JP3463843B2 - Free-form surface generation apparatus and free-form surface generation method - Google Patents

Free-form surface generation apparatus and free-form surface generation method

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自由曲面生成装置
および自由曲面生成方法に関し、特に、点群データを用
いて自由曲面を生成するとともに、点群データより、所
定の条件を満たす特徴点を抽出し、この特徴点を用いて
曲面を修正するようにした自由曲面生成装置および自由
曲面生成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a free-form surface generating apparatus and a free-form surface generating method, and more particularly to generating a free-form surface using point cloud data and extracting characteristic points satisfying a predetermined condition from the point cloud data. The present invention relates to a free-form surface generation device and a free-form surface generation method that extract and correct a curved surface using the feature points.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、CAD(Computer Aided Desi
gn)/CAM(Computer Aided Manufacturing)システムを
用いて、コンピュータ上の仮想的な空間に所望の形状を
表現し、これを適宜修正することで、自由曲面を有する
物体の形状をデザインすることが可能となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, CAD (Computer Aided Desired)
gn) / CAM (Computer Aided Manufacturing) system is used to represent a desired shape in a virtual space on a computer, and by appropriately modifying this, it is possible to design the shape of an object having a free-form surface. Has become.

【0003】CAD/CAMシステムにおいては、所望
の曲線が通過する点(節点)を幾つか入力することで、
それらの点を通過する滑らかな曲線をコンピュータ上の
仮想空間に表現することができる。これらの曲線は、コ
ンピュータが、入力された点に対する所定のベクトル演
算、例えば、ベジエ(Bezier)式やB−スプライン
(B-Spline)式などの演算を行うことにより、実現さ
れている。
In the CAD / CAM system, by inputting some points (nodes) through which a desired curve passes,
A smooth curve passing through those points can be represented in a virtual space on a computer. These curves are realized by the computer performing a predetermined vector operation on the input points, for example, an operation such as a Bezier equation or a B-Spline equation.

【0004】そして、ユーザがデザインしようとする大
まかな形状をこれら複数の曲線により生成した後、曲線
により囲まれた領域を、所定のベクトル演算により求め
られる所定の曲面(パッチ)で補間することで、所望の
自由曲面を得ることができる。
Then, after a rough shape to be designed by the user is generated by these plural curves, the area surrounded by the curves is interpolated by a predetermined curved surface (patch) obtained by a predetermined vector operation. It is possible to obtain a desired free-form surface.

【0005】しかしながら、このように、全ての節点を
キーボードやマウスなどの2次元的な入力デバイスを用
いて入力することで、3次元の複雑な自由曲面を生成す
るには、相応の熟練が必要であるとともに、時間を要す
ることになる。
However, in order to generate a three-dimensional complex free-form surface by inputting all the nodes using a two-dimensional input device such as a keyboard and a mouse as described above, appropriate skill is required. It also takes time.

【0006】そこで、実在する所定の模型に対して、例
えば、3次元測定装置などを用いて、立体的な模型の形
状を測定し、その測定結果のデータをCAD/CAMに
入力し、このデータを処理することで自由曲面を生成す
ることが提案されている。
Therefore, the shape of a three-dimensional model is measured using a three-dimensional measuring device or the like with respect to a predetermined existing model, and the measurement result data is input to CAD / CAM. It has been proposed to generate a free-form surface by processing.

【0007】例えば、図13に示す模型について、正方
格子状に立体的な形状を測定し、この測定結果を基に、
図14に示すような正方格子状の点群データを生成す
る。そして、これらの点群データにスプライン曲線を補
間して、図15に示すような自由曲面の画像を生成する
ことができる。
For example, with respect to the model shown in FIG. 13, the three-dimensional shape of a square lattice is measured, and based on the measurement result,
Square-lattice point cloud data as shown in FIG. 14 is generated. Then, a spline curve can be interpolated to these point cloud data to generate a free-form surface image as shown in FIG.

【0008】また、所定の模型について、図16に示す
ように等方向断面の形状を測定し、この測定結果を基
に、図17に示すような近似した断面曲線を生成する。
そして、これらの断面曲線の並んだ方向にスプライン曲
線を補間して、図18と図19に示すような自由曲面の
画像を生成することができる。この処理においては、図
19に示すように、自由曲面上に細かい編み目模様が形
成されてしまう。
Further, the shape of a cross section in the same direction is measured for a predetermined model as shown in FIG. 16, and an approximated sectional curve as shown in FIG. 17 is generated based on the measurement result.
Then, by interpolating the spline curve in the direction in which these cross-sectional curves are arranged, a free-form surface image as shown in FIGS. 18 and 19 can be generated. In this process, as shown in FIG. 19, fine stitch patterns are formed on the free curved surface.

【0009】さらに、例えば、図20に示すように、所
定の模型について、予め特徴部分を設定しておき、この
特徴部分の形状を測定してデータ化し、図21乃至図2
3に示すように、特徴部分についての曲線を生成する。
そして、これらの曲線の間に曲面を補間して、自由曲面
の画像を生成することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 20, a characteristic portion is set in advance with respect to a predetermined model, and the shape of the characteristic portion is measured and converted into data.
As shown in 3, a curve for the characteristic part is generated.
Then, a curved surface can be interpolated between these curves to generate a free-form surface image.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図13
乃至図15を用いて説明した方法と、図16乃至図19
を用いて説明した方法においては、測定結果として得ら
れるデータが、模型の全体の形状によるデータから構成
されているため(所定の特徴部分のみのデータから構成
されていないため)、データ量が多くなってしまう。ま
た、これらの方法では、曲面を構成するデータの独立性
が低いため(基本曲面の単位で分離されていないた
め)、例えば、フィレット処理(特徴が異なる基本曲面
同士を滑らかに接続する処理)を行う場合においても、
フィレット径やフィレット形状を容易に変更することが
できない。
However, as shown in FIG.
16 to 19 and the method described with reference to FIG.
In the method described using, the data obtained as the measurement result is composed of the data based on the overall shape of the model (because it is not composed of the data of only the predetermined characteristic part), so the data amount is large. turn into. Further, in these methods, since the independence of the data forming the curved surface is low (because they are not separated in units of basic curved surfaces), for example, fillet processing (processing for smoothly connecting basic curved surfaces having different characteristics) is performed. Even when you do
The fillet diameter and fillet shape cannot be easily changed.

【0011】一方、図20乃至図23を用いて説明した
特徴部分を抽出して自由曲面の画像を生成した場合にお
いては、所定の特徴部分のデータを測定するために要す
る時間が過大になるとともに、測定誤差や測定漏れが発
生するため、正確に模型を再現することが困難である。
On the other hand, in the case where the free-form surface image is generated by extracting the characteristic portion described with reference to FIGS. 20 to 23, the time required to measure the data of the predetermined characteristic portion becomes too long. However, it is difficult to accurately reproduce the model because of measurement error and measurement omission.

【0012】また、他の方法を用いた場合においても、
一般的に、3次元測定装置により得られるデータは、C
ADで生成するデータと比較し、誤差を多く含むととも
に、点群データにより構成されているため、多くの情報
が欠落している。そのため、所望の自由曲面を得るに
は、生成された自由曲面に、修正、補間、および追加変
更などの処理をすることが不可欠であるが、3次元測定
装置により得られるデータに対し、CADで処理できる
データを付加することができないため、これらの処理を
行うことは困難である。
Further, even when another method is used,
Generally, the data obtained by a three-dimensional measuring device is C
Compared with the data generated by AD, it contains a lot of errors and is composed of point cloud data, so much information is missing. Therefore, in order to obtain a desired free-form surface, it is indispensable to perform processing such as correction, interpolation and additional change on the generated free-form surface. It is difficult to perform these processes because data that can be processed cannot be added.

【0013】従って、従来の場合、3次元測定装置など
により得られる所定の点群データを用いて、正確な形状
の自由曲面を生成したり、自由曲面を任意に修正するこ
とは困難である課題があった。
Therefore, in the conventional case, it is difficult to generate a free-form surface having an accurate shape or to arbitrarily modify the free-form surface using predetermined point group data obtained by a three-dimensional measuring device or the like. was there.

【0014】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、比較的、少ないデータ量を有する所定の点
群データを基に、正確な形状の自由曲面を生成するとと
もに、生成された自由曲面を、任意に修正することがで
きるようにしたものである。
The present invention has been made in view of such a situation, and generates a free-form surface of an accurate shape based on predetermined point group data having a relatively small amount of data and is generated. The free-form surface can be arbitrarily modified.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の自由曲面
生成装置は、点群データを所定の数の集合点に分割する
分割手段と、分割された集合点について、三角網を形成
する形成手段と、三角網を構成する各辺を曲線に変換す
る変換手段と、曲線を含む曲面パッチを生成する生成手
段と、曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所
定の条件を満たす特徴点を抽出する抽出手段と、特徴点
を用いて曲面を修正する修正手段とを備え、変換手段
は、三角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベク
トルを用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換
し、抽出手段は、曲面内にある点の疑似法線と三角網の
頂点の疑似法線となす角度が、所定の基準範囲内にあ
る点を特徴点として抽出することを特徴とする。また、
本発明の第1の自由曲面生成方法は、点群データを所定
の数の集合点に分割する分割ステップと、分割ステップ
の処理で分割された集合点について、三角網を形成する
形成ステップと、三角網を構成する各辺を曲線に変換す
る変換ステップと、曲線を含む曲面パッチを生成する生
成ステップと、曲面パッチにより構成される全体の曲面
より、所定の条件を満たす特徴点を抽出する抽出ステッ
プと、特徴点を用いて曲面を修正する修正ステップとを
備え、変換ステップは、三角網の頂点の疑似法線により
求められた位置ベクトルを用いて、三角網の各辺を3次
ベジエ曲線に変換し、抽出ステップは、曲面内にある点
の疑似法線と三角網の頂点の疑似法線となす角度が、
所定の基準範囲内にある点を特徴点として抽出すること
を特徴とする。
A first free-form surface generating apparatus of the present invention forms a triangulation network for dividing point cloud data into a predetermined number of collecting points and dividing group points. Forming means, converting means for converting each side forming the triangular mesh into a curve, generating means for generating a curved surface patch including the curved surface, and the entire curved surface formed by the curved surface patches, characteristic points satisfying a predetermined condition. And a correction means for correcting the curved surface using the feature points, and the conversion means uses the position vector obtained by the pseudonormal line of the vertices of the triangulation network to determine each side of the triangulation network. It is converted to a cubic Bezier curve, and the extraction means uses pseudo-normals of points on the curved surface and triangulation.
The angle between the pseudo-normal vertex, and extracts as a feature point a point which is within a predetermined reference range. Also,
A first free-form surface generating method of the present invention includes a dividing step of dividing point cloud data into a predetermined number of collecting points, and a forming step of forming a triangular mesh with respect to the collecting points divided by the processing of the dividing step. A conversion step of converting each side forming the triangular net into a curve, a generation step of generating a curved surface patch including the curve, and an extraction of extracting feature points satisfying a predetermined condition from the entire curved surface formed by the curved surface patch. And a correction step for correcting the curved surface using the feature points. The conversion step uses the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of the triangulation mesh to calculate each side of the triangulation mesh with a cubic Bezier curve. And the extraction step converts the points inside the surface
The angle between the pseudo-vertex normals pseudo normal line triangulation of,
The feature is that points within a predetermined reference range are extracted as feature points.

【0016】本発明の第2の自由曲面生成装置は、点群
データを所定の数の集合点に分割する分割手段と、分割
手段により分割された集合点について、三角網を形成す
る形成手段と、三角網を構成する各辺を曲線に変換する
変換手段と、曲線を含む曲面パッチを生成する生成手段
と、曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所定
の条件を満たす特徴点を抽出する抽出手段と、特徴点を
用いて曲面を修正する修正手段とを備え、変換手段は、
三角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベクトル
を用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換し、抽
出手段は、三角網の頂点が有する3つの疑似法線のう
ち、任意の2つの疑似法線のなす角度が所定の基準値よ
り大きい角度となる頂点を構成する点を特徴点として抽
出することを特徴とする。また、本発明の第2の自由曲
面生成方法は、点群データを所定の数の集合点に分割す
る分割ステップと、分割ステップの処理で分割された集
合点について、三角網を形成する形成ステップと、三角
網を構成する各辺を曲線に変換する変換ステップと、曲
線を含む曲面パッチを生成する生成ステップと、曲面パ
ッチにより構成される全体の曲面より、所定の条件を満
たす特徴点を抽出する抽出ステップと、特徴点を用いて
曲面を修正する修正ステップとを備え、変換ステップ
は、三角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベク
トルを用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換
し、抽出ステップは、三角網の頂点が有する3つの疑似
法線のうち、任意の2つの疑似法線のなす角度が所定の
基準値より大きい角度となる頂点を構成する点を特徴点
として抽出することを特徴とする。
A second free-form surface generator of the present invention is a point cloud.
Dividing means for dividing the data into a predetermined number of aggregation points, and dividing
Form a triangulation network for the set points divided by means
Forming means and converting each side that makes up the triangulation network into a curve
Conversion means and generation means for generating a curved surface patch including a curve
From the entire curved surface composed of curved surface patches,
The extraction means that extracts the feature points that satisfy the condition
And a conversion means for correcting the curved surface using the conversion means,
Position vector obtained by pseudo-normal of vertices of triangulation
Convert each side of the triangulation into a cubic Bezier curve using
The output means is the three pseudo normals that the vertices of the triangular mesh have.
The angle between any two pseudo-normals is the predetermined reference value.
The feature points are the points that make up the vertices with a larger angle.
Characterized by issuing. The second free song of the present invention
The surface generation method divides the point cloud data into a predetermined number of set points.
And the collection that was divided by the processing of the division step.
For the confluence points, a forming step for forming a triangular mesh, and a triangle
A conversion step for converting each side of the net into a curve, and a song
A generation step to generate a surface patch containing lines, and a surface pattern
The entire curved surface formed by the switch
Using the extraction step to extract the feature points to add and the feature points
And a conversion step for correcting the curved surface,
Is the position vector obtained by the pseudo-normal of the vertices of the triangular mesh.
Convert each side of the triangulation into a cubic Bezier curve using Tor
Then, the extraction step is performed by using three pseudo
Of the normals, the angle between any two pseudo-normals is
Feature points are the points that make up the vertices whose angle is greater than the reference value.
It is characterized by extracting as.

【0017】本発明の第1の自由曲面生成装置および方
法においては、分割手段が、点群データを所定の数の集
合点に分割し、形成手段が、分割された集合点につい
て、三角網を形成し、変換手段が、三角網を構成する各
辺を曲線に変換し、生成手段が、曲線を含む曲面パッチ
を生成し、抽出手段が、曲面パッチにより構成される全
体の曲面より、所定の条件を満たす特徴点を抽出し、修
正手段が、特徴点を用いて曲面を修正し、前記変換手段
は、三角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベク
トルを用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換
し、前記抽出手段は、曲面内にある点の疑似法線と三角
網の頂点の疑似法線となす角度が、所定の基準範囲内
にある点を特徴点として抽出する。
In the first free-form surface generating apparatus and method of the present invention, the dividing means divides the point cloud data into a predetermined number of collecting points, and the forming means forms a triangular mesh for the divided collecting points. The converting means converts each side forming the triangular net into a curve, the generating means generates a curved surface patch including the curve, and the extracting means determines a predetermined surface from the entire curved surface formed by the curved surface patch. The characteristic points that satisfy the conditions are extracted, the correcting means corrects the curved surface using the characteristic points, and the converting means uses the position vector obtained by the pseudonormal line of the vertices of the triangular mesh to calculate each of the triangular meshes. The side is converted into a cubic Bezier curve, and the extraction means uses a pseudo-normal line and a triangle of a point in the curved surface.
The angle between the pseudo-vertex normals network extracts a point which is within a predetermined reference range as a characteristic point.

【0018】本発明の第2の自由曲面生成装置および方
法は、分割手段が、点群データを所定の数の集合点に分
割し、形成手段が、分割された集合点について、三角網
を形成し、変換手段が、三角網を構成する各辺を曲線に
変換し、生成手段が、曲線を含む曲面パッチを生成し、
抽出手段が、曲面パッチにより構成される全体の曲面よ
り、所定の条件を満たす特徴点を抽出し、修正手段が、
特徴点を用いて曲面を修正し、前記変換ステップは、三
角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベクトルを
用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換し、抽出
ステップは、三角網の頂点が有する3つの疑似法線のう
ち、任意の2つの疑似法線のなす角度が所定の基準値よ
り大きい角度となる頂点を構成する点を特徴点として抽
出する。
A second free-form surface generating apparatus and method according to the present invention
The method is that the dividing means divides the point cloud data into a predetermined number of aggregate points.
The dividing and forming means divides the set points into triangular meshes.
And the transforming means transforms each side of the triangulation into a curve.
The conversion means generates a surface patch including a curve,
If the extraction means is a whole surface composed of surface patches,
Then, the feature points that satisfy the predetermined condition are extracted, and the correction means
The curved surface is modified using the feature points, and the conversion step is
The position vector obtained by the pseudo normal of the vertex of the square mesh is
Convert each side of the triangulation into a cubic Bezier curve using
The step consists of three pseudo normals that the vertices of the triangulation have.
The angle between any two pseudo-normals is the predetermined reference value.
The feature points are the points that make up the vertices with a larger angle.
Put out.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は本発明の自由曲線生成装置
12を用いたCAD/CAMシステム1の一実施例の構
成を示すブロック図である。
1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a CAD / CAM system 1 using a free curve generation device 12 of the present invention.

【0020】3次元測定装置11は、外部から供給され
る指令に従い、所定の形状を有する模型に対して空間的
な形状を測定し(モックから形状データを取り込み)、
形状に対応する所定の点群データを生成し、自由曲面生
成装置12に供給するようになされている。
The three-dimensional measuring device 11 measures a spatial shape of a model having a predetermined shape (acquires shape data from a mock) according to a command supplied from the outside,
Predetermined point cloud data corresponding to the shape is generated and supplied to the free-form surface generating device 12.

【0021】ユーザは、キーボードやマウスなどの入力
デバイスで構成された入力装置13を操作することによ
り、自由曲面生成装置12に対し、所定の操作に対応す
る各種の動作を指示することができるようになされてい
る。
By operating the input device 13 composed of an input device such as a keyboard and a mouse, the user can instruct the free-form surface generating device 12 to perform various operations corresponding to a predetermined operation. Has been done.

【0022】自由曲面生成装置12は、入力装置13を
介して入力されるユーザからの指示に従い、3次元測定
装置11より入力された点群データを基に、仮想空間に
所定の形状に対応する自由曲面や修正した自由曲面を生
成し、表示装置14に表示させるようになされている。
従って、ユーザは、表示装置14に表示された自由曲面
を参照しながら、所望の修正処理を自由曲面生成装置1
2に指示することができる。また、自由曲面生成装置1
2は、ユーザからの指示に対応して、生成した自由曲面
のデータを工具経路作成装置15に供給するようになさ
れている。
The free-form surface generating device 12 corresponds to a predetermined shape in the virtual space based on the point cloud data input from the three-dimensional measuring device 11 according to a user's instruction input via the input device 13. A free-form surface and a modified free-form surface are generated and displayed on the display device 14.
Therefore, the user performs desired correction processing while referring to the free-form surface displayed on the display device 14
You can tell 2. In addition, the free-form surface generator 1
2 is adapted to supply the generated free curved surface data to the tool path creating device 15 in response to an instruction from the user.

【0023】工具経路作成装置15は、自由曲面生成装
置12からの自由曲面のデータを基に、オフセットポリ
ゴン上の工具駆動経路を規定した切削加工用のデータを
生成し、フロッピディスク16に記録するようになされ
ている。マシニングセンタに設置されたNCミーリング
マシン17は、フロッピディスク16に記録された切削
加工用のデータを用いて、それの具備するNCフライス
盤を駆動し、切削加工用のデータに対応する所定の製品
の金型を生成するようになされている。なお、データ
は、フロッピディスク16を介さずに、工具経路作成装
置15からNCミーリングマシン17に直接供給するよ
うにしてもよい。
The tool path creating device 15 creates data for cutting that defines the tool driving path on the offset polygon based on the free curved surface data from the free curved surface creating device 12, and records it on the floppy disk 16. It is done like this. The NC milling machine 17 installed in the machining center uses the cutting data recorded on the floppy disk 16 to drive the NC milling machine included in the NC milling machine 17 to drive the gold of a predetermined product corresponding to the cutting data. It is designed to generate types. The data may be directly supplied from the tool path creating device 15 to the NC milling machine 17 without passing through the floppy disk 16.

【0024】次に、CAD/CAMシステム1の処理動
作について、図2のフローチャートを参照して説明す
る。
Next, the processing operation of the CAD / CAM system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0025】いま、3次元測定装置11より、所定の物
体(模型)の形状に対応する点群データが自由曲面生成
装置12に入力され、ユーザが、入力装置13の所定の
操作により、自由曲面生成装置12に対し、点群データ
に対応する自由曲面の生成を指示したものとする。
Now, the point cloud data corresponding to the shape of a predetermined object (model) is input to the free-form surface generating device 12 from the three-dimensional measuring device 11, and the user operates the input device 13 to perform a predetermined operation. It is assumed that the generation device 12 is instructed to generate a free-form surface corresponding to the point cloud data.

【0026】図2のステップS1(分割手段)で、自由
曲面生成装置12は、ユーザからの指示に対応して、点
群データに対し、空間的に近くに位置する同位相の所定
の数の点(例えば物体の同一の面を構成する点)をグル
ープ化して集合点を生成する。すなわち、このステップ
で、点群データは所定の数の点により構成される複数の
集合点に分割される。具体的には、取り込まれた点群デ
ータが、その模型の基本的な各面毎のデータに区分され
る。
In step S1 (dividing means) of FIG. 2, the free-form surface generating device 12 responds to an instruction from the user by a predetermined number of in-phases spatially located close to the point cloud data. The points (for example, points forming the same plane of the object) are grouped to generate a set point. That is, in this step, the point cloud data is divided into a plurality of set points composed of a predetermined number of points. Specifically, the acquired point cloud data is divided into data for each basic surface of the model.

【0027】続くステップS2(形成手段)で、自由曲
面生成装置12は、集合点を構成する点について、三角
網を形成する。ここで、このステップで形成される三角
網について、図3を参照して説明する。
In the following step S2 (formation means), the free-form surface generating device 12 forms a triangular mesh with respect to the points forming the set points. Here, the triangular mesh formed in this step will be described with reference to FIG.

【0028】図3に示すように、自由曲面生成装置12
内の仮想空間(3次元空間)においては、分割された1
つの集合点を構成する点(1つのグループの点)が空間
的に所定の位置に配置されている。ステップS2の三角
網生成方法においては、3次元上のこれらの点を、所定
の平面(図中、xy平面)上へ投影し、投影された点につ
いて、ドロネーの三角網(3つの点の外接円の中に、他
の点が存在しないようにして選んだ3つの点により構成
される三角網)を形成するように3つの点の組み合わせ
を決定する。そして、この平面上の組み合わせを、空間
上の点に適用することで、空間上(3次元上)の三角網
を形成する。このようにして、所定の集合点に対し、三
角網が形成される。
As shown in FIG. 3, the free-form surface generator 12
In the virtual space (three-dimensional space) in the
The points (one group of points) forming one set point are spatially arranged at predetermined positions. In the triangular mesh generation method of step S2, these three-dimensional points are projected onto a predetermined plane (the xy plane in the figure), and the projected points are Delaunay's triangular mesh (the circumscribing of three points). A combination of three points is determined so as to form a triangulation network composed of three points selected so that no other points exist in the circle. Then, by applying the combination on the plane to the points on the space, a triangular network on the space (three-dimensional) is formed. In this way, a triangular mesh is formed with respect to a predetermined set point.

【0029】後続のステップS3で、すべてのグループ
について、三角網が形成されたか否かが判断される。す
べてグループについて、三角網が形成されていないと判
断された場合、ステップS1に戻り、それ以降の処理が
繰り返し実行される。
In the subsequent step S3, it is determined whether or not the triangular mesh has been formed for all the groups. When it is determined that the triangular mesh is not formed for all the groups, the process returns to step S1 and the subsequent processes are repeatedly executed.

【0030】このようにして、ステップS1乃至ステッ
プS3に示す処理が繰り返し実行され、自由曲面を構成
するすべてのグループ(例えば、模型の6面に対応する
各グループ)について、三角網が形成さたとき、ステッ
プS3でYESの判定がなされ、ステップS4に分岐す
る。
In this way, the processes shown in steps S1 to S3 are repeatedly executed, and a triangular mesh is formed for all the groups forming the free-form surface (for example, each group corresponding to the six faces of the model). At this time, a YES determination is made in step S3, and the process branches to step S4.

【0031】ステップS4で、自由曲面生成装置12
は、三角網が形成されたグループ同士を所定の規則に従
い、合成する。すなわち、これにより、6面がそれぞれ
三角網で形成された立体形状のデータが得られたことに
なる。
In step S4, the free-form surface generator 12
Composes the groups in which the triangular mesh is formed according to a predetermined rule. That is, as a result, data of a three-dimensional shape in which each of the six faces is formed by a triangular mesh is obtained.

【0032】続く、ステップS5で、自由曲面生成装置
12は、三角網を利用して各点に対応する疑似法線を求
める。ここで、このステップで求められる各点の疑似法
線について、図4を参照して説明する。
In the next step S5, the free-form surface generating device 12 obtains a pseudo normal line corresponding to each point by utilizing a triangulation network. Here, the pseudo normal line of each point obtained in this step will be described with reference to FIG.

【0033】図4に示すように、点Piは、その周囲の
点Pa1乃至Panとともに三角網を構成している。この三
角網を構成する各三角形は、式(1)で表すことができ
る。 Tj(Paj,Paj+1,Pi) (1≦j≦n) (1)
As shown in FIG. 4, the point Pi forms a triangular network with the points Pa1 to Pan around it. Each triangle forming this triangulation network can be expressed by equation (1). Tj (Paj, Paj + 1, Pi) (1≤j≤n) (1)

【0034】いま、点Pa1,Pa2,Piで形成される三角
形T1(Pa1,Pa2,Pi)の法線ベクトル[L1]([]
は、ベクトルを表す。以下、この明細書においては、ベ
クトルを[]で表す)を考えることにする。法線ベクト
ル[L1]は、点Pa1、点Pa2、および点Piで規定され
る平面に垂直なベクトルであるため、ベクトル[PiPa
1](点Piから点Pa1に向かうベクトル。以下、所定の
点から次の点に向かうベクトルを同様に記載する)と、
ベクトル[PiPa2]の外積により表されるベクトルの
方向を有する。すなわち、法線ベクトル[L1]を単位
ベクトルとした場合、法線ベクトル[L1]は、式
(2)で表すことができる。 [PiPa2]×[PiPa1]/|[PiPa2]×[PiPa1]| (2)
Now, the normal vector [L1] ([] of the triangle T1 (Pa1, Pa2, Pi) formed by the points Pa1, Pa2, Pi)
Represents a vector. Hereinafter, in this specification, a vector is represented by []. Since the normal vector [L1] is a vector perpendicular to the plane defined by the points Pa1, Pa2, and Pi, the vector [PiPa
1] (a vector from the point Pi to the point Pa1. Hereinafter, a vector from a predetermined point to the next point is also described).
It has the direction of the vector represented by the cross product of the vector [PiPa2]. That is, when the normal vector [L1] is the unit vector, the normal vector [L1] can be expressed by the equation (2). [PiPa2] × [PiPa1] / | [PiPa2] × [PiPa1] | (2)

【0035】同様に、三角形Tj(Paj,Paj+1,Pi)の
法線ベクトル[Lj]は、式(3)で表すことができ
る。 [PiPaj+1]×[PiPaj]/|[PiPaj+1]×[PiPj]| (3)
Similarly, the normal vector [Lj] of the triangle Tj (Paj, Paj + 1, Pi) can be expressed by equation (3). [PiPaj + 1] × [PiPaj] / | [PiPaj + 1] × [PiPj] | (3)

【0036】そこで、点Piの疑似法線ベクトル[Ni]
を、これらの法線ベクトル[Lj](1≦j≦n)の平均ベ
クトルとして式(4)のように定義する。
Therefore, the pseudo normal vector [Ni] of the point Pi
Is defined as an average vector of these normal vectors [Lj] (1 ≦ j ≦ n) as in Expression (4).

【数1】 [Equation 1]

【0037】このようにして、ステップS5で、各点に
対応した疑似法線が求められる。
In this way, in step S5, the pseudo normal line corresponding to each point is obtained.

【0038】続く、ステップS6(変換手段)で、自由
曲面生成装置12は、三角形Tj(Paj,Paj+1,Pi)の
各辺を、ステップS4で求めた各点の疑似法線を用い
て、3次ベジエ曲線に変換する。
In step S6 (conversion means), the free-form surface generating device 12 uses each side of the triangle Tj (Paj, Paj + 1, Pi) by using the pseudonormal line of each point obtained in step S4. Convert to cubic Bezier curve.

【0039】ここで、ステップ6で実行される3次ベジ
エ曲線の変換について、図5を参照して説明する。
The conversion of the cubic Bezier curve executed in step 6 will be described with reference to FIG.

【0040】図5は、三角形T1(Pa1,Pa2,Pi)の辺
PiPa1を3次ベジエ曲線に変換した状態を示してい
る。
FIG. 5 shows a state in which the side PiPa1 of the triangle T1 (Pa1, Pa2, Pi) is converted into a cubic Bezier curve.

【0041】3次べジエ曲線[P]は、制御点に対応す
る4つの位置ベクトル([R0]乃至[R3])により、
式(5)のシフト演算子Eを用いて式(6)で表すこと
ができる。 [Ri+1]=E[Ri] (i=0,1,2) (5) [P]=((1-t+tE)∧3)[R0] (6)
The cubic Bezier curve [P] is defined by four position vectors ([R0] to [R3]) corresponding to the control points.
It can be expressed by Expression (6) using the shift operator E of Expression (5). [Ri + 1] = E [Ri] (i = 0,1,2) (5) [P] = ((1-t + tE) ∧3) [R0] (6)

【0042】しかしながら、図5に示す場合において
は、位置ベクトルは、点Piに対応するベクトル[R0]
と点Pa1に対応するベクトル[R3]の2つの位置ベク
トルのみが与えられている。
However, in the case shown in FIG. 5, the position vector is the vector [R0] corresponding to the point Pi.
And only two position vectors of the vector [R3] corresponding to the point Pa1 are given.

【0043】そこで、疑似法線ベクトル[Ni]を用い
て、残りの2つの位置ベクトル(ベクトル[R1]とベ
クトル[R2])を求める。
Therefore, the remaining two position vectors (vector [R1] and vector [R2]) are obtained using the pseudo normal vector [Ni].

【0044】具体的には、疑似法線ベクトル[Ni]お
よびベクトル[PiPai]で規定される平面に垂直なベ
クトルと、疑似法線ベクトル[Ni]とで規定される平
面に垂直な方向に、ベクトル[R1]とベクトル[R2]
に対応する2つの制御点を求める。すなわち、上述の方
向を有するベクトル[g]を式(7)により求める。 [g]=([Ni]×[PiPa1])×[Ni] (7)
Specifically, in the direction perpendicular to the plane defined by the pseudo normal vector [Ni] and the vector [PiPai] and the plane defined by the pseudo normal vector [Ni], Vector [R1] and vector [R2]
Two control points corresponding to That is, the vector [g] having the above-mentioned direction is obtained by the equation (7). [G] = ([Ni] × [PiPa1]) × [Ni] (7)

【0045】そして、ベクトル[g]の方向に辺PiPa
1の1/3の長さで表される位置にベクトル[R1]に対応
する制御点を1つ取り、ベクトル[g]の方向に辺Pi
Pa1の2/3の長さで表される位置にベクトル[R2]に対
応する残りの制御点をとるようにする。すなわち、これ
らの制御点に対応する位置ベクトル(ベクトル[R1]
とベクトル[R2])は、式(8)と式(9)で表すこ
とができる。 [R1]=[R0]+([g]/|[g]|)(|[PiPa1]|/3) (8) [R2]=[R0]+([g]/|[g]|)(2|[PiPa1]|/3) (9)
Then, the side PiPa in the direction of the vector [g]
Take one control point corresponding to the vector [R1] at the position represented by the length of 1/3 of the side, and set the side Pi in the direction of the vector [g].
The remaining control points corresponding to the vector [R2] are taken at the position represented by the length of 2/3 of Pa1. That is, the position vectors corresponding to these control points (vector [R1]
And the vector [R2] can be expressed by equations (8) and (9). [R1] = [R0] + ([g] / | [g] |) (| [PiPa1] | / 3) (8) [R2] = [R0] + ([g] / | [g] |) (2 | [PiPa1] | / 3) (9)

【0046】なお、ベクトル[R2]に対応する制御点
は、ベクトル[g]方向にとるとしたが、点Pa1につい
て、点Piのときと同様な処理を行い、点Pa1を始点と
するベクトルの方向に辺Pa1Piの1/3の長さで表される
位置にとるようにすることもできる。
Although the control point corresponding to the vector [R2] is set in the vector [g] direction, the same processing as that at the point Pi is performed on the point Pa1 and the vector starting from the point Pa1 is used. It is also possible to take the position represented by the length of 1/3 of the side Pa1Pi in the direction.

【0047】このようにして、辺PiPa1を、4つの位
置ベクトル(ベクトル[R1]乃至ベクトル[R3])に
より規定される3次ベジエ曲線に変換することができ
る。また、他の辺や、他の三角形の有する辺も同様に変
換することができる。
In this way, the side PiPa1 can be converted into a cubic Bezier curve defined by the four position vectors (vector [R1] to vector [R3]). In addition, other sides and sides of other triangles can be similarly converted.

【0048】次に、ステップS7(生成手段)で、自由
曲面生成装置12は、3次ベジエ曲線で囲まれた1つの
面に対して、3次ベジエ曲面パッチを生成する。3次べ
ジエ曲面[Q]は、制御点に対応する16個の位置ベク
トル([A00]乃至[A33])により、式(10)のシ
フト演算子Eと式(11)のシフト演算子Fを用いて式
(12)で表すことができる。 [Ai+1,j]=E[Ai,j] (i,j=0,1,2) (10) [Ai,j+1]=F[Ai,j] (i,j=0,1,2) (11) [Q]=((1-u+uE)∧3)(1-v+vF)∧3)[A00] (0≦u,v≦1) (12)
Next, in step S7 (generation means), the free-form surface generating device 12 generates a cubic Bezier surface patch for one surface surrounded by the cubic Bezier curve. The cubic Bezier curved surface [Q] is obtained by shifting the shift operator E of the equation (10) and the shift operator F of the equation (11) by using 16 position vectors ([A00] to [A33]) corresponding to the control points. Can be expressed by the formula (12). [Ai + 1, j] = E [Ai, j] (i, j = 0,1,2) (10) [Ai, j + 1] = F [Ai, j] (i, j = 0,1 , 2) (11) [Q] = ((1-u + uE) ∧3) (1-v + vF) ∧3) [A00] (0 ≦ u, v ≦ 1) (12)

【0049】3次ベジエ曲面を生成することは、16個
の位置ベクトル(ベクトル[A00]乃至ベクトル[A3
3])を決定することと同じである。また、いまの場
合、3つの辺に対応する3次ベジエ曲線が既知である。
従って、12(=4*3)個の制御点が既知であるので、残
りの4つの内部制御点を求めれば、3次ベジエ曲面パッ
チを生成することができる。なお、3次ベジエ曲面は、
4つの頂点に対する曲面であり、いまの場合は、3つの
頂点に対する曲面であるが、4つの頂点のうち、2つは
同じ点である(縮退している)として、同様の演算手法
を用いることができる。
Generating a cubic Bezier surface is performed by using 16 position vectors (vector [A00] to vector [A3]
3]) is the same as determining. Also, in this case, a cubic Bezier curve corresponding to three sides is known.
Therefore, since 12 (= 4 * 3) control points are known, a cubic Bezier surface patch can be generated by obtaining the remaining four internal control points. The cubic Bezier surface is
It is a curved surface for four vertices, and in this case, it is a curved surface for three vertices, but two of the four vertices are the same point (degenerate), and the same calculation method is used. You can

【0050】そこで、このステップにおいては、3つの
頂点の疑似法線を用いて3つの3次ベジエ曲線上の法線
を求めるようにする。そして、3次ベジエ曲線上の法線
と、内部制御点により表される3次ベジエ曲面のエッジ
(3次ベジエ曲線近傍)の法線とが一致するような条件
(内積が1となる条件)について最小2乗近似を用いて
内部制御点を決定する。この点の詳細は、特願平06−
128122号に記述されている。
Therefore, in this step, the normals on the three cubic Bezier curves are obtained by using the pseudo normals of the three vertices. Then, the condition that the normal line on the cubic Bezier curve and the normal line of the edge of the cubic Bezier curved surface (near the cubic Bezier curve) represented by the internal control point match (condition that inner product is 1) The internal control points are determined using a least squares approximation to. For details of this point, see Japanese Patent Application No. 06-
No. 128122.

【0051】このようにして、すべての三角網について
3次ベジエ曲面パッチを生成することで、与えられた点
群に対応する自由曲面が生成され、表示装置14に、そ
の画像が表示される。
In this way, by generating cubic Bezier curved surface patches for all triangular networks, a free curved surface corresponding to a given point group is generated, and the image is displayed on the display device 14.

【0052】続く、ステップS8(抽出手段)で、所定
の条件を満足する点(特徴点)を抽出する。
Then, in step S8 (extracting means), points (feature points) satisfying a predetermined condition are extracted.

【0053】ここで、ステップS8で抽出される特徴点
の例を図6乃至図8を参照して説明する。
Here, an example of the feature points extracted in step S8 will be described with reference to FIGS.

【0054】図6と図7は、特徴点を抽出するための条
件の第1の実施例を示している。すなわち、図6に示す
ように、点Piに対して空間的な所定の広がりの範囲を
選択範囲として決定し、その中に含まれる点群のうち、
その点の疑似法線[m]と、点Piの疑似法線[Ni]と
のなす角度θが、図7に示すように、2つの基準値とし
ての角度θ1,θ2(θ1<θ2)の範囲内にある(θ1<θ
<θ2を満たす)点のみを抽出するようにする。すなわ
ち、式(13)を満たす疑似法線[m]を有する点を抽
出するようにする。 COS(θ2)<[Ni]・[m]/|[Ni]||[m]|<COS(θ1) (13)
6 and 7 show the first embodiment of the conditions for extracting the characteristic points. That is, as shown in FIG. 6, a predetermined spatial extent of the point Pi is determined as a selection range, and among the point groups included in the selection range,
As shown in FIG. 7, the angle θ formed between the pseudo normal [m] of the point and the pseudo normal [Ni] of the point Pi is the angle θ1, θ2 (θ1 <θ2) as the two reference values. Within range (θ1 <θ
Only points that satisfy <θ2) should be extracted. That is, the points having the pseudo normal [m] satisfying the expression (13) are extracted. COS (θ2) <[Ni] ・ [m] / | [Ni] || [m] | <COS (θ1) (13)

【0055】図8は、特徴点を抽出するための条件の第
2の実施例を示している。すなわち、図6に示すよう
に、選択範囲を決定し、その中に含まれる点のうち、そ
の点の疑似法線[m]と、点Piの疑似法線[Ni]との
なす角度θが、図8に示すように、所定の基準値(角度
θ3)より大きい(θ3<θを満たす)点のみを抽出する
ようにする。すなわち、式(14)を満たす疑似法線
[m]を有する点を抽出するようにする。 COS(θ3)>[Ni]・[m]/|[Ni]||[m]| (14)
FIG. 8 shows a second embodiment of conditions for extracting feature points. That is, as shown in FIG. 6, a selected range is determined, and among the points included in the selected range, the angle θ formed by the pseudo normal [m] of the point and the pseudo normal [Ni] of the point Pi is As shown in FIG. 8, only points larger than a predetermined reference value (angle θ3) (satisfying θ3 <θ) are extracted. That is, the points having the pseudo normal [m] satisfying the expression (14) are extracted. COS (θ3)> [Ni] ・ [m] / | [Ni] || [m] | (14)

【0056】このようにして、所定の条件を与え、特徴
点を抽出した状態の例を図9に示す。ユーザは、抽出さ
れた特徴点のデータを用いて、新たな曲線や曲面を(例
えば、特願平04−274570号に開示した方法によ
り)生成し、自由曲面を部分的に修正することが可能で
ある。また、特徴点は全体の自由曲面とは独立して処理
することができるため、種々の応用に利用することがで
きる。
FIG. 9 shows an example of a state in which the characteristic points are extracted by applying the predetermined conditions in this way. The user can use the extracted feature point data to generate a new curve or curved surface (for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 04-274570) and partially modify the free curved surface. Is. Further, since the feature points can be processed independently of the entire free-form surface, it can be used for various applications.

【0057】例えば、図10に示すような点群データの
みにより生成した自由曲面は、基本曲面と、特徴を有す
る曲面(例えば、隣接するパッチ間で変位の差が大きい
曲面)とを分離することが困難であるため、部分的な変
更や修正が困難となる。
For example, a free-form surface generated only from point cloud data as shown in FIG. 10 should be divided into a basic curved surface and a characteristic curved surface (for example, a curved surface having a large displacement difference between adjacent patches). Therefore, it is difficult to partially change or modify.

【0058】一方、図11に示すように、点群データの
みにより生成した自由曲面から、基本曲面と、所定の特
徴を有する曲面(特徴点により生成される曲面)を分離
させた場合、CADにおいて、それぞれの曲面の形状
を、別個に、処理することができるため、例えば、フィ
レット処理(特徴が異なる基本曲面同士を滑らかに接続
する処理)を行う場合においても、フィレット径やフィ
レット形状を容易に変更することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 11, when a basic curved surface and a curved surface having a predetermined characteristic (curved surface generated by the characteristic points) are separated from the free curved surface generated only by the point group data, the CAD is performed. Since the shape of each curved surface can be processed separately, the fillet diameter and the shape of the fillet can be easily processed even when performing, for example, fillet processing (processing for smoothly connecting basic curved surfaces having different characteristics). Can be changed.

【0059】図2のフローチャートの説明に戻り、ステ
ップS9(修正手段)で、ユーザは、表示装置14に表
示された自由曲面を、回転、移動、拡大、または縮小し
たり、抽出した特徴点により生成した曲線や曲面を用い
て上述したように所望の形状に近似させたりして、修正
する。
Returning to the explanation of the flow chart of FIG. 2, in step S9 (correction means), the user rotates, moves, enlarges or reduces the free-form surface displayed on the display device 14, or uses the extracted feature points. Using the generated curve or curved surface, the shape is approximated to the desired shape as described above, and the correction is performed.

【0060】また、表示装置14に表示されている自由
曲面の画像は、所定のベクトル関数(3次ベジエ曲面パ
ッチの集まり)として一意に決定されているので、この
自由曲面と、任意の平面や曲面との交線を(例えば、特
願平03−118666号に開示されている方法によ
り)求めたり(断面を求めたり)、図12に示すよう
に、自由曲面上の任意の曲線(その曲線上に点群データ
が存在しない曲線)を求めたりすることが可能である。
従って、これらの情報を基に、自由曲面の修正を行うこ
ともできる。さらに、この自由曲面上に任意の曲線また
は曲面を投影したときの曲線または曲面を(例えば、特
願平05−128216号に開示されている方法によ
り)求め、この情報を用いた修正を行うこともできる。
Since the image of the free-form surface displayed on the display device 14 is uniquely determined as a predetermined vector function (collection of cubic Bezier surface patches), this free-form surface and an arbitrary plane or A line of intersection with a curved surface is obtained (for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 03-118666) (a cross section is obtained), or as shown in FIG. It is also possible to obtain a curve on which there is no point cloud data).
Therefore, the free-form surface can be corrected based on these pieces of information. Further, a curve or a curved surface when an arbitrary curve or curved surface is projected on this free curved surface is obtained (for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 05-128216), and correction is performed using this information. You can also

【0061】続く、ステップS10で、ユーザは、必要
に応じて修正した自由曲面が所望のものであるのか否か
を判断し、自由曲面が所望のものではないと判断した場
合、再び、ステップS8に分岐し、それ以降の処理が実
行される。ステップS10において、ユーザが自由曲面
は所望のものであると判断した場合は、図2に示す自由
曲面の生成処理が終了する。
At the subsequent step S10, the user determines whether the free-form surface modified as necessary is the desired one, and when the free-form surface is not the desired one, the step is again made. And the subsequent processing is executed. If the user determines in step S10 that the free-form surface is the desired one, the free-form surface generation processing shown in FIG. 2 ends.

【0062】このようにして、3次元測定装置11より
供給された点群データを基に、対応する自由曲面を生成
し、所定の条件により抽出された特徴点を用いて、自由
曲面の一部分を任意の形状に修正することができる。
In this way, based on the point cloud data supplied from the three-dimensional measuring device 11, a corresponding free-form surface is generated, and a part of the free-form surface is extracted using the feature points extracted under a predetermined condition. It can be modified to any shape.

【0063】また、点群データのみを用いて各点に疑似
法線を定義し、この疑似法線より、3次ベジエ曲線と3
次ベジエ曲面パッチを生成するため、空間的な広がりを
有するランダムな点群データや、比較的データ量の少な
い点群データに対しても、滑らかな自由曲面を生成する
ことができる。
A pseudo normal line is defined for each point using only the point cloud data, and from this pseudo normal line, a cubic Bezier curve and 3
Since the next-order Bezier surface patch is generated, a smooth free-form surface can be generated even for random point cloud data having a spatial spread or point cloud data having a relatively small amount of data.

【0064】さらに、3次元測定装置11が自動的に生
成する、比較的測定時間の短い全点群データから、有用
なデータのみを抽出したり、不要なデータを削除するよ
うなことができるとともに、データの欠落を補間して、
自由曲面を生成することができる。
Further, it is possible to extract only useful data or delete unnecessary data from all the point cloud data which is generated by the three-dimensional measuring apparatus 11 and has a relatively short measuring time. , Interpolating the missing data,
A free-form surface can be generated.

【0065】なお、上記実施例においては、疑似法線を
用いて、3次ベジエ曲線と3次ベジエ曲面パッチを生成
するようにしたが、他の高次ベジエ式による曲線と曲面
を用いるようにすることもできる。また、ユーザが、入
力した点群データ(CADで作成したデータ)に対して
も、本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the pseudo-normal line is used to generate the cubic Bezier curve and the cubic Bezier curved surface patch. However, the curve and the curved surface according to another higher-order Bezier equation are used. You can also do it. The present invention can also be applied to point cloud data (data created by CAD) input by the user.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上のように本発明の第1の自由曲面生
成装置および方法によれば、点群データに対して三角網
を形成し、曲線と曲面パッチを生成し、曲面パッチによ
り構成される全体の曲面より、所定の条件を満たす特徴
点を抽出し、特徴点を用いて曲面を修正するようにし、
その特徴点は、三角網の頂点の疑似法線により求められ
た位置ベクトルを用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲
線に変換し、曲面内にある点の疑似法線と三角網の頂点
疑似法線となす角度が、所定の基準範囲内にある点
を特徴点として抽出するようにしたので、また、本発明
の第2の自由曲面生成装置および方法によれば、特徴点
を三角網の頂点の疑似法線により求められた位置ベクト
ルを用いて、三角網の各辺を3次ベジエ曲線に変換し、
法線の疑似法線となす角度が、所定の基準範囲内にある
点を特徴点として抽出するようにしたので、点群データ
に対応する自由曲面を生成することができるとともに、
生成された自由曲面に対し、容易に部分的な修正を加え
ることができる。
As described above, according to the first free-form surface generating apparatus and method of the present invention, a triangulation network is formed for point cloud data to generate a curve and a surface patch, which is constructed by the surface patch. From the entire curved surface, extract the characteristic points that satisfy the predetermined condition, and use the characteristic points to correct the curved surface.
The characteristic points are converted into cubic Bezier curves for each side of the triangulation network using the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of the triangulation network, and the pseudo-normal line of points inside the curved surface and the triangulation network vertex
The angle between the pseudo normal line, since to extract the points that are within a predetermined reference range as a characteristic point, also, according to the second free-form surface generation apparatus and method of the present invention, feature points Using the position vector obtained from the pseudo-normal line of the vertices of the triangulation, each side of the triangulation is converted into a cubic Bezier curve,
Since the angle formed by the normal line and the pseudo normal line is within the predetermined reference range is extracted as a feature point, it is possible to generate a free-form surface corresponding to the point cloud data.
The generated free-form surface can be easily partially modified.

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

【図1】本発明の自由曲面生成装置12を用いたCAD
/CAMシステム1の一実施例の構成を示すブロック図
である。
FIG. 1 is a CAD using a free-form surface generator 12 of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of an example of a / CAM system 1. FIG.

【図2】図1のCAD/CAMシステム1の処理動作を
説明するフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing operation of the CAD / CAM system 1 of FIG.

【図3】図2のステップS2における、三角網の生成方
法を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of generating a triangular mesh in step S2 of FIG.

【図4】図2のステップS4における、疑似法線を求め
る方法を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of obtaining a pseudo normal line in step S4 of FIG.

【図5】図2のステップS5における、三角網の各辺を
3次ベジエ曲線に変換する方法を説明する図である。
5 is a diagram illustrating a method of converting each side of the triangular mesh into a cubic Bezier curve in step S5 of FIG.

【図6】特徴点を抽出する空間的な広がりの範囲を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a range of spatial expansion for extracting feature points.

【図7】特徴点の満たす条件を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a condition that a feature point satisfies.

【図8】特徴点の満たす他の条件を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating another condition that a feature point satisfies.

【図9】抽出された特徴点を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing extracted feature points.

【図10】点群データのみにより生成した自由曲面を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a free-form surface generated only from point cloud data.

【図11】特徴点を用いて生成した自由曲面を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a free-form surface generated using feature points.

【図12】生成された自由曲面より、自由曲面上の任意
の曲線を抽出することができることを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing that an arbitrary curve on a free-form surface can be extracted from the generated free-form surface.

【図13】物体のディスプレー上に表示した中間調画像
の写真である。
FIG. 13 is a halftone image displayed on an object display
Is a picture of.

【図14】図13に示す物体について、その形状を格子
状に測定した点群を示すディスプレー上に表示した中間
調画像の写真である。
FIG. 14 is an intermediate view of the object shown in FIG. 13 displayed on a display showing the point cloud of which the shape is measured in a grid pattern.
It is a photograph of a toned image .

【図15】図14の点群データを基に、スプライン曲線
を生成して図13に示す物体の自由曲面を生成したディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真である。
Based on the point cloud data of FIG. 15 FIG. 14, to produce a free-form surface of the object shown in FIG. 13 to generate a spline curve di
It is a photograph of a halftone image displayed on a spray .

【図16】物体について、その形状の断面を測定したデ
ータを示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing data obtained by measuring a cross section of a shape of an object.

【図17】図16のデータを基に、スプライン曲線を生
成した状態を示す図である。
17 is a diagram showing a state in which a spline curve is generated based on the data of FIG.

【図18】図17のデータを基に、物体の自由曲面を生
成した状態を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a state where a free-form surface of an object is generated based on the data of FIG.

【図19】図18の一部分を拡大して示す図である。19 is an enlarged view of a part of FIG. 18. FIG.

【図20】物体の特徴点を抽出する方法を説明するディ
スプレー上に表示した中間調画像の写真である。
[20] Di for explaining a method of extracting the feature point of the object
It is a photograph of a halftone image displayed on a spray .

【図21】図20の物体について、その形状の特徴部分
を測定したデータを示すディスプレー上に表示した中間
調画像の写真である。
FIG. 21 is an intermediate part of the object shown in FIG. 20, displayed on the display showing the data obtained by measuring the characteristic parts of the shape.
It is a photograph of a toned image .

【図22】図20の物体について、その形状の特徴部分
を測定したデータを示す他のディスプレー上に表示した
中間調画像の写真である。
FIG. 22 is a diagram showing another feature of the shape of the object shown in FIG. 20 on the other display.
It is a photograph of a halftone image .

【図23】図20の物体について、その形状の特徴部分
を測定したデータを示すさらに他のディスプレー上に表
示した中間調画像の写真である。
23 is a table on yet another display showing data obtained by measuring characteristic portions of the shape of the object of FIG. 20.
It is a photograph of the halftone image shown .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 3次元測定装置, 12 自由曲面生成装置,
13 入力装置, 14 表示装置, 15 工具経路
作成装置, 16 フロッピディスク, 17NCミー
リングマシン
11 three-dimensional measuring device, 12 free-form surface generator,
13 input device, 14 display device, 15 tool path creating device, 16 floppy disk, 17NC milling machine

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−12473(JP,A) 栗山 繁,多面体による三辺形パッチ 曲面の生成法,情報処理学会論文誌,日 本,社団法人情報処理学会,1991年 5 月15日,第32巻 第5号,655−664 山本裕之,内山晋二,田村秀行,3次 元形状モデリングのためのドロネー網生 成法,電子情報通信学会論文誌,日本, 社団法人電子情報通信学会,1995年 5 月25日,第J78−D−II巻 第5号, 745−753 内山晋二,山本裕之,田村秀行,距離 画像からの階層化適応型パッチ生成法, 情報処理学会論文誌,日本,社団法人情 報処理学会,1995年 2月15日,第36巻 第2号,351−361 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-12473 (JP, A) Shigeru Kuriyama, Trigonal patch using polyhedron, Method of generating curved surface, Journal of Information Processing Society of Japan, Japan, Information Processing Corporation of Japan Society, May 15, 1991, Volume 32, No. 5, 655-664 Hiroyuki Yamamoto, Shinji Uchiyama, Hideyuki Tamura, Delaunay network generation method for 3D modeling, IEICE Transactions, Japan , Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 25, 1995, J78-D-II, Vol. 5, 745-753 Shinji Uchiyama, Hiroyuki Yamamoto, Hideyuki Tamura, Hierarchical Adaptive Patch Generation from Range Image, Information Processing Society of Japan, Japan, Information Processing Society of Japan, February 15, 1995, Vol. 36, No. 2, 351-361 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06F 17 / 50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 空間的な広がりを有する所定の点群デー
タに対応する自由曲面を生成する自由曲面生成装置にお
いて、 前記点群データを所定の数の集合点に分割する分割手段
と、 前記分割手段により分割された前記集合点について、三
角網を形成する形成手段と、 前記三角網を構成する各辺を曲線に変換する変換手段
と、 前記曲線を含む曲面パッチを生成する生成手段と、 前記曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所定
の条件を満たす特徴点を抽出する抽出手段と、 前記特徴点を用いて前記曲面を修正する修正手段とを備
え、 前記変換手段は、前記三角網の頂点の疑似法線により求
められた位置ベクトルを用いて、前記三角網の各辺を3
次ベジエ曲線に変換し、 前記抽出手段は、前記曲面内にある点の疑似法線と前記
三角網の頂点の疑似法線となす角度が、所定の基準範
囲内にある点を前記特徴点として抽出することを特徴と
する自由曲面生成装置。
1. A free-form surface generating apparatus for generating a free-form surface corresponding to predetermined point cloud data having a spatial spread, a dividing means for dividing the point cloud data into a predetermined number of set points, and the division. Forming means for forming a triangular mesh with respect to the aggregate points divided by means, converting means for converting each side forming the triangular mesh into a curve, generating means for generating a curved surface patch including the curve, From the entire curved surface composed of curved surface patches, there is provided an extracting means for extracting a characteristic point satisfying a predetermined condition, and a correcting means for correcting the curved surface using the characteristic point, wherein the converting means is the triangular mesh. Using the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of
Convert to the next Bezier curve, the extraction means, the pseudo normal line of a point within the curved surface
The angle between the pseudo-normal of the vertex of the triangular network, free-form surface generation apparatus and extracts a point which is within a predetermined reference range as the feature point.
【請求項2】 コンピュータを用いて、空間的な広がり
を有する所定の点群データに対応する自由曲面を生成す
る自由曲面生成方法において、 前記点群データを所定の数の集合点に分割する分割ステ
ップと、 前記分割ステップの処理で分割された前記集合点につい
て、三角網を形成する形成ステップと、 前記三角網を構成する各辺を曲線に変換する変換ステッ
プと、 前記曲線を含む曲面パッチを生成する生成ステップと、 前記曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所定
の条件を満たす特徴点を抽出する抽出ステップと、 前記特徴点を用いて前記曲面を修正する修正ステップと
を備え、 前記変換ステップは、前記三角網の頂点の疑似法線によ
り求められた位置ベクトルを用いて、前記三角網の各辺
を3次ベジエ曲線に変換し、 前記抽出ステップは、前記曲面内にある点の疑似法線と
前記三角網の頂点の疑似法線となす角度が、所定の基
準範囲内にある点を前記特徴点として抽出することを特
徴とする自由曲面生成方法。
2. A free-form surface generating method for generating a free-form surface corresponding to a predetermined point cloud data having a spatial spread using a computer , wherein the point cloud data is divided into a predetermined number of set points. A step of forming a triangular mesh with respect to the set points divided by the process of the dividing step, a conversion step of converting each side forming the triangular mesh into a curve, and a curved surface patch including the curve. A generating step of generating, an extracting step of extracting a characteristic point satisfying a predetermined condition from the entire curved surface formed by the curved surface patch, and a correcting step of correcting the curved surface using the characteristic point, The converting step converts each side of the triangular mesh into a cubic Bezier curve using the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of the triangular mesh, Out step, the angle between the pseudo-vertex normals pseudo normal line <br/> the triangulation points are within said curved surface, and extracts a point is within a predetermined reference range as the characteristic point Free-form surface generation method characterized by.
【請求項3】 空間的な広がりを有する所定の点群デー
タに対応する自由曲面を生成する自由曲面生成装置にお
いて、 前記点群データを所定の数の集合点に分割する分割手段
と、 前記分割手段により分割された前記集合点について、三
角網を形成する形成手段と、 前記三角網を構成する各辺を曲線に変換する変換手段
と、 前記曲線を含む曲面パッチを生成する生成手段と、 前記曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所定
の条件を満たす特徴点を抽出する抽出手段と、 前記特徴点を用いて前記曲面を修正する修正手段とを備
え、 前記変換手段は、前記三角網の頂点の疑似法線により求
められた位置ベクトルを用いて、前記三角網の各辺を3
次ベジエ曲線に変換し、 前記抽出手段は、前記三角網の頂点が有する3つの疑似
法線のうち、任意の2つの疑似法線のなす角度が所定の
基準値より大きい角度となる前記頂点を構成する点を前
記特徴点として抽出することを特徴とする自由曲面生成
装置。
3. A free-form surface generating device for generating a free-form surface corresponding to predetermined point cloud data having a spatial expansion, a dividing means for dividing the point cloud data into a predetermined number of set points, and the division. Forming means for forming a triangular mesh with respect to the aggregate points divided by means, converting means for converting each side forming the triangular mesh into a curve, generating means for generating a curved surface patch including the curve, From the entire curved surface composed of curved surface patches, there is provided an extracting means for extracting a characteristic point satisfying a predetermined condition, and a correcting means for correcting the curved surface using the characteristic point, wherein the converting means is the triangular mesh. Using the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of
Converting to a Bezier curve, the extracting means extracts, from the three pseudo-normals of the vertices of the triangular mesh, the vertices at which the angle formed by any two pseudo-normals is greater than a predetermined reference value. An apparatus for generating a free-form surface, wherein constituent points are extracted as the characteristic points.
【請求項4】 コンピュータを用いて、空間的な広がり
を有する所定の点群データに対応する自由曲面を生成す
る自由曲面生成方法において、 前記点群データを所定の数の集合点に分割する分割ステ
ップと、 前記分割ステップの処理で分割された前記集合点につい
て、三角網を形成する形成ステップと、 前記三角網を構成する各辺を曲線に変換する変換ステッ
プと、 前記曲線を含む曲面パッチを生成する生成ステップと、 前記曲面パッチにより構成される全体の曲面より、所定
の条件を満たす特徴点を抽出する抽出ステップと、 前記特徴点を用いて前記曲面を修正する修正ステップと
を備え、 前記変換ステップは、前記三角網の頂点の疑似法線によ
り求められた位置ベクトルを用いて、前記三角網の各辺
を3次ベジエ曲線に変換し、 前記抽出ステップは、前記三角網の頂点が有する3つの
疑似法線のうち、任意の2つの疑似法線のなす角度が所
定の基準値より大きい角度となる前記頂点を構成する点
を前記特徴点として抽出することを特徴とする自由曲面
生成方法。
4. A free-form surface generating method for generating a free-form surface corresponding to predetermined point cloud data having a spatial spread using a computer , wherein the point cloud data is divided into a predetermined number of set points. A step of forming a triangular mesh with respect to the set points divided by the process of the dividing step, a conversion step of converting each side forming the triangular mesh into a curve, and a curved surface patch including the curve. A generating step of generating, an extracting step of extracting a characteristic point satisfying a predetermined condition from the entire curved surface formed by the curved surface patch, and a correcting step of correcting the curved surface using the characteristic point, The converting step converts each side of the triangular mesh into a cubic Bezier curve using the position vector obtained by the pseudo-normal line of the vertices of the triangular mesh, In the output step, among the three pseudo normals that the vertices of the triangular mesh have, an angle formed by two arbitrary pseudo normals is greater than a predetermined reference value, and the points that form the vertices are the characteristic points. A free-form surface generation method characterized by extracting.
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山本裕之,内山晋二,田村秀行,3次元形状モデリングのためのドロネー網生成法,電子情報通信学会論文誌,日本,社団法人電子情報通信学会,1995年 5月25日,第J78−D−II巻 第5号,745−753
栗山 繁,多面体による三辺形パッチ曲面の生成法,情報処理学会論文誌,日本,社団法人情報処理学会,1991年 5月15日,第32巻 第5号,655−664

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