処理を分
散させて行わせることにより、短時間にて計算ができる
ようにする。

【００２４】次に、これらの手順を含みうる本発明によ
るブロック面創成法についてより詳細に説明する。基本ロジック ブロック面創成は、点群をいくつかの小領域（ブロッ
ク）に分割して、個々の点群に対して独立に面を創成す
る方法である。図２は、このようなブロック面創成の例
を示している。図２において、参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊは、点群データを分割した
各ブロックを示している。一般に、点群を分割する場合
は点群上に自由曲線を創成して境界線とした上で、これ
をもちいて分割するが、ブロック面創成はこの境界線を
もちいずに分割する。具体的には点群を閉じ込めるため
の基本立体（直方体・円柱体・球体など）を与えて点群
を分割する。エネルギー最小法では点群形状に合わせて
四辺形面が創成されるので、四辺形に点群を分割（ブロ
ッキング）することが望ましい。面品質を考えると、基
本曲面（平面・円柱面・球面など）に近くなるように点
群を分割すると、理想的なパラメタライゼーションが得
られるため面品質がよくなる。このことから、どのよう
な形状も基本曲面が組み合わさったものと考えて、点群
をできるだけ基本曲面に近づけたモデリングにする。こ
の基本曲面と点群形状との関係であるが、正確な基本曲
面にする必要はなく、最終的にはコンピュータが自動的
にパラメタライゼーションするので、形状のおおよそが
基本曲面と合致すればよい。前述したように、この基本
曲面と点群をブロッキングするための基本立体を合わせ
たものをテンプレートと呼ぶ。

【００２５】このようなブロック面創成は、従来の面創
成法に対して次のような利点がある。 （１）ＣＡＤ曲面相当の面品質 従来のような境界線付き面創成の場合は、境界曲線の形
状の影響を強くうける。点群からやや浮いた位置に境界
曲線を生成してしまうと、曲線と点群との間のギャップ
の影響を受けて創成面の形状が歪む。ブロック面創成の
場合、この境界曲線がないため曲面の歪みの問題はな
い。 （２）作業工程の短縮化 境界線を生成する必要がないため作業工程が大幅に少な
い。 （３）大量点群対応 ブロック面創成は、後述する面境界の問題さえなければ
点群を独立に面創成できる利点がある。複数のコンピュ
ータをネットワーク接続した環境では、点群面創成を分
散して処理させることができるため、短時間で多数の面
創成が行えて大量点群対応には適している。

【００２６】一方、このブロック面創成には、解決すべ
きいくつかの問題点があり、特に、面境界と面品質の問
題があり、本発明は、これらの問題を解決する手法も提
供している。以下、これらの手法について詳述する。問題点と解決手法１（面境界） 分割した点群を独立に面創成すると、面間に隙間が発生
したり折れ曲がった状態になる。境界線がないため点群
だけで面創成しようとするので、正確な境界線が得られ
ないからである（下記（１）項の「面間接続の問題」参
照）。また点群がなくなる境界付近は点群密度が不均一
になっている影響から、創成面に歪みが発生しやすい
（下記（２）項の「点群の境界付近の歪みの問題」参
照）。

【００２７】これらの２つの問題点を解決するため、本
発明によれば、オリジナルな点群に対してこれを取り囲
むような境界点群を一時的に作り出し、これら２つの点
群を再構成した点群を面創成の対象とする。以下にその
方法について説明する。 （１）面間接続 点群を直方体や円柱体などの基本立体で分割する。これ
らは解析面（ブロック境界面と呼ぶ）で構成されてい
る。このブロック境界面と点群とが交差する部分には境
界線（ブロック境界線と呼ぶ）がある。点群はブロック
内部に分布するが必ずしもブロック境界線上にはない。
エネルギー最小法によって曲面を創成しようとすると、
曲面と点群との間隔を縮める性質があり、面境界線はブ
ロック境界線上ではなくて、付近に分布する点群の輪郭
線に沿っていく傾向がある。図３は、このように点群分
布の影響を受けた面境界線の例を示している。面境界線
をブロック境界線上に置くために、本来の点群以外にブ
ロック境界線上にも点群を分布させておく。この点群を
境界点列と呼ぶ。これによって面境界線は点群分布の影
響を受けないで、ブロック境界線上に一致する。

【００２８】境界点列の作成方法は次の通りである。ま
ずブロック境界線から一定の幅に分布した点群を抽出す
る。抽出はブロックの内部の点群だけでなく、ブロック
の外部に対しても同様に行う。この抽出した点群に対し
て、ブロック面創成と同じ方法で一時的に面を創成す
る。創成面は境界線に沿って細長い形状をしていること
からリボン面と呼ぶ。このリボン面とブロック境界面と
の交線を計算する。これがブロック境界線である。この
ブロック境界線に適当な間隔を置いて線上点を生成す
る。これが境界点列である。

【００２９】上記の方法によって面間の隙間問題はなく
なる。面間接続は、隙間ばかりでなく面間の連続性も問
題となる。これも同様な考え方をする。すなわち今生成
した境界点列の周辺に、一定の幅の範囲でリボン面上に
点群を生成する。これはブロック内部だけである。この
点群と先に求めた境界点列とを合成して面創成につか
う。これらを境界点群と呼ぶ。境界点群を含めて創成し
た面は、境界点群を媒介にしながらリボン面に一致す
る。この方法で面間接続の問題は解決する。図４は、こ
れらオリジナル点群と境界点群と再構成した点群との関
係を略示している。

【００３０】以上は近似的な方法である。ただし隣接す
る２つの面は、１つのリボン面に対して精度チェックを
しながら面創成するという点から、精度保証付き面創成
と言える。さらにＣＡＤの場合と違って隣接面の境界線
付近の形状に影響されることなく接続が行える点で、境
界付近の面品質はＣＡＤ以上に良好と考えられる。 （２）点群境界付近の歪み 基本的に面間接続と同じである。異なる点はブロック外
部に点群が全くないことから一方の領域にしか点群がな
い。この場合は点群がない領域のフェアリング係数値を
大きくすることによって一方を剛性化したリボン面を求
める。後は、上記（１）項の「面間接続」と同じように
処理する。問題点と解決手法２（面品質） 面品質に影響を与える要素は、上記の式（１）、（２）
および（３）の係数値から次のものがある。 （Ａ）点群のｕ，ｖ初期値 （Ｂ）パッチ間隔 （Ｃ）次数、パッチ間の連続性 （Ｄ）フェアリング係数 これらは面創成する前に値を決めておく。

【００３１】点群のｕ，ｖ初期値の決め方は、形状が多
様なことから一意に方法を決めることのできない難しい
問題である。とくに境界線をもたないブロック面創成の
場合は決め方が重要になる。ｕ，ｖ初期値が不適切だと
創成面にシワが生じることがある（下記（３）項の「面
品質−シワの問題」参照）。図５は、このようなシワの
発生例を示している。エネルギー最小法をもちいた場
合、特徴形状の復元性能は曲線などをもちいた方法に比
べて弱いとされている（下記（４）項の「特徴形状の復
元化の問題」参照）。 （３）面品質−シワの問題 ｕ，ｖ初期値が面品質にどのような影響を与えるかにつ
いてはいろいろな研究がなされているが、弦長に比例す
るｕ，ｖパラメータ値が良い性質をもつとされている
(文献”M.Floater,「Parameterization and smooth app
roximation of surface triangulations」Comp. Aided
Geom.design 14,231-250,1997”参照)。ｕ，ｖ初期値の
求め方として、一般には平面、円柱面、球面などの基本
曲面に点群を投影して求める。点群形状が基本曲面に一
致しているような場合は弦長パラメータに近い値になる
ことから面品質はよい。点群形状に一致しない基本曲面
をもちいるとどうなるか例を見てみる。今、図５のよう
な凸形状に対して平面を適用してみる。中央部は問題が
ないが、周辺部ではｕ，ｖパラメータが小さくなって、
弦長とｕ，ｖパラメータは比例関係がなくなる。結果と
してシワが多く創成されているのが図から確認できる。
点群形状は様々であり、すべてに対応するにはできるだ
け多くの基本曲面を選べるようにすることが必要であ
る。 （４）面品質−特徴形状の復元化 凹凸のある特徴形状を正確に復元するためには、パッチ
（面の最小構成単位）間隔を小さくして、パッチ内の凹
凸変化を少なくする。凹凸形状の分布は離散的であり、
また形状変化の度合いも異なる。領域によってパッチ間
隔を変えていくことは困難に近い。そこで点群の曲率を
前もって計算しておいて、曲率の大きさに応じてパッチ
間隔を自動的に計算するようにする。図６は、このよう
なパッチ間隔自動計算例を示している。前述した図２も
この自動計算によって創成した例である。

【００３２】図７は、パッチ間隔を一定にしたまま面創
成した例を示している。特徴形状の部分に誤差が集中し
ており、さらにその周辺は波打ち現象が発生しているの
がよく分かる。図７において、参照符号ＡからＥを付し
て示す部分は、誤差が集中している特徴形状の部分であ
る。

【００３３】エネルギー最小法を用いた場合、特徴形状
の復元は困難とされている。この問題を解決する方法
に、バネ係数の値を調節する方法がある。すなわち曲率
の大きい部分が創成面から最も遠くなる傾向にある（図
１参照）ことから、曲率の大きい部分の点群のバネ係数
値を相対的に大きくして、点群に引き付けるようにし
た。この方法により、どのような特徴形状でも点群にフ
ィットした曲面を創成することができる。これら上記
（３）項および（４）項の２つの問題点の解決策に共通
している点は、曲率値をもちいてパッチ間隔やフェアリ
ング係数やバネ係数を自動的に計算している点にある。
この方法により、面品質に関する問題を解決している。

【００３４】次に、本発明のブロック面創成法によっ
て、点群データから直接に曲面を創成するより具体的な
実施の形態について説明する。

【００３５】先ず、本発明による自由曲面創成にあたっ
て必要なモデリングデータは、次のとおりである。 （ａ）点群 （ｂ）点群分割のための基本立体および基本曲面 （ｃ）生成パラメータ（上記「問題点と解決手法２」の
項で述べた面品質に影響を与える要素（Ａ）〜（Ｄ）） 前述したように、上記（ｂ）項の基本立体および基本曲
面を合わせてテンプレートと呼ぶ。テンプレートを多数
用意することで複雑な形状へのモデリング作業を軽減さ
せるとともに、面品質を確保する。図１１は、モデリン
グ作業を軽減させることができる種々なテンプレートの
例を一覧表として示している。

【００３６】図８は、本発明を実装する装置の一例とし
ての、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）をプラットフォ
ームとするネットワーク分散型システムの構成を略示し
ており、図９は、この図８のシステム構成において面創
成を行う際の管理ＰＣと計算ＰＣとの動作関係を説明す
るための図である。図８に示されるように、このネット
ワーク分散型システムは、１台の管理ＰＣ１０に対し
て、複数台の計算ＰＣ１１、１２、１３、１４、１５、
１６をネットワークを介して連携させている。

【００３７】図９を参照して本発明による分散処理につ
いて説明するに、先ず、分散単位は１ブロック（＝１
面）である。予め各計算ＰＣ１１から１６に最大実行本
数（負荷量）を指定する。管理ＰＣは、モデリングデー
タを読み込んだ後に、面創成コマンドを実行する。分散
制御系（管理ＰＣ１０）は、最大実行本数を基に各計算
ＰＣ１１〜１６に面創成を割り当てる。計算終了メッセ
ージが分散制御系１０に返ってくると、残りのブロック
を計算ＰＣ１１〜１６に与える。残りのブロックがなく
なるまで、このような動作を繰り返し続ける。一方、表
示系（管理ＰＣ１０側）では、次々に送られてくる創成
面を画面に表示する。

【００３８】図１０は、図８および図９に関して説明し
たようなネットワーク分散型システムにおいてブロック
面創成を行うプロセスの手順を示すフローチャートであ
る。図１０におけるステップＳ１からステップＳ１０ま
ですべてをブロック単位に処理する。

【００３９】先ず、読み込まれた点群データから、ステ
ップＳ１において、モデリングデータで指定したブロッ
ク（基本単位）により点群を抽出する。このような点群
データのブロッキングは、各計算ＰＣ１１から１６の処
理能力に見合う程度の大きさにまとめたブロックとする
ことが好ましい。次いで、ステップＳ２において、上記
「問題点と解決手法１」の項で説明したような方法によ
り、ブロック境界沿いに境界点群を生成する。さらに、
ステップＳ３において、モデリングデータで指定した基
本平面により点群のパラメタライゼーションをする。そ
して、ステップＳ４において、ブロック内の点群すべて
の曲率値を求める。曲率値の他に法線ベクトルを計算す
る。これらは各点の属性値とする。それから、ステップ
Ｓ５において、ステップＳ４で得られた曲率値からｕ，
ｖ方向のパッチ間隔を計算し、ステップＳ６において、
ステップＳ４で得られた曲率値から、各パッチのフェア
リング係数を計算し、ステップＳ７において、ステップ
Ｓ４で得られた曲率値から、各点のバネ係数を計算す
る。

【００４０】モデリングデータは管理ＰＣ１０から計算
ＰＣ１１から１６に引き継がれて、ステップＳ８におい
て、面創成が行われる。ステップＳ９において、創成さ
れた面と点群との距離計算等を行い誤差を求める。その
結果を管理ＰＣ１０に返す。ステップＳ１０の画面表示
において、管理ＰＣ１０では、創成面、誤差等を表示す
る。

【００４１】

【発明の効果】従来困難とされていた大量で高密度な点
群を用いて面創成することが実用上可能となる。

【００４２】また、高密度な点群を用いることによって
面質が格段に向上し、高品質な曲面を扱う意匠、設計分
野において実用的な価値（自由曲面作成工数の削減、生
産準備工程への影響）を見出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】凹状点群と創成面との関係を示す図である。

【図２】ブロック面創成の例を示す図である。

【図３】点群分布の影響を受けた面境界線の例を示す図
である。

【図４】オリジナル点群と境界点群と再構成した点群と
の関係を略示する図である。

【図５】シワの発生例を示す図である。

【図６】パッチ間隔自動計算例を示す図である。

【図７】パッチ間隔を一定にしたまま面創成した悪い例
を示す図である。

【図８】本発明を実装する装置の一例としてのネットワ
ーク分散型システムの構成を略示する図である。

【図９】図８のシステム構成において面創成を行う際の
管理ＰＣと計算ＰＣとの動作関係を説明するための図で
ある。

【図１０】図８のネットワーク分散型システムにおいて
ブロック面創成を行うプロセスの手順を示すフローチャ
ートを示す図である。

【図１１】モデリング作業を軽減させることができる種
々なテンプレートの例を一覧表として示す図である。

【符号の説明】

１０ 管理ＰＣ １１〜１６ 計算ＰＣ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点群データから直接に自由曲面を創成す
   る方法において、前記点群データを、複数のブロック
   に、各ブロックの点群形状ができるだけ基本曲面に近づ
   くようにして分割し、各ブロックの点群から、面間接続
   がスムーズに行われ且つ特徴形状部分が強調されるよう
   な仕方で、エネルギー最小法により自由曲面を創成し、
   該創成された各自由曲面を相互に接続することにより前
   記点群データに対応する自由曲面を得ることを特徴とす
   る方法。
2. 【請求項２】 前記点群データの複数のブロックへの分
   割は、点群を閉じ込めるための基本立体と点群形状に最
   も近い基本曲面とを組み合わせたテンプレートを使用し
   て行われる請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記面間接続がスムーズに行われるよう
   にする仕方は、オリジナル点群と境界点群とで再構成し
   た点群を使用する仕方である請求項１または２に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 前記特徴形状部分が強調されるような仕
   方は、点群のｕ，ｖ初期値、パッチ間隔、次数、パッチ
   間の連続性、フェアリング係数、およびバネ係数を、点
   群の曲率の大きさに応じて自動的に計算するような仕方
   である請求項１または２または３に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記各自由曲面工面の創成は、並行処理
   によって行われる請求項１または２または３または４に
   記載の方法。
6. 【請求項６】 点群データから直接に自由曲面を創成す
   る装置において、管理コンピュータと、該管理コンピュ
   ータに連携された複数台の計算コンピュータとを備えて
   おり、前記管理コンピュータは、前記点群データを、複
   数のブロックに、各ブロックの点群形状ができるだけ基
   本曲面に近づくようにして分割し、各ブロックの点群か
   ら、面間接続がスムーズに行われ且つ特徴形状部分が強
   調されるような仕方で、エネルギー最小法により自由曲
   面を創成できるようなモデリングデータを作成して、前
   記複数の計算コンピュータに引き渡し、前記各計算コン
   ピュータは、前記管理コンピュータから引き継いだモデ
   リングデータに基づいてエネルギー最小法により各自由
   曲面の創成を並行して行い前記管理コンピュータに返
   し、前記管理コンピュータは、各計算コンピュータから
   返されてくる創成曲面を相互に接続することにより前記
   点群データに対応する自由曲面を得るようにすることを
   特徴とする装置。
7. 【請求項７】 前記点群データの複数のブロックへの分
   割は、点群を閉じ込めるための基本立体と点群形状に最
   も近い基本曲面とを組み合わせたテンプレートを使用し
   て行われる請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記面間接続がスムーズに行われるよう
   にする仕方は、オリジナル点群と境界点群とで再構成し
   た点群を使用する仕方である請求項６または７に記載の
   装置。
9. 【請求項９】 前記特徴形状部分が強調されるような仕
   方は、点群のｕ，ｖ初期値、パッチ間隔、次数、パッチ
   間の連続性、フェアリング係数、およびバネ係数を、点
   群の曲率の大きさに応じて自動的に計算するような仕方
   である請求項６または７または８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記点群データの複数のブロックへの
    分割は、各ブロックの点群が前記各計算コンピュータの
    処理能力に見合う程度の大きさとなるようにして行われ
    る請求項６または７または８または９に記載の装置。