JP2017102855A - Average shape calculation method of three-dimensional shape object and program thereof - Google Patents

Average shape calculation method of three-dimensional shape object and program thereof Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a body shape data standardization system, a method, a program and a recording medium which can improve size error of an average size and can get interchangeability with existing average size.SOLUTION: A body shape data standardization system comprises a calculation device calculating a statistical average shape (average person) from 3D human body shape data of many people and a drawing device drawing the calculated average shape, and calculates average of length of edge of each polygon forming multiple 3D human body shape data. An average shape of the human body is obtained by calculating a coordinate value of a 3D object that error square sum with the calculated length of the edge average becomes very small.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、例えば、3Dスキャナーにより計測した多人数又は多物体の三次元人体又は物体形状データ(3Dデータ)から統計的な平均形状(平均人又は平均物)を求める方法に関する。   The present invention relates to a method for obtaining a statistical average shape (average person or average object) from, for example, a three-dimensional human body or object shape data (3D data) measured by a 3D scanner.

衣服を設計する場合、従来は、例えば、「ボディ」と呼ばれる原寸大の人体模型をベースに衣服の型紙を試作し、当該試作した型紙に基づき制作した衣服をこの「ボディ」に装着し、衣服がより身体にフィットするようにしたり、あるいは着用時、その状態が外見上見栄えがよくなるように型紙の修正を行ったりしている。   When designing clothes, conventionally, for example, a prototype of a clothing was made based on a full-scale human body model called a “body”, and the clothes produced based on the prototype were attached to this “body”. Is more fit to the body, or when worn, the pattern is modified so that the appearance looks good.

この「ボディ」の制作に際して、製作者は、基本となる平均寸法、例えば、3サイズ(バスト、ウエスト、ヒップ)を、メジャーを用いて計測した計測寸法(既存の平均寸法)をベースとして、勘と経験によって平均的な3次元形状を制作していた。この「ボディ」の作成には、膨大な手間と職人による手作業が必要であるため、通常、例えば、婦人服用の「ボディ」であれば、7号、11号、13号というように限られたサイズしか制作されず、また、年齢ごとの体形変化や人種ごとの体形の違いなどは勘案されていなかった。故に、係る制作方法により制作された「ボディ」は、理想的な人体形状とは言い難い。   When producing this “body”, the producer considers the basic average dimensions, for example, 3 sizes (bust, waist, hips), based on the measured dimensions (existing average dimensions) measured using a measure. Based on his experience, he created an average three-dimensional shape. Since the creation of this “body” requires a great deal of labor and manual work by craftsmen, for example, if it is a “body” for women's clothing, it is limited to No. 7, No. 11, No. 13, etc. Only size was produced, and changes in body shape by age and differences in body shape by race were not taken into account. Therefore, the “body” produced by the production method is not an ideal human body shape.

一方、メジャーなどで計測した計測寸法ではなく、最近では、「3Dスキャナー」等を利用して、人体の表面点の三次元座標(xyz座標と呼ぶ)を計測し、寸法だけでなく、立体形状を視覚的に再現できる人体計測が行われている。この立体的な形状計測によれば、一人の人間の3次元形状を立体的に視認することが可能である。以下では、人体の表面の各点のxyz座標を計測して得られた座標値の集合のことを「人体形状データ」と呼ぶ。   On the other hand, it is not a measurement dimension measured with a measure, but recently, using a “3D scanner” or the like, the three-dimensional coordinates (called xyz coordinates) of the surface points of the human body are measured, and not only the dimensions but also the three-dimensional shape Anthropometric measurements that can be reproduced visually are performed. According to this three-dimensional shape measurement, it is possible to visually recognize the three-dimensional shape of one person in three dimensions. Hereinafter, a set of coordinate values obtained by measuring the xyz coordinates of each point on the surface of the human body is referred to as “human body shape data”.

上述した「3Dスキャナー」を利用して、複数の人体形状データを計測できると、得られた人体形状データは様々な用途に活用できる。たとえば複数の人体形状データを用いて統計処理を行うことで、人体の標準的な形状(平均形状)を求めることに活用することが考えられる。   If a plurality of human body shape data can be measured using the “3D scanner” described above, the obtained human body shape data can be used for various purposes. For example, it is conceivable that statistical processing is performed using a plurality of human body shape data to obtain a standard shape (average shape) of the human body.

ただし、複数人の人体形状データの平均、つまり、xyz座標で表現された形状の平均を求めるためには、全ての人体形状データが同一の点数で構成されていること、そして各座標が解剖学的に同じ意味を持つように定義されている必要がある。これらの条件を満たし、統計的な処理を行えるよう開発された人体形状のモデルとして、「相同モデル」がある(特許文献1)。本明細書では、各人の身体表面のxyz座標を計測する際に、相同モデルに基づいて、計測される座標の数と位置を揃える処理のことを「相同化」と呼ぶ。相同化では、人体の全身形状を示す3Dデータ、例えば、縦横数mmピットで網目状に人体表面を3次元計測した3Dデータに、相同モデルの標準テンプレートをフィッテイングする。各人の3Dデータに対して相同化を行うことで、全ての人体形状を同一点数、同一幾何学構造のポリゴンデータとして表現することができる。   However, in order to obtain the average of human body shape data of a plurality of people, that is, the average of the shape expressed in xyz coordinates, it is necessary that all human body shape data is composed of the same number of points, and that each coordinate is anatomical. Must have the same meaning. There is a “homology model” as a human body shape model developed to satisfy these conditions and perform statistical processing (Patent Document 1). In this specification, when measuring the xyz coordinates of the body surface of each person, the process of aligning the number and position of the measured coordinates based on the homology model is referred to as “homology”. In the homology, the standard template of the homologous model is fitted to 3D data indicating the whole body shape of the human body, for example, 3D data obtained by measuring the surface of the human body three-dimensionally in a mesh pattern with several mm pits. By performing homology on the 3D data of each person, all human body shapes can be expressed as polygon data having the same number of points and the same geometric structure.

特開2008−171074号公報JP 2008-171074 A

従来からある平均形状の求め方の一例として、複数の人体の相同化された座標値について平均をとり、その平均で構成される形状を平均形状とする方法がある。図6は、従来方法と後述する本願発明による方法との比較を説明する模式図である。図6では、人体の両足底の間を原点とした場合における各部位、例えば、頭、肩、胸、肘、臍、脚の付け根、手先、膝、脚底、などの各部における、複数人の各座標値と、各座標値の平均(平均座標)の位置をプロットした図である。   As an example of a conventional method for obtaining an average shape, there is a method in which an average is obtained for coordinate values obtained by homogenizing a plurality of human bodies, and a shape constituted by the average is used as an average shape. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a comparison between the conventional method and the method according to the present invention described later. In FIG. 6, each part of the human body at each part when the origin is between both soles of the human body, for example, the head, shoulders, chest, elbows, navel, base of legs, hands, knees, soles, etc. It is the figure which plotted the position of the coordinate value and the average (average coordinate) of each coordinate value.

同図において、従来方法(図示上左側)では、原点の近傍の位置、例えば膝の位置においては平均点と各人の座標点のばらつきが小さくなっているが、原点から離れた場所、例えば肩や頭の位置においては、それぞれの分布点と平均点とのばらつきが大きくなり、手先においてはさらに大きくばらついている。つまり身体の各部位において、各人の座標のばらつきの差が大きく出るため、平均座標により構成される形状を平均形状とすると、必ずしも妥当な形状が得られるとは言い難い。   In the figure, in the conventional method (left side in the figure), the variation between the average point and the coordinate point of each person is small at a position near the origin, for example, the position of the knee, but at a location away from the origin, for example, a shoulder. In the position of the head, the variation between the respective distribution points and the average point is large, and the hand is more widely dispersed. That is, there is a large difference in the variation in the coordinates of each person in each part of the body, so if the shape formed by the average coordinates is the average shape, it cannot be said that an appropriate shape is necessarily obtained.

本発明では、寸法誤差を改善した平均寸法の生成方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a method for generating an average dimension with improved dimensional errors.

本発明は、原点の位置(座標変換)に不変な量、つまり、人体の体表面における形状を構成する各三角形の辺の長さ(合同条件)に着目し、これらの平均を求めるものである。   The present invention pays attention to the amount invariable to the position of the origin (coordinate conversion), that is, the length of each triangle side (joint condition) constituting the shape of the human body surface, and obtains the average of these. .

代表的な本発明の三次元形状オブジェクトの平均形状算出方法の一つは、複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトについて、各辺の平均値

Figure 2017102855
を算出する工程と、前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンとして表現された平均形状の三次元オブジェクトについて、該平均形状三次元オブジェクトの各辺の長さ(li)と前記各辺の平均値
Figure 2017102855
との誤差二乗和を最小にする、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を算出する工程と、を実行することで、三次元オブジェクトの平均形状を算出する事を特徴とする。 One of the representative methods for calculating the average shape of a three-dimensional object according to the present invention is to calculate the average value of each side for a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons.
Figure 2017102855
And calculating the length (l i ) of each side of the average shape three-dimensional object with respect to the average shape three-dimensional object expressed as a polygon having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects. And the average value of each side
Figure 2017102855
The average shape of the three-dimensional object is calculated by executing the step of calculating the coordinate value of the average shape three-dimensional object that minimizes the sum of squared errors.

Figure 2017102855
とliの誤差二乗和を最小にする、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を算出する工程では、たとえば準ニュートン法を用いることができる。準ニュートン法を用いる場合、複数の三次元オブジェクトのうち、ひとつの三次元オブジェクトの座標値を平均形状三次元オブジェクトの初期座標値とし、準ニュートン法によって前記初期座標値を反復的に補正することで、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を算出する。
Figure 2017102855
For example, a quasi-Newton method can be used in the step of calculating the coordinate value of the average shape three-dimensional object that minimizes the sum of squared errors of and l i . When using the quasi-Newton method, the coordinate value of one of the three-dimensional objects is used as the initial coordinate value of the average shape three-dimensional object, and the initial coordinate value is repeatedly corrected by the quasi-Newton method. Then, the coordinate value of the average shape three-dimensional object is calculated.

本発明によれば、平均寸法の寸法誤差を改善でき、既存の平均寸法との互換性が得られる体形データを求めることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain body shape data that can improve the dimensional error of the average dimension and can be compatible with the existing average dimension.

また、一人の全身の寸法が複数の各個人データの平均値と一致し得る体形データを求めることができる。   Further, it is possible to obtain body shape data in which the size of one person's whole body can match the average value of a plurality of individual data.

例えば、本システムや方法にて求められた体形データを元に体形(平均人/モデル)を実物大で切り出すなどして、衣服のサンプル(製品サンプル)を作成し、当該衣服のサンプルを平均人(モデル)に装着した場合、着心地がよい製品品質を向上することが期待できる。   For example, a body sample (product sample) is created by cutting out the body shape (average person / model) with the actual size based on the body shape data obtained by this system or method, and the sample of the clothes is average person. When mounted on a (model), it can be expected to improve product quality that is comfortable to wear.

上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.

本発明の一実施例に係る体形データ標準化システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the body shape data standardization system which concerns on one Example of this invention. 計算装置(プロセッサ)で実行されるプログラムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the program run with a calculation apparatus (processor). 三角形の頂点サンプルを示す図である。It is a figure which shows the vertex sample of a triangle. 三角形の長さサンプルを示す図である。It is a figure which shows the length sample of a triangle. 実施例1における平均形状の算出手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a procedure for calculating an average shape in the first embodiment. 従来方法の問題点を表す図である。It is a figure showing the problem of the conventional method. 9つの三角形の座標平均から求まる平均形状と、辺の長さ平均から求まる平均形状の比較図である。It is a comparison figure of the average shape calculated | required from the coordinate average of nine triangles, and the average shape calculated | required from the length average of a side. 本発明の効果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the effect of this invention. 実施例2における平均形状の算出手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for calculating an average shape in the second embodiment. 実施例3における平均形状の算出手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for calculating an average shape in the third embodiment. 第1主成分を変動させた時の人体形状の変化の例である。It is an example of the change of a human body shape when changing a 1st main component. 第2主成分を変動させた時の人体形状の変化の例である。It is an example of the change of a human body shape when changing a 2nd main component. 辺の長さについて主成分分析を行った結果の例である。It is an example of the result of having performed principal component analysis about the length of the edge. 角度について主成分分析を行った結果の例である。It is an example of the result of having performed the principal component analysis about the angle.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、「プログラム」を主語として処理の内容を説明する場合があるが、実際にはプログラムは、サーバ等が有する計算装置(例えばCPU(Central Processing Unit))がプログラムを読み込んで実行することによって、処理が実行されるものである。以下の説明において、プログラムを主語として処理の内容を説明している場合、それは実際にはプログラムを実行するサーバのCPUによって処理が実行されることを意味する。プログラムは、プログラムソースから各コンピュータにインストールされても良い。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバ又は記憶メディアなどで提供されるものであってもよい。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the contents of processing may be described with “program” as the subject, but in reality, the program is read by a computer (for example, a CPU (Central Processing Unit)) included in the server or the like. By executing, the processing is executed. In the following description, when the contents of the process are described with the program as the subject, it means that the process is actually executed by the CPU of the server that executes the program. The program may be installed on each computer from a program source. The program source may be provided by, for example, a program distribution server or a storage medium.

まず、本発明者による考察及び実施例の概要について説明する。先にも述べたが、相同化された人体形状データはそれぞれ、同一点数及び同一幾何学構造のポリゴン(具体的には三角形)データとして表現されている。三次元形状オブジェクトの「平均」形状を考えるにあたって、まず三次元形状オブジェクトを形成する三角形の平均形状について説明する。   First, discussions by the present inventors and an outline of the examples will be described. As described above, the homogenized human body shape data is expressed as polygon (specifically, triangle) data having the same number of points and the same geometric structure. In considering the “average” shape of the three-dimensional shape object, first, the average shape of the triangles forming the three-dimensional shape object will be described.

図7は、9つの三角形の「座標平均」(従来方法)と「辺の長さ平均」(本発明方法)を対比して説明するための概念図である。図7のAとBは、9つの三角形の座標の平均を算出することで求められた平均形状である。一方図7のCは、9つの三角形の辺の長さの平均を算出することで求められた平均形状である。   FIG. 7 is a conceptual diagram for comparing and explaining “coordinate average” (conventional method) and “side length average” (method of the present invention) of nine triangles. A and B in FIG. 7 are average shapes obtained by calculating the average of the coordinates of nine triangles. On the other hand, C in FIG. 7 is an average shape obtained by calculating the average length of the sides of nine triangles.

同図において、従来における座標の平均を求める方法では、各三角形の“揃え方”によって何通りもの結果ができてしまう。つまり、どの頂点を(あるいは重心などを)原点にするのか、x軸、y軸をどの方向に設定するのか、など、カタチとは全く無関係なパラメータの設定によって結果は大きく変わってしまう。図中A、Bは、その様子を示すものである。例えば、従来一般的に行われている原点や座標軸を変えて9つの三角形の座標の平均を取った場合、その結果が大きく異なることが判った。このことは、座標の平均というものがいかに不安定かを意味している。   In the figure, in the conventional method for obtaining the average of coordinates, there are several results depending on the “alignment” of the triangles. In other words, the result greatly varies depending on the setting of parameters completely unrelated to the shape, such as which vertex (or center of gravity, etc.) is used as the origin, and in which direction the x-axis and y-axis are set. A and B in the figure show such a state. For example, it has been found that when the coordinates of nine triangles are averaged by changing the origin and coordinate axes that are generally used in the past, the results are greatly different. This means how unstable the coordinate average is.

しかし、本発明の如く、三角形の辺の長さの平均をとった場合、三角形がどの位置にあろうと、どの方向に向いていようと関係なく、結果は安定している。図7のCは、その様子を示すものであり、平均形状は一通りに決まる。   However, as in the present invention, when the lengths of the sides of the triangle are averaged, the result is stable regardless of the position of the triangle and the direction of the triangle. C in FIG. 7 shows such a state, and the average shape is determined in one way.

3Dデータの考え方も基本的には、上述した説明と一緒である。人体の3Dデータは、基本的に三角形のポリゴン(polygon)で構成されている。そのため、全身を構成している各三角形の辺の長さについて平均をとれば、それが平均形状(平均)を表していると考えられる。なお、三角形の大きさが無限に小さい理想的な相同モデルでは、この辺の長さは測地線距離に対応する。   The concept of 3D data is basically the same as described above. The 3D data of the human body is basically composed of triangular polygons. Therefore, if an average is taken of the lengths of the sides of each triangle constituting the whole body, it is considered that it represents an average shape (average). In an ideal homologous model with an infinitely small triangle size, the length of this side corresponds to the geodesic distance.

3Dデータの体表面における計測寸法の平均値は、このモデルの対応する位置での寸法と一致する。すなわち、この方法で作った平均人は、全身が平均寸法で構成された形状であると言える。実際には、三角形の大きさは有限であるため、ある程度の誤差は現れてしまうが、平均寸法とは全く無縁であった座標の平均形状とは違い、基本的に全身が平均寸法で構成される本平均形状は、例えば、衣服製造の分野では遥かに使いやすい。   The average value of the measurement dimension on the body surface of the 3D data is consistent with the dimension at the corresponding position of this model. That is, it can be said that the average person made by this method has a shape in which the whole body is composed of average dimensions. Actually, since the size of the triangle is finite, some error will appear, but unlike the average shape of coordinates, which is completely unrelated to the average size, the whole body is basically composed of the average size. This average shape is much easier to use, for example, in the field of garment manufacture.

そこで、本発明者は、3Dデータを構成している「三角形の辺の長さ」に着目し、平均形状を求める対象となる全三次元形状データから、三次元形状データを形成する全ての三角形の辺の長さの平均を求め、この求められた辺の長さの平均に等しい(あるいは最も近い)長さを持つ三次元形状データを平均形状とする、算出方法を考案した。   Therefore, the present inventor pays attention to the “triangle side length” constituting the 3D data, and all the triangles forming the 3D shape data from all the 3D shape data for which the average shape is obtained. A calculation method has been devised in which the average of the lengths of the sides is obtained, and three-dimensional shape data having a length equal to (or closest to) the average of the obtained side lengths is used as the average shape.

以下の説明では、K人分の人体形状データを用いて、平均形状を求める例を説明する(なお、Kは1以上の整数である)。平均形状の算出原理の説明の前に、以下で用いられる用語・記号の意味を説明する。   In the following description, an example in which an average shape is obtained by using human body shape data for K people will be described (K is an integer of 1 or more). Prior to the description of the principle of calculating the average shape, the meanings of terms and symbols used below will be described.

三次元形状データ(人体形状データ)を構成する三角形の各辺に番号や符号を付して管理し、各辺を識別可能とする。たとえば図3、図4に示されているように、三角形の各辺に辺1、辺2、・・・等の識別番号を付し、また各頂点に頂点1・・・等の識別番号を付して管理する。以下では、1つの人体形状データには、m個の頂点があるものとし(相同モデルの場合、mはたとえば3346等の整数値である)、i番目の人体形状データ(1≦i≦K)の各頂点をPij(jは1以上かつm以下の整数)と表記する。なお、頂点Pijをxyz座標で表現する場合、Pij=(xij, yij, zij)と表現される。なお、添え字jが等しい頂点はそれぞれ、身体表面の同じ位置の頂点を意味する。たとえばa番目の人体形状データの頂点Pajそしてb番目の人体形状データの頂点Pbjは、身体表面の同じ位置の頂点を意味する。 Each side of the triangle constituting the three-dimensional shape data (human body shape data) is managed by assigning a number or code to each side so that each side can be identified. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, identification numbers such as edge 1, edge 2,... Are attached to each side of the triangle, and identification numbers such as vertex 1. Attached and managed. In the following, it is assumed that one human body shape data has m vertices (in the case of a homologous model, m is an integer value such as 3346), and the i-th human body shape data (1 ≦ i ≦ K) Is expressed as P ij (j is an integer not less than 1 and not more than m). When the vertex P ij is expressed by xyz coordinates, it is expressed as P ij = (x ij , y ij , z ij ). Note that vertices having the same subscript j mean vertices at the same position on the body surface. For example, the vertex P aj of the a-th human body shape data and the vertex P bj of the b-th human body shape data mean vertices at the same position on the body surface.

また、1つの(一人分の)人体形状データにはn本(たとえば10032本)の三角形の辺があるものとし、i番目の人体形状データ中のj番目の辺の長さはlij (ここでiとjはそれぞれ、1≦i≦K、1≦j≦nの関係を満たす整数である)と表記する。当然ながら、各辺の長さとは、人体形状データを構成する三角形の3個の頂点のうち、2つの頂点(たとえばPiaとPib)間の距離である。そのためlijが、頂点PiaとPib間の長さを表す場合、lijと頂点Pia及びPibの座標とは、以下の式(1)で表される関係にある。

Figure 2017102855
Further, it is assumed that one (for one person) human body shape data has n (for example, 10032) triangular sides, and the length of the jth side in the i-th human body shape data is l ij (here I and j are integers satisfying the relations 1 ≦ i ≦ K and 1 ≦ j ≦ n). Naturally, the length of each side is the distance between two vertices (for example, P ia and P ib ) among the three vertices of the triangle constituting the human body shape data. Therefore l ij is, when representing the length between the top point P ia and P ib, and l ij and the vertex P ia and P ib coordinates are in a relationship represented by the following formula (1).
Figure 2017102855

本明細書の実施例(特に実施例1)で説明される平均形状の算出方法では、人体形状データの各辺の長さの平均値を用いる。以下ではK人分の人体形状データから算出された辺の平均値のうち、j番目の辺の平均値を

Figure 2017102855
と表記する。なお、表現が冗長になることを避けるために、以下ではK人分の人体形状データから算出された辺の平均値
Figure 2017102855
のことを、単に「各辺の平均値」あるいは「各辺の長さの平均値」と呼ぶ。
Figure 2017102855
は一般的な平均値の算出方法、つまり以下の式(2)によって算出される。
Figure 2017102855
In the average shape calculation method described in the examples (particularly, Example 1) of the present specification, the average value of the lengths of the sides of the human body shape data is used. Below, among the average values of the sides calculated from the human body shape data for K people, the average value of the jth side is shown.
Figure 2017102855
Is written. In order to avoid redundant expressions, the average value of the sides calculated from the human body shape data for K people below.
Figure 2017102855
This is simply referred to as “average value of each side” or “average value of lengths of each side”.
Figure 2017102855
Is calculated by a general average value calculation method, that is, the following equation (2).
Figure 2017102855

また、本明細書では、K人分の人体形状データの平均形状を構成する頂点の集合(これを「平均形状データ」と呼ぶ)を、(P1,P2,…Pm)と表記することとする。また、この頂点(たとえばPi)の座標は(xi,yi,zi)と表記する。さらにK人分の人体形状データの平均形状を構成する各辺の長さの集合は、(l1,l2,…,ln)、またはLと表記する。 Further, in this specification, a set of vertices constituting an average shape of human body shape data for K persons (this is called “average shape data”) is expressed as (P 1 , P 2 ,... P m ). I will do it. The coordinates of this vertex (for example, P i ) are expressed as (x i , y i , z i ). Further, the set of lengths of the sides constituting the average shape of the human body shape data for K persons is expressed as (l 1 , l 2 ,..., L n ) or L.

以下、平均形状の算出原理を概説する。以下の実施例1で説明される(理想的な)平均形状の定義では、平均形状を構成する各辺(l1,l2,…,ln)の長さがそれぞれ、各辺の平均値

Figure 2017102855
と等しい。つまり、以下の実施例1における平均形状の各頂点算出方法では、平均形状を構成する各辺(l1,l2,…,ln)の長さが各辺の平均値
Figure 2017102855
と等しくなる時の、人体形状データの各頂点の座標値を求める。ただし、この座標値の厳密解(解析解)を求めることは困難であるため、以下の式(3)で表される、各辺の長さと各辺の平均値の誤差二乗和
Figure 2017102855
を最小化(極小化)する解(各頂点の座標値)を数値計算により求めることで、平均形状を構成する各頂点の座標値とする。Eが0になる時の解が理想解である。 Hereinafter, the calculation principle of the average shape will be outlined. In the definition of the (ideal) average shape described in Example 1 below, the length of each side (l 1 , l 2 ,..., L n ) constituting the average shape is the average value of each side.
Figure 2017102855
Is equal to That is, in each average shape vertex calculation method in the following first embodiment, the length of each side (l 1 , l 2 ,..., L n ) constituting the average shape is the average value of each side.
Figure 2017102855
The coordinate value of each vertex of the human body shape data when it becomes equal to is obtained. However, since it is difficult to obtain an exact solution (analysis solution) of this coordinate value, the error square sum of the length of each side and the average value of each side represented by the following formula (3)
Figure 2017102855
The value (coordinate value of each vertex) that minimizes (minimizes) is obtained by numerical calculation to obtain the coordinate value of each vertex constituting the average shape. The solution when E is 0 is the ideal solution.

なお、上の誤差二乗和の式(式(3))には座標値(xi,yi,zi)は(明示的に)含まれていないが、上の式(1)で説明したとおり、辺の長さlijは、2つの頂点(たとえば(xia,yia,zia)と(xib,yib,zib))の関数である。そのため、式(3)で表される誤差二乗和Eは、平均形状を構成する全頂点の座標値((x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm))の関数である。したがって、上の式(3)のEを最小化(極小化)する解を求める計算は、Eが最小値(厳密には極小値だが、以下では最小値、と呼ぶ)をとる時の各頂点の座標値((x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm))を求める計算といえる。以下では、誤差二乗和Eが最小値(極小値)をとる時の各頂点を求める方法の、一具体例について説明する。 Note that although the coordinate value (x i , y i , z i ) is not (explicitly) included in the above equation for the sum of squared errors (Equation (3)), it has been explained in Equation (1) above. As described above, the side length l ij is a function of two vertices (for example, (x ia , y ia , z ia ) and (x ib , y ib , z ib )). Therefore, the error sum of squares E expressed by the expression (3) is expressed by the coordinate values ((x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m )) of all vertices constituting the average shape. It is a function. Therefore, the calculation to find a solution that minimizes (minimizes) E in Eq. (3) above is for each vertex when E takes the minimum value (strictly speaking, it is called the minimum value below). It can be said that the coordinate values ((x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m )) are calculated. Hereinafter, a specific example of a method for obtaining each vertex when the error square sum E takes the minimum value (minimum value) will be described.

本例は、多数の統計データとして人体の3Dデータ(図3参照)を元にするものである。また、体形データの形状分析として、三角形の辺の長さを例とするものである。本実施例の説明において、3Dデータを体形データ又は体形形状データと称する場合がある。   This example is based on 3D data (see FIG. 3) of the human body as a large number of statistical data. Further, as an example of the shape analysis of the body shape data, the length of a triangle side is taken as an example. In the description of this embodiment, the 3D data may be referred to as body shape data or body shape data.

図1は、本実施例における平均形状の算出を行うための、体形データ標準化システムの構成例を示すブロック図である。本実施例では、複数人の体形の平均形状を求める例を説明する。ただし以下で説明する体形データ標準化システム及び平均形状算出方法は、人体以外の三次元オブジェクトの平均形状を求める際にも、使用可能である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a body shape data standardization system for calculating an average shape in the present embodiment. In the present embodiment, an example in which an average shape of a plurality of persons is obtained will be described. However, the body data standardization system and the average shape calculation method described below can also be used when obtaining the average shape of a three-dimensional object other than the human body.

体形データ標準化システム1は、例えば、サーバ等のコンピュータで構成される。以下、体形データ標準化システム1のことを「サーバ1」と表現することもある。サーバ1は、計算装置(プロセッサ)11(以下では「プロセッサ11」と表記する)、記憶装置12、入力装置13、出力装置(ディスプレイ、プリンタ)15、プログラムメモリ16、を備えている。   The body data standardization system 1 is configured by a computer such as a server, for example. Hereinafter, the figure data standardization system 1 may be expressed as “server 1”. The server 1 includes a computing device (processor) 11 (hereinafter referred to as “processor 11”), a storage device 12, an input device 13, an output device (display, printer) 15, and a program memory 16.

プロセッサ11は、各装置の動作制御を司り、プログラムメモリ16に格納されたプログラムに従って上記の各装置を制御する。またサーバ1は平均形状の算出のために、少なくとも計測データ収集プログラム111と平均形状(カタチ)出力プログラム116を実行する。これらプログラムは、平均形状算出の処理を行う前には記憶装置12に格納されている。計算装置11が平均形状算出処理を実行する時に、サーバ1はプログラムメモリ16にこれらのプログラムをステージングし、プロセッサ11はプログラムメモリ16にステージングされたプログラムを読み出して実行する。   The processor 11 controls the operation of each device, and controls each of the above devices according to a program stored in the program memory 16. Further, the server 1 executes at least a measurement data collection program 111 and an average shape (shape) output program 116 for calculating the average shape. These programs are stored in the storage device 12 before the average shape calculation processing is performed. When the computing device 11 executes the average shape calculation process, the server 1 stages these programs in the program memory 16, and the processor 11 reads and executes the staged programs in the program memory 16.

記憶装置12は、上で述べたプログラムの他に、多人数の体形を示す3Dデータ(体形形状データ)を蓄積、保存するための装置である。記憶装置12はたとえば、HDD(Hard Disk Drive)などの不揮発性記憶デバイスである。人体の3Dデータは、上述したように基本的に複数のポリゴン(三角形)で構成されており、人体の全身を構成する多数(7000個弱)のポリゴンを含む。   The storage device 12 is a device for accumulating and storing 3D data (body shape data) indicating the shape of a large number of people in addition to the programs described above. The storage device 12 is a non-volatile storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), for example. The 3D data of the human body is basically composed of a plurality of polygons (triangles) as described above, and includes a large number (a little less than 7000) of polygons constituting the whole body of the human body.

入力装置13は、サーバ1の使用者(ユーザ)が、データを入力するための装置である。入力装置13には、キーボードやマウス、操作ボタンなどが含まれる。出力装置15は、平均形状(平均人)を表示するディスプレイや印刷するプリンタ、などの装置である。   The input device 13 is a device for a user (user) of the server 1 to input data. The input device 13 includes a keyboard, a mouse, operation buttons, and the like. The output device 15 is a device such as a display for displaying an average shape (average person) or a printer for printing.

図2は、計算装置(プロセッサ)11で実行される、主なプログラムを表した図である。プロセッサ11では少なくとも、計測データ収集プログラム111、平均形状(カタチ)出力プログラム116が実行される。   FIG. 2 is a diagram showing main programs executed by the computing device (processor) 11. The processor 11 executes at least a measurement data collection program 111 and an average shape (shape) output program 116.

計測データ収集プログラム111は、3D計測器、例えば3Dスキャナーにより計測された多人数(数十〜数千人)の体形を示す3Dデータ(体形形状データ)を収集し、相同化を行い、相同化された3Dデータを記憶装置12に蓄積、保存する。なお、3Dデータの収集の際、所定の年齢の範囲、また体のサイズ(たとえばバスト寸法等)が所定の範囲に含まれる人を集め、それらの人のデータを収集するとよい。ただし、任意の人間の3Dデータを収集しても、本実施例で説明される平均形状の算出を行うことは可能である。   The measurement data collection program 111 collects 3D data (body shape data) indicating the body shape of a large number of people (several tens to thousands) measured by a 3D measuring instrument, for example, a 3D scanner, and performs homology. The stored 3D data is accumulated and stored in the storage device 12. When collecting the 3D data, it is preferable to collect people whose predetermined age range and body size (for example, bust size) are included in the predetermined range and collect data of those people. However, even if arbitrary human 3D data is collected, it is possible to calculate the average shape described in the present embodiment.

平均形状(カタチ)出力プログラム116は、収集された多人数の体型形状データを用いて平均形状(の座標値)を算出するプログラムである。また平均形状(カタチ)出力プログラム116は、算出された平均形状の座標値を用いて人体形状を生成し出力装置15に出力する機能も有する。   The average shape (shape) output program 116 is a program for calculating an average shape (coordinate values thereof) using the collected body shape data of a large number of people. The average shape (shape) output program 116 also has a function of generating a human body shape using the calculated coordinate value of the average shape and outputting it to the output device 15.

図3は、計測データ収集プログラム111が収集する、多人数の3Dデータの頂点サンプル例を示し、多人数のデータに対する三角形の頂点のxyz座標を示す図である。例えば、1番目の人のデータは、頂点1のX座標が「30.4594」、頂点1のY座標が「700.145」、頂点1のZ座標が「−33.5433」であることを示している。データは一部を省略している。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of vertex samples of 3D data for a large number of people collected by the measurement data collection program 111, and is a diagram illustrating xyz coordinates of vertices of a triangle with respect to the data for a large number of people. For example, the first person's data indicates that the X coordinate of vertex 1 is “30.4594”, the Y coordinate of vertex 1 is “700.145”, and the Z coordinate of vertex 1 is “−33.5433”. Show. A part of the data is omitted.

図4は、計測データ収集プログラム111が収集する、多人数の3Dデータの長さサンプル例を示し、多人数のデータに対する三角形の辺の長さを示す図である。例えば、1番目の人のデータは、辺1の長さが「28.2783」、辺2の長さが「25.74598」、・・・であることを示している。同図において、データは一部を省略している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of length of 3D data for a large number of people collected by the measurement data collection program 111, and is a diagram illustrating the lengths of the sides of a triangle for the data for a large number of people. For example, the data of the first person indicates that the length of the side 1 is “28.2783”, the length of the side 2 is “25.74598”, and so on. In the figure, a part of the data is omitted.

図5に記載のフローチャートを参照しながら、サーバ1のプロセッサ11で行われる、平均形状算出処理の手順を説明していく。なお、図中の参照番号の冒頭に付されているアルファベット“S”は、「ステップ」の略語である。   The procedure of the average shape calculation process performed by the processor 11 of the server 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The alphabet “S” added to the beginning of the reference number in the figure is an abbreviation for “step”.

まず、ステップ1111にて、計測データ収集プログラム111は多人数の3Dデータ(体形形状データ)を収集する。概要説明の際に述べた例と同じく、たとえばK人の全身の計測データを収集し、収集された計測データから相同化された人体形状データの頂点Pijの座標値(xij,yij,zij)を求め、求められた座標値を記憶装置12に格納する。図4は、収集・格納された座標値の例を示している。なお相同化は周知の処理であるから、ここでは詳細な説明は略す。 First, in step 1111, the measurement data collection program 111 collects 3D data (body shape data) for a large number of people. Similar to the example described in the outline description, for example, measurement data of the whole body of K people are collected, and the coordinate values (x ij , y ij , vertices) of the vertex P ij of the human body shape data homogenized from the collected measurement data z ij ) is obtained, and the obtained coordinate values are stored in the storage device 12. FIG. 4 shows an example of coordinate values collected and stored. Since homology is a well-known process, detailed description thereof is omitted here.

またステップ1111で計測データ収集プログラム111は、各人の人体形状データの座標値を基に、人体形状を構成する三角形の各辺の長さを算出し、算出された各辺の長さを記憶装置12に格納する。図4は、記憶装置12に格納された各辺の長さの情報の例を示している。なお、計測データをステップ1111で収集する代わりに、相同化された座標値及び辺の長さの情報を、予め記憶装置12に格納しておいてもよい。その場合、サーバ1は計測データ収集プログラム111を実行する必要はない。   In step 1111, the measurement data collection program 111 calculates the length of each side of the triangle constituting the human body shape based on the coordinate value of the human body shape data of each person, and stores the calculated length of each side. Store in device 12. FIG. 4 shows an example of information on the length of each side stored in the storage device 12. Instead of collecting the measurement data in step 1111, the homogenized coordinate value and side length information may be stored in the storage device 12 in advance. In that case, the server 1 does not need to execute the measurement data collection program 111.

次に、ステップ1112にて、平均形状(カタチ)出力プログラム116は、ステップ1111で収集された全員分の3Dデータについて、3Dデータを構成する三角形の各辺の長さを記憶装置12から読み出し、続いてそれをもとに3Dデータを構成する三角形の各辺の長さの平均値

Figure 2017102855
を算出する。ただし別の実施形態として、ステップ1112で平均形状(カタチ)出力プログラム116が各辺の長さの平均値
Figure 2017102855
を算出する代わりに、あらかじめ算出された各辺の長さの平均値を記憶装置12に格納しておいてもよい。その場合、ステップ1112が実行される必要はない。 Next, in step 1112, the average shape (shape) output program 116 reads out the length of each side of the triangle constituting the 3D data from the storage device 12 with respect to the 3D data for all members collected in step 1111. Subsequently, the average value of the length of each side of the triangle that makes up the 3D data based on it
Figure 2017102855
Is calculated. However, as another embodiment, in step 1112, the average shape (shape) output program 116 calculates the average length of each side.
Figure 2017102855
Instead of calculating, the average value of the lengths of the sides calculated in advance may be stored in the storage device 12. In that case, step 1112 need not be executed.

続いて、ステップ1113にて、平均形状(カタチ)出力プログラム116は、平均形状を構成する座標値を格納するための変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)を用意する。そして平均形状(カタチ)出力プログラム116は、K人分の3Dデータの中から、一人分の3Dデータの座標値を初期値として選択し、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納する。初期値の選択方法には任意の方法が用いられ得る。ただし、本実施例に係る平均形状(カタチ)出力プログラム116では、各人の3Dデータを構成する三角形の各辺の長さ(li1,li2,…,lin)と(iは1以上K以下の整数である)、各辺の長さの平均値

Figure 2017102855
との誤差二乗和を算出し、誤差二乗和が最も小さくなる人のデータを座標値の初期値とする。各辺の長さが最も各辺の長さの平均値
Figure 2017102855
に近い人の座標値を用いると、この後の計算速度が向上するためである。 Subsequently, in step 1113, the average shape (shape) output program 116 stores variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z) for storing coordinate values constituting the average shape. m ) is prepared. Then, the average shape (shape) output program 116 selects the coordinate value of the 3D data for one person as the initial value from the 3D data for K persons, and the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ). Any method can be used as a method for selecting an initial value. However, in the average shape (shape) output program 116 according to the present embodiment, the lengths (l i1 , l i2 ,..., L in ) of triangles constituting each person's 3D data and (i is 1 or more) (It is an integer less than or equal to K), the average length of each side
Figure 2017102855
And the data of the person with the smallest error square sum is used as the initial coordinate value. The average length of each side is the length of each side
Figure 2017102855
This is because the calculation speed after this increases when the coordinate value of a person close to is used.

ステップ1114〜ステップ1115では、平均形状(カタチ)出力プログラム116は平均形状を構成する各辺の長さと各辺の平均値との誤差二乗和を最小にする座標値の算出を行う(厳密には後述する通り、誤差二乗和が所定の閾値未満になる時の座標値を求める)。本実施例に係る平均形状(カタチ)出力プログラム116は、誤差二乗和を最小にする座標値を求めるために準ニュートン法を用いる。具体的には、平均形状(カタチ)出力プログラム116は、ステップ1113で変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納された座標値を初期値として、式(3)の誤差二乗和Eを最小にする座標値の算出を行う(正確には、式(3)のliを、式(1)を用いて変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に置き換えた式を用いる)。 In step 1114 to step 1115, the average shape (shape) output program 116 calculates a coordinate value that minimizes the sum of squared errors between the length of each side constituting the average shape and the average value of each side (strictly speaking, As will be described later, a coordinate value when the sum of squared errors is less than a predetermined threshold value is obtained). The average shape (shape) output program 116 according to the present embodiment uses a quasi-Newton method in order to obtain a coordinate value that minimizes the sum of squared errors. Specifically, the average shape (shape) output program 116 uses the coordinate values stored in the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) in step 1113 as initial values. The coordinate value that minimizes the error sum of squares E in equation (3) is calculated (exactly, l i in equation (3) is converted into variables (x 1 , y 1 , z using equation (1)). 1 ) to (x m , y m , z m ) are used).

よく知られているように、準ニュートン法等の計算方法では、反復計算を行うことで、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納された値を更新(補正)していく。そして誤差二乗和の傾斜∇E(x1,y1,z1,…,xm,ym,zm)が0または所定の閾値を下回るまで反復計算を行うことで、誤差二乗和Eの極小値を求める(ステップ1114)。もちろん別の実施形態として、反復回数が所定回数を上回った時点で、反復計算を終了してもよい。 As is well known, calculation methods such as the quasi-Newton method are stored in variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) by performing iterative calculations. The value is updated (corrected). Then, iterative calculation is performed until the slope ∇E (x 1 , y 1 , z 1,..., X m , y m , z m ) of the error sum of squares falls below 0 or a predetermined threshold value. A minimum value is obtained (step 1114). Of course, as another embodiment, the iterative calculation may be terminated when the number of iterations exceeds a predetermined number.

ステップ1115で、誤差二乗和Eを計算し、Eが所定の閾値以下になっているか判定する。Eが所定の閾値になっていれば(ステップ1115:Y)、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納されている値が、平均形状(を構成する座標値の集合)である。その場合には平均形状(カタチ)出力プログラム116は、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納されている値を、出力装置15あるいは記憶装置12に出力して、処理を終了する(ステップ1116)。一方ステップ1115で、Eが所定の閾値を上回っている場合には(ステップ1115:N)、ステップ1114を再び実行する。 In step 1115, an error sum of squares E is calculated, and it is determined whether E is equal to or less than a predetermined threshold. If E is a predetermined threshold value (step 1115: Y), the values stored in the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) are average shapes ( Is a set of coordinate values). In that case, the average shape (shape) output program 116 outputs the values stored in the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) to the output device 15 or the storage device. 12 to finish the processing (step 1116). On the other hand, if E exceeds a predetermined threshold value in step 1115 (step 1115: N), step 1114 is executed again.

なお、ステップ1114、ステップ1115を実行することにより、平均形状を構成する座標値の集合((x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm))が得られるが、これを出力装置15に出力する際の方法としては、単に座標値(数値)を出力する以外に、様々な出力方法を採用することができる。たとえば平均形状(カタチ)出力プログラム116は、得られた座標値を用いて、人体の画像を作成し、それをディスプレイに出力してもよい。また、平均形状(カタチ)出力プログラム116は出力装置15に3Dプリンタを用いることで、得られた座標値を、3次元の人体形状の造形物を作成するようにしてもよい。 Note that by executing Step 1114 and Step 1115, a set of coordinate values ((x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m )) constituting the average shape is obtained. As a method for outputting this to the output device 15, various output methods can be adopted other than simply outputting coordinate values (numerical values). For example, the average shape (shape) output program 116 may create an image of the human body using the obtained coordinate values and output it to the display. Further, the average shape (shape) output program 116 may use a 3D printer as the output device 15 so as to create a three-dimensional human body shaped object with the obtained coordinate values.

図8を用いて、本実施例における平均形状の算出方法の効果の一例を説明する。本実施例における平均形状の算出方法では上で述べたように、平均形状を構成する各辺の長さliと、K人分の人体形状の各辺の長さの平均値

Figure 2017102855
との誤差二乗和Eを最小にする解(頂点の座標)を求める。もっとも理想的な場合は、誤差二乗和Eが0になる場合である。この場合、式(3)から明らかなように、平均形状を構成する各辺の長さliと、各辺の長さの平均値
Figure 2017102855
は等しい。 An example of the effect of the average shape calculation method in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the calculation method of the average shape in the present embodiment, as described above, the length l i of each side constituting the average shape and the average value of the length of each side of the human body shape for K persons.
Figure 2017102855
Find the solution (vertex coordinates) that minimizes the error sum of squares E. The most ideal case is when the error sum of squares E becomes zero. In this case, as is apparent from the equation (3), the length l i of each side constituting the average shape and the average value of the lengths of each side
Figure 2017102855
Are equal.

上で説明した実施例では、有限個のポリゴン(三角形)から構成される人体モデル(相同モデル)が用いられる例が説明されたが、仮に無限小のポリゴンから構成される人体モデルを用いて平均形状を求めたケースを想定する。これにより求められた平均人体形状の体表面上の任意区間の距離、たとえば胴回りの距離(ウエスト寸法)は、平均人体形状の算出に用いられた複数人のウエスト寸法(たとえば692mm、578mm、691mm)の平均(654mm)に一致することになる。実際に平均形状を求める場合、有限個のポリゴンで構成される人体モデルを用いることになるため、必ずしも平均形状のウエスト寸法が複数人のウエスト寸法の平均と一致しないが、ポリゴン数を多くすることで、両者を近づけることはできる。従来から存在する体形寸法計測方法は、ウエストなどの計測方法に代表されるように、人体表面上の区間の距離(寸法)を算出するものが多い。本実施例に係る平均形状算出方法では、求められた平均人体形状の表面上の区間の距離が、複数の人体表面上区間の距離の平均と極めて近くなることが期待され、従来からある体型の寸法計測方法と良く整合するという利点がある。   In the above-described embodiment, an example in which a human body model (homology model) composed of a finite number of polygons (triangles) is used is explained. However, an average using a human body model composed of infinitely small polygons is used. A case where the shape is obtained is assumed. The distance of the arbitrary section on the body surface of the average human body shape obtained by this, for example, the waist circumference (waist dimension) is the waist dimension (for example, 692 mm, 578 mm, 691 mm) of plural persons used for calculating the average human body shape. It will correspond to the average of (654 mm). When actually obtaining the average shape, a human body model composed of a finite number of polygons will be used, so the waist size of the average shape does not necessarily match the average of the waist dimensions of multiple people, but the number of polygons should be increased So you can bring them closer together. Many body dimension measuring methods that exist in the past, as represented by a measuring method such as a waist, often calculate the distance (dimension) of a section on the human body surface. In the average shape calculation method according to the present embodiment, the distance of the section on the surface of the obtained average human body shape is expected to be extremely close to the average of the distances of the plurality of sections on the human body surface. There is an advantage that it matches well with the dimension measurement method.

続いて、実施例2に係る、三次元オブジェクトの平均形状の算出方法、及びこの平均形状の算出処理を行う体形データ標準化システムについて説明する。実施例2に係る体形データ標準化システムのハードウェア構成は、実施例1で説明したものと同じであるため、ここでの説明は省略する。   Next, a method for calculating the average shape of a three-dimensional object and a body shape data standardization system that performs this average shape calculation process according to the second embodiment will be described. Since the hardware configuration of the body shape data standardization system according to the second embodiment is the same as that described in the first embodiment, a description thereof is omitted here.

また、実施例2に係る体形データ標準化システムは、実施例1で説明したものと同様に、多人数の3Dデータを収集するための計測データ収集プログラム111’と、収集された多人数の体型形状データを用いて平均形状(の座標値)を算出するための平均形状出力プログラム116’を有する。計測データ収集プログラム111’と平均形状出力プログラム116’が実行する処理の内容は、実施例1で説明した計測データ収集プログラム111及び平均形状出力プログラム116が実行する処理と、多くの部分で共通しているので、以下では両者の相違点を中心に説明する。   In addition, the body shape data standardization system according to the second embodiment is similar to the one described in the first embodiment. The measurement data collection program 111 ′ for collecting 3D data for a large number of people and the collected body shape shapes for a large number of people An average shape output program 116 ′ for calculating an average shape (coordinate values thereof) using data is provided. The contents of the processing executed by the measurement data collection program 111 ′ and the average shape output program 116 ′ are common in many parts to the processing executed by the measurement data collection program 111 and the average shape output program 116 described in the first embodiment. Therefore, the following description will focus on the differences between the two.

まず、各プログラムが行う処理の詳細の説明の前に、実施例2の平均形状算出方法の原理を説明する。実施例1では、三次元オブジェクトの平均形状を求めるための方法として、複数の三次元オブジェクトについて、三次元オブジェクトを構成するポリゴン(三角形)の各辺の長さの平均を求め、各辺の長さが、ここで求められた長さの平均に等しい(あるいは誤差二乗和が最小になる)三次元オブジェクトを、三次元オブジェクトの平均形状にする方法を説明した。一方、以下で説明する実施例2では、三次元オブジェクトの平均形状を求めるために、三次元オブジェクトを構成する各三角形の各頂点の角度に着目した方法を説明する。   First, the principle of the average shape calculation method according to the second embodiment will be described before the details of the processing performed by each program. In the first embodiment, as a method for obtaining an average shape of a three-dimensional object, an average of the lengths of the sides of a polygon (triangle) constituting the three-dimensional object is obtained for a plurality of three-dimensional objects, and the length of each side is obtained. A method has been described in which a three-dimensional object that is equal to the average of the lengths obtained here (or the error sum of squares is minimized) is made an average shape of the three-dimensional object. On the other hand, in a second embodiment described below, a method will be described in which attention is paid to the angles of the vertices of each triangle constituting the three-dimensional object in order to obtain the average shape of the three-dimensional object.

以下、実施例1と同様に、K人分の人体形状データを用いて、平均形状を求める例を説明する(なお、Kは1以上の整数である)。実施例1と同様、1つの人体形状データには、m個の頂点があるものとし、i番目の人体形状データ(1≦i≦K)の各頂点をPij(jは1以上m以下の整数)と表記する。なお、頂点Pijをxyz座標で表現する場合、Pij=(xij, yij, zij)と表現される。なお、添え字jが等しい頂点はそれぞれ、身体表面の同じ位置の頂点を意味する。たとえばa番目の人体形状データの頂点Pajそしてb番目の人体形状データの頂点Pbjは、身体表面の同じ位置の頂点を意味する。 Hereinafter, as in the first embodiment, an example in which an average shape is obtained using human body shape data for K persons will be described (K is an integer of 1 or more). As in the first embodiment, it is assumed that one human body shape data has m vertices, and each vertex of the i-th human body shape data (1 ≦ i ≦ K) is represented by P ij (j is 1 to m). (Integer). When the vertex P ij is expressed by xyz coordinates, it is expressed as P ij = (x ij , y ij , z ij ). Note that vertices having the same subscript j mean vertices at the same position on the body surface. For example, the vertex P aj of the a-th human body shape data and the vertex P bj of the b-th human body shape data mean vertices at the same position on the body surface.

また、1つの(一人分の)人体形状データにはn個の三角形の角があるものとし、i番目の人体形状データ中のj番目の角の大きさはθij(ここでiとjはそれぞれ、1≦i≦K、1≦j≦nの関係を満たす整数である)と表記する。 In addition, it is assumed that one (for one person) human body shape data has n triangular corners, and the size of the j-th corner in the i-th human body shape data is θ ij (where i and j are These are integers satisfying the relations 1 ≦ i ≦ K and 1 ≦ j ≦ n).

本実施例において角の大きさを求める場合、人体形状データを構成する三角形の3個の頂点で構成される2つの辺によって構成される角の大きさを求めることになる。たとえば、頂点Pia、Pib、Picで構成される三角形の場合、PiaとPibを端点とする辺と、PiaとPicを端点とする辺の間にできる角(つまり頂点Piaの位置に形成される角)の大きさを求める。ここでPiaとPicを端点とする辺の間にできる角をθijとすると、θijと頂点Pia、Pib及びPicの座標とは、以下の式(4)で表される関係にある。

Figure 2017102855
In the present embodiment, when the corner size is obtained, the corner size constituted by two sides constituted by three vertices of the triangle constituting the human body shape data is obtained. For example, in the case of a triangle composed of vertices P ia , P ib , and P ic , the angle formed between the side that ends at P ia and P ib and the side that ends at P ia and P ic (that is, vertex P Find the size of the corner formed at the position of ia . Here, when the angle formed between the sides and end points P ia and P ics and theta ij, theta ij and vertex P ia, the coordinates of P ib and P ics is represented by the following formula (4) There is a relationship.
Figure 2017102855

また、K人分の人体形状データのj番目の角度の平均値を

Figure 2017102855
と表記する。
Figure 2017102855
は実施例1で説明した式(2)と同様に、一般的な平均値の算出方法で算出される(式(5))。
Figure 2017102855
In addition, the average value of the jth angle of the human body shape data for K people is
Figure 2017102855
Is written.
Figure 2017102855
Is calculated by a general average value calculation method (formula (5)) in the same manner as formula (2) described in the first embodiment.
Figure 2017102855

実施例2における、三次元オブジェクトの平均形状の算出原理は、実施例1で説明したものと同様である。つまり実施例2では、平均形状を表現する三次元オブジェクトを構成する各三角形の角度(θ12,…,θm)が、

Figure 2017102855
に等しくなる時の、三次元オブジェクトの頂点を求める。そしてこれを求める時に、以下の式(6)で表される、各角度と角度の平均値との誤差二乗和E´
Figure 2017102855
を最小化する解を、準ニュートン法などの数値計算を用いて求める点も、実施例1で説明したものと同様である。 The calculation principle of the average shape of the three-dimensional object in the second embodiment is the same as that described in the first embodiment. In other words, in the second embodiment, the angles (θ 1 , θ 2 ,..., Θ m ) of the respective triangles constituting the three-dimensional object expressing the average shape are
Figure 2017102855
Finds the vertex of a 3D object when When obtaining this, the sum of squared errors E ′ of each angle and the average value of the angles expressed by the following equation (6):
Figure 2017102855
The point that obtains a solution that minimizes using numerical calculation such as the quasi-Newton method is the same as that described in the first embodiment.

続いて、計算装置(プロセッサ)で実行される平均形状算出処理の流れを、図9を用いて説明する。   Next, the flow of the average shape calculation process executed by the calculation device (processor) will be described with reference to FIG.

まず、ステップ1111’にて、計測データ収集プログラム111’は多人数の3Dデータ(体形形状データ)を収集する。たとえばK人の全身の計測データを収集し、収集された計測データから相同化された人体形状データの頂点Pij(具体的には座標値(xij,yij,zij)である)を求め、相同化された座標値を記憶装置12に格納する。 First, in step 1111 ′, the measurement data collection program 111 ′ collects 3D data (body shape data) for a large number of people. For example, the measurement data of the whole body of K people are collected, and the vertex P ij (specifically, the coordinate value (x ij , y ij , z ij )) of the human body shape data homogenized from the collected measurement data is obtained. The obtained and homogenized coordinate values are stored in the storage device 12.

またここで計測データ収集プログラム111’は、各人の人体形状データの座標値を基に、人体形状を構成する全ての三角形の各頂点の角度を算出し、算出された各角度を記憶装置12に格納する。角度は、上で述べた式(4)を用いることで求められる。なお、計測データをステップ1111’で収集する代わりに、予め相同化された座標値及び各頂点の角度を記憶装置12に格納しておいてもよい。その場合、計算装置11は計測データ収集プログラム111’を実行する必要はない。   Here, the measurement data collection program 111 ′ calculates the angles of the vertices of all the triangles constituting the human body shape based on the coordinate values of the human body shape data of each person, and stores the calculated angles in the storage device 12. To store. The angle is obtained by using the equation (4) described above. Instead of collecting the measurement data in step 1111 ′, the coordinate values and the angles of the vertices that have been homologized in advance may be stored in the storage device 12. In this case, the calculation device 11 does not need to execute the measurement data collection program 111 '.

次に、ステップ1112’にて、平均形状(カタチ)出力プログラム116’は、ステップ1111’で求められた、全員分の3Dデータの各角度の情報を用いて、3Dデータを構成する三角形の各頂点の角度の平均

Figure 2017102855
を算出する。ただし別の実施形態として、ステップ1112’で各角度の平均を算出する代わりに、あらかじめ算出された平均を記憶装置12に格納しておいてもよい。 Next, in step 1112 ′, the average shape (shape) output program 116 ′ uses each angle information of the 3D data for all the members obtained in step 1111 ′ to obtain each of the triangles constituting the 3D data. Average vertex angle
Figure 2017102855
Is calculated. However, as another embodiment, instead of calculating the average of each angle in step 1112 ′, the average calculated in advance may be stored in the storage device 12.

ステップ1113’は、実施例1のステップ1113と同様の処理である。つまり平均形状(カタチ)出力プログラム116は、平均形状を構成する座標値を格納するための変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)を用意する。そして平均形状(カタチ)出力プログラム116は、K人分の3Dデータの中から、一人分の3Dデータの座標値を初期値として選択し、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納する。初期値の選択方法も、実施例1で述べたとおり、任意の方法が用いられてよい。一例として、各人の3Dデータを構成する三角形の各頂点の角度(θ12,…,θm)と各角度の平均

Figure 2017102855
との誤差二乗和を算出し、誤差二乗和が最も小さくなる人のデータを座標値の初期値とするとよい。 Step 1113 ′ is the same process as step 1113 of the first embodiment. That is, the average shape (shape) output program 116 prepares variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) for storing coordinate values constituting the average shape. Then, the average shape (shape) output program 116 selects the coordinate value of the 3D data for one person as the initial value from the 3D data for K persons, and the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ). As the initial value selection method, any method may be used as described in the first embodiment. As an example, the angle (θ 1 , θ 2 , ..., θ m ) and the average of each angle of the triangles that make up the 3D data of each person
Figure 2017102855
It is preferable to calculate the sum of squared errors with the data of the person who has the smallest sum of squared errors as the initial coordinate value.

ステップ1114’〜ステップ1115’では、平均形状(カタチ)出力プログラム116’はθi

Figure 2017102855
の誤差二乗和E´を最小にする座標値の算出を行う。ステップ1114’でも実施例1と同様に、準ニュートン法が用いられる。 In steps 1114 ′ to 1115 ′, the average shape (shape) output program 116 ′ is set to θ i .
Figure 2017102855
The coordinate value that minimizes the error sum of squares E ′ is calculated. In step 1114 ′, the quasi-Newton method is used as in the first embodiment.

ステップ1115’では、平均形状(カタチ)出力プログラム116’は誤差二乗和E´を計算し、E´が所定の閾値以下になっているか判定する。E´が所定の閾値になっていれば、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納されている値が、平均形状(を構成する座標値の集合)である。最後に平均形状(カタチ)出力プログラム116’は、変数(x1,y1,z1)〜(xm,ym,zm)に格納されている値を、出力装置15あるいは記憶装置12に出力して、処理を終了する(ステップ1116’)。ステップ1115’で、E´が所定の閾値を上回っている場合には、ステップ1114’を再び実行する。 In step 1115 ′, the average shape (shape) output program 116 ′ calculates an error square sum E ′ and determines whether E ′ is equal to or less than a predetermined threshold. If E ′ is a predetermined threshold value, the values stored in the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) are the coordinate values constituting the average shape ( Set). Finally, the average shape (shape) output program 116 ′ uses the values stored in the variables (x 1 , y 1 , z 1 ) to (x m , y m , z m ) as the output device 15 or the storage device 12. To terminate the process (step 1116 ′). In step 1115 ′, if E ′ exceeds a predetermined threshold value, step 1114 ′ is executed again.

続いて、実施例3に係る、三次元オブジェクトの平均形状の算出方法、及びこの平均形状の算出処理を行う体形データ標準化システムについて説明する。実施例2に係る体形データ標準化システムのハードウェア構成は、実施例1で説明したものと同じであるため、ここでの説明は省略する。   Next, a method for calculating the average shape of a three-dimensional object and a body shape data standardization system that performs this average shape calculation process according to the third embodiment will be described. Since the hardware configuration of the body shape data standardization system according to the second embodiment is the same as that described in the first embodiment, a description thereof is omitted here.

また、実施例3に係る体形データ標準化システムは、計測データ収集プログラム111と、収集された多人数の体型形状データを用いて平均形状を変形した形状(これを本実施例では変形形状と呼ぶ)を算出するための変形形状出力プログラム117を有する。計測データ収集プログラム111は、実施例1で説明した計測データ収集プログラム111と同じである。変形形状出力プログラム117は、実施例1で説明した平均形状出力プログラム116と同じ機能を含むとともに、変形された形状データを生成する処理(以下、「変形形状生成処理」と呼ぶ)を行う。以下では主に、変形形状生成処理の内容を説明する。   The body shape data standardization system according to the third embodiment is a shape obtained by deforming the average shape using the measurement data collection program 111 and the collected body shape data of a large number of people (this is called a deformed shape in this embodiment). Has a deformed shape output program 117 for calculating. The measurement data collection program 111 is the same as the measurement data collection program 111 described in the first embodiment. The deformed shape output program 117 includes the same function as the average shape output program 116 described in the first embodiment, and performs processing for generating deformed shape data (hereinafter referred to as “deformed shape generation processing”). The contents of the deformed shape generation process will be mainly described below.

実施例1と同じく、元のデータとして、K人分の人体形状データを用いる例を説明する。また以下では、頂点、頂点の座標、辺の長さの表記法は、実施例1で説明したものと同じとする。   As in the first embodiment, an example in which human body shape data for K persons is used as original data will be described. In the following description, the notation of vertices, vertex coordinates, and side lengths is the same as that described in the first embodiment.

実施例3に係る変形形状生成処理では、K人分の人体形状データに対して主成分分析を行う。主成分分析とは、各データを、できるかぎり情報損失を抑えるように張られた低次元の部分空間によって表現する、統計的手法である。実施例3に係る変形形状生成処理ではまず、K人分の人体形状データについて、各辺の長さを求める。以下では、1人分の人体形状データの各辺の長さをベクトルとして表現する。このベクトルを以下では、「辺ベクトル」と呼ぶ。i番目の人体形状データのj番目の辺の長さをlijと表記すると、i番目の人体形状データの辺ベクトルLiは以下の式(7)のように表現される。

Figure 2017102855
In the deformed shape generation process according to the third embodiment, principal component analysis is performed on human body shape data for K people. Principal component analysis is a statistical technique in which each data is represented by a low-dimensional subspace that is designed to suppress information loss as much as possible. In the deformed shape generation process according to the third embodiment, first, the length of each side is obtained for the human body shape data for K people. In the following, the length of each side of the human body shape data for one person is expressed as a vector. Hereinafter, this vector is referred to as an “edge vector”. When the length of the jth side of the i-th human body shape data is expressed as l ij , the side vector L i of the i-th human body shape data is expressed as the following Expression (7).
Figure 2017102855

実施例3に係る変形形状生成処理では、辺ベクトルL1,L2,L3,…,LKについて主成分分析が行われる。なお、以下ではK人分の人体形状データの辺の長さの平均値のベクトルを、

Figure 2017102855
と表記する。また主成分分析の結果として得られる部分空間の基底をp1, p2, p3,…, prとするとき、部分空間上の辺ベクトルLは、部分空間の基底を用いると以下の式(8)で表現することができる。なお、p1は、第1主成分ベクトルを表し、p2, p3…はそれぞれ第2主成分ベクトル、第3主成分ベクトル…を表す。
Figure 2017102855
In deformed shape generation process according to the third embodiment, the side vector L 1, L 2, L 3 , ..., principal component analysis is performed on the L K. In the following, a vector of average values of the side lengths of human body shape data for K people is
Figure 2017102855
Is written. When the subspace basis obtained as a result of the principal component analysis is p 1 , p 2 , p 3 ,..., Pr , the edge vector L on the subspace can be expressed as It can be expressed by (8). P 1 represents a first principal component vector, and p 2 , p 3 ... Represent a second principal component vector, a third principal component vector,.
Figure 2017102855

ベクトルs=(s1,s2,, s)が0の時、辺ベクトルLは、平均形状を表す。また、ベクトルSを変化させることで、様々な人体形状(人体形状の辺の長さベクトル)を生成できる。なお、ベクトルを変化させる時、たとえばs1のみあるいはs2のみを変化させてもよいし、s1,s2,…のすべての値を変化させてもよい。 When the vector s = (s 1, s 2, ... , S r ) is 0, the edge vector L represents an average shape. Further, by changing the vector S, various human body shapes (length vectors of sides of the human body shape) can be generated. When changing the vector, for example, only s 1 or s 2 may be changed, or all values of s 1, s 2, ... May be changed.

本願発明者は、多数の人体形状のサンプルを収集し、人体形状の各辺(辺ベクトル)について主成分分析を行った結果、第1主成分と第2主成分が人体形状を構成する要素として支配的であることを発見した。図13に、辺の長さについて主成分分析を行った結果の一例を示す。図13のグラフの横軸が主成分を表し、縦軸は、各主成分の固有値を表している。図13を参照すると、第1主成分と第2主成分の固有値だけが、他の主成分に比べて大きいことが分かる。   As a result of collecting a large number of human body shape samples and performing principal component analysis on each side (side vector) of the human body shape, the inventor of the present application has found that the first principal component and the second principal component constitute the human body shape. I found it dominant. FIG. 13 shows an example of the result of principal component analysis for the length of the side. The horizontal axis of the graph of FIG. 13 represents the principal component, and the vertical axis represents the eigenvalue of each principal component. Referring to FIG. 13, it can be seen that only the eigenvalues of the first principal component and the second principal component are larger than the other principal components.

また本願発明者は、第1主成分は人体の大きさを表す成分であり、第2主成分は人体の太さ(肥満度)表す成分であることを発見した。図11に、第1主成分を変動させた時の、人体形状の変化の例を示す。図11の(b)は平均形状を表しており、図11の(a)は第1主成分を大きくした(上の式(8)のs1を大きくした)場合の人体形状の例を表している。一方図11の(c)は第1主成分を小さくした(上の式(8)のs1を小さくした)場合の人体形状の例を表している。 The inventors of the present application have also found that the first main component is a component representing the size of the human body, and the second main component is a component representing the thickness of the human body (obesity level). FIG. 11 shows an example of a change in the human body shape when the first principal component is changed. (B) in FIG. 11 represents an average shape, and (a) in FIG. 11 represents an example of a human body shape when the first principal component is increased (s 1 in the above equation (8) is increased). ing. On the other hand, FIG. 11C shows an example of a human body shape when the first main component is reduced (s 1 in the above equation (8) is reduced).

図12に、第2主成分を変動させた時の、人体形状の変化の例を示す。図12の(b)は図11の(b)と同じく平均形状を表している。そして図12の(d)は第2主成分を小さくした(上の式(8)のs2を小さくした)場合の人体形状の例を表しており、図12の(e)は第2主成分を大きくした(上の式(8)のs2を大きくした)場合の人体形状の例を表している。 FIG. 12 shows an example of a change in the human body shape when the second principal component is changed. FIG. 12B shows an average shape as in FIG. 11B. 12D shows an example of the human body shape when the second main component is reduced (s 2 in the above equation (8) is reduced), and FIG. 12E shows the second main component. was larger components represent examples of (significantly and the s 2 of the above equation (8)) human when the shape.

つまり、ベクトルSのうち、要素s1のみを0以外の値に変化させることで、平均形状よりも大きな(あるいは小さな)体格の人体形状(の平均ベクトル)を求めることができ、一方s2を変化させることで、平均形状よりも太った(または痩せた)体格の人体形状(の平均ベクトル)を求めることができる。なお、以下では要素s1を「第1主成分変形度」と呼び、要素s2を「第2主成分変形度」と呼ぶ。 That is, by changing only the element s 1 in the vector S to a value other than 0, a human body shape (average vector) having a physique larger (or smaller) than the average shape can be obtained, while s 2 is By changing, it is possible to obtain a human body shape (an average vector thereof) having a physique that is thicker (or thinner) than the average shape. Hereinafter, the element s 1 is referred to as a “first principal component deformation degree”, and the element s 2 is referred to as a “second principal component deformation degree”.

続いて図10を用いて、実施例3に係る体形データ標準化システムが実施する、変形形状生成方法の処理の流れを説明する。この処理の流れは、実施例1の図5の処理の流れと多くの部分は共通する。そのため以下では、図5との相違点を中心に説明する。   Next, the flow of processing of the deformed shape generation method performed by the body shape data standardization system according to the third embodiment will be described with reference to FIG. This process flow is common in many parts with the process flow of FIG. 5 of the first embodiment. For this reason, the following description will focus on the differences from FIG.

ステップ1111、1112は、実施例1で説明したステップ1111,1112と同じである。またここでは全員分の3Dデータについて、3Dデータを構成する三角形の各辺の長さが求められるが、変形形状出力プログラム117は、各人の3Dデータを構成する三角形の辺の長さを、式(7)のような辺ベクトルとして記憶装置12に格納しておく。ただし、本実施例では、3Dデータを構成する三角形の各辺の長さの平均を求める処理は行ってもよいが、必須の処理ではない。   Steps 1111 and 1112 are the same as steps 1111 and 1112 described in the first embodiment. Here, the length of each side of the triangle that constitutes the 3D data is obtained for the 3D data for all members, but the deformed shape output program 117 determines the length of the side of the triangle that constitutes the 3D data of each person. It is stored in the storage device 12 as an edge vector like Expression (7). However, in the present embodiment, the process of obtaining the average of the lengths of the sides of the triangles constituting the 3D data may be performed, but is not an essential process.

続いてステップ2111では、変形形状出力プログラム117は、ステップ1112で求められた辺ベクトルについて主成分分析を実施し、その結果として得られる部分空間の基底(p1,p2,p3,…,)を求める。 Subsequently, in step 2111, the deformed shape output program 117 performs principal component analysis on the edge vector obtained in step 1112, and the subspace bases (p 1 , p 2 , p 3 ,. )

先に述べたとおり、辺ベクトルを基底(p1,p2,p3,…,)を用いて表現すると、理想的には式(8)のように表される。ただし実施例3に係る変形形状出力プログラム117は、第3主成分以降の主成分は無視し、以下の式(9)に従って変形形状の算出(辺ベクトルL´の算出)を行うものとする。これは、第1主成分と第2主成分が人体形状を表す要素として支配的であるからである。

Figure 2017102855
以下では、L´の各要素をL´=(l1´,l2´,l3´,…,ln´)と表記する。 As described above, when the edge vector is expressed using the basis (p 1 , p 2 , p 3 ,...), It is ideally expressed as Expression (8). However, the deformed shape output program 117 according to the third embodiment ignores the third and subsequent principal components and calculates the deformed shape (calculates the side vector L ′) according to the following equation (9). This is because the first principal component and the second principal component are dominant as elements representing the human body shape.
Figure 2017102855
Hereinafter, each element of L ′ is expressed as L ′ = (l 1 ′, l 2 ′, l 3 ′,..., L n ′).

ステップ2112では、変形形状出力プログラム117はユーザに、第1主成分変形度と第2主成分変形度を指定させる(ステップ2112)。具体的には変形形状出力プログラム117は出力装置15(ディスプレイ)に、第1主成分変形度と第2主成分変形度の入力用画面を表示し、ユーザに第1主成分変形度と第2主成分変形度を入力させる。ユーザが第1主成分変形度と第2主成分変形度を指定すると、変形形状出力プログラム117は式(9)を用いて、変形後の辺ベクトルL´を算出する。   In step 2112, the deformed shape output program 117 allows the user to specify the first principal component deformation degree and the second principal component deformation degree (step 2112). Specifically, the deformed shape output program 117 displays an input screen for the first principal component deformation degree and the second principal component deformation degree on the output device 15 (display), and displays the first principal component deformation degree and the second main component deformation degree to the user. Input the principal component deformation degree. When the user designates the first principal component deformation degree and the second principal component deformation degree, the deformed shape output program 117 calculates the deformed side vector L ′ using Expression (9).

なお、第1主成分変形度または第2主成分変形度には、0も指定可能である。第1主成分変形度と第2主成分変形度のいずれにも0が指定された場合、実施例1と同じく変形形状出力プログラム117は平均形状を出力することになる。   Note that 0 can also be specified for the first principal component deformation degree or the second principal component deformation degree. When 0 is designated for both the first principal component deformation degree and the second principal component deformation degree, the deformed shape output program 117 outputs the average shape as in the first embodiment.

以下のステップ2113〜ステップ2116は、実施例1のステップ1113〜1116と同様の処理である。ただし変形形状出力プログラム117はステップ2113〜ステップ2116を実行する際、各辺の長さの平均値

Figure 2017102855
を用いる代わりに、上で求めた変形後の辺ベクトルL´(つまり(l1´,l2´,l3´,…,ln´))を用いる。 The following steps 2113 to 2116 are the same processes as steps 1113 to 1116 of the first embodiment. However, when the deformed shape output program 117 executes step 2113 to step 2116, the average value of the lengths of the respective sides
Figure 2017102855
Instead of using the modified edge vector L ′ (that is, (l 1 ′, l 2 ′, l 3 ′,..., L n ′)) obtained above.

具体的にはステップ2113では変形形状出力プログラム117は、初期値の選択にあたって、ステップ2112で求めた変形後の辺ベクトルL´との誤差二乗和が最小となる人の形状データを、初期値として選択する。ただし実施例1と同様に、各辺の長さの平均値

Figure 2017102855
との誤差二乗和が最も小さくなる人のデータを座標値の初期値としてもよい。この場合、ステップ1112で3Dデータを構成する三角形の各辺の長さの平均を求める処理を行っておく必要がある。 Specifically, in step 2113, the deformed shape output program 117 selects, as an initial value, human shape data that minimizes the sum of squares of errors with the side vector L ′ obtained in step 2112 when selecting an initial value. select. However, as in Example 1, the average length of each side
Figure 2017102855
It is also possible to use the data of the person with the smallest sum of squared errors as the initial coordinate value. In this case, it is necessary to perform processing for obtaining the average length of each side of the triangle constituting the 3D data in step 1112.

ステップ2114、ステップ2115は、実施例1のステップ1114及びステップ1115と同様である。ただし、li

Figure 2017102855
の誤差二乗和を最小にする座標値の算出ではなく、liと式(9)で求めたL´の要素(l)との誤差二乗和を最小にする座標値の算出を行う点が、実施例1のステップ1114及びステップ1115と異なる。それ以外の点は、実施例1の図5で説明した処理と同じである。 Step 2114 and step 2115 are the same as step 1114 and step 1115 of the first embodiment. Where l i and
Figure 2017102855
Rather than a calculation of the coordinate value minimizing the error sum of squares, the point to calculate the coordinate value of the error sum of squares of the L'elements obtained in l i and equation (9) (l i') minimizes However, it differs from step 1114 and step 1115 of the first embodiment. The other points are the same as the processing described in FIG.

最後に変形形状出力プログラム117は、算出された変形形状を出力装置15に出力して、処理を終了する。   Finally, the deformed shape output program 117 outputs the calculated deformed shape to the output device 15 and ends the process.

実施例3に係る方法を用いることで、あらかじめ収集したK人分の人体形状データの平均形状以外の形状を生成することができる。実施例1に係る方法では、K人分の人体形状を構成するポリゴン(三角形)の、各辺の長さの平均値に等しい形状を生成することができる。一方実施例3に係る方法では、各辺の長さの平均値に等しい形状に加え、人体形状データを構成する三角形の、各辺の長さの平均値よりも大きい形状、あるいは小さい形状等、多様な人体形状を生成することができる。   By using the method according to the third embodiment, shapes other than the average shape of the human body shape data collected in advance for K persons can be generated. In the method according to the first embodiment, a shape equal to the average value of the lengths of the sides of the polygons (triangles) constituting the human body shape for K people can be generated. On the other hand, in the method according to Example 3, in addition to the shape equal to the average value of the length of each side, the triangle constituting the human body shape data, the shape larger than the average value of the length of each side, or a smaller shape, etc. Various human body shapes can be generated.

実施例1等で説明した平均形状の生成にあたっては、たとえば身長や年齢が、所定の範囲に属する人の形状データを多数収集し、その形状データ(辺の長さあるいは角度)の平均値を求め、それにあった形状を算出する手順を踏む必要がある。たとえば身長が150cm〜165cm、体重が45〜55kgの人の形状データを収集し、実施例1で説明した方法を用いれば、身長が150cm〜165cmの人の平均形状データを生成することができるが、たとえば身長が170cm〜180cmの人の平均形状を生成するには、実施例1または2で説明した方法では、身長が170cm〜180cmの人の形状データを再び収集しなければならない。本実施例で説明した方法によれば、求めたい範囲(身長や体重、或いは年齢等)の形状データが存在しない場合であっても、その範囲に属する人体の平均形状データを生成することができる。   In generating the average shape described in the first embodiment, for example, a large number of shape data of a person whose height and age belong to a predetermined range are collected, and an average value of the shape data (side length or angle) is obtained. Therefore, it is necessary to follow a procedure for calculating a shape suitable for it. For example, if shape data of a person whose height is 150 cm to 165 cm and a weight of 45 to 55 kg is collected and the method described in the first embodiment is used, average shape data of a person whose height is 150 cm to 165 cm can be generated. For example, in order to generate an average shape of a person having a height of 170 cm to 180 cm, the shape data of a person having a height of 170 cm to 180 cm must be collected again in the method described in the first or second embodiment. According to the method described in the present embodiment, even if there is no shape data of a desired range (height, weight, age, etc.), average shape data of a human body belonging to the range can be generated. .

以上述べた実施例によれば、多人数の3Dデータからの平均形状(平均人)を作成することができる。のみならず、年代別、サイズ別、Lサイズの実物大ボディの作成が可能である。また、平均人に一度サンプルを着せてみるだけで、サンプルの全ての寸法が平均寸法とどのくらい違うかチェックできる。また、型紙の製造やグレーディングに利用できる。   According to the embodiment described above, it is possible to create an average shape (average person) from 3D data of a large number of people. In addition, it is possible to create full-sized bodies by age, size, and L size. You can also check how all the dimensions of the sample differ from the average dimension by just putting the sample on the average person once. It can also be used for the manufacture and grading of paper patterns.

また、上述した実施例における平均形状の算出方法では、三次元形状オブジェクト(たとえば人体形状)を構成するポリゴン(三角形)の各辺の長さ(あるいは各頂点の角度)を、辺の長さ(あるいは角度)の平均値に等しくなるようにすることで、各ポリゴンの座標を決定する。たとえば人体形状を測定すると、原点から遠い位置の座標は誤差が発生しやすいため、原点の決め方によって、誤差が大きい部分と小さい部分とが発生する。また原点の決め方に依存して、求められる平均形状が変わってしまうことがある。   In the average shape calculation method in the above-described embodiment, the length of each side (or the angle of each vertex) of the polygon (triangle) constituting the three-dimensional shape object (for example, the human body shape) is calculated from the length of the side ( Alternatively, the coordinates of each polygon are determined by making it equal to the average value of angles). For example, when a human body shape is measured, an error is likely to occur in the coordinates at a position far from the origin, so that a portion with a large error and a portion with a small error are generated depending on how the origin is determined. In addition, depending on how the origin is determined, the required average shape may change.

一方、辺の長さや角度は、隣接する頂点の座標に依存して定まるため、誤差が発生しにくい。また、形状の測定時にどこを原点にとっても、求められる辺の長さや角度に差は発生しにくい。そのため辺の長さや角度に着目して平均形状を算出すると、誤差の少ない形状を求めることができる。   On the other hand, the length and angle of a side are determined depending on the coordinates of adjacent vertices, so that errors are unlikely to occur. In addition, no matter where the origin is when measuring the shape, a difference in the required side length or angle is unlikely to occur. Therefore, if the average shape is calculated by paying attention to the length and angle of the side, a shape with less error can be obtained.

また、辺の長さに着目した平均形状の算出方法では、ウエストやヒップ等の既存の寸法との互換性が得やすい。また、3次元計測データを計算装置で処理するため、任意のカテゴリー、例えば年齢毎であったり、人種毎であったりなど、それぞれの特性に合ったボディ設計が容易にでき、より人体にフィットした衣服設計が可能になる。   In addition, in the average shape calculation method focusing on the length of the side, compatibility with existing dimensions such as a waist and a hip is easily obtained. In addition, since 3D measurement data is processed by the calculation device, it is easy to design a body that suits the characteristics of any category, for example, by age or by race, and fits the human body more easily. Garment design is possible.

また、身体欠損などによる再生医療分野において、特定のカテゴリーに属する複数人の身体形状の平均を求め、より自然な形状を3次元データとして再現することも可能となる。さらに人間に限らず、動物などの生体や、形状の不揃いな植物などの3次元形状を計測し、形状特性の把握を行うことが可能である。   Further, in the field of regenerative medicine due to body defects or the like, it is possible to obtain an average of the body shapes of a plurality of persons belonging to a specific category and reproduce more natural shapes as three-dimensional data. Furthermore, it is possible to measure a three-dimensional shape such as a living body such as an animal or a plant with an irregular shape and grasp shape characteristics, not limited to humans.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成の他に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

たとえば、上で説明した各実施例では、準ニュートン法により平均形状を構成する頂点の座標値を求める例を説明した。ただし平均形状または変形形状を構成する頂点の座標値を求めるための計算方法は準ニュートン法に限定されず、その他の数値計算アルゴリズムが用いられてもよい。また、上で説明した実施例3では、第1主成分変形度または第2主成分変形度を変化させて変形形状の辺ベクトルを求める例を説明したが、第3主成分以降の主成分変形度を変化させることで求められた辺ベクトルを用いて、変形形状を算出してもよい。   For example, in each of the embodiments described above, the example in which the coordinate values of the vertices constituting the average shape are obtained by the quasi-Newton method has been described. However, the calculation method for obtaining the coordinate values of the vertices constituting the average shape or the deformed shape is not limited to the quasi-Newton method, and other numerical calculation algorithms may be used. In the third embodiment described above, the example in which the edge vector of the deformed shape is obtained by changing the first principal component deformation degree or the second principal component deformation degree has been described. The deformed shape may be calculated using the edge vector obtained by changing the degree.

また、上で説明した実施例3では、辺の長さについての主成分分析を行い、それをもとに、実施例1で説明した方法と同様の方法を用いることで変形形状を算出する方法を説明した。ただし別の実施形態として、角度についての主成分分析を行い、それをもとに、実施例2で説明した方法と同様の方法を用いることで変形形状を算出してもよい。   In the third embodiment described above, principal component analysis is performed on the length of the side, and a deformed shape is calculated by using a method similar to the method described in the first embodiment based on the principal component analysis. Explained. However, as another embodiment, a deformed shape may be calculated by performing a principal component analysis on the angle and using a method similar to the method described in the second embodiment based on the analysis.

なお、角度について主成分分析を行った場合の例を、図14に示す。図14のグラフの横軸が主成分を表し、縦軸は各主成分の固有値を表している。図14のグラフからもわかる通り、角度について主成分分析を行った場合、第1主成分だけが他の主成分よりも大きい。そのため、角度を変形させることで変形形状を算出する場合、第1主成分だけを変動させればよい。ただし、第2主成分以降の主成分も用いて変形形状を算出してもよい。   An example in which the principal component analysis is performed on the angle is shown in FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 14 represents the principal component, and the vertical axis represents the eigenvalue of each principal component. As can be seen from the graph of FIG. 14, when the principal component analysis is performed on the angle, only the first principal component is larger than the other principal components. Therefore, when calculating a deformed shape by changing the angle, only the first principal component needs to be changed. However, the deformed shape may be calculated using the main components after the second main component.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現されてもよい。   In addition, each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized in hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.

1 3D体形データ標準化システム(サーバ)
2 3Dスキャナー
3 スキャン対象者(人体/モデル)
11 プロセッサ
12 記憶装置
13 入力装置
15 出力装置

1 3D body data standardization system (server)
2 3D Scanner 3 Scanned Person (Human Body / Model)
11 processor 12 storage device 13 input device 15 output device

Claims (10)

複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトについて、前記ポリゴンの各辺の長さの平均値を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、該対象オブジェクトの各辺の長さと前記各辺の長さの平均値との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求め、求められた前記座標値を平均形状三次元オブジェクトの座標値とする工程、
をコンピュータが実行することを特徴とする、三次元オブジェクトの形状算出方法。
For a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons, calculating a mean value of the lengths of the sides of the polygons;
For a target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, the sum of squared errors between the length of each side of the target object and the average value of the lengths of the sides is Obtaining a coordinate value at the time of minimization, and setting the obtained coordinate value as a coordinate value of an average shape three-dimensional object;
The computer calculates the shape of the three-dimensional object.
前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程は、準ニュートン法を用いて前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を算出する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の三次元オブジェクトの形状算出方法。
The step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object calculates the coordinate value of the average shape three-dimensional object using a quasi-Newton method.
The shape calculation method for a three-dimensional object according to claim 1, wherein:
前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程は、前記複数の三次元オブジェクトのうち、各辺の長さが前記各辺の長さの平均値に最も近い前記三次元オブジェクトの座標値を、前記平均形状三次元オブジェクトの初期座標値とし、所定の反復計算を行うことで前記初期座標値を補正することで、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値に近づけていく、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の三次元オブジェクトの形状算出方法。
The step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object includes, among the plurality of three-dimensional objects, the coordinate value of the three-dimensional object that is closest to the average value of the lengths of the sides. As the initial coordinate value of the average shape three-dimensional object, by correcting the initial coordinate value by performing a predetermined iterative calculation, it approaches the coordinate value of the average shape three-dimensional object,
The shape calculation method for a three-dimensional object according to claim 1, wherein the shape calculation method is used.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の三次元オブジェクトの形状算出方法であって、さらに、
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトの各辺について主成分分析を行うことで、1以上の主成分ベクトルを算出する工程と、
前記1以上の主成分ベクトルを用いて、変形オブジェクトの各辺の長さを算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程に代えて、該対象オブジェクトの各辺の長さと、前記変形オブジェクトの各辺の長さとの誤差二乗和が極小になる時の座標値を求める工程、
をコンピュータが実行することを特徴とする方法。
The method for calculating the shape of a three-dimensional object according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
Calculating one or more principal component vectors by performing principal component analysis on each side of a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
Calculating the length of each side of the deformed object using the one or more principal component vectors;
For the target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, instead of the step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object, the length of each side of the target object And obtaining a coordinate value when an error sum of squares between each side of the deformed object is minimized,
A method wherein the computer executes.
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトについて、前記ポリゴンの各頂点の角度平均値を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記対象オブジェクトの各頂点の角度と前記各頂点の角度平均値との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求め、求められた前記座標値を平均形状三次元オブジェクトの座標値とする工程、
をコンピュータが実行することを特徴とする、三次元オブジェクトの形状算出方法。
Calculating a mean angle value of each vertex of the polygon for a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
For a target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, the sum of squared errors between the angle of each vertex of the target object and the angle average value of each vertex is minimized. Obtaining a coordinate value at a time, and using the obtained coordinate value as a coordinate value of an average shape three-dimensional object,
The computer calculates the shape of the three-dimensional object.
請求項5に記載の三次元オブジェクトの形状算出方法であって、さらに、
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトの各頂点の角度について主成分分析を行うことで、1以上の主成分ベクトルを算出する工程と、
前記1以上の主成分ベクトルを用いて、変形オブジェクトの各頂点の角度を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程に代えて、前記対象オブジェクトの各頂点の角度と前記変形オブジェクトの各頂点の角度との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求める工程、
をコンピュータが実行することを特徴とする方法。
The method for calculating a shape of a three-dimensional object according to claim 5, further comprising:
Calculating one or more principal component vectors by performing principal component analysis on the angle of each vertex of a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
Calculating an angle of each vertex of the deformed object using the one or more principal component vectors;
For the target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, instead of the step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object, the angle of each vertex of the target object And obtaining a coordinate value when the sum of squared errors between the angle of each vertex of the deformed object is minimized,
A method wherein the computer executes.
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトについて、前記ポリゴンの各辺の長さの平均値を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、該対象オブジェクトの各辺の長さと前記各辺の長さの平均値との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求め、求められた前記座標値を平均形状三次元オブジェクトの座標値とする工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
For a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons, calculating a mean value of the lengths of the sides of the polygons;
For a target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, the sum of squared errors between the length of each side of the target object and the average value of the lengths of the sides is Obtaining a coordinate value at the time of minimization, and setting the obtained coordinate value as a coordinate value of an average shape three-dimensional object;
A program that causes a computer to execute.
請求項7に記載のプログラムであって、さらに、
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトの各辺について主成分分析を行うことで、1以上の主成分ベクトルを算出する工程と、
前記1以上の主成分ベクトルを用いて、変形オブジェクトの各辺の長さを算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程に代えて、該対象オブジェクトの各辺の長さと、前記変形オブジェクトの各辺の長さとの誤差二乗和が極小になる時の座標値を求める工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
The program according to claim 7, further comprising:
Calculating one or more principal component vectors by performing principal component analysis on each side of a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
Calculating the length of each side of the deformed object using the one or more principal component vectors;
For the target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, instead of the step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object, the length of each side of the target object And obtaining a coordinate value when an error sum of squares between each side of the deformed object is minimized,
A program that causes a computer to execute.
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトについて、前記ポリゴンの各頂点の角度平均値を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記対象オブジェクトの各頂点の角度と前記各頂点の角度平均値との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求め、求められた前記座標値を平均形状三次元オブジェクトの座標値とする工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
Calculating a mean angle value of each vertex of the polygon for a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
For a target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, the sum of squared errors between the angle of each vertex of the target object and the angle average value of each vertex is minimized. Obtaining a coordinate value at a time, and using the obtained coordinate value as a coordinate value of an average shape three-dimensional object,
A program that causes a computer to execute.
請求項9に記載のプログラムであって、さらに、
複数のポリゴンを用いて表現された、複数の三次元オブジェクトの各頂点の角度について主成分分析を行うことで、1以上の主成分ベクトルを算出する工程と、
前記1以上の主成分ベクトルを用いて、変形オブジェクトの各頂点の角度を算出する工程と、
前記複数の三次元オブジェクトと同一点数及び同一幾何学構造のポリゴンを用いて表現された対象オブジェクトについて、前記平均形状三次元オブジェクトの座標値を求める工程に代えて、前記対象オブジェクトの各頂点の角度と前記変形オブジェクトの各頂点の角度との誤差二乗和が極小になる時の座標値を求める工程、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。

The program according to claim 9, further comprising:
Calculating one or more principal component vectors by performing principal component analysis on the angle of each vertex of a plurality of three-dimensional objects expressed using a plurality of polygons;
Calculating an angle of each vertex of the deformed object using the one or more principal component vectors;
For the target object expressed using polygons having the same number of points and the same geometric structure as the plurality of three-dimensional objects, instead of the step of obtaining the coordinate value of the average shape three-dimensional object, the angle of each vertex of the target object And obtaining a coordinate value when the sum of squared errors between the angle of each vertex of the deformed object is minimized,
A program that causes a computer to execute.

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