JP2017045429A - 立体物造形用データ分離装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリゴンモデルの各ポリゴンの各稜線と共有する他のポリゴンとの対応関係を記録した隣接ポリゴンテーブルを作成し、新規なグループIDを定義して、ポリゴンモデルの中でグループIDが未設定のポリゴンを抽出し、ポリゴンに対して定義された新規なグループIDを仮設定し(S401)、ポリゴンモデルの中でグループIDが仮設定されているポリゴンを抽出し、ポリゴンに対してグループIDを本設定するとともに、隣接ポリゴンテーブルを参照し、本設定されたポリゴンに隣接しグループIDが未設定の他のポリゴンに対して、本設定されたポリゴンに対応するグループIDと同一のグループIDを仮設定し(S402)、本設定されたポリゴンIDをグループIDごとに分離する(S405)。
【選択図】 図32
Description
ポリゴンの集合として表現された立体物造形用のポリゴンモデルを、複数に分離する装置であって、
前記ポリゴンモデルの各ポリゴンの各稜線と共有する他のポリゴンとの対応関係を記録した隣接ポリゴンテーブルを作成する隣接ポリゴンテーブル作成手段と、
新規なグループIDを定義して、前記ポリゴンモデルの中でグループIDが未設定のポリゴンを1つ抽出し、抽出されたポリゴンに対して前記定義された新規なグループIDを仮設定するようにしているグループID仮設定手段と、
前記ポリゴンモデルの中でグループIDが仮設定されているポリゴンを全て抽出し、抽出されたポリゴンに対して前記グループIDを本設定するとともに、前記隣接ポリゴンテーブルを参照し、前記本設定されたポリゴンに隣接しグループIDが未設定の他のポリゴンに対して、前記本設定されたポリゴンに対応するグループIDと同一のグループIDを仮設定するグループID本設定手段と、
本設定されたポリゴンIDをグループIDごとに分離するポリゴンモデル分離手段と、を有し、
前記ポリゴンモデルの中でグループIDが仮設定されているポリゴンが存在する場合は、前記グループID本設定手段による処理を実行し、前記ポリゴンモデルの中でグループIDが未設定のポリゴンが存在する場合は、前記グループID仮設定手段による処理、および前記グループID本設定手段による処理を、全てのポリゴンが本設定されるまで繰り返し実行することを特徴とする立体物造形用データ分離装置を提供する。
なお、「グループIDが未設定」とは、本設定も仮設定も行われていない状態を意味する。
前記ポリゴンモデルを構成する各ポリゴンの各稜線に対して、同一の稜線を共有する異なるポリゴンを探索し、前記同一の稜線を同一の稜線IDで表現し、各稜線を含むポリゴンと対応付けて記録した稜線構成テーブルを作成するポリゴン稜線構造化手段をさらに備え、
前記隣接ポリゴンテーブル作成手段は、
前記稜線構成テーブルに対して、各ポリゴンに稜線順に記録されている稜線IDを、当該稜線IDをもつ異なるポリゴンIDに置換することにより、隣接ポリゴンテーブルを作成することを特徴とする。
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共有頂点を探索し、取得された一連の共有頂点を同一の頂点IDで表現し、各ポリゴンと頂点順に対応付けて記録した頂点構成テーブルを作成するポリゴンモデル構造化手段をさらに備え、
前記ポリゴン稜線構造化手段は、
前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの各頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDとで構成される頂点IDペアと、同一の構成の頂点IDペアをもつ異なるポリゴンを探索し、前記同一の構成の頂点IDペアに対して同一の稜線IDを付与することにより、前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの頂点順の各頂点IDを稜線順の稜線IDに対応付けて置換し、前記稜線構成テーブルを作成することを特徴とする。
前記隣接ポリゴンテーブル作成手段は、
稜線ID別にポリゴンIDと稜線順を記録できる稜線ID別ポリゴンテーブルを備え、
前記ポリゴン稜線構造化手段により作成された前記稜線構成テーブルを用いて、ポリゴンIDのポリゴンの所定の稜線順に記録されている稜線IDに対応する前記稜線ID別ポリゴンテーブルに当該ポリゴンのポリゴンIDと当該稜線順を書き込むポリゴンテーブル登録手段と、
前記ポリゴンテーブル登録手段において、既に稜線IDに対応する前記稜線ID別ポリゴンテーブルに他のポリゴンIDと稜線順が書き込まれている場合、前記隣接ポリゴンテーブルのポリゴンIDの稜線順の位置にポリゴンIDを書き込む隣接ポリゴンテーブル登録手段を備え、
前記ポリゴンテーブル登録手段と隣接ポリゴンテーブル登録手段を繰り返し実行し、前記隣接ポリゴンテーブルを作成することを特徴とする。
前記ポリゴンモデル構造化手段は、
前記頂点構成テーブルを作成するとともに、前記頂点構成テーブルに頂点順に記録された各頂点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ものであり、
前記ポリゴンIDに対応付けて、ポリゴンを構成する各頂点の座標値が記録された頂点座標配列データから各ポリゴンごとに頂点順に座標値を抽出し、当該抽出された座標値からハッシュ値を算出するハッシュ値算出手段と、
前記算出されたハッシュ値を用いて前記頂点座標テーブルを参照し、前記ハッシュ値で特定される既登録の頂点IDに対応する頂点座標テーブル上の座標値と、前記抽出された座標値を照合する座標値照合手段と、
前記座標値照合手段による照合の結果、両座標値が一致する場合は、前記頂点構成テーブルの前記抽出した座標値のポリゴンIDと頂点順の位置に、前記既登録の頂点IDを記録するようにし、前記座標値照合手段による照合の結果、両座標値が一致しない場合は、前記頂点構成テーブルの前記抽出した座標値のポリゴンIDと頂点順の位置に、新規な頂点IDを記録するようにしている頂点構成テーブル処理手段と、
前記頂点構成テーブル処理手段が新規な頂点IDを記録した場合、前記頂点座標テーブル上の頂点IDの位置に前記座標値を前記ハッシュ値で特定可能な形態で記録するようにしている頂点座標テーブル処理手段と、
を有することを特徴とする。
前記ポリゴン稜線構造化手段は、
前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの各頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDとで構成される頂点IDペアに対して稜線IDで表現し、各ポリゴンの頂点順と対応付けて稜線順に稜線IDを記録した前記稜線構成テーブルを作成するとともに、前記稜線構成テーブルに記録された稜線IDと頂点IDペアを対応付けて記録した稜線テーブルとを作成するものであり、
前記頂点構成テーブルの前記ポリゴンのポリゴンIDおよび頂点順の位置の頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDで構成される頂点IDペアXの中で小さい方の頂点IDSを用いて、前記稜線テーブル上で既登録の稜線IDに対応する頂点IDペアのうち小さい方の頂点IDが前記頂点IDSである稜線IDの頂点IDペアを抽出し、前記頂点IDペアXと照合する頂点ID照合手段と、
前記頂点ID照合手段により前記頂点IDペアXが既登録の稜線IDの頂点IDペアと一致する場合は、前記稜線構成テーブル上の前記ポリゴンIDおよび前記頂点順に対応する稜線順の位置に前記稜線IDを記録するようにし、前記頂点ID照合手段により前記頂点IDペアXがいずれの既登録の稜線IDの頂点IDペアとも一致しない場合は、前記頂点構成テーブル上の前記ポリゴンIDおよび前記頂点順に対応する稜線順の位置に前記稜線テーブルに記録されていない新規な稜線IDを作成して記録する稜線構成テーブル更新手段と、
前記稜線構成テーブル更新手段で新規な稜線IDを記録した場合、前記稜線テーブル上の前記稜線IDの位置に前記頂点IDペアXを前記頂点IDSで抽出可能な形態で記録するようにしている稜線テーブル更新手段と、
を有することを特徴とする。
<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分離装置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分離装置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。
隣接ポリゴンテーブル作成手段50は、ポリゴンモデルの各ポリゴンの各稜線と共有する他のポリゴンとの対応関係を稜線順に記録した隣接ポリゴンテーブルを作成する。
<2.1.前処理>
次に、図1、図2に示した立体物造形用データ分離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ポリゴンモデルは、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分離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分離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、得られたポリゴンモデルを記憶装置3により実現される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分離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分離装置の処理概要を示すフローチャートである。まず、ポリゴンモデル構造化手段30が、ポリゴンモデル記憶手段120から、分離前のポリゴンモデルを読み込み、ポリゴンモデルの構造化を行う(ステップS10)。次に、ポリゴン稜線構造化手段40が、ポリゴン稜線の構造化を行う(ステップS20)。次に、隣接ポリゴンテーブル作成手段50が、隣接ポリゴンテーブルの作成を行う(ステップS30)。そして、ポリゴンモデル分離手段80が、隣接ポリゴンテーブルが作成されたポリゴンモデルを、複数のグループに分離する(ステップS40)。
ステップS10のポリゴンモデルの構造化について説明する。ポリゴンモデルの構造化とは、ポリゴンモデルを実現するデータである頂点座標配列データを、頂点構成テーブルおよび頂点座標テーブルで構成される構造に変換することにより、ポリゴンモデルにおける頂点関係(トポロジー・位相情報)が座標値(数値データ)から分離され、あるポリゴンの頂点の修正により影響を受ける周辺のポリゴンの頂点の探索が容易になり、編集し易い構造に組み替えることを意味する。
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)
ステップS20のポリゴン稜線の構造化について説明する。ポリゴン稜線の構造化とは、与えられたポリゴン内の頂点順において隣接する2つの頂点の頂点IDペアに対して稜線IDを付与し、ポリゴンを構成する各稜線を稜線IDで表現してポリゴンIDと稜線順とで対応付けて記録した稜線構成テーブルと、稜線構成テーブルに付与された稜線IDに対する頂点IDペアを対応付けて記録した稜線テーブルに分離する処理である。ここで、稜線順は頂点順に対応し、例えば、頂点順で“0”と“1”の隣接する2つの頂点は稜線順“0”に対応し、頂点順で“1”と“2”の隣接する2つの頂点は稜線順“1”に対応し、頂点順で“2”と“0”の隣接する2つの頂点は稜線順“2”に対応させる。この時、稜線テーブルの複数の稜線IDに同一の頂点IDペアが重複して記録されないようにすることがポイントになる。同一の頂点IDペアを共有する隣接するポリゴンの稜線は、頂点IDペアの順番が逆になることが原則になるため、頂点IDペアは番号が小さい(若い)順に設定するようにする。そして、各頂点IDペアに稜線IDを付与する際、稜線テーブルに既に登録されているか否かを探索し、既登録であれば該当する稜線IDを付与し、未登録であれば新規の稜線IDを付与し、稜線テーブルに追加登録するという処理を繰り返す。
ステップS30の隣接ポリゴンテーブルの作成について説明する。隣接ポリゴンテーブルの作成は、ポリゴンの各稜線(隣接する頂点ペア)と共有する稜線をもつ隣接するポリゴンを探索し、頂点座標配列データをポリゴンIDと稜線順に対応付けて隣接ポリゴンのポリゴンIDで記述した隣接ポリゴンテーブルを作成する処理である。この探索処理はポリゴン数の2乗に比例して処理時間がかかるという問題があった。ステップS20において、稜線構成テーブルを作成しておくことにより、高速に隣接ポリゴンテーブルを作成することができる。
ステップS40のポリゴンモデルの分離について説明する。ポリゴンモデルの分離においては、ステップS30で作成された隣接ポリゴンテーブルを用いる。隣接ポリゴンテーブルを用いることにより、高速にポリゴンモデルの分離を行うことができる。
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
30・・・ポリゴンモデル構造化手段
40・・・ポリゴン稜線構造化手段
50・・・隣接ポリゴンテーブル作成手段
60・・・グループID仮設定手段
70・・・グループID本設定手段
80・・・ポリゴンモデル分離手段
120・・・ポリゴンモデル記憶手段
130・・・分離ポリゴンモデル記憶手段
200・・・立体物造形用データ分離装置
Claims (12)
- ポリゴンの集合として表現された立体物造形用のポリゴンモデルを、複数に分離する装置であって、
前記ポリゴンモデルの各ポリゴンの各稜線と共有する他のポリゴンとの対応関係を記録した隣接ポリゴンテーブルを作成する隣接ポリゴンテーブル作成手段と、
新規なグループIDを定義して、前記ポリゴンモデルの中でグループIDが未設定のポリゴンを1つ抽出し、抽出されたポリゴンに対して前記定義された新規なグループIDを仮設定するようにしているグループID仮設定手段と、
前記ポリゴンモデルの中でグループIDが仮設定されているポリゴンを全て抽出し、抽出されたポリゴンに対して前記グループIDを本設定するとともに、前記隣接ポリゴンテーブルを参照し、前記本設定されたポリゴンに隣接しグループIDが未設定の他のポリゴンに対して、前記本設定されたポリゴンに対応するグループIDと同一のグループIDを仮設定するグループID本設定手段と、
本設定されたポリゴンIDをグループIDごとに分離するポリゴンモデル分離手段と、を有し、
前記ポリゴンモデルの中でグループIDが仮設定されているポリゴンが存在する場合は、前記グループID本設定手段による処理を実行し、前記ポリゴンモデルの中でグループIDが未設定のポリゴンが存在する場合は、前記グループID仮設定手段による処理、および前記グループID本設定手段による処理を、全てのポリゴンが本設定されるまで繰り返し実行することを特徴とする立体物造形用データ分離装置。 - 前記ポリゴンモデルを構成する各ポリゴンの各稜線に対して、同一の稜線を共有する異なるポリゴンを探索し、前記同一の稜線を同一の稜線IDで表現し、各稜線を含むポリゴンと対応付けて記録した稜線構成テーブルを作成するポリゴン稜線構造化手段をさらに備え、
前記隣接ポリゴンテーブル作成手段は、
前記稜線構成テーブルに対して、各ポリゴンに稜線順に記録されている稜線IDを、当該稜線IDをもつ異なるポリゴンIDに置換することにより、隣接ポリゴンテーブルを作成す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分離装置。 - 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共有頂点を探索し、取得された一連の共有頂点を同一の頂点IDで表現し、各ポリゴンと頂点順に対応付けて記録した頂点構成テーブルを作成するポリゴンモデル構造化手段をさらに備え、
前記ポリゴン稜線構造化手段は、
前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの各頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDとで構成される頂点IDペアと、同一の構成の頂点IDペアをもつ異なるポリゴンを探索し、前記同一の構成の頂点IDペアに対して同一の稜線IDを付与することにより、前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの頂点順の各頂点IDを稜線順の稜線IDに対応付けて置換し、前記稜線構成テーブルを作成することを特徴とする請求項2に記載の立体物造形用データ分離装置。 - 前記隣接ポリゴンテーブル作成手段は、
稜線ID別にポリゴンIDと稜線順を記録できる稜線ID別ポリゴンテーブルを備え、
前記ポリゴン稜線構造化手段により作成された前記稜線構成テーブルを用いて、ポリゴンIDのポリゴンの所定の稜線順に記録されている稜線IDに対応する前記稜線ID別ポリゴンテーブルに当該ポリゴンのポリゴンIDと当該稜線順を書き込むポリゴンテーブル登録手段と、
前記ポリゴンテーブル登録手段において、既に稜線IDに対応する前記稜線ID別ポリゴンテーブルに他のポリゴンIDと稜線順が書き込まれている場合、前記隣接ポリゴンテーブルのポリゴンIDの稜線順の位置にポリゴンIDを書き込む隣接ポリゴンテーブル登録手段を備え、
前記ポリゴンテーブル登録手段と隣接ポリゴンテーブル登録手段を繰り返し実行し、前記隣接ポリゴンテーブルを作成することを特徴とする請求項2に記載の立体物造形用データ分離装置。 - 前記ポリゴンモデル構造化手段は、
前記頂点構成テーブルを作成するとともに、前記頂点構成テーブルに頂点順に記録された各頂点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ものであり、
前記ポリゴンIDに対応付けて、ポリゴンを構成する各頂点の座標値が記録された頂点座標配列データから各ポリゴンごとに頂点順に座標値を抽出し、当該抽出された座標値からハッシュ値を算出するハッシュ値算出手段と、
前記算出されたハッシュ値を用いて前記頂点座標テーブルを参照し、前記ハッシュ値で特定される既登録の頂点IDに対応する頂点座標テーブル上の座標値と、前記抽出された座標値を照合する座標値照合手段と、
前記座標値照合手段による照合の結果、両座標値が一致する場合は、前記頂点構成テーブルの前記抽出した座標値のポリゴンIDと頂点順の位置に、前記既登録の頂点IDを記録するようにし、前記座標値照合手段による照合の結果、両座標値が一致しない場合は、前記頂点構成テーブルの前記抽出した座標値のポリゴンIDと頂点順の位置に、新規な頂点IDを記録するようにしている頂点構成テーブル処理手段と、
前記頂点構成テーブル処理手段が新規な頂点IDを記録した場合、前記頂点座標テーブル上の頂点IDの位置に前記座標値を前記ハッシュ値で特定可能な形態で記録するようにしている頂点座標テーブル処理手段と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の立体物造形用データ分離装置。 - 前記頂点座標テーブルには、頂点IDに対応して座標値が記録されるとともに、当該座標値をもとに前記ハッシュ値算出手段により算出されるハッシュ値が同一の他の座標値を前記頂点IDより最近傍に記録した単一の頂点IDがリンク先として対応付けられていることを特徴とする請求項5に記載の立体物造形用データ分離装置。
- 前記頂点座標テーブルに加え先頭頂点テーブルを設け、前記先頭頂点テーブルには、前記ハッシュ値算出手段により算出されるハッシュ値に対応して、前記頂点座標テーブル上に最初に記録されている前記ハッシュ値になる頂点IDがリンク先として対応付けられていることを特徴とする請求項5または請求項6のいずれか一項に記載の立体物造形用データ分離装置。
- 前記ハッシュ値算出手段は、前記座標値が(x、y、z)なる3次元の値で構成され、かつ各々の成分が、XminからXmax、YminからYmax、ZminからZmaxの範囲の実数値をもつ場合、各成分をhx=(x−Xmin)・S/(Xmax−Xmin),hy=(y−Ymin)・S/(Ymax−Ymin),hz=(z−Zmin)・S/(Zmax−Zmin)なる式で所定の整数S段階(hx, hy, hz)に分類し、ハッシュ値h=hx+hy・S+hz・S2として算出することを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の立体物造形用データ分離装置。
- 前記ポリゴン稜線構造化手段は、
前記頂点構成テーブルの各ポリゴンの各頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDとで構成される頂点IDペアに対して稜線IDで表現し、各ポリゴンの頂点順と対応付けて稜線順に稜線IDを記録した前記稜線構成テーブルを作成するとともに、前記稜線構成テーブルに記録された稜線IDと頂点IDペアを対応付けて記録した稜線テーブルとを作成するものであり、
前記頂点構成テーブルの前記ポリゴンのポリゴンIDおよび頂点順の位置の頂点IDと頂点順において隣接する頂点IDで構成される頂点IDペアXの中で小さい方の頂点IDSを用いて、前記稜線テーブル上で既登録の稜線IDに対応する頂点IDペアのうち小さい方の頂点IDが前記頂点IDSである稜線IDの頂点IDペアを抽出し、前記頂点IDペアXと照合する頂点ID照合手段と、
前記頂点ID照合手段により前記頂点IDペアXが既登録の稜線IDの頂点IDペアと一致する場合は、前記稜線構成テーブル上の前記ポリゴンIDおよび前記頂点順に対応する稜線順の位置に前記稜線IDを記録するようにし、前記頂点ID照合手段により前記頂点IDペアXがいずれの既登録の稜線IDの頂点IDペアとも一致しない場合は、前記頂点構成テーブル上の前記ポリゴンIDおよび前記頂点順に対応する稜線順の位置に前記稜線テーブルに記録されていない新規な稜線IDを作成して記録する稜線構成テーブル更新手段と、
前記稜線構成テーブル更新手段で新規な稜線IDを記録した場合、前記稜線テーブル上の前記稜線IDの位置に前記頂点IDペアXを前記頂点IDSで抽出可能な形態で記録するようにしている稜線テーブル更新手段と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の立体物造形用データ分離装置。 - 前記稜線テーブルには、稜線IDに対応して頂点IDペアが記録されるとともに、当該頂点IDペアのうち小さい方の頂点IDが同一である他の頂点IDペアを最近傍に記録した単一の稜線IDがリンク先として対応付けられていることを特徴とする請求項9に記載の立体物造形用データ分離装置。
- 前記稜線テーブルに加え先頭稜線テーブルを設け、前記先頭稜線テーブルには、頂点IDに対応付けて、前記頂点IDペアのうち小さい方の頂点IDが同一となり、前記稜線テーブル上で最初に記録されている稜線IDがリンク先として対応付けられていることを特徴とする請求項9または請求項10のいずれかにに記載の立体物造形用データ分離装置。
- コンピュータを、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の立体物造形用データ分離装置として機能させるためのプログラム。
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