JP2020075451A - Generation device for three-dimensional shape date, three-dimensional shape molding device, and generation program for three-dimensional shape data - Google Patents

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Abstract

To efficiently generate a three-dimensional threshold matrix compared to the case in which three-dimensional threshold matrixes are generated one by one by operation of a user.SOLUTION: A generation device for three-dimensional shape data comprises: a basic shape reception part 50 which receives a basic shape for generating a three-dimensional threshold matrix used when shaping or not shaping of a plurality of voxels is calculated from the comparison result of three-dimensional shape date having a three-dimensional shape indicated by a plurality of voxels and a three-dimensional threshold matrix in which a threshold is arranged in a three-dimensional region corresponding to the basic shape; and a generation part 52 which generates the three-dimensional matrix in such a manner that the threshold gradually changes as the threshold is apart from the position corresponding to the basic shape.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、三次元形状データの生成装置、三次元造形装置、及び三次元形状データの生成プログラムに関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape data generation device, a three-dimensional modeling device, and a three-dimensional shape data generation program.

特許文献1には、造形対象の立体物、及び、該立体物を支持する支持部を構成するドットを形成するためのドット形成部と、形成されるドットによる前記立体物及び前記支持部の造形を制御する制御部と、を備える立体物造形装置であって、前記制御部は、前記支持部において、該支持部を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおけるドットの形成率を表す入力値とディザマスクとに基づいて、前記立体物を支持する支持構造が形成されるようにドットを前記ボクセル集合に配置する、立体物造形装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a three-dimensional object to be molded, a dot forming unit for forming dots that form a supporting unit that supports the three-dimensional object, and a molding of the three-dimensional object and the supporting unit by the formed dots. And a control unit for controlling the object, wherein the control unit includes, in the support unit, an input value and a dither that represent a dot formation rate in voxels included in a voxel set representing the support unit. There is disclosed a three-dimensional object modeling apparatus that arranges dots in the voxel group so that a support structure that supports the three-dimensional object is formed based on a mask.

特許文献2には、液体を吐出可能なヘッドユニットと、前記ヘッドユニットから吐出された液体を硬化させてドットを形成する硬化ユニットと、造形すべき立体物の形状をボクセル集合で表し、当該ボクセル集合のうち、決定部がドットを形成する対象として決定したボクセルにドットを形成することで、ドットの集合体として前記立体物が造形されるように前記ヘッドユニットの動作を制御する造形制御部と、を備え、前記決定部は、前記ボクセル集合のうち前記立体物の内部に位置するボクセルにおけるドットの形成率に応じた値である形成指標値と、ディザマスクの有する閾値との比較結果に応じて、ドットを形成する対象のボクセルを決定する、ことを特徴とする立体物造形装置が開示されている。   In Patent Document 2, a head unit capable of ejecting a liquid, a curing unit that cures the liquid ejected from the head unit to form dots, and the shape of a three-dimensional object to be modeled are represented by a voxel set. Of the set, by forming dots in the voxels that the determination unit has determined to form dots, a modeling control unit that controls the operation of the head unit so that the three-dimensional object is modeled as a collection of dots. , The determination unit according to a comparison result of a formation index value that is a value corresponding to a dot formation rate in a voxel located inside the three-dimensional object in the voxel set, and a threshold value of a dither mask. Then, a three-dimensional object modeling apparatus is disclosed, which determines voxels to be dots-formed.

特許文献3には、第1の造形物の形状を規定する第1の3次元データを用いて出力装置が出力した第1の造形物の形状を測定した測定結果を受け付ける測定結果受付部と、前記測定結果受付部が受け付けた測定結果の第1の3次元データが規定する形状からの誤差に基づいて補正用データを算出する補正用データ算出部と、前記補正用データ算出部が算出した補正用データを用いて、第2の造形物の形状を規定する第2の3次元データを補正するデータ補正部と、を有する3次元データ生成装置が開示されている。   In Patent Document 3, a measurement result receiving unit that receives a measurement result obtained by measuring the shape of the first shaped object output by the output device using the first three-dimensional data that defines the shape of the first shaped object, A correction data calculation unit that calculates correction data based on an error from a shape defined by the first three-dimensional data of the measurement result received by the measurement result reception unit, and a correction calculated by the correction data calculation unit There is disclosed a three-dimensional data generation device including a data correction unit that corrects the second three-dimensional data that defines the shape of the second model using the use data.

特開2017−109427号公報JP, 2017-109427, A 特開2017−30177号公報JP, 2017-30177, A 特開2018−1725号公報JP, 2008-1725, A

基本形状が繰り返し配置される三次元形状を造形するために、基本形状に対応した三次元閾値マトリクスを用いて三次元形状データを生成する場合に、基本形状の周期を所望の周期に変調するための三次元閾値マトリクスを生成する手段が無かった。このため、三次元閾値マトリクスをユーザーの操作によって1つ1つ作成する必要が有り非効率であった。   To modulate the cycle of the basic shape to a desired cycle when generating the three-dimensional shape data using the three-dimensional threshold value matrix corresponding to the basic shape in order to model the three-dimensional shape in which the basic shape is repeatedly arranged. There was no way to generate the three-dimensional threshold matrix of Therefore, the three-dimensional threshold matrix needs to be created one by one by the user's operation, which is inefficient.

本発明は、三次元閾値マトリクスをユーザーの操作によって1つ1つ作成する場合と比較して、効率良く三次元閾値マトリクスを生成することができる三次元閾値マトリクスの生成装置、三次元形状データの生成装置、及び三次元閾値マトリクスの生成プログラムを提供することを目的とする。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a three-dimensional threshold matrix generation device capable of efficiently generating a three-dimensional threshold matrix as compared with a case where a three-dimensional threshold matrix is created one by one by a user operation. An object is to provide a generation device and a generation program of a three-dimensional threshold matrix.

第1態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、複数のボクセルで表される三次元形状の三次元形状データと、基本形状に対応して閾値が三次元領域に配置された三次元閾値マトリクスと、の比較結果から前記複数のボクセルの造形の有無を算出する場合に用いる前記三次元閾値マトリクスを生成するための基本形状を受け付ける基本形状受付部と、前記基本形状に対応する位置から離れるに従って前記閾値が徐々に変化するように前記三次元閾値マトリクスを生成する生成部と、を備える。   A three-dimensional threshold matrix generation device according to a first aspect is a three-dimensional threshold matrix in which three-dimensional shape data of a three-dimensional shape represented by a plurality of voxels and threshold values corresponding to a basic shape are arranged in a three-dimensional area. And, a basic shape receiving unit that receives a basic shape for generating the three-dimensional threshold value matrix used when calculating the presence or absence of modeling of the plurality of voxels from the comparison result, and as the distance from the position corresponding to the basic shape increases. A generating unit that generates the three-dimensional threshold matrix so that the threshold gradually changes.

第2態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第1態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記生成部は、前記基本形状の中心部から外縁部に向かうに従って前記閾値が徐々に大きくなるように前記三次元閾値マトリクスを生成する。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a second aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the first aspect, wherein the generation unit gradually increases the threshold value from a central portion of the basic shape toward an outer edge portion. The three-dimensional threshold matrix is generated so as to be large.

第3態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第2態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記生成部は、前記基本形状を含む予め定めた形状を複数のボクセルで表したパターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を算出することにより前記三次元閾値マトリクスを生成する。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a third aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the second aspect, wherein the generation unit is a pattern in which a predetermined shape including the basic shape is represented by a plurality of voxels. The three-dimensional threshold matrix is generated by calculating the number of adjacent voxels for each voxel of the piece.

第4態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第3態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記三次元閾値マトリクスの前記閾値の数を決定するためのパラメータを受け付けるパラメータ受付部を備え、前記パターンピースのサイズ及び前記パラメータを用いて前記三次元閾値マトリクスのサイズを算出する算出部を備える。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a fourth aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the third aspect, further comprising a parameter accepting unit that accepts a parameter for determining the number of the threshold values of the three-dimensional threshold value matrix. And a calculator that calculates the size of the three-dimensional threshold matrix using the size of the pattern piece and the parameters.

第5態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第3態様又は第4態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記基本形状の基準肉厚を受け付ける肉厚受付部を備え、前記生成部は、前記肉厚受付部が受け付けた基準肉厚に対応する前記パターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を用いて前記三次元閾値マトリクスを生成する。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a fifth aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the third aspect or the fourth aspect, further comprising a thickness acceptance unit that accepts the reference thickness of the basic shape, The unit generates the three-dimensional threshold matrix by using the number of adjacent voxels for each voxel of the pattern piece corresponding to the reference wall thickness received by the wall thickness receiving unit.

第6態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第5態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記肉厚受付部は、複数の基準肉厚を受け付け、前記生成部は、前記複数の基準肉厚の各々に対応する複数の前記パターンピースについて生成した複数の前記三次元閾値マトリクスの同じ位置の閾値を積算することにより前記三次元閾値マトリクスを生成する。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a sixth aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the fifth aspect, wherein the wall thickness receiving unit receives a plurality of reference wall thicknesses, and the generation unit includes the plurality of reference wall thicknesses. The three-dimensional threshold value matrix is generated by accumulating the threshold values at the same position of the plurality of three-dimensional threshold value matrices generated for the plurality of pattern pieces corresponding to the respective reference wall thicknesses.

第7態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第5態様又は第6態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記肉厚受付部は、最小肉厚及び最大肉厚の少なくとも一方を受け付け、前記生成部は、前記最小肉厚を受け付けた場合は、前記最小肉厚よりも肉厚が小さくならないように前記三次元閾値マトリクスを生成し、前記最大肉厚を受け付けた場合は、前記最大肉厚よりも肉厚が大きくならないように前記三次元閾値マトリクスを生成する。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a seventh aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the fifth or sixth aspect, wherein the wall thickness receiving unit sets at least one of a minimum wall thickness and a maximum wall thickness. When the receiving unit receives the minimum wall thickness, the generating unit generates the three-dimensional threshold matrix so that the wall thickness does not become smaller than the minimum wall thickness, and when the maximum wall thickness is received, The three-dimensional threshold matrix is generated so that the wall thickness does not become larger than the maximum wall thickness.

第8態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第3態様〜第7態様の何れかの態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記生成部は、前記パターンピースの各ボクセルについて算出した前記隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接触の種類に応じて重み付けする。   A three-dimensional threshold matrix generation device according to an eighth aspect is the three-dimensional threshold matrix generation device according to any of the third to seventh aspects, wherein the generation unit calculates for each voxel of the pattern piece. The number of the presence or absence of the adjacent voxels is weighted according to the type of contact with the adjacent voxels.

第9態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第8態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記生成部は、前記接触の種類が、面接触、線接触、及び点接触の順に重みが大きくなるように重み付けする。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a ninth aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to the eighth aspect, wherein the generation unit has the types of contact in the order of surface contact, line contact, and point contact. Weighting is performed so that the weight becomes larger.

第10態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置は、第8態様又は第9態様の何れかの態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置において、前記生成部は、前記パターンピースの各ボクセルについて算出した前記隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接続強度に基づいて閾値を重み付けする。   A three-dimensional threshold value matrix generation device according to a tenth aspect is the three-dimensional threshold value matrix generation device according to any one of the eighth and ninth aspects, wherein the generation unit calculates for each voxel of the pattern piece. The number of presence / absence of the adjacent voxels is weighted with a threshold value based on the connection strength with the adjacent voxels.

第11態様に係る三次元形状データの生成装置は、第1態様〜第10態様の何れかの態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置により生成された三次元閾値マトリクスと、を用いて前記複数のボクセルの造形の有無を算出する算出部を備える。   A three-dimensional shape data generation device according to an eleventh aspect uses the three-dimensional threshold value matrix generated by the three-dimensional threshold value matrix generation device according to any one of the first to tenth aspects. The voxel is provided with a calculation unit that calculates the presence or absence of modeling.

第12態様に係る三次元閾値マトリクスの生成プログラムは、コンピュータを、第1態様〜第10態様の何れかの態様に係る三次元閾値マトリクスの生成装置の各部として機能させるためのプログラムである。   A three-dimensional threshold matrix generation program according to a twelfth aspect is a program for causing a computer to function as each unit of the three-dimensional threshold matrix generation device according to any one of the first to tenth aspects.

第1、第11、第12態様によれば、三次元閾値マトリクスをユーザーの操作によって1つ1つ作成する場合と比較して、効率良く三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the first, eleventh, and twelfth aspects, it is possible to efficiently generate the three-dimensional threshold matrix as compared with the case where the three-dimensional threshold matrix is created one by one by the operation of the user. Have.

第2態様によれば、基本形状からの距離に関係なく閾値が設定される場合と比較して、基本形状の太さを容易に調整できる、という効果を有する。   According to the second aspect, the thickness of the basic shape can be easily adjusted as compared with the case where the threshold value is set regardless of the distance from the basic shape.

第3態様によれば、パターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数に関係なく閾値を設定する場合と比較して、三次元閾値マトリクスを容易に生成することができる、という効果を有する。   According to the third aspect, it is possible to easily generate the three-dimensional threshold matrix as compared with the case where the threshold is set for each voxel of the pattern piece regardless of the number of adjacent voxels. Have.

第4態様によれば、三次元閾値マトリクスの閾値の数を決定するためのパラメータを受け付けない場合と比較して、所望のサイズの三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the fourth aspect, it is possible to generate a three-dimensional threshold matrix of a desired size, as compared with the case where the parameter for determining the number of thresholds of the three-dimensional threshold matrix is not accepted.

第5態様によれば、基本形状の基準肉厚を受け付けない場合と比較して、様々な種類の三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the fifth aspect, compared to the case where the reference wall thickness of the basic shape is not accepted, it is possible to generate various types of three-dimensional threshold matrixes.

第6態様によれば、基本形状の基準肉厚を1つしか受け付けない場合と比較して、様々な種類の三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the sixth aspect, it is possible to generate various types of three-dimensional threshold matrices as compared with the case where only one reference thickness of the basic shape is accepted.

第7態様によれば、最小肉厚及び最大肉厚の少なくとも一方を受け付けない場合と比較して、三次元形状の肉厚を最小肉厚以上又は最大肉厚以下にすることができる、という効果を有する。   According to the seventh aspect, the effect that the wall thickness of the three-dimensional shape can be set to the minimum wall thickness or more or the maximum wall thickness or less as compared with the case where at least one of the minimum wall thickness and the maximum wall thickness is not accepted Have.

第8態様によれば、パターンピースの各ボクセルについて算出した隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接触の種類に関係なく算出する場合と比較して、様々な種類の三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the eighth aspect, as compared with the case where the number of presence / absence of adjacent voxels calculated for each voxel of the pattern piece is calculated regardless of the type of contact with the adjacent voxels, various types of three-dimensional threshold values are used. This has the effect that a matrix can be generated.

第9態様によれば、面接触、線接触、及び点接触の順に形状を変調することができる、という効果を有する。   According to the ninth aspect, there is an effect that the shape can be modulated in the order of surface contact, line contact, and point contact.

第10態様によれば、パターンピースの各ボクセルについて算出した隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接続強度に関係なく算出する場合と比較して、様々な種類の三次元閾値マトリクスを生成することができる、という効果を有する。   According to the tenth aspect, as compared with the case where the number of presence / absence of adjacent voxels calculated for each voxel of the pattern piece is calculated regardless of the connection strength with the adjacent voxels, various types of three-dimensional threshold matrixes. Can be generated.

三次元造形システムの構成図である。It is a block diagram of a three-dimensional modeling system. 三次元形状データの生成装置の構成図である。It is a block diagram of the generator of three-dimensional shape data. 三次元形状データの生成装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a functional configuration of a three-dimensional shape data generation device. ボクセルデータで表された三次元形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the three-dimensional shape represented by voxel data. 三次元造形装置の構成図である。It is a block diagram of a three-dimensional modeling apparatus. 三次元形状データの生成プログラムによる処理の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of processing by a generation program of three-dimensional shape data. 三次元閾値マトリクスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a three-dimensional threshold value matrix. 三次元閾値マトリクスを構成する閾値テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the threshold value table which comprises a three-dimensional threshold value matrix. 造形材料の吐出の有無について説明するための図である。It is a figure for demonstrating presence or absence of discharge of modeling material. 基本形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a basic shape. 造形材料の吐出の有無について説明するための図である。It is a figure for demonstrating presence or absence of discharge of modeling material. 基本形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a basic shape. 閾値マトリクス、第1の属性値、及び第2の属性値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a threshold value matrix, a 1st attribute value, and a 2nd attribute value. 閾値マトリクス、第1の属性値、及び第2の属性値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a threshold value matrix, a 1st attribute value, and a 2nd attribute value. 閾値マトリクス、第1の属性値、及び第2の属性値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a threshold value matrix, a 1st attribute value, and a 2nd attribute value. 閾値マトリクス、第1の属性値、及び第2の属性値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a threshold value matrix, a 1st attribute value, and a 2nd attribute value. 三次元閾値マトリクスの生成プログラムによる処理の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of processing by a generation program of a three-dimensional threshold matrix. 三次元閾値マトリクスを生成する場合の条件を設定するための条件設定画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the condition setting screen for setting the conditions at the time of generating a three-dimensional threshold value matrix. パターンピースの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a pattern piece. パターンピースの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a pattern piece. 隣接するボクセルの有無の数を算出する場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where the number of the presence or absence of an adjacent voxel is calculated. 三次元閾値マトリクスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a three-dimensional threshold value matrix. 肉厚と閾値との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between wall thickness and a threshold value. 複数の肉厚のパターンピースの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pattern piece of several wall thickness. 三次元閾値マトリクスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a three-dimensional threshold value matrix. 肉厚と閾値との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between wall thickness and a threshold value. 三次元閾値マトリクスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a three-dimensional threshold value matrix. 肉厚と閾値との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between wall thickness and a threshold value.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。   Embodiments for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る三次元造形システム1の構成図である。図1に示すように、三次元造形システム1は、三次元形状データの生成装置10及び三次元造形装置100を備える。なお、生成装置10は、後述する三次元閾値マトリクスの生成装置としての機能も有する。本実施形態では、生成装置10が三次元形状データの生成装置として機能すると共に三次元閾値マトリクスの生成装置としても機能する場合について説明するが、両者を別個の装置としてもよい。   FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional modeling system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the 3D modeling system 1 includes a 3D shape data generation device 10 and a 3D modeling device 100. The generation device 10 also has a function as a generation device of a three-dimensional threshold value matrix described later. In the present embodiment, a case will be described in which the generation device 10 functions as a generation device for three-dimensional shape data and also as a generation device for a three-dimensional threshold value matrix, but both may be separate devices.

次に、図2を参照して、本実施形態に係る三次元形状データの生成装置10の構成について説明する。   Next, a configuration of the three-dimensional shape data generation device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

生成装置10は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成され、コントローラ12を備える。コントローラ12は、CPU(Central Processing Unit)12A、ROM(Read Only Memory)12B、RAM(Random Access Memory)12C、不揮発性メモリ12D、及び入出力インターフェース(I/O)12Eを備える。そして、CPU12A、ROM12B、RAM12C、不揮発性メモリ12D、及びI/O12Eがバス12Fを介して各々接続されている。   The generation device 10 is composed of, for example, a personal computer or the like, and includes a controller 12. The controller 12 includes a CPU (Central Processing Unit) 12A, a ROM (Read Only Memory) 12B, a RAM (Random Access Memory) 12C, a non-volatile memory 12D, and an input / output interface (I / O) 12E. The CPU 12A, the ROM 12B, the RAM 12C, the non-volatile memory 12D, and the I / O 12E are connected to each other via the bus 12F.

また、I/O12Eには、操作部14、表示部16、通信部18、及び記憶部20が接続されている。   Further, the I / O 12E is connected to the operation unit 14, the display unit 16, the communication unit 18, and the storage unit 20.

操作部14は、例えばマウス及びキーボードを含んで構成される。   The operation unit 14 includes, for example, a mouse and a keyboard.

表示部16は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。   The display unit 16 is composed of, for example, a liquid crystal display or the like.

通信部18は、三次元造形装置100等の外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。   The communication unit 18 is an interface for performing data communication with an external device such as the three-dimensional modeling device 100.

記憶部20は、ハードディスク等の不揮発性の記憶装置で構成され、後述する三次元形状データの生成プログラム、三次元閾値マトリクスの生成プログラム、三次元形状データ(ボクセルデータ)、及び生成した三次元閾値マトリクス等を記憶する。CPU12Aは、記憶部20に記憶された三次元形状データの生成プログラム又は三次元閾値マトリクスの生成プログラムを読み込んで実行する。   The storage unit 20 is composed of a non-volatile storage device such as a hard disk, and includes a three-dimensional shape data generation program, a three-dimensional threshold value matrix generation program, three-dimensional shape data (voxel data), and the generated three-dimensional threshold value, which will be described later. The matrix etc. are stored. The CPU 12A reads and executes the three-dimensional shape data generation program or the three-dimensional threshold matrix generation program stored in the storage unit 20.

次に、生成装置10が三次元閾値マトリクスの生成装置として機能する場合におけるCPU12Aの機能構成について説明する。   Next, a functional configuration of the CPU 12A when the generation device 10 functions as a three-dimensional threshold value matrix generation device will be described.

図3に示すように、CPU12Aは、機能的には、基本形状受付部50、生成部52、パラメータ受付部54、算出部56、及び肉厚受付部58を備える。   As shown in FIG. 3, the CPU 12A functionally includes a basic shape reception unit 50, a generation unit 52, a parameter reception unit 54, a calculation unit 56, and a wall thickness reception unit 58.

基本形状受付部50は、複数のボクセルで表される三次元形状の三次元形状データと、基本形状に対応して閾値が三次元領域に配置された三次元閾値マトリクスと、の比較結果から複数のボクセルの造形の有無を算出する場合に用いる三次元閾値マトリクスを生成するための基本形状を受け付ける。例えばユーザーは、表示部16に表示された複数の基本形状の中から所望の基本形状を選択する。   The basic shape receiving unit 50 determines a plurality of types from the comparison result of the three-dimensional shape data of the three-dimensional shape represented by a plurality of voxels and the three-dimensional threshold matrix in which the threshold values are arranged in the three-dimensional area corresponding to the basic shape. The basic shape for generating the three-dimensional threshold value matrix used when calculating the presence / absence of modeling of the voxel is received. For example, the user selects a desired basic shape from the plurality of basic shapes displayed on the display unit 16.

生成部52は、基本形状に対応する位置から離れるに従って閾値が徐々に変化するように三次元閾値マトリクスを生成する。   The generation unit 52 generates the three-dimensional threshold matrix so that the threshold gradually changes as the distance from the position corresponding to the basic shape increases.

パラメータ受付部54は、三次元閾値マトリクスの閾値の数を決定するためのパラメータ、例えば三次元閾値マトリクスのボクセルピッチを受け付ける。   The parameter receiving unit 54 receives a parameter for determining the number of thresholds of the three-dimensional threshold matrix, for example, a voxel pitch of the three-dimensional threshold matrix.

算出部56は、基本形状を含む予め定めた形状を複数のボクセルで表したパターンピースのサイズ及びパラメータ受付部54が受け付けたパラメータを用いて三次元閾値マトリクスのサイズを算出する。   The calculation unit 56 calculates the size of the three-dimensional threshold matrix using the size of the pattern piece in which a predetermined shape including the basic shape is represented by a plurality of voxels and the parameters received by the parameter reception unit 54.

肉厚受付部58は、基本形状の肉厚を受け付ける。なお、肉厚とは、例えば基本形状の骨格部分の厚みをいう。例えば基本形状の骨格部分が直方形状の場合は直方形状の幅をいい、基本形状の骨格部分が球の場合は球の直径をいう。   The wall thickness receiving unit 58 receives the wall thickness of the basic shape. The wall thickness means, for example, the thickness of the skeleton portion of the basic shape. For example, when the skeleton portion of the basic shape is a rectangular shape, it means the width of the rectangular shape, and when the skeleton portion of the basic shape is a sphere, it means the diameter of the sphere.

肉厚受付部58が肉厚を受け付けた場合、生成部52は、肉厚受付部58が受け付けた肉厚に対応するパターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を用いて三次元閾値マトリクスを生成する。   When the wall thickness reception unit 58 receives the wall thickness, the generation unit 52 uses the number of presence / absence of adjacent voxels for each voxel of the pattern piece corresponding to the wall thickness received by the wall thickness reception unit 58 to perform three-dimensional processing. Generate a threshold matrix.

図4には、三次元形状をボクセルの集合で表した三次元形状データ(ボクセルデータ)によって表された三次元形状32を示した。図4に示すように、三次元形状32は、複数のボクセル34で構成される。   FIG. 4 shows a three-dimensional shape 32 represented by three-dimensional shape data (voxel data) in which the three-dimensional shape is represented by a set of voxels. As shown in FIG. 4, the three-dimensional shape 32 is composed of a plurality of voxels 34.

ここで、ボクセル34は、三次元形状32の基本要素であり、例えば直方体が用いられるが、直方体に限らず、球又は円柱等を用いてもよい。ボクセル34を積み上げることで所望の三次元形状が表現される。   Here, the voxel 34 is a basic element of the three-dimensional shape 32, and for example, a rectangular parallelepiped is used, but the voxel 34 is not limited to the rectangular parallelepiped and may be a sphere or a cylinder. By stacking the voxels 34, a desired three-dimensional shape is expressed.

三次元形状を造形する三次元造形法としては、例えば熱可塑性樹脂を溶かし積層させることで三次元形状を造形する熱溶解積層法(FDM:Fused Deposition Modeling)、粉末状の金属材料にレーザービームを照射し、焼結することで三次元形状を造形するレーザー焼結法(SLS法:Selective Laser Sintering)等が適用されるが、他の三次元造形法を用いても良い。本実施形態では、熱溶解積層法を用いて三次元形状を造形する場合について説明する。   As a three-dimensional shaping method for shaping a three-dimensional shape, for example, a heat melting laminating method (FDM: Fused Deposition Modeling) for shaping a three-dimensional shape by melting and laminating a thermoplastic resin, a laser beam is applied to a powder metal material. A laser sintering method (SLS method: Selective Laser Sintering) in which a three-dimensional shape is formed by irradiating and sintering is applied, but another three-dimensional forming method may be used. In this embodiment, a case where a three-dimensional shape is formed by using the hot melt laminating method will be described.

次に、三次元形状データの生成装置10により生成された三次元形状データを用いて三次元形状を造形する三次元造形装置について説明する。   Next, a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional shape using the three-dimensional shape data generated by the three-dimensional shape data generating apparatus 10 will be described.

図5には、本実施の形態に係る三次元造形装置100の構成を示した。三次元造形装置100は、熱溶解積層法により三次元形状を造形する装置である。   FIG. 5 shows the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 100 according to this embodiment. The three-dimensional modeling apparatus 100 is an apparatus that models a three-dimensional shape by a hot melt laminating method.

図5に示すように、三次元造形装置100は、吐出ヘッド102、吐出ヘッド駆動部104、造形台106、造形台駆動部108、取得部110、及び制御部112を備える。なお、吐出ヘッド102、吐出ヘッド駆動部104、造形台106、及び造形台駆動部108は造形部の一例である。   As shown in FIG. 5, the three-dimensional modeling apparatus 100 includes an ejection head 102, an ejection head driving unit 104, a modeling table 106, a modeling table driving unit 108, an acquisition unit 110, and a control unit 112. The ejection head 102, the ejection head drive unit 104, the modeling table 106, and the modeling table driving unit 108 are examples of the modeling unit.

吐出ヘッド102は、三次元形状40を造形するための造形材料を吐出する造形材吐出ヘッドと、サポート材を吐出するサポート材吐出ヘッドと、を含む。サポート材は、三次元形状のオーバーハング部分(「張り出し部分」ともいう)を、造形が完了するまで支持する用途で用いられ、造形完了後に除去される。   The ejection head 102 includes a modeling material ejection head that ejects a modeling material for modeling the three-dimensional shape 40, and a support material ejection head that ejects a support material. The support material is used for supporting an overhanging portion (also referred to as “overhanging portion”) of a three-dimensional shape until the shaping is completed, and is removed after the shaping is completed.

吐出ヘッド102は、吐出ヘッド駆動部104によって駆動され、XY平面上を二次元に走査される。また、造形材吐出ヘッドは、複数種類の属性(例えば色)の造形材料に対応して複数の吐出ヘッドを備える場合がある。   The ejection head 102 is driven by the ejection head driving unit 104 and is two-dimensionally scanned on the XY plane. Further, the modeling material ejection head may include a plurality of ejection heads corresponding to the modeling materials having a plurality of types of attributes (for example, colors).

造形台106は、造形台駆動部108によって駆動され、Z軸方向に昇降される。   The modeling table 106 is driven by the modeling table driving unit 108 and moved up and down in the Z-axis direction.

取得部110は、三次元形状データの生成装置10が生成した三次元形状データ及びサポート材データを取得する。   The acquisition unit 110 acquires the three-dimensional shape data and the support material data generated by the three-dimensional shape data generation device 10.

制御部112は、取得部110が取得した三次元形状データに従って造形材料が吐出されると共に、サポート材データに従ってサポート材が吐出されるように、吐出ヘッド駆動部104を駆動して吐出ヘッド102を二次元に走査させると共に、吐出ヘッド102による造形材料及びサポート材の吐出を制御する。   The control unit 112 drives the ejection head driving unit 104 to drive the ejection head 102 so that the modeling material is ejected according to the three-dimensional shape data acquired by the acquisition unit 110 and the support material is ejected according to the support material data. The two-dimensional scanning is performed and the ejection of the modeling material and the support material by the ejection head 102 is controlled.

また、制御部112は、各層の造形が終了する毎に、造形台駆動部108を駆動して造形台106を予め定めた積層間隔分降下させる。これにより、三次元形状データに基づく三次元形状が造形される。   In addition, the control unit 112 drives the modeling table driving unit 108 and lowers the modeling table 106 by a predetermined stacking interval each time the modeling of each layer is completed. As a result, a three-dimensional shape based on the three-dimensional shape data is formed.

次に、図6を参照して、本実施の形態に係る生成装置10が、三次元形状データの生成装置として機能する場合における作用について説明する。CPU12Aにより三次元形状データの生成プログラムを実行させることで、図6に示す生成処理が実行される。なお、図6に示す生成処理は、例えば、ユーザーの操作により生成プログラムの実行が指示された場合に実行される。また、本実施形態では、サポート材データの生成処理については説明を省略する。   Next, with reference to FIG. 6, an operation when the generation device 10 according to the present embodiment functions as a generation device for three-dimensional shape data will be described. The generation process shown in FIG. 6 is executed by executing the three-dimensional shape data generation program by the CPU 12A. The generation process shown in FIG. 6 is executed, for example, when the user's operation instructs the execution of the generation program. In the present embodiment, the description of the support material data generation process is omitted.

また、本実施形態では、各ボクセルには、第1の属性値としてボクセルの強度を表す強度値が各々設定されており、第2の属性値としてボクセルの造形の有無を算出する場合について説明する。   In the present embodiment, a case will be described in which each voxel is set with a strength value representing the strength of the voxel as the first attribute value, and the presence or absence of modeling of the voxel is calculated as the second attribute value. ..

ステップS100では、造形対象の三次元形状に対応するボクセルデータを例えば記憶部20から読み出すことにより取得する。なお、通信部18を介して外部装置からボクセルデータを通信により取得してもよい。   In step S100, the voxel data corresponding to the three-dimensional shape of the modeling target is acquired by reading from the storage unit 20, for example. In addition, you may acquire voxel data by communication from an external device via the communication part 18.

ステップS102では、ステップS100で取得したボクセルデータから三次元形状の表示データを生成し、表示部16に表示させる。   In step S102, display data of a three-dimensional shape is generated from the voxel data acquired in step S100 and displayed on the display unit 16.

ステップS103では、後述する調整係数を受け付ける受付画面を表示部16に表示させ、ユーザーによる調整係数の入力を受け付ける。調整係数は、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸の3軸の軸毎に設定する。なお、ユーザーがX軸、Y軸、及びZ軸の軸毎に調整係数を入力するようにしてもよいし、1つの調整係数を入力すると、入力した調整係数がX軸、Y軸、及びZ軸の全ての軸の調整係数として設定されるようにしてもよい。   In step S103, a reception screen for receiving an adjustment coefficient, which will be described later, is displayed on the display unit 16 and the user inputs the adjustment coefficient. The adjustment coefficient is set for each of the three axes, which are the X axis, the Y axis, and the Z axis, which are orthogonal to each other. The user may input an adjustment coefficient for each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, or if one adjustment coefficient is input, the input adjustment coefficient will be the X-axis, Y-axis, and Z-axis. You may make it set as an adjustment coefficient of all the axes.

ステップS104では、各ボクセルの造形の有無を算出する際に用いられる三次元閾値マトリクスを設定する。三次元閾値マトリクスには、予め定めた基本形状に対応して閾値が三次元領域に配置されている。   In step S104, a three-dimensional threshold matrix used when calculating the presence / absence of modeling of each voxel is set. In the three-dimensional threshold matrix, thresholds are arranged in the three-dimensional area corresponding to a predetermined basic shape.

図7には、一例として三次元閾値マトリクスMを示した。図7に示すように、三次元閾値マトリクスMは、7層の閾値テーブルZ1〜Z7から構成されている。   FIG. 7 shows a three-dimensional threshold matrix M as an example. As shown in FIG. 7, the three-dimensional threshold matrix M is composed of seven layers of threshold tables Z1 to Z7.

図8には、閾値テーブルZ1〜Z7の一例を示した。後述するように、各ボクセルの造形の有無を算出する際には、閾値テーブルZ1〜Z7をディザマトリクスとして、各閾値テーブルに対応する各層のボクセルデータに対して所謂ハーフトーン処理と同様の処理を実行する。すなわち、閾値テーブルの各閾値と、対応するボクセルの強度値と、を比較し、強度値が閾値以上であれば、そのボクセルの造形を「有り」とし、強度値が閾値未満の場合は、そのボクセルの造形を「無し」とする。ここで、本実施形態では、強度値が取り得る値が「0」以上であるものとする。この場合、閾値が「0」の場合は、その閾値に対応するボクセルの造形は必ず「有り」となる。従って、閾値が「0」の部分が基本形状に相当することとなる。   FIG. 8 shows an example of the threshold tables Z1 to Z7. As will be described later, when calculating the presence / absence of modeling of each voxel, the threshold tables Z1 to Z7 are used as a dither matrix and the same processing as so-called halftone processing is performed on the voxel data of each layer corresponding to each threshold table. Run. That is, each threshold of the threshold table and the intensity value of the corresponding voxel are compared, and if the intensity value is equal to or more than the threshold, the modeling of the voxel is “present”, and if the intensity value is less than the threshold, The voxel shape is "none". Here, in the present embodiment, it is assumed that the value that the intensity value can take is “0” or more. In this case, when the threshold is “0”, the modeling of the voxel corresponding to the threshold is always “present”. Therefore, the part where the threshold value is “0” corresponds to the basic shape.

図8の例では、全ての層の中心に閾値「0」が設定され、Z軸方向において中央の層である4層目の閾値テーブルZ4は、XY平面において十字形状に閾値「0」が設定されている。すなわち、基本形状に対応する位置の閾値が、閾値が取り得る値の範囲の最小値に設定されている。従って、三次元閾値マトリクスMが設定された場合において、例えば各ボクセルの強度値が全て「0」であったとすると、図9に示すように、「■」で示す位置に造形材料が吐出されることとなる。従って、三次元閾値マトリクスMの基本形状は、図10に示すような基本形状Kとなる。   In the example of FIG. 8, the threshold value “0” is set in the center of all layers, and the threshold value table Z4 of the fourth layer, which is the center layer in the Z-axis direction, has the threshold value “0” set in a cross shape in the XY plane. Has been done. That is, the threshold value of the position corresponding to the basic shape is set to the minimum value in the range of possible values of the threshold value. Therefore, when the three-dimensional threshold matrix M is set, if all the intensity values of each voxel are "0", the modeling material is ejected to the position indicated by "■" as shown in FIG. It will be. Therefore, the basic shape of the three-dimensional threshold matrix M is the basic shape K as shown in FIG.

なお、図8に示すように、閾値テーブルZ1〜Z7の基本形状に対応した位置以外の閾値は全て「35」以上となっている。このため、例えば各ボクセルの強度値が全て「35」未満の場合は、全て図10に示すような基本形状Kとなる。また、例えば各ボクセルの強度値が全て「50」であった場合は、図11に示すように、「■」で示す位置に造形材料が吐出されることとなる。従って、三次元閾値マトリクスMの基本形状は、図12に示すように、図10に示す基本形状Kを太らせた基本形状K2となる。   In addition, as shown in FIG. 8, all threshold values other than the positions corresponding to the basic shapes of the threshold tables Z1 to Z7 are “35” or more. Therefore, for example, when all the intensity values of each voxel are less than “35”, the basic shape K is as shown in FIG. Further, for example, when all the intensity values of each voxel are “50”, the molding material is discharged to the position indicated by “■” as shown in FIG. 11. Therefore, the basic shape of the three-dimensional threshold matrix M becomes a basic shape K2 obtained by thickening the basic shape K shown in FIG. 10, as shown in FIG.

また、図8に示すように、閾値テーブルZ1〜Z7に設定された閾値のうち、基本形状に対応する位置以外の閾値は、中心から外側に向かうに従って大きくなるように設定されている。従って、三次元閾値マトリクスMに設定された各閾値は、三次元閾値マトリクスMで示される三次元領域の中心から外側に向かうに従って大きくなるように設定されている。すなわち、三次元閾値マトリクスMに設定された各閾値は、三次元閾値マトリクスMで示される三次元領域の中心から外側に向かうに従って、造形が「有り」となるボクセルの割合が少なくなるように設定されている。換言すれば、三次元閾値マトリクスMで示される三次元領域の中心に向かうに従って強度が高くなるように閾値が設定されている。なお、三次元閾値マトリクスのサイズが小さくなるに従って、基本形状のサイズは小さくなり三次元形状が密な構造となるため硬くなる。一方、三次元閾値マトリクスのサイズが大きくなるに従って、基本形状のサイズは大きくなり三次元形状が粗な構造となるため柔らかくなる。従って、硬くしたい部分については、サイズが小さい三次元閾値マトリクスを設定し、柔らかくしたい部分については、サイズが大きい三次元閾値マトリクスを設定してもよい。   Further, as shown in FIG. 8, among the threshold values set in the threshold value tables Z1 to Z7, the threshold values other than the positions corresponding to the basic shape are set to increase from the center toward the outside. Therefore, each threshold value set in the three-dimensional threshold value matrix M is set so as to increase from the center of the three-dimensional area indicated by the three-dimensional threshold value matrix M toward the outside. That is, the respective thresholds set in the three-dimensional threshold matrix M are set so that the proportion of voxels in which the modeling is “present” decreases as going outward from the center of the three-dimensional area indicated by the three-dimensional threshold matrix M. Has been done. In other words, the threshold value is set so that the intensity increases toward the center of the three-dimensional area indicated by the three-dimensional threshold value matrix M. Note that as the size of the three-dimensional threshold matrix becomes smaller, the size of the basic shape becomes smaller and the three-dimensional shape becomes a dense structure, so that it becomes harder. On the other hand, as the size of the three-dimensional threshold matrix increases, the size of the basic shape increases, and the three-dimensional shape becomes a coarse structure, resulting in softness. Therefore, a small size three-dimensional threshold matrix may be set for the portion to be made hard, and a large three-dimensional threshold matrix may be set to the portion to be made soft.

本実施形態では、記憶部20には、様々な種類の基本形状に対応した三次元閾値マトリクスが記憶されている。ユーザーは、操作部14を操作して、所望の基本形状、すなわち三次元閾値マトリクスを選択する。なお、選択する三次元閾値マトリクスは1つに限らず、三次元形状の部分毎に複数の三次元閾値マトリクスを選択してもよい。   In the present embodiment, the storage unit 20 stores three-dimensional threshold matrices corresponding to various types of basic shapes. The user operates the operation unit 14 to select a desired basic shape, that is, a three-dimensional threshold matrix. The number of three-dimensional threshold matrices to be selected is not limited to one, and a plurality of three-dimensional threshold matrices may be selected for each three-dimensional shape portion.

ステップS106では、ボクセルデータで表される複数のボクセルの各々に設定された強度値と、ステップS104で設定された三次元閾値マトリクスと、ステップS103で受け付けた調整係数と、に基づいて、複数のボクセルの各々について造形の有無を算出する。具体的には、前述したように、閾値テーブルZ1〜Z7をディザマトリクスとして、各閾値テーブルに対応する各層のボクセルデータに対して所謂ハーフトーン処理と同様の処理を各々実行する。すなわち、閾値テーブルの閾値と、閾値に対応する位置のボクセルの強度値と、を比較し、強度値が閾値以上であれば、そのボクセルの造形を「有り」とし、強度値が閾値未満の場合は、そのボクセルの造形を「無し」とする処理を閾値テーブルの各閾値について行う。   In step S106, a plurality of intensity values set for each of the plurality of voxels represented by the voxel data, the three-dimensional threshold matrix set in step S104, and the adjustment coefficient received in step S103 The presence or absence of modeling for each voxel is calculated. Specifically, as described above, the threshold tables Z1 to Z7 are used as the dither matrix, and the so-called halftone processing is performed on the voxel data of each layer corresponding to each threshold table. That is, the threshold value of the threshold table and the intensity value of the voxel at the position corresponding to the threshold value are compared, and if the intensity value is equal to or greater than the threshold value, the modeling of the voxel is “present”, and the intensity value is less than the threshold value. Performs the process of setting the modeling of the voxel as “none” for each threshold in the threshold table.

ここで、ボクセルの第1の属性値をV1(i、j、k)、三次元閾値マトリクスの閾値をMt(l、m、n)、第2の属性値をV2(i、j、k)とした場合、次式により第2の属性値、すなわち造形の有無を算出する。   Here, the first attribute value of the voxel is V1 (i, j, k), the threshold value of the three-dimensional threshold matrix is Mt (l, m, n), and the second attribute value is V2 (i, j, k). In such a case, the second attribute value, that is, the presence or absence of modeling is calculated by the following equation.

V2(i、j、k)=VmaxM、V1(i、j、k)<Mt(l、m、n)
・・・(1)
V2(i、j、k)=VmaxP、V1(i、j、k)≧Mt(l、m、n)
・・・(2)
V2 (i, j, k) = VmaxM, V1 (i, j, k) <Mt (l, m, n)
... (1)
V2 (i, j, k) = VmaxP, V1 (i, j, k) ≧ Mt (l, m, n)
... (2)

ここで、iはX軸の座標値、jはY軸の座標値、kはZ軸の座標値である。また、l、m、nは、三次元閾値マトリクスの閾値のX座標、Y座標、Z座標を示し、次式で表される。   Here, i is the coordinate value of the X axis, j is the coordinate value of the Y axis, and k is the coordinate value of the Z axis. In addition, l, m, and n represent the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate of the threshold value of the three-dimensional threshold value matrix, and are represented by the following equation.

l=MOD(Ax×i、Mx) ・・・(3)
m=MOD(Ay×j、My) ・・・(4)
n=MOD(Az×k、Mz) ・・・(5)
l = MOD (Ax × i, Mx) (3)
m = MOD (Ay × j, My) (4)
n = MOD (Az × k, Mz) (5)

ここで、MOD(a、b)は、aをbで除算した場合の剰余を表す。従って、lは、Ax×iをMxで除算した場合の剰余である。同様に、mは、Ay×jをMyで除算した場合の剰余である。同様に、nは、Az×kをMzで除算した場合の剰余である。なお、Mxは三次元閾値マトリクスのX軸方向のサイズ、すなわちX軸方向の閾値の数である。同様に、Myは三次元閾値マトリクスのY軸方向のサイズ、すなわちY軸方向の閾値の数である。同様に、Mzは三次元閾値マトリクスのZ軸方向のサイズ、すなわちZ軸方向の閾値の数である。   Here, MOD (a, b) represents the remainder when a is divided by b. Therefore, l is the remainder when Ax × i is divided by Mx. Similarly, m is the remainder when Ay × j is divided by My. Similarly, n is a remainder when Az × k is divided by Mz. Note that Mx is the size of the three-dimensional threshold matrix in the X-axis direction, that is, the number of threshold values in the X-axis direction. Similarly, My is the size of the three-dimensional threshold matrix in the Y-axis direction, that is, the number of threshold values in the Y-axis direction. Similarly, Mz is the size of the three-dimensional threshold matrix in the Z-axis direction, that is, the number of threshold values in the Z-axis direction.

また、Ax、Ay、Azは次式で表される。   Moreover, Ax, Ay, and Az are represented by the following equations.

Ax=Ax0×V1(i、j、k)/VmaxP+1 ・・・(6)
Ay=Ay0×V1(i、j、k)/VmaxP+1 ・・・(7)
Az=Az0×V1(i、j、k)/VmaxP+1 ・・・(8)
Ax = Ax0 × V1 (i, j, k) / VmaxP + 1 (6)
Ay = Ay0 × V1 (i, j, k) / VmaxP + 1 (7)
Az = Az0 × V1 (i, j, k) / VmaxP + 1 (8)

ここで、Ax0はX軸の調整係数、Ay0はY軸の調整係数、Az0はZ軸の調整係数であり、0≦Ax0≦Bx、0≦Ay0≦By、0≦Az0≦Bzである。Bxは調整係数Axが取り得る値の最大値である。同様に、Byは調整係数Ayが取り得る値の最大値、Bzは調整係数Azが取り得る値の最大値である。本実施形態では、一例としてBx=By=Bz=1である場合について説明するが、調整係数の最大値は1に限られるものではない。なお、全ての調整係数を「0」とした場合、すなわち、Ax0=Ay0=Az0=0とした場合は、三次元閾値マトリクスの周期は調整されない。また、調整係数が0より大きくなるに従って、調整の度合いが大きくなる。従って、調整の度合いの最大値を大きくするには、Bx、By、Bzの値を大きくすればよい。   Here, Ax0 is an X-axis adjustment coefficient, Ay0 is a Y-axis adjustment coefficient, Az0 is a Z-axis adjustment coefficient, and 0 ≦ Ax0 ≦ Bx, 0 ≦ Ay0 ≦ By, and 0 ≦ Az0 ≦ Bz. Bx is the maximum value that the adjustment coefficient Ax can take. Similarly, By is the maximum value that the adjustment coefficient Ay can take, and Bz is the maximum value that the adjustment coefficient Az can take. In the present embodiment, the case where Bx = By = Bz = 1 is described as an example, but the maximum value of the adjustment coefficient is not limited to 1. When all the adjustment coefficients are set to “0”, that is, when Ax0 = Ay0 = Az0 = 0, the cycle of the three-dimensional threshold matrix is not adjusted. Further, as the adjustment coefficient becomes larger than 0, the degree of adjustment becomes large. Therefore, in order to increase the maximum value of the adjustment degree, the values of Bx, By and Bz may be increased.

また、VmaxMは、V1(i、j、k)が取り得る値の上限値に負の符号「−」を付した値である。本実施形態では、一例としてV1(i、j、k)が8ビットで表され、0〜255の値を取り得るものとする。従って、VmaxM=−255である。また、VmaxPは、V1(i、j、k)が取り得る値の上限値に正の符号「+」を付した値である。従って、VmaxP=+255である。なお、VmaxMは、「造形無し」を意味し、VmaxPは、「造形有り」を意味する。   Further, VmaxM is a value obtained by adding a negative sign "-" to the upper limit value of the value that can be taken by V1 (i, j, k). In the present embodiment, as an example, V1 (i, j, k) is represented by 8 bits and can take a value of 0 to 255. Therefore, VmaxM = −255. VmaxP is a value obtained by adding a positive sign “+” to the upper limit value of the value that can be taken by V1 (i, j, k). Therefore, VmaxP = + 255. It should be noted that VmaxM means “without modeling”, and VmaxP means “with modeling”.

このように、第1の属性値V1(i、j、k)が閾値Mt(l、m、n)未満の場合は、第2の属性値V2(i、j、k)はVmaxMとなり、「造形無し」となる。また、第1の属性値V1(i、j、k)が閾値Mt(l、m、n)以上の場合は、第2の属性値V2(i、j、k)はVmaxPとなり、「造形有り」となる。   In this way, when the first attribute value V1 (i, j, k) is less than the threshold value Mt (l, m, n), the second attribute value V2 (i, j, k) becomes VmaxM, and " There is no modeling ”. Further, when the first attribute value V1 (i, j, k) is equal to or larger than the threshold value Mt (l, m, n), the second attribute value V2 (i, j, k) becomes VmaxP, which means “there is molding. Will be

例えば図13に示すように、閾値マトリクスMt1と、ボクセルの第1の属性値V1と、を比較した場合について説明する。なお、調整係数はAx0=Ay0=Az0=0、すなわち三次元閾値マトリクスMt1の周期を調整しない場合について説明する。   For example, as shown in FIG. 13, a case where the threshold matrix Mt1 is compared with the first voxel attribute value V1 will be described. The adjustment coefficient is Ax0 = Ay0 = Az0 = 0, that is, the case where the cycle of the three-dimensional threshold matrix Mt1 is not adjusted will be described.

図13に示す三次元閾値マトリクスMt1は、基本形状に対応する閾値「0」から徐々に変化するように、多値で設定されている。具体的には、閾値マトリクスMt1は、一例として4種類の閾値「0」、「80」、「160」、「255」で構成されており、基本形状に対応する閾値「0」からの距離が大きくなるに従って閾値が大きくなるマトリクスである。そして、各ボクセルの第1の属性値V1は、一様に「70」であるとする。この場合、図13に示すように、第2の属性値V2は、X方向及びY方向共に中央のボクセル1個分が「造形有り」となり、十字形状となる。   The three-dimensional threshold matrix Mt1 shown in FIG. 13 is set in multiple values so as to gradually change from the threshold “0” corresponding to the basic shape. Specifically, the threshold matrix Mt1 is composed of, for example, four types of thresholds “0”, “80”, “160”, and “255”, and the distance from the threshold “0” corresponding to the basic shape is This is a matrix in which the threshold value increases as it increases. Then, it is assumed that the first attribute value V1 of each voxel is uniformly “70”. In this case, as shown in FIG. 13, the second attribute value V2 is a cross shape in which one voxel at the center in both the X direction and the Y direction is “modeled”.

また、図14に示すように、各ボクセルの第1の属性値V1が一様に「90」であるとする。この場合、第2の属性値V2は、X方向及びY方向共に中央のボクセル3個分が「造形有り」となり、図13に示した十字形状よりも肉厚が大きい十字形状となる。   Further, as shown in FIG. 14, it is assumed that the first attribute value V1 of each voxel is uniformly “90”. In this case, the second attribute value V2 is a cross shape having a larger thickness than the cross shape shown in FIG. 13 for the three central voxels in both the X and Y directions.

次に、図15に示すように、閾値マトリクスの閾値が、基本形状に対応する第1の閾値である閾値「0」と、基本形状以外に対応する第2の閾値である閾値「255」と、の2値で設定されている閾値マトリクスMt2を用いた場合について説明する。なお、調整係数はAx0=Ay0=Az0=0、すなわち三次元閾値マトリクスMt2の周期を調整しない場合について説明する。   Next, as shown in FIG. 15, the threshold value of the threshold value matrix is the threshold value “0” which is the first threshold value corresponding to the basic shape and the threshold value “255” which is the second threshold value corresponding to other than the basic shape. A case will be described in which the threshold matrix Mt2 that is set to be a binary value is used. The adjustment coefficient is Ax0 = Ay0 = Az0 = 0, that is, the case where the cycle of the three-dimensional threshold matrix Mt2 is not adjusted will be described.

図15に示すように、第1の属性値V1は、図15のX方向において左端から右端にかけて値が大きくなるように、「0」〜「255」の値が設定されているものとする。この場合、図15に示すように、閾値マトリクスMt2の周期が調整されないため、基本形状が規則的にX方向に2個並んだ形状に相当するボクセルの第2の属性値V2が「造形有り」となる。   As shown in FIG. 15, it is assumed that the first attribute value V1 is set to a value of “0” to “255” such that the value increases from the left end to the right end in the X direction of FIG. In this case, as shown in FIG. 15, since the cycle of the threshold matrix Mt2 is not adjusted, the second attribute value V2 of the voxel corresponding to the shape in which the two basic shapes are regularly arranged in the X direction is “printed”. Becomes

また、図15の例において、調整係数をAx0=Ay0=Az0=1、すなわち三次元閾値マトリクスMt2の周期を調整する場合は、第1の属性値V1と比較される三次元閾値マトリクスMt2の座標スケールが変化する。このため、図16に示すように、X方向において右端に向かうに従って基本形状が密となる形状に相当するボクセルの第2の属性値V2が「造形有り」となる。   Further, in the example of FIG. 15, when the adjustment coefficient is Ax0 = Ay0 = Az0 = 1, that is, when the cycle of the three-dimensional threshold value matrix Mt2 is adjusted, the coordinates of the three-dimensional threshold value matrix Mt2 to be compared with the first attribute value V1. The scale changes. For this reason, as shown in FIG. 16, the second attribute value V2 of the voxel corresponding to the shape in which the basic shape becomes denser toward the right end in the X direction is “with modeling”.

このように、調整係数及び閾値マトリクスを変えることで、三次元形状によって実現される物性値がきめ細かく調整される。   As described above, by changing the adjustment coefficient and the threshold matrix, the physical property value realized by the three-dimensional shape is finely adjusted.

ステップS108では、ステップS106で算出した各ボクセルの造形の有無を表すデータをボクセルデータとして三次元造形装置100に送信する。   In step S108, the data representing the presence / absence of modeling of each voxel calculated in step S106 is transmitted to the 3D modeling apparatus 100 as voxel data.

三次元造形装置100の取得部110は、三次元形状データの生成装置10から送信されたボクセルデータを取得する。また、制御部112は、取得部110が取得したボクセルデータに従って造形材料が吐出されるように、吐出ヘッド駆動部104を駆動して吐出ヘッド102を二次元に走査させると共に、吐出ヘッド102による造形材料の吐出を制御する。これにより、三次元形状が造形される。   The acquisition unit 110 of the 3D modeling apparatus 100 acquires the voxel data transmitted from the 3D shape data generation apparatus 10. Further, the control unit 112 drives the ejection head drive unit 104 to two-dimensionally scan the ejection head 102 so that the modeling material is ejected according to the voxel data acquired by the acquisition unit 110, and the modeling by the ejection head 102 is performed. Control the discharge of material. Thereby, a three-dimensional shape is formed.

次に、図17を参照して、本実施の形態に係る生成装置10が、三次元閾値マトリクスの生成装置として機能する場合における作用について説明する。CPU12Aにより三次元閾値マトリクスの生成プログラムを実行させることで、図17に示す生成処理が実行される。なお、図17に示す生成処理は、例えば、ユーザーの操作により生成プログラムの実行が指示された場合に実行される。   Next, with reference to FIG. 17, an operation when the generation device 10 according to the present embodiment functions as a three-dimensional threshold value matrix generation device will be described. The generation processing shown in FIG. 17 is executed by executing the generation program of the three-dimensional threshold matrix by the CPU 12A. The generation process shown in FIG. 17 is executed, for example, when the execution of the generation program is instructed by a user operation.

ステップS200では、三次元閾値マトリクスを生成する際の条件を設定するための設定画面として、例えば図18に示すような設定画面60を表示部16に表示させる。図18に示すように、設定画面60は、パターンピースを選択するためのパターンピース選択領域62、パターンピースが定義された外部ファイルの読み込みを指示するための外部ファイル読み込みボタン64、三次元閾値マトリクスのボクセルピッチを入力するためのボクセルピッチ入力欄66、パターンピースを変調させる際に基準となる基準肉厚を入力するための基準肉厚入力領域68、最小肉厚を維持するように指示するためのチェックボックス70、最大肉厚を維持するよう指示するためのチェックボックス72、隣接するボクセルとの接触の種類に応じて重み付けすることを指示するためのチェックボックス74、隣接するボクセルとの接続強度(リンク値)に基づいて重み付けすることを指示するためのチェックボックス76、三次元閾値マトリクスの生成処理の実行を指示するための実行ボタン78、及び設定画面60に入力した値を取り消すためのキャンセルボタン80を含んで構成される。   In step S200, for example, a setting screen 60 as shown in FIG. 18 is displayed on the display unit 16 as a setting screen for setting conditions for generating the three-dimensional threshold matrix. As shown in FIG. 18, the setting screen 60 has a pattern piece selection area 62 for selecting a pattern piece, an external file reading button 64 for instructing reading of an external file in which the pattern piece is defined, and a three-dimensional threshold matrix. Voxel pitch input field 66 for inputting the voxel pitch of, a reference wall thickness input area 68 for inputting a reference wall thickness to be a reference when modulating the pattern piece, for instructing to maintain the minimum wall thickness Check box 70, a check box 72 for instructing to maintain the maximum wall thickness, a check box 74 for instructing weighting according to the type of contact with an adjacent voxel, and a connection strength with an adjacent voxel. A check box 76 for instructing weighting based on (link value), an execution button 78 for instructing execution of the three-dimensional threshold matrix generation process, and a cancel for canceling the value input to the setting screen 60. The button 80 is included.

図18の例では、5個のパターンピースP1〜P3が表示されており、ユーザーが操作部14を操作することによりパターンピースP1が選択された状態を示している。また、スライドバーSBを左右に動かすことで他のパターンピースも表示される。更に、パターンピースが定義された外部ファイルを読み込むことによりパターンピースを受け付けても良い。この場合、外部ファイル読み込みボタン64を押下して外部ファイルを指定すればよい。   In the example of FIG. 18, five pattern pieces P1 to P3 are displayed, and the pattern piece P1 is selected by the user operating the operation unit 14. Further, other pattern pieces are also displayed by moving the slide bar SB left and right. Furthermore, the pattern piece may be accepted by reading an external file in which the pattern piece is defined. In this case, the external file read button 64 may be pressed to specify the external file.

ここで、パターンピースとは、基本形状を含む予め定めた形状を複数のボクセルで表したものである。なお、予め定めた形状としては立方体が挙げられるが、立方体以外の直方体等、他の形状でもよい。   Here, the pattern piece is a predetermined shape including a basic shape represented by a plurality of voxels. Note that a cube is given as the predetermined shape, but other shapes such as a rectangular parallelepiped other than a cube may be used.

本実施形態では、一例として図19に示すような三本柱状の基本形状を有するパターンピースP1が選択された場合について説明する。   In the present embodiment, as an example, a case will be described in which a pattern piece P1 having a three-columnar basic shape as shown in FIG. 19 is selected.

また、ユーザーは、パターンピースの選択の他に、ボクセルピッチ入力欄66に三次元閾値マトリクスのボクセルピッチを入力する。また、必要に応じて基準肉厚入力領域68に基準肉厚を入力する。なお、複数の基準肉厚を入力してもよい。   Further, the user inputs the voxel pitch of the three-dimensional threshold matrix in the voxel pitch input field 66 in addition to selecting the pattern piece. Further, the reference thickness is input to the reference thickness input area 68 as needed. Note that a plurality of reference wall thicknesses may be input.

また、ユーザーは、必要に応じてチェックボックス70をチェックして最小肉厚を維持するように指示したり、チェックボックス72をチェックして最大肉厚を維持するよう指示したりする。また、ユーザーは、必要に応じてチェックボックス74をチェックして、隣接するボクセルとの接触の種類に応じて重み付けすることを指示したり、チェックボックス76をチェックして、隣接するボクセルとの接続強度に基づいて重み付けすることを指示したりする。   Further, the user checks the check box 70 to instruct to maintain the minimum wall thickness, and checks the check box 72 to instruct to maintain the maximum wall thickness as necessary. In addition, the user may check the check box 74 as necessary to instruct weighting according to the type of contact with the adjacent voxel, or check the check box 76 to connect with the adjacent voxel. The weighting is instructed based on the strength.

ステップS202では、パターンピースが選択されたか否かを判定する。すなわち、ユーザーが操作部14を操作することによりパターンピース選択領域62から所望のパターンピースを選択したか否か及び外部ファイル読み込みボタン64を押下して外部ファイルが指示されたか否かを判定する。   In step S202, it is determined whether a pattern piece has been selected. That is, it is determined whether the user has selected a desired pattern piece from the pattern piece selection area 62 by operating the operation unit 14 and whether the external file read button 64 has been pressed and an external file has been designated.

そして、パターンピースが選択された場合はステップS204へ移行し、パターンピースが選択されていない場合はステップS222へ移行する。   When the pattern piece is selected, the process proceeds to step S204, and when the pattern piece is not selected, the process proceeds to step S222.

ステップS204では、選択されたパターンピースが定義されたファイルを記憶部20から読み込む。   In step S204, the file in which the selected pattern piece is defined is read from the storage unit 20.

ステップS206では、ボクセルピッチ入力欄66に三次元閾値マトリクスのボクセルピッチが入力されたか否かを判定する。本実施形態では、ボクセルピッチ入力欄66には、X、Y、Z軸の各方向に共通の値を入力する場合について説明するが、軸毎にボクセルピッチの入力欄を設けてもよい。また、本実施形態では、ボクセルピッチが一例として1mm当たりのボクセル数である場合について説明するが、1ボクセル当たりのサイズでもよい。すなわち、三次元閾値マトリクスの閾値の数を決定するためのパラメータであればよい。   In step S206, it is determined whether or not the voxel pitch of the three-dimensional threshold matrix is input to the voxel pitch input field 66. In the present embodiment, the case where a common value is input in each direction of the X, Y, and Z axes in the voxel pitch input field 66 will be described, but a voxel pitch input field may be provided for each axis. In addition, in the present embodiment, the case where the voxel pitch is the number of voxels per 1 mm will be described as an example, but the size per voxel may be used. That is, it may be a parameter for determining the number of thresholds of the three-dimensional threshold matrix.

そして、ボクセルピッチが入力された場合はステップS208へ移行し、ボクセルピッチが入力されていない場合はステップS222へ移行する。   Then, if the voxel pitch is input, the process proceeds to step S208, and if the voxel pitch is not input, the process proceeds to step S222.

ステップS208では、三次元閾値マトリクスの閾値の数を算出する。具体的には、ステップS204で読み込んだパターンピースのサイズと、ボクセルピッチ入力欄66に入力されたボクセルピッチと、に基づいて三次元閾値マトリクスの閾値の数を算出する。ここで、パターンピースのサイズは予め定められており、一例として単位がミリメートルであるものとする。従って、パターンピースのサイズにボクセルピッチを乗算することにより、X、Y、Z軸の各方向共通の三次元閾値マトリクスの閾値の数を算出する。なお、ボクセルピッチが1ボクセル当たりのサイズの場合には、パターンピースのサイズをボクセルピッチで除算することにより三次元閾値マトリクスの閾値の数を算出すればよい。   In step S208, the number of thresholds in the three-dimensional threshold matrix is calculated. Specifically, the number of thresholds of the three-dimensional threshold matrix is calculated based on the size of the pattern piece read in step S204 and the voxel pitch input in the voxel pitch input field 66. Here, the size of the pattern piece is predetermined, and the unit is millimeter as an example. Therefore, by multiplying the size of the pattern piece by the voxel pitch, the number of thresholds of the three-dimensional threshold matrix common to each of the X, Y, and Z axes is calculated. When the voxel pitch is the size per voxel, the number of thresholds in the three-dimensional threshold matrix may be calculated by dividing the size of the pattern piece by the voxel pitch.

ステップS210では、実行ボタン78が押下されたか否かを判定する。そして、実行ボタン78が押下された場合はステップS212へ移行し、実行ボタン78が押下されていない場合はステップS218へ移行する。   In step S210, it is determined whether the execute button 78 has been pressed. If the execute button 78 is pressed, the process proceeds to step S212, and if the execute button 78 is not pressed, the process proceeds to step S218.

ステップS212では、ステップS204で読み込んだパターンピースのX、Y、Z軸の各方向のボクセル数が、ステップS208で算出したボクセル数となるようにパターンピースを複数のボクセルに分割する。このとき、パターンピースの肉厚が、基準肉厚入力領域68に入力された肉厚となるように複数のボクセルに分割する。なお、基準肉厚入力領域68に何も入力されていない場合は、予め定めた肉厚、例えば1mmを基準肉厚として用いてもよい。   In step S212, the pattern piece is divided into a plurality of voxels so that the number of voxels in each direction of the X, Y, and Z axes of the pattern piece read in step S204 becomes the number of voxels calculated in step S208. At this time, the pattern piece is divided into a plurality of voxels such that the thickness of the pattern piece becomes the thickness input in the reference thickness input area 68. If nothing is input in the reference wall thickness input area 68, a predetermined wall thickness, for example, 1 mm may be used as the reference wall thickness.

また、本実施形態では、パターンピースのX、Y、Z軸の各方向のボクセル数が25個の場合について説明する。図20には、パターンピースP1のZ方向中心位置のXY平面における断面を示した。図20に示すパターンピースP1では、基本肉厚が1mmのパターンピースのXY平面における断面を示した。図20に示すように、基本形状に相当する位置のボクセルには「1」、すなわち「ボクセル有り」が設定され、基本形状以外に相当する位置のボクセルには「0」、すなわち「ボクセル無し」が設定されている。   In addition, in the present embodiment, a case where the number of voxels in each of the X, Y, and Z axes of the pattern piece is 25 will be described. FIG. 20 shows a cross section in the XY plane at the Z direction central position of the pattern piece P1. In the pattern piece P1 shown in FIG. 20, the cross section in the XY plane of the pattern piece having a basic wall thickness of 1 mm is shown. As shown in FIG. 20, “1”, that is, “with voxel”, is set in the voxel at the position corresponding to the basic shape, and “0”, that is, “without voxel” in the voxel at the position other than the basic shape. Is set.

ステップS214では、パターンピースを構成する各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を算出する。   In step S214, the number of presence / absence of adjacent voxels is calculated for each voxel forming the pattern piece.

図21に示すように、処理対象の中心となる注目ボクセルBXの周囲には、ボクセル番号「1」〜「26」の26個のボクセルが存在する。このため、本実施形態では、各ボクセルについて、周囲の26個のボクセルと、注目ボクセルBXの数を合計した27個のボクセルのうち、「1」、すなわち「ボクセル有り」が設定されているボクセルの数を算出する。   As shown in FIG. 21, there are 26 voxels with voxel numbers “1” to “26” around the target voxel BX which is the center of the processing target. Therefore, in the present embodiment, for each voxel, among the 27 voxels in which the surrounding 26 voxels and the number of target voxels BX are summed, “1”, that is, the voxel with which voxels are present is set. Calculate the number of

そして、ステップS216では、各ボクセルについて算出した周囲の「ボクセル有り」のボクセルの数を、三次元形状データのボクセルの属性値が取り得る値の最大値で正規化した値を閾値とする。   Then, in step S216, the threshold value is obtained by normalizing the number of surrounding voxels with “voxels” calculated for each voxel by the maximum value of the voxel attribute values of the three-dimensional shape data.

例えば周囲の「ボクセル有り」のボクセル数の最大値をNmax、周囲の「ボクセル有り」のボクセル数をN、三次元形状データのボクセルの属性値が取り得る値の最大値をBmax、閾値をTHとした場合、次式により閾値THを算出する。   For example, the maximum value of the number of voxels with "voxels around" is Nmax, the number of voxels with "voxels around" is N, the maximum possible value of the voxel attribute value of the three-dimensional shape data is Bmax, and the threshold is TH. In that case, the threshold value TH is calculated by the following equation.

TH={(Nmax−N)/Nmax}×Bmax ・・・(1) TH = {(Nmax-N) / Nmax} × Bmax (1)

なお、周囲の「ボクセル有り」のボクセル数が取り得る値は「0」〜「27」なので、Nmaxは「27」である。また、三次元形状データのボクセルの属性値が取り得る値が「0」〜「255」であるとすると、Bmaxは「255」である。また、上記(1)式により算出された閾値THを適宜調整してもよい。例えば、算出された閾値THの下1桁目又は小数点以下を四捨五入したり、切り上げたり、切り捨てたりしてもよい。また、閾値THを他の閾値と一致しない範囲で増減させてもよい。このように閾値THを算出することにより、閾値が「0」〜「255」の範囲で且つ28階調の閾値が設定された三次元閾値マトリクスが生成される。なお、各ボクセルについて、周囲のボクセルのうち「ボクセル無し」が設定されているボクセルの数を算出し、周囲の「ボクセル無し」の最大値である「27」から、周囲の「ボクセル無し」のボクセルの数を減算した値を用いて閾値THを算出してもよい。   Note that the possible values of the number of voxels “with voxels” in the surroundings are “0” to “27”, so Nmax is “27”. Further, if the values that the voxel attribute values of the three-dimensional shape data can take are "0" to "255", Bmax is "255". Further, the threshold value TH calculated by the above equation (1) may be adjusted appropriately. For example, the first digit of the calculated threshold value TH or the portion after the decimal point may be rounded off, rounded up, or rounded down. Also, the threshold TH may be increased or decreased within a range that does not match other thresholds. By calculating the threshold TH in this way, a three-dimensional threshold matrix in which the threshold is in the range of “0” to “255” and the threshold of 28 gradations is set is generated. Note that for each voxel, the number of voxels for which “no voxel” is set among the surrounding voxels is calculated, and from the maximum value “27” of the surrounding “no voxels” to the surrounding “no voxels”. The threshold TH may be calculated using a value obtained by subtracting the number of voxels.

図22には、三次元閾値マトリクスの一例を示した。図22に示す三次元閾値マトリクスM1は、「0」〜「255」の範囲で且つ28階調の閾値を有する三次元閾値マトリクスである。   FIG. 22 shows an example of the three-dimensional threshold matrix. The three-dimensional threshold value matrix M1 shown in FIG. 22 is a three-dimensional threshold value matrix having threshold values in the range of "0" to "255" and 28 gradations.

また、図22に示すように、三次元閾値マトリクスM1は、基本形状に対応する位置から離れるに従って閾値が徐々に変化するように、具体的には、基本形状の中心部から外縁部に向かうに従って閾値が徐々に大きくなるように閾値が設定されている。   Also, as shown in FIG. 22, the three-dimensional threshold matrix M1 is such that the threshold gradually changes as it moves away from the position corresponding to the basic shape, and more specifically, from the center of the basic shape toward the outer edge. The threshold is set so that the threshold gradually increases.

このようにして生成された三次元閾値マトリクスM1の肉厚と閾値との関係を図23に示した。図23に示すように、閾値の中間値が基準肉厚として設定された1mmに相当する。   FIG. 23 shows the relationship between the thickness of the three-dimensional threshold matrix M1 thus generated and the threshold. As shown in FIG. 23, the intermediate value of the threshold values corresponds to 1 mm set as the reference wall thickness.

また、基準肉厚入力領域68に複数の基準肉厚が入力された場合は、各基準肉厚に対応するパターンピースの各ボクセルについて、周囲の「ボクセル有り」のボクセル数を算出する。そして、各パターンピースの各ボクセルについて算出した周囲の「ボクセル有り」のボクセル数を、同じ位置毎に各々積算する、すなわち総和を算出する。そして、算出した総和を用いて上記(1)式により閾値を算出する。これにより、パターンピースの数がn個の場合は、閾値の階調数は28×nとなる。例えば図18に示すように、基準肉厚が0.5mm、1.0mm、2.0mmの三種類の基準肉厚が設定された場合について説明する。この場合、図24に示すように、基準肉厚が0.5mm、1.0mm、2.0mmのパターンピースP1−1、P1−2、P1−3が設定され、閾値の階調数は、28×3=84となる。   When a plurality of reference wall thicknesses are input to the reference wall thickness input area 68, the number of voxels “with voxels” around the voxel of the pattern piece corresponding to each reference wall thickness is calculated. Then, the number of voxels “with voxels” in the surroundings calculated for each voxel of each pattern piece is integrated for each same position, that is, the sum is calculated. Then, the threshold value is calculated by the above equation (1) using the calculated sum. As a result, when the number of pattern pieces is n, the gradation number of the threshold is 28 × n. For example, as shown in FIG. 18, a case where three types of reference wall thicknesses of 0.5 mm, 1.0 mm, and 2.0 mm are set will be described. In this case, as shown in FIG. 24, the pattern pieces P1-1, P1-2, and P1-3 having the reference wall thicknesses of 0.5 mm, 1.0 mm, and 2.0 mm are set, and the threshold gradation number is 28 × 3 = 84.

図25には、パターンピースP1−1、P1−2、P1−3を用いて生成された三次元閾値マトリクスM2を示した。また、図26には、三次元閾値マトリクスM2の肉厚と閾値との関係を示した。この場合、図26に示すように、閾値の中間値が基準肉厚1mmに相当し、閾値の最大値の75%の値が基準肉厚2mmに相当し、閾値の最大値の25%の値が基準肉厚0.5mmに相当する。   FIG. 25 shows a three-dimensional threshold matrix M2 generated using the pattern pieces P1-1, P1-2, P1-3. Further, FIG. 26 shows the relationship between the thickness of the three-dimensional threshold matrix M2 and the threshold. In this case, as shown in FIG. 26, the intermediate value of the threshold value corresponds to the reference thickness of 1 mm, 75% of the maximum value of the threshold value corresponds to the reference thickness of 2 mm, and the value of 25% of the maximum value of the threshold value. Corresponds to a standard wall thickness of 0.5 mm.

また、チェックボックス70がチェックされ、最小肉厚を維持するように設定されていた場合は、造形される三次元形状が最小肉厚以上となるように閾値を設定する。具体的には、生成された三次元閾値マトリクスの各閾値のうち、最小肉厚未満となる位置の閾値の全てを閾値の最小値である「0」に設定する。このように閾値が設定された三次元閾値マトリクスを用いて三次元形状を造形することにより、最小肉厚以上の肉厚を有する三次元形状が造形される。   If the check box 70 is checked and the minimum wall thickness is maintained, the threshold is set so that the three-dimensional shape to be formed has the minimum wall thickness or more. Specifically, among the threshold values of the generated three-dimensional threshold value matrix, all the threshold values at the positions where the thickness is less than the minimum thickness are set to “0” which is the minimum threshold value. By modeling the three-dimensional shape using the three-dimensional threshold value matrix in which the threshold values are set in this way, a three-dimensional shape having a wall thickness equal to or greater than the minimum wall thickness is modeled.

また、チェックボックス72がチェックされ、最大肉厚を維持するように設定されていた場合は、造形される三次元形状が最大肉厚以下となるように閾値を設定する。具体的には、生成された三次元閾値マトリクスの各閾値のうち、最大肉厚を超える位置の閾値の全てを、例えば閾値の最大値である「255」よりも大きい「256」に設定する。このように閾値が設定された三次元閾値マトリクスを用いて三次元形状を造形することにより、最大肉厚以下の肉厚を有する三次元形状が造形される。   When the check box 72 is checked and the maximum thickness is set to be maintained, the threshold is set so that the three-dimensional shape to be formed has the maximum thickness or less. Specifically, among the threshold values of the generated three-dimensional threshold value matrix, all the threshold values at the positions exceeding the maximum wall thickness are set to “256”, which is larger than the maximum threshold value of “255”, for example. By modeling a three-dimensional shape using the three-dimensional threshold value matrix in which the threshold values are set in this way, a three-dimensional shape having a wall thickness equal to or smaller than the maximum wall thickness is modeled.

図27には、図24に示す基準肉厚が0.5mm、1.0mm、2.0mmの三種類のパターンピースP1−1、P1−2、P1−3が設定されると共に、最小肉厚及び最大肉厚を維持するように設定された場合に生成された三次元閾値マトリクスM3を示した。図27に示す三次元閾値マトリクスM3は、図25に示した三次元閾値マトリクスM2、すなわち最小肉厚及び最大肉厚を維持するように設定されていない場合に生成された三次元閾値マトリクスM2と比較すると、最小肉厚である0.5mm未満となる位置の閾値の全てが閾値の最小値である「0」に設定されていると共に、最大肉厚である2.0mmを超える位置の閾値の全てが閾値の最大値である「255」よりも大きい「256」に設定されている。   In FIG. 27, three types of pattern pieces P1-1, P1-2, P1-3 having the reference thicknesses of 0.5 mm, 1.0 mm and 2.0 mm shown in FIG. And the three-dimensional threshold matrix M3 generated when set to maintain maximum wall thickness. The three-dimensional threshold matrix M3 shown in FIG. 27 corresponds to the three-dimensional threshold matrix M2 shown in FIG. 25, that is, the three-dimensional threshold matrix M2 generated when the minimum wall thickness and the maximum wall thickness are not set to be maintained. By comparison, all of the threshold values at positions where the minimum thickness is less than 0.5 mm are set to “0”, which is the minimum threshold value, and the threshold values at positions exceeding 2.0 mm, which is the maximum thickness, are set. All are set to "256" which is larger than "255" which is the maximum value of the threshold.

また、図28には、三次元閾値マトリクスM3の肉厚と閾値との関係を示した。この場合、図28に示すように、閾値の最大値「256」未満、すなわち閾値「255」以下が最大肉厚の2mm以下に相当し、閾値の最小値「0」以上が最小肉厚0.5mm以上に相当する。   Further, FIG. 28 shows the relationship between the wall thickness of the three-dimensional threshold matrix M3 and the threshold. In this case, as shown in FIG. 28, the threshold value less than the maximum value “256”, that is, the threshold value “255” or less corresponds to the maximum wall thickness of 2 mm or less, and the minimum threshold value “0” or more, the minimum wall thickness 0. It corresponds to 5 mm or more.

また、チェックボックス74がチェックされていた場合、パターンピースの各ボクセルについて算出した隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接触の種類に応じて重み付けする。例えば、接触の種類が、面接触、線接触、及び点接触の順に重みが大きくなるように重み付けする。具体的には、隣接するボクセルの有無の数を算出する場合に、面接触するボクセル、線接触するボクセル、点接触するボクセルの各々について、隣接するボクセルの有無の数を算出する。そして、面接触するボクセルの有無の数には第1の係数a1を乗算し、線接触するボクセルの有無の数には第2の係数a2を乗算し、線接触するボクセルの有無の数には第3の係数a3を乗算する。ここで、a1>a2>a3である。これにより、面接触、線接触、及び点接触の順に重みが大きくなるように重み付けされる。   When the check box 74 is checked, the number of presence / absence of adjacent voxels calculated for each voxel of the pattern piece is weighted according to the type of contact with the adjacent voxel. For example, the types of contact are weighted so that the weight increases in the order of surface contact, line contact, and point contact. Specifically, when calculating the number of adjacent voxels, the number of adjacent voxels is calculated for each of the surface-contacting voxels, line-contacting voxels, and point-contacting voxels. Then, the number of presence / absence of voxels in surface contact is multiplied by a first coefficient a1, the number of presence / absence of voxels in line contact is multiplied by a second coefficient a2, and the number of presence / absence of voxels in line contact is calculated. The third coefficient a3 is multiplied. Here, a1> a2> a3. As a result, weighting is performed such that the weight increases in the order of surface contact, line contact, and point contact.

ここで、例えば図21に示す注目ボクセルBXに対して面接触するボクセルは、ボクセル番号5、11、13、14、16、22のボクセルである。また、注目ボクセルBXに対して線接触するボクセルは、ボクセル番号2、4、6、8、10、12、15、17、19、21、23、25のボクセルである。また、注目ボクセルBXに対して点接触するボクセルは、ボクセル番号1、3、7、9、18、20、24、26のボクセルである。この場合、面接触するボクセル番号5、11、13、14、16、22のボクセルの有無の数に係数a1が乗算される。また、線接触するボクセル番号2、4、6、8、10、12、15、17、19、21、23、25のボクセルの有無の数に係数a2が乗算される。また、点接触するボクセル番号1、3、7、9、18、20、24、26のボクセルの有無の数に係数a3が乗算される。   Here, for example, the voxels that make surface contact with the target voxel BX shown in FIG. 21 are the voxels with voxel numbers 5, 11, 13, 14, 16, and 22. Further, the voxels that are in line contact with the target voxel BX are the voxels with voxel numbers 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 17, 19, 21, 23, and 25. Further, the voxels that make point contact with the target voxel BX are the voxels with voxel numbers 1, 3, 7, 9, 18, 20, 24, and 26. In this case, the number of presence / absence of voxels with surface contact voxel numbers 5, 11, 13, 14, 16, 22 is multiplied by a coefficient a1. Further, the coefficient a2 is multiplied by the number of presence or absence of voxels of voxel numbers 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 17, 19, 21, 23, 25 that are in line contact with each other. In addition, the number of presence / absence of voxels with voxel numbers 1, 3, 7, 9, 18, 20, 24, and 26 that are in point contact is multiplied by a coefficient a3.

また、チェックボックス76がチェックされていた場合、パターンピースの各ボクセルについて算出した隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接続強度に基づいて閾値を重み付けする。接続強度は、パターンピースの各ボクセルに予め設定されており、隣接するボクセル毎に接続強度が予め設定されている。この場合、隣接するボクセルの有無の数を算出する際に、隣接するボクセルの接続強度が強いほど大きくなり、接続強度が小さくなるほど小さくなる係数を乗算する。これにより、接続強度が大きいほど重み付けが大きくなる。   When the check box 76 is checked, the number of presence / absence of adjacent voxels calculated for each voxel of the pattern piece is weighted with a threshold value based on the connection strength with the adjacent voxel. The connection strength is preset for each voxel of the pattern piece, and the connection strength is preset for each adjacent voxel. In this case, when calculating the number of adjacent voxels, the coefficient is multiplied by the strength of the connection between the adjacent voxels, and the coefficient is decreased by the strength of the connection. As a result, the weighting increases as the connection strength increases.

ステップS218では、キャンセルボタン80が押下されたか否かを判定する。そして、キャンセルボタン80が押下された場合はステップS220へ移行し、キャンセルボタン80が押下されていない場合はステップS222へ移行する。   In step S218, it is determined whether the cancel button 80 has been pressed. If the cancel button 80 is pressed, the process proceeds to step S220, and if the cancel button 80 is not pressed, the process proceeds to step S222.

ステップS220では、設定画面60に入力された条件をリセットする。   In step S220, the condition input on the setting screen 60 is reset.

ステップS222では、本ルーチンを終了するか否かを判定する。例えば画面を閉じる操作がされたか否かを判定することにより本ルーチンを終了するか否かを判定する。そして、本ルーチンを終了すると判定された場合は本ルーチンを終了し、本ルーチンを終了すると判定されていない場合はステップS202へ移行する。   In step S222, it is determined whether to end this routine. For example, it is determined whether or not this routine is ended by determining whether or not the screen closing operation has been performed. Then, if it is determined that the present routine is ended, the present routine is ended, and if it is not determined that the present routine is ended, the process proceeds to step S202.

このように、本実施形態では、受け付けたパターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を算出することにより三次元閾値マトリクスを生成する。これにより、三次元閾値マトリクスをユーザーの操作によって1つ1つ作成する場合と比較して、効率良く三次元閾値マトリクスが生成される。   As described above, in the present embodiment, for each voxel of the received pattern piece, a three-dimensional threshold matrix is generated by calculating the number of presence / absence of adjacent voxels. As a result, the three-dimensional threshold matrix is generated more efficiently than in the case where the three-dimensional threshold matrix is created one by one by the user's operation.

以上、各実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は各実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   Although the present invention has been described above by using each embodiment, the present invention is not limited to the scope described in each embodiment. Various modifications and improvements can be added to the respective embodiments without departing from the scope of the present invention, and the embodiments to which the modifications and improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、本実施形態では、三次元形状データを生成する生成装置10と三次元形状データに基づいて三次元形状を造形する三次元造形装置100とが別個の構成の場合について説明したが、三次元造形装置100が生成装置10の機能を備えた構成としてもよい。   For example, in the present embodiment, a case has been described in which the generation device 10 that generates three-dimensional shape data and the three-dimensional modeling device 100 that models a three-dimensional shape based on the three-dimensional shape data have separate configurations. The modeling apparatus 100 may be configured to have the function of the generation apparatus 10.

すなわち、三次元造形装置100の取得部110がボクセルデータを取得し、制御部112が図6の生成処理を実行して三次元形状データを生成してもよい。   That is, the acquisition unit 110 of the three-dimensional modeling apparatus 100 may acquire the voxel data, and the control unit 112 may execute the generation process of FIG. 6 to generate the three-dimensional shape data.

また、例えば、図6に示した三次元形状データの生成処理をASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウエアで実現するようにしてもよい。この場合、ソフトウエアで実現する場合に比べて、処理の高速化が図られる。   Further, for example, the generation processing of the three-dimensional shape data illustrated in FIG. 6 may be realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit). In this case, the processing speed can be increased as compared with the case of being realized by software.

また、各実施形態では、三次元形状データの生成プログラムが記憶部20にインストールされている形態を説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態に係る三次元形状データの生成プログラムを、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記録した形態で提供してもよい。例えば、本発明に係る三次元形状データの生成プログラムを、CD(Compact Disc)−ROM及びDVD(Digital Versatile Disc)−ROM等の光ディスクに記録した形態、若しくはUSB(Universal Serial Bus)メモリ及びメモリカード等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。また、本実施形態に係る三次元形状データの生成プログラムを、通信部18に接続された通信回線を介して外部装置から取得するようにしてもよい。   Further, in each of the embodiments, the form in which the program for generating three-dimensional shape data is installed in the storage unit 20 has been described, but the present invention is not limited to this. The three-dimensional shape data generation program according to this embodiment may be provided in a form recorded in a computer-readable storage medium. For example, the program for generating three-dimensional shape data according to the present invention is recorded on an optical disc such as a CD (Compact Disc) -ROM and a DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, or a USB (Universal Serial Bus) memory and a memory card. It may be provided in a form recorded in a semiconductor memory such as. Further, the three-dimensional shape data generation program according to the present embodiment may be acquired from an external device via a communication line connected to the communication unit 18.

1 三次元造形システム
10 三次元形状データの生成装置
12 コントローラ
14 操作部
16 表示部
18 通信部
20 記憶部
32 三次元形状
34 ボクセル
50 基本形状受付部
52 生成部
54 パラメータ受付部
56 算出部
58 肉厚受付部
100 三次元造形装置
1 3D modeling system 10 3D shape data generation device 12 controller 14 operation unit 16 display unit 18 communication unit 20 storage unit 32 three-dimensional shape 34 voxel 50 basic shape reception unit 52 generation unit 54 parameter reception unit 56 calculation unit 58 meat Thickness reception section 100 Three-dimensional modeling device

Claims (12)

複数のボクセルで表される三次元形状の三次元形状データと、基本形状に対応して閾値が三次元領域に配置された三次元閾値マトリクスと、の比較結果から前記複数のボクセルの造形の有無を算出する場合に用いる前記三次元閾値マトリクスを生成するための基本形状を受け付ける基本形状受付部と、
前記基本形状に対応する位置から離れるに従って前記閾値が徐々に変化するように前記三次元閾値マトリクスを生成する生成部と、
を備えた三次元閾値マトリクスの生成装置。
The presence or absence of modeling of the plurality of voxels from the comparison result of the three-dimensional shape data of the three-dimensional shape represented by a plurality of voxels and the three-dimensional threshold matrix in which the threshold values are arranged in the three-dimensional area corresponding to the basic shape A basic shape receiving unit that receives a basic shape for generating the three-dimensional threshold matrix used when calculating
A generation unit that generates the three-dimensional threshold matrix so that the threshold gradually changes as the distance from the position corresponding to the basic shape increases,
A three-dimensional threshold value matrix generating device.
前記生成部は、前記基本形状の中心部から外縁部に向かうに従って前記閾値が徐々に大きくなるように前記三次元閾値マトリクスを生成する
請求項1記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The device for generating a three-dimensional threshold value matrix according to claim 1, wherein the generation unit generates the three-dimensional threshold value matrix so that the threshold value gradually increases from the central portion of the basic shape toward the outer edge portion.
前記生成部は、前記基本形状を含む予め定めた形状を複数のボクセルで表したパターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を算出することにより前記三次元閾値マトリクスを生成する
請求項2記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The generation unit generates the three-dimensional threshold matrix by calculating the number of adjacent voxels for each voxel of a pattern piece in which a predetermined shape including the basic shape is represented by a plurality of voxels. 2. The three-dimensional threshold value matrix generation device according to 2.
前記三次元閾値マトリクスの前記閾値の数を決定するためのパラメータを受け付けるパラメータ受付部を備え、
前記パターンピースのサイズ及び前記パラメータを用いて前記三次元閾値マトリクスのサイズを算出する算出部
を備えた請求項3記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
A parameter receiving unit that receives a parameter for determining the number of the thresholds of the three-dimensional threshold matrix,
The three-dimensional threshold value matrix generation device according to claim 3, further comprising a calculation unit that calculates the size of the three-dimensional threshold value matrix using the size of the pattern piece and the parameter.
前記基本形状の基準肉厚を受け付ける肉厚受付部を備え、
前記生成部は、前記肉厚受付部が受け付けた基準肉厚に対応する前記パターンピースの各ボクセルについて、隣接するボクセルの有無の数を用いて前記三次元閾値マトリクスを生成する
請求項3又は請求項4記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
A wall thickness receiving portion for receiving the reference wall thickness of the basic shape,
The generating unit generates the three-dimensional threshold matrix by using the number of adjacent voxels for each voxel of the pattern piece corresponding to the reference wall thickness received by the wall thickness receiving unit. Item 3. A three-dimensional threshold value matrix generation device according to item 4.
前記肉厚受付部は、複数の基準肉厚を受け付け、
前記生成部は、前記複数の基準肉厚の各々に対応する複数の前記パターンピースについて生成した複数の前記三次元閾値マトリクスの同じ位置の閾値を積算することにより前記三次元閾値マトリクスを生成する
請求項5記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The wall thickness receiving unit receives a plurality of reference wall thicknesses,
The generation unit generates the three-dimensional threshold matrix by integrating thresholds at the same position of the plurality of three-dimensional threshold matrices generated for the plurality of pattern pieces corresponding to each of the plurality of reference wall thicknesses. Item 3. A three-dimensional threshold value matrix generation device according to item 5.
前記肉厚受付部は、最小肉厚及び最大肉厚の少なくとも一方を受け付け、
前記生成部は、前記最小肉厚を受け付けた場合は、前記最小肉厚よりも肉厚が小さくならないように前記三次元閾値マトリクスを生成し、前記最大肉厚を受け付けた場合は、前記最大肉厚よりも肉厚が大きくならないように前記三次元閾値マトリクスを生成する
請求項5又は請求項6記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The wall thickness receiving portion receives at least one of the minimum wall thickness and the maximum wall thickness,
When the generation unit receives the minimum thickness, the generation unit generates the three-dimensional threshold matrix so that the thickness is not smaller than the minimum thickness, and when the maximum thickness is received, the maximum thickness is received. The device for generating a three-dimensional threshold value matrix according to claim 5 or 6, wherein the three-dimensional threshold value matrix is generated so that the thickness is not larger than the thickness.
前記生成部は、前記パターンピースの各ボクセルについて算出した前記隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接触の種類に応じて重み付けする
請求項3〜7の何れか1項に記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The said production | generation part weights the number of the presence or absence of the said adjacent voxel calculated about each voxel of the said pattern piece according to the kind of contact with an adjacent voxel. A three-dimensional threshold matrix generator.
前記生成部は、前記接触の種類が、面接触、線接触、及び点接触の順に重みが大きくなるように重み付けする
請求項8記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The three-dimensional threshold matrix generation device according to claim 8, wherein the generation unit weights the types of contact so that the weight increases in the order of surface contact, line contact, and point contact.
前記生成部は、前記パターンピースの各ボクセルについて算出した前記隣接するボクセルの有無の数を、隣接するボクセルとの接続強度に基づいて重み付けする
請求項8又は請求項9記載の三次元閾値マトリクスの生成装置。
The three-dimensional threshold matrix according to claim 8 or 9, wherein the generation unit weights the number of presence / absence of the adjacent voxels calculated for each voxel of the pattern piece based on the connection strength with the adjacent voxels. Generator.
複数のボクセルで表される三次元形状の三次元形状データと、請求項1〜10の何れか1項に記載の三次元閾値マトリクスの生成装置により生成された三次元閾値マトリクスと、を用いて前記複数のボクセルの造形の有無を算出する算出部
を備えた三次元形状データの生成装置。
Using the three-dimensional shape data of the three-dimensional shape represented by a plurality of voxels, and the three-dimensional threshold value matrix generated by the three-dimensional threshold value matrix generating device according to any one of claims 1 to 10. An apparatus for generating three-dimensional shape data, comprising: a calculator that calculates the presence / absence of modeling of the plurality of voxels.
コンピュータを、請求項1〜10の何れか1項に記載の三次元閾値マトリクスの生成装置の各部として機能させるための三次元閾値マトリクスの生成プログラム。   A three-dimensional threshold matrix generation program for causing a computer to function as each unit of the three-dimensional threshold matrix generation device according to claim 1.
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