JP2007334820A - 3次元モデルの画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3次元の製品モデルを含む計算領域を設定し、その計算領域から複数の断面画像を切り出す。各断面画像を複数のボクセルデータに分割し、該ボクセルデータから製品内部の隙間領域のボクセルデータを生成する。各断面画像から得られた隙間領域のボクセルデータを基に、製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成すると共に、製品内部の隙間領域の体積を計算する。
【選択図】図2
Description
前記断面画像処理手段は、製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す。前記断面画像処理手段は、該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける。前記3次元格子データ生成手段は、該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する。前記3次元モデル生成手段は、該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する。
本発明の3次元モデルの画像処理装置の第3態様は、前記第1態様において、さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備える。そして、前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行う。
断面画像切出し手段は、製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す。前記断面画像処理手段は、該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける。前記3次元格子データ生成手段は、該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する。前記体積計算手段は、該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する。
本発明の3次元モデルの画像処理装置の第5態様は、上記第4態様において、前記断面画像処理手段は、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出する。
本発明の3次元モデルの画像処理装置の第6態様は、上記第4態様において、さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備える。そして、前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行う。
本発明の第7態様の3次元モデルの画像処理装置は、断面画像切出し手段、断面画像処理手段、3次元格子データ生成手段、3次元モデル生成手段及び体積計算手段を備える。
[本発明の原理]
本発明は、例えば、部品形状を3次元モデルを含む3次元空間を格子構造で表現する。また、サーフェイスモデル(surface model)により3次元モデルの形状を表現し、その3次元モデルの表面データを、部品内部の格子と部品外部の格子に分け、部品外部の格子を隙間空間(隙間領域)の格子として抽出する。
例えば、格子として直交格子を用いると、3次元構造はボクセルデータとなり、3次元モデルは、隙間空間の表面のボクセルから生成することができる。この生成には、公知のマーチングキューブス法などの高速な3次元モデルの生成方法などを利用することができる。また、製品の体積は、隙間空間のボクセルを計数することで算出可能である。
同図(a)は、3次元の製品モデル1の全体を斜め上方から見た俯瞰図である。
この製品モデル1を、同図(b)に示す鉛直方向の切断平面2を用いて幾層にも切り出す。同図(c)は、切断平面2により切り出された断面画像3の一つを示す図である。この断面画像3において、黒の着色部分は部品領域、白い部分は隙間領域をそれぞれ示している。
上記の例は、断面画像が白黒画像である場合の例であるが、カラー画像である場合には、格子をR、G、Bの各色の画素値で表現するようにしてもよい。
{概略}
図2は、本発明の実施形態(以下、本実施形態)の概略を説明する図である。
図2では、3次元の製品モデルの一例として、ノートパソコンを取り上げている。
同図(a)に示すように、隙間領域の生成及び体積計算の対象である3次元製品モデル11に対して、その全体を囲む計算領域12(破線で示された部分)を設定する。次に、計算領域12に対して、複数の切断平面13を設定する。続いて、同図(d)に示すように、計算領域12と各切断平面13との交差平面の画像を、断面画像14として生成する。そして、同図(d)に示すように、複数の断面画像14を積層して、ボクセルデータ15を生成する。このボクセルデータ15は、例えば、マーチングキューブス法により生成する。
図3は、本実施形態のハードウェアのシステム構成を示す図である。
本実施形態は、CPU21、ユーザ入力装置22、グラフィックスボード23、記憶装置24及びディスプレイ25を備えている。
図4は、上記ハードウェア構成を有する本実施形態のソフトウェア構成を示す図である。
図5は、本実施形態における製品モデルの隙間領域の3次元モデル生成及び体積計算処理の全体的な処理手順を示すフローチャートである。
ボクセルサイズは、1個のボクセルの大きさであり、上記分解能に相当する。ボクセル数は、前記計算領域内でのボクセルの個数である。ステップS3では、図7に示すように、ステップS2で入力された計算領域と分解能を基に、計算領域60をボクセル61で分割し、x軸方向のボクセル数Nx、y軸方向のボクセル数Ny及びz軸方向のボクセル数Nzを計算する。
図6のステップS1で入力する各部品i(i=1、2、・・・、n)の表面データ(部品表面データi)は、下記に示すように、「部品名」、「部品座標」、「ポリゴンデータの集合」などのパラメータで構成される。
・部品名
・部品座標(ワールド座標に対する部品座標の位置と姿勢)
位置:double Pc[3],姿勢:double Rc[3],[3]
・ポリゴンデータの集合
ポリゴンデータは、三角形ポリゴンの3つの頂点の位置(部品座標に対する位置)を示すデータである。ポリゴンデータは、下記の形式で指定される。
位置:double Pv0[3],double Pv1[3],doublePv2[3]
・・・
<部品表面データ2>
・・・
{ボクセルデータ表現}
図9は、計算領域内での製品モデルの隙間空間(隙間領域)の3次元モデルをボクセルデータにより表現する方法を示す図である。
同図に示す計算領域80は、320(=5×8×8)個のボクセル81に分割されている。同図では、各ボクセルの頂点を、隙間領域または部品領域のいずれに属すかに応じて、○(隙間領域)と●(部品領域)で示している。
図10は、表面形状の複雑度をボクセルの粗密化により表現した図である。
同図に示す計算領域90おいて、破線で囲まれた部分が隙間空間(隙間領域)の表面データ91である。表面データ91は、図面の右半分が単純な形状となっており、左方半分は凹凸のある複雑な形状となっている。この場合、右半分については、4個のボクセル92を統合した大きなボクセル93で表現し、左半分については指定された分解能のボクセル92で表現する。このような表現により、隙間空間の表面データ91の右半分は8個のボクセルデータで表現でき、その左半分は15個のボクセルデータ(12個の隙間領域を示すボクセルデータと3個の部品領域を示すボクセルデータ)で表現できる。
図11は、図5のステップS5におけるボクセル値計算処理の詳細を示すフローチャートである。
dx=i×Wx/Nx+x_min (1)
i:x方向のインデックス
Wx:計算領域のx方向の幅
x_min:計算領域のx方向の最小値
となる。
まず、x方向i番目のx座標値dxを、上記式(1)により算出する(S11)。次に、x=dxの平面(切断平面)で部品表面を切断した断面図を計算する(S12)。
ステップS12で得られた断面図の閉じた図形の内部を三角形に分割する(S13)。
ステップS14での描画はGPU231により実行し、描画データはフレームバッファ232に格納する。CPU21で描画計算する場合は内部メモリを使用する。この描画では、部品内部の画素を“1”(黒)、背景(隙間領域)の画素を“0”に設定する。
断面図の画像データImage[Ny][Nz]を取得する(S15)。
ここで、Image[Ny][Nz]は断面図の画像データの画素を表す2次元配列である。断面図は、Ny×Nz個の画素に分割される。
Image[j][k]の値が部品色(“1”)ならばボクセルa[i][j][k]=1、背景色(“0”)ならばボクセルa[i][j][k]=0に設定する(S16)。
ここで、j、kは、それそれ、y方向、z方向のインデックスであり、j=1〜Ny、k=1〜Nzである。
図12は、図5のステップS6における処理の詳細を示すフローチャートである。
図12のフローチャートの処理は、i=1〜Nx−1、Ny=1〜Ny−1、k=1〜Nz−1について実行する。
マーチングキューブス法などを利用して、{C1、C2、…、C8}の組み合わせに対応する三角形パターンを検索・取得する(S23)。
ステップS23で取得した各三角形パターン(三角形)の頂点位置を計算する(S24)。そして、頂点位置情報を有する三角形データを記憶装置24に保存する(S25)。
図16は、図5のステップS7における処理の詳細を示すフローチャートである。
セルの頂点はV1〜V8の8個であり、それら各頂点Vm(m=1〜8)のボクセル値Cmは“0”か“1”の2通りである。したがって、8個の頂点V1〜V8のボクセル値の組み合わせは256通りである。つまり、セル内部の体積が取りうる値は256通りとなる。本実施例では、このセル内部の体積値が256種類のパターンを「体積パターン」と定義する。そして、これらの各体積パターンの数を個別に計数するためのカウンタcnt[p](p=1〜256)を、CPU21のメモリ内に設ける。
まず、上記256個のカウンタcnt[p](p=1〜256)を“0”に初期設定する(S31)。
8個のボクセルa[i][j][k],a[i],[j][k+1],a[i][j+1],[k+1],a[i+1][j][k],a[i+1][j][k+1],a[i+1][j+1][k],a[i+1][j+1][k],a[i+1][j+1][k+1]の中心を原点とするセルを構成する(ステップS32)。
計算領域内の全てのセルについて、ステップS32〜S35の処理が終了すると、体積パターンpに対する体積Vol[p]を計算する(S36)。この体積Vol[p]は、セルの大きさで決まる。体積パターンpに対応する体積Vol[p]も、上記データベースに登録されている。
そして、ΣVol[p]×cnt[p](Σは、p=1〜256の総和)を計算して、その結果である隙間領域の体積を求める(S37)。
図17は、図16のステップS34、S36で使用される上記データベースの構成を示す図である。
本実施例では、前述したように、セルの8つの頂点に対して、図17(a)に示すようにV1〜V8の記号を割り当てる。図17(b)に示すように、データベース100には、パターン1〜パターン256までの256種類の体積パターンが登録されており、各体積パターンのそれぞれについて、頂点V1〜V8のボクセル値の組み合わせ「{C1,C2,…、C8}」と「隙間領域の体積」が登録されている。図17(b)では、「セルにボクセル値」も図示されているが、これは、セルの各体積パターンにおけるボクセル値をイメージ的に分かりやすいうようにするためのものであり、データベース100には実際には登録されない。
断面画像は、製品の画像だけでなく、製品外部の画像も含んでいる。本実施例は、断面画像から製品の部品部分の画像のみでなく、製品の外形部分の画像も切り出すことによって、断面画像から製品の隙間領域の画像のみを正確に抽出する。
まず、画像データImage[Ny][Nz]を取得し(S41)、Image[j][k]の値(色)が部品色ならImage[j][k]=1、背景色ならImage[j][k]=0に設定する。ここで、j=1〜Ny−1、k=1〜Nz−1である(S42)。
Image[Ny][Nz]を基に、断面画像100において画素の値が“0”と“1”の境界にある画素B(j,k)を抽出する(S43)。
前記画素B(j,k)の集合から凸包構成を計算し、凸包外形を切り出す(S44)。この凸包構成の計算には、例えば、「コンピュータ・ジオメトリ 計算幾何学:アルゴリズムと応用」(浅野哲夫訳、2000年1月15日 初版発行、近代科学社)に記載されている手法を用いる。
凸包外形と境界線112から、凸包外形に対して凹んでいる部分を抽出する(ステップS45)。
上記凹み部分を基に、凸包外形に対する凹みの深さを調べ、その深さが閾値未満ならば元の境界を外形(製品外形)に選択、閾値以上ならば凸包外形を外形に選択する(S46)。
ステップS47の処理により、図19(g)に示すように、ステップS42で塗りつぶした部分とステップS47で塗りつぶした部分を合成した画像116の白い部分が、最終的に製品内部の隙間領域の画像として得られる。
本実施例では、隣接する2つのセル(直方体)が同じパターンである場合、それらのセルを合成して1つのセルに統合する。これにより、セル数を削減できる。
図20A、20Bは、そのセル合成のアルゴリズムを示すフローチャートである。
まず、ボクセルデータa[Nx][Ny][Nz]を入力する(S61)。次に、セル
の表面データを格納する配列C[Nx][Ny][Nz]を作成する(S62)。この配列は、Nx×Ny×Nz個の要素から成る3次元配列である。
同図(a)に示すセル120内の表面データ121は、xy平面に平行な単一の長方形のみとなっている。同図(b)に示すセル130内の表面データ131は、yz平面に平行な長方形となっている。平面の方程式は、ax+by+cZ+d=0であり、上記パラメータは、a、b、c、dである。ここで、a2+b2+c2=1である。
セルC[i][j][k]が図22A(a1)に示すような単一平面141pを有するセル141であるとする。このとき、そのセル141のx方向の隣接セル142(セルC[i+1][j][k])の単一平面142pが、同図(b1)に示すように、セル141の単一平面142pと同じパターンであれば、これらのセル141、142を、同図(b2)に示すように連結し、単一平面152pを有する直方体152を作成する。一方、セル141のx方向の隣接セルが同じ単一平面を有していなければ、図22A(a2)に示すように、セル141は隣接セルを連結されない。
配列C[i2][j2][k2]と配列セルC[i2][j2+1][k2]が同じ平面パラメータを有するか判別し(S72)、同じ平面パラメータを有する場合にはステップS73に移行し、同じ平面パラメータを有しない場合にはステップS74に移行する。
ステップS74では、j2の値を“j”にリセットし、ステップS75に移行する。
図22A(c1)の状態でステップS72に移行した場合、ステップS72で、セル141(セルC[i2][j2][k2])の単一平面141pと、それとy方向に隣接するセル144(セルC[i2][j2+1][k2])の単一平面144pが同じパターンであるか調べる、そして、同じパターンであれば、ステップS73で、図22B(d1)に示すように、セル141とセル144を連結し、図22B(d2)に示すように、直方体153とセル144が連結された立方体を作成する。
配列C[i2][j2][k2]の平面パラメータと配列C[i2][j2][k2+1]の平面パラメータが同じであるか判別し(S75)、同じであれば、セルC[i2][j2][k2]とセルC[i2][j2][k2+1]を連結し、k2の値を“1”インクリメントする(S76)。そして、ステップS75に戻る。一方、ステップS75で、両平面パラメータが同じでないと判別すると、連結したセルを再連結する(S77)。
図23は、本実施形態におけるボクセルデータの分解能の調整方法を示すフローチャートである。このフローチャートにおける入力は、ユーザ入力装置22を介して行われる。
まず、計算領域のサイズを指定するデータ(x_min,x_max,y_min,y_max,z_min,y_max)を入力する(S91)。
同図(a)に示すように、(x_min,y_min,z_min)は、計算領域200の左下隅の頂点の座標を規定する。計算領域200は、この頂点を基点とする、x方向の長さが(x_max−x_min)、y方向の長さが(y_max−y_min)、z方向の長さが(z_max−z_min)の直方体である。
この入力により、図24(b)に示すように、ボクセル201のx方向の長さがbx、y方向の長さがby、z方向の長さがbzに設定される。
Nx=(x_max−x_min)/bx
Ny=(y_max−y_min)/by
Nz=(z_max−z_min)/bz
の式を計算することによって得られる。
図25A、25Bは、計算領域を分割して、計算領域の3次元形状の生成と隙間領域の体積計算を行う方法を示すフローチャートである。このフローチャートにおける、パラメータ入力や設定はユーザ入力装置22を介して行われ、計算はCPU21及びGPU231により行われる。
ここで、
MaxX:x方向のボクセル数
MaxY:y方向のボクセル数
MaxZ:z方向のボクセル数
である。
全体のボクセル数(ANx,ANy,ANz)を下記の式により計算する(S104)。
ANy=(y_max−y_min)/by
ANz=(z_max−z_min)/bz
領域分割数(DNx,DNy,DNz)を下記に式により計算する(S106)。
DNy=ANy/MaxY+1
DNz=ANz/MaxZ+1
図26は、計算領域を領域分割数DNx,DNy,DNを用いて分割したときに得られる計算領域の分割例を示す図である。
DSx=(x_max−x_min)/DNx
DSy=(y_max−y_min)/DNy
DSz=(z_max−z_min)/DNz
前記分割領域のボクセル数(Nx,Ny,Nz)を、下記の式により計算する(S108)。
Ny=DSy/by
Nz=DSz/bz
di=1〜DNx、dj=1〜DNy、dz=1〜DNzに対して、下記のステップS109、S110を実行する。尚、ステップS110の処理の詳細は、前述した図5のステップS4〜S7と同じであるので、詳しい説明は省略する。
x_min2=x_min+DSx×(di−1)
x_max2=x_min2+DSx
y_min2=y_min+DSy×(dj−1)
y_max2=y_min2+DSy
z_min2=z_min+DSz×(dk−1)
z_max2=z_min2+DSz
分割領域内の隙間領域の3次元モデル計算と体積計算を行う(S110)。
図27は、上記のように計算領域を分割した場合に、分割領域を複数の計算機により分散処理するシステムの構成例を示す図である。
まず、メイン計算機301は、図25Aのフローチャートに示すステップS101〜S108の処理を行う。続いて、メイン計算機301は、使用計算機数Pを、P=DNx×DNy×DNzを計算して求め(S121)、分割領域(di,dj,dk)の計算をP台のサブ計算機303(Pm)に割り当てる(S122)。ここで、Pm=1〜P、mはサブ計算機303の識別子である。また、di=1〜DNx、dj=1〜DNy、dk=1〜DNzである。すなわち、本実施形態では、メイン計算機301が1つの分割領域の計算を1台のサブ計算機303に割り当て、各分割領域の計算処理をP台のサブ計算機303で並列処理する。
{分割領域の逐次計算}
図29は、本実施形態における計算領域の逐次計算方法の例を示す図である。
図29に示す方法では、同図(a)、(b)、(c)、…、(d)に示すように、計算領域500をx方向に2ボクセル単位で分割しながら、該分割により得られた領域における隙間領域の3次元モデル計算と体積計算を逐次実行していく。このとき、前記分割は、x方向に1ボクセルづつスライドさせながら行う。
図5のフローチャートのステップS1、S2と同様にして、部品表面データ、計算領域及び分解能を入力する(S131)。入力された計算領域と分解能を基に、上述したようにして、ボクセルサイズ(bx,by,bz)とボクセル数(Nx,Ny,Nz)を計算する(S132)。
x方向の計算領域(x_min2,x_max2)を計算する(ステップS135)。ここで、
x_min2=x_min+bx×(t−1)
x_max2=x_min2+bx×2
である。
本実施形態の場合、作成するボクセルデータの格納配列はa[2][Nx][Nz]であり、そのサイズは2×Nx×Nzである。図5に示す計算領域全体を1度で計算する方法の場合は、サイズがNx×Ny×Nzの配列a[Nx][Nx][Nz]を作成する必要があるので、その方法に比べ、使用するメモリ容量を2/Nxに削減できる。
ところで、上記実施例では、x方向に逐次計算を行っているが、y方向またはz方向に逐次計算を行うようにしてもよい。
本実施形態では、隙間空間の3次元モデルの計算と体積計算の処理を、グラフィックスボード23による処理とその他の処理に分ける。そして、グラフィックスボード23ではボクセル値の計算を行い、CPU21では該ボクセル値を基に、隙間領域の表面データの計算と隙間領域の体積計算を行う。
CPU21は、t=1〜Nxに対して下記のステップS154〜S156の処理を実行する。
本実施例では、計算機で行う処理とグラフィックスボードで行う処理を並列に実行するので、隙間空間の3次元モデルの生成及び体積計算を高速化できる。
本実施形態では、一定の大きさ以下の隙間領域を抽出しないようにして、隙間領域の3次元モデルの生成処理に要する時間と隙間領域の体積計算時間の短縮を図る。
次に、今度は、ボクセルデータb内の部品領域の全てのボクセルについて、それに隣接するボクセル(26個の隣接ボクセル)の中に1つでも隙間領域のボクセルがあるか調べる。そして、隙間領域のボクセルがある部品領域のボクセルは、隙間領域のボクセルに変換する(部品領域の収縮処理)。
図33は、上記微小隙間領域内のボクセル除去方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。ここで、計算領域のサイズは、Nx×Ny×Nzとする。
ボクセルa[i][j][k]のデータが“0”であるか判別し(S173)、“0”(隙間領域)であればステップS174に移行し、“1”(部品領域)であればステップS177に移行する。
この結果、図32(c)に示すように、部品領域の収縮が行われ、微小な隙間領域のボクセルのみが部品領域のボクセルに変換される。
本実施例では、一定の大きさ以下の隙間領域は抽出しないようにするので、隙間空間の3次元モデルの生成及び体積計算の高速化が図れる。
本実施形態では、3次元モデルの製品モデルについて、その一部を計算領域として指定できる。
図34は、このような製品モデル(この例では、ノートパソコン)の計算領域の部分指定方法を示す図である。
製品モデルの計算領域を部分指定する場合、まず、同図(a)に示す方法で、計算領域のxy平面を指定し、次に、同図(b)に示す方法で、計算領域のyz平面を指定する。このようにして計算領域のxy平面とyz平面を指定することで、3次元の計算領域を指定できる。
ディスプレイ25に3次元製品モデルの上面図を表示する(S191)。ユーザ入力装置22を介して、該上面図内に第一の矩形(x_min、x_max,y_min,y_max)を計算領域として入力する(S192)。
本実施例では、3次元製品モデルについて、その一部を計算領域として指定することにより、所望する部分についてのみ、隙間領域の3次元モデルの生成や体積計算を実施することが可能となる。
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。
(付記2)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像内の部品領域を塗りつぶして描画することを特徴とする。
(付記3)
付記2記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段による前記断面画像の部品領域の描画を、グラフィックス処理専用のハードウェアで行うことを特徴とする。
(付記4)
付記3記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記グラフィックス処理専用のハードウェアの処理とその他の処理を並列に実行することを特徴とする。
(付記5)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。
(付記6)
付記5記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、凸包外形から3次元モデル表面までの深さが所定の閾値以下の凹み部分を、製品の外形と判定することを特徴とする。
(付記7)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、
前記断面画像のサイズを指定する第1の指定手段と、
前記断面画像の分解能を指定する第2の指定手段と、
前記第1及び第2の指定手段によって指定された前記断面画像にサイズ及び分解能を基に、前記3次元格子データの格子サイズを調整する調整手段を、
備えることを特徴とする。
(付記8)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を分割する分割手段を備え、
前記断面画像処理手段は、該分割手段によって得られた各分割領域の断面画像を、部品領域と隙間空間に分け、
前記3次元格子データ生成手段は、前記断面画像処理手段によって得られた前記各分割領域の断面画像を積層して、前記各分割領域の3次元格子データを生成し、
前記3次元モデル生成手段は、前記3次元格子データ生成手段によって生成された各分割領域の3次元格子データを基に、前記各分割領域域内の製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成し、
前記格子データ変換手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段によって得られた各分割領域内の製品内部の隙間領域の3次元モデルを統合することにより、前記製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成することを特徴とする。
(付記9)
付記8記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段の前記分割領域ごとの処理を、分割領域単位で分散処理する分散処理手段を備えることを特徴とする。
(付記10)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を逐次的に分割する分割手段を備え、
前記断面画像処理手段は、該分割手段によって得られた分割領域の断面画像を、分割領域と隙間領域に分け、
前記3次元格子データ生成手段は、前記断面画像処理手段によって得られた前記分割領域の断面画像を積層して、前記分割領域の3次元格子データを生成し、
前記3次元モデル生成手段は、前記3次元格子データ生成手段によって生成された前記分割領域の3次元格子データを基に、前記分割領域の製品内部の隙間領域の画像データを生成し、
前記格子データ変換手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段が、前記分割手段により逐次的に得られる分割領域を逐次処理していくことにより、前記製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成することを特徴とする。
(付記11)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記3次元格子データはボクセルデータであり、
前記3次元格子データ生成手段は、前記ボクセルデータに対して膨張収縮処理を施して、微小な空き領域のボクセルを、前記隙間領域から除去することを特徴とする。
(付記12)
付記1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備え、
前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。
(付記13)
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する体積計算手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。
(付記14)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像内の部品領域を塗りつぶして描画することを特徴とする。
(付記15)
付記14記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段による前記断面画像の部品領域の描画を、グラフィックス処理専用のハードウェアで行うことを特徴とする。
(付記16)
付記15記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記グラフィックス処理専用のハードウェアの処理とその他の処理を並列に実行することを特徴とする。
(付記17)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。
(付記18)
付記17記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、凸包外形から3次元モデル表面までの深さが所定の閾値以下の凹み部分を、製品の外形と判定することを特徴とする。
(付記19)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記体積計算手段は、
直交格子で前記3次元格子データを表現し、前記3次元格子データを隣接する8個の格子を頂点とする直方体から構成される3次元空間に変換する手段と、
該変換手段によって得られた直方体を、その8個の格子の値の組み合わせのパターンに分類し、該直方体の各パターンに対応する該直方体内部の隙間領域の体積を格納している格納手段と、
前記分割手段によって得られた直方体について、そのパターンを基に前記格納手段を検索して、該直方体内部の隙間部分の体積を取得する手段と、
該取得手段によって得られた各直方体内部の隙間部分の体積を基に、製品内部の隙間領域隙の体積を計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする。
(付記20)
付記18記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記体積計算手段は、
さらに、隣接する前記直方体が同じパターンであれば、それらを1つの直方体に統合する手段を備えることを特徴とする。
(付記21)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、
前記断面画像のサイズを指定する第1の指定手段と、
前記断面画像の分解能を指定する第2の指定手段と、
前記第1及び第2の指定手段によって指定された前記断面画像にサイズ及び分解能を基に、前記3次元格子データの格子サイズを調整する調整手段を、
備えることを特徴とする。
(付記22)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を分割する分割手段を備え、
前記断面画像処理手段は、該分割手段によって得られた各分割領域の断面画像を、部品領域と隙間領域に分け、
前記3次元格子データ生成手段は、前記断面画像処理手段によって得られた前記各分割領域の断面画像を積層して、前記各分割領域の3次元格子データを生成し、
前記体積計算手段は、前記3次元格子データ生成手段によって生成された各分割領域の3次元格子データを基に、前記各分割領域域内の製品内部の隙間領域の体積を計算し、
前記格子データ変換手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段によって得られた各分割領域内の製品内部の隙間領域の体積の総和を算出することにより、前記製品内部の隙間領域の体積を計算することを特徴とする。
(付記23)
付記22記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段の前記分割領域ごとの処理を、分割領域単位で分散処理する分散処理手段を備えることを特徴とする。
(付記24)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を逐次的に分割する分割手段を備え、
前記断面画像処理手段は、該分割手段によって得られた分割領域の断面画像を、分割領域と隙間領域に分け、
前記3次元格子データ生成手段は、前記断面画像処理手段によって得られた前記分割領域の断面画像を積層して、前記分割領域の3次元格子データを生成し、
前記体積計算手段は、前記3次元格子データ生成手段によって生成された前記分割領域の3次元格子データを基に、前記分割領域の製品内部の隙間領域の体積を計算し、
前記格子データ変換手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段が、前記分割手段により逐次的に得られる分割領域を逐次処理していくことにより、前記製品内部の隙間領域の体積を計算することを特徴とする。
(付記25)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記3次元格子データはボクセルデータであり、
前記3次元格子データ生成手段は、前記ボクセルデータに対して膨張収縮処理を施して、微小な空き領域のボクセルを、前記隙間領域から除去することを特徴とする。
(付記26)
付記13記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備え、
前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。
(付記27)
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す第1のステップと、
該第1のステップにより切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける第2のステップと、
該第2のステップにより得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する第3のステップと、
該第3のステップにより生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する第4のステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させるプログラム。
(付記28)
付記26記載のプログラムであって、
前記第2のステップにおいて、前記断面画像内の部品領域を塗りつぶして描画することを特徴とする。
(付記29)
付記27記載のプログラムであって、
前記第2のステップにおける前記断面画像の部品領域の描画処理を、グラフィックス処理専用のハードウェアで実行させることを特徴とする。
(付記30)
付記27記載のプログラムであって、
前記グラフィックス処理専用のハードウェアの処理とその他の処理を並列に実行させることを特徴とする。
(付記31)
付記27記載のプログラムであって、
前記第2のステップにおいて、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。
(付記32)
付記31記載のプログラムであって、
前記第2のステップにおいて、凸包外形から3次元モデル表面までの深さが所定の閾値以下の凹み部分を、製品の外形と判定することを特徴とする。
(付記33)
付記27記載のプログラムであって、
さらに、
前記断面画像のサイズを指定する第5のステップと、
前記断面画像の分解能を指定する第6のステップと、
前記第5及び第6のステップによって指定された前記断面画像にサイズ及び分解能を基に、前記3次元格子データの格子サイズを調整する第7のステップ
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
(付記34)
付記27記載のプログラムであって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を分割する第5のステップをコンピュータに実行させ、
前記第2のステップにおいては、該分割によって得られた各分割領域の断面画像を、部品領域と隙間空間に分け、
前記第3のステップにおいては、前記第2のステップによって得られた前記各分割領域の断面画像を積層して、前記各分割領域の3次元格子データを生成し、
前記第4のステップにおいては、前記3次元格子データ生成手段によって生成された各分割領域の3次元格子データを基に、前記各分割領域域内の製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成し、
前記第2、前記第3及び前記第4のステップによって得られた各分割領域内の製品内部の隙間領域の3次元モデルを統合することにより、前記製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成することを特徴とする。
(付記35)
付記34記載のプログラムであって、
さらに、前記第2、前記第3及び前記第4のステップの前記分割領域ごとの処理を、分割領域単位で分散処理する第6のステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
(付記36)
付記27記載のプログラムであって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を逐次的に分割する第5のステップをコンピュータに実行させ、
前記第2のステップにおいては、該第5のステップによって得られた分割領域の断面画像を、分割領域と隙間領域に分け、
前記第3のステップにおいては、前記第2のステップによって得られた前記分割領域の断面画像を積層して、前記分割領域の3次元格子データを生成し、
前記第4のステップにおいては、前記第3のステップによって生成された前記分割領域の3次元格子データを基に、前記分割領域の製品内部の隙間領域の画像データを生成し、
前記第2、前記第3及び前記第4のステップを、前記第のステップにより逐次的に得られる分割領域に対して逐次実行していくことにより、前記製品内部の隙間領域の3次元モデルを生成することを特徴とする。
(付記37)
付記27記載のプログラムであって、
前記3次元格子データはボクセルデータであり、
前記第のステップにおいては、前記ボクセルデータに対して膨張収縮処理を施して、微小な空き領域のボクセルを、前記隙間領域から除去することを特徴とする。
(付記38)
付記27記載のプログラムであって、
さらに、製品の一部を指定する第5のステップをコンピュータに実行させ、
前記第1のステップにおいては、該第5のステップにおいて指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記第2、前記第3及び前記第4のステップにおいては、前記第1のステップにおいて切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。
(付記39)
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す第1のステップと、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける第2のステップと、
該第2のステップにより得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する第3のステップと、
該第3のステップにより生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する第4のステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
(付記40)
付記39記載のプログラムであって、
前記第2のステップにおいては、前記断面画像内の部品領域を塗りつぶして描画することを特徴とする。
(付記41)
付記39記載のプログラムであって、
前記第2のステップによる前記断面画像の部品領域の描画を、グラフィックス処理専用のハードウェアで実行させることを特徴とする。
(付記42)
付記41記載のプログラムであって、
前記グラフィックス処理専用のハードウェアの処理とその他の処理を並列に実行させることを特徴とする。
(付記43)
付記39記載の製品内部のプログラムであって、
前記第2のステップにおいては、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。
(付記44)
付記43記載のプログラムであって、
前記第2ステップにおいては、凸包外形から3次元モデル表面までの深さが所定の閾値以下の凹み部分を、製品の外形と判定することを特徴とする。
(付記45)
付記39記載のプログラムであって、
前記第4のステップは、
直交格子で前記3次元格子データを表現し、前記3次元格子データを隣接する8個の格子を頂点とする直方体から構成される3次元空間に変換する第5のステップと、
該変換手段によって得られた直方体を、その8個の格子の値の組み合わせのパターンに分類し、該直方体の各パターンに対応する該直方体内部の隙間領域の体積を記憶手段に格納させる第6のステップと、
前記第1のステップによって得られた直方体について、そのパターンを基に前記格納手段を検索して、該直方体内部の隙間部分の体積を取得する第7のステップと、
該第7のステップによって得られた各直方体内部の隙間部分の体積を基に、製品内部の隙間領域隙の体積を計算する第8のステップと、
を備えることを特徴とする。
(付記46)
付記45記載の製品内部のプログラムであって、
前記第4のステップは、
さらに、隣接する前記直方体が同じパターンであれば、それらを1つの直方体に統合するステップを備えることを特徴とする。
(付記47)
付記39記載のプログラムであって、
さらに、
前記断面画像のサイズを指定する第5のステップと、
前記断面画像の分解能を指定する第6のステップと、
前記第1及び第2の指定手段によって指定された前記断面画像にサイズ及び分解能を基に、前記3次元格子データの格子サイズを調整する第7のステップを、
コンピュータに実行させることを特徴とする。
(付記48)
付記39記載のプログラムであって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を分割する第5のステップをコンピュータに実行させ、
前記第2のステップにおいては、該第5のステップによって得られた各分割領域の断面画像を、部品領域と隙間空間に分け、
前記第3のステップにおいては、前記第2のステップによって得られた前記各分割領域の断面画像を積層して、前記各分割領域の3次元格子データを生成し、
前記第4のステップにおいては、前記3のステップによって生成された各分割領域の3次元格子データを基に、前記各分割領域域内の製品内部の隙間領域の体積を計算し、
前記第2、前記第33及び前記第4のステップによって得られた各分割領域内の製品内部の隙間領域の体積の総和を算出することにより、前記製品内部の隙間領域の体積を計算することを特徴とする。
(付記49)
付記48記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、前記第2、前記第3及び前記第4のステップの前記分割領域ごとの処理を、分割領域単位で分散処理するステップを備えることを特徴とする。
(付記50)
付記39記載のプログラムであって、
さらに、前記製品の3次元モデルの表面データを含む3次元計算空間を逐次的に分割する第5のステップを備え、
前記第2ステップにおいては、該第5のステップによって得られた分割領域の断面画像を、分割領域と隙間領域に分け、
前記第3のステップにおいては、前記第5のステップによって得られた前記分割領域の断面画像を積層して、前記分割領域の3次元格子データを生成し、
前記第4のステップにおいては、前記第のステップ3によって生成された前記分割領域の3次元格子データを基に、前記分割領域の製品内部の隙間領域の体積を計算し、
前記第2、前記第3及び前記第4のステップにおいて、前記第5のステップにより逐次的に得られる分割領域を逐次処理していくことにより、前記製品内部の隙間領域の体積を計算することを特徴とする。
(付記51)
付記39記載のプログラムであって、
前記3次元格子データはボクセルデータであり、
前記第3のステップにおいては、前記ボクセルデータに対して膨張収縮処理を施して、微小な空き領域のボクセルを、前記隙間領域から除去することを特徴とする。
(付記52)
付記39記載のプログラムであって、
さらに、製品の一部を指定する第5のステップをコンピュータに実行させ、
前記第1のステップにおいては、該第5のステップにおいて指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記第1、前記第3及び前記第4のステップにおいては、前記第5のステップにおいて切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。
(付記53)
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する体積計算手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。
(付記54)
製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出すステップと、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分けるステップと、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成するステップと、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成するステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させるプログラム。
2、13 切断平面
3、14 断面画像
12、60 計算領域
15 ボクセルデータ
21 CPU
22 ユーザ入力装置
23 グラフィックスボード
231 GPU
232 フレームバッファ
24 記憶装置
25 ディスプレイ
30 入力機能
31 表面データ入力部
32 計算条件入力部
40 計算機能
41 断面画像計算部
42 ボクセル計算部
43 表面データ計算部
44 体積計算部
50 出力機能
51 データ保存部
52 描画表示部
60 直方体(計算領域)
61 ボクセル
70 3次元の部品表面データ
71 ポリゴンデータ
80 計算領域
81 ボクセル
90 計算領域
91 隙間空間(隙間領域)の表面データ
92、93 ボクセル
100 体積パターンに対応する体積の検索用データベース
110 断面画像
112 境界線
113 凸包外形
114a、114b 凹み部分
115 部品(製品)の外形
116 部品の画像
120 セル
121 セル内の表面データ
141、142、143、144、145、146 セル
141p、142p、143p、144p、145p、146p 単一平面
152、153,155、156 直方体
152p、153p、155p、156p 単一平面
200 計算領域
201 ボクセル
201a 分解能が粗いときのボクセルデータ
201b 分解能が細かいときのボクセルデータ
300 分散処理システム
301 メイン計算機
303 サブ計算機
305 ネットワーク
400 計算領域
401〜406 分割領域
500 計算領域
501〜507 x方向の計算領域(逐次計算する領域)
601〜613 入力ボクセルデータの隙間領域のボクセル
700 3次元製品モデルの上面図
701 矩形(指定部分)
701a 矩形の左下隅頂点
701b 矩形の右上隅頂点
710 3次元製品モデルの正面図
711 矩形(指定部分)
711a 矩形の左下隅頂点
711b 矩形の右上隅頂点
Claims (10)
- 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。 - 請求項1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。 - 請求項1記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備え、
前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記3次元モデル生成手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。 - 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する体積計算手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。 - 請求項4記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
前記断面画像処理手段は、前記断面画像の凸包構成を計算し、その計算結果を基に、凸包内部から隙間領域を抽出することを特徴とする。 - 請求項4記載の3次元モデルの画像処理装置であって、
さらに、製品の一部を指定する部分指定手段を備え、
前記断面画像切出し手段は、該部分指定手段によって指定された部分の断面画像のみを切り出し、
前記断面画像処理手段、前記3次元格子データ生成手段及び前記体積計算手段は、前記断面画像切出し手段によって切り出された断面画像について、それぞれの処理を行うことを特徴とする。 - 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す第1のステップと、
該第1のステップにより切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける第2のステップと、
該第2のステップにより得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する第3のステップと、
該第3のステップにより生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する第4のステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させるプログラム。 - 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す第1のステップと、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける第2のステップと、
該第2のステップにより得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する第3のステップと、
該第3のステップにより生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する第4のステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。(8) - 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出す断面画像切出し手段と、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分ける断面画像処理手段と、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成する3次元格子データ生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の体積を計算する体積計算手段と、
を備えることを特徴とする3次元モデルの画像処理装置。 - 製品の3次元モデルの表面データから、複数の断面画像を切り出すステップと、
該断面画像切出し手段により切り出された断面画像を、部品領域と隙間領域に分けるステップと、
該断面画像処理手段により得られた断面画像を積層して、3次元格子データを生成するステップと、
該3次元格子データ生成手段により生成された3次元格子データを基に、製品内部の隙間空間の3次元モデルを生成するステップと、
から成る処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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