JP2002230056A - 立体形状データ変換装置及び立体形状データ変換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、３次元ビットマップデータ
を、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換する立体形状
データ変換装置を提供することを目的とする。 【解決手段】ビットマップデータ又は点群データで記述
される立体形状の表面にあるセル又は点を選択する手段
と、セル又は点を含むグループを定義する手段と、グル
ープに幾何学形状を規定する種別情報を付加する手段
と、グループの境界と特徴量を求める手段と、セル又は
点をグループに追加する手段と、グループを面要素に置
換し、面要素の幾何定義と位相関係を求める手段と、位
相幾何データを構成する手段とを備える立体形状データ
変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体形状データ変換
装置に関し、特に３次元のビットマップデータや点群デ
ータを、操作性・利用性の高いＣＡＤデータに変換する
ことのできる立体形状データ変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実際物の立体形状を計測し、データとし
て記述するには、Ｘ線ＣＴ装置，表面計測プローブ，レ
ーザ計測機などの３次元ディジタイザが利用される。こ
れらの装置は、局所的なセルや点の集合であるビットマ
ップデータや点群データを出力する。これに対して一般
の３次元ＣＡＤは、大域的な位相幾何学的な情報を持つ
「Ｂ−ｒｅｐｓ」（Boundary representations：境界表
現）と呼ばれるデータを利用している。そのため計測さ
れた立体形状を３次元ＣＡＤで利用するには、適切なデ
ータ変換技術が不可欠である。

【０００３】局所的な情報しか持たず、大域的な情報を
持たないビットマップデータや点群データを変換し、大
域的な情報を持つＢ−ｒｅｐｓデータを得るには、これ
まで主に二つの方法が利用されていた。一つは、ビット
マップデータや点群データが表す立体形状を、多面体
（ポリゴン）を使用して近似的に記述する方法である。
場合によっては、得られた多面体をさらにＮＵＲＢＳ
（Non-uniformrational B-spline：非一様有理Ｂ−ｓｐ
ｌｉｎｅ面）などの自由曲面に変換することもある。こ
の方法は、特開平１１−３３９０７１号公報に記載され
ている。上記の公報には、位相構造を持った物体の表面
に分布する整列していない点群から、詳細なポリゴンメ
ッシュを生成する方法が示されている。

【０００４】もう一つは、立体形状を平行な多数の平面
でスライスし、得られた断面形状をＢ−ｓｐｌｉｎｅな
どの自由曲線で記述してから、これらを結合してＮＵＲ
ＢＳなどの自由曲面とする方法である。この方法は、た
とえば次の文献に詳しく記載されている。

【０００５】「Layered manufacturing of surfaces with open contours using localized wall thickening」 （P. Alexander・D. Dutta）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、立
体形状の全体を多面体や自由曲面で近似することによ
り、ほぼ自動的にビットマップデータや点群データをＢ
−ｒｅｐｓデータに変換することができる。

【０００７】しかし工業分野においては、ビットマップ
データが膨大なデータ量になり、多面体を自由曲面とし
て近似すると、変換後のＢ−ｒｅｐｓデータが大きくな
り過ぎ、そのデータを更に３次元ＣＡＤで使用する際
や、工作機械での加工に用いる際に、作業効率の悪化を
招くことを発明者らは見出した。

【０００８】多面体や自由曲面は、ＮＣ工作機械を使用
して切削加工を行う際の工具経路の計算が複雑で、大き
い径の工具を使って高速に加工することが困難である。
そのため前記従来技術では、Ｂ−ｒｅｐｓデータから自
動的にＮＣプログラムを作り、計測された立体形状を持
つ部品を短時間で製作することが難しいのである。

【０００９】本発明の目的は、３次元ビットマップデー
タを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換する立体形
状データ変換装置及び立体形状データ変換方法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、立体形状デ
ータ変換装置が、ビットマップデータ・点群データによ
って記述されている立体形状の表面にあるセルや点を選
択する手段と、セルや点を含むグループを定義する手段
と、グループに幾何学的な形状を規定する種別情報を付
加する手段と、種別情報とグループに属するセルや点の
座標に基づいてグループの境界と特徴量を求める手段
と、境界に基づいてセルや点をグループに追加する手段
と、特徴量に基づいてグループを面要素に置換し、その
幾何定義と位相関係を求める手段と、幾何定義と位相関
係に基づいて位相幾何データを構成する手段とを備える
ことにより、解決することができる。

【００１１】これによれば、必要な部位が幾何学的に厳
密に定義され、３次元ＣＡＤで快適に操作することがで
き、ＮＣプログラムの自動作成にも適したＢ−ｒｅｐｓ
データを得ることのできる立体形状データ変換装置を提
供することができる。

【００１２】また、幾何学的に厳密に定義する必要のあ
る面要素を、対話的なＣＡＤ操作によって利用者が自由
に指定することができる。

【００１３】また、幾何学的に厳密に定義する必要のあ
る面要素を指定する際、必要な部位だけを利用者に選択
的に表示することによって、ＣＡＤ操作を容易・確実に
することができる。

【００１４】また、入力された立体形状データに多くの
ノイズが含まれている場合でも、ノイズの影響を避けて
的確なデータ変換を行うことができるまた、幾何学的に
厳密に定義する必要のある面要素を指定する際、高い精
度の求められない部位を利用者が指定する必要がなくな
り、ＣＡＤ操作を省くことができる。

【００１５】また、複数のグループの間にある幾何学的
な拘束関係が明らかな場合、より高精度なデータ変換を
行うことができる。

【００１６】また、必要な部位が幾何学的に厳密に定義
され、３次元ＣＡＤで快適に操作することができ、ＮＣ
プログラムの自動作成にも適したＢ−ｒｅｐｓデータを
得ることのできる立体形状データ変換方法を提供するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】発明者らは、３次元ビットマップ
データを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換するに
あたって、機械の部品を対象とする場合など、多面体や
自由曲面として変換されているＢ−ｒｅｐｓデータの一
部を、幾何学的に厳密な平面や円柱面として記述するこ
とを考案した。

【００１８】多面体や自由曲面は自由度が大きく、定義
するには平面や円柱面に比べてはるかに多くのパラメー
タを持たせる必要がある。そのため、それら多面体や自
由曲面を持ったＢ−ｒｅｐｓデータは巨大なものとな
り、それらを３次元ＣＡＤとして使って工作機械を操作
しようとしても、コンピュータの応答はきわめて遅くな
るのである。

【００１９】そこで発明者らは、このような場合に、多
面体や自由曲面としてＢ−ｒｅｐｓに変換されていたデ
ータの内、その一部を平面や円柱面に置き換えることを
見出した。以下、それらの実施態様を説明する。

【００２０】（第１の実施例）立体形状データ変換装置
Ｃの構成を図１に示す。立体形状データ変換装置Ｃは、
入力された点群データＤ１をＢ−ｒｅｐｓデータＤ２に
変換して出力する機能を持ち、点群記憶手段Ｃ１と、グ
ループ記憶手段Ｃ２と、表示手段Ｃ３と、入力手段Ｃ４
と、シード点選択手段Ｃ５と、グループ拡張手段Ｃ６
と、グループ境界決定手段Ｃ７と、グループ種別定義手
段Ｃ８と、グループ位相抽出手段Ｃ９と、ソリッドモデ
ル構成手段Ｃ１０によって構成されている。

【００２１】点群記憶手段Ｃ１・グループ記憶手段Ｃ２
は、メモリやハードディスクで構成されており、入力さ
れたデータを記憶して、必要な時に出力する機能を持
つ。

【００２２】点群記憶手段Ｃ１が記憶する点群データＤ
１は、実際物の表面に位置する点の座標を記述するデー
タであり、３次元ディジタイザから立体形状データ変換
装置Ｃに入力される。たとえば次のようなデータ構成と
なっている。

【００２３】点１＝（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１） 点２＝（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２） 点３＝（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３） ： 点ｎ＝（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ） 点群記憶手段Ｃ１にビットマップデータを入力すること
もできる。その場合に点群記憶手段Ｃ１は、ビットマッ
プデータを自動的に点群データＤ１に変換して記憶す
る。

【００２４】グループ記憶手段Ｃ２が記憶するグループ
データＤ３は、「グループ」を記述するデータである。
ここでの「グループ」とは、点群データＤ１に含まれて
いる点の一部を要素とする集合に対し、それらの点の集
合の幾何学的な形態の分類を表す「種別」と、点の集合
の形態を詳細に規定する「特徴量」を付加したものであ
る。グループデータＤ３は、たとえば次のようなデータ
構成となっている。

【００２５】 グループａの記述（点の集合，種別，特徴量） グループｂの記述（点の集合，種別，特徴量） ： グループｍの記述（点の集合、種別、特徴量） 表示手段Ｃ３は、点群記憶手段Ｃ１とグループ記憶手段
Ｃ２から、点群データＤ１とグループデータＤ３を取り
出し、利用者に視覚的に表示する機能を持っている。表
示手段Ｃ３に表示グループ指定コマンドＤ４を入力する
と、いくつかのグループを選択的に指定することができ
る。これによって表示手段Ｃ３は、点群データＤ１に含
まれるすべての点を表示するだけでなく、指定されたグ
ループのすべて、あるいはいずれかに属する点だけを表
示したり、指定されたグループのいずれにも属さない点
だけを表示したりすることができる。

【００２６】入力手段Ｃ４は、利用者から入力されるコ
マンドを受け取り、これを処理する機能を持つ。利用者
は、表示グループ指定コマンドＤ４，シード点選択コマ
ンドＤ５，グループ種別定義コマンドＤ６などのコマン
ドを、キーボードやマウスを使って入力することができ
る。

【００２７】シード点選択手段Ｃ５は、シード点選択コ
マンドＤ５を受け、シード点データＤ７をグループ記憶
手段Ｃ２に送り、利用者によって選択された「シード
点」を含む新しいグループを作成して、グループ記憶手
段Ｃ２に記憶させる機能を持つ。「シード点」とは、グ
ループが最初に含んでいる点のことである。シード点選
択コマンドＤ５は、点群データＤ１に含まれている点の
うちの一つを利用者が選択するためのコマンドであり、
シード点データＤ７は、利用者が選択した点を記述する
データである。

【００２８】グループ拡張手段Ｃ６は、グループ境界デ
ータＣ８を受け、点群データＤ１の中から、既存のグル
ープに追加することのできる点を探す。そのような点が
存在した場合、追加点データＤ９をグループ記憶手段Ｃ
２に送って、グループにその点を追加する機能を持って
いる。グループ境界データＣ８は、グループの境界を定
義するデータである。追加点データＤ９は、グループを
指定し、追加する点を記述するデータである。

【００２９】グループ境界決定手段Ｃ７は、グループデ
ータＤ３に含まれているグループに属するすべての点の
座標と、グループの種別に基づき、そのグループの特徴
量と境界を決める機能を持つ。グループの特徴量と境界
は幾何学的に計算され、そのうちの境界は、グループ境
界データＤ８としてグループ拡張手段Ｃ６に送られる。

【００３０】グループ種別定義手段Ｃ８は、グループ種
別定義コマンドＤ６を受け、既存のグループの種別を定
義する機能を持つ。グループの種別の定義は、グループ
種別データＤ１０を、グループ記憶手段Ｃ２に送ること
によって行う。グループ種別データＤ１０は、グループ
を指定し、その種別を記述するデータである。

【００３１】グループ位相抽出手段Ｃ９は、既存のすべ
てのグループの空間的な位相関係を求め、グループ位相
データＤ１１を作ってソリッドモデル構成手段Ｃ１０に
送る機能を持つ。グループ位相データＤ１１は、すべて
のグループの位相関係を記述するデータである。

【００３２】ソリッドモデル構成手段Ｃ１０は、既存の
すべてのグループの種別・特徴量と、グループ位相デー
タＤ１１に基づき、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２を作って出
力する機能を持っている。

【００３３】以上が立体形状データ変換装置Ｃの構成で
ある。

【００３４】次に具体的な例を使い、立体形状データ変
換装置Ｃによる処理の内容を詳細に説明する。実際の処
理は３次元で行われるが、ここでは理解を容易にするた
め、図では２次元のビットマップデータを示して説明す
る。ただし本文では、すべて３次元の処理に使われる用
語を使って説明する。

【００３５】図２の（ａ）に、立体形状データ変換装置
Ｃに入力されるビットマップデータＤ１２の全体を示
す。また図２の（ｂ）に、ビットマップデータＤ１２の
一部を拡大して示す。ビットマップデータＤ１２は、直
交格子に沿って配列した細かい立方体の領域によって構
成されており、これらを「セル」と呼ぶ。個々のセル
は、その中心点が立体形状の内部・外部のどちらである
かを表す情報を持っている。ここではセルの着色の有無
により、立体形状の内部・外部を区別して示す。

【００３６】立体形状データ変換装置Ｃが行う処理、す
なわち立体形状データ変換処理Ｐの流れを図３に示す。
この流れに沿って、個々の処理を説明していくことにす
る。

【００３７】ビットマップデータ−点群データ変換過程
Ｐ１では、入力されたビットマップデータＤ１２を点群
データＤ１に変換する。この変換は、図４に示す次の二
つの方法で行うことができる。

【００３８】ａ．立体形状の表面のすぐ内側に位置する
セルの中心点を求める方法 ｂ．立体形状の表面を挟んで隣接する二つのセルの中心
点を求める方法 変換によって得られる点群データＤ１は、点群記憶手段
Ｃ１に記憶される。ｂの方法で得られた点群データＤ１
の例を図５に示す。

【００３９】シード点・種別入力要求過程Ｐ２では、点
群データＤ１を利用者に表示するとともに、新しいグル
ープを定義するかどうかを利用者に問い合わせる。利用
者はグループの種別を指定し、シード点を選択すること
によって、新しいグループを定義することができる。グ
ループの種別は、たとえば次の中から選択する。

【００４０】法線が既知の平面 法線が未知の平面 半径が既知の円柱面 半径が未知の円柱面 半径が既知の球面 半径が未知の球面 ２次曲面 シード点・種別入力要求過程Ｐ２で、表示手段Ｃ３がデ
ィスプレイに表示する画面の例を図６に示す。この画面
の左側には、コマンドを列記したメニューＳが配置され
ている。マウスカーソルで「シード点」をクリックする
と、点群データＤ１が右側に表示される。点をクリック
することで、シード点を選択することができる。この操
作により、シード点選択コマンドＤ５がシード点選択手
段Ｃ５に送られる。この画面には、表示グループ指定コ
マンドＤ４で指定したグループに属する点が淡色で表示
される。これらをシード点として選択することはできな
い。

【００４１】マウスカーソルで「種別」をクリックする
と、既存のグループの一覧と、指定することのできる種
別の一覧が、画面の右側に表示される。利用者はグルー
プと、その種別をクリックして選択することができる。
この操作により、グループ種別定義コマンドＤ６がグル
ープ種別定義手段Ｃ８に送られる。

【００４２】マウスカーソルで「グループ」をクリック
すると、既存のグループの一覧が、画面の右側に表示さ
れる。グループをクリックすることにより、そのグルー
プを淡色で表示するかどうか、個別に指定することがで
きる。この操作により、表示グループ指定コマンドＤ４
が表示手段Ｃ３に送られる。

【００４３】グループ追加過程Ｐ３では、利用者によっ
て選択されたシード点を含む新しいグループを定義し、
グループデータＤ３に追加する。またこのグループの種
別も定義する。この処理は、シード点選択手段Ｃ５によ
って行われる。

【００４４】グループデータＤ３のデータ構造の例を図
７に示す。グループデータＤ３は、個々のグループを記
述するグループレコードＲの集合である。グループレコ
ードＲは、点群レコードＲ１と、種別レコードＲ２と、
特徴量レコードＲ３を持っている。点群レコードＲ１に
は、グループに属する点が列記される。種別レコードＲ
２には、グループの種別が記述される。特徴量レコード
Ｒ３には、グループに属する点の集合の、幾何学的な形
態を一意に規定するための特徴量が記述される。たとえ
ば種別を「法線が既知の平面」とすると、基準点を一つ
定義すれば、点の集合の形態を一意に規定することがで
きる。したがって特徴量レコードＲ３は、基準点レコー
ドＲ３１を一つ持っていればよい。

【００４５】特徴量レコードＲ３の内容は、グループの
種類によって次のように変わる。

【００４６】法線が既知の平面 基準点 法線が未知の平面 基準点・法線 半径が既知の円柱面 基準点・中心軸 半径が未知の円柱面 基準点・中心軸・半径 半径が既知の球面 中心点 半径が未知の球面 中心点・半径 ２次曲面 Ｘ・Ｙ・Ｚを元とする２次方
程式の係数 グループ境界決定過程Ｐ４では、グループに含まれる点
の座標と、グループの種別に基づいてグループの特徴量
を計算し、これからグループの境界を決定してグループ
境界データＤ８を作成する。この処理は、グループ境界
決定手段Ｃ７によって行われる。

【００４７】グループ拡張過程Ｐ５では、グループ境界
データＤ８に基づいて、点群データＤ１に含まれている
点の中から、既存のグループに属することのできる点を
選び、グループに追加する。この処理は、グループ拡張
手段Ｃ６によって行われる。

【００４８】グループの種別が「法線が未知の平面」で
ある場合を例に、グループ境界決定手段Ｃ７と、グルー
プ拡張手段Ｃ６の動作を詳しく説明する。図８の（ａ）
に、利用者がシード点を選択し、新しいグループを定義
したところを示す。ここではグループに属する点を○
で、グループに属さない点を●で示した。

【００４９】グループ境界決定過程Ｐ４では、まずグル
ープに含まれる点の集合を最もよく近似する面を求め
る。このような面のことを、ここでは「代表面」と呼
ぶ。この例では「法線が未知の平面」をグループの種別
としているので、代表面も同じく「法線が未知の平面」
となる。

【００５０】グループ境界決定手段Ｃ７は、最小２乗法
を利用して代表面を求める。しかしグループが一つのシ
ード点しか含んでいない場合、平面を求めることができ
ない。そこで隣接するいくつかの点を要素としてグルー
プに追加する。図８の（ｂ）に、グループに隣接する点
を追加し、グループを拡張したところを示す。

【００５１】グループに含まれる点が３個以上になる
と、代表面として一つの平面を求めることができる。得
られた代表面の基準点・法線が、このグループの特徴量
である。また代表面を表裏にオフセットさせれば、グル
ープの境界を求めることができる。オフセット量は、セ
ルの寸法の０.５倍〜０.７５倍とする。図８の（ｃ）
に、このグループの代表面と境界を求めたところを示
す。ここでは代表面を太い線で、境界を細い線で示し
た。

【００５２】グループ拡張過程Ｐ５では、求められたグ
ループの境界に基づき、グループに新しい点を追加す
る。グループ拡張手段Ｃ６は、グループに属さない点の
中からグループに隣接するものを選び、その座標を調べ
てグループの境界と照合する。境界の内側に位置する点
があれば、それをグループに追加する。図８の（ｄ）
に、グループの境界に基づいて新しい点を追加し、グル
ープを拡張したところを示す。

【００５３】グループ拡張過程Ｐ５でグループに新しい
点を追加した場合、処理をグループ境界決定過程Ｐ４に
戻し、点の追加によって変化したグループの特徴量と境
界を求め直す。図８の（ｅ）に、グループの代表面と境
界を求め直したところを示す。また図８の（ｆ）に、グ
ループの境界に基づいて新しい点を追加し、グループを
再び拡張したところを示す。

【００５４】グループ境界決定過程Ｐ４とグループ拡張
過程Ｐ５は、グループに新しい点が追加されなくなるま
で繰り返される。グループに属する点が変化しなくなっ
たら、代表面から境界を求める際に使われるオフセット
量を増やすかどうか、利用者に問い合わせる。もとのビ
ットマップデータＤ１２に多くのノイズが含まれている
場合などでは、オフセット量を増やすことにより、ノイ
ズの影響を避けて的確なデータ変換を行うことができ
る。

【００５５】点群データＤ１に含まれるすべての点が、
いずれかのグループに属した時点で、処理はソリッドモ
デル構成過程Ｐ６に移る。ソリッドモデル構成過程Ｐ６
では、グループデータＤ３をもとにＢ−ｒｅｐｓデータ
Ｄ２を作成する。まずグループ位相抽出手段Ｃ９が、グ
ループの位相関係を抽出する。これは二つのグループに
同時に含まれる点があるかどうかを調べることによって
行う。二つのグループに同時に含まれる点が存在した場
合には、これらのグループを接していると見なすことが
できる。抽出されたグループの位相関係は、グループ位
相データＤ１１として、ソリッドモデル構成手段Ｃ１０
に送られる。

【００５６】次にソリッドモデル構成手段Ｃ１０が、グ
ループの特徴量によって規定された代表面の幾何学的な
定義と、グループ位相データＤ１１に基づき、Ｂ−ｒｅ
ｐｓデータＤ２を作成する。Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２
は、面要素（輪郭を持つ面）の幾何学的な定義と、面要
素の位相関係によって構成されている。代表面の定義と
グループの位相関係が与えられれば、これらをもとにＢ
−ｒｅｐｓデータＤ２を構成することは難しくない。

【００５７】以上が立体形状データ変換処理Ｐの流れで
ある。

【００５８】立体形状データ変換処理Ｐによって得られ
た、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２の例を図９に示す。ここで
は面要素の接続点を○で示した。Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ
２は１０個の面要素で記述されており、非常に操作性・
利用性の高いＣＡＤデータが得られたことがわかる。

【００５９】（第２の実施例）他の実施態様を説明す
る。立体形状データ変換装置Ｃでは、グループの特徴量
・境界を求めるため、そのグループの種別と、そのグル
ープに属する点の座標だけを利用していた。しかし複数
のグループの間にある幾何学的な拘束関係が明らかな場
合、他のグループの種別や、他のグループに属する点の
座標を併せて利用した方が、高精度なデータ変換ができ
ることもある。たとえば次のような場合がこれに該当す
る。

【００６０】二つの平面の基準点と法線が同じであるこ
とが明らかな場合 二つの平面が垂直、または平行であることが明らかな場
合 二つの円柱面の中心軸が同じであることが明らかな場合 二つの面が滑らかに接続されていることが明らかな場合 複数のグループの間にある幾何学的な拘束関係を考え
た、立体形状データ変換装置Ｃａの構成を図１０に示
す。

【００６１】グループデータＤ３ａは、個々のグループ
を記述するグループレコードＲａの集合である。グルー
プデータＤ３ａのデータ構造の例を図１１に示す。グル
ープレコードＲａは、点群レコードＲ１と種別レコード
Ｒ２と特徴量レコードＲ３に加え、拘束関係レコードＲ
４を持っている。

【００６２】表示手段Ｃ３ａは、表示手段Ｃ３の持つ機
能に加え、グループデータＤ３ａに含まれている拘束関
係の一覧をディスプレイに表示する機能を持つ。画面の
例を図１２に示す。マウスカーソルで「拘束関係」をク
リックすると、画面の右側に、既存のグループの一覧
と、グループの組み合わせに対して定義することのでき
る拘束関係の一覧が表示される。グループをクリック
し、グループの組み合わせを定義することができる。続
いて拘束関係をクリックし、グループの間にある拘束関
係を指定することができる。この操作により、グループ
拘束関係定義コマンドＤ１３がグループ拘束関係定義手
段Ｃ１１に送られる。

【００６３】グループ境界決定手段Ｃ７ａは、グループ
データＤ３ａに含まれるグループの特徴量・境界を決め
る機能を持っている。その際グループデータＤ３ａから
拘束関係レコードＲ４を読み出し、そのグループに属す
る点の座標だけでなく、拘束関係のある他のグループに
属する点の座標も利用する。

【００６４】グループ拘束関係定義手段Ｃ１１は、グル
ープ拘束関係定義コマンドＤ１３を受け、既存のグルー
プの拘束関係を定義する機能を持つ。グループの拘束関
係の定義は、グループ記憶手段Ｃ２に、グループ拘束関
係データＤ１４を送ることによって行う。グループ拘束
関係データＤ１４は、グループの組み合わせを指定し、
その拘束関係を記述するデータである。

【００６５】（第３の実施例）立体形状データ変換装置
Ｃでは、点群データＤ１に含まれているすべての点を、
いずれかのグループに属させる必要があった。そのため
利用者は、フィレットや面取りなどきわめて小さい面に
ついてもグループを定義し、シード点を選択して種別を
指定しなければならなかった。しかしこれらの小さい面
には、たいていの場合、それほど高い精度が求められな
い。それにもかかわらず、小さい面は数が多く、シード
点の選択もしにくい。そのため利用者には煩雑な作業が
強いられることになった。

【００６６】この課題は、「間隙グループ」を使用する
立体形状データ変換装置Ｃｂにより、解決することがで
きる。「間隙グループ」とは、点群データＤ１に含まれ
る点のうち、利用者が定義したいずれのグループにも属
さないものを集めたグループであり、立体形状データ変
換装置Ｃｂが自動的に作成する。複雑な形状を持つ間隙
グループは、自由度の大きい多面体や自由曲面を代表面
としている。点の集合を多面体や自由曲面で近似する場
合、アルゴリズムの相違による誤差が問題となることが
あるが、間隙グループは多くの場合に細長い形状を持
ち、アルゴリズムの影響を受けにくい。

【００６７】間隙グループを使用する、立体形状データ
変換装置Ｃｂの構成を図１３に示す。グループ位相抽出
手段Ｃ９ｂは、グループ定義完了通知コマンドＤ１５を
受け、シード点・種別入力要求過程Ｐ２を中止して、間
隙グループを新たに作成する。そして既存のすべてのグ
ループと、作成した間隙グループの空間的な位相関係を
求め、グループ位相データＤ１１を作ってソリッドモデ
ル構成手段Ｃ１０に送る機能を持っている。グループ定
義完了通知コマンドＤ１５は、グループの定義を完了し
た利用者が、そのことを通知するコマンドである。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、３次元ビットマップデ
ータを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換する立体
形状データ変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立体形状データ変換装置Ｃの構成を示す図。

【図２】２次元のビットマップデータ全体・一部を示す
図。

【図３】立体形状データ変換処理Ｐの流れを示す図。

【図４】ビットマップデータから点群データへの変換方
法を示す図。

【図５】点群データＤ１の例を示す図。

【図６−１】表示手段Ｃ３によってディスプレイに表示
される画面の例を示す図（１）。

【図６−２】表示手段Ｃ３によってディスプレイに表示
される画面の例を示す図（２）。

【図７】グループデータＤ３の例を示す図。

【図８−１】グループ境界決定手段Ｃ７とグループ拡張
手段Ｃ６の動作を示す図（１）。

【図８−２】グループ境界決定手段Ｃ７とグループ拡張
手段Ｃ６の動作を示す図（２）。

【図９】得られたＢ−ｒｅｐｓデータＤ２の例を示す
図。

【図１０】立体形状データ変換装置Ｃａの構成を示す
図。

【図１１】グループデータＤ３ａのデータ構造の例を示
す図。

【図１２】表示手段Ｃ３ａによってディスプレイに表示
される画面の例を示す図。

【図１３】立体形状データ変換装置Ｃｂの構成を示す
図。

【符号の説明】

Ｃ・Ｃａ・Ｃｂ…立体形状データ変換装置、Ｃ１…点群
記憶手段、Ｃ２…グループ記憶手段、Ｃ３・Ｃ３ａ…表
示手段、Ｃ４…入力手段、Ｃ５…シード点選択手段、Ｃ
６…グループ拡張手段、Ｃ７・Ｃ７ａ…グループ境界決
定手段、Ｃ８…グループ種別定義手段、Ｃ９・Ｃ９ｂ…
グループ位相抽出手段、Ｃ１０…ソリッドモデル構成手
段、Ｄ１…点群データ、Ｄ２…Ｂ−ｒｅｐｓデータ、Ｄ
３・Ｄ3a…グループデータ、Ｄ４…表示グループ指定コ
マンド、Ｄ５…シード点選択コマンド、Ｄ６…グループ
種別定義コマンド、Ｄ７…シード点データ、Ｄ８…グル
ープ境界データ、Ｄ９…追加点データ、Ｄ１０…グルー
プ種別データ、Ｄ１１…グループ位相データ、Ｄ１２…
ビットマップデータ、Ｄ１３…グループ拘束関係定義コ
マンド、Ｄ１４…グループ拘束関係データ、Ｄ１５…グ
ループ定義完了通知コマンド、Ｐ１…ビットマップデー
タ−点群データ変換過程、Ｐ２…シード点・種別入力要
求過程、Ｐ３…グループ追加過程、Ｐ４…グループ境界
決定過程、Ｐ５…グループ拡張過程、Ｐ６…ソリッドモ
デル構成過程、Ｒ・Ｒａ…グループレコード、Ｒ１…点
群レコード、Ｒ２…種別レコード、Ｒ３…特徴量レコー
ド、Ｒ３１・Ｒ３２…基準点レコード、Ｒ３３…中心軸
レコード、Ｒ４…拘束関係レコード、Ｓ…メニュー。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビットマップデータあるいは点群データを
   位相幾何データに変換する立体形状データ変換装置であ
   り、 前記ビットマップデータあるいは前記点群データによっ
   て記述される立体形状の表面にあるセルあるいは点を選
   択する手段と、 前記セルあるいは前記点を含むグループを定義する手段
   と、 前記グループに幾何学的な形状を規定する種別情報を付
   加する手段と、 前記種別情報と、前記グループに属する前記セルあるい
   は前記点の座標に基づき、前記グループの境界と特徴量
   を求める手段と、 前記境界に基づき、前記セルあるいは前記点を前記グル
   ープに追加する手段と、 前記特徴量に基づき、前記グループを面要素に置換し、
   前記面要素の幾何定義と位相関係を求める手段と、 前記面要素の前記幾何定義と前記位相関係に基づき、前
   記位相幾何データを構成する手段とを備えることを特徴
   とする立体形状データ変換装置。
2. 【請求項２】請求項１の立体形状データ変換装置であ
   り、 前記ビットマップデータあるいは前記点群データを利用
   者に表示する手段と、 前記セルあるいは前記点を前記利用者に選択させること
   により、前記グループを定義する手段とを備えることを
   特徴とする立体形状データ変換装置。
3. 【請求項３】請求項１の立体形状データ変換装置であ
   り、 前記セルあるいは前記点のうち、前記グループに属さな
   いものと前記グループに属するものを区別し、選択的に
   前記利用者に表示する手段を備えることを特徴とする立
   体形状データ変換装置。
4. 【請求項４】請求項２の立体形状データ変換装置であ
   り、 前記セルあるいは前記点を前記グループに追加すること
   ができない場合に、前記境界を求めるために使用される
   パラメータの変更を、前記利用者に問い合わせる手段を
   備えることを特徴とする立体形状データ変換装置。
5. 【請求項５】請求項２の立体形状データ変換装置であ
   り、 前記利用者に、前記グループの定義をすべて完了したこ
   とを指示させる手段と、 前記指示を受けて新しい前記グループを定義する手段
   と、 前記利用者が定義した前記グループに属さない前記セル
   あるいは前記点を、前記新しいグループに含ませる手段
   とを備えることを特徴とする立体形状データ変換装置。
6. 【請求項６】請求項２の立体形状データ変換装置であ
   り、 前記グループの組み合わせを前記利用者に定義させる手
   段と、 前記グループの組み合わせに含まれる前記グループが置
   換される、前記面要素の間にある幾何定義の拘束関係
   を、前記利用者に指定させる手段とを備えることを特徴
   とする立体形状データ変換装置。
7. 【請求項７】ビットマップデータあるいは点群データを
   位相幾何データに変換する立体形状データ変換方法であ
   り、 前記ビットマップデータあるいは前記点群データによっ
   て記述される立体形状の表面にあるセルあるいは点を選
   択する過程と、 前記セルあるいは前記点を含むグループを定義する過程
   と、 前記グループに幾何学的な形状を規定する種別情報を付
   加する過程と、 前記種別情報と、前記グループに属する前記セルあるい
   は前記点の座標に基づき、前記グループの境界と特徴量
   を求める過程と、 前記境界に基づき、前記セルあるいは前記点を前記グル
   ープに追加する過程と、 前記特徴量に基づき、前記グループを面要素に置換し、
   前記面要素の幾何定義と位相関係を求める過程と、 前記面要素の前記幾何定義と前記位相関係に基づき、前
   記位相幾何データを構成する過程とを備えることを特徴
   とする立体形状データ変換方法。
8. 【請求項８】ビットマップデータ・点群セルデータによ
   って記述されている立体形状の表面にあるセルや点を選
   択してセルや点を含むグループを定義し、 前記グループに幾何学的な形状を規定する種別情報を負
   荷し、 前記種別情報と前記グループに属するセルや点の座標に
   基づて前記グループの境界と特徴量を求め、 前記境界に基づてセルや点をグループに追加し、前記特
   徴量に基づてグループを面要素に置換し、その幾何学デ
   ータと位相関係を求め、 それら幾何定義と前記位相関係に基づて位相幾何データ
   を構成することを特徴とする立体形状データ変換方法。