JP3777989B2

JP3777989B2 - 立体形状データ変換装置及び立体形状データ変換方法

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Publication number: JP3777989B2
Application number: JP2001027628A
Authority: JP
Inventors: 高木　　太郎; 達朗矢敷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-02-05
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体形状データ変換装置に関し、特に３次元のビットマップデータや点群データを、操作性・利用性の高いＣＡＤデータに変換することのできる立体形状データ変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実際物の立体形状を計測し、データとして記述するには、Ｘ線ＣＴ装置，表面計測プローブ，レーザ計測機などの３次元ディジタイザが利用される。これらの装置は、局所的なセルや点の集合であるビットマップデータや点群データを出力する。これに対して一般の３次元ＣＡＤは、大域的な位相幾何学的な情報を持つ「Ｂ−ｒｅｐｓ」（Boundary representations：境界表現）と呼ばれるデータを利用している。そのため計測された立体形状を３次元ＣＡＤで利用するには、適切なデータ変換技術が不可欠である。
【０００３】
局所的な情報しか持たず、大域的な情報を持たないビットマップデータや点群データを変換し、大域的な情報を持つＢ−ｒｅｐｓデータを得るには、これまで主に二つの方法が利用されていた。一つは、ビットマップデータや点群データが表す立体形状を、多面体（ポリゴン）を使用して近似的に記述する方法である。場合によっては、得られた多面体をさらにＮＵＲＢＳ（NON-UNIFORM RATIONAL B-SPLINE：非一様有理Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ面）などの自由曲面に変換することもある。この方法は、特開平１１−３３９０７１号公報に記載されている。上記の公報には、位相構造を持った物体の表面に分布する整列していない点群から、詳細なポリゴンメッシュを生成する方法が示されている。
【０００４】
もう一つは、立体形状を平行な多数の平面でスライスし、得られた断面形状をＢ−ｓｐｌｉｎｅなどの自由曲線で記述してから、これらを結合してＮＵＲＢＳなどの自由曲面とする方法である。この方法は、たとえば次の文献に詳しく記載されている。
【０００５】
「Layered manufacturing of surfaces
with open contours using localized
wall thickening」
（P. Alexander・D. Dutta）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、立体形状の全体を多面体や自由曲面で近似することにより、ほぼ自動的にビットマップデータや点群データをＢ−ｒｅｐｓデータに変換することができる。
【０００７】
しかし工業分野においては、ビットマップデータが膨大なデータ量になり、多面体を自由曲面として近似すると、変換後のＢ−ｒｅｐｓデータが大きくなり過ぎ、そのデータを更に３次元ＣＡＤで使用する際や、工作機械での加工に用いる際に、作業効率の悪化を招くことを発明者らは見出した。
【０００８】
多面体や自由曲面は、ＮＣ工作機械を使用して切削加工を行う際の工具経路の計算が複雑で、大きい径の工具を使って高速に加工することが困難である。そのため前記従来技術では、Ｂ−ｒｅｐｓデータから自動的にＮＣプログラムを作り、計測された立体形状を持つ部品を短時間で製作することが難しいのである。
【０００９】
本発明の目的は、３次元ビットマップデータを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換する立体形状データ変換装置及び立体形状データ変換方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、立体形状データ変換装置が、点群データを表示し、点群データの中から選択されたシード点の情報が送信されるシード点選択手段と、シード点を含むグループにおける点の集合の幾何学的な形態の分類を表す種別が送信されるグループ種別定義手段と、送信されたシード点及び種別に基づいてシード点を含むグループデータが送信されるグループ記憶手段と、グループに含まれる点と種別に基づいて点の集合の形態であるグループの特徴量を計算し、特徴量に基づきグループに属する点座標の境界をグループ拡張手段に送信するグループ境界決定手段と、グループに属する点座標の境界に基づいて境界の内側に位置する点をグループ記憶手段に送信し、グループデータに境界の内側に位置する点を追加するグループ拡張手段と、グループに追加された点群データによって変化するグループの特徴量と境界をグループ境界決定手段で求め直す手段と、点群データに含まれる点がいずれかのグループに属した時点で、グループの位相関係を求めるグループ位相抽出手段と、グループの種別と特徴量及び位相関係に基づき位相幾何データを作成するソリッドモデル構成手段を備えることにより、解決することができる。
【００１１】
これによれば、必要な部位が幾何学的に厳密に定義され、３次元ＣＡＤで快適に操作することができ、ＮＣプログラムの自動作成にも適したＢ−ｒｅｐｓデータを得ることのできる立体形状データ変換装置を提供することができる。
【００１２】
また、幾何学的に厳密に定義する必要のある面要素を、対話的なＣＡＤ操作によって利用者が自由に指定することができる。
【００１３】
また、幾何学的に厳密に定義する必要のある面要素を指定する際、必要な部位だけを利用者に選択的に表示することによって、ＣＡＤ操作を容易・確実にすることができる。
【００１４】
また、入力された立体形状データに多くのノイズが含まれている場合でも、ノイズの影響を避けて的確なデータ変換を行うことができる
また、幾何学的に厳密に定義する必要のある面要素を指定する際、高い精度の求められない部位を利用者が指定する必要がなくなり、ＣＡＤ操作を省くことができる。
【００１５】
また、複数のグループの間にある幾何学的な拘束関係が明らかな場合、より高精度なデータ変換を行うことができる。
【００１６】
また、必要な部位が幾何学的に厳密に定義され、３次元ＣＡＤで快適に操作することができ、ＮＣプログラムの自動作成にも適したＢ−ｒｅｐｓデータを得ることのできる立体形状データ変換方法を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明者らは、３次元ビットマップデータを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換するにあたって、機械の部品を対象とする場合など、多面体や自由曲面として変換されているＢ−ｒｅｐｓデータの一部を、幾何学的に厳密な平面や円柱面として記述することを考案した。
【００１８】
多面体や自由曲面は自由度が大きく、定義するには平面や円柱面に比べてはるかに多くのパラメータを持たせる必要がある。そのため、それら多面体や自由曲面を持ったＢ−ｒｅｐｓデータは巨大なものとなり、それらを３次元ＣＡＤとして使って工作機械を操作しようとしても、コンピュータの応答はきわめて遅くなるのである。
【００１９】
そこで発明者らは、このような場合に、多面体や自由曲面としてＢ−ｒｅｐｓに変換されていたデータの内、その一部を平面や円柱面に置き換えることを見出した。以下、それらの実施態様を説明する。
【００２０】
（第１の実施例）
立体形状データ変換装置Ｃの構成を図１に示す。立体形状データ変換装置Ｃは、入力された点群データＤ１をＢ−ｒｅｐｓデータＤ２に変換して出力する機能を持ち、点群記憶手段Ｃ１と、グループ記憶手段Ｃ２と、表示手段Ｃ３と、入力手段Ｃ４と、シード点選択手段Ｃ５と、グループ拡張手段Ｃ６と、グループ境界決定手段Ｃ７と、グループ種別定義手段Ｃ８と、グループ位相抽出手段Ｃ９と、ソリッドモデル構成手段Ｃ１０によって構成されている。
【００２１】
点群記憶手段Ｃ１・グループ記憶手段Ｃ２は、メモリやハードディスクで構成されており、入力されたデータを記憶して、必要な時に出力する機能を持つ。
【００２２】
点群記憶手段Ｃ１が記憶する点群データＤ１は、実際物の表面に位置する点の座標を記述するデータであり、３次元ディジタイザから立体形状データ変換装置Ｃに入力される。たとえば次のようなデータ構成となっている。
【００２３】
点１＝（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）
点２＝（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）
点３＝（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）
：
点ｎ＝（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）
点群記憶手段Ｃ１にビットマップデータを入力することもできる。その場合に点群記憶手段Ｃ１は、ビットマップデータを自動的に点群データＤ１に変換して記憶する。
【００２４】
グループ記憶手段Ｃ２が記憶するグループデータＤ３は、「グループ」を記述するデータである。ここでの「グループ」とは、点群データＤ１に含まれている点の一部を要素とする集合に対し、それらの点の集合の幾何学的な形態の分類を表す「種別」と、点の集合の形態を詳細に規定する「特徴量」を付加したものである。グループデータＤ３は、たとえば次のようなデータ構成となっている。
【００２５】
グループａの記述（点の集合，種別，特徴量）
グループｂの記述（点の集合，種別，特徴量）
：
グループｍの記述（点の集合、種別、特徴量）
表示手段Ｃ３は、点群記憶手段Ｃ１とグループ記憶手段Ｃ２から、点群データＤ１とグループデータＤ３を取り出し、利用者に視覚的に表示する機能を持っている。表示手段Ｃ３に表示グループ指定コマンドＤ４を入力すると、いくつかのグループを選択的に指定することができる。これによって表示手段Ｃ３は、点群データＤ１に含まれるすべての点を表示するだけでなく、指定されたグループのすべて、あるいはいずれかに属する点だけを表示したり、指定されたグループのいずれにも属さない点だけを表示したりすることができる。
【００２６】
入力手段Ｃ４は、利用者から入力されるコマンドを受け取り、これを処理する機能を持つ。利用者は、表示グループ指定コマンドＤ４，シード点選択コマンドＤ５，グループ種別定義コマンドＤ６などのコマンドを、キーボードやマウスを使って入力することができる。
【００２７】
シード点選択手段Ｃ５は、シード点選択コマンドＤ５を受け、シード点データＤ７をグループ記憶手段Ｃ２に送り、利用者によって選択された「シード点」を含む新しいグループを作成して、グループ記憶手段Ｃ２に記憶させる機能を持つ。「シード点」とは、グループが最初に含んでいる点のことである。シード点選択コマンドＤ５は、点群データＤ１に含まれている点のうちの一つを利用者が選択するためのコマンドであり、シード点データＤ７は、利用者が選択した点を記述するデータである。
【００２８】
グループ拡張手段Ｃ６は、グループ境界データＤ８を受け、点群データＤ１の中から、既存のグループに追加することのできる点を探す。そのような点が存在した場合、追加点データＤ９をグループ記憶手段Ｃ２に送って、グループにその点を追加する機能を持っている。グループ境界データＤ８は、グループの境界を定義するデータである。追加点データＤ９は、グループを指定し、追加する点を記述するデータである。
【００２９】
グループ境界決定手段Ｃ７は、グループデータＤ３に含まれているグループに属するすべての点の座標と、グループの種別に基づき、そのグループの特徴量と境界を決める機能を持つ。グループの特徴量と境界は幾何学的に計算され、そのうちの境界は、グループ境界データＤ８としてグループ拡張手段Ｃ６に送られる。
【００３０】
グループ種別定義手段Ｃ８は、グループ種別定義コマンドＤ６を受け、既存のグループの種別を定義する機能を持つ。グループの種別の定義は、グループ種別データＤ１０を、グループ記憶手段Ｃ２に送ることによって行う。グループ種別データＤ１０は、グループを指定し、その種別を記述するデータである。
【００３１】
グループ位相抽出手段Ｃ９は、既存のすべてのグループの空間的な位相関係を求め、グループ位相データＤ１１を作ってソリッドモデル構成手段Ｃ１０に送る機能を持つ。グループ位相データＤ１１は、すべてのグループの位相関係を記述するデータである。
【００３２】
ソリッドモデル構成手段Ｃ１０は、既存のすべてのグループの種別・特徴量と、グループ位相データＤ１１に基づき、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２を作って出力する機能を持っている。
【００３３】
以上が立体形状データ変換装置Ｃの構成である。
【００３４】
次に具体的な例を使い、立体形状データ変換装置Ｃによる処理の内容を詳細に説明する。実際の処理は３次元で行われるが、ここでは理解を容易にするため、図では２次元のビットマップデータを示して説明する。ただし本文では、すべて３次元の処理に使われる用語を使って説明する。
【００３５】
図２の（ａ）に、立体形状データ変換装置Ｃに入力されるビットマップデータＤ１２の全体を示す。また図２の（ｂ）に、ビットマップデータＤ１２の一部を拡大して示す。ビットマップデータＤ１２は、直交格子に沿って配列した細かい立方体の領域によって構成されており、これらを「セル」と呼ぶ。個々のセルは、その中心点が立体形状の内部・外部のどちらであるかを表す情報を持っている。ここではセルの着色の有無により、立体形状の内部・外部を区別して示す。
【００３６】
立体形状データ変換装置Ｃが行う処理、すなわち立体形状データ変換処理Ｐの流れを図３に示す。この流れに沿って、個々の処理を説明していくことにする。
【００３７】
ビットマップデータ−点群データ変換過程Ｐ１では、入力されたビットマップデータＤ１２を点群データＤ１に変換する。この変換は、図４に示す次の二つの方法で行うことができる。
【００３８】
ａ．立体形状の表面のすぐ内側に位置するセルの中心点を求める方法
ｂ．立体形状の表面を挟んで隣接する二つのセルの中心点を求める方法
変換によって得られる点群データＤ１は、点群記憶手段Ｃ１に記憶される。ｂの方法で得られた点群データＤ１の例を図５に示す。
【００３９】
シード点・種別入力要求過程Ｐ２では、点群データＤ１を利用者に表示するとともに、新しいグループを定義するかどうかを利用者に問い合わせる。利用者はグループの種別を指定し、シード点を選択することによって、新しいグループを定義することができる。グループの種別は、たとえば次の中から選択する。
【００４０】
法線が既知の平面
法線が未知の平面
半径が既知の円柱面
半径が未知の円柱面
半径が既知の球面
半径が未知の球面
２次曲面
シード点・種別入力要求過程Ｐ２で、表示手段Ｃ３がディスプレイに表示する画面の例を図６に示す。この画面の左側には、コマンドを列記したメニューＳが配置されている。マウスカーソルで「シード点」をクリックすると、点群データＤ１が右側に表示される。点をクリックすることで、シード点を選択することができる。この操作により、シード点選択コマンドＤ５がシード点選択手段Ｃ５に送られる。この画面には、表示グループ指定コマンドＤ４で指定したグループに属する点が淡色で表示される。これらをシード点として選択することはできない。
【００４１】
マウスカーソルで「種別」をクリックすると、既存のグループの一覧と、指定することのできる種別の一覧が、画面の右側に表示される。利用者はグループと、その種別をクリックして選択することができる。この操作により、グループ種別定義コマンドＤ６がグループ種別定義手段Ｃ８に送られる。
【００４２】
マウスカーソルで「グループ」をクリックすると、既存のグループの一覧が、画面の右側に表示される。グループをクリックすることにより、そのグループを淡色で表示するかどうか、個別に指定することができる。この操作により、表示グループ指定コマンドＤ４が表示手段Ｃ３に送られる。
【００４３】
グループ追加過程Ｐ３では、利用者によって選択されたシード点を含む新しいグループを定義し、グループデータＤ３に追加する。またこのグループの種別も定義する。この処理は、シード点選択手段Ｃ５によって行われる。
【００４４】
グループデータＤ３のデータ構造の例を図７に示す。グループデータＤ３は、個々のグループを記述するグループレコードＲの集合である。グループレコードＲは、点群レコードＲ１と、種別レコードＲ２と、特徴量レコードＲ３を持っている。点群レコードＲ１には、グループに属する点が列記される。種別レコードＲ２には、グループの種別が記述される。特徴量レコードＲ３には、グループに属する点の集合の、幾何学的な形態を一意に規定するための特徴量が記述される。たとえば種別を「法線が既知の平面」とすると、基準点を一つ定義すれば、点の集合の形態を一意に規定することができる。したがって特徴量レコードＲ３は、基準点レコードＲ３１を一つ持っていればよい。
【００４５】
特徴量レコードＲ３の内容は、グループの種類によって次のように変わる。
【００４６】
法線が既知の平面基準点
法線が未知の平面基準点・法線
半径が既知の円柱面基準点・中心軸
半径が未知の円柱面基準点・中心軸・半径
半径が既知の球面中心点
半径が未知の球面中心点・半径
２次曲面Ｘ・Ｙ・Ｚを元とする２次方程式の係数
グループ境界決定過程Ｐ４では、グループに含まれる点の座標と、グループの種別に基づいてグループの特徴量を計算し、これからグループの境界を決定してグループ境界データＤ８を作成する。この処理は、グループ境界決定手段Ｃ７によって行われる。
【００４７】
グループ拡張過程Ｐ５では、グループ境界データＤ８に基づいて、点群データＤ１に含まれている点の中から、既存のグループに属することのできる点を選び、グループに追加する。この処理は、グループ拡張手段Ｃ６によって行われる。
【００４８】
グループの種別が「法線が未知の平面」である場合を例に、グループ境界決定手段Ｃ７と、グループ拡張手段Ｃ６の動作を詳しく説明する。図８の（ａ）に、利用者がシード点を選択し、新しいグループを定義したところを示す。ここではグループに属する点を○で、グループに属さない点を●で示した。
【００４９】
グループ境界決定過程Ｐ４では、まずグループに含まれる点の集合を最もよく近似する面を求める。このような面のことを、ここでは「代表面」と呼ぶ。この例では「法線が未知の平面」をグループの種別としているので、代表面も同じく「法線が未知の平面」となる。
【００５０】
グループ境界決定手段Ｃ７は、最小２乗法を利用して代表面を求める。しかしグループが一つのシード点しか含んでいない場合、平面を求めることができない。そこで隣接するいくつかの点を要素としてグループに追加する。図８の（ｂ）に、グループに隣接する点を追加し、グループを拡張したところを示す。
【００５１】
グループに含まれる点が３個以上になると、代表面として一つの平面を求めることができる。得られた代表面の基準点・法線が、このグループの特徴量である。また代表面を表裏にオフセットさせれば、グループの境界を求めることができる。オフセット量は、セルの寸法の０.５倍〜０.７５倍とする。図８の（ｃ）に、このグループの代表面と境界を求めたところを示す。ここでは代表面を太い線で、境界を細い線で示した。
【００５２】
グループ拡張過程Ｐ５では、求められたグループの境界に基づき、グループに新しい点を追加する。グループ拡張手段Ｃ６は、グループに属さない点の中からグループに隣接するものを選び、その座標を調べてグループの境界と照合する。境界の内側に位置する点があれば、それをグループに追加する。図８の（ｄ）に、グループの境界に基づいて新しい点を追加し、グループを拡張したところを示す。
【００５３】
グループ拡張過程Ｐ５でグループに新しい点を追加した場合、処理をグループ境界決定過程Ｐ４に戻し、点の追加によって変化したグループの特徴量と境界を求め直す。図８の（ｅ）に、グループの代表面と境界を求め直したところを示す。また図８の（ｆ）に、グループの境界に基づいて新しい点を追加し、グループを再び拡張したところを示す。
【００５４】
グループ境界決定過程Ｐ４とグループ拡張過程Ｐ５は、グループに新しい点が追加されなくなるまで繰り返される。グループに属する点が変化しなくなったら、代表面から境界を求める際に使われるオフセット量を増やすかどうか、利用者に問い合わせる。もとのビットマップデータＤ１２に多くのノイズが含まれている場合などでは、オフセット量を増やすことにより、ノイズの影響を避けて的確なデータ変換を行うことができる。
【００５５】
点群データＤ１に含まれるすべての点が、いずれかのグループに属した時点で、処理はソリッドモデル構成過程Ｐ６に移る。ソリッドモデル構成過程Ｐ６では、グループデータＤ３をもとにＢ−ｒｅｐｓデータＤ２を作成する。まずグループ位相抽出手段Ｃ９が、グループの位相関係を抽出する。これは二つのグループに同時に含まれる点があるかどうかを調べることによって行う。二つのグループに同時に含まれる点が存在した場合には、これらのグループを接していると見なすことができる。抽出されたグループの位相関係は、グループ位相データＤ１１として、ソリッドモデル構成手段Ｃ１０に送られる。
【００５６】
次にソリッドモデル構成手段Ｃ１０が、グループの特徴量によって規定された代表面の幾何学的な定義と、グループ位相データＤ１１に基づき、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２を作成する。Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２は、面要素（輪郭を持つ面）の幾何学的な定義と、面要素の位相関係によって構成されている。代表面の定義とグループの位相関係が与えられれば、これらをもとにＢ−ｒｅｐｓデータＤ２を構成することは難しくない。
【００５７】
以上が立体形状データ変換処理Ｐの流れである。
【００５８】
立体形状データ変換処理Ｐによって得られた、Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２の例を図９に示す。ここでは面要素の接続点を○で示した。Ｂ−ｒｅｐｓデータＤ２は１０個の面要素で記述されており、非常に操作性・利用性の高いＣＡＤデータが得られたことがわかる。
【００５９】
（第２の実施例）
他の実施態様を説明する。立体形状データ変換装置Ｃでは、グループの特徴量・境界を求めるため、そのグループの種別と、そのグループに属する点の座標だけを利用していた。しかし複数のグループの間にある幾何学的な拘束関係が明らかな場合、他のグループの種別や、他のグループに属する点の座標を併せて利用した方が、高精度なデータ変換ができることもある。たとえば次のような場合がこれに該当する。
【００６０】
二つの平面の基準点と法線が同じであることが明らかな場合
二つの平面が垂直、または平行であることが明らかな場合
二つの円柱面の中心軸が同じであることが明らかな場合
二つの面が滑らかに接続されていることが明らかな場合
複数のグループの間にある幾何学的な拘束関係を考えた、立体形状データ変換装置Ｃａの構成を図１０に示す。
【００６１】
グループデータＤ３ａは、個々のグループを記述するグループレコードＲａの集合である。グループデータＤ３ａのデータ構造の例を図１１に示す。グループレコードＲａは、点群レコードＲ１と種別レコードＲ２と特徴量レコードＲ３に加え、拘束関係レコードＲ４を持っている。
【００６２】
表示手段Ｃ３ａは、表示手段Ｃ３の持つ機能に加え、グループデータＤ３ａに含まれている拘束関係の一覧をディスプレイに表示する機能を持つ。画面の例を図１２に示す。マウスカーソルで「拘束関係」をクリックすると、画面の右側に、既存のグループの一覧と、グループの組み合わせに対して定義することのできる拘束関係の一覧が表示される。グループをクリックし、グループの組み合わせを定義することができる。続いて拘束関係をクリックし、グループの間にある拘束関係を指定することができる。この操作により、グループ拘束関係定義コマンドＤ１３がグループ拘束関係定義手段Ｃ１１に送られる。
【００６３】
グループ境界決定手段Ｃ７ａは、グループデータＤ３ａに含まれるグループの特徴量・境界を決める機能を持っている。その際グループデータＤ３ａから拘束関係レコードＲ４を読み出し、そのグループに属する点の座標だけでなく、拘束関係のある他のグループに属する点の座標も利用する。
【００６４】
グループ拘束関係定義手段Ｃ１１は、グループ拘束関係定義コマンドＤ１３を受け、既存のグループの拘束関係を定義する機能を持つ。グループの拘束関係の定義は、グループ記憶手段Ｃ２に、グループ拘束関係データＤ１４を送ることによって行う。グループ拘束関係データＤ１４は、グループの組み合わせを指定し、その拘束関係を記述するデータである。
【００６５】
（第３の実施例）
立体形状データ変換装置Ｃでは、点群データＤ１に含まれているすべての点を、いずれかのグループに属させる必要があった。そのため利用者は、フィレットや面取りなどきわめて小さい面についてもグループを定義し、シード点を選択して種別を指定しなければならなかった。しかしこれらの小さい面には、たいていの場合、それほど高い精度が求められない。それにもかかわらず、小さい面は数が多く、シード点の選択もしにくい。そのため利用者には煩雑な作業が強いられることになった。
【００６６】
この課題は、「間隙グループ」を使用する立体形状データ変換装置Ｃｂにより、解決することができる。「間隙グループ」とは、点群データＤ１に含まれる点のうち、利用者が定義したいずれのグループにも属さないものを集めたグループであり、立体形状データ変換装置Ｃｂが自動的に作成する。複雑な形状を持つ間隙グループは、自由度の大きい多面体や自由曲面を代表面としている。点の集合を多面体や自由曲面で近似する場合、アルゴリズムの相違による誤差が問題となることがあるが、間隙グループは多くの場合に細長い形状を持ち、アルゴリズムの影響を受けにくい。
【００６７】
間隙グループを使用する、立体形状データ変換装置Ｃｂの構成を図１３に示す。グループ位相抽出手段Ｃ９ｂは、グループ定義完了通知コマンドＤ１５を受け、シード点・種別入力要求過程Ｐ２を中止して、間隙グループを新たに作成する。そして既存のすべてのグループと、作成した間隙グループの空間的な位相関係を求め、グループ位相データＤ１１を作ってソリッドモデル構成手段Ｃ１０に送る機能を持っている。グループ定義完了通知コマンドＤ１５は、グループの定義を完了した利用者が、そのことを通知するコマンドである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、３次元ビットマップデータを、より小さい３次元ＣＡＤデータに変換する立体形状データ変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立体形状データ変換装置Ｃの構成を示す図。
【図２】２次元のビットマップデータ全体・一部を示す図。
【図３】立体形状データ変換処理Ｐの流れを示す図。
【図４】ビットマップデータから点群データへの変換方法を示す図。
【図５】点群データＤ１の例を示す図。
【図６−１】表示手段Ｃ３によってディスプレイに表示される画面の例を示す図（１）。
【図６−２】表示手段Ｃ３によってディスプレイに表示される画面の例を示す図（２）。
【図７】グループデータＤ３の例を示す図。
【図８−１】グループ境界決定手段Ｃ７とグループ拡張手段Ｃ６の動作を示す図（１）。
【図８−２】グループ境界決定手段Ｃ７とグループ拡張手段Ｃ６の動作を示す図（２）。
【図９】得られたＢ−ｒｅｐｓデータＤ２の例を示す図。
【図１０】立体形状データ変換装置Ｃａの構成を示す図。
【図１１】グループデータＤ３ａのデータ構造の例を示す図。
【図１２】表示手段Ｃ３ａによってディスプレイに表示される画面の例を示す図。
【図１３】立体形状データ変換装置Ｃｂの構成を示す図。
【符号の説明】
Ｃ・Ｃａ・Ｃｂ…立体形状データ変換装置、Ｃ１…点群記憶手段、Ｃ２…グループ記憶手段、Ｃ３・Ｃ３ａ…表示手段、Ｃ４…入力手段、Ｃ５…シード点選択手段、Ｃ６…グループ拡張手段、Ｃ７・Ｃ７ａ…グループ境界決定手段、Ｃ８…グループ種別定義手段、Ｃ９・Ｃ９ｂ…グループ位相抽出手段、Ｃ１０…ソリッドモデル構成手段、Ｄ１…点群データ、Ｄ２…Ｂ−ｒｅｐｓデータ、Ｄ３・Ｄ3a…グループデータ、Ｄ４…表示グループ指定コマンド、Ｄ５…シード点選択コマンド、Ｄ６…グループ種別定義コマンド、Ｄ７…シード点データ、Ｄ８…グループ境界データ、Ｄ９…追加点データ、Ｄ１０…グループ種別データ、Ｄ１１…グループ位相データ、Ｄ１２…ビットマップデータ、Ｄ１３…グループ拘束関係定義コマンド、Ｄ１４…グループ拘束関係データ、Ｄ１５…グループ定義完了通知コマンド、Ｐ１…ビットマップデータ−点群データ変換過程、Ｐ２…シード点・種別入力要求過程、Ｐ３…グループ追加過程、Ｐ４…グループ境界決定過程、Ｐ５…グループ拡張過程、Ｐ６…ソリッドモデル構成過程、Ｒ・Ｒａ…グループレコード、Ｒ１…点群レコード、Ｒ２…種別レコード、Ｒ３…特徴量レコード、Ｒ３１・Ｒ３２…基準点レコード、Ｒ３３…中心軸レコード、Ｒ４…拘束関係レコード、Ｓ…メニュー。

Claims

点群データを位相幾何データに変換する立体形状データ変換装置であり、
該点群データを表示し、前記点群データの中から選択されたシード点の情報が送信されるシード点選択手段と、
該シード点を含むグループにおける点の集合の幾何学的な形態の分類を表す種別が送信されるグループ種別定義手段と、
送信された前記シード点及び前記種別に基づいて前記シード点を含むグループデータが送信されるグループ記憶手段と、
前記グループに含まれる点と前記種別に基づいて点の集合の形態である前記グループの特徴量を計算し、該特徴量に基づきグループに属する点座標の境界をグループ拡張手段に送信するグループ境界決定手段と、
該グループに属する点座標の境界に基づいて前記境界の内側に位置する点を前記グループ記憶手段に送信し、前記グループデータに前記境界の内側に位置する点を追加するグループ拡張手段と、
前記グループに追加された点群データによって変化するグループの特徴量と境界を前記グループ境界決定手段で求め直す手段と、
前記点群データに含まれる点がいずれかのグループに属した時点で、該グループの位相関係を求めるグループ位相抽出手段と、
前記グループの種別と特徴量及び該位相関係に基づき前記位相幾何データを作成するソリッドモデル構成手段を
備えることを特徴とする立体形状データ変換装置。
請求項１の立体形状データ変換装置であって、
前記点群データの中からグループに属する点とグループに属さない点に分けて表示し、該グループに属さない点の中から選択されたシード点が送信されるシード点選択手段を有することを特徴とする立体形状データ変換装置。
請求項１の立体形状データ変換装置であって、
複数のグループの間にある幾何学的な拘束関係の指定が送信されるグループ拘束関係定義手段と、
該拘束関係を用いてグループの特徴量を求めるグループ境界決定手段を有することを特徴とする立体形状データ変換装置。
請求項１の立体形状データ変換装置であって、
グループの定義をすべて完了していない場合、選択されたシード点を含む新しいグループをグループデータに追加するシード点選択手段を有することを特徴とする立体形状データ変換装置。
点群データを位相幾何データに変換する立体形状データ変換装置による立体形状データ変換方法であり、
該点群データを表示手段に表示し、前記点群データの中から選択されたシード点の情報をシード点選択手段に送信する過程と、
該シード点を含むグループにおける点の集合の幾何学的な形態の分類を表す種別をグループ種別定義手段に送信する過程と、
送信された前記シード点及び前記種別に基づいて前記選択されたシード点を含むグループデータをグループ記憶手段に送信する過程と、
グループ境界決定手段によって、該グループデータに含まれる点と種別に基づいて点の集合の形態であるグループの特徴量を計算し、該特徴量に基づきグループに属する点座標の境界をグループ拡張手段に送信する過程と、
該グループに属する点座標の境界に基づいて前記境界の内側に位置する点を前記グループ記憶手段に送信し、前記グループ拡張手段によって前記グループデータに前記境界の内側に位置する点を追加する過程と、
前記グループに追加された点によって変化するグループの特徴量と境界を前記グループ境界決定手段で求め直す過程と、
前記点群データに含まれる点がいずれかのグループに属した時点で、グループ位相抽出手段によって該グループの位相関係を求める過程と、
ソリッドモデル構成手段によって、前記グループの種別と特徴量及び該位相関係に基づき前記位相幾何データを作成する過程を備えることを特徴とする立体形状データ変換方法。