JP2015210558A - データ生成装置、データ生成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】処理時間を短縮しつつ、モデルデータの特徴的形状を維持すること。【解決手段】データ生成装置は、対象物の３次元点群データを取得する取得手段と、取得された３次元点群データをポリゴンデータに変換する変換手段と、ポリゴンデータと、予め設定された対象物のモデルデータと、に基づいて、ポリゴンデータの各点とモデルデータの対応する面との距離を夫々算出する第１距離算出手段と、ポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出する第２距離算出手段と、第１距離算出部により算出された距離と、第２距離算出部により算出された距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用してポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って各点を移動させる移動手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物のモデルデータを生成するデータ生成装置、データ生成方法及びプログラムに関するものである。

例えば、金型の３次元測定データをポリゴン化して幾何学形状データを生成し、生成した幾何学形状データから曲面データを生成するデータ生成装置が知られている（特許文献１参照）。データ生成装置は、生成した曲面データの各ポリゴンの中心点を求め、求めた各中心点を結んで滑らかな曲面データを生成している。

特開２００８−１７６４４１号公報

上記データ生成装置においては、曲面データを新たに生成するため、データ量が増加し処理時間の増加を招く虞がある。さらに、上記データ生成装置においては、各中心点を結んで一義的に全体を平滑化しているため、金型のモデルデータの特徴的形状を崩す虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、処理時間を短縮しつつ、モデルデータの特徴的形状を維持できるデータ生成装置、データ生成方法及びプログラムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、対象物の３次元点群データを取得する取得手段と、前記取得手段により取得された３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換する変換手段と、前記変換手段により変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出する第１距離算出手段と、前記変換手段により変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出する第２距離算出手段と、前記第１距離算出部により算出された距離と、前記第２距離算出部により算出された距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させる移動手段と、を備える、ことを特徴とするデータ生成装置である。
この一態様において、前記移動手段は、前記第１距離算出部により算出された距離と、前記第２距離算出部により算出された距離と、に基づいて、前記ポリゴンデータの平滑化を行うためのラプラシアンフィルタを適用して、前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出してもよい。
この一態様において、前記移動手段は、下記式を用いて前記平滑化対象点の移動量Ｌ（ｐ）を算出し、該算出した移動量Ｌ（ｐ）に従って前記平滑化対象点を点Ｐから点Ｐ’に移動させてもよい。
この一態様において、前記対象物は金型であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、対象物の３次元点群データを取得するステップと、前記取得された３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換するステップと、前記変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出するステップと、前記変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出するステップと、前記算出されたモデルデータとの距離と、前記算出された平滑化対象点との距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させることでモデルデータを生成するステップと、を含む、ことを特徴とするデータ生成方法であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、対象物の３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換する処理と、前記変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出する処理と、前記変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出する処理と、前記算出されたモデルデータとの距離と、前記算出された平滑化対象点との距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させることでモデルデータを生成する処理と、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であってもよい。

本発明によれば、処理時間を短縮しつつ、モデルデータの特徴的形状を維持できるデータ生成装置、データ生成方法及びプログラムを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るデータ生成装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るデータ生成装置の処理フローを説明するための図である。 平滑化対象点の移動量の算出方法を説明するための図である。 平滑化対象点の移動を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係るデータ生成方法のフローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
例えば、自動車部品などの所望の製品の形状データから金型データが生成され、得られた金型データに基づいて金型の加工が行われている。ここで、金型プレス面等を観察、検討し総合的に判断して金型の修正を行う。本発明の一実施の形態に係るデータ生成装置は、例えば、上記修正された金型などの対象物のモデルデータを生成する。

図１は、本実施の形態に係るデータ生成装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るデータ生成装置１は、金型の３次元点群データを取得するデータ取得部２と、３次元点群データをポリゴンデータに変換するデータ変換部３と、ポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離を夫々算出する第１距離算出部４と、平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離を夫々算出する第２距離算出部５と、ポリゴンデータの各点の移動量を算出する移動量算出部６と、を備えている。

なお、データ生成装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

データ取得部２は、取得手段の一具体例であり、例えば、３次元デジタイザなどの３次元測定器を用いて、修正された金型形状を３次元測定し、点群で構成される３次元測定データ（以下、３次元点群データ）を取得する（図２の（１））。データ取得部２は、取得した３次元測定データをデータ変換部３に出力する。なお、データ取得部２は、上記メモリなどに予め記憶された３次元測定データを取得してもよい。

データ変換部３は、変換手段の一具体例であり、データ取得部２から出力された３次点群データを、複数のポリゴンで構成された３次元点群ポリゴンデータ（以下、ポリゴンデータ）に変換する（図２の（２））。ここで、ポリゴンとは、少なくとも３点以上を結んだ素面であり、例えば、三角形平面である。

データ変換部３は、変換したポリゴンデータを第１及び第２距離算出部４、５に出力する。なお、データ変換部３は、データ取得部２から出力された３次点群データの全面をポリゴンデータに変換しているが、これに限らない。データ変換部３は、データ取得部２から出力された３次点群データの一部あるいは複数部の面をポリゴンデータに変換してもよい。

第１距離算出部４は、第１距離算出手段の一具体例であり、データ変換部３から出力されたポリゴンデータと金型のモデルデータとを対比し（図２の（３））、ポリゴンデータの各点と金型のモデルデータの対応する面（ＣＡＤ面）との距離を夫々算出する（図２の（４））。金型のモデルデータ（以下、金型モデルデータ）は、例えば、所望の製品の形状データに基づいて予め生成されており、上記メモリに記憶されている。第１距離算出部４は、例えば、図３に示す如く、ポリゴンデータの各点Ｐ及びＰ１〜Ｐ６と金型モデルデータＭの対応する面との距離Ｄ及びｄ１〜ｄ６を算出する。

第１距離算出部４は、算出したポリゴンデータの各点と金型モデルデータＭとの距離を移動量算出部６に出力する。

なお、第１距離算出部４は、データ変換部３から出力されたポリゴンデータと金型モデルデータとを十分に近接させた後、上記対比し各距離を算出してもよい。第１距離算出部４は、例えば、ポリゴンデータの面と金型モデルデータの面との距離の平均が最小となるように全面に渡って十分に近接させる。

第２距離算出部５は、第２距離算出手段の一具体例であり、ポリゴンデータの各点のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離を算出する。第２距離算出部５は、ポリゴンデータの各点を順次、平滑化対象点とし、該平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離を夫々算出する。

第２距離算出部５は、例えば、図３に示す如く、平滑化対象点Ｐと、該平滑化対象点Ｐと隣接するポリゴンデータの各点Ｐ１〜Ｐ６との距離ｌ１〜ｌ６を夫々算出する

第２距離算出部５は、算出した平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離を移動量算出部６に出力する。

ところで、従来のデータ生成装置は、例えば、金型の３次元測定データをポリゴン化して幾何学形状データを生成し、生成した幾何学形状データから曲面データを生成している。このため、データ量が増加し処理時間の増加を招く虞がある。さらに、従来のデータ生成装置は、生成した曲面データの各ポリゴンの中心点を求め、求めた各中心点を結んで滑らかな曲面データを生成している。このため、金型モデルデータの特徴的形状を崩す虞がある。

これに対し、本実施の形態に係るデータ生成装置１においては、第１距離算出部４から出力されたポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離と、第２距離算出部５から出力された平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離と、に基づいて、ラプラシアンフィルタを用いてポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って各点を移動させる。これにより、データ量増加の一因となる曲面データを生成することなく、金型モデルデータの意匠の流れを踏襲してその特徴的な形状を維持できる。

移動量算出部６は、移動手段の一具体例であり、ラプラシアンフィルタ（空間２次微分を用いた平滑化フィルタ）を用いて各平滑化対象点の移動位置を算出する。移動量算出部６は、第１距離算出部４から出力されたポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離と、第２距離算出部５から出力された平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離と、に基づいて、下記（１）式及び（２）式を用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）を算出する。

上記（１）式及び（２）式において、ｎは平滑化対象点に隣接するポリゴンデータの各点（平滑化対象点に隣接する三角形の頂点）の数である。

移動量算出部６は、ポリゴンデータの各点を順次、平滑化対象点とし、上記（１）式及び（２）式を用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）を算出する。なお、移動量算出部６は、ポリゴンデータの全点を順次、平滑化対象点とし、その移動量Ｌ（ｐ）を算出しているが、これに限らない。移動量算出部６は、ポリゴンデータの一部あるいは複数部の点を順次、平滑化対象点とし、その移動量Ｌ（ｐ）を算出してもよい。

移動量算出部６は、算出した移動量Ｌ（ｐ）に従って、図４に示す如く、各平滑化対象点をＰ_ｎからＰ_ｎ’、さらにＰ_ｎ＋１からＰ_ｎ＋１’に移動させ平滑化することで、修正した金型モデルデータを生成する。

移動量算出部６は、例えば、算出した各平滑化対象点に対する移動量Ｌ（ｐ）に基づいて、上記（３）式を用いて各平滑化対象点をＰからＰ’に夫々移動させる。上記（３）式において、Ｐは移動前の各平滑化対象点の位置であり、Ｐ’は移動後の各平滑化対象点の位置である。Ｖ（（３）式ではＶの上辺に右方向の矢印を付与）は各平滑化対象点Ｐにける法線ベクトル（点Ｐを含む各三角形状の法線ベクトルの総和）である。αは、移動量Ｌ（ｐ）を調整するための移動量係数（０＜α＜１）である。ユーザは、例えば、金型モデルデータの特徴的形状を維持しつつ滑らかな形状データが得られるように移動量係数αを調整し、メモリなどに予め設定する。

このように、移動量算出部６は、ポリゴンデータの各点と金型モデルデータを紐付けし、ポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離、及び相互に隣接するポリゴンデータの各点の距離を基づいて、ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し移動させる。これにより、金型モデルデータの意匠の流れを崩すことなく、その特徴的な形状を維持できる。

図５は、本実施の形態に係るデータ生成方法のフローを示すフローチャートである。
データ取得部２は、３次元デジタイザなどを用いて、修正された金型形状を３次元測定し、３次元点群データを取得し（ステップＳ１０１）、取得した３次元測定データをデータ変換部３に出力する。

データ変換部３は、データ取得部２から出力された３次点群データを、３次元点群のポリゴンデータに変換し（ステップＳ１０２）、変換したポリゴンデータを第１及び第２距離算出部４、５に出力する。

第１距離算出部４は、データ変換部３からのポリゴンデータの各点とメモリからの金型モデルデータの対応する面との距離を夫々算出し（ステップＳ１０３）、算出した距離を移動量算出部６に出力する。

第２距離算出部５は、データ変換部３からのポリゴンデータの各平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離を算出し（ステップＳ１０４）、算出した距離を移動量算出部６に出力する。

移動量算出部６は、第１距離算出部４から出力されたポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離と、第２距離算出部５から出力された平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離と、に基づいて、上記（１）式及び（２）式を用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）を算出する（ステップＳ１０５）。

移動量算出部６は、ポリゴンデータの各平滑化対象点を、算出した移動量Ｌ（ｐ）及び上記（３）に基づいて移動させることで平滑化した金型モデルデータを生成する（ステップＳ１０６）。

以上、本実施の形態において、ポリゴンデータの各点と金型モデルデータとの距離と、各平滑化対象点と隣接するポリゴンデータの各点との距離と、に基づいて、ラプラシアンフィルタを用いてポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って各点を移動させる。これにより、データ量増加の一因となる曲面データを生成することなく、金型モデルデータの意匠の流れを踏襲してその特徴的な形状を維持できる。すなわち、処理時間を短縮しつつ、モデルデータの特徴的形状を維持できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記実施の形態において、移動量算出部６は、ラプラシアンフィルタを用いて各平滑化対象点の移動量を算出しているが、これに限らない。移動量算出部６は、例えば、有限区間内の移動平均量に基づいて平滑化を行う移動平均フィルタ、中央値を算出し該算出した中央値に基づいて平滑化を行うミディアンフィルタ、あるいは、ガウス関数を用いてノイズを除去するガウシアンフィルタなどを用いてもよい。移動量算出部６は、金型モデルデータの特徴的形状を維持しつつ滑らかな形状データが得られる任意のフィルタを用いることができる。

例えば、移動量算出部６は、ポリゴンデータの各点を順次、平滑化対象点とし、上記（１）式及び（２）式を用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）を算出する。移動量算出部６は、メディアンフィルタを用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）の中央値を算出する。移動量算出部６は、算出した中央値をＬ（ｐ）として、上記（３）式を用いて各平滑化対象点をＰからＰ’に夫々移動させる。

また、移動量算出部６は、ポリゴンデータの各点を順次、平滑化対象点とし、上記（１）式及び（２）式を用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）を算出する。移動量算出部６は、移動平均フィルタを用いて、各平滑化対象点Ｐの移動量Ｌ（ｐ）の平均値を算出する。移動量算出部６は、算出した平均値をＬ（ｐ）として、上記（３）式を用いて各平滑化対象点をＰからＰ’に夫々移動させる。

上記実施の形態において、データ生成装置１は金型モデルデータを生成しているが、これに限られない。データ生成装置１は、例えば、ＣＴ（Computed Tomography）スキャンデータを生成してもよく、任意の３次元形状のモデルデータを生成することができる。

また、本発明は、例えば、図５に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ データ生成装置、２ データ取得部、３ データ変換部、４ 第１距離算出部、５ 第２距離算出部、６ 移動量算出部

Claims (6)

1. 対象物の３次元点群データを取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出する第１距離算出手段と、
   前記変換手段により変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出する第２距離算出手段と、
   前記第１距離算出部により算出された距離と、前記第２距離算出部により算出された距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させる移動手段と、
   を備える、ことを特徴とするデータ生成装置。
2. 請求項１記載のデータ生成装置であって、
   前記移動手段は、前記第１距離算出部により算出された距離と、前記第２距離算出部により算出された距離と、に基づいて、前記ポリゴンデータの平滑化を行うためのラプラシアンフィルタを適用して、前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出する、ことを特徴とするデータ生成装置。
3. 請求項１記載のデータ生成装置であって、
   前記移動手段は、下記式を用いて前記平滑化対象点の移動量Ｌ（ｐ）を算出し、該算出した移動量Ｌ（ｐ）に従って前記平滑化対象点を点Ｐから点Ｐ’に移動させる、ことを特徴とするデータ生成装置。
   但し、上記式において、ｎは前記平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点の数であり、ｌｉは前記平滑化対象点と、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点との距離であり、ｄｉは前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離であり、Ｐは移動前の前記各平滑化対象点の位置であり、Ｐ’は移動後の前記各平滑化対象点の位置であり、Ｖ（前記（３）式ではＶの上辺に右方向の矢印を付与）は各平滑化対象点Ｐにける法線ベクトルであり、αは、前記移動量Ｌ（ｐ）を調整するための移動量係数（０＜α＜１）である。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のデータ生成装置であって、
   前記対象物は金型である、ことを特徴とするデータ生成装置。
5. 対象物の３次元点群データを取得するステップと、
   前記取得された３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換するステップと、
   前記変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出するステップと、
   前記変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出するステップと、
   前記算出されたモデルデータとの距離と、前記算出された平滑化対象点との距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させることでモデルデータを生成するステップと、
   を含む、ことを特徴とするデータ生成方法。
6. 対象物の３次元点群データを複数のポリゴンで構成されたポリゴンデータに変換する処理と、
   前記変換されたポリゴンデータと、予め設定された前記対象物のモデルデータと、に基づいて、前記ポリゴンデータの各点と前記モデルデータの対応する面との距離を夫々算出する処理と、
   前記変換されたポリゴンデータの点群のうち平滑化を行う平滑化対象点を決め、該平滑化対象点と隣接する前記ポリゴンデータの各点と、の距離を夫々算出する処理と、
   前記算出されたモデルデータとの距離と、前記算出された平滑化対象点との距離と、に基づいて、所定のフィルタを適用して前記ポリゴンデータの各点の移動位置を算出し、該算出した移動位置に従って前記各点を移動させることでモデルデータを生成する処理と、
   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。