JP2594212B2 - Adaptive and hierarchical grid representation generator for images - Google Patents

Adaptive and hierarchical grid representation generator for images

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JP2594212B2
JP2594212B2 JP541793A JP541793A JP2594212B2 JP 2594212 B2 JP2594212 B2 JP 2594212B2 JP 541793 A JP541793 A JP 541793A JP 541793 A JP541793 A JP 541793A JP 2594212 B2 JP2594212 B2 JP 2594212B2
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lattice
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弘美 田中
文郎 岸野
信義 寺島
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株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は画像の適応的かつ階層
的格子表現生成装置に関し、特に、コンピュータビジョ
ンやコンピュータグラフィックスの分野に属し、画像処
理の技術を用いて距離,濃淡,カラー画像などその一般
画像を三角形パッチ表現し、画像通信を目的とした画像
圧縮および復元,グラフィックス表示を目的とした任意
形状物体のCADモデリングなどの技術分野に用いられ
るような画像の適応的かつ階層的格子表現生成装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adaptive and hierarchical grid representation generator for images, and more particularly to a computer vision or computer graphics field, which uses image processing techniques to obtain distance, shading, color images, and the like. An adaptive and hierarchical grid of images used in technical fields such as triangular patch representation of the general image, image compression and decompression for image communication, CAD modeling of arbitrarily shaped objects for graphics display, etc. The present invention relates to an expression generation device.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の画像の圧縮,復元は、画像の周波数解析に基づいた手
法が一般的である。しかし、計算量的制約から、画像全
体を対象とした周波数解析は困難であるため、入力画像
を複数の矩形領域(ブロック)に分割して処理が行なわ
れる。しかし、ブロック間での解析結果の連続性が損な
われる問題を生じる。
2. Description of the Related Art Conventionally, image compression and decompression are generally performed based on frequency analysis of an image. However, since it is difficult to perform frequency analysis on the entire image due to computational restrictions, processing is performed by dividing the input image into a plurality of rectangular regions (blocks). However, there arises a problem that continuity of the analysis result between blocks is lost.

【0003】一方、近年のコンピュータビジョンや画像
処理の分野で、格子表現を用いて画像を圧縮(サンプリ
ング),復元する手法が提案されている。適応格子表現
を生成する方法としては、規則格子の、各格子点位置を
移動させる方法や、格子点数および連結関係を修正する
方法が挙げられる。格子点を移動する手法では、対象表
面の形状変化が不均一な場合には、広範囲にわたる格子
点移動が起こり、全表面で均一な精度の格子表現を得る
ために、多大な計算時間を要する。また、格子点を増減
する手法は、しばしば既存格子点間との連結関係が損な
われ、格子表現から得られる近似多角形にクラック(隙
間)が発生するなどの問題点があった。
On the other hand, in the field of computer vision and image processing in recent years, techniques for compressing (sampling) and restoring an image using a grid representation have been proposed. Examples of a method of generating an adaptive grid representation include a method of moving each grid point position of the regular grid and a method of correcting the number of grid points and the connection relation. In the method of moving the grid points, if the shape change of the target surface is not uniform, the grid points are moved over a wide range, and a large amount of calculation time is required to obtain a grid representation with uniform accuracy over the entire surface. In addition, the method of increasing or decreasing the number of grid points has a problem that the connection relationship between the existing grid points is often lost, and cracks (gaps) are generated in the approximate polygon obtained from the grid representation.

【0004】それゆえに、この発明の主たる目的は、画
像全体を対象として、その幾何学的特性に基づいて、適
応的格子表現を生成する手段を用いて画像を適応的に圧
縮,復元することのできるような画像の適応的かつ階層
的格子表現生成装置を提供することである。
Therefore, a main object of the present invention is to adaptively compress and decompress an image using means for generating an adaptive grid representation based on the geometric characteristics of the entire image. It is an object of the present invention to provide an adaptive and hierarchical lattice representation generation device for images.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は水平および垂
直方向に等間隔かつ疎い格子幅で設定され、三角形パッ
チ表現を規定するための線分を含む初期規則格子面で、
3次元形状を計測した距離画像を入力画像として設定す
るための格子初期化手段と、設定された各格子点位置に
おける画素値の値と、その画素値で計測された傾きと、
傾きの変化である曲率とに基づいて、格子面を相似形の
三角形パッチに順次分割して近似多角形を形成する階層
的格子表現を生成する階層的格子表現生成手段と、生成
された格子面を分割する過程で発生する近似多角形の隙
間を回避するために、その格子面周辺の三角形パッチの
曲率と階層度とに基づいて近似多角形の分割を決定する
手段とを備えて構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to an initial regular lattice plane which is set at equal intervals and a sparse lattice width in the horizontal and vertical directions and includes a line segment for defining a triangular patch expression.
A grid initialization unit for setting a distance image obtained by measuring the three-dimensional shape as an input image; a value of a pixel value at each set grid point position; a slope measured by the pixel value;
A hierarchical lattice expression generating means for generating a hierarchical lattice expression for sequentially dividing a lattice surface into similar triangular patches based on the curvature which is a change in inclination to form an approximate polygon, and a generated lattice surface Means for determining the division of the approximate polygon based on the curvature and the hierarchy of the triangular patch around the lattice plane in order to avoid the gap of the approximate polygon generated in the process of dividing .

【0006】[0006]

【作用】この発明に係る画像の適応的かつ階層的格子表
現生成装置は、水平および垂直方向に等間隔かつ疎い格
子幅で設定され、三角形パッチを表現するための線分を
含む初期規則格子面で、3次元形状を計測した距離画像
を入力画像として設定し、各格子点位置における画素値
の値と、その画素値で計測された傾きと、傾きの変化で
ある曲率とに基づいて格子面を相似形の三角形パッチに
順次分割して近似多角形を形成する階層的格子表現を生
成する。このとき、格子面を分割する過程で発生する近
似多角形の隙間を回避するために、その格子面周辺の三
角形パッチの曲率と階層度とに基づいて近似多角形の分
割を決定する。
According to the present invention, there is provided an apparatus for generating an adaptive and hierarchical lattice representation of an image, comprising an initial regular lattice plane which is set at equal intervals and a sparse lattice width in the horizontal and vertical directions and includes a line segment for expressing a triangular patch. A distance image obtained by measuring a three-dimensional shape is set as an input image, and a grid surface is determined based on a pixel value at each grid point position, a slope measured at the pixel value, and a curvature that is a change in the slope. Are sequentially divided into similar triangular patches to generate a hierarchical grid representation that forms an approximate polygon. At this time, in order to avoid a gap between the approximate polygons generated in the process of dividing the lattice plane, the division of the approximate polygon is determined based on the curvature and the hierarchy of the triangular patches around the lattice plane.

【0007】[0007]

【実施例】図2は3D曲率について説明するための図で
ある。まず、図2を参照して、この発明で用いられる3
D曲率について説明する。任意曲面上の点Pにおける法
線をn,接線をti とし、nとti を含む平面Pi を考
える。曲面と平面Pi の交差曲線の曲率(法曲率と呼
ぶ)の中で最大曲率κ1(交差曲線S1の曲率),最小
曲率κ2(交差曲線S2の曲率)が得られれば、点Pに
おける曲面の局所形状を微分幾何学に基づいて正確に記
述することができる。
FIG. 2 is a diagram for explaining 3D curvature. First, with reference to FIG.
The D curvature will be described. The normal at point P on an arbitrary curved surface n, the tangent and t i, consider a plane P i including n and t i. If the maximum curvature κ1 (the curvature of the intersection curve S1) and the minimum curvature κ2 (the curvature of the intersection curve S2) among the curvatures (called the normal curvature) of the intersection curve of the curved surface and the plane P i are obtained, the curvature of the surface at the point P is obtained. Local shapes can be accurately described based on differential geometry.

【0008】図3は8分類点の局所形状と曲率空間にお
ける分布位置を示す図である。最大曲率κ1と最小曲率
κ2の符号の組合せから決まる局所形状によって、曲面
上の各点を以下の8種類に分類することができる。 凸楕円点(κ1<0,κ2<0) 凸放物点(κ1=0,κ2<0) 凸双曲点(κ1<0<κ1,|κ1|<|κ2|) 極小点(κ1=−κ2>0) 凹双曲点(κ2<0<κ1,|κ2|<|κ1|) 凹放物点(κ1>0,κ2=0) 凹楕円点(κ1>0,κ2>0) 平面点(κ1=0,κ2=0) 図4はこの発明の原理を説明するための初期格子幅の正
方格子要素の二次元配列を示す図である。次に、図4を
参照して、この発明の原理について説明する。図4
(a)に示すように、初期適応格子(面)は規則格子で
あり、再構成面(再生表示画面)のX,Y方向を等間隔
に分割した正方格子要素(以下、格子要素と称する)の
配列として与えられる。そして、各格子点P0 上では、
高さZ,法線n,主曲率(κ1,κ2),主方向(e
1,e2)を算出し、格子点P0 における形状を復元す
る。
FIG. 3 is a diagram showing a local shape of eight classification points and distribution positions in a curvature space. Each point on the curved surface can be classified into the following eight types according to the local shape determined by the combination of the signs of the maximum curvature κ1 and the minimum curvature κ2. Convex ellipse point (κ1 <0, κ2 <0) Convex paraboloid (κ1 = 0, κ2 <0) Convex hyperbolic point (κ1 <0 <κ1, | κ1 | <| κ2 |) Minimum point (κ1 = − κ2> 0) concave hyperbolic point (κ2 <0 <κ1, | κ2 | <| κ1 |) concave parabolic point (κ1> 0, κ2 = 0) concave elliptical point (κ1> 0, κ2> 0) plane point (Κ1 = 0, κ2 = 0) FIG. 4 is a diagram showing a two-dimensional array of square lattice elements having an initial lattice width for explaining the principle of the present invention. Next, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
As shown in (a), the initial adaptive grid (plane) is a regular grid, and is a square grid element (hereinafter referred to as a grid element) obtained by dividing the X and Y directions of the reconstructed plane (playback display screen) at equal intervals. Is given as an array of Then, on each grid point P 0 ,
Height Z, normal n, principal curvature (κ1, κ2), principal direction (e
1, e2) is calculated, to restore the shape of the lattice point P 0.

【0009】以下の説明では、格子点P0 =(x0 ,y
0 )とはP0 を曲面上に投影した表面点P0 :Z0 =f
(x0 ,y0 )を表わし、格子点Pi の生成は、表面点
iにおける高さ,法線,主曲率と主方向の形状復元を
行なうことを意味する。
In the following description, the lattice point P 0 = (x 0 , y
0 ) is a surface point P 0 that projects P 0 on a curved surface: Z 0 = f
(X 0, y 0) represents the generation of lattice points P i means to perform height of the surface point P i, the normal, the shape recovery of the principal curvatures and the main direction.

【0010】図4(a)に示した初期の格子要素は、図
4(b)に示すx,y方向で隣接する4つの格子点(P
0 ,P1 ,P2 ,P3 )を端点とする格子要素を単位と
して分割される。格子要素の各格子点で復元された曲率
の値(κ0,κ1,κ2,κ3)はQuad0 を境界と
する曲面領域近傍の凹凸変化の大きさと方向を表わして
いる。すべての初期格子点における最大,最小曲率値を
それぞれκmax ,κmin とすると、κrange =κmax
κmin は曲率全体の曲率分布範囲を表わす。κrange
の全曲率値の分布状況から格子要素Quad0 における
曲率ランクn0は次式で表わされる。
The initial grid element shown in FIG. 4A is composed of four grid points (P) adjacent in the x and y directions shown in FIG.
0 , P 1 , P 2 , P 3 ). Restored curvature values at each grid point of the grid elements (κ0, κ1, κ2, κ3 ) represents the magnitude and direction of the uneven change of the curved region near to the boundary of the Quad 0. Assuming that the maximum and minimum curvature values at all initial lattice points are κ max and κ min , respectively, κ range = κ max
κ min represents the curvature distribution range of the entire curvature. From the distribution state of all the curvature values in the κ range , the curvature rank n 0 in the lattice element Quad 0 is represented by the following equation.

【0011】n0 =RanΚ(Κ0 ) 格子要素Quad0 における曲率のランクn0 に従って
格子要素Quad0 の境界線に沿って新たに格子点が生
成され、格子要素の再帰的2分割がn0 回繰り返され
る。ここでいう再帰的とは、自分自身が相似形を見つけ
出すことを言い、再帰的2分割は、格子要素をそれぞれ
相似する2つの格子要素に2分割することを意味する。
[0011] n 0 = RanΚ (Κ 0) new grid points along the boundary line of the grating elements Quad 0 according to the rank n 0 of curvature at the grating elements Quad 0 is generated recursively divided into two grid elements n 0 Repeated times. Here, recursive means finding a similar shape by itself, and recursive bisection means dividing a lattice element into two similar lattice elements.

【0012】各構成要素は、図4(b)に示す初期の4
格子点(P0 ,P1 ,P2 ,P3 )と図4(c)に示す
格子要素の中心点に新たに生成した格子点P4 を用いて
4個のルート三角形(パッチ)Tri [i],i=0,
1,2,3に分割される。これを初期化と称する。各ル
ート三角形は構成要素の4辺をそれぞれ基辺とし、基辺
の左端点,右端点,中心点P4 を反時計回りに用いて初
期化される。各三角形は三端点の曲率ランク(ni ,n
i+1 ,n4 )のいずれかが現在の再帰深度の分割しきい
値を越えた場合、現三角形を左右2個の子三角形に分割
して2進木を形成する。
Each component is composed of the initial four components shown in FIG.
Lattice points (P 0, P 1, P 2, P 3) and the newly generated grid points P 4 with four routes triangles at the center point of the grating element shown in FIG. 4 (c) (patches) Tr i [I], i = 0,
It is divided into 1, 2, and 3. This is called initialization. Each root triangle and Motohen four sides of the component, respectively, the left end point of Motohen, right endpoint is initialized with the center point P 4 counterclockwise. Each triangle has a curvature rank (n i , n
If any of i + 1 , n 4 ) exceeds the current recursion depth split threshold, the current triangle is split into two right and left child triangles to form a binary tree.

【0013】図5は隣接する2格子要素を3階層の2進
木構造に形成する過程を示す図である。図5に示すよう
に、隣接する2構成要素Qd(i0 ,j0 ),Qd(i
0 ,j0+1 )が境界に沿って曲率が高い場合に、構成要
素Qd(i0 ,j0 )のTr[2]とQd(i0 ,j
0+1 )のTr[0]が再帰的に3回分割され、3階層の
2進木構造が形成される。図5において、下向きの矢印
がそれぞれ階層を示している。
FIG. 5 is a diagram showing a process of forming two adjacent lattice elements into a three-level binary tree structure. As shown in FIG. 5, two adjacent components Qd (i 0 , j 0 ) and Qd (i
0 , j 0 + 1 ) has a high curvature along the boundary, the Tr [2] and Qd (i 0 , j) of the component Qd (i 0 , j 0 )
Tr [0] of ( 0 + 1 ) is recursively divided three times to form a three-level binary tree structure. In FIG. 5, each downward arrow indicates a layer.

【0014】親三角形の現在の再帰深度がn,基辺長が
n (=InitQuadSize・(1/√
2)n ),ln+1 (=InitQuadSize・(1
/√2)n+1)の三角形は、以下の〜の条件がいず
れ満足された場合、親三角形の左辺および右辺をそれぞ
れ基辺とした2つの子三角形に2分割される。 基辺に沿った曲率ランクκ=f(ni ,ni+1 )が
現在の再分割深度n(2進分割木の階層)より大きい。 左辺に沿った曲率ランクκ=f(ni+1 ,n4 )が
現在の再分割深度n+1より大きい。 右辺に沿った曲率ランクκ=f(n4 ,ni )が現
在の再分割深度n+1より大きい。
The current recursion depth of the parent triangle is n and the base length is l n (= InitQuadSize · (1 / √
2) n ), l n + 1 (= InitQuadSize · (1
The triangle of / √2) n + 1 ) is divided into two sub-triangles each having the left side and the right side of the parent triangle as bases when any of the following conditions are satisfied: The curvature rank κ = f (n i , n i + 1 ) along the base is greater than the current subdivision depth n (the hierarchy of the binary split tree). The curvature rank κ = f (n i + 1 , n 4 ) along the left side is larger than the current subdivision depth n + 1. The curvature rank κ = f (n 4 , n i ) along the right side is greater than the current subdivision depth n + 1.

【0015】上述の3つの条件のうち、の条件は直ち
に判定される。しかし、およびの条件は、2つの子
三角形を境界とする曲面領域の凹凸の変化の大きさ(曲
率ランク)を周辺方向へ順次再帰的に参照結果が判断さ
れる。
The condition of the above three conditions is immediately determined. However, in the conditions (1) and (2), the magnitude of the change in the unevenness (curvature rank) of the curved surface area bounded by two child triangles is sequentially and recursively determined in the peripheral direction as the reference result.

【0016】図6は親三角形を2分割する方法を説明す
るための図である。前述の図5で説明したように、親三
角形の分割が決定されると、図6(a)に示すように、
基辺の中点に新たな格子点Mが生成され、親三角形の左
辺および右辺を基辺とした2個の子三角形に2分割され
る。子三角形の再帰深度は、n+1,基辺長はln+1
InitQuadSize・(1/√2)n+1 ),左辺
長(=右辺長)はln+2 (=InitQuadSize
・(1/√2)n+2 )となる。さらに、それぞれの左右
の子三角形を親三角形とし、再帰的に格子2分割が繰り
返される。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of dividing a parent triangle into two. As described with reference to FIG. 5, when the division of the parent triangle is determined, as shown in FIG.
A new grid point M is generated at the midpoint of the base, and is divided into two child triangles having the left and right sides of the parent triangle as bases. The recursion depth of the child triangle is n + 1, and the base length is l n + 1 =
InitQuadSize · (1 / √2) n + 1 ), the left side length (= right side length) is l n + 2 (= InitQuadSize
・ (1 / √2) n + 2 ). Further, the left and right child triangles are set as parent triangles, and the grid is divided recursively into two.

【0017】子三角形の生成に伴う、親三角形の3格子
点(P0 ,P1 ,P2 )と基辺の中点Mの継承規則を図
6(a)に示す。格子点継承規則に従って定義された、
左子三角形の第1点(基辺左端点)の変遷過程を図6
(b)に示す。格子分割が1回進むごとに、左子三角形
の基辺左端点は、+45°方向に距離d(=親三角形の
基辺長×√2)の位置に移動し、格子分割がより格子要
素の中心方向へ漸近することがわかる。
FIG. 6A shows the inheritance rule of the three lattice points (P 0 , P 1 , P 2 ) of the parent triangle and the midpoint M of the base side when the child triangle is generated. Defined according to the grid point inheritance rules,
FIG. 6 shows the transition process of the first point (the left end point of the base) of the left child triangle.
(B). Each time the grid division proceeds once, the left end point of the base side of the left child triangle moves to the position of the distance d (= base length of the parent triangle × √2) in the + 45 ° direction, and the grid division becomes It can be seen that it approaches the center.

【0018】格子分割深度(再帰深度)は、格子要素の
3D曲率ランクK,最大格子幅InitQuadSiz
eおよび最小格子幅MinQuadSizeにより決定
される。その上限nmax は、以下の式で与えられる。
The grid division depth (recursive depth) is determined by the 3D curvature rank K of the grid element and the maximum grid width InitQuadSiz.
e and the minimum grid width MinQuadSize. The upper limit n max is given by the following equation.

【0019】nmax ≦log√2(InitQuadS
ize)−log√2(MinQuadSize) 最大,最小格子幅は、最大,最小三角パッチの大きさ
(基辺長)に対応している。したがって、格子分割深度
は、曲面形状とともに、可視下の要求精度(三角パッチ
表現精度)によって決定される。
N max ≦ log√2 (InitQuadS
(size) -log√2 (MinQuadSize) The maximum and minimum grid widths correspond to the size (base length) of the maximum and minimum triangular patches. Therefore, the grid division depth is determined by the required accuracy under visibility (triangular patch expression accuracy) together with the curved surface shape.

【0020】図7は格子表現から得られる近似多角形に
クラックが発生した状態を示す図である。各格子要素で
それぞれ独立に、形状や変化やその連続性に応じて格子
点を増減する処理を行なう場合、しばしば隣接する格子
要素間で異なった格子分割が行なわれる。このため、既
存格子点間との連結関係が損なわれ、格子表現から得ら
れる近似多角形に図7に示すようなクラック(隙間)が
発生する問題が生じる。このようなクラックの発生は、
前述の〜の条件がいずれか満足された場合、左辺お
よび右辺をそれぞれ基辺とした左右子三角形に分割する
ことにより避けることができる。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which cracks have occurred in the approximate polygon obtained from the lattice representation. When processing to increase or decrease the number of grid points according to the shape, change, or continuity of each grid element is performed, different grid divisions are often performed between adjacent grid elements. For this reason, the connection relationship between the existing grid points is impaired, and the approximate polygon obtained from the grid representation has a problem that a crack (gap) as shown in FIG. 7 occurs. The occurrence of such cracks
If any of the above conditions (1) to (5) are satisfied, it can be avoided by dividing into left and right child triangles each having the left side and the right side as bases.

【0021】図8は各格子要素を分割するために必要な
近傍探索範囲を説明するための図である。前述のおよ
びの条件による親三角形の分割判定は、次のようにし
て行なわれる。
FIG. 8 is a diagram for explaining a neighborhood search range necessary to divide each grid element. The division determination of the parent triangle based on the above conditions and is performed as follows.

【0022】(1) 図8(b)に示すように、親三角
形Tの基辺Ei の反対側にd=(基辺長*1/√2)の
離れた格子点を設定し、基辺を共有する反対側の親三角
形T′を定義し、TとT′を2分割の影響領域RI(E
i )とする。影響領域RI(Ei )内のT,T′いずれ
か一方の分割判定を他方に反映させることにより、基辺
i に沿ったクラック発生を防止できる。
[0022] (1) As shown in FIG. 8 (b), sets the distant grid points of d = (Motohencho * 1 / √2) opposite the Motohen E i of the parent triangle T, group An opposite parent triangle T 'sharing an edge is defined, and T and T' are divided into two areas of influence RI (E
i ). T in affected regions RI (E i), by reflecting any one of division determination T 'on the other, can be prevented cracking along Motohen E i.

【0023】(2) 各正逆両方向のそれぞれの親三角
形に対して、さらにそれぞれの親三角形の左辺右辺を基
辺とするそれぞれの左右子三角形に対して、(1)が成
立した場合に親三角形の分割の必要性を要求する。
(2) For each parent triangle in each of the forward and reverse directions, and for each of the left and right child triangles based on the left side and right side of each parent triangle, if (1) is established, the parent Require the need for triangulation.

【0024】(3) (1)が成立しない場合は、現在
の子三角形を親三角形とし、左辺右辺を基辺とするそれ
ぞれの左右子三角形を再帰的に定義し、(1)の条件の
判定を行なう。
(3) If (1) is not established, the current child triangle is defined as a parent triangle, and the left and right child triangles are defined recursively with the left and right sides as bases, and the condition of (1) is determined. Perform

【0025】なお、親三角形の分割は、基辺Ei の分割
影響領域RI(Ei )内の正逆両方向の形状変化に基づ
いて要求される。このため、3D曲率の不連続が基辺の
正方向側または逆方向側のいずれかの近傍で起こった場
合でも基辺の分割が要求され、正逆両三角形が対称に2
分割される。RI(Ei )内の3D曲率値の不連続幅が
大きいほど、Ei 近傍で密に格子点が生成され、また同
時にEi 上に多数の格子点が生成される。それらの格子
点間を結んだ多数の鋭角三角形により不連続領域が覆わ
れて、クラック発生を回避する。
It should be noted, the division of the parent triangle is required under both normal and reverse directions of the change in shape of the divided region of influence of RI Motohen E i (E i). For this reason, even when the discontinuity of the 3D curvature occurs near either the forward side or the backward side of the base, the base is required to be divided, and both the forward and reverse triangles are symmetrically formed.
Divided. The larger the discontinuity of the 3D curvature value in RI (E i ), the denser the grid points are generated near E i , and the more grid points are generated on E i at the same time. The discontinuous area is covered with a large number of acute triangles connecting these lattice points, thereby avoiding cracks.

【0026】ルート三角形の基辺から、探索(再帰)深
度nの近傍の探索領域の先端までの距離dは以下で与え
られる。
The distance d from the base of the root triangle to the tip of the search area near the search (recursion) depth n is given by:

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】ただし、k=[n/2]、InitQua
dSizeは初期格子幅である。親三角形の基辺の近傍
で3D曲率が高い場合は、探索深度は浅く探索距離は短
い。逆に、基辺の近傍では3D曲率が低い場合は、格子
点生成の必要性を確認するために、より遠方まで形状を
探索するため探索深度は深くなる。しかし、図4(a)
に示すように、(3)で探索距離は漸近級数で与えられ
ることから、探索距離の上限は初期化格子幅を越えな
い。
Where k = [n / 2], InitQua
dSize is the initial grid width. When the 3D curvature is high near the base of the parent triangle, the search depth is shallow and the search distance is short. Conversely, when the 3D curvature is low in the vicinity of the base side, the search depth becomes deeper because the shape is searched farther away in order to confirm the necessity of grid point generation. However, FIG.
As shown in (3), since the search distance is given by an asymptotic series in (3), the upper limit of the search distance does not exceed the initialization grid width.

【0029】したがって、図4(c)に示すように、各
格子要素を分割するために必要な近傍探索範囲は、
(1)各格子要素と、(2)各格子要素の4辺と隣接す
る4個の格子要素と、(3)各4端点で接する斜め半分
の4個の格子要素で囲まれる計7(=1+4+1/2×
4)*InitQuadSize2 の大きさの領域内に
限定される。そのため、各格子要素内での新格子点生成
は、近傍探索範囲を越えて影響を及ぼすことはなく、各
格子間で並列に格子点を生成して格子分割を行なうこと
ができる。
Therefore, as shown in FIG. 4C, the neighborhood search range required to divide each grid element is:
A total of 7 (=) surrounded by (1) each lattice element, (2) four lattice elements adjacent to four sides of each lattice element, and (3) four oblique half lattice elements contacting at each of the four end points. 1 + 4 + 1/2 ×
4) * InitQuadSize 2 is limited to the size of the region. Therefore, the generation of a new grid point in each grid element does not affect the vicinity search range, and grid points can be generated by generating grid points in parallel between the grids.

【0030】探索深度(再帰深度)の上限は、最大(初
期)格子幅と最小格子幅とによって以下に与えられる。
The upper limit of the search depth (recursion depth) is given below by the maximum (initial) grid width and the minimum grid width.

【0031】nmax ≦log√2(InitQuadS
ize)−log√2(MinQuadSize) ただし、MinQuadSizeは指定される最小格子
幅である。
N max ≦ log√2 (InitQuadS
size) −log√2 (MinQuadSize) where MinQuadSize is the specified minimum grid width.

【0032】つまり、各格子要素の分割は、7*Ini
tQuadSize2 の大きさに限定される近傍領域内
の形状によって完全に決定される。また、上述の式か
ら、各格子要素にて何回分割するかの並列演算により適
応格子を生成することが可能となる。
That is, the division of each lattice element is performed by 7 * Ini
It is completely determined by the shape of the neighboring region that is limited to the size of tQuadSize 2. Also, from the above equation, it is possible to generate an adaptive grid by parallel calculation of how many times each grid element is divided.

【0033】図1は図2〜図8で説明した原理を実現す
るための実施例を示すブロック図である。この実施例に
おいて、対象画像はレーザレンジファインダなどで獲得
される距離画像とし、その幾何学的特徴として画素値の
1次および2次微分を用いて算出される図2で説明した
3D曲率が用いられる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment for realizing the principle described with reference to FIGS. In this embodiment, the target image is a distance image obtained by a laser range finder or the like, and the 3D curvature described with reference to FIG. 2 calculated using the first and second derivatives of the pixel values is used as its geometric feature. Can be

【0034】図1において、規則格子生成装置1は、図
4に示したような入力画像にX方向格子数=X0 ,Y方
向素子素数=Y0 の正方規則格子(面)を定義する。格
子初期化装置2は定義された格子(面)と各格子要素の
データ構造を図4に示したように初期化する。近傍形状
探索装置3は初期化された各格子要素の周辺近傍領域の
形状変化を、図8に示したように「外側(領域境界線へ
漸近する)方向」へ再帰的に探索する。格子分割装置4
は、探索した結果に基づいて、各格子要素の境界から図
5に示したように「内側(格子要素中心へ漸近する)方
向」へ再帰的に格子要素を分割する。格子表現生成装置
5は再帰的に分割された各格子要素から入力画像の格子
表現(三角形パッチ表現)を生成する。
In FIG. 1, the regular lattice generating apparatus 1 defines a square regular lattice (plane) in which the number of lattices in the X direction = X 0 and the prime number of the elements in the Y direction = Y 0 in the input image as shown in FIG. The lattice initialization device 2 initializes the defined lattice (plane) and the data structure of each lattice element as shown in FIG. The neighborhood shape search device 3 recursively searches for the shape change of the initialized neighborhood neighborhood of each grid element in the “outside (asymptotic to the area boundary line) direction” as shown in FIG. Grid dividing device 4
Divides the grid elements recursively in the “inward direction (asymptotic to the center of the grid element)” from the boundary of each grid element based on the search result, as shown in FIG. The lattice expression generation device 5 generates a lattice expression (triangle patch expression) of the input image from each recursively divided lattice element.

【0035】この発明による適応格子生成アルゴリズム
をC言語で生成した実験結果について、図9〜図13を
参照して説明する。この実験には、男性の実顔を距離画
像を用いた。
An experimental result of generating an adaptive grid generation algorithm according to the present invention in C language will be described with reference to FIGS. In this experiment, a distance image of a real male face was used.

【0036】図9(a)は原距離画像を示し、(b)は
(a)の原距離画像を図3で説明した凸楕円点や凸放物
点や凸双曲点などで表現したものであり、(c)は凹凸
の大きい部分を線で示したものである。特に、図9
(c)から鼻,顎,額などの重要な顔の特徴が3D曲率
値の大きい領域に分布しているのがわかる。
FIG. 9A shows an original distance image, and FIG. 9B shows the original distance image of FIG. 9A expressed by a convex elliptic point, a convex parabolic point, a convex hyperbolic point, or the like described with reference to FIG. (C) shows a portion having large unevenness by a line. In particular, FIG.
From (c), it can be seen that important facial features such as the nose, chin, and forehead are distributed in a region having a large 3D curvature value.

【0037】図10は初期格子を用いた形状復元結果を
示す図であり、特に、(a)は格子で顔を表現したもの
であり、(b)はその顔画像を多角形で近似して表現し
たものであり、(c)は各格子点で復元された法線を用
いて近似多角形を陰影処理した結果を示す。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the results of shape restoration using the initial grid. In particular, FIG. 10A shows a face expressed by a grid, and FIG. 10B shows a face image approximated by a polygon. (C) shows the result of shading the approximate polygon using the normal restored at each grid point.

【0038】図11は再帰深度を1に選んだとき、図1
2は再帰深度を3に選んだとき、図12は再帰深度を5
に選んだときの曲率再構成を示したものであり、再帰深
度が大きくなるに従って、顔画像の特徴がより細かく表
現されているのがわかる。
FIG. 11 shows a case where the recursion depth is set to 1 and FIG.
FIG. 12 shows a case where the recursion depth is set to 5 when the recursion depth is set to 3.
2 shows the curvature reconstruction when the face image is selected, and it can be seen that the feature of the face image is expressed more finely as the recursion depth increases.

【0039】この実験では、各再帰深度1,深度2,深
度3における格子点数(最終的に使った点/探索した点
数)はそれぞれ1083/2386点,1670/47
51点,2483/9224点であった。計算時間は、
表1に示すように、再帰深度1,深度2,深度3でそれ
ぞれ8秒,13秒,28秒であった。
In this experiment, the number of grid points at each recursion depth 1, depth 2 and depth 3 (finally used points / searched points) were 1083/2386 and 1670/47, respectively.
51 points and 2483/9224 points. The calculation time is
As shown in Table 1, the recursive depth 1, depth 2, and depth 3 were 8 seconds, 13 seconds, and 28 seconds, respectively.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】表2は規則格子を用いない場合の実験結果
を示す。
Table 2 shows the experimental results when no regular lattice was used.

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】表1と表2とを比較すれば明らかなよう
に、表1では格子点2483,三角形パッチ数4749
であるのに対して、表2では格子点5146,三角形パ
ッチ数9618となり、規則格子を用いることによっ
て、格子点および三角形パッチ数を減少でき、同一精度
の多角形近似表現を達成できることを確認できる。
As is apparent from a comparison between Table 1 and Table 2, in Table 1, the lattice points 2483 and the number of triangular patches 4749 are shown.
On the other hand, in Table 2, the grid points are 5146 and the number of triangular patches is 9618, and it can be confirmed that the use of the regular grid can reduce the number of grid points and triangular patches and achieve a polygon approximate expression with the same accuracy. .

【0044】なお、上述の実施例では、距離画像を用い
た場合について説明したが、これに限ることなく、濃淡
画像,カラー画像などの一般画像の適応的圧縮,復元に
も適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the distance image is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to adaptive compression and restoration of general images such as grayscale images and color images. .

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、曲率
の凹凸形状やその複雑さに適応する格子面を用いて、距
離画像から3次元自由曲面の階層的三角形パッチ表現を
生成し、複雑な曲面形状を効果的にかつ忠実に可視化す
ることができる。
As described above, according to the present invention, a hierarchical triangular patch representation of a three-dimensional free-form surface is generated from a distance image using a lattice surface adapted to the uneven shape of curvature and its complexity. A complicated curved surface shape can be effectively and faithfully visualized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例の概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】3D曲率について説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for describing 3D curvature.

【図3】8分類点の局所形状と曲率空間における分布位
置を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing local shapes of eight classification points and distribution positions in a curvature space.

【図4】初期格子幅の正方格子要素の2次元配列を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a two-dimensional array of square lattice elements having an initial lattice width.

【図5】隣接する2格子要素を3段階の2進木構造に形
成する過程を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a process of forming two adjacent lattice elements into a three-stage binary tree structure.

【図6】子三角形の生成に伴う親三角形の3格子点と基
辺の中点の継承規則を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating inheritance rules of three lattice points of a parent triangle and a midpoint of a base side when a child triangle is generated.

【図7】格子表現から得られる近似多角形にクラッドが
発生した状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a cladding has occurred in an approximate polygon obtained from a lattice representation.

【図8】格子要素を分割するために必要な近傍探索範囲
を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a neighborhood search range required to divide a grid element.

【図9】顔画像の形状を記述した状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state in which the shape of a face image is described.

【図10】初期格子を用いた形状復元結果を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a result of shape restoration using an initial grid.

【図11】2分割適応格子を用いた形状復元結果を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram showing a shape restoration result using a two-division adaptive grid.

【図12】4分割適応格子を用いた形状復元結果を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a shape restoration result using a 4-division adaptive grid.

【図13】8分割適応格子を用いた形状復元結果を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing a result of shape restoration using an 8-division adaptive grid.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 規則格子生成装置 2 格子初期化装置 3 近傍形状探索装置 4 格子分割装置 5 格子表現生成装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Regular lattice generator 2 Grid initialization device 3 Neighborhood shape search device 4 Grid division device 5 Grid expression generation device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺島 信義 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール通 信システム研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Nobuyoshi Terashima Kyoto Prefecture

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水平および垂直方向に等間隔かつ疎い格
子幅で設定され、三角形パッチ表現を規定するための線
分を含む初期規則格子面で、3次元形状を計測した距離
画像を入力画像として設定するための格子初期化手段、 前記格子初期化手段によって設定された各格子点位置に
おける画素値の値と、 その画素値で計測された傾きと、傾きの変化である曲率
とに基づいて、格子面を相似形の三角形パッチに順次分
割して近似多角形を形成する階層的格子表現を生成する
階層的格子表現生成手段、および 前記階層的格子表現生成手段によって生成された格子面
を分割する過程で発生する近似多角形の隙間を回避する
ために、該格子面周辺の三角形パッチの曲率と階層度と
に基づいて、近似多角形の分割を決定する手段を備えた
ことを特徴とする、画像の適応的かつ階層的格子表現生
成装置。
1. A distance image obtained by measuring a three-dimensional shape on an initial regular lattice plane which is set at equal intervals and a sparse lattice width in the horizontal and vertical directions and includes a line segment for defining a triangular patch expression, as an input image Grid initializing means for setting, based on the value of the pixel value at each grid point position set by the grid initializing means, the slope measured at the pixel value, and the curvature which is a change in the slope, A hierarchical lattice expression generating means for generating a hierarchical lattice expression for forming an approximate polygon by sequentially dividing the lattice plane into triangular patches of similar shape, and dividing the lattice plane generated by the hierarchical lattice expression generating means Means for determining a division of the approximate polygon based on the curvature and the hierarchy of the triangular patch around the lattice plane in order to avoid a gap between the approximate polygons generated in the process. , An adaptive and hierarchical grid representation generator for images.
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