JP3740865B2 - 多視点3次元データの合成方法および記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は被写体を多方向から計測して得られる多視点3次元データを合成する多視点3次元データの合成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、多方向から計測した多視点データの合成方法としてポリゴンベース方式と呼ばれる方法と、ボリュームベース方式と呼ばれる方法がある。上記両方式は多視点それぞれから得られるポリゴンメッシュデータと呼ばれる複数のオリジナルデータを合成する方法である。
【0003】
上記両方式について説明する前に、ポリゴンメッシュデータについて述べる。3次元形状が測定可能なカメラを用いて各視点から得られたデータは、カメラパラメータにより距離画像に変換される。
【0004】
距離画像は、格子上の離散点群で、それぞれの点は3次元座標値のデータを持つ。このようなデータ構造の距離画像に対し、4近傍で隣接する点を辺で結び、視点方向を上向きとする4角あるいは3角ポリゴンを形成して得られるのがポリゴンメッシュデータである。このポリゴンメッシュデータが多視点の各視点毎に得られるため、視点と同じ数のポリゴンメッシュデータが得られることになる。
【0005】
以下、ポリゴンベース方式について説明する。この方式は多視点それぞれから得られたポリゴンメッシュデータのうち、2つのポリゴンメッシュデータを順次縫い合わせて1つのポリゴンメッシュデータに合成しながら、すべてのポリゴンメッシュデータを最終的に1つの合成ポリゴンメッシュデータに合成する方式である。
【0006】
2つのポリゴンメッシュデータは以下のように合成される。まず、2つのポリゴンメッシュデータそれぞれで規定されるメッシュ同士のポリゴンが重なっている場合は一方のポリゴンを削除する。その後、一方のメッシュを他方のメッシュにクリッピングする。
【0007】
図12〜図14は、メッシュのクリッピング動作を示す説明図である。同図において、説明の都合上、メッシュ31とメッシュ32とは同一平面にあるとする。以下、図12〜図14を参照してメッシュのクリッピング動作について説明する。
【0008】
まず、図12に示すように、メッシュ32の境界線とメッシュ31のエッジが交わる交点33を生成する。そして、交点33を境界として図13に示すような余分な廃棄領域34を削除するとともに、交点33の集合とメッシュ32の境界上の頂点を結ぶことにより2つのメッシュ31,32が共有する三角ポリゴンを生成して、図14に示すように、メッシュ31及びメッシュ32を合成した合成メッシュ35を得る。
【0009】
このように、2つのメッシュ間の境界部についてはチャックを閉めていくように新たなポリゴンを生成して隙間を埋めていくのがメッシュのクリッピングである。
【0010】
なお、ポリゴンベース方式の詳細については、例えば"Greg Turk and Marc Loovy. Zippered polygon meshes from range image. In Proceedings of ACM SIGGRAPH'94, pp.311-318. ACM Press, 1994"に開示されている。
【0011】
次に、ボリュームベース方式について説明する。ボリュームベース方式は3次元空間をX,Y,Z方向に小さな単位の格子に分割し、この単位格子によって構成される小さな立方体(ボクセル)を用いる。例えば、図15(a)に示すような形状の四角錐21を、図15(b)で示すように、多数のボクセル22を用いて表現する。
【0012】
上述した各ボクセルにおいて、ポリゴンメッシュデータで規定されるポリゴンからの距離に相当するポテンシャル値を計算する。例えば、図16に示すように、ボクセル22、視点23及びメッシュ24の位置関係があるとき、視線25上におけるボクセル22とメッシュ24のポリゴン26の点xまでの距離dxに基づきポテンシャル値を決定する。このとき、ポリゴン26に対してボクセル22が視点23の側にある場合はポテンシャル値の符号は負となり、視点23の反対側にある場合はポテンシャル値の符号は正となるが一般的である。したがって、図16の例ではポテンシャル値の符号は負となる。
【0013】
上記ポテンシャル値の計算は多視点から得られた複数のポリゴンメッシュデータそれぞれに対して行われるため、通常、各ボクセルに対応して複数のポテンシャル値が得られることになる。これら複数のポテンシャル値の合計値が各ボクセルの加算ポテンシャル値となる。
【0014】
そして、各ボクセルの加算ポテンシャル値に基づきマーチンキューブ法等の手法を用いて再度ポリゴンメッシュデータを生成する。
【0015】
なお、ボリュームベース方式の詳細については、例えば、"Brain Curless and Marc Lovely. A bolumetric method for building complex models from range images. In Computer Graphics, Annual Conference Series, pp.303-312, 1996.(Proceedings Siggraph '96)."に開示されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、多視点から得られたオリジナルデータである複数のポリゴンメッシュデータの合成はポリゴンベース方式あるいはボリュームベース方式で行われていた。
【0017】
ポリゴンベース方式は、上述したように、2つのポリゴンメッシュデータを1つのポリゴンメッシュデータに順次合成しながら、最終的に1つの合成ポリゴンメッシュデータを得るため、1つのポリゴンメッシュデータにエラ−(誤差等を含む)があるとその影響が合成するポリゴンメッシュデータに大きく現れるため、エラーを回復することができない。
【0018】
また、オリジナルのポリゴンメッシュデータに生じる誤差や複数のポリゴンメッシュデータ間の座標系の位置合わせ時に生じる誤差に大きく影響を受けやすいため、小さな誤差でも影響を受けやすい細い棒のような形状は、合成ポリゴンメッシュデータではうまく再構成できないという問題点があった。
【0019】
さらに、2つのポリゴンメッシュデータの合成時に毎回位相(点と点をつなぐ部分)の復元まで行うためポリゴンメッシュデータの多重度が大きくなると効率が低下するという問題点があった。
【0020】
一方、ボリュームベース方式では、各ボクセルにおいて複数のポテンシャル値の合計値を加算ポテンシャル値としているため、1つのポリゴンメッシュデータの誤差と他のポリゴンメッシュデータの誤差とが互いに相殺される可能性も高く、ポリゴンメッシュデータに生じるエラー,誤差等の影響をさほど受けず、ポリゴンメッシュデータの多重度が大きくなっても効率はさほど低下しない。すなわち、ボリュームベース方式はポリゴンベース方式の問題点はすべて解決されている。
【0021】
しかしながら、その反面、ボクセルの大きさが均一なため、最終的に得た合成ポリゴンメッシュデータの解像度が全体で均一となる。したがって、多視点から得られるオリジナルの複数のポリゴンメッシュデータのうち、解像度の高い部分に合わせてボクセルの大きさを小さくした場合は、合成ポリゴンメッシュデータの冗長性が高くなり計算効率の劣化を招いてしまい、解像度の低い部分に合わせた場合はオリジナルデータの高解像度なデータが損なわれてしまうという問題点があった。
【0022】
また、ボクセル毎にポテンシャル値を算出する際にポリゴンメッシュデータはリサンプリングされ、さらに加算ポテンシャル値に基づき各ボクセルの面(ポリゴン)を抽出する際に補間された頂点が算出されるため、2度の演算処理を行うことになり精度的な劣化は避けられないという問題点があった。ボリュームベース方式で精度を維持しようとするとボクセルサイズを非常に小さく設定する必要があり、こうした場合は前述したように、合成ポリゴンメッシュデータの冗長性は非常に高くなり、計算量もかなり増えるため、実用不可能となる。
【0023】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、多視点から得られたオリジナルの3次元データの有する精度及び解像度を維持しながら、得られるデータの冗長性を必要以上に高くすることなく、オリジナルの3次元データ自身に生じる誤差に対しても安定した合成ポリゴンメッシュデータを実用レベルの時間内で得ることができる、多視点3次元データの合成方法を得ることを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項記載の多視点3次元データの合成方法は、多視点から被写体を計測して得られる複数の3次元データを1つの3次元データに合成する方法であって、前記複数の3次元データはそれぞれポリゴンメッシュ構造を呈し、(a)ボクセルを用いたボリューム方式でサーフェースを定義することにより、前記複数の3次元データからポリゴンメッシュ構造の一つのサーフェースデータを求めるステップと、(b)前記サーフェースデータで規定されたサーフェースデータ用メッシュと前記複数の3次元データで規定された複数のメッシュそれぞれとを比較して、前記サーフェースデータ用メッシュの各頂点を順次第1の改良対象頂点とし、該第1の改良対象頂点に対して第1の位置条件を満足する対応頂点を有しかつ所定の解像度条件を満足する解像度を有するメッシュを前記複数のメッシュから一つ選択し、選択したメッシュの構造に合わせて前記サーフェースデータ用メッシュの前記第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造を改良して中間サーフェースデータを得るステップと、(c)前記中間サーフェースデータで規定された中間サーフェースデータ用メッシュと前記複数の3次元データで規定された複数のメッシュそれぞれとを比較して、前記中間サーフェースデータ用メッシュの各頂点を順次第2の改良対象頂点とし、前記複数のメッシュから、第2の改良対象頂点に対して第2の位置条件を満足する対応ポリゴンを有する所定数のメッシュを選択し、前記所定数のメッシュそれぞれの前記対応ポリゴンとの距離が所定の距離条件を満足するように、前記第2の改良対象頂点を移動させることにより、確定サーフェースデータを得るステップとを備えている。
【0025】
請求項2記載の多視点3次元データの合成方法において、前記第1の位置条件は前記第1の改良対象頂点と前記対応頂点との距離が第1の基準値以内である条件を含み、前記所定の解像度条件は最も高い解像度を指定する条件を含み、前記第2の位置条件は前記第2の改良対象頂点と前記対応ポリゴンとの距離が第2の基準値以内である条件を含み、前記所定の距離条件は、前記所定数のメッシュそれぞれの前記対応ポリゴンとの距離の合計値が最小あるいは一定値以下となる条件を含んでいる。
【0026】
請求項3記載の多視点3次元データの合成方法において、前記第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造の改良処理は、前記選択したメッシュの解像度が前記サーフェースデータ用メッシュの解像度よりも高い場合、前記改良対象頂点の近傍領域に新たな頂点を生成してポリゴンを分割する処理を含んでいる。
【0027】
請求項4記載の多視点3次元データの合成方法において、前記第1の改良対象頂点の近傍のメッシュ構造の改良処理は、前記選択したメッシュの解像度が前記サーフェースデータ用メッシュの解像度よりも低い場合、前記改良対象頂点の近傍領域にある頂点を削除してポリゴンを統合する処理をさらに含んでいる。
【0028】
請求項5記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、請求項1記載の多視点3次元データの合成方法における前記ステップ(b),(c)をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されている。
【0029】
【発明の実施の形態】
<<実施の形態>>
<システム構成>
図1はこの発明の実施の形態である多視点3次元データの統合方法で用いられる3次元形状計測システムのハードウェア構成の概略を示す説明図である。同図に示すように、被写体1の回りを3次元入力装置2を移動させながら、被写体1に対する多視点からの3次元データを得る。3次元入力装置2はズームレンズを具備しており、このズームレンズを操作することにより、様々な解像度で3次元データを入力することができる。また、被写体1からの3次元入力装置2の距離を変更することによっても、被写体1に対する3次元データの解像度を変更することができる。
【0030】
したがって、被写体1の顔等の精細なデータが必要な部分は3次元入力装置2から被写体1までの距離を短く設定したり、ズームレンズを長焦点側に移動することにより高解像度な3次元データを得ることができる。一方、被写体1の背中等のあまり形状の変化が激しくない部分は3次元入力装置2から被写体1までの距離を長く設定したり、ズームレンズを短焦点側に移動することにより低解像度なデータ数の少ない3次元データを得ることができる。
【0031】
このように、3次元入力装置2を移動させながら、適宜撮像条件を変更して被写体1の全周のデータを入力する。そして、3次元入力装置2より得られた多視点の3次元データはコンピュータ3に取り込まれ、コンピュータ3上で既存のポリゴンメッシュデータ変換方法によって複数のポリゴンメッシュデータに変換される。
【0032】
<方法(多視点3次元データの統合方法)>
図2はこの発明の実施の形態である多視点3次元データの統合方法を示すフローチャートである。
【0033】
同図を参照して、ステップS1で、多視点の3次元データとして複数のポリゴンメッシュデータを入力する。このとき、各ポリゴンメッシュデータは各々の撮像位置での座標系で表現されている。
【0034】
次に、ステップS2で、複数のポリゴンメッシュデータ間の位置合わせを行い、複数のポリゴンメッシュデータすべてを一つの座標系のデータに変換する。なお、位置合わせ方法については、回転ステージなどの治具を用いて座標変換のパラメータを求める方法、3次元入力装置に姿勢センサー、位置センサーを取り付けて3次元入力装置の位置、姿勢を獲得して3次元座標系を変換する方法、入力されたポリゴンメッシュデータの整合性から最適な変換パラメータを求める方法等の種々の既存の方法がある。
【0035】
続いて、ステップS3において、多視点3次元データの合成方法を実行し、ステップS2で位置合わせ処理が施された複数のポリゴンメッシュデータが一繋がりとのポリゴンメッシュデータとなるように合成して合成ポリゴンメッシュデータを得る。
【0036】
最後に、ステップS4において、ステップS3で合成された合成ポリゴンメッシュデータを全周3次元モデルとして出力する。
【0037】
<方法(オリジナルデータの合成方法)>
図3は図2のステップS3の多視点3次元データの合成方法の詳細を示すフローチャートである。なお、ステップS3において、ステップS2で位置合わせ処理を施された複数のポリゴンメッシュデータを多視点3次元データのオリジナルデータとして扱う。
【0038】
同図を参照して、ステップS31で、複数のオリジナルデータにおけるポリゴンの頂点間の距離の最大値に基づきボクセルサイズを決定し、決定したボクセルサイズに合わせた単位格子(ボクセル格子)を生成して、ボクセルの集合体を得る。
【0039】
次に、ステップS32で、各ボクセルの符号付き距離に基づくポテンシャル値を複数のポリゴンメッシュデータそれぞれに求め、その加算合計値である合成ポテンシャル値を得る。符号付き距離は、従来のボリュームベース方式で図16を示して説明したように、視点23の位置から各ボクセル22(図16では1つのみ示す)の中心を通過する視線25が一つのオリジナルデータで規定されたメッシュ24のポリゴンと交わる点xを計算し、ボクセル22の中心から交点xまでの距離の絶対値dxを求め、視点23から見てボクセル22の手前側を正、奥側をマイナスの符号に設定して得られた距離である。このように得られた符号付きの距離に基づきポテンシャル値を計算する。
【0040】
上記ポテンシャル値の計算処理は複数のオリジナルデータすべてに対して行われる。したがって、最大でオリジナルデータと同じ数のポテンシャル値が各ボクセルで得られ、その加算合計値が各ボクセルの加算ポテンシャル値となる。
【0041】
そして、ステップS33で、加算ポテンシャル値が“0”(0近傍値を含む)となるボクセルが、被写体1のサーフェース上にあると定義して、加算ポテンシャル値が“0”の等値面の抽出をマーチンキューブ法によって行い、“0”の等値面で構成されるポリゴンメッシュデータであるサーフェースデータを得る。なお、マーチンキューブ法については例えば"[W.Lorensen and H.Cline, 1987] Marching cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm. Computer Graphics (SIGGRAPH'92) :pp.163-169, July 1987."に開示されている。
【0042】
なお、ステップS31〜S33の処理はステップS31におけるボクセルサイズの決定内容を除いて、基本的に既存のボリュームベース方式によるポリゴンメッシュデータの合成方法を用いて実行することができる。
【0043】
したがって、複数のオリジナルデータ自身に生じる誤差(例えば、ステップS2の位置合わせ処理時に生じる誤差)に対しても安定したサーフェースデータを得ることができる。
【0044】
その後、ステップS34において、ステップS33で得られたサーフェースデータで規定されるサーフェースデータ用メッシュと複数のオリジナルデータ(複数のポリゴンメッシュデータ)それぞれで規定される複数のメッシュとを比較して、サーフェースデータ用メッシュのポリゴンの各頂点に対応する複数のメッシュそれぞれの頂点(対応頂点)を探索して決定する。
【0045】
例えば、図4に示すように、サーフェースデータ11A(で規定されるメッシュ)が生成され、2つのオリジナルデータO1,02(で規定されるメッシュ)が存在するとき、サーフェースデータ11Aの頂点P1は、オリジナルデータO1の頂点P11及びオリジナルデータO2の頂点P21が対応頂点であると決定する。また、サーフェースデータ11Aの頂点P2はオリジナルデータO1の頂点P13及びオリジナルデータO2の頂点P21が対応頂点であると決定する。
【0046】
したがって、オリジナルデータO1がサーフェースデータ11Aより隣接する頂点の間隔が密なため、オリジナルデータO1の一部の頂点(例えばP12)はサーフェースデータ11Aのいずれの頂点とも対応せず、オリジナルデータO2がサーフェースデータ11Aより隣接する頂点の間隔が疎なため、オリジナルデータO2の一部の頂点(例えばP21)はサーフェースデータ11Aの複数頂点と対応する(例えば、P21とP1,P2)。
【0047】
なお、図4及び後に示す図5,図8ないし図11は、便宜上、各ポリゴンメッシュデータ(で規定されるメッシュ)を面(ポリゴン)に垂直な方向から見た2次元で示している関係で線状となっている。
【0048】
続いて、ステップS35で、サーフェースデータの各頂点を順次第1の改良対象頂点とし、該第1の改良対象頂点に対応する複数のオリジナルデータそれぞれの対応頂点のうち、第1の改良対象頂点との頂点間距離が第1の基準値以内という第1の位置条件を満足する対応頂点の中で、解像度が最も高い(隣接する頂点間距離の平均が最も短いものに相当)という解像度条件をさらに満足するオリジナルデータの対応頂点を選択対応頂点として選択し、選択対応頂点を有するオリジナルデータ(で規定されるメッシュ)の解像度に適合するように、第1の改良対象頂点を含むポリゴンを分割あるいは統合して改良する。このポリゴンの分割/統合処理をサーフェースデータの全頂点を第1の改良対象頂点をして実行することにより、最終的に中間サーフェースデータ11Bを得る。
【0049】
すなわち、選択頂点を有するオリジナルデータの解像度がサーフェースデータ(で規定されるメッシュ)の解像度より高い場合は、第1の改良対象頂点から最も距離の長い辺の間に新たに分割頂点を1つ生成してポリゴンの分割を行う。
【0050】
一方、選択頂点を有するオリジナルデータの解像度がサーフェースデータの解像度より低い場合は、第1の改良対象頂点から最も距離の短い辺を隔てて隣接する頂点を削除してポリゴンの統合を行う。
【0051】
以上の分割/統合処理を選択頂点を有するオリジナルデータとの解像度の差が所定の範囲内に収まるまで続ける。
【0052】
図5はサーフェースデータのポリゴン分割例を示す説明図である。同図に示すように、サーフェースデータ11Aの頂点P1の選択頂点はオリジナルデータO1の頂点P11である場合、オリジナルデータO1の解像度の方がサーフェースデータ11Aの解像度より高いため、サーフェースデータ11Aの頂点P1から最も距離の長い辺が頂点P1,P2間の辺13(便宜上、辺13の距離が最も長いとする)上に頂点P4を分割頂点12として生成する。
【0053】
そして、頂点P4を頂点をする新たなポリゴンを生成してポリゴンの分割が行われる。例えば、頂点P4が生成される前のサーフェースデータ11Aが図6のようなポリゴンPG1,PG2からなるポリゴンメッシュ構造の場合、分割頂点12である頂点P4の生成により、図7に示すように、ポリゴンPG1がポリゴンPG11,PG12に分割され、ポリゴンPG2がポリゴンPG21,PG22に分割される。
【0054】
このように、選択対応頂点を有するオリジナルデータで規定されたメッシュの解像度がサーフェースデータ用メッシュの解像度よりも高い場合、第1の改良対象頂点の近傍領域に新たな頂点を生成してポリゴンを分割する処理を行うため、解像度が低いサーフェースデータを、選択対応頂点を有するオリジナルデータの解像度に近づけることにより改良することができる。
【0055】
一方、統合処理は分割処理と全く逆の処理となり、例えば、図7で示すような4つのポリゴンが図6に示すような2つのポリゴンに統合される。
【0056】
このように、選択対応頂点を有するオリジナルデータで規定されたメッシュの解像度がサーフェースデータ用メッシュの解像度よりも低い場合、第1の改良対象頂点の近傍領域にある頂点を削除してポリゴンを統合する処理を行うため、解像度が必要以上に高く冗長性が高いサーフェースデータを、選択したオリジナルのメッシュが有する適度な解像度に近づけることにより改良することができる。
【0057】
同様なポリゴンの分割/統合処理がサーフェースデータ11Aの各頂点を第1の改良対象頂点として行われた結果、例えば、図5に示すように、必要個所に分割頂点12が生成された中間サーフェースデータ11Bを得ることができる。
【0058】
上記したステップS34,S35の処理を実行することにより下記の効果を奏する。
【0059】
第1の改良対象頂点に対する距離が第1の基準値以内であるという位置条件を満足する対応頂点のみを選択対象とすることにより、第1の改良対象頂点との距離が必要以上に離れて信頼性の乏しい対応頂点を有するオリジナルデータを選択対象から除去することができる。
【0060】
選択対象となったオリジナルデータのメッシュの中から、解像度が最も高いメッシュを一つ選択選択したメッシュの構造に合わせてサーフェースデータ用メッシュの第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造を改良するため、ステップS31〜S33で得られたサーフェースデータの解像度に関係なく、オリジナルデータの解像度と同程度の中間サーフェースデータを得ることができる。
【0061】
したがって、ステップS31でボクセルサイズを必要以上に小さくすることになく、オリジナルデータの解像度を維持した中間サーフェースデータを得ることができ、その結果、ボクセルサイズを小さくしてサーフェースデータの冗長性を必要以上に高くする必要がなくなるため、ステップS31〜S33の処理に要する時間も実用レベルに抑えることができる。
【0062】
その後、ステップS36において、ステップS35で得られた中間サーフェースデータで規定される中間サーフェースデータ用メッシュと複数のオリジナルデータそれぞれで規定される複数のメッシュとを比較して、中間サーフェースデータ用メッシュのポリゴンの各頂点に対し、複数のオリジナルデータそれぞれで頂点,ポリゴン間距離が最短となるポリゴンを探索し対応ポリゴンとして決定する。
【0063】
以下、ステップS36の処理内容について詳述する。まず、中間サーフェースデータ上の各頂点を順次第2の改良対象頂点とし、第2の改良対象頂点に対して最も近いオリジナルデータ上の対応頂点を探索する。
【0064】
次に、対応頂点を含むすべてのポリゴンに対して第2の改良対象頂点から垂線をおろす。この垂線との交点がポリゴン内に存在する時、この交点と第2の改良対象頂点との距離を頂点,ポリゴン間距離として認識する。
【0065】
そして、認識した頂点,ポリゴン間距離のうち、最短距離の頂点,ポリゴン間距離を有するポリゴンを対応ポリゴンとする。
【0066】
例えば、図8に示すように、中間サーフェースデータMSD上の頂点MP1を第2の改良対象頂点としたとき、オリジナルデータOD上の頂点OP1が対応頂点となる。そして、頂点MP1からおろした垂線との交点OXがポリゴンOPL1(対応頂点OP1を含むポリゴン(2次元で図示しているため便宜上、辺をポリゴンとみなす))上に存在するため、交点OX,頂点MP1間の距離R1が頂点,ポリゴン間距離として認識される。この距離R1が最小値であれば、ポリゴンOPL1は対応ポリゴンとなる。
【0067】
また、上記対応頂点を含むすべてのポリゴンのうち、第2の改良対象頂点からおろした垂線との間に交点を有するポリゴンが全く存在しないときは、例外処置として、上記対応頂点を対応ポリゴンとみなし、上記対応頂点と第2の改良対象頂点との距離を頂点,ポリゴン間距離とする。
【0068】
例えば、図9に示すように、中間サーフェースデータMSD上の頂点MP1を第2の改良対象頂点としたとき、オリジナルデータOD上の頂点OP2が対応頂点となるが、頂点MP1からおろした垂線との交点を有するポリゴンが全く存在しないため、上記例外処置によって、頂点OP2が対応ポリゴンとみなされ、頂点OP2,頂点MP1間の距離R2が頂点,ポリゴン間距離となる。
【0069】
さらに例を挙げて説明する。図10に示すように、中間サーフェースデータ11Bが生成され、2つのオリジナルデータO11,O12が存在するとき、中間サーフェースデータ11Bの頂点P5は、オリジナルデータO11の頂点P31及びオリジナルデータO12のポリゴンPG41を対応ポリゴンとして決定する。また、中間サーフェースデータ11Bの頂点P4はオリジナルデータO11のポリゴンPG32及びオリジナルデータO12のポリゴンPG41を対応ポリゴンとして決定する。
【0070】
最後にステップS37で、中間サーフェースデータの各頂点を順次第2の改良対象頂点とし、該第2の改良対象頂点に対応する複数のオリジナルデータそれぞれの対応ポリゴンのうち、頂点,ポリゴン間距離が第2の基準値以下という第2の位置条件を満足するポリゴンを選択し、選択したすべての対応ポリゴンの頂点,ポリゴン間距離の和が最小値あるいは一定値以下になるという距離条件を満足するように、第2の改良対象頂点の位置を移動する。この移動処理を中間サーフェースデータの全頂点を第2の改良対象頂点として実行することにより、最終的に確定サーフェースデータ11Cを得る。この移動によって、オリジナルデータを合成してサーフェースデータを生成する際に発生した誤差を最小にすることができる。
【0071】
例えば、図11に示すように、中間サーフェースデータ11BがオリジナルデータO12に片寄って生成された場合でも、ステップS37の移動処理によって、オリジナルデータO11への片寄りが改善された確定サーフェースデータ11Cを得ることができる。
【0072】
上記したステップS36,S37の処理によって下記の効果を奏する。オリジナルデータで規定される複数のメッシュから、第2の改良対象頂点に対して第2の基準位置以内の頂点,ポリゴン間距離で対応する対応ポリゴンを有する所定数のメッシュを選択するため、第2の改良対象頂点との距離が必要以上に離れて信頼性の乏しい対応ポリゴンを有するオリジナルデータを選択対象から除去することができる。
【0073】
そして、選択した所定数のメッシュそれぞれの対応ポリゴンとの距離が最小あるいは一定値以下の距離条件を満足するように、第2の改良対象頂点の移動させることにより、確定サーフェースデータを得ている。
【0074】
したがって、オリジナルデータによって中間サーフェースデータが補正されるため、中間サーフェースデータの精度が多少劣化していても、オリジナルデータの精度を反映した、精度の高い確定サーフェースデータを得ることができる。
【0075】
以上の結果、ステップS3で実行される多視点3次元データの合成方法は、多視点から得られたオリジナルデータの有する精度及び解像度を維持しながら、ステップS31〜S33で得られるサーフェースデータの冗長性を必要以上に高くすることなく、オリジナルデータ自身に生じる誤差に対しても安定した確定サーフェースデータを実用レベルの時間内で得ることができるという効果を奏する。
【0076】
<記録媒体への適応>
図2で示した多視点3次元データの統合方法はコンピュータ3(図1参照)が読みとり可能なプログラムとしてフレキシブルディスク、CD−ROM等の外部記録媒体に記録させることができる。さらに、3次元入力装置2より得られたデータをポリゴンメッシュデータに変換する方法を含めて外部記録媒体に記録させることもできる。
【0077】
また、図2で示した多視点3次元データの統合方法のステップS3の処理である図3で示した多視点3次元データの合成方法のみをコンピュータが読みとり可能なプログラムとして外部記録媒体に記録させることもできる。この場合、他のプログラム(ステップS1,S2,S4の処理プログラム)はコンピュータのROMあるいはハードディスク内に予め書き込んでおき、さらに外部記録媒体それぞれからプログラムをロードしてステップS3の処理を実行する等の方法が考えられる。
【0078】
さらには、本実施の形態の特徴部であるステップS34〜S37の処理のみを外部記録媒体に記録させてもよい。この場合、他のプログラム(ステップS1,S2,S31〜S33及びS4の処理プログラム)は前述したようにコンピュータのROMあるいはハードディスク内に予め書き込んでおき、さらに外部記録媒体それぞれからプログラムをロードして実行する等の方法が考えられる。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明における請求項1記載の多視点3次元データの合成方法はステップ(a)で、ボクセルを用いた既存のボリューム方式でサーフェースデータを得ているため、オリジナルの複数の3次元データ自身に生じる誤差に対しても安定したサーフェースデータを得ることができる。
【0080】
加えて、ステップ(b)で、第1の改良対象頂点に対して第1の位置条件を満足する対応頂点を有しかつ所定の解像度条件を満足する解像度を有するメッシュを複数のメッシュから一つ選択し、選択したメッシュの構造に合わせてサーフェースデータ用メッシュの第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造を改良するため、ステップ(a)で得られたサーフェースデータの解像度に関係なく、オリジナルデータである所定の解像度条件を満足する3次元データの解像度に適合した中間サーフェースデータを得ることができる。
【0081】
したがって、ボクセルサイズを必要以上に小さくすることになく、オリジナルデータの解像度を維持した中間サーフェースデータを得ることができ、その結果、ボクセルサイズを小さくしてサーフェースデータの冗長性を必要以上に高くする必要がなくなるため、ステップ(a)に要する時間も実用レベルに抑えることができる。
【0082】
また、ステップ(c)で、複数のメッシュから、第2の改良対象頂点に対して第2の位置条件を満足する対応ポリゴンを有する所定数のメッシュを選択し、所定数のメッシュそれぞれの対応ポリゴンとの距離が所定の距離条件を満足するように、第2の改良対象頂点の移動させることにより、確定サーフェースデータを得ている。
【0083】
したがって、オリジナルデータである複数の3次元データによって中間サーフェースデータが補正されるため、中間サーフェースデータの精度が多少劣化していても、オリジナルデータの精度を反映した、精度の高い確定サーフェースデータを得ることができる。
【0084】
以上の結果、請求項1記載の多視点3次元データの合成方法は、多視点から得られたオリジナルの3次元データの有する精度及び解像度を維持しながら、ステップ(a)で得られるサーフェースデータの冗長性を必要以上に高くすることなく、オリジナルの3次元データ自身に生じる誤差に対しても安定したポリゴンメッシュデータである確定サーフェースデータを実用レベルの時間内で得ることができるという効果を奏する。
【0085】
この発明における請求項2記載の多視点3次元データの合成方法において、第1の位置条件は第1の改良対象頂点と対応頂点との距離が第1の基準値以内である条件を含んでいるため、第1の改良対象頂点と必要以上に離れた距離にあり信頼性の乏しい対応頂点を有する3次元データを選択対象から除去することができる。
【0086】
また、所定の解像度条件は最も高い解像度を指定する条件を含むため、第1の位置条件を満足する対応頂点を有する3次元データのうち、最も高い解像度の3次元データが選ばれることにより、中間サーフェースデータの解像度はオリジナルデータの解像度と同程度の解像度を維持することができる。
【0087】
さらに、第2の位置条件は第2の改良対象頂点と対応ポリゴンとの距離が第2の基準値以内である条件を含むため、第2の改良対象頂点と必要以上に離れた距離にあり信頼性の乏しい対応ポリゴンを有する3次元データを選択対象から除去することができる。
【0088】
また、所定の距離条件は、所定数のメッシュそれぞれの対応ポリゴンとの距離の合計値が最小あるいは一定値以下となる条件を含むため、最もオリジナルの3次元データの形状を反映した精度の高い確定サーフェースデータを得ることができる。
【0089】
請求項3記載の多視点3次元データの合成方法における第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造の改良処理は、選択したメッシュの解像度がサーフェースデータ用メッシュの解像度よりも高い場合、第1の改良対象頂点の近傍領域に新たな頂点を生成してポリゴンを分割する処理を含んでいるため、上記ポリゴンを分割する処理によって解像度が低いサーフェースデータを、選択したオリジナルのメッシュの解像度に近づけることにより改良することができる。
【0090】
請求項4記載の多視点3次元データの合成方法における第1の改良対象頂点の近傍のメッシュ構造の改良処理は、選択したメッシュの解像度がサーフェースデータ用メッシュの解像度よりも低い場合、第1の改良対象頂点の近傍領域にある頂点を削除してポリゴンを統合する処理を含んでいるため、上記ポリゴンを統合する処理によって解像度が必要以上に高く冗長性が高いサーフェースデータを、選択したオリジナルのメッシュが有する適度な解像度に近づけることにより改良することができる。
【0091】
この発明における請求項5記載の記録媒体は、請求項1記載の多視点3次元データの合成方法のステップ(b),(c)をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されている。
【0092】
したがって、ステップ(b)を実行させることにより、ボクセルサイズを必要以上に小さくすることになく、オリジナルデータの解像度を維持した中間サーフェースデータを得ることができ、計算に要する時間も実用レベルに抑えることができる。
【0093】
さらに、ステップ(c)を実行させることにより、オリジナルデータである複数の3次元データによって中間サーフェースデータが補正されるため、中間サーフェースデータの精度が多少劣化していても、オリジナルデータの精度を維持した、精度の高い確定サーフェースデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態で用いられるシステムのハードウェア構成の概略を示す説明図である。
【図2】 この発明の実施の形態である多視点3次元データの統合方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図3】 図2で示した複数のポリゴンメッシュデータの合成方法の処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図4】 図3で示した対応頂点の探索処理例を示す説明図である。
【図5】 図3で示したポリゴンの分割処理例を示す説明図である。
【図6】 図3で示したポリゴンの分割処理例を示す説明図である。
【図7】 図3で示したポリゴンの分割処理例を示す説明図である。
【図8】 図3で示した対応ポリゴンの探索処理例を示す説明図である。
【図9】 図3で示した対応ポリゴンの探索処理例を示す説明図である。
【図10】 図3で示した対応ポリゴンの探索処理例を示す説明図である。
【図11】 図3で示した中間サーフェースデータの頂点の移動処理例を示す説明図である。
【図12】 メッシュのクリッピング動作を示す説明図である。
【図13】 メッシュのクリッピング動作を示す説明図である。
【図14】 メッシュのクリッピング動作を示す説明図である。
【図15】 ボクセル構造を示す説明図である。
【図16】 ボリュームベース方式における符号付き距離例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 被写体、2 3次元入力装置、3 コンピュータ
Claims (5)
- 多視点から被写体を計測して得られる複数の3次元データを1つの3次元データに合成する多視点3次元データの合成方法であって、前記複数の3次元データはそれぞれポリゴンメッシュ構造を呈し、
(a) ボクセルを用いたボリューム方式でサーフェースを定義することにより、前記複数の3次元データからポリゴンメッシュ構造の一つのサーフェースデータを求めるステップと、
(b) 前記サーフェースデータで規定されたサーフェースデータ用メッシュと前記複数の3次元データで規定された複数のメッシュそれぞれとを比較して、前記サーフェースデータ用メッシュの各頂点を順次第1の改良対象頂点とし、該第1の改良対象頂点に対して第1の位置条件を満足する対応頂点を有しかつ所定の解像度条件を満足する解像度を有するメッシュを前記複数のメッシュから一つ選択し、選択したメッシュの構造に合わせて前記サーフェースデータ用メッシュの前記第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造を改良して中間サーフェースデータを得るステップと、
(c) 前記中間サーフェースデータで規定された中間サーフェースデータ用メッシュと前記複数の3次元データで規定された複数のメッシュそれぞれとを比較して、前記中間サーフェースデータ用メッシュの各頂点を順次第2の改良対象頂点とし、前記複数のメッシュから、第2の改良対象頂点に対して第2の位置条件を満足する対応ポリゴンを有する所定数のメッシュを選択し、前記所定数のメッシュそれぞれの前記対応ポリゴンとの距離が所定の距離条件を満足するように、前記第2の改良対象頂点を移動させることにより、確定サーフェースデータを得るステップと、
を備える多視点3次元データの合成方法。 - 前記第1の位置条件は前記第1の改良対象頂点と前記対応頂点との距離が第1の基準値以内である条件を含み、
前記所定の解像度条件は最も高い解像度を指定する条件を含み、
前記第2の位置条件は前記第2の改良対象頂点と前記対応ポリゴンとの距離が第2の基準値以内である条件を含み、
前記所定の距離条件は、前記所定数のメッシュそれぞれの前記対応ポリゴンとの距離の合計値が最小あるいは一定値以下となる条件を含む、
請求項1記載の多視点3次元データの合成方法。 - 前記第1の改良対象頂点の近傍領域のメッシュ構造の改良処理は、前記選択したメッシュの解像度が前記サーフェースデータ用メッシュの解像度よりも高い場合、前記改良対象頂点の近傍領域に新たな頂点を生成してポリゴンを分割する処理を含む、
請求項1あるいは請求項2記載の多視点3次元データの合成方法。 - 前記第1の改良対象頂点の近傍のメッシュ構造の改良処理は、前記選択したメッシュの解像度が前記サーフェースデータ用メッシュの解像度よりも低い場合、前記改良対象頂点の近傍領域にある頂点を削除してポリゴンを統合する処理をさらに含む、
請求項3記載の多視点3次元データの合成方法。 - 請求項1記載の多視点3次元データの合成方法における前記ステップ(b),(c)をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録されている、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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