JP3625622B2 - 立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来の技術としての立体モデル作成装置としては、３次元デジタイザを用いるものがある。３次元デジタイザは、複数の関節を持つアームおよびペンを備えている。そして、人が、このペンを対象物体に接触させ、対象物体上を動かしていく。このようにペンを動かすと、アームの関節の角度が変わっていく。このアームの関節の角度情報をもとに、対象物体の３次元形状を求める。
【０００３】
第２の従来の技術としての立体モデル作成装置としては、レーザスキャナを用いるものがある。レーザスキャナは、レーザを対象物体に照射し、スキャンすることにより、対象物体の３次元形状を求めるものである。
【０００４】
第３の従来の技術としての立体モデル作成装置は、特公平７−１０９６２６号公報に開示されている。この立体モデル作成装置では、対象物体のシルエット画像を用いて、仮定存在領域を算出する。仮定存在領域とは、カメラの投影中心を頂点とし、対象物体のシルエットを断面形状とする錐体状の領域である。この錐体状の領域（仮定存在領域）をボクセルモデルで記述する。以上のような処理を複数のシルエット画像に対して行なう。そして、共通仮定存在領域を求め、対象物体の立体モデルを作成する。ここで、共通仮定存在領域とは、複数のシルエット画像に対する複数の仮定存在領域の論理積部分である。
【０００５】
第４の従来の技術としての立体モデル作成装置は、特開平５−１３５１５５号公報に開示されている。この立体モデル作成装置では、回転台で回転する対象物体をカメラで撮影し、複数のシルエット画像を得る。この複数のシルエット画像をもとに、複数の水平面（回転軸に垂直な面）での対象物体の複数の形状を得る。そして、隣り合う水平面において、対象物体の形状の輪郭線上の点同士を三角パッチで結ぶ。ここで、１つの水平面での対象物体の形状の輪郭線上の点は、所定角度ごとに定められる。このようにして、対象物体の立体モデルを作成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来の技術では、人手で計測を行なうため、作業時間および労力が非常に大きくなるという問題点がある。
【０００７】
第２の従来の技術では、光を吸収する材質からなる対象物体の立体モデルを得ることができないという問題点ある。さらに、装置が非常に複雑で高価になるという問題点がある。さらに、暗室で対象物体の計測を行なう必要があり、撮影環境が制限されるという問題点がある。さらに、色情報を取込みにくいという問題点がある。
【０００８】
第３の従来の技術では、論理積により立体形状を得ているため、１つのシルエット画像が不正確であった場合、精度よく立体モデルを作成することができないという問題点がある。また、水平方向（回転軸に垂直な方向）からのみ、対象物体を撮影しているため、色情報が不足したり、局所的凹部を認識できない場合があるという問題点がある。
【０００９】
第４の従来技術では、シルエット画像を作成するために、背景板を用いており、特殊な撮影環境が必要になるという問題点がある。さらに、複数の水平面での対象物体の形状を用いて立体モデルを作成しているためデータ量が多くなり、処理に時間がかかるという問題点がある。
【００１０】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、人手による作業を少なくすることのできる立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
この発明の他の目的は、撮影環境および対象物体の材質の制限が小さく、簡単な構成の立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することである。
【００１２】
この発明のさらに他の目的は、複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体を提供することである。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、十分な色情報を得ることができ、対象物体の局所的凹部をも認識できる立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することである。
【００１４】
この発明のさらに他の目的は、特殊な撮影環境が不要で、処理するデータ量が少なく高速に立体モデルを作成できる立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の立体モデル作成装置は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、前記立体モデルを作成する手段は、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続手段を含み、前記局所的最近接点接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１６】
請求項２の立体モデル作成装置は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、前記立体モデルを作成する手段は、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続手段を含み、前記大域的最短接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１７】
請求項３の立体モデル作成装置は、請求項１または請求項２に記載の立体モデル作成装置において、円筒座標系ボクセル空間に形成される前記対象物体を任意の角度ごとに回転させるための回転手段と、前記回転手段によって回転させられた前記対象物体を撮影する撮影手段とをさらに備え、前記立体形状獲得手段は、前記任意の角度ごとに回転させられた前記対象物体を撮影して得られた複数の物体画像をもとに前記立体形状を獲得し、前記切断手段は、前記円筒座標系ボクセル空間の中心軸を含む前記複数の平面で、前記立体形状を、前記任意の角度と同じ角度ごとに切断する。
【００１８】
請求項４の立体モデル作成プログラムを記録した媒体は、コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、前記プログラムは、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、前記立体モデルを作成するステップは、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続ステップを含み、前記局所的最近接点接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１９】
請求項５の立体モデル作成プログラムを記録した媒体は、コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、前記プログラムは、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、前記立体モデルを作成するステップは、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続ステップを含み、前記大域的最短接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の全体構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態による立体モデル作成装置は、回転テーブル１、カメラ３およびコンピュータ５を備える。ここで、回転テーブル１の代わりに、ロボットアームなどを用いることができる。つまり、回転テーブル１の代わりとして、対象物体の向きを変えることができるものを用いることができる。
【００３４】
図２は本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の概略を示すブロック図である。図２を参照して、立体モデル作成装置は、撮影部９、画像記憶部１１、演算／制御部１３、形状記憶部１５および色彩情報記憶部１７を備える。撮影部９は、図１の回転テーブル１およびカメラ３からなる。画像記憶部１１、演算／制御部１３、形状記憶部１５および色彩情報記憶部１７は、図１のコンピュータ５に含まれる。
【００３５】
図３は、図１の立体モデル作成装置における処理の流れを説明するための図である。図４は、図１の立体モデル作成装置における処理の具体的内容を説明するための図である。図４（ａ）は、図３のステップＳ２における対象物体・背景の撮影を説明するための図である。図４（ｂ）は、図３のステップＳ３におけるシルエット画像作成を説明するための図である。図４（ｃ）は、図３のステップＳ４におけるボーティング処理を説明するための図である。図４（ｄ）は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成を説明するための図である。図４（ｅ）は、図３のステップＳ６におけるテクスチャマップを説明するための図である。
【００３６】
図１、図２、図３および図４を参照して説明を行なう。ステップＳ１において、キャリブレーションを行なう。本実施の形態によるキャリブレーションとは、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）およびカメラ３と回転テーブル１との位置関係を求める処理のことである。ステップＳ２では、対象物体および背景の撮影を行なう。つまり、回転テーブル１に対象物体を置かずに、背景だけを撮影し、背景画像を１枚得る。また、回転テーブル１に対象物体２３を置き、対象物体２３を回転させる。そして、カメラ３によって、所定の角度ごとに、対象物体２３を背景とともに撮影し、物体画像Ａ１〜Ａｎを得る。たとえば、対象物体２３を１０°ごとに回転させ、３６枚の物体画像Ａ１〜Ａ３６を得る。以下の説明では、このようにして得られた３６枚の物体画像Ａ１〜Ａ３６をもとに立体モデルを作成する場合を説明する。ここで、カメラ３の位置および俯角（または、仰角）は固定されている。また、カメラ３と回転テーブル１は、演算／制御部１３によって制御される。なお、ステップＳ２で求まった背景画像および物体画像は、画像記憶部１１に記憶される。本実施の形態では、カメラを固定し、対象物体側を回転させて撮影しているので、上記のように背景画像の撮影は、１回でよい。
【００３７】
本実施の形態では背景の撮影回数を可能な限り少なくするために、背景を１回だけ撮影し、１枚の背景画像を得ているが、背景を２回以上撮影し、２枚以上の背景画像を得てもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態のように、カメラ３を固定し、対象物体２３を回転させることによって、対象物体２３の周りの複数方向から背景を含めて対象物体２３を撮影する場合は背景の撮影は１回でもよいが、対象物体２３を固定し、カメラ３を対象物体２３を中心にして回すことによって、対象物体２３の周りの複数方向から背景を含めて対象物体２３を撮影する場合は背景の撮影は複数回必要である。
【００３９】
ステップＳ３では、図示しないシルエット作成部が、シルエット画像を作成する。つまり、各物体画像Ａ１〜Ａ３６と、背景画像との間で差分処理を行ない、複数のシルエット画像Ｂ１〜Ｂｎを作成する。物体画像Ａ１〜Ａ３６が３６枚であるため、シルエット画像も３６枚になる。ここで、差分処理（差分を求める処理）は、画素毎に、物体画像の色情報と、背景画像の色情報との差を求めることをいう。ステップＳ４では、図示しないボーティング部が、ボーティング処理を行なう。つまり、複数のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６をもとに、円筒座標系ボクセル空間２５へボーティング処理を行なう。そして、図示しないしきい値処理部（立体形状獲得部）は、投票数がしきい値以上の部分を、対象物体２３の立体形状（存在領域）とする。
【００４０】
なお、ボクセル空間としては直行座標系ボクセル空間を用いてもよいが、円筒座標系ボクセル空間を用いた方がメモリ量を小さく抑制しつつ良好な形状獲得が行なえる場合が多い。
【００４１】
ステップＳ５では、ステップＳ４で求めた対象物体２３の立体形状をもとに、複数の立体形状表現要素（たとえば、三角パッチなどのポリゴン、以下、簡単のため立体形状表現要素をポリゴンと表記）２７を作成し、ステップＳ４で求めた対象物体２３の立体形状を複数のポリゴン２７で表現する。ポリゴン２７で表現された立体形状は、形状記憶部１５に記憶される。ステップＳ６では、ステップＳ５で作成した、各ポリゴン２７に対応したテクスチャを物体画像から獲得し、各ポリゴン２７にマップする。また、テクスチャ（色情報）は、色彩情報記憶部１７に記憶される。なお、ステップＳ３〜Ｓ６の処理は、演算／制御部１３が行ない、シルエット作成部、ボーティング部、しきい値処理部は、演算／制御部１３に含まれる。以下、ステップＳ１におけるキャリブレーション、ステップＳ４におけるボーティング処理およびステップＳ５におけるポリゴン作成について詳細に説明する。
【００４２】
（キャリブレーション）
キャリブレーションとして、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）およびカメラ３と回転テーブル１の位置関係を求める。まず、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）について説明する。図５は、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）を説明するための図である。図５を参照して、基準ブロック３１を、カメラ３によって撮影する。この場合に、基準ブロック３１がスクリーン３３にちょうど入るように撮影する。このときの、カメラ３と基準ブロック３１との間の距離Ｌを計測する。さらに、基準ブロック３１の高さＴを計測しておく。パースペクティブ比は、基準ブロック３１の高さＴを、距離Ｌで割ったものである。つまり、パースペクティプ比は、Ｔ／Ｌで表わされる。
【００４３】
遠近法においては、画面に投影される物体サイズは、視点から物体までの距離に応じて拡大／縮小されるが、その拡大／縮小比率を決めるパラメータがパースペクティブ比である。
【００４４】
次に、カメラ３と回転テーブル１との位置関係の計測について説明する。図６は、カメラと回転テーブルとの位置関係の計測を説明するための図である。図６（ａ）は、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）に置かれたカメラ３を示す図である。図６（ａ）を参照して、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）を用いて、カメラ３の位置（ｘ０ ，ｙ０ ，ｚ０ ）を求める。さらに、カメラ３の光軸３５の回りの回転角αを求める。図６（ｂ）は、図６（ａ）のカメラ３のｙｚ平面への正射影を示す図である。図６（ｂ）を参照して、カメラ３の光軸３５と、ｙ軸がなす角βを求める。図６（ｃ）は、図６（ａ）のカメラ３のｘｙ平面への正射影を示す図である。図６（ｃ）を参照して、カメラ３の光軸３５とｙ軸がなす角γを求める。
【００４５】
つまり、カメラ３と回転テーブル１の位置関係として、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）を用いたカメラ３の位置および角度α，β，γを求める。なお、本実施の形態では、角度α，γは、ほぼ０°にしている。ここで、角度βは、回転テーブル１に対するカメラ３の俯角である。なお、角度βを、回転テーブル１に置かれた対象物体に対するカメラ３の俯角と呼ぶこともある。ここで、俯角には、負の俯角、つまり、仰角を含む。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、キャリブレーションとして、対象物体に対するカメラの俯角を求めるため、この俯角をもって対象物体を撮影した物体画像をもとに立体モデルを作成することができる。つまり、対象物体を横方向（ｘｙ平面に平行な方向）から撮影して得られた物体画像だけでなく、斜め上から対象物体を撮影して得られた物体画像をもとに立体モデルを作成できる。このため、横方向のみからの撮影では得られないような対象物体の上面部も含め、色情報を十分に得ることができる。さらに、対象物体の局所的凹部をも認識できるので、精度よく立体モデルを作成できる。
【００４７】
（ボーティング処理）
図３のステップＳ４におけるボーティング処理の詳細を説明する。図７は、ボーティング処理を施す円筒座標系ボクセル空間を説明するための図である。なお、図４と同様の部分については、同一の参照符号を付している。図７を参照して、円筒座標系ボクセル空間２５は、複数のボクセル３９からなる。ここで、円筒座標系ボクセル空間２５におけるボクセルを説明するための便宜のため、図７の円筒座標系ボクセル空間２５を中心軸４０を持つ円柱と考える。そして、この円柱２５を、中心軸４０に垂直な異なる複数の平面で切断する。さらに、中心軸４０を含み、かつ、中心軸４０に平行な複数の平面で円柱２５を切断する。さらに、中心軸４０を軸とする異なる複数の回転面で円柱２５を切断する。以上のようにして、円柱２５を切断することによって得られた円柱２５の各要素を考える。この各要素が、円筒座標系ボクセル空間２５における各ボクセル３９に対応する。
【００４８】
図８は、ボーティング処理を説明するための図である。なお、図７と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。図３のステップＳ３で得られた３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６をもとに、円筒座標系ボクセル空間２５へボーティング処理を行なう。なお、図８では、２つのシルエット画像Ｂ１，Ｂ２だけを図示している。
【００４９】
ここで仮定存在領域５０を考える。図９は、仮定存在領域を説明するための図である。なお、図８と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。また、図９では、１つのシルエット画像Ｂ１だけを図示している。図８および図９を参照して、シルエット画像Ｂ１に注目して、シルエット画像Ｂ１に対する仮定存在領域５０とは、カメラの投影中心５１を頂点とし、シルエット画像Ｂ１中の物体像４２（対象物体２３の輪郭）を断面形状とする錐体状の領域である。なお、他のシルエット画像Ｂ２〜Ｂ３６に対する仮定存在領域も同様に定義できる。対象物体２３は、この仮定存在領域の内側に必ず存在していることになる。
【００５０】
図７も参照して、ボーティング処理では、仮定存在領域５０に存在するボクセル３９のすべてに「１」を投票する。このようなボーティング処理をすべてのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対して行なう。たとえば、３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対応するすべての仮定存在領域が重なり合う部分に存在するボクセル３９における投票数は「３６」になる。
【００５１】
図３のステップ２では、１０°ごとに対象物体を撮影し３６枚の物体画像を得て、ステップＳ３で３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６を作成している。このため、仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）は、中心軸４０のまわりに、１０°ごとに位置することになる。また、仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）の位置は、図３のステップＳ１におけるキャリブレーションの結果に従って決定される。つまり、パースペクティブ比によって、シルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６とそれに対応する仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）との位置関係が決定される。すなわち、仮定存在領域である錐体の広がり角が決定される。また、カメラ３と回転テーブル１との位置関係によって、シルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対応する仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）と円筒座標系ボクセル空間２５との位置関係が決定される。
【００５２】
図１０は、ボーティング処理の結果を示す図である。なお、図８と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１０を参照して、色の濃い部分は投票数が多く、色の薄い部分は投票数が少ない。なお、図１０のＹ軸は、図８の中心軸４０に相当する。
【００５３】
すべてのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対するボーティング処理が終了した後、しきい値処理を行なう。すなわち、所定のしきい値以上の投票数を有するボクセル３９が存在する領域を対象物体２３の存在領域とする。この存在領域の形状が対象物体２３の立体形状である。たとえば、しきい値を「３２」とすると、投票数が「３２」以上のボクセル３９が存在する領域の形状が対象物体２３の立体形状となる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、ボーティング処理によって、対象物体の立体形状を求めている。このため、ボーティング処理で用いる複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる。なお、第３の従来技術では、複数の仮定存在領域の論理積により立体形状を得ている。このため、たとえば、シルエット画像中の物体像が不正確で、対象物体の輪郭を正確に表わしておらず、対象物体の形状の一部が欠けたようなものを表している場合は、その欠けた部分については、対象物体の立体形状として表現されないことになる。なお、ここではボーティング処理でボクセル空間における対象物体の存在領域を推定しているが、ボクセル空間における対象物体の存在確率を求めることができれば、ボーティング処理以外のいかなる処理で対象物体の存在領域を推定するようにしてもよい。
【００５５】
（ポリゴン作成）
図１１は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の具体的内容を説明するための図である。なお、図８〜図１０と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１２は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の流れを説明するための図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の領域Ａに存在する輪郭線４３ａ，４３ｂに基づき求められたポリゴンを示す図である。図１１（ａ）および図１２を参照して、ステップＳＡ１では、図示しない切断部が、ボーティング処理の結果に基づいて求められた対象物体２３の立体形状（図１０参照）を複数の平面（図１１では、３つの平面４１ａ，４１ｂ，４１ｃだけを図示）で切断し、各切断面（図１１では、３つの切断面４４ａ，４４ｂ，４４ｃだけを図示）の輪郭線（図１１では、３つの輪郭線４３ａ，４３ｂ，４３ｃだけを図示）求める。ここで、図３のステップＳ２では１０°ごとに対象物体を撮影し物体画像を得て、ステップＳ３で１０°ごとのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６を作成している。このため、対象物体２３の立体形状を中心軸４０のまわりに１０°ごとに複数の平面で切断する。つまり、隣り合う平面同士のなす角度θが１０°になるような複数の平面で対象物体２３の立体形状を切断する。対象物体２３の立体形状を切断する各平面は、中心軸４０を含む平面である。
【００５６】
ステップＳＡ２では、図示しない多角形近似部は、各切断面の各輪郭線を多角形近似し、その多角形の頂点座標を求める。ここで、多角形近似の方法としては、たとえば文献“Ａｎ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｇｏｎａｌ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｎｅ Ｃｕｒｖｅｓ”、Ｕ．Ｒａｍｅｒ 、ＣＧＩＰ， Ｖｏｌ． １， ｐｐ． ２４４−２５６，１９７２に記載されている方法などを用いることができる。そして、図示しない接続部は、各切断面において、隣り合う頂点同士を直線で接続する。ステップＳＡ３では、隣接する切断面間で、各切断面の輪郭線に対応する頂点同士を接続しポリゴンを生成する。なお、ステップＳＡ２の多角形近似においては、その近似精度を可変することにより、最終的に生成されるポリゴン数を制御することも可能である。
【００５７】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照して、領域Ａに注目して、ステップＳＡ２およびステップＳＡ３における処理を説明する。ステップＳＡ２では、輪郭線４３ａ，４３ｂを多角形近似し、その多角形の頂点４５ａ，４５ｂの座標を求める。そして、輪郭線４３ａを多角形近似することによって求まった複数の頂点４５ａについて、隣り合うもの同士を直線で接続する。輪郭線４３ｂを多角形近似して求まった複数の頂点４５ｂについても同様の処理を行なう。ここで、輪郭線４３ａに対応するのが頂点４５ａであり、輪郭線４３ｂに対応するのが頂点４５ｂである。ステップＳＡ３では、切断面４４ａの輪郭線４３ａに対応する頂点４５ａと、切断面４４ｂの輪郭線４３ｂに対応する頂点４５ｂとの間を直線で接続しポリゴン２７を作成する。ここで、頂点４５ａと頂点４５ｂとを直線で接続する方法として、局所的最近接点接続戦略および大域的最短接続戦略がある。
【００５８】
局所的最近接点接続戦略は、隣接する切断面の一方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点と、隣接する切断面の他方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続するものである。大域的最短接続戦略は、隣接する切断面の一方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点と、隣接する切断面の他方の輪郭線を多角形近似するこにとよって得られた頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続するものである。
【００５９】
局所的最近接点接続戦略について詳細に説明する。図１３は、隣接する切断面の輪郭線に対応する頂点間の関係を示す図である。ここで、隣接する切断面として、切断面Ｓｃｎｔおよび切断面Ｓｃｎｔ＋１を考える。図１３を参照して、頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線を多角形近似して得られたものである。頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線を多角形近似して得られたものである。なお、円筒座標系ボクセル空間を利用したポリゴン生成を前提にしているため、頂点ａと頂点Ａは同一の点であり、頂点ｆと頂点Ｇは同一の点である。
【００６０】
図１４は、局所的最近接点接続戦略を説明するための図である。図１４を参照して、横方向は、切断面Ｓｃｎｔの頂点ａ〜ｆに対応付けられており、縦方向は、切断面Ｓｃｎｔ＋１の頂点Ａ〜Ｇに対応付けられている。そして、各格子点における数字（○の中に記載した数字）は、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線に対応する頂点ａ〜ｆ（図１３）と、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線に対応する頂点Ａ〜Ｇ（図１３）との間の距離である。たとえば、ｄとＤの交点（ｄおよびＤで決定される格子点）には、図１３の頂点ｄと頂点Ｄとの間の距離が記されている。すなわち、図１３の頂点ｄと頂点Ｄとの間の距離は、「２」である。
【００６１】
図１３および図１４を参照して、局所的最近接点接続戦略では、まず、初期ポリゴンを生成する。初期ポリゴン生成方法は以下の２つの方法が考えられる。初期ポリゴン生成のための第１の方法は、無条件に頂点ｂＢ間を直線で接続するものである。初期ポリゴン生成の第２の方法は、頂点ｂＢ間、頂点ａＣ間、頂点Ａｃ間のうち、距離が最小のものを選択し、その頂点間を直線で接続するものである。図１３および図１４の例では、初期ポリゴン生成の２つの方法のうちいずれの方法においても、頂点ｂＢ間が選択され、頂点ｂＢが直線で接続される。
【００６２】
次に、頂点ｃＢ間または頂点ｂＣ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｂＣ間の距離が、頂点ｃＢ間の距離より短いので、頂点ｂＣ間を直線で接続する。次に、頂点ｃＣ間または頂点ｂＤ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｂＤ間の距離と頂点ｃＣ間の距離は等しいのでいずれを接続してもよいが、ここでは、頂点ｂＤ間を直線で接続する。次に、頂点ｃＤ間または頂点ｂＥ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｃＤ間の距離が、頂点ｂＥ間の距離より短いので、頂点ｃＤ間を直線で接続する。以下、このような処理を繰返し、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線に対応する頂点と、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線に対応する頂点とを直線で接続していく。つまり、図１４の各格子点において、右に位置する格子点に対応する頂点間の距離と、下に位置する格子点に対応する頂点間の距離とを比較し、短い距離が記されている格子点に対応する頂点間を直線で接続する。図１５は、局所的最近接点接続戦略によって、図１３の頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとを接続して得られたポリゴンを示す図である。なお、図１３と同様の部分については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。図１５を参照して、局所的最近接点接続戦略に従って、頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとが接続され、ポリゴン（三角パッチ）２７が形成される。
【００６３】
図１６は、局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの一部を説明するための図である。図１７は、局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの他の一部を説明するための図である。なお、ここでは、初期ポリゴン生成方法として、無条件に第１番目の頂点同士を接続する方法（初期ポリゴン生成の第１の方法）を用いた例を示している。図１６を参照して、ステップＳＢ１では、変数Ｓｍａｘに、図１２のステップＳＡ１で得られた切断面の数を代入する。さらに、変数Ｓｃｎｔに、「０」を代入する。ステップＳＢ２では、変数Ｖｍａｘに、Ｓｃｎｔ番目の切断面における頂点数を代入する。さらに、変数Ｖｃｎｔに「０」を代入する。ステップＳＢ３では、Ｓｃｎｔ番目の切断面におけるＶｃｎｔ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ番目の切断面におけるＶｃｎｔ＋１番目の頂点とを接続する。ここで、たとえば、図１３に示すような頂点ａ〜ｆ，Ａ〜Ｇを考える場合、頂点ａ，Ａは、第０番目の頂点であり、頂点ｂ，Ｂは第１番目の頂点であり、頂点ｃ，Ｃは第３番目の頂点である。ステップＳＢ４では、変数Ｖｃｎｔに、Ｖｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ５において、変数ＶｃｎｔがＶｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ６に進む。一方、ステップＳＢ５において、変数Ｖｃｎｔが、Ｖｍａｘ−１より小さいときは、ステップＳＢ３に進む。ステップＳＢ６では、変数Ｓｃｎｔに、Ｓｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ７において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上のときは、図１７のステップＳＢ８へ進む。一方、ステップＳＢ７において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さいときは、ステップＳＢ２に進む。
【００６４】
図１７を参照して、ステップＳＢ８では、変数Ｓｃｎｔに「０」を代入する。ステップＳＢ９では、変数ｉｍａｘに、Ｓｃｎｔ番目の切断面における頂点数を代入する。さらに、変数ｊｍａｘに、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面における頂点数を代入する。ステップＳＢ１０では、初期ポリゴンを生成する。ここでは、無条件に第１番目の頂点同士を接続する方法（初期ポリゴン生成の第１の方法）を用いた例を示しており、Ｓｃｎｔ番目の切断面の１番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面の１番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｉに「１」を代入し、変数ｊに「１」を代入する。ステップＳＢ１１では、変数ｉ＿ｎにｉ＋１を代入し、変数ｊ＿ｎにｊ＋１を代入する。ステップＳＢ１２において、ｄｉｓｔ（［Ｓｃｎｔ：ｉ］，［Ｓｃｎｔ＋１：ｊ＿ｎ］）は、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ＿ｎ番目の頂点との間の距離を意味する。また、ｄｉｓｔ（［Ｓｃｎｔ：ｉ＿ｎ］，［Ｓｃｎｔ＋１：ｊ］）は、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点との間の距離を意味する。つまり、ステップＳＢ１２においては、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目のｊ＿ｎ番目の頂点との間の距離が、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点との間の距離以下の場合には、ステップＳＢ１３に進む。これ以外の場合には、ステップＳＢ１４に進む。
【００６５】
ステップＳＢ１３では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ＿ｎ番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｊにｊ＿ｎを代入する。ステップＳＢ１４では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｉに、ｉ＿ｎを代入する。ステップＳＢ１５において、変数ｉがｉｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ１７に進む。一方、変数ｉがｉｍａｘ−１より小さい場合には、ステップＳＢ１６に進む。ステップＳＢ１７では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ〜ｊｍａｘ−１番目の各頂点とを接続する。ステップＳＢ１６において、変数ｊがｊｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ１８に進む。一方、変数ｊがｊｍａｘ−１より小さい場合には、ステップＳＢ１１に進む。ステップＳＢ１８では、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ〜ｉｍａｘ−１番目の各頂点とを接続する。ステップＳＢ１９では、変数ＳｃｎｔにＳｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ２０において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さい場合には、ステップＳＢ９に進む。一方、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上の場合には、処理を終了する。なお、切断面は０番からＳｍａｘ−１番まで存在するが、図１７においてＳｃｎｔがＳｍａｘ−１の場合、Ｓｍａｘ番目の切断面の頂点を考慮しなければならない場合がある。この場合、Ｓｍａｘ番目の切断面は０番目の切断面と同一とみなすことにする。
【００６６】
大域的最短接続戦略によるポリゴン生成について、図１４を用いて詳細に説明する。格子点ａＡ（ａとＡの交点）を始点とし、格子点ｆＧ（ｆとＧの交点）を終点とするような経路を考える。そして、格子点を経由するたびに、経由した格子点に割当てられた距離の値がペナルティとして加わるとし、ペナルティが最小となるような経路を求める。つまり、格子点ａＡから格子点ｆＧまでの複数の経路のうち、最短となる経路を求める。このような最短となる経路は、総当り法、分枝限定法、Ｄｉｊｋｓｔｒａアルゴリズム、Ａ＊ アルゴリズムなどを用いて求める。図１４において、太い実線で示された経路が最小ペナルティ経路（最短経路）となる。そして、最小ペナルティ経路（最短経路）上に存在する格子点に対応する頂点間（図１３参照）を接続する。たとえば、最小ペナルティ経路（太い実線）は、格子点ｂＢ上を通っているので、図１３の頂点ｂとＢとが接続される。図１５は、図１３の頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとを、大域的最短接続戦略によって、直線で接続して得られたポリゴンを示している。
【００６７】
図１８は、大域的最短接続戦略によるポリゴン生成の流れを説明するための図である。なお、図１６および図１７と同様のステップについては同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１８を参照してステップＳＣ９では、Ｓｃｎｔ番目の切断面の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面の頂点とを、接続距離が最短になるように接続する。ステップＳＣ１０では、変数Ｓｃｎｔに、Ｓｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＣ１１において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さい場合には、ステップＳＣ９に進む。一方、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上の場合には、処理を終了する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、円筒座標系ボクセル空間を用いて対象物体の立体形状を求め、この立体形状を円筒座標系ボクセル空間の中心軸に沿って、複数の平面で切断し、切断面の輪郭線をもとに立体モデルを作成する。このため、直交座標系ボクセル空間を用いて立体モデルを作成する場合に比べ、立体モデル作成のためのデータ量が少なくて済み、高速処理が可能になる。また、多角形近似および局所的最近接点接続戦略または大域的最短接続戦略を用いて立体モデルを構成するポリゴンを作成する。このため、回転軸に垂直な複数の平面で、対象物体の立体形状を切断して立体モデルを作成する場合（第３の従来技術）に比べても、データ量が少なくなり、さらに高速処理が可能になる。つまり、実時間で立体モデルを作成できる。さらに、多角形近似および局所的最近接点接続戦略または大域的最短接続戦略を用いて立体モデルを構成するポリゴンを作成する。このため、データ量が少なくなり、さらに高速処理が可能になる。
【００６９】
本実施の形態では、これまでに述べてきた効果の他に、以下に示す効果をも奏する。すなわち、本実施の形態では、３次元デジタイザを用いて立体モデルを作成する場合に比べ、人手による作業を少なくすることができる。さらに、本実施の形態では、レーザを用いた計測を行なっていない。このため、対象物体の材質の制限を受けず、暗室で計測が必要になるなどの撮影環境の制限が小さくなる。さらに、本実施の形態では、回転テーブル１、カメラ３およびコンピュータ５という簡単な構成で、立体モデルを作成できる。さらに、本実施の形態では、差分処理を行なうことによりシルエット画像を作成し、これを用いて立体モデルを作成する。このため、同一色の背景板などのような特殊な撮影環境が不要である。
【００７０】
以上、カメラ１台と回転テーブルを用い、１０°おきに対象物体を撮影することで立体モデルを作成する例について説明したが、カメラの台数、撮影視点の移動手段、撮影角度の刻み幅はこれに限定されるものではない。複数台のカメラを用いて対象物体を撮影し、立体モデルを作成してもよい。これにより、さらに高精度な形状獲得が可能となる。また、撮影視点の移動手段として、人手制御の回転台や、ロボットアームを用いてもよい。さらに、撮影角度の刻み幅は、複雑な物体ではより細かくしてもよいし、方向によって撮影角度の刻み角度を可変にしてもよい。すなわち、複雑な外形を持っている方向に関してはより細かい刻み幅で回転させ、撮影してもよい。また、対象物体の撮影角度の刻み幅を変更した場合は、ボクセル空間を切断してポリゴン表現された立体モデルに再構成するための切断面の変更も行なう。撮影角度と切断面は、関連して設定する。このようにすれば、撮影して得られたシルエット画像からの輪郭情報が、精度よくポリゴンデータに反映される。
【００７１】
図１９は、図１のコンピュータ５に対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ ）を示す図である。なお、図１および図３と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。図１９を参照して、コンピュータ５は、ＣＤ−ＲＯＭ４７に記録されているプログラム４９に従って、対象物体の立体モデルを作成する。ＣＤ−ＲＯＭ４７に記録されているプログラム４９は、対象物体のシルエット画像を作成するステップＳ３と、ボーティング処理を行なうステップＳ４と、ポリゴン作成を行なうステップＳ５と、テクスチャマップを行なうステップＳ６とを含む。
【００７２】
本実施の形態では、断面の多角形近似の技術を、ボクセル表現された立体モデルからポリゴン表現された立体モデルに、再構成する場合に使用したが、本願は、これに限定されるわけではない、たとえば、メタボール表現された立体モデルを、ワイヤフレーム表現された立体モデルに、再構成する場合に使用してもよい。また、本実施の形態では、シルエット画像から、ボクセル空間でのボーティング処理を経てから、ポリゴンデータを作成した。しかし、シルエット画像から、多角形近似の技術を用いて、ポリゴンデータに変換するようにしてもよい。なお、この場合は、当然、シルエット画像は不正確であるので、手動操作による修正が必要となる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明の第１の発明に係る立体モデル作成装置では、俯角をもって、対象物体を撮影した物体画像をもとに立体画像を作成する。このため、対象物体に対する色情報を増やすことができる。さらに、局所的凹部を持つ対象物体の立体モデルを精度よく作成できる。
【００７４】
この発明の第２の発明に係る立体モデル作成装置では、差分処理を行なうことによって得られたシルエット画像を用いて立体モデルを作成する。このため、同一色の背景板などのような特殊な撮影環境が不要である。
【００７５】
この発明の第３の発明に係る立体モデル作成装置では、複数のシルエット画像をもとにボクセル空間へボーティング処理を行なうことによって、立体モデルを作成する。このため、複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる。
【００７６】
この発明の第４の発明に係る立体モデル作成装置では、対象物体の立体形状を切断して得られた複数の切断面の輪郭線を多角形近似することによって、立体モデルを作成する。このため、立体モデル作成のためのデータ量を少なくすることができ、高速処理が可能になる。
【００７７】
この発明の第５の発明に係る立体モデル作成装置では、対象物体の複数の断面形状の輪郭線を多角形近似することによって、立体モデルを作成する。このため、立体モデル作成のためのデータ量を少なくすることができ、高速処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置における処理の流れを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置における処理の具体的内容を説明するための図である。
【図５】図３のステップＳ１で求められるパースペクティブ比を説明するための図である。
【図６】図３のステップＳ１で求められるカメラと回転テーブルの位置関係を説明するための図である。
【図７】図３のステップＳ４で用いられる円筒座標系ボクセル空間のボクセルを説明するための図である。
【図８】図３のステップＳ４におけるボーティング処理を説明するための図である。
【図９】図８の仮定存在領域５０を説明するための図である。
【図１０】図３のステップＳ４におけるボーティング処理の結果を示す図である。
【図１１】図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の具体的内容を説明するための図である。
【図１２】図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の流れを説明するための図である。
【図１３】図１２のステップＳＡ２で求まった、隣接する切断面の輪郭線に対応する頂点間の関係を示す図である。
【図１４】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略を説明するための図である。
【図１５】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によって得られたポリゴンを示す図である。
【図１６】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの一部を示す図である。
【図１７】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの他の一部を示す図である。
【図１８】図１２のステップＳＡ３における大域的最短接続戦略によるポリゴン生成の流れを説明するための図である。
【図１９】図１のコンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭを示す図である。
【符号の説明】
１ 回転テーブル
３ カメラ
５ コンピュータ
９ 撮影部
１１ 画像記憶部
１３ 演算／制御部
１５ 形状記憶部
１７ 色彩情報記憶部
２３ 対象物体
２５ 円筒座標系ボクセル空間
２７ 立体形状表現要素（ポリゴン）
２９ 立体モデル
３１ 基準ブロック
３３ スクリーン
３５ 光軸
３９ ボクセル
４０ 中心軸
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 平面
４２ 物体像
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 輪郭線
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 切断面
４５ａ，４５ｂ 頂点
４７ ＣＤ−ＲＯＭ
４９ プログラム
５０ 仮定存在領域
５１ カメラの投影中心（仮定存在領域の頂点）
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来の技術としての立体モデル作成装置としては、３次元デジタイザを用いるものがある。３次元デジタイザは、複数の関節を持つアームおよびペンを備えている。そして、人が、このペンを対象物体に接触させ、対象物体上を動かしていく。このようにペンを動かすと、アームの関節の角度が変わっていく。このアームの関節の角度情報をもとに、対象物体の３次元形状を求める。
【０００３】
第２の従来の技術としての立体モデル作成装置としては、レーザスキャナを用いるものがある。レーザスキャナは、レーザを対象物体に照射し、スキャンすることにより、対象物体の３次元形状を求めるものである。
【０００４】
第３の従来の技術としての立体モデル作成装置は、特公平７−１０９６２６号公報に開示されている。この立体モデル作成装置では、対象物体のシルエット画像を用いて、仮定存在領域を算出する。仮定存在領域とは、カメラの投影中心を頂点とし、対象物体のシルエットを断面形状とする錐体状の領域である。この錐体状の領域（仮定存在領域）をボクセルモデルで記述する。以上のような処理を複数のシルエット画像に対して行なう。そして、共通仮定存在領域を求め、対象物体の立体モデルを作成する。ここで、共通仮定存在領域とは、複数のシルエット画像に対する複数の仮定存在領域の論理積部分である。
【０００５】
第４の従来の技術としての立体モデル作成装置は、特開平５−１３５１５５号公報に開示されている。この立体モデル作成装置では、回転台で回転する対象物体をカメラで撮影し、複数のシルエット画像を得る。この複数のシルエット画像をもとに、複数の水平面（回転軸に垂直な面）での対象物体の複数の形状を得る。そして、隣り合う水平面において、対象物体の形状の輪郭線上の点同士を三角パッチで結ぶ。ここで、１つの水平面での対象物体の形状の輪郭線上の点は、所定角度ごとに定められる。このようにして、対象物体の立体モデルを作成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来の技術では、人手で計測を行なうため、作業時間および労力が非常に大きくなるという問題点がある。
【０００７】
第２の従来の技術では、光を吸収する材質からなる対象物体の立体モデルを得ることができないという問題点ある。さらに、装置が非常に複雑で高価になるという問題点がある。さらに、暗室で対象物体の計測を行なう必要があり、撮影環境が制限されるという問題点がある。さらに、色情報を取込みにくいという問題点がある。
【０００８】
第３の従来の技術では、論理積により立体形状を得ているため、１つのシルエット画像が不正確であった場合、精度よく立体モデルを作成することができないという問題点がある。また、水平方向（回転軸に垂直な方向）からのみ、対象物体を撮影しているため、色情報が不足したり、局所的凹部を認識できない場合があるという問題点がある。
【０００９】
第４の従来技術では、シルエット画像を作成するために、背景板を用いており、特殊な撮影環境が必要になるという問題点がある。さらに、複数の水平面での対象物体の形状を用いて立体モデルを作成しているためデータ量が多くなり、処理に時間がかかるという問題点がある。
【００１０】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、人手による作業を少なくすることのできる立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
この発明の他の目的は、撮影環境および対象物体の材質の制限が小さく、簡単な構成の立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することである。
【００１２】
この発明のさらに他の目的は、複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体を提供することである。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、十分な色情報を得ることができ、対象物体の局所的凹部をも認識できる立体モデル作成装置および立体モデル作成方法を提供することである。
【００１４】
この発明のさらに他の目的は、特殊な撮影環境が不要で、処理するデータ量が少なく高速に立体モデルを作成できる立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の立体モデル作成装置は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、前記立体モデルを作成する手段は、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続手段を含み、前記局所的最近接点接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１６】
請求項２の立体モデル作成装置は、対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、前記立体モデルを作成する手段は、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続手段を含み、前記大域的最短接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１７】
請求項３の立体モデル作成装置は、請求項１または請求項２に記載の立体モデル作成装置において、円筒座標系ボクセル空間に形成される前記対象物体を任意の角度ごとに回転させるための回転手段と、前記回転手段によって回転させられた前記対象物体を撮影する撮影手段とをさらに備え、前記立体形状獲得手段は、前記任意の角度ごとに回転させられた前記対象物体を撮影して得られた複数の物体画像をもとに前記立体形状を獲得し、前記切断手段は、前記円筒座標系ボクセル空間の中心軸を含む前記複数の平面で、前記立体形状を、前記任意の角度と同じ角度ごとに切断する。
【００１８】
請求項４の立体モデル作成プログラムを記録した媒体は、コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、前記プログラムは、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、前記立体モデルを作成するステップは、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続ステップを含み、前記局所的最近接点接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００１９】
請求項５の立体モデル作成プログラムを記録した媒体は、コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、前記プログラムは、前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、前記立体モデルを作成するステップは、前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続ステップを含み、前記大域的最短接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の全体構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態による立体モデル作成装置は、回転テーブル１、カメラ３およびコンピュータ５を備える。ここで、回転テーブル１の代わりに、ロボットアームなどを用いることができる。つまり、回転テーブル１の代わりとして、対象物体の向きを変えることができるものを用いることができる。
【００３４】
図２は本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の概略を示すブロック図である。図２を参照して、立体モデル作成装置は、撮影部９、画像記憶部１１、演算／制御部１３、形状記憶部１５および色彩情報記憶部１７を備える。撮影部９は、図１の回転テーブル１およびカメラ３からなる。画像記憶部１１、演算／制御部１３、形状記憶部１５および色彩情報記憶部１７は、図１のコンピュータ５に含まれる。
【００３５】
図３は、図１の立体モデル作成装置における処理の流れを説明するための図である。図４は、図１の立体モデル作成装置における処理の具体的内容を説明するための図である。図４（ａ）は、図３のステップＳ２における対象物体・背景の撮影を説明するための図である。図４（ｂ）は、図３のステップＳ３におけるシルエット画像作成を説明するための図である。図４（ｃ）は、図３のステップＳ４におけるボーティング処理を説明するための図である。図４（ｄ）は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成を説明するための図である。図４（ｅ）は、図３のステップＳ６におけるテクスチャマップを説明するための図である。
【００３６】
図１、図２、図３および図４を参照して説明を行なう。ステップＳ１において、キャリブレーションを行なう。本実施の形態によるキャリブレーションとは、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）およびカメラ３と回転テーブル１との位置関係を求める処理のことである。ステップＳ２では、対象物体および背景の撮影を行なう。つまり、回転テーブル１に対象物体を置かずに、背景だけを撮影し、背景画像を１枚得る。また、回転テーブル１に対象物体２３を置き、対象物体２３を回転させる。そして、カメラ３によって、所定の角度ごとに、対象物体２３を背景とともに撮影し、物体画像Ａ１〜Ａｎを得る。たとえば、対象物体２３を１０°ごとに回転させ、３６枚の物体画像Ａ１〜Ａ３６を得る。以下の説明では、このようにして得られた３６枚の物体画像Ａ１〜Ａ３６をもとに立体モデルを作成する場合を説明する。ここで、カメラ３の位置および俯角（または、仰角）は固定されている。また、カメラ３と回転テーブル１は、演算／制御部１３によって制御される。なお、ステップＳ２で求まった背景画像および物体画像は、画像記憶部１１に記憶される。本実施の形態では、カメラを固定し、対象物体側を回転させて撮影しているので、上記のように背景画像の撮影は、１回でよい。
【００３７】
本実施の形態では背景の撮影回数を可能な限り少なくするために、背景を１回だけ撮影し、１枚の背景画像を得ているが、背景を２回以上撮影し、２枚以上の背景画像を得てもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態のように、カメラ３を固定し、対象物体２３を回転させることによって、対象物体２３の周りの複数方向から背景を含めて対象物体２３を撮影する場合は背景の撮影は１回でもよいが、対象物体２３を固定し、カメラ３を対象物体２３を中心にして回すことによって、対象物体２３の周りの複数方向から背景を含めて対象物体２３を撮影する場合は背景の撮影は複数回必要である。
【００３９】
ステップＳ３では、図示しないシルエット作成部が、シルエット画像を作成する。つまり、各物体画像Ａ１〜Ａ３６と、背景画像との間で差分処理を行ない、複数のシルエット画像Ｂ１〜Ｂｎを作成する。物体画像Ａ１〜Ａ３６が３６枚であるため、シルエット画像も３６枚になる。ここで、差分処理（差分を求める処理）は、画素毎に、物体画像の色情報と、背景画像の色情報との差を求めることをいう。ステップＳ４では、図示しないボーティング部が、ボーティング処理を行なう。つまり、複数のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６をもとに、円筒座標系ボクセル空間２５へボーティング処理を行なう。そして、図示しないしきい値処理部（立体形状獲得部）は、投票数がしきい値以上の部分を、対象物体２３の立体形状（存在領域）とする。
【００４０】
なお、ボクセル空間としては直行座標系ボクセル空間を用いてもよいが、円筒座標系ボクセル空間を用いた方がメモリ量を小さく抑制しつつ良好な形状獲得が行なえる場合が多い。
【００４１】
ステップＳ５では、ステップＳ４で求めた対象物体２３の立体形状をもとに、複数の立体形状表現要素（たとえば、三角パッチなどのポリゴン、以下、簡単のため立体形状表現要素をポリゴンと表記）２７を作成し、ステップＳ４で求めた対象物体２３の立体形状を複数のポリゴン２７で表現する。ポリゴン２７で表現された立体形状は、形状記憶部１５に記憶される。ステップＳ６では、ステップＳ５で作成した、各ポリゴン２７に対応したテクスチャを物体画像から獲得し、各ポリゴン２７にマップする。また、テクスチャ（色情報）は、色彩情報記憶部１７に記憶される。なお、ステップＳ３〜Ｓ６の処理は、演算／制御部１３が行ない、シルエット作成部、ボーティング部、しきい値処理部は、演算／制御部１３に含まれる。以下、ステップＳ１におけるキャリブレーション、ステップＳ４におけるボーティング処理およびステップＳ５におけるポリゴン作成について詳細に説明する。
【００４２】
（キャリブレーション）
キャリブレーションとして、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）およびカメラ３と回転テーブル１の位置関係を求める。まず、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）について説明する。図５は、カメラ３の内部パラメータ（パースペクティブ比）を説明するための図である。図５を参照して、基準ブロック３１を、カメラ３によって撮影する。この場合に、基準ブロック３１がスクリーン３３にちょうど入るように撮影する。このときの、カメラ３と基準ブロック３１との間の距離Ｌを計測する。さらに、基準ブロック３１の高さＴを計測しておく。パースペクティブ比は、基準ブロック３１の高さＴを、距離Ｌで割ったものである。つまり、パースペクティプ比は、Ｔ／Ｌで表わされる。
【００４３】
遠近法においては、画面に投影される物体サイズは、視点から物体までの距離に応じて拡大／縮小されるが、その拡大／縮小比率を決めるパラメータがパースペクティブ比である。
【００４４】
次に、カメラ３と回転テーブル１との位置関係の計測について説明する。図６は、カメラと回転テーブルとの位置関係の計測を説明するための図である。図６（ａ）は、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）に置かれたカメラ３を示す図である。図６（ａ）を参照して、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）を用いて、カメラ３の位置（ｘ０ ，ｙ０ ，ｚ０ ）を求める。さらに、カメラ３の光軸３５の回りの回転角αを求める。図６（ｂ）は、図６（ａ）のカメラ３のｙｚ平面への正射影を示す図である。図６（ｂ）を参照して、カメラ３の光軸３５と、ｙ軸がなす角βを求める。図６（ｃ）は、図６（ａ）のカメラ３のｘｙ平面への正射影を示す図である。図６（ｃ）を参照して、カメラ３の光軸３５とｙ軸がなす角γを求める。
【００４５】
つまり、カメラ３と回転テーブル１の位置関係として、回転テーブル１の座標系（ｘｙｚ座標系）を用いたカメラ３の位置および角度α，β，γを求める。なお、本実施の形態では、角度α，γは、ほぼ０°にしている。ここで、角度βは、回転テーブル１に対するカメラ３の俯角である。なお、角度βを、回転テーブル１に置かれた対象物体に対するカメラ３の俯角と呼ぶこともある。ここで、俯角には、負の俯角、つまり、仰角を含む。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、キャリブレーションとして、対象物体に対するカメラの俯角を求めるため、この俯角をもって対象物体を撮影した物体画像をもとに立体モデルを作成することができる。つまり、対象物体を横方向（ｘｙ平面に平行な方向）から撮影して得られた物体画像だけでなく、斜め上から対象物体を撮影して得られた物体画像をもとに立体モデルを作成できる。このため、横方向のみからの撮影では得られないような対象物体の上面部も含め、色情報を十分に得ることができる。さらに、対象物体の局所的凹部をも認識できるので、精度よく立体モデルを作成できる。
【００４７】
（ボーティング処理）
図３のステップＳ４におけるボーティング処理の詳細を説明する。図７は、ボーティング処理を施す円筒座標系ボクセル空間を説明するための図である。なお、図４と同様の部分については、同一の参照符号を付している。図７を参照して、円筒座標系ボクセル空間２５は、複数のボクセル３９からなる。ここで、円筒座標系ボクセル空間２５におけるボクセルを説明するための便宜のため、図７の円筒座標系ボクセル空間２５を中心軸４０を持つ円柱と考える。そして、この円柱２５を、中心軸４０に垂直な異なる複数の平面で切断する。さらに、中心軸４０を含み、かつ、中心軸４０に平行な複数の平面で円柱２５を切断する。さらに、中心軸４０を軸とする異なる複数の回転面で円柱２５を切断する。以上のようにして、円柱２５を切断することによって得られた円柱２５の各要素を考える。この各要素が、円筒座標系ボクセル空間２５における各ボクセル３９に対応する。
【００４８】
図８は、ボーティング処理を説明するための図である。なお、図７と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。図３のステップＳ３で得られた３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６をもとに、円筒座標系ボクセル空間２５へボーティング処理を行なう。なお、図８では、２つのシルエット画像Ｂ１，Ｂ２だけを図示している。
【００４９】
ここで仮定存在領域５０を考える。図９は、仮定存在領域を説明するための図である。なお、図８と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。また、図９では、１つのシルエット画像Ｂ１だけを図示している。図８および図９を参照して、シルエット画像Ｂ１に注目して、シルエット画像Ｂ１に対する仮定存在領域５０とは、カメラの投影中心５１を頂点とし、シルエット画像Ｂ１中の物体像４２（対象物体２３の輪郭）を断面形状とする錐体状の領域である。なお、他のシルエット画像Ｂ２〜Ｂ３６に対する仮定存在領域も同様に定義できる。対象物体２３は、この仮定存在領域の内側に必ず存在していることになる。
【００５０】
図７も参照して、ボーティング処理では、仮定存在領域５０に存在するボクセル３９のすべてに「１」を投票する。このようなボーティング処理をすべてのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対して行なう。たとえば、３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対応するすべての仮定存在領域が重なり合う部分に存在するボクセル３９における投票数は「３６」になる。
【００５１】
図３のステップ２では、１０°ごとに対象物体を撮影し３６枚の物体画像を得て、ステップＳ３で３６枚のシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６を作成している。このため、仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）は、中心軸４０のまわりに、１０°ごとに位置することになる。また、仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）の位置は、図３のステップＳ１におけるキャリブレーションの結果に従って決定される。つまり、パースペクティブ比によって、シルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６とそれに対応する仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）との位置関係が決定される。すなわち、仮定存在領域である錐体の広がり角が決定される。また、カメラ３と回転テーブル１との位置関係によって、シルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対応する仮定存在領域の頂点（カメラの投影中心に相当）と円筒座標系ボクセル空間２５との位置関係が決定される。
【００５２】
図１０は、ボーティング処理の結果を示す図である。なお、図８と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１０を参照して、色の濃い部分は投票数が多く、色の薄い部分は投票数が少ない。なお、図１０のＹ軸は、図８の中心軸４０に相当する。
【００５３】
すべてのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６に対するボーティング処理が終了した後、しきい値処理を行なう。すなわち、所定のしきい値以上の投票数を有するボクセル３９が存在する領域を対象物体２３の存在領域とする。この存在領域の形状が対象物体２３の立体形状である。たとえば、しきい値を「３２」とすると、投票数が「３２」以上のボクセル３９が存在する領域の形状が対象物体２３の立体形状となる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、ボーティング処理によって、対象物体の立体形状を求めている。このため、ボーティング処理で用いる複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる。なお、第３の従来技術では、複数の仮定存在領域の論理積により立体形状を得ている。このため、たとえば、シルエット画像中の物体像が不正確で、対象物体の輪郭を正確に表わしておらず、対象物体の形状の一部が欠けたようなものを表している場合は、その欠けた部分については、対象物体の立体形状として表現されないことになる。なお、ここではボーティング処理でボクセル空間における対象物体の存在領域を推定しているが、ボクセル空間における対象物体の存在確率を求めることができれば、ボーティング処理以外のいかなる処理で対象物体の存在領域を推定するようにしてもよい。
【００５５】
（ポリゴン作成）
図１１は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の具体的内容を説明するための図である。なお、図８〜図１０と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１２は、図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の流れを説明するための図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の領域Ａに存在する輪郭線４３ａ，４３ｂに基づき求められたポリゴンを示す図である。図１１（ａ）および図１２を参照して、ステップＳＡ１では、図示しない切断部が、ボーティング処理の結果に基づいて求められた対象物体２３の立体形状（図１０参照）を複数の平面（図１１では、３つの平面４１ａ，４１ｂ，４１ｃだけを図示）で切断し、各切断面（図１１では、３つの切断面４４ａ，４４ｂ，４４ｃだけを図示）の輪郭線（図１１では、３つの輪郭線４３ａ，４３ｂ，４３ｃだけを図示）求める。ここで、図３のステップＳ２では１０°ごとに対象物体を撮影し物体画像を得て、ステップＳ３で１０°ごとのシルエット画像Ｂ１〜Ｂ３６を作成している。このため、対象物体２３の立体形状を中心軸４０のまわりに１０°ごとに複数の平面で切断する。つまり、隣り合う平面同士のなす角度θが１０°になるような複数の平面で対象物体２３の立体形状を切断する。対象物体２３の立体形状を切断する各平面は、中心軸４０を含む平面である。
【００５６】
ステップＳＡ２では、図示しない多角形近似部は、各切断面の各輪郭線を多角形近似し、その多角形の頂点座標を求める。ここで、多角形近似の方法としては、たとえば文献“Ａｎ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｇｏｎａｌ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｎｅ Ｃｕｒｖｅｓ”、Ｕ．Ｒａｍｅｒ 、ＣＧＩＰ， Ｖｏｌ． １， ｐｐ． ２４４−２５６，１９７２に記載されている方法などを用いることができる。そして、図示しない接続部は、各切断面において、隣り合う頂点同士を直線で接続する。ステップＳＡ３では、隣接する切断面間で、各切断面の輪郭線に対応する頂点同士を接続しポリゴンを生成する。なお、ステップＳＡ２の多角形近似においては、その近似精度を可変することにより、最終的に生成されるポリゴン数を制御することも可能である。
【００５７】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照して、領域Ａに注目して、ステップＳＡ２およびステップＳＡ３における処理を説明する。ステップＳＡ２では、輪郭線４３ａ，４３ｂを多角形近似し、その多角形の頂点４５ａ，４５ｂの座標を求める。そして、輪郭線４３ａを多角形近似することによって求まった複数の頂点４５ａについて、隣り合うもの同士を直線で接続する。輪郭線４３ｂを多角形近似して求まった複数の頂点４５ｂについても同様の処理を行なう。ここで、輪郭線４３ａに対応するのが頂点４５ａであり、輪郭線４３ｂに対応するのが頂点４５ｂである。ステップＳＡ３では、切断面４４ａの輪郭線４３ａに対応する頂点４５ａと、切断面４４ｂの輪郭線４３ｂに対応する頂点４５ｂとの間を直線で接続しポリゴン２７を作成する。ここで、頂点４５ａと頂点４５ｂとを直線で接続する方法として、局所的最近接点接続戦略および大域的最短接続戦略がある。
【００５８】
局所的最近接点接続戦略は、隣接する切断面の一方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点と、隣接する切断面の他方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続するものである。大域的最短接続戦略は、隣接する切断面の一方の輪郭線を多角形近似することによって得られた頂点と、隣接する切断面の他方の輪郭線を多角形近似するこにとよって得られた頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続するものである。
【００５９】
局所的最近接点接続戦略について詳細に説明する。図１３は、隣接する切断面の輪郭線に対応する頂点間の関係を示す図である。ここで、隣接する切断面として、切断面Ｓｃｎｔおよび切断面Ｓｃｎｔ＋１を考える。図１３を参照して、頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線を多角形近似して得られたものである。頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線を多角形近似して得られたものである。なお、円筒座標系ボクセル空間を利用したポリゴン生成を前提にしているため、頂点ａと頂点Ａは同一の点であり、頂点ｆと頂点Ｇは同一の点である。
【００６０】
図１４は、局所的最近接点接続戦略を説明するための図である。図１４を参照して、横方向は、切断面Ｓｃｎｔの頂点ａ〜ｆに対応付けられており、縦方向は、切断面Ｓｃｎｔ＋１の頂点Ａ〜Ｇに対応付けられている。そして、各格子点における数字（○の中に記載した数字）は、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線に対応する頂点ａ〜ｆ（図１３）と、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線に対応する頂点Ａ〜Ｇ（図１３）との間の距離である。たとえば、ｄとＤの交点（ｄおよびＤで決定される格子点）には、図１３の頂点ｄと頂点Ｄとの間の距離が記されている。すなわち、図１３の頂点ｄと頂点Ｄとの間の距離は、「２」である。
【００６１】
図１３および図１４を参照して、局所的最近接点接続戦略では、まず、初期ポリゴンを生成する。初期ポリゴン生成方法は以下の２つの方法が考えられる。初期ポリゴン生成のための第１の方法は、無条件に頂点ｂＢ間を直線で接続するものである。初期ポリゴン生成の第２の方法は、頂点ｂＢ間、頂点ａＣ間、頂点Ａｃ間のうち、距離が最小のものを選択し、その頂点間を直線で接続するものである。図１３および図１４の例では、初期ポリゴン生成の２つの方法のうちいずれの方法においても、頂点ｂＢ間が選択され、頂点ｂＢが直線で接続される。
【００６２】
次に、頂点ｃＢ間または頂点ｂＣ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｂＣ間の距離が、頂点ｃＢ間の距離より短いので、頂点ｂＣ間を直線で接続する。次に、頂点ｃＣ間または頂点ｂＤ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｂＤ間の距離と頂点ｃＣ間の距離は等しいのでいずれを接続してもよいが、ここでは、頂点ｂＤ間を直線で接続する。次に、頂点ｃＤ間または頂点ｂＥ間のいずれを接続するかを考える。頂点ｃＤ間の距離が、頂点ｂＥ間の距離より短いので、頂点ｃＤ間を直線で接続する。以下、このような処理を繰返し、切断面Ｓｃｎｔの輪郭線に対応する頂点と、切断面Ｓｃｎｔ＋１の輪郭線に対応する頂点とを直線で接続していく。つまり、図１４の各格子点において、右に位置する格子点に対応する頂点間の距離と、下に位置する格子点に対応する頂点間の距離とを比較し、短い距離が記されている格子点に対応する頂点間を直線で接続する。図１５は、局所的最近接点接続戦略によって、図１３の頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとを接続して得られたポリゴンを示す図である。なお、図１３と同様の部分については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。図１５を参照して、局所的最近接点接続戦略に従って、頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとが接続され、ポリゴン（三角パッチ）２７が形成される。
【００６３】
図１６は、局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの一部を説明するための図である。図１７は、局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの他の一部を説明するための図である。なお、ここでは、初期ポリゴン生成方法として、無条件に第１番目の頂点同士を接続する方法（初期ポリゴン生成の第１の方法）を用いた例を示している。図１６を参照して、ステップＳＢ１では、変数Ｓｍａｘに、図１２のステップＳＡ１で得られた切断面の数を代入する。さらに、変数Ｓｃｎｔに、「０」を代入する。ステップＳＢ２では、変数Ｖｍａｘに、Ｓｃｎｔ番目の切断面における頂点数を代入する。さらに、変数Ｖｃｎｔに「０」を代入する。ステップＳＢ３では、Ｓｃｎｔ番目の切断面におけるＶｃｎｔ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ番目の切断面におけるＶｃｎｔ＋１番目の頂点とを接続する。ここで、たとえば、図１３に示すような頂点ａ〜ｆ，Ａ〜Ｇを考える場合、頂点ａ，Ａは、第０番目の頂点であり、頂点ｂ，Ｂは第１番目の頂点であり、頂点ｃ，Ｃは第３番目の頂点である。ステップＳＢ４では、変数Ｖｃｎｔに、Ｖｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ５において、変数ＶｃｎｔがＶｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ６に進む。一方、ステップＳＢ５において、変数Ｖｃｎｔが、Ｖｍａｘ−１より小さいときは、ステップＳＢ３に進む。ステップＳＢ６では、変数Ｓｃｎｔに、Ｓｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ７において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上のときは、図１７のステップＳＢ８へ進む。一方、ステップＳＢ７において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さいときは、ステップＳＢ２に進む。
【００６４】
図１７を参照して、ステップＳＢ８では、変数Ｓｃｎｔに「０」を代入する。ステップＳＢ９では、変数ｉｍａｘに、Ｓｃｎｔ番目の切断面における頂点数を代入する。さらに、変数ｊｍａｘに、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面における頂点数を代入する。ステップＳＢ１０では、初期ポリゴンを生成する。ここでは、無条件に第１番目の頂点同士を接続する方法（初期ポリゴン生成の第１の方法）を用いた例を示しており、Ｓｃｎｔ番目の切断面の１番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面の１番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｉに「１」を代入し、変数ｊに「１」を代入する。ステップＳＢ１１では、変数ｉ＿ｎにｉ＋１を代入し、変数ｊ＿ｎにｊ＋１を代入する。ステップＳＢ１２において、ｄｉｓｔ（［Ｓｃｎｔ：ｉ］，［Ｓｃｎｔ＋１：ｊ＿ｎ］）は、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ＿ｎ番目の頂点との間の距離を意味する。また、ｄｉｓｔ（［Ｓｃｎｔ：ｉ＿ｎ］，［Ｓｃｎｔ＋１：ｊ］）は、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点との間の距離を意味する。つまり、ステップＳＢ１２においては、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目のｊ＿ｎ番目の頂点との間の距離が、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点との間の距離以下の場合には、ステップＳＢ１３に進む。これ以外の場合には、ステップＳＢ１４に進む。
【００６５】
ステップＳＢ１３では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ＿ｎ番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｊにｊ＿ｎを代入する。ステップＳＢ１４では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ＿ｎ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点とを接続する。さらに、変数ｉに、ｉ＿ｎを代入する。ステップＳＢ１５において、変数ｉがｉｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ１７に進む。一方、変数ｉがｉｍａｘ−１より小さい場合には、ステップＳＢ１６に進む。ステップＳＢ１７では、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ〜ｊｍａｘ−１番目の各頂点とを接続する。ステップＳＢ１６において、変数ｊがｊｍａｘ−１以上の場合には、ステップＳＢ１８に進む。一方、変数ｊがｊｍａｘ−１より小さい場合には、ステップＳＢ１１に進む。ステップＳＢ１８では、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面のｊ番目の頂点と、Ｓｃｎｔ番目の切断面のｉ〜ｉｍａｘ−１番目の各頂点とを接続する。ステップＳＢ１９では、変数ＳｃｎｔにＳｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＢ２０において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さい場合には、ステップＳＢ９に進む。一方、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上の場合には、処理を終了する。なお、切断面は０番からＳｍａｘ−１番まで存在するが、図１７においてＳｃｎｔがＳｍａｘ−１の場合、Ｓｍａｘ番目の切断面の頂点を考慮しなければならない場合がある。この場合、Ｓｍａｘ番目の切断面は０番目の切断面と同一とみなすことにする。
【００６６】
大域的最短接続戦略によるポリゴン生成について、図１４を用いて詳細に説明する。格子点ａＡ（ａとＡの交点）を始点とし、格子点ｆＧ（ｆとＧの交点）を終点とするような経路を考える。そして、格子点を経由するたびに、経由した格子点に割当てられた距離の値がペナルティとして加わるとし、ペナルティが最小となるような経路を求める。つまり、格子点ａＡから格子点ｆＧまでの複数の経路のうち、最短となる経路を求める。このような最短となる経路は、総当り法、分枝限定法、Ｄｉｊｋｓｔｒａアルゴリズム、Ａ＊ アルゴリズムなどを用いて求める。図１４において、太い実線で示された経路が最小ペナルティ経路（最短経路）となる。そして、最小ペナルティ経路（最短経路）上に存在する格子点に対応する頂点間（図１３参照）を接続する。たとえば、最小ペナルティ経路（太い実線）は、格子点ｂＢ上を通っているので、図１３の頂点ｂとＢとが接続される。図１５は、図１３の頂点ａ〜ｆと頂点Ａ〜Ｇとを、大域的最短接続戦略によって、直線で接続して得られたポリゴンを示している。
【００６７】
図１８は、大域的最短接続戦略によるポリゴン生成の流れを説明するための図である。なお、図１６および図１７と同様のステップについては同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。図１８を参照してステップＳＣ９では、Ｓｃｎｔ番目の切断面の頂点と、Ｓｃｎｔ＋１番目の切断面の頂点とを、接続距離が最短になるように接続する。ステップＳＣ１０では、変数Ｓｃｎｔに、Ｓｃｎｔ＋１を代入する。ステップＳＣ１１において、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘより小さい場合には、ステップＳＣ９に進む。一方、変数ＳｃｎｔがＳｍａｘ以上の場合には、処理を終了する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、円筒座標系ボクセル空間を用いて対象物体の立体形状を求め、この立体形状を円筒座標系ボクセル空間の中心軸に沿って、複数の平面で切断し、切断面の輪郭線をもとに立体モデルを作成する。このため、直交座標系ボクセル空間を用いて立体モデルを作成する場合に比べ、立体モデル作成のためのデータ量が少なくて済み、高速処理が可能になる。また、多角形近似および局所的最近接点接続戦略または大域的最短接続戦略を用いて立体モデルを構成するポリゴンを作成する。このため、回転軸に垂直な複数の平面で、対象物体の立体形状を切断して立体モデルを作成する場合（第３の従来技術）に比べても、データ量が少なくなり、さらに高速処理が可能になる。つまり、実時間で立体モデルを作成できる。さらに、多角形近似および局所的最近接点接続戦略または大域的最短接続戦略を用いて立体モデルを構成するポリゴンを作成する。このため、データ量が少なくなり、さらに高速処理が可能になる。
【００６９】
本実施の形態では、これまでに述べてきた効果の他に、以下に示す効果をも奏する。すなわち、本実施の形態では、３次元デジタイザを用いて立体モデルを作成する場合に比べ、人手による作業を少なくすることができる。さらに、本実施の形態では、レーザを用いた計測を行なっていない。このため、対象物体の材質の制限を受けず、暗室で計測が必要になるなどの撮影環境の制限が小さくなる。さらに、本実施の形態では、回転テーブル１、カメラ３およびコンピュータ５という簡単な構成で、立体モデルを作成できる。さらに、本実施の形態では、差分処理を行なうことによりシルエット画像を作成し、これを用いて立体モデルを作成する。このため、同一色の背景板などのような特殊な撮影環境が不要である。
【００７０】
以上、カメラ１台と回転テーブルを用い、１０°おきに対象物体を撮影することで立体モデルを作成する例について説明したが、カメラの台数、撮影視点の移動手段、撮影角度の刻み幅はこれに限定されるものではない。複数台のカメラを用いて対象物体を撮影し、立体モデルを作成してもよい。これにより、さらに高精度な形状獲得が可能となる。また、撮影視点の移動手段として、人手制御の回転台や、ロボットアームを用いてもよい。さらに、撮影角度の刻み幅は、複雑な物体ではより細かくしてもよいし、方向によって撮影角度の刻み角度を可変にしてもよい。すなわち、複雑な外形を持っている方向に関してはより細かい刻み幅で回転させ、撮影してもよい。また、対象物体の撮影角度の刻み幅を変更した場合は、ボクセル空間を切断してポリゴン表現された立体モデルに再構成するための切断面の変更も行なう。撮影角度と切断面は、関連して設定する。このようにすれば、撮影して得られたシルエット画像からの輪郭情報が、精度よくポリゴンデータに反映される。
【００７１】
図１９は、図１のコンピュータ５に対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ ）を示す図である。なお、図１および図３と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。図１９を参照して、コンピュータ５は、ＣＤ−ＲＯＭ４７に記録されているプログラム４９に従って、対象物体の立体モデルを作成する。ＣＤ−ＲＯＭ４７に記録されているプログラム４９は、対象物体のシルエット画像を作成するステップＳ３と、ボーティング処理を行なうステップＳ４と、ポリゴン作成を行なうステップＳ５と、テクスチャマップを行なうステップＳ６とを含む。
【００７２】
本実施の形態では、断面の多角形近似の技術を、ボクセル表現された立体モデルからポリゴン表現された立体モデルに、再構成する場合に使用したが、本願は、これに限定されるわけではない、たとえば、メタボール表現された立体モデルを、ワイヤフレーム表現された立体モデルに、再構成する場合に使用してもよい。また、本実施の形態では、シルエット画像から、ボクセル空間でのボーティング処理を経てから、ポリゴンデータを作成した。しかし、シルエット画像から、多角形近似の技術を用いて、ポリゴンデータに変換するようにしてもよい。なお、この場合は、当然、シルエット画像は不正確であるので、手動操作による修正が必要となる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明の第１の発明に係る立体モデル作成装置では、俯角をもって、対象物体を撮影した物体画像をもとに立体画像を作成する。このため、対象物体に対する色情報を増やすことができる。さらに、局所的凹部を持つ対象物体の立体モデルを精度よく作成できる。
【００７４】
この発明の第２の発明に係る立体モデル作成装置では、差分処理を行なうことによって得られたシルエット画像を用いて立体モデルを作成する。このため、同一色の背景板などのような特殊な撮影環境が不要である。
【００７５】
この発明の第３の発明に係る立体モデル作成装置では、複数のシルエット画像をもとにボクセル空間へボーティング処理を行なうことによって、立体モデルを作成する。このため、複数のシルエット画像のうちのいくつかが不正確であっても、精度よく立体モデルを作成できる。
【００７６】
この発明の第４の発明に係る立体モデル作成装置では、対象物体の立体形状を切断して得られた複数の切断面の輪郭線を多角形近似することによって、立体モデルを作成する。このため、立体モデル作成のためのデータ量を少なくすることができ、高速処理が可能になる。
【００７７】
この発明の第５の発明に係る立体モデル作成装置では、対象物体の複数の断面形状の輪郭線を多角形近似することによって、立体モデルを作成する。このため、立体モデル作成のためのデータ量を少なくすることができ、高速処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置における処理の流れを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態による立体モデル作成装置における処理の具体的内容を説明するための図である。
【図５】図３のステップＳ１で求められるパースペクティブ比を説明するための図である。
【図６】図３のステップＳ１で求められるカメラと回転テーブルの位置関係を説明するための図である。
【図７】図３のステップＳ４で用いられる円筒座標系ボクセル空間のボクセルを説明するための図である。
【図８】図３のステップＳ４におけるボーティング処理を説明するための図である。
【図９】図８の仮定存在領域５０を説明するための図である。
【図１０】図３のステップＳ４におけるボーティング処理の結果を示す図である。
【図１１】図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の具体的内容を説明するための図である。
【図１２】図３のステップＳ５におけるポリゴン作成の流れを説明するための図である。
【図１３】図１２のステップＳＡ２で求まった、隣接する切断面の輪郭線に対応する頂点間の関係を示す図である。
【図１４】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略を説明するための図である。
【図１５】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によって得られたポリゴンを示す図である。
【図１６】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの一部を示す図である。
【図１７】図１２のステップＳＡ３における局所的最近接点接続戦略によるポリゴン生成の流れの他の一部を示す図である。
【図１８】図１２のステップＳＡ３における大域的最短接続戦略によるポリゴン生成の流れを説明するための図である。
【図１９】図１のコンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭを示す図である。
【符号の説明】
１ 回転テーブル
３ カメラ
５ コンピュータ
９ 撮影部
１１ 画像記憶部
１３ 演算／制御部
１５ 形状記憶部
１７ 色彩情報記憶部
２３ 対象物体
２５ 円筒座標系ボクセル空間
２７ 立体形状表現要素（ポリゴン）
２９ 立体モデル
３１ 基準ブロック
３３ スクリーン
３５ 光軸
３９ ボクセル
４０ 中心軸
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 平面
４２ 物体像
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 輪郭線
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 切断面
４５ａ，４５ｂ 頂点
４７ ＣＤ−ＲＯＭ
４９ プログラム
５０ 仮定存在領域
５１ カメラの投影中心（仮定存在領域の頂点）
Claims (5)
- 対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、
前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、
前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、
前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、
前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、
前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、
前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、
前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、前記立体モデルを作成する手段は、
前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続手段を含み、
前記局所的最近接点接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成装置。 - 対象物体の立体モデルを作成する立体モデル作成装置であって、
前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体のボクセル空間に設定された対象物体の存在領域から立体形状を獲得する立体形状獲得手段と、
前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、該立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断手段を含む輪郭線獲得手段と、
前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似手段と、
前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続手段と、
前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記対象物体の前記立体モデルを作成する手段とを備え、
前記多角形近似手段によって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、
前記接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺であり、
前記立体モデルを作成する手段は、
前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続手段を含み、
前記大域的最短接続手段によって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成装置。 - 円筒座標系ボクセル空間に形成される前記対象物体を任意の角度ごとに回転させるための回転手段と、
前記回転手段によって回転させられた前記対象物体を撮影する撮影手段とをさらに備え、
前記立体形状獲得手段は、前記任意の角度ごとに回転させられた前記対象物体を撮影して得られた複数の物体画像をもとに前記立体形状を獲得し、
前記切断手段は、前記円筒座標系ボクセル空間の中心軸を含む前記複数の平面で、前記立体形状を、前記任意の角度と同じ角度ごとに切断する、請求項１または請求項２に記載の立体モデル作成装置。 - コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、
前記プログラムは、
前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、
前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、
前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、
前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、
前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、
前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、
前記立体モデルを作成するステップは、
前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点との間で、頂点間の長さが最も短い頂点間を直線で接続する局所的最近接点接続ステップを含み、
前記局所的最近接点接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体。 - コンピュータに対象物体の立体モデルを作成させるためのプログラムを記録した媒体であって、
前記プログラムは、
前記対象物体の撮影結果をもとに、前記対象物体の立体形状を獲得する立体形状獲得ステップと、
前記立体形状から複数の輪郭線を獲得し、前記立体形状を複数の平面で切断することにより前記複数の輪郭線を獲得する切断ステップを含む輪郭線獲得ステップと、
前記複数の輪郭線を多角形近似する多角形近似ステップと、
前記多角形近似によって得られた隣り合う頂点同士を直線で接続する接続ステップと、
前記対象物体の前記立体モデルを構成する単位となる立体形状表現要素を用いて、前記立体モデルを作成するステップとを含み、
前記多角形近似ステップによって得られた前記頂点は、前記立体形状表現要素の頂点であり、前記接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体において、
前記立体モデルを作成するステップは、
前記複数の切断面のうち第１の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点と、前記複数の切断面のうち第２の切断面の輪郭線を前記多角形近似することによって得られた前記頂点とを、頂点間の長さの合計が最小になるように直線で接続する大域的最短接続ステップを含み、
前記大域的最短接続ステップによって得られた前記直線は、前記立体形状表現要素の辺である、立体モデル作成プログラムを記録した媒体。
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