JP2010061259A - Three-dimensional solid shape data conversion device and conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元のビットマップデータや点群データ及びSTLデータを、操作性・利用性の高い3次元のCADデータに変換する立体形状データ変換装置及び方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape data conversion apparatus and method for converting three-dimensional bitmap data, point cloud data, and STL data into three-dimensional CAD data with high operability and usability.
実際物の立体形状を計測して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。図4(a)には、これらの計測データから表面形状を微小3角形の集合で表したポリゴンデータ画像の例を示す。ポリゴンデータは3次元CAD用データ形式の一つであるSTL(Standard Triangulation Language)で記述されている。このSTLデータは局所情報の集合であり、計測対象物が持つ平面や円筒面などの大域的な位相幾何学的情報は保有していない。これに対して一般の3次元CADは、図4(b)に示すように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。 In order to measure and describe the actual three-dimensional shape as data, a three-dimensional digitizer such as an X-ray CT apparatus, a surface measurement probe, or a laser measuring instrument is used. These devices output bitmap data and point cloud data, which are local cell and point sets. FIG. 4A shows an example of a polygon data image in which the surface shape is represented by a set of minute triangles from these measurement data. Polygon data is described in STL (Standard Triangulation Language), which is one of three-dimensional CAD data formats. This STL data is a set of local information, and does not have global topological information such as a plane or a cylindrical surface of the measurement object. In contrast, a general three-dimensional CAD uses data called “B-reps” (Boundary-representations) having global topological information as shown in FIG. ing. Therefore, an appropriate data conversion technique is indispensable in order to use the measured three-dimensional shape in three-dimensional CAD.
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及びSTLデータを変換して大域的な情報を持つB−repsデータ(位相幾何データ)を得る新たな方法として、ビットマップデータ、点群データ及びSTLデータを画面上に3次元表示し、フィーチャ情報を持つと予想される領域に画面上から点を指定し、その指定点から同一フィーチャに属する領域を探索、拡大し大域的な情報を抽出する方法および装置が提案されている。これらの方法および装置は、特許文献1および特許文献2に開示されている。
As a new method for obtaining B-reps data (topological data) having global information by converting bitmap data, point cloud data, and STL data having only local information and no global information 3D display of bitmap data, point cloud data and STL data on the screen, specify a point from the screen to an area expected to have feature information, and search for an area belonging to the same feature from the specified point, A method and apparatus for expanding and extracting global information has been proposed. These methods and apparatuses are disclosed in
前記従来技術では、ビットマップデータ、点群データ及びSTLデータを画面上に3次元表示し、フィーチャ情報を持つと予想される領域に画面上から点を指定する際に、逐次的に操作者が3次元表示画面にフィーチャ情報を持つと予想される領域に画面上から点を指定していた。 In the prior art, when the bitmap data, the point cloud data, and the STL data are three-dimensionally displayed on the screen, and the point is specified from the screen in the area that is expected to have the feature information, the operator sequentially A point was specified from the screen in an area expected to have feature information on the three-dimensional display screen.
一方、実際の工業分野の機械部品を対象とした場合、構成されているフィーチャは、平面、円筒面、円錐面、自由曲面からなり、複雑構造の機械部品では、このフィーチャの数が数千に達するケースもある。そのため、上記操作方法では作業時間が非常に多くなり、変換工数が増大する問題があった。 On the other hand, for actual industrial machine parts, the configured features consist of planes, cylinders, cones, and free-form surfaces. For complex machine parts, the number of features can be thousands. There are cases where this is reached. For this reason, the operation method has a problem that the work time is very long and the conversion man-hour is increased.
また、フィーチャが抽出できる領域以外の領域は、当該領域に自由曲面を設定するために操作者が3次元表示画面上に自由曲面の境界線を画面上から指定する必要があった。そのため、フィーチャ抽出のみならず自由曲面設定においても、逐次的な操作者の指定では作業時間が非常に多くなり変換工数が増大する問題があった。特に、機械加工面が少なく自由曲面の多いモールド等の工業製品では、変換工数の大部分がこの自由曲面の境界線設定に費やされていた。 In addition, in an area other than the area where the feature can be extracted, the operator has to specify the boundary line of the free curved surface on the three-dimensional display screen from the screen in order to set the free curved surface in the area. Therefore, not only the feature extraction but also the free-form surface setting, there is a problem that the work time becomes very long and the conversion man-hour increases when the operator designates sequentially. In particular, in industrial products such as molds with a small number of machining surfaces and a large number of free-form surfaces, most of the conversion man-hours are spent on setting the boundaries of these free-form surfaces.
本発明の目的は、3次元のビットマップデータや点群データ及びSTLデータを、データ容量がより小さいB−repsデータに変換するプロセスにおいて、操作者の手動操作を減少させ、フィーチャ抽出、自由曲面設定、フィーチャと自由曲面の境界線設定を自動で実行し、変換に必要な操作時間を短縮する事が可能な3次元立体形状データ変換方法および装置を提供する事にある。 An object of the present invention is to reduce the manual operation of an operator, extract a feature, and form a free-form surface in a process of converting three-dimensional bitmap data, point cloud data, and STL data into B-reps data having a smaller data capacity. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional three-dimensional shape data conversion method and apparatus capable of automatically executing setting, boundary setting of a feature and a free-form surface, and shortening an operation time required for conversion.
本発明は、対象物の3次元形状を記述する形状データを位相幾何データに変換する3次元立体形状データ変換装置であって、前記形状データから生成されたポリゴンデータに対して対象物の全領域を形状特徴量が一定範囲内に入る部分領域毎に分割する領域分割手段と、分割した領域を3次元的に表示する表示手段と、前記分割各領域に自由曲面を生成する自由曲面形成手段と、前記自由曲面の特徴量からフィーチャを抽出し幾何形状定義情報を取得するフィーチャ抽出手段と、前記自由曲面とフィーチャから位相情報を生成する位相情報作成手段と、前記位相情報から前記フィーチャとフィーチャが抽出できなかった元の自由曲面との交線を計算する交線計算実施手段と、得られた交線により抽出したフィーチャをトリムして前記抽出フィーチャと前記自由曲面からなる位相幾何データを統合して出力する3次元立体形状データ構成手段とを備えることを特徴とする。 The present invention is a three-dimensional three-dimensional shape data conversion device for converting shape data describing a three-dimensional shape of an object into topological data, wherein the entire area of the object is applied to polygon data generated from the shape data. Region dividing means for dividing each of the shape features into partial regions within a certain range, display means for displaying the divided regions three-dimensionally, and free curved surface forming means for generating a free curved surface in each of the divided regions A feature extracting unit that extracts features from the feature amount of the free-form surface and acquires geometric shape definition information; a phase information creation unit that generates phase information from the free-form surface and the feature; and An intersection line calculation execution means for calculating an intersection line with the original free-form surface that could not be extracted, and a feature extracted by the obtained intersection line is trimmed. It characterized in that it comprises a three-dimensional shape data configuration means for outputting to integrate topology data consisting of the free-form surface and tea.
また、対象物の3次元形状を記述するポリゴンデータを位相幾何データに変換する3次元立体形状データ変換方法であって、3次元立体形状を記述するポリゴンデータに対して、全領域を形状特徴量が一定範囲内に入る部分領域毎に分割するステップと、分割した各領域に自由曲面を生成するステップと、分割各領域を3次元的に画面表示するステップと、分割各領域に生成した自由曲面の特徴量からフィーチャを抽出し幾何形状定義情報を取得するステップと、抽出したフィーチャとフィーチャが抽出できなかった元の自由曲面との交線を計算するステップと、得られた交線により抽出したフィーチャをトリムするステップと、抽出フィーチャと前記生成自由曲面からなる位相幾何データを統合して出力するステップとを備えることを特徴とする。 In addition, a 3D solid shape data conversion method for converting polygon data describing a three-dimensional shape of an object into topological data, wherein the entire region is a shape feature amount with respect to polygon data describing a three-dimensional solid shape Dividing each partial area within a certain range, generating a free curved surface in each divided area, displaying each divided area on a three-dimensional screen, and generating a free curved surface in each divided area The feature is extracted from the feature quantity and the geometric shape definition information is obtained, the intersection line between the extracted feature and the original free-form surface from which the feature could not be extracted, and the obtained intersection line Trimming features; and integrating and outputting topological data composed of extracted features and the generated free-form surface. To.
本発明によれば、3次元のビットマップデータや点群データ及びSTLデータを、データ容量がより小さいB−repsデータに変換するプロセスにおいて、操作者の手動操作を減少させ、フィーチャ抽出、自由曲面設定、フィーチャと自由曲面の境界線設定を自動で実行し、変換に必要な操作時間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, in the process of converting three-dimensional bitmap data, point cloud data, and STL data into B-reps data having a smaller data capacity, the manual operation of the operator is reduced, and feature extraction, free-form surface is performed. Setting, boundary setting of features and free-form surface can be automatically executed, and the operation time required for conversion can be shortened.
本発明による立体形状データ変換装置の第1の実施形態の構成を図1に示す。3次元立体形状データ変換装置Cは、入力された点群データD1又はビットマップデータD2またはSTLデータD3をB−repsデータD0に変換して出力する機能を備え、ビットマップデータ/点群データ/STLデータ変換手段C1、STLデータ記憶手段C2、領域分割手段C3、領域分割データ記憶手段C4、自由曲面生成手段C5、生成自由曲面データ記憶手段C6、フィーチャ抽出手段C7、抽出フィーチャ記憶手段C8、位相情報作成手段C9、位相情報記憶手段C10、交線計算実施手段C11、B−repsデータ構成手段C12、生成CADデータ記憶手段C13、STL生成条件指定手段C14、領域分割条件指定手段C15、自由曲面生成条件指定手段C16、入力手段C17、フィーチャ抽出条件指定手段C18、位相情報作成条件指定手段C19、交線計算条件指定手段C20、領域分割修正手段C21、自由曲面修正手段C22、表示手段C23、フィーチャ修正手段C24、交線修正手段C25から構成されている。 The configuration of the first embodiment of the three-dimensional shape data conversion apparatus according to the present invention is shown in FIG. The three-dimensional solid shape data conversion device C has a function of converting the input point cloud data D1, bitmap data D2 or STL data D3 into B-reps data D0 and outputting it, and the bitmap data / point cloud data / STL data conversion means C1, STL data storage means C2, area division means C3, area division data storage means C4, free curved surface generation means C5, generated free curved surface data storage means C6, feature extraction means C7, extracted feature storage means C8, phase Information creation means C9, phase information storage means C10, intersection line calculation execution means C11, B-reps data construction means C12, generation CAD data storage means C13, STL generation condition specification means C14, area division condition specification means C15, free-form surface generation Condition specifying means C16, input means C17, feature extraction condition specifying means C 8, the phase information generating condition designation means C19, intersection line calculating condition designating means C20, area division correcting means C21, a free curved surface modifying means C22, a display unit C23, features modifying means C24, and a crossing line correcting means C25.
ビットマップデータ/点群データ/STLデータ変換手段C1は、点群データD1またはビットマップデータD2が入力された場合、この点群データD1またはビットマップデータD2からマーチングキューブ法などのポリゴン生成手法によりSTLデータを生成し、STLデータ記憶手段C1に出力する。STLデータを生成時には、STL生成条件指定手段C14よりポリゴン総数、許容誤差等の条件を入力し生成する。STLデータD3が入力された場合、このSTLデータD3を、そのままSTLデータ記憶手段C2に出力する。STLデータ記憶手段C2は、ビットマップデータ/点群データ/STLデータ変換手段C1からのSTLデータD3を記憶する。 Bitmap data / point cloud data / STL data conversion means C1, when point cloud data D1 or bitmap data D2 is inputted, is converted from this point cloud data D1 or bitmap data D2 by a polygon generating method such as a marching cube method. STL data is generated and output to the STL data storage means C1. When generating STL data, conditions such as the total number of polygons and allowable errors are input from the STL generation condition specifying means C14. When the STL data D3 is input, the STL data D3 is output to the STL data storage means C2 as it is. The STL data storage means C2 stores the STL data D3 from the bitmap data / point group data / STL data conversion means C1.
STLデータ記憶手段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。STLデータ記憶手段C2が記憶するSTLデータD3は、図4(a)に示すような実際物(実際の3次元構造物)の表面を表現する微小な三角ファセットの集合を記述するデータである。 The STL data storage means C2 includes a memory and a hard disk, and has a function of storing input data and outputting it when necessary. The STL data D3 stored in the STL data storage means C2 is data describing a set of minute triangular facets representing the surface of an actual object (actual three-dimensional structure) as shown in FIG.
領域分割手段C3では、STLデータ記憶手段C2が記憶するSTLデータD3を入力として、領域分割条件指定手段C15により入力される領域分割条件D10を用いて、ポリゴンの曲率が一定指定条件範囲内に入るポリゴンを同一形状に属する領域としてSTLデータD3を領域分割する。この領域分割では、まず、STLデータからランダムにシードポリゴンを選択し、このシードポリゴンの法線ベクトルN0を求める。次に、シードポリゴンの周辺の各ポリゴンの法線ベクトルNiとN0とのなす角θiを求め、このθiが、(1)式のように、指定した角度閾値εθi以下になる場合は、同一領域として判定してゆく。 The area dividing means C3 receives the STL data D3 stored in the STL data storage means C2, and uses the area dividing condition D10 input by the area dividing condition specifying means C15, so that the curvature of the polygon falls within a certain specified condition range. The STL data D3 is divided into regions where polygons belong to the same shape. This region division, first, randomly selecting seed polygon from STL data, finds the vector N 0 of the seed polygon. Then, if determined the angle .theta.i the normal vector Ni and N 0 of each polygon around the seed polygon, this .theta.i is, (1) as in equation reduced below the specified threshold angle epsilon .theta.i is Judge as the same area.
θi < εθi ・・・・・・・・(1)
得られた領域分割データD4は、領域分割データ記憶手段C4に格納される。領域分割データD4は、表示手段C23を用いてPC画面上に3次元立体表示される。
θi <ε θi (1)
The obtained area division data D4 is stored in the area division data storage means C4. The area division data D4 is three-dimensionally displayed on the PC screen using the display means C23.
この時、図5に示すように各分割領域毎に表示色を変えて表示する。この表示では、立体像に関連して各分割領域毎の基本情報(ポリゴン数、代表形状特徴量等)をツリーバーにより表示し特定の分割領域を指定すると3次元立体表示で指定された領域がクローズアップ表示される様にすることもできる。 At this time, as shown in FIG. 5, the display color is changed for each divided region. In this display, when the basic information (number of polygons, representative shape features, etc.) for each divided area is displayed on the tree bar in relation to the stereoscopic image and a specific divided area is designated, the area designated by the three-dimensional stereoscopic display is displayed. A close-up display can also be made.
また、この表示では図6に示すように分割領域の色表示に重ねて元のポリゴンも表示する。領域分割データ記憶手段C4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。領域分割修正手段C21では、表示手段C23上に表示された領域分割データD4において3次元形状表現上不適切な領域分割が発見された場合は、表示手段C23上からその領域分割構成を修正できる。 In this display, as shown in FIG. 6, the original polygon is also displayed overlapping the color display of the divided areas. The area division data storage means C4 includes a memory and a hard disk, and has a function of storing input data and outputting it when necessary. In the area division correction means C21, when an inappropriate area division in the three-dimensional shape expression is found in the area division data D4 displayed on the display means C23, the area division configuration can be corrected from the display means C23.
自由曲面生成手段C5では、領域分割データD4と自由曲面生成条件指定手段C16により入力された生成条件D11を用いて、分割された各領域毎に自由曲面を生成する。得られた生成自由曲面データD5は、生成自由曲面データ記憶手段C6に格納される。また、得られた生成自由曲面データD5は、表示手段C23を用いてPC画面上に3次元立体表示される。図7に生成自由曲面データの表示例を示す。 In the free curved surface generation means C5, a free curved surface is generated for each divided area using the area division data D4 and the generation condition D11 input by the free curved surface generation condition specifying means C16. The generated free-form surface data D5 obtained is stored in the generated free-form surface data storage means C6. Further, the generated free-form surface data D5 obtained is three-dimensionally displayed on the PC screen using the display means C23. FIG. 7 shows a display example of the generated free-form surface data.
次に、フィーチャ抽出手段C7では、領域分割データD4と生成自由曲面データD5とフィーチャ抽出条件指定手段C18で入力されたフィーチャ抽出条件D12により、特定の幾何形状である平面、円筒面、円錐面、球面等のフィーチャ情報を抽出する。ここでのフィーチャ抽出方法は、分割領域の法線ベクトルFNiとこの分割領域が属するとして設定したフィーチャの法線ベクトルFNfとのなす角度θFNifが(2)式に示すように指定された閾値εfn以下にある場合に、当該分割領域がフィーチャとして抽出される。 Next, in the feature extraction unit C7, a plane, a cylindrical surface, a conical surface, which is a specific geometric shape, based on the region division data D4, the generated free-form surface data D5, and the feature extraction condition D12 input by the feature extraction condition specifying unit C18. Feature information such as a sphere is extracted. In this feature extraction method, the angle θ FNif formed between the normal vector FNi of the divided area and the normal vector FNf of the feature set as belonging to the divided area is designated as shown by the equation (2). When it is below fn , the divided area is extracted as a feature.
θFNif < εfn ・・・・・・・・(2)
これらの幾何学的な判定は、各種フィーチャ形状に汎用的に活用するためパラメータ空間上で実施される。
θ FNif <ε fn (2)
These geometrical determinations are performed on a parameter space for general use for various feature shapes.
このプロセスでは、分割領域でフィーチャ情報が抽出できる領域はフィーチャを抽出し、どのフィーチャに対しても(2)式を満たさない領域は自由曲面としたまま次のステップに進む。抽出されたフィーチャ情報D6は、抽出フィーチャ記憶手段C8に格納される。得られたフィーチャ情報D6は、表示手段C23を用いてPC画面上に3次元立体表示される。図8にフィーチャ情報の表示例を示す。 In this process, a feature is extracted from the divided region where the feature information can be extracted, and the region that does not satisfy the expression (2) for any feature is left as a free-form surface, and the process proceeds to the next step. The extracted feature information D6 is stored in the extracted feature storage means C8. The obtained feature information D6 is three-dimensionally displayed on the PC screen using the display means C23. FIG. 8 shows a display example of feature information.
位相情報作成手段C9では、生成自由曲面データD5と抽出されたフィーチャ情報D6と位相情報作成条件指定手段C19により入力された作成条件データD13を基に、自由曲面およびフィーチャ間の幾何学的位相情報D7を作成する。得られた位相情報D7は、位相情報記憶手段C10に格納される。ここで「位相情報」とは、各フィーチャ間および各自由曲面間のつながり具合(接続関係、接続状況)を表す関係のことであり、B−repsデータを構成するために不可欠な情報である。 In the phase information creation means C9, based on the generated free-form surface data D5, the extracted feature information D6, and the creation condition data D13 input by the phase information creation condition designating means C19, the geometric phase information between the free-form surface and the features. D7 is created. The obtained phase information D7 is stored in the phase information storage means C10. Here, the “phase information” is a relationship representing a connection state (connection relationship, connection state) between each feature and between each free-form surface, and is indispensable information for constructing B-reps data.
次に、交線計算実施手段C11では、生成自由曲面データD5と抽出されたフィーチャ情報D6と位相情報D7と交線計算条件指定手段C20により入力された交線計算条件データD14を用いて、抽出した各種フィーチャと自由曲面との交線および抽出した各種フィーチャ同士の交線を計算する。 Next, the intersection line calculation execution means C11 extracts using the generated free-form surface data D5, the extracted feature information D6, the phase information D7, and the intersection line calculation condition data D14 input by the intersection line calculation condition designating means C20. The intersection line between the various features and the free-form surface and the intersection line between the extracted features are calculated.
交線計算実施手段C11で得られた交線を用いて、B−repsデータ構成手段C12(3次元立体形状データ構成手段)においてフィーチャ面を交線に沿ってトリム(切断)し、生成自由曲面と統合してB−repsCADデータD9が生成される。生成されたCADデータD9は、生成CADデータ記憶手段C13に格納される。得られたB−repsCADデータD9は、表示手段C23を用いてPC画面上に3次元立体表示される。図9にB−repsCADデータの表示例を示す。 Using the intersection line obtained by the intersection line calculation execution means C11, the feature surface is trimmed (cut) along the intersection line in the B-reps data construction means C12 (three-dimensional solid shape data construction means) to generate a free-form curved surface And B-reps CAD data D9 is generated. The generated CAD data D9 is stored in the generated CAD data storage means C13. The obtained B-reps CAD data D9 is three-dimensionally displayed on the PC screen using the display means C23. FIG. 9 shows a display example of B-reps CAD data.
これらの変換プロセスの各ステップにおいて、領域分割修正手段C21、自由曲面修正手段C22、フィーチャ修正手段C24、交線修正手段C25では、それぞれ表示手段C23に表示された領域分割データD4、生成自由曲面データD5、抽出フィーチャデータD6、交線計算結果データD8は、さらに表示手段C23の画面上からキーボードやマウスを使用して修正することができる。修正された各データは、それぞれ領域分割手段C3、自由曲面生成手段C5、フィーチャ抽出手段C7、交線計算実施手段C11に再びフィードバックされ、新たなデータとしてそれぞれ領域分割データ記憶手段C4、生成自由曲面データ記憶手段C5、抽出フィーチャ記憶手段C8、生成CADデータ記憶手段C13に格納される。 In each step of these conversion processes, the area division correction means C21, the free-form surface correction means C22, the feature correction means C24, and the intersection line correction means C25 are respectively divided into area division data D4 and generated free-form surface data displayed on the display means C23. D5, extracted feature data D6, and intersection line calculation result data D8 can be further corrected from the screen of the display means C23 using a keyboard or a mouse. Each corrected data is fed back again to the area dividing means C3, free curved surface generating means C5, feature extracting means C7, and intersection line calculation executing means C11, respectively, and the area divided data storage means C4 and the generated free curved surface are respectively obtained as new data. The data is stored in the data storage means C5, the extracted feature storage means C8, and the generated CAD data storage means C13.
次に、具体例を用いて3次元立体形状データ変換装置Cによるデータ変換処理方法の内容を詳細に説明する。3次元立体形状データ変換装置Cによる立体形状データ変換方法の処理手順を図2のフローチャートに示す。以下、図4〜図9を参照しつつ、図2を用いて個々の処理を説明する。 Next, the contents of the data conversion processing method performed by the three-dimensional solid shape data conversion apparatus C will be described in detail using specific examples. The processing procedure of the solid shape data conversion method by the three-dimensional solid shape data conversion apparatus C is shown in the flowchart of FIG. Hereinafter, each process will be described with reference to FIGS. 4 to 9 and FIG.
まず、ビットマップデータ、点群データまたはSTL形式の計測データを読み込む(ステップP1)。読み込んだデータがビットマップデータ、点群データの場合は、ポリゴンデータ(STL)を生成する(ステップP2)。 First, bitmap data, point cloud data, or measurement data in STL format is read (step P1). If the read data is bitmap data or point cloud data, polygon data (STL) is generated (step P2).
得られたポリゴンデータ(STL)を、各ポリゴン毎の形状特徴量(法線ベクトル)が一定範囲内に入る範囲でひとつの領域毎に全体を区分けする(ステップP3)。図5にクランクシャフトの計測データに対して領域分割した結果を3次元的に表示する例を示す。 The obtained polygon data (STL) is divided into regions as a whole within a range where the shape feature amount (normal vector) for each polygon falls within a certain range (step P3). FIG. 5 shows an example of three-dimensionally displaying the result of region division for crankshaft measurement data.
十分な領域分割が得られた後、分割した各領域全てに自由曲面を生成する(ステップP6)。図7には、図5に示す全ての各分割領域に自由曲面を生成した例を示す。 After sufficient area division is obtained, free curved surfaces are generated in all the divided areas (step P6). FIG. 7 shows an example in which free curved surfaces are generated in all the divided regions shown in FIG.
次に、各領域生成した自由曲面の特徴量および分割領域毎の形状特徴量からその分割領域のフィーチャ情報を抽出する(ステップP9)。ここで抽出するフィーチャ情報は、平面形状、円筒面形状、円錐面形状、球形状、フィレット形状である。図8には、図5に示す各分割領域でフィーチャが抽出できた領域に設定したトリム前のフィーチャ形状を生成した例を示す。 Next, feature information of the divided area is extracted from the feature quantity of the free curved surface generated in each area and the shape feature quantity for each divided area (step P9). The feature information extracted here is a planar shape, a cylindrical surface shape, a conical surface shape, a spherical shape, and a fillet shape. FIG. 8 shows an example of generating a pre-trim feature shape set in an area in which a feature can be extracted in each divided area shown in FIG.
次に、抽出したフィーチャと残りの自由曲面との位相情報を作成する(ステップP12)。この位相情報を用いて、抽出したフィーチャと残りの自由曲面との交線(境界線)を計算する(ステップP13)。 Next, phase information between the extracted feature and the remaining free-form surface is created (step P12). Using this phase information, an intersection line (boundary line) between the extracted feature and the remaining free-form surface is calculated (step P13).
次に、得られた交線を元にP9で生成したフィーチャに関して交線を境界線としてCAD面となるようトリム(切断)操作を実施し、生成自由曲面と統合して出力する(ステップP16)。これによりB−reps形式の汎用CADデータD0への変換が実現される。 Next, a trim (cutting) operation is performed on the feature generated in P9 based on the obtained intersection line so as to be a CAD plane with the intersection line as a boundary line, and is integrated with the generated free-form surface and output (step P16). . As a result, conversion to B-reps general-purpose CAD data D0 is realized.
次に、図2に示す各プロセスの結果を各プロセス終了後に画面表示し、不十分な部分を修正して操作者に望ましいCADデータD0に変換する、立体形状データ変換の修正処理手順を図3のフローチャートに示す。以下、図4〜図9を参照しつつ、図3を用いて個々の処理を説明する。 Next, FIG. 3 shows a correction processing procedure of solid shape data conversion in which the results of each process shown in FIG. It shows in the flowchart. Hereinafter, each processing will be described with reference to FIGS. 4 to 9 and FIG.
まず、ビットマップデータ、点群データまたはSTL形式の計測データを読み込む(ステップP1)。読み込んだデータがビットマップデータ、点群データの場合は、ポリゴンデータ(STL)を生成する(ステップP2)。 First, bitmap data, point cloud data, or measurement data in STL format is read (step P1). If the read data is bitmap data or point cloud data, polygon data (STL) is generated (step P2).
得られたポリゴンデータ(STL)を、各ポリゴン毎の形状特徴量(法線ベクトル)が一定範囲内に入る範囲でひとつの領域毎に全体を区分けする(ステップP3)。図5にクランクシャフトの計測データに対して領域分割した結果を3次元的に表示した例を示す。 The obtained polygon data (STL) is divided into regions as a whole within a range where the shape feature amount (normal vector) for each polygon falls within a certain range (step P3). FIG. 5 shows an example of a three-dimensional display of the result of region division for crankshaft measurement data.
次に、操作者が表示画面上から領域分割された結果を評価し、領域分割の適合性を判定する(ステップP4)。判定においては、元の計測データからの差分量分布など、領域分割特性を表す数値データを表示する。判定で不適切な領域分割が発生している場合は、表示画面上から操作者が分割境界を修正する(ステップP5)。 Next, the operator evaluates the result of the area division from the display screen, and determines the suitability of the area division (step P4). In the determination, numerical data representing region division characteristics such as a difference amount distribution from the original measurement data is displayed. If an inappropriate region division has occurred in the determination, the operator corrects the division boundary from the display screen (step P5).
十分な領域分割が得られた後、分割した各領域全てに自由曲面を生成する(ステップP6)。このステップでも、操作者が表示画面上から生成された自由曲面形状を評価し、生成自由曲面の妥当性を判定する(ステップP7)。判定においては、元の計測データからの差分量分布など自由曲面形状特性を表す数値データを表示する。判定で不適切な自由曲面形状が発生している場合は、表示画面上から操作者が曲面形状を修正する(ステップP8)。図7には、図5の全ての各分割領域に自由曲面を生成した例を示す。 After sufficient area division is obtained, free curved surfaces are generated in all the divided areas (step P6). Also in this step, the operator evaluates the free curved surface shape generated from the display screen, and determines the validity of the generated free curved surface (step P7). In the determination, numerical data representing a free-form surface characteristic such as a difference amount distribution from the original measurement data is displayed. If an inappropriate free curved surface shape is generated in the determination, the operator corrects the curved surface shape from the display screen (step P8). FIG. 7 shows an example in which free curved surfaces are generated in all the divided regions in FIG.
次に、各領域生成した自由曲面の特徴量および分割領域毎の形状特徴量からその分割領域のフィーチャ情報を抽出する(ステップP9)。ここで抽出するフィーチャ情報は、平面形状、円筒面形状、円錐面形状、球形状、フィレット形状である。このステップでも、操作者が表示画面上から抽出されたフィーチャ形状を評価し、抽出フィーチャの妥当性を判定する(ステップP10)。判定においては、元の計測データからの差分量分布など、フィーチャ形状特性を表す数値データを表示する。判定で不適切なフィーチャ形状が発生している場合は、表示画面上から操作者がフィーチャ形状を修正する(ステップP11)。図8には、図5の各分割領域でフィーチャが抽出できた領域に設定したトリム前のフィーチャ形状を生成した例を示す。 Next, feature information of the divided area is extracted from the feature quantity of the free curved surface generated in each area and the shape feature quantity for each divided area (step P9). The feature information extracted here is a planar shape, a cylindrical surface shape, a conical surface shape, a spherical shape, and a fillet shape. Also in this step, the operator evaluates the feature shape extracted from the display screen and determines the validity of the extracted feature (step P10). In the determination, numerical data representing feature shape characteristics such as a difference amount distribution from the original measurement data is displayed. If an inappropriate feature shape is generated in the determination, the operator corrects the feature shape from the display screen (step P11). FIG. 8 shows an example of generating a feature shape before trim that is set in an area where a feature can be extracted in each divided area of FIG.
次に、抽出したフィーチャと残りの自由曲面との位相情報を作成する(ステップP12)。この位相情報を用いて、抽出したフィーチャと残りの自由曲面との交線(境界線)を計算する(ステップP13)。ここで、操作者が表示画面上から計算された交線形状を評価し、交線の妥当性を判定する(ステップP14)。判定においては、元の計測データからの差分量分布など、交線形状特性を表す数値データを表示する。判定で不適切な交線形状が発生している場合は、表示画面上から操作者が交線形状を修正する(ステップP15)。 Next, phase information between the extracted feature and the remaining free-form surface is created (step P12). Using this phase information, an intersection line (boundary line) between the extracted feature and the remaining free-form surface is calculated (step P13). Here, the operator evaluates the intersection line shape calculated from the display screen, and determines the validity of the intersection line (step P14). In the determination, numerical data representing the intersecting line shape characteristics such as a difference amount distribution from the original measurement data is displayed. If an inappropriate intersection line shape is generated in the determination, the operator corrects the intersection line shape from the display screen (step P15).
上記ステップで、抽出したフィーチャと隣接する自由曲面の交線が解析的に得られない場合に、自由曲面の境界線をフィーチャに投影する事によりフィーチャの境界線を設定する事ができる。 In the above step, when the intersection line between the extracted feature and the adjacent free-form surface cannot be obtained analytically, the boundary line of the feature can be set by projecting the boundary line of the free-form surface onto the feature.
次に、得られた交線を元にP9で生成したフィーチャに関して交線を境界線としてCAD面となるようトリム(切断)操作を実施し、生成自由曲面と統合して出力する(ステップP16)。これによりB−reps形式の汎用CADデータD0への変換が実現される。 Next, a trim (cutting) operation is performed on the feature generated in P9 based on the obtained intersection line so as to be a CAD plane with the intersection line as a boundary line, and is integrated with the generated free-form surface and output (step P16). . As a result, conversion to B-reps general-purpose CAD data D0 is realized.
以上が、3次元立体形状データ変換装置Cによるデータ変換方法である。このデータ変換処理方法で得られたB−repsデータD0の一例を図9に示す。このB−repsデータD0は、平面、円筒面、フィレット面、自由曲面の各種面要素で記述されており、汎用CADデータとして活用する事ができる。また、領域分割、自由曲面生成、フィーチャ抽出、位相情報作成、交線計算、B−reps形式出力の各プロセスとも自動実行が可能であり、操作者の手動操作を減少させ、変換に必要な操作時間を短縮して汎用CADデータが得られている。また、各プロセスにおいて画面上からの微修正も可能であり高速でかつ精度の高いCADデータ変換が実現できる。 The above is the data conversion method by the three-dimensional solid shape data conversion apparatus C. An example of B-reps data D0 obtained by this data conversion processing method is shown in FIG. The B-reps data D0 is described by various surface elements such as a plane, a cylindrical surface, a fillet surface, and a free-form surface, and can be used as general-purpose CAD data. In addition, each process of area division, free-form surface generation, feature extraction, phase information creation, intersection line calculation, and B-reps format output can be automatically executed, reducing the number of manual operations by the operator and performing operations necessary for conversion. General-purpose CAD data is obtained by shortening the time. Further, fine correction from the screen can be performed in each process, and high-speed and highly accurate CAD data conversion can be realized.
本実施形態によれば、3次元のビットマップデータや点群データ及びSTLデータを、データ容量がより小さいB−repsデータに変換するプロセスにおいて、できるだけ操作者の手動操作を減少させ、フィーチャ抽出、自由曲面設定、フィーチャと自由曲面の境界線設定を自動で実行し、変換に必要な操作時間を短縮することが可能となる。 According to the present embodiment, in the process of converting three-dimensional bitmap data, point cloud data, and STL data into B-reps data having a smaller data capacity, the manual operation of the operator is reduced as much as possible, feature extraction, It is possible to automatically execute the setting of the free curved surface and the boundary line between the feature and the free curved surface to shorten the operation time required for the conversion.
C…3次元立体形状データ変換装置、C1…ビットマップデータ/点群データ/STLデータ変換手段、C2…STLデータ記憶手段、C3…領域分割手段、C4…領域分割データ記憶手段、C5…自由曲面生成手段、C6…生成自由曲面データ記憶手段、C7…フィーチャ抽出手段、C8…抽出フィーチャ記憶手段、C9…位相情報作成手段、C10…位相情報記憶手段、C11…交線計算実施手段、C12…B−repsデータ構成手段、C13…生成CADデータ記憶手段、C14…STL生成条件指定手段、C15…領域分割条件指定手段、C16…自由曲面生成条件指定手段、C17…入力手段、C18…フィーチャ抽出条件指定手段、C19…位相情報作成条件指定手段、C20…交線計算条件指定手段、C21…領域分割修正手段、C22…自由曲面修正手段、C23…表示手段、C24…フィーチャ修正手段、C25…交線修正手段 C: Three-dimensional solid shape data conversion device, C1: Bitmap data / point cloud data / STL data conversion means, C2: STL data storage means, C3: Area division means, C4: Area division data storage means, C5: Free curved surface Generation means, C6 ... Generation free curved surface data storage means, C7 ... Feature extraction means, C8 ... Extraction feature storage means, C9 ... Phase information creation means, C10 ... Phase information storage means, C11 ... Intersection calculation execution means, C12 ... B -Reps data construction means, C13 ... generated CAD data storage means, C14 ... STL generation condition specifying means, C15 ... area division condition specifying means, C16 ... free-form surface generation condition specifying means, C17 ... input means, C18 ... feature extraction condition specification Means, C19... Phase information creation condition specifying means, C20... Intersection line calculation condition specifying means, C21. , C22 ... free-form surface modification means, C23 ... display means, C24 ... feature correction means, C25 ... the intersection correction means
Claims (10)
前記形状データから生成されたポリゴンデータに対して対象物の全領域を形状特徴量が一定範囲内に入る部分領域毎に分割する領域分割手段と、分割した領域を3次元的に表示する表示手段と、前記分割各領域に自由曲面を生成する自由曲面生成手段と、前記自由曲面の特徴量からフィーチャを抽出し幾何形状定義情報を取得するフィーチャ抽出手段と、前記自由曲面とフィーチャから位相情報を生成する位相情報作成手段と、前記位相情報から前記フィーチャとフィーチャが抽出できなかった元の自由曲面との交線を計算する交線計算実施手段と、得られた交線により抽出したフィーチャをトリムして前記抽出フィーチャと前記自由曲面からなる位相幾何データを統合して出力する3次元立体形状データ構成手段とを備えることを特徴とする3次元立体形状データ変換装置。 A three-dimensional solid shape data conversion device for converting shape data describing a three-dimensional shape of an object into topological data,
Area dividing means for dividing the entire area of the object into polygon data generated from the shape data for each partial area where the shape feature amount falls within a certain range, and display means for displaying the divided areas three-dimensionally A free-form surface generating means for generating a free-form surface in each of the divided areas, a feature-extracting means for extracting a feature from the feature quantity of the free-form surface and acquiring geometric shape definition information, and phase information from the free-form surface and the feature. Trimming a feature extracted by the obtained intersection line, a phase information creation means for generating, an intersection line calculation execution means for calculating an intersection line between the feature and the original free-form surface from which the feature could not be extracted from the phase information And three-dimensional solid shape data constructing means for integrating and outputting topological data composed of the extracted features and the free-form surface. 3-dimensional shape data conversion apparatus.
3次元立体形状を記述するポリゴンデータに対して、全領域を形状特徴量が一定範囲内に入る部分領域毎に分割するステップと、
分割した各領域に自由曲面を生成するステップと、
分割各領域を3次元的に画面表示するステップと、
分割各領域に生成した自由曲面の特徴量からフィーチャを抽出し幾何形状定義情報を取得するステップと、
抽出したフィーチャとフィーチャが抽出できなかった元の自由曲面との交線を計算するステップと、
得られた交線により抽出したフィーチャをトリムするステップと、
前記抽出フィーチャと前記生成自由曲面からなる位相幾何データを統合して出力するステップと、
を備えることを特徴とする3次元立体形状データ変換方法。 A three-dimensional solid shape data conversion method for converting polygon data describing a three-dimensional shape of an object into topological data,
A step of dividing the entire region into partial regions whose shape feature amounts fall within a certain range with respect to polygon data describing a three-dimensional solid shape;
Generating a free-form surface in each divided area;
Displaying each divided area on a three-dimensional screen;
Extracting a feature from a feature amount of a free-form surface generated in each divided area and acquiring geometric shape definition information;
Calculating a line of intersection between the extracted feature and the original free-form surface from which the feature could not be extracted;
Trimming the extracted features by the obtained intersection lines;
Integrating and outputting topological data consisting of the extracted features and the generated free-form surface;
A three-dimensional solid shape data conversion method comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2008-09-02 JP JP2008224461A patent/JP2010061259A/en active Pending
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