JP2017045428A - 立体物造形用データ削減装置 - Google Patents
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Description
ポリゴンの集合として表現されたポリゴンモデルのデータを、立体物の造形のために削減する装置であって、
前記ポリゴンモデルを構成する各ポリゴンの各頂点に対して、同一の座標値をもつ異なるポリゴンの頂点を探索し、取得された一連の頂点に対して同一の頂点IDを付与することにより、各ポリゴンに含まれる各頂点を、同一座標の頂点を同一値とする頂点IDで表現し、各頂点を含むポリゴンと対応付けて記録した頂点構成テーブルと、前記頂点構成テーブルに付与された頂点IDと座標値を対応付けて記録した頂点座標テーブルと、を作成するポリゴンモデル構造化手段と、
前記頂点座標テーブルに記録されている頂点と同一座標となる重複先の頂点との対応関係を記録する頂点重複テーブルを定義するテーブル定義手段と、
前記頂点構成テーブルに記録されているポリゴンに対して、面積と周長の積、面積のいずれかが所定のしきい値以下で、全ての頂点が既に削除対象に設定された全てのポリゴンの削除対象稜線の2頂点と共有しないポリゴンを削除対象ポリゴンとして順次設定し、更に各々設定されたポリゴンより削除対象稜線を選定する削除対象ポリゴン設定手段と、
前記頂点構成テーブルを参照して前記削除対象ポリゴン設定手段にて設定された全てのポリゴンの削除対象稜線の2端点を削除対象頂点とし、前記削除対象頂点を基に前記頂点座標テーブルを参照して2つの前記削除対象頂点の平均点を求め、前記削除対象頂点の1つを代表頂点とし、前記代表頂点以外の前記削除対象頂点の情報を頂点座標テーブルから削除するとともに、前記代表頂点の頂点IDに、前記平均点の座標値を対応付けて記録する頂点座標テーブル更新手段と、
前記頂点重複テーブルにおいて、前記代表頂点以外の前記削除対象頂点の重複先を前記代表頂点に設定する頂点重複テーブル更新手段と、
前記頂点構成テーブルの各頂点IDの値を、前記頂点重複テーブルに設定された重複先に変更し、変更された結果、同一のポリゴンに対応する頂点IDが2つ以上重複する場合、当該ポリゴンを前記頂点構成テーブルより削除する頂点構成テーブル更新手段と、
前記頂点構成テーブル更新手段により更新された頂点構成テーブルの各頂点IDを前記頂点座標テーブル更新手段により更新された頂点座標テーブルを参照しながら座標値に置換することにより、ポリゴンモデルを更新するポリゴンモデル更新手段と、
を有することを特徴とする立体物造形用データ削減装置を提供する。
更に頂点更新テーブル更新手段を備え、
前記テーブル定義手段は、前記頂点座標テーブルに記録されている頂点が、前記削除対象頂点に設定されたことを記録する頂点更新テーブルを更に定義し、
前記削除対象ポリゴン設定手段は、前記頂点更新テーブルを参照して、前記削除対象頂点に設定されたことが記録されていないものを、前記全てのポリゴンの削除対象稜線の2頂点と共有しないポリゴンとし、
前記頂点更新テーブル更新手段は、前記頂点重複テーブルにおける頂点について更新が行われた場合に、頂点更新テーブルの当該頂点を削除対象頂点に設定することを特徴とする。
前記立体物造形用データ削減装置と、
前記立体物造形用データ削減装置から出力されたポリゴンモデルを用いて立体物を造形する立体物造形装置と、
を有することを特徴とする立体物造形システム
を有することを特徴とする立体物造形システムを提供する。
<1.装置構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ削減装置200を含む立体物造形システムのハードウェア構成図である。本実施形態に係る立体物造形用データ削減装置200は、汎用のコンピュータで実現することができ、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)1と、コンピュータのメインメモリであるRAM(Random Access Memory)2と、CPU1が実行するプログラムやデータを記憶するためのハードディスク、フラッシュメモリ等の大容量の記憶装置3と、キーボード、マウス等のキー入力I/F(インターフェース)4と、3Dプリンタやデータ記憶媒体等の外部装置とデータ通信するためのデータ入出力I/F(インターフェース)5と、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである表示部6と、を備え、互いにバスを介して接続されている。
<2.1.前処理>
次に、図1、図2に示した立体物造形用データ削減装置の処理動作について説明する。まず、医療用ボクセルデータからサーフェースデータである領域別ポリゴンモデルを作成する前処理について説明する。サーフェースデータとは、サーフェースモデリングにより立体構造を表面形状として表現したデータであり、多角形のデータであるポリゴンにより構成されるポリゴンモデルである。前処理は、コンピュータが公知のプログラムを実行することにより行われる。ここでは、公知のプログラムとして、米国ハーバード大学が中心に開発したオープンソースソフトウェアである「3D-Slicer」を用いた場合を例にとって説明する。まず、コンピュータが、全体ボクセルデータから、特定臓器領域のボクセルデータを抽出する。次に、コンピュータが、特定臓器領域のボクセルデータをポリゴンモデルであるサーフェースデータに変換する。このようにして得られた領域別ポリゴンモデルは、領域別ポリゴンモデル記憶手段120に格納される。前処理は、図1に示した立体物造形用データ削減装置を実現するコンピュータに、上記プログラムを実行させることにより行ってもよいし、図1に示した立体物造形用データ削減装置を実現するコンピュータとは別のコンピュータにより実行し、得られた領域別ポリゴンモデルを記憶装置3により実現される領域別ポリゴンモデル記憶手段120に格納するようにしてもよい。
次に、図1、図2に示した立体物造形用データ削減装置の処理動作について説明する。図9は、本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ削減装置の処理概要を示すフローチャートである。まず、グループ分類手段20が、領域別ポリゴンモデル記憶手段120から、1つの領域についての領域別ポリゴンモデルを読み込み、複数のグループに分類する(ステップS10)。次に、各グループのポリゴンモデルに対して、ポリゴンモデル構造化手段30、テーブル定義手段40、削除対象ポリゴン設定手段50、頂点座標テーブル更新手段60、頂点重複テーブル更新手段70、頂点更新テーブル更新手段75、頂点構成テーブル更新手段80、ポリゴンモデル更新手段90が、ポリゴン削減処理を実行する(ステップS20)。制御手段10が、全グループについてポリゴン削減処理が終了したか否かを判定し(ステップS30)、全グループについて終了していない場合は、未処理のグループに対してステップS20のポリゴン削減処理を実行する。全グループに対するポリゴン削減処理が終了した場合は、グループ合成手段100が、隔離された小体積グループの削除を行う(ステップS40)。続いて、グループ合成手段100は、全グループのポリゴンモデルの合成を行う(ステップS50)。制御手段10が、全領域について処理が終了したか否かを判定し(ステップS60)、全領域について終了していない場合は、未処理の領域に対してステップS10〜S50の処理を実行する。全領域に対する処理が終了した場合は、ポリゴンモデル合成手段110が、全領域の領域別ポリゴンモデルの合成を行う(ステップS70)。
まず、ステップS10において、グループ分類手段20がグループ分類処理を行う。具体的には、領域別ポリゴンモデルに対して、各グループに属するポリゴンが当該グループ内の他のいずれかのポリゴンと、ポリゴンを構成する辺を共有するようにグループ分類する。グループ分類処理の具体的な手法としては、公知の様々な手法を用いることができる。
次に、ステップS20におけるポリゴンモデル構造化手段30、テーブル定義手段40、削除対象ポリゴン設定手段50、頂点座標テーブル更新手段60、頂点重複テーブル更新手段70、頂点更新テーブル更新手段75、頂点構成テーブル更新手段80、ポリゴンモデル更新手段90によるポリゴン削減処理について説明する。ポリゴン削減処理におけるポリゴンの削除の手法として、ポリゴンを構成する稜線を特定し、その稜線を削除することによりポリゴンを削除する手法を用いる。ここで、稜線とは、1つのポリゴンの2頂点を結ぶ辺を意味する。
hx=(x−Xmin)・S/(Xmax−Xmin)
hy=(y−Ymin)・S/(Ymax−Ymin)
hz=(z−Zmin)・S/(Zmax−Zmin)
h=hx+hy・S+hz・S2(0≦h≦S3−1)
次に、ステップS40におけるグループ合成手段100による隔離された小体積グループの削除処理について説明する。ここで、隔離された小体積グループの削除処理の説明に先立ち、隔離された小体積グループの削除処理を行う理由について説明しておく。図29は、ポリゴン削減処理により生じる問題を説明するための図である。図29(a)は、ステップS10のグループ分類処理を終えた直後の2グループのポリゴン群を示している。図29(a)の例では、頂点D、E、Kを含む左側のグループと、頂点D’、E’、K’を含む右側のグループが存在する。頂点DとD’、頂点EとE’、頂点KとK’がそれぞれ3Dプリンタの解像度以下である場合、この2グループのポリゴン群を3Dプリンタで出力すると、頂点DとD’、頂点EとE’、頂点KとK’は樹脂等により連結され、2グループは連結した物体として出力される。すなわち、2グループは物理的には接着されている。
V(g)=(Xmax(g)−Xmin(g))×(Ymax(g)−Ymin(g))×(Zmax(g)−Zmin(g))
dx=Min{|Xmax(g)−Xmin(h)|,|Xmin(g)−Xmax(h)|}
dy=Min{|Ymax(g)−Ymin(h)|,|Ymin(g)−Ymax(h)|}
dz=Min{|Zmax(g)−Zmin(h)|,|Zmin(g)−Zmax(h)|}
図9の処理概要に示したように、ステップS50においては、グループ合成手段100が、全グループのポリゴンモデルの合成を行って更新された領域別ポリゴンモデルを得る。また、ステップS70においては、ポリゴンモデル合成手段110が、全領域の領域別ポリゴンモデルの合成を行って合成ポリゴンモデルを得る。いずれの合成処理も、ヘッダ部を除く領域別ポリゴンモデルを単純に結合し、ヘッダ部に合算されたポリゴン数を記録することにより行われる(ただし、これはバイナリ形式のSTLフォーマットの場合で、ASCII形式のSTLフォーマットではヘッダ部を除く領域別ポリゴンモデルを単純に結合するだけである)。合成ポリゴンモデル記憶手段130に記憶された合成ポリゴンモデルを3Dプリンタ7に出力することにより、3Dプリンタ7は効率的に立体物を造形することができる。造形された立体物については、ほとんど劣化は見られなかった。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、処理対象のポリゴンを三角形としたが、四角形以上の多角形であってもよい。
2・・・RAM(Random Access Memory)
3・・・記憶装置
4・・・キー入力I/F
5・・・データ入出力I/F
6・・・表示部
7・・・3Dプリンタ(立体物造形装置)
7a・・・データ処理部
7b・・・出力部
10・・・制御手段
20・・・グループ分類手段
30・・・ポリゴンモデル構造化手段
40・・・テーブル定義手段
50・・・削除対象ポリゴン設定手段
60・・・頂点座標テーブル更新手段
70・・・頂点重複テーブル更新手段
75・・・頂点更新テーブル更新手段
80・・・頂点構成テーブル更新手段
90・・・ポリゴンモデル更新手段
100・・・グループ合成手段
110・・・ポリゴンモデル合成手段
120・・・領域別ポリゴンモデル記憶手段
130・・・合成ポリゴンモデル記憶手段
200・・・立体物造形用データ削減装置
Claims (8)
- ポリゴンの集合として表現されたポリゴンモデルのデータを、立体物の造形のために削減する装置であって、
前記ポリゴンモデルを構成する各ポリゴンの各頂点に対して、同一の座標値をもつ異なるポリゴンの頂点を探索し、取得された一連の頂点に対して同一の頂点IDを付与することにより、各ポリゴンに含まれる各頂点を、同一座標の頂点を同一値とする頂点IDで表現し、各頂点を含むポリゴンと対応付けて記録した頂点構成テーブルと、前記頂点構成テーブルに付与された頂点IDと座標値を対応付けて記録した頂点座標テーブルと、を作成するポリゴンモデル構造化手段と、
前記頂点座標テーブルに記録されている頂点と同一座標となる重複先の頂点との対応関係を記録する頂点重複テーブルを定義するテーブル定義手段と、
前記頂点構成テーブルに記録されているポリゴンに対して、面積と周長の積、面積のいずれかが所定のしきい値以下で、全ての頂点が既に削除対象に設定された全てのポリゴンの削除対象稜線の2頂点と共有しないポリゴンを削除対象ポリゴンとして順次設定し、更に各々設定されたポリゴンより削除対象稜線を選定する削除対象ポリゴン設定手段と、
前記頂点構成テーブルを参照して前記削除対象ポリゴン設定手段にて設定された全てのポリゴンの削除対象稜線の2端点を削除対象頂点とし、前記削除対象頂点を基に前記頂点座標テーブルを参照して2つの前記削除対象頂点の平均点を求め、前記削除対象頂点の1つを代表頂点とし、前記代表頂点以外の前記削除対象頂点の情報を頂点座標テーブルから削除するとともに、前記代表頂点の頂点IDに、前記平均点の座標値を対応付けて記録する頂点座標テーブル更新手段と、
前記頂点重複テーブルにおいて、前記代表頂点以外の前記削除対象頂点の重複先を前記代表頂点に設定する頂点重複テーブル更新手段と、
前記頂点構成テーブルの各頂点IDの値を、前記頂点重複テーブルに設定された重複先に変更し、変更された結果、同一のポリゴンに対応する頂点IDが2つ以上重複する場合、当該ポリゴンを前記頂点構成テーブルより削除する頂点構成テーブル更新手段と、
前記頂点構成テーブル更新手段により更新された頂点構成テーブルの各頂点IDを前記頂点座標テーブル更新手段により更新された頂点座標テーブルを参照しながら座標値に置換することにより、ポリゴンモデルを更新するポリゴンモデル更新手段と、
を有することを特徴とする立体物造形用データ削減装置。 - 前記ポリゴンモデル更新手段により更新されたポリゴンモデルを構成するポリゴン数が所定の目標値より大きい場合、前記削除対象ポリゴン設定手段、前記頂点座標テーブル更新手段、前記頂点重複テーブル更新手段、前記頂点構成テーブル更新手段、前記ポリゴンモデル更新手段に対して繰り返して処理を実行させる制御を行う制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の立体物造形用データ削減装置。 - 更に頂点更新テーブル更新手段を備え、
前記テーブル定義手段は、前記頂点座標テーブルに記録されている頂点が、前記削除対象頂点に設定されたことを記録する頂点更新テーブルを更に定義し、
前記削除対象ポリゴン設定手段は、前記頂点更新テーブルを参照して、前記削除対象頂点に設定されたことが記録されていないものを、前記全てのポリゴンの削除対象稜線の2頂点と共有しないポリゴンとし、
前記頂点更新テーブル更新手段は、前記頂点重複テーブルにおける頂点について更新が行われた場合に、頂点更新テーブルの当該頂点を削除対象頂点に設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の立体物造形用データ削減装置。 - 前記削除対象ポリゴン設定手段は、
前記頂点構成テーブルに記録されている全てのポリゴンに対して面積を算出し、面積の最小値に所定の1以上の値を乗算した値を前記所定のしきい値に設定するようにしていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の立体物造形用データ削減装置。 - 前記削除対象ポリゴン設定手段は、
前記頂点構成テーブルに記録されている全てのポリゴンに対して面積と周長を算出し、面積と周長の積の最小値に所定の1以上の値を乗算した値を前記所定のしきい値に設定するようにていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の立体物造形用データ削減装置。 - 前記削除対象ポリゴン設定手段は、削除対象に設定されたポリゴンより削除対象稜線を選定するにあたり、最短の稜線を選定するようにしていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の立体物造形用データ削減装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の立体物造形用データ削減装置と、
前記立体物造形用データ削減装置から出力されたポリゴンモデルを用いて立体物を造形する立体物造形装置と、
を有することを特徴とする立体物造形システム。 - コンピュータを、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の立体物造形用データ削減装置として機能させるためのプログラム。
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JP2015169803A JP6565494B2 (ja) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 立体物造形用データ削減装置 |
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JP2005267272A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Casio Comput Co Ltd | ポリゴンモデルの簡略化方法、画像処理装置、画像描画装置、及びプログラム |
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2015
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茂出木敏雄: ""ポリゴン照合による危険物や著作権侵害物の3Dプリンター出力規制技術の提案"", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 第114巻, 第33号, JPN6019024840, 8 May 2014 (2014-05-08), JP, pages 23 - 28, ISSN: 0004066877 * |
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CN117113478A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-11-24 | 中水淮河规划设计研究有限公司 | 一种bim模型轻量化方法 |
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