JP3744841B2 - データ生成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ生成装置に関するもので、特に、人物の表情などといった特徴部分の濃淡を3次元立体模型に再現するための形状データのデータ生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
3次元の形状データを用いて、円筒状の素材を切削したり、又は、金型を用いて樹脂などを押し固めるなどすることによって、3次元立体模型を作成されるような方法が提案されている。このようにして、3次元立体模型を作成するために用いられる3次元の形状データの中には、3次元立体模型を作成するためのサンプルを様々な角度から撮像して得られた画像を解析することによって、サンプルの凹凸を判断して得られるものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにサンプルの3次元の形状データのみを利用して3次元立体模型を作成した場合、作成された3次元立体模型は、サンプルの外観の凹凸のみを表現したものとなる。よって、単色の素材や樹脂等から3次元立体模型が作成されるとき、実際のサンプルにおいて色の濃淡によって特徴づけられる部分を、明確に再現することができない。よって、例えば、人間の顔を含む頭部をサンプルとし、その3次元の形状データを利用して3次元立体模型が作成された場合、人間の顔で特徴となる眉毛、目、鼻、口元、シワ、クマ等の部分が3次元の形状データに大きく反映されていないため、細やかな表情や特徴の表現が困難である。
【0004】
このような問題を鑑みて、本発明は、人物の顔の3次元立体模型を作成する際に色の濃淡によって特徴づけられる部分を再現可能にするためのデータを生成するためのデータ生成装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載のデータ生成装置は、外部より与えられるデータから、人物の顔の外観を表す各点の座標位置を示す第1形状データと、該第1形状データで示される各位置の色及び輝度を表す画像データとを分割するデータ分割部と、前記画像データから鼻を中心とする所定の領域の画像データを抽出した後、該領域の画像データのうち肌色となる領域の画像データを除くことで特徴部の画像データを抽出する特徴部抽出部と、前記特徴部の画像データの輝度値に応じて、前記第1形状データによって表される各点の座標位置の移動量を求める高低変換部と、前記第1形状データに対して、前記各点の座標位置の移動量に応じてその座標位置を変更することによって、第2形状データを生成する形状データ変換部と、を有することを特徴とする。
【0006】
このようなデータ生成装置において、画像データの輝度値によって第1形状データのデータ量が変換されて、各点の座標位置を変更した第2形状データが生成される。この際、3点で構成される三角パッチの各頂点を平行移動させるようにしても構わないし、三角パッチの3頂点のうちの少なくと1点の座標位置を変更して角度補正を行うようにしても構わない。これによって、第2形状データに、3次元立体模型のサンプル表面上の色の濃淡を反映させることができる。
【0007】
又、前記画像データから、前記3次元立体物の特徴となる特徴部の画像データを抽出し、該特徴部の輝度値に基づいて、前記第1形状データにおける該特徴部に相当するデータ量の変換を行うことによって該特徴部の高低差を変更して、前記第2形状データを生成することができる。即ち、例えば、人物の顔などを3次元立体模型のサンプルとした場合、目、眉、口、クマ、シワ、鼻などを特徴部として、その色の濃淡を第2形状データに反映させることができる。
【0008】
このとき、前記画像データから、前記特徴部の位置する領域のデータの抽出を行った後、所定の範囲の信号レベルとなる色信号で表される領域のデータを除くことによって、前記特徴部の抽出を行うことができる。即ち、例えば、人物の顔などを3次元立体模型のサンプルとした場合、鼻を中心とした所定の矩形領域のデータを抽出した後、その色が肌色となる領域のデータを除くことで、目、眉、口、クマ、シワ、鼻などの特徴部を抽出することができる。
【0009】
更に、前記特徴部において、輪郭を明確にするために、エッジ強調処理が成されるようにすることで、例えば、人物の顔などを3次元立体模型のサンプルとした場合、第2形状データを用いて3次元立体模型を製作したとき、目元や口元などをはっきりとさせることができる。
【0010】
又、前記特徴部の一部に対して、境界線が緩やかな変換となるように、グラデーション処理が成されるようにすることで、例えば、人物の顔などを3次元立体模型のサンプルとした場合、第2形状データを用いて3次元立体模型を製作したとき、眉を自然で滑らかな凹凸で作成することができる。
【0011】
又、前記特徴部の一部に対して、所定の境界線内の領域について、輝度値が一定となるような処理が施されるようにすることで、例えば、人物の顔などを3次元立体模型のサンプルとした場合、第2形状データを用いて3次元立体模型を製作したとき、白目と黒目の境界をなくして、目全体をくぼませることができる。
【0012】
又、前記第1形状データで表される形状のうち前記画像データの輝度値が所定範囲の値に近づく部分ほど高低差が大きくなるように、前記第1形状データのデータ量が変換されることによって、前記第2形状データが生成されてもよい。
【0013】
又、前記第1形状データが複数の点の位置座標と所定数の当該点毎に囲まれた複数の多角形とを表すポリゴンデータであり、当該多角形をその法線方向に移動させて変更することで得られた前記複数の点の位置座標を前記第2形状データとすることで、第2形状データに、3次元立体模型のサンプル表面上の色の濃淡を反映させることができる。
【0014】
即ち、第1形状データが、3次元立体物を形成する各点の座標位置を示す位置データと、3点よりなる三角パッチを表す三角パッチデータとから成るとき、三角パッチデータより得られる各三角パッチ内の画像データより得られる複数の輝度の平均値によって、それぞれの三角パッチの移動量が決定される。そして、各三角パッチが、その法線方向に向かって、決定された移動量分移動することで、各点の座標位置が設定変更されて、第2形状データが生成される。
【0017】
このようなデータ生成装置において、高低変換部では、各点の座標位置の移動量を求める演算式として、1次式で表される連続となる線形の演算式や、2次式等の連続となる非線形の演算式や、不連続であるが単調増加又は単調減少する演算式などの複数の演算式のうちから一つを用いて、画像データの輝度値より求められるようにしても構わない。このように、複数の演算式の一つが用いられて、各点の座標位置の移動量が求められるとき、移動量を求めるために用いる演算式が外部より指定されるようにしても構わない。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明のデータ作成装置の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態では、3次元立体模型用のサンプルとして、人物の顔を例に挙げて説明する。
【0020】
図1のデータ作成装置は、後述する3次元形状データとテクスチャ画像データとを分割するデータ分割部1と、データ分割部1から送出されるテクスチャ画像データより得られるテクスチャ画像内の後述する特徴部に相当する部分の画像データを抽出する特徴部抽出部2と、特徴部抽出部2で得られた画像データをRGB(Red Green Blue)データから白黒のグレースケールで表されるデータに変換するグレースケール変換部3と、グレースケール変換部3から与えられる画像データに対して各部に応じた画像処理を施す特徴部加工部4と、3次元形状データに含まれる形状データの移動量を求める高低変換部5と、データ分割部1より与えられる3次元形状データを高低変換部5から与えられる移動量に応じて変換する3次元形状データ変換部6と、3次元形状データ変換部6で変換された3次元形状データより形状データのみを抽出する形状データ抽出部7と、3次元立体模型を作成するための加工データを生成する加工データ生成部8とから構成される。
【0021】
このような構成のデータ作成装置に入力される3次元形状データとテクスチャ画像データについて、図面を参照して説明する。この3次元形状データ及びテクスチャ画像データは、例えば、特開平10−124704号公報で提案されているような立体モデル作成方法を利用することによって作成されたデータである。3次元形状データは、図2のように、サンプルの凹凸を示すための3次元の絶対座標位置を表す形状データと各絶対座標位置に対応するテクスチャ画像上での位置を示すための画像位置指定データとから構成される座標位置データと、ポリゴンを形成するための三角パッチを構成する3点を示すとともに対応するテクスチャ画像データのファイル名を示す三角パッチデータとを有する。
【0022】
このとき、座標位置データが、(x,y,z,a,b)のように表され、(x,y,z)が3次元の絶対座標位置を表すとともに、(a,b)が(x,y,z)の位置に相当するテクスチャ画像上での座標位置を表す。又、三角パッチデータが、(p−q−r,f)のように表され、p,q,rが座標位置データによって表される三角パッチの各頂点を表すとともに、fがその三角パッチに張り付けられるテクスチャ画像データをのファイル名を表す。又、テクスチャ画像データは、RGBデータを有するJPEG(Joint Photographic Coding Experts Grouup)ファイルやビットマップファイルなどで構成され、連続した画像を展開して得られた画像データである。
【0023】
即ち、座標位置データ内の絶対座標位置によって図2(a)のようなポリゴンが描かれるとともに、ファイルf1によるテクスチャ画像データによって図2(c)のようなテクスチャ画像が描かれるとき、図2(a)の点p1,q1,r1で囲まれる図2(b)のような三角パッチに、図2(c)における点P1,Q1,R1で囲まれた部分の画像が張り付けられる。
【0024】
このとき、p1,q1,r1がそれぞれ、(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)であり、P1,Q1,R1がそれぞれ、(a1,b1)、(a2,b2)、(a3,b3)であるとき、点P1,Q1,R1それぞれに応じた座標位置データ(x1,y1,z1,a1,b1)、(x2,y2,z2,a2,b2)、(x3,y3,z3,a3,b3)となる。よって、図2(b)のような三角パッチによって、三角パッチデータ(p1−q1−r1,f1)が得られる。
【0025】
このような座標位置データと三角パッチデータで構成される3次元形状データ、及びテクスチャ画像データが図1のデータ作成装置に入力されると、まず、データ分割部1において、3次元形状データとテクスチャ画像データが分割される。そして、3次元形状データが3次元形状データ変換部6に与えられるとともに、テクスチャ画像データが特徴部抽出部2に与えられる。
【0026】
特徴部抽出部2では、まず、与えられたテクスチャ画像データより、特徴部を含む特徴領域内の画像データの抽出が行われる。この特徴部は、テクスチャ画像サンプルの特徴の最も現れる部分であり、その中心部分を中心として相対的に設定された領域が特徴領域となる。即ち、本実施形態のように、サンプルが人物の顔である場合、特徴部は、目、鼻、眉、口、クマ、シワであり、特徴領域は、この目、鼻、眉、口、クマ、シワより成る特徴部を含むため、鼻を中心として相対的に設定される。よって、図3(a)のようなテクスチャ画像が描かれる場合、図3(b)のように鼻付近を中心点Oとした特徴領域が設定され、図3(c)のように特徴領域が抽出される。
【0027】
このようにして特徴領域内の画像データが抽出されると、次に、この特徴領域内の画像データから、RGBそれぞれが所定範囲のデータ量となる条件を満たす領域を除去することによって、特徴部の画像データのみを抽出する。即ち、本実施形態のように、サンプルが人物の顔である場合、R=150〜200、G=130〜180、B=90〜140(この数値は、各信号の0〜255の階調レベルを表す)を満たす肌色となる領域は、特徴のある部分ではないので、この肌色となる領域を除去する。よって、図3(c)のような特徴領域から、上述のRGBの階調レベルを満たす肌色となる領域が除かれて、図3(d)のような特徴部が抽出される。
【0028】
このようにして、特徴部の画像データが抽出されると、抽出された画像データがグレースケール変換部3に与えられ、特徴部の画像データがRGBデータより白黒で表されるグレーデータに変換される。よって、後段の特徴部加工部4及び高低変換部5では、画像データは全てグレーデータが用いられる。このグレーデータで表される画像データは、そのデータ量が輝度値に相当するもので画像の濃淡を表す。よって、例えば、このグレーデータで表される画像データを、256階調で表されるデジタルデータとするとき、0が最も濃く、255が最も淡くなる。
【0029】
このようにグレーデータに変換された特徴部の画像データが特徴部加工部4に与えられると、特徴部の各部を表す領域毎にエッジ強調処理やグラデーション処理や輝度値補正処理などの画像処理を施すことによって、画像データの加工を行う。即ち、まず、特徴部全体の特徴を明らかにするために、エッジ強調処理を施す。その後、エッジ強調処理を施すことによって境界線部分の輝度値の変化量が大きいことが望ましくない部分については、エッジ強調処理を施した後に、グラデーション処理を施し境界線部分を滑らかにする。又、全体的に凹凸なく平坦な状態にしたい部分については、エッジ強調処理を施した後に輝度値補正処理を行い、同一の輝度値となるように補正する。
【0030】
このような動作を行う特徴部加工部4において、本実施形態のように、サンプルが人物の顔である場合、まず、特徴部となる目、鼻、眉、口、クマ、シワを強調するために、特徴部全体にエッジ強調処理が行われる。このようにすることで、例えば、目元をはっきりさせたり、二重まぶたを強調させたりすることができる。又、眉や口がエッジ強調処理されることで、自然な状態と異なった形状となるため、できるだけ自然な状態に近くなるように、その境界線部分の輝度を緩やかな変化に変換するためのグラデーション処理を施す。又、白目と黒目とを同じ輝度値になるように、目の中の領域全てに対して輝度値補正処理を施す。よって、図3(d)のように表される特徴部の画像データに、各領域毎に各種画像処理を施すことで、図3(e)のように表される特徴部の画像データに加工される。
【0031】
このように特徴部加工部4で加工された画像データは、高低変換部5に与えられ、画像データの輝度値を移動量に変換して、この移動量によって表される移動データを生成する。この輝度値と移動量とは比例関係にある。よって、画像データが上述のように256階調である場合、輝度値0に対する移動量が最も大きくなるとともに、輝度値255に対する移動量が0となるようにして、移動データを生成する。このとき、例えば、図4のように、輝度値0に対する移動量が−5mmとなるとともに、輝度値255に対する移動量が0となるようにする場合、移動量が輝度値1当たり略−0.02mmとなる。よって、このとき、輝度値Lと移動量sの関係が、s=−0.02×Lとなる。
【0032】
このようにして特徴部における移動データが生成されるとき、特徴部抽出部2で抽出された特徴部以外の部分については、その移動量が0とされる。よって、特徴部と特徴部以外の部分の移動量が組み合わされて全領域を表す移動データが生成される。尚、上述の画像データ(テクスチャ画像データを含む)及び移動データについては、テクスチャ画像上の座標位置に関するデータが含まれているものとする。
【0033】
このようにして画像データの輝度値が移動量に変換されて生成された移動データが、データ分割部1から3次元形状データが与えられる3次元形状データ変換部6に送出される。そして、まず、3次元形状データの三角パッチデータから得られる各三角パッチ毎に、その移動量が演算される。この三角パッチ毎の移動量は、例えば、図2(b)に示す点p1,q1,r1による三角パッチの場合、この三角パッチに相当する図2(c)の点P1,Q1,R1で囲まれる領域内の各点における高低変換部5で求められた移動量の平均値を求めることによって得られる。
【0034】
このように各三角パッチの移動量が求められると、各三角パッチの移動方向である法線ベクトルが求められる。このとき、各三角パッチの三角パッチデータより三角パッチを構成する3点を認識し、この3点それぞれについて、座標位置データより3次元の絶対座標位置を確認する。そして、確認された3点の絶対座標位置より単位ベクトルとなる法線ベクトルが求められる。よって、例えば、図2(b)に示す点p1,q1,r1による三角パッチの法線ベクトルは、次のように表される。尚、k=(((y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1))2+((z2-z1)(x3-x1)-(z3-z1)(x2-x1))2+((x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1))2)1/2である。
(((y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1))/k,((z2-z1)(x3-x1)-(z3-z1)(x2-x1))/k,((x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1))/k)
【0035】
このように各三角パッチの移動量及び法線ベクトルが求められると、各三角パッチに対して、その法線ベクトルの方向に対して移動量分移動させるように、各三角パッチを構成する各点の絶対座標位置が変更される。即ち、図2(b)に示す点p1,q1,r1による三角パッチの場合、図5のように、法線ベクトルRの方向に対して、移動量D分移動させるように、点p1,q1,r1の絶対座標位置が変更されて座標位置データが変更される。このようにして、座標位置データが変更されることによって、3次元形状データが変換される。
【0036】
この変換された3次元形状データが形状データ抽出部7に与えられると、3次元形状データの座標位置データ(x,y,z,a,b)より絶対座標位置を表す(x,y,z)を形状データとして抽出する。このようにして、テクスチャ画像データの特徴部の画像データから得られた移動データに基づいて形状データが生成され、この形状データがテクスチャ画像内の特徴部を強調させるようなデータとなる。
【0037】
そして、生成された形状データが加工データ生成部8に与えられると、3次元立体模型を生成するための加工用データが生成される。この加工用データとして、例えば、3次元立体模型を切削加工して生成する場合、円筒状の素材を切削するエンドミルの移動経路や切削量などを示す切削加工用データが生成される。尚、この加工用データは、3次元立体模型を製造する方法に応じて生成されるデータであり、例えば、光造形を利用して3次元立体模型を製造する場合は、この光造形用のデータが生成される。
【0038】
この加工データ生成部8で生成された加工用データが、3次元立体模型を生成するための製造装置に与えられることによって、製造装置がこの加工用データに基づいて自動的に動作し、3次元立体模型が生成される。このとき、この3次元立体模型は、テクスチャ画像データにおける特徴部の濃淡が強調された模型となる。即ち、特徴部が特徴部以外の部分と比べて、その高低差が大きくなるように生成される。
【0039】
よって、サンプルが人物の顔である場合、目、鼻、眉、口、クマ、シワの特徴部の高低差が大きくなり、テクスチャ画像における目、鼻、眉、口、クマ、シワの特徴部濃淡が強調された3次元立体模型が生成される。即ち、データ作成装置に入力された3次元形状データより得られる形状データにより、図6(a)のような3次元立体模型が生成されるとき、データ作成装置から出力される形状データにより、図6(b)のような3次元立体模型が生成される。
【0040】
尚、このようなデータ作成装置によって生成された加工用データを用いて3次元立体模型を生成するとき、エンドミルなどで切削して生成するものとしたが、このような生成方法に限らず、光造形など他の方法を用いて3次元立体模型を生成するようにしても構わない。
【0042】
又、本実施形態において、高低変換部で移動量を図4のような輝度値と線形的な関係となる連続的な1次式より求められるようにしたが、例えば、2次式や3次式などの非線形となる演算式を用いて求められるようにしても構わないし、不連続であるが単調に増加又は減少するような関係を持つ演算式を用いて求められるようにしても構わない。更に、外部から操作されることによって、この高低変換部で移動量を求める際に用いられる演算式が、このような複数の演算式より選択されるようにしても構わない。
【0043】
又、本実施形態において、3点からなる三角パッチ毎に輝度値に応じた移動量が求められ、各三角パッチを、その法線方向に、求めた移動量分だけ平行移動させるようにして、特徴部の特徴付けを行ったが、3点からなる三角パッチ毎に輝度値に応じて補正する角度を求め、各三角パッチの3頂点のうちの少なくとも1点の座標位置を変更して、求められた角度分の補正を行って、特徴部の特徴付けを行うようにしても構わない。
【0044】
【発明の効果】
本発明によると、画像データによる濃淡に基づいて、3次元の形状データのデータ量の変換を行うため、3次元立体模型のサンプル表面上の色の濃淡を3次元の形状データに反映させることができる。よって、このような3次元の形状データを用いて3次元立体模型を製作したとき、3次元立体模型のサンプル上における特徴を強調して表現させることができる。即ち、例えば、人物の顔をサンプルとした場合、単色の3次元立体模型において、その人物の表情などの特徴を強調させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデータ作成装置の内部構成を示すブロック図。
【図2】3次元形状データとテクスチャ画像データの関係を示すための図。
【図3】テクスチャ画像データの処理される様子を示すための図。
【図4】輝度値と移動量の関係を示す図。
【図5】3次元形状データ変換部での動作を示すための図。
【図6】データ作成装置による処理前の3次元形状データによる3次元立体模型の様子と、データ作成装置による処理後の形状データによる3次元立体模型の様子とを示す図。
【符号の説明】
1 データ分割部
2 特徴部抽出部
3 グレースケール変換部
4 特徴部加工部
5 高低変換部
6 3次元形状データ変換部
7 形状データ抽出部
8 加工データ生成部
Claims (7)
- 外部より与えられるデータから、人物の顔の外観を表す各点の座標位置を示す第1形状データと、該第1形状データで示される各位置の色及び輝度を表す画像データとを分割するデータ分割部と、
前記画像データから鼻を中心とする所定の領域の画像データを抽出した後、該領域の画像データのうち肌色となる領域の画像データを除くことで特徴部の画像データを抽出する特徴部抽出部と、
前記特徴部の画像データの輝度値に応じて、前記第1形状データによって表される各点の座標位置の移動量を求める高低変換部と、
前記第1形状データに対して、前記各点の座標位置の移動量に応じてその座標位置を変更することによって、第2形状データを生成する形状データ変換部と、
を有することを特徴とするデータ生成装置。 - 前記特徴部の画像データの各部分の画像データに対して、当該各部分それぞれに応じた所定の画像処理を施す特徴部加工部を有し、
前記特徴部の画像データの輝度値は、前記特徴部加工部で処理された前記特徴部の画像データの輝度値であることを特徴とする請求項1に記載のデータ生成装置。 - 前記特徴部加工部において、輪郭を明確にするために、エッジ強調処理が施されることを特徴とする請求項2に記載のデータ生成装置。
- 前記特徴部加工部において、前記特徴部の一部に対して、境界線が緩やかな変換となるように、グラデーション処理が施されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のデータ生成装置。
- 前記特徴部加工部において、前記特徴部の一部に対して、所定の境界線内の領域について、輝度値が一定となるように輝度値補正処理が施されることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれかに記載のデータ生成方法。
- 前記高低変換部において、前記第1形状データで表される形状のうち前記画像データの輝度値が所定範囲の値に近づく部分ほど高低差が大きくなるように、前記移動量が求められることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載のデータ生成装置。
- 前記第1形状データが複数の点の位置座標と所定数の当該点毎に囲まれた複数の多角形とを表すポリゴンデータであり、当該多角形をその法線方向に移動させて変更することで得られた前記複数の点の位置座標を前記第2形状データとすることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載のデータ生成装置。
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