JP3954318B2

JP3954318B2 - 3D model deformation system

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Publication number: JP3954318B2
Application number: JP2001066170A
Authority: JP
Inventors: 克寛北嶋
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: JP2002269586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリゴンで構成された３次元モデルの変形に関し、特に目標となる断面形状を与えて、その断面形状を満足する３次元モデルを生成することができる生成システムに関する。
【０００２】
【背景技術】
意匠設計を行う対象はほとんどが製品の外観であり、始めに大まかな外観設計を行った後、詳細な部分についての修正作業が行われる。この大まかな外観設計を行う場合も、既存の同様な製品を参考にする場合が多い。
既存製品を出発点にする場合は、その立体的な形状のモデルを変形させて行うと、デザイナーのイメージを容易に実現できることがある。また、新規にモデルを作成して、デザイナーのイメージを表現する場合も、最初に作成したモデルをデザイナーにより変形させることで、よりデザイナーの意図を実現することができる。
また、近年、バーチャルヒューマン（ＶＨ）が様々な分野で利用されるようになった。たとえば、服飾の分野においてもＣＡＤが実用化しつつあり、それらはアパレルＣＡＤと呼ばれている。ＶＨへの需要が高まるにつれ、さまざまな体型モデルをなるべく少ない手間で生成する手法に対する要求も高まってきている。個々人の体型を得る最も容易な方法は、３次元スキャナで直接人体を計測する方法である。しかし、この方法は装置そのものが高価になるだけでなく、被計測者に負担をかけるという問題がある。このため、標準的な人体のモデルを簡単に求められる計測値に合う体型のモデルとすることが求められている。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、３次元のモデルを、デザイナーのイメージにあうように、なめらかに変形を行うことである。また、人体の各部位の周囲長等を計測値として、この計測値を満足するような人体モデルのバリエーションを生成することも目的である。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、複数のポリゴンで構成された３次元モデルから、目標とする複数のポリゴンで構成された３次元モデルに変形する３次元モデル変形システムであって、３次元モデルを構成するポリゴンと所定の平面との交点を求めることにより、所定の平面による前記３次元モデルの断面輪郭を得る断面輪郭取得手段と、前記断面輪郭上の前記交点に、操作点を設定する操作点設定手段と、設定した前記操作点を移動させて目標の輪郭形状を設定する目標輪郭設定手段と、前記目標輪郭設定手段で得られた輪郭形状に、ガウス関数に基づくＦＦＤにより、前記操作点を移動することで前記３次元モデルを合わせるように変形する３次元モデル変形手段とを備える。
前記目標輪郭設定手段は、前記所定の平面上を移動することにより、目標輪郭を設定するとよい。前記３次元モデルは、複数のポリゴンで構成されており、前記断面輪郭取得手段は、前記ポリゴンと前記所定の平面との交点を求めることにより、前記断面輪郭を得ており、前記操作点設定手段は、前記交点に操作点を設定する。
前記３次元モデルは、標準人体モデルであり、複数部位の周囲長があたえられ、前記所定の平面は前記複数部位の周囲長が測定された部位断面の平面であり、前記操作点設定手段は、前記交点を全て操作点とし、前記目標輪郭設定手段は、前記操作点を法線方向に微小量繰り返し移動させて、前記操作点間の全長を前記与えられた周囲長とする。前記与えられた複数部位の周囲長は、バスト、ウエスト、ヒップの周囲長とすることもできる。
本動画像生成システムの各手段をコンピュータ・システムに機能させるコンピュータ・プログラムおよびコンピュータ・プログラムを記録した記録媒体も本発明である。
【０００４】
【発明の実施の形態】
本発明は、３次元モデルを、デザイナーがイメージする形状に変形するために、イメージする形状の断面を与えて、その形状の断面に合うように３次元モデルを変形させている。その３次元モデルの変形処理ために、本発明は、ガウス関数に基づくFree-Form Deformation（ＧＦＦＤ）という手法を用いる。このＧＦＦＤに関しては「吉田典正，加納顕也，北嶋克寛：ガウス関数に基づくFree-Form Deformation−対話的なモデル変形のための基礎理論−，精密工学会誌，Vol.65. No.7，(1999) 971-975」を参照されたい。
【０００５】
＜ＦＦＤ＞
本発明に用いるＧＦＦＤによる３次元デザインへの応用のために、基礎となるFree-Form Deformation（ＦＦＤ）について以下に説明する。
ＦＦＤとは、変形するモデルもしくはモデルの一部を空間に埋め込み、空間を変形することで、モデルを変形する手法である。
図１は平行六面体形状の格子を示す図である。この図１のような平行六面体形状に配置された格子を制御点とし、その制御点を移動して空間変形を行うことで、その３次元の空間の変形具合に応じてモデルも変形する。
ＦＦＤはＲ^３からＲ^３への非線形の写像と関連しており、グローバル座標系における点の座標を、図１に示される様な平行六面体によって定められるｓ，ｔ，ｕ局所座標系に変換し、局所座標系で座標（ｓ，ｔ，ｕ）の点は次式によってＰ（ｓ，ｔ，ｕ）へと変換される。
【数１】

ただし、Ｂ_ｉ（ｘ）はBernstein関数またはB-spline関数であり、Ｖ_{ｉ，ｊ，ｋ}はｓ，ｔ，ｕ方向にｉ，ｊ，ｋ番目の制御点である。
【０００６】
＜ＧＦＦＤ＞
次にガウス関数に基づくＦＦＤ（ＧＦＦＤ）について説明する。
ＧＦＦＤは有理ガウス（Rational Gaussian：ＲａＧ）曲面を基礎としている。以下ではまず、ＲａＧ曲面について説明する。
ＲａＧ曲面は、平面・球・楕円体・円柱・円錐・円環等の生成を行え、閉曲面、半閉曲面も生成できる。さらに、曲面に関して制御点は格子を形成する必要はなく、任意の位置に制御点を配置できるという特徴がある。
このＲａＧ曲面は、本来密でノイズのある点の集合の構築物を復元するために用いられるものであるが、３次元の形をデザインするのにも使われている。ＲａＧ曲面の公式はＢスプラインの基底関数がガウス周期関数に置き換えられていることを除いてＮＵＲＢＳに似ている。
このＲａＧ曲面は、幾何学関数を近似したり、複雑な自由形状を生成したりできる。ＲａＧ公式に基づいた幾何学モデリング・システムは、不規則に並べられた点から、閉じた図形・半分閉じた図形・開いた図形をデザインするのには優れた能力がある。ＲａＧ公式の他の利点として、例えば、同じ点の組であっても、標準偏差を変えることにより異なる形をデザインできる。ただ、ＮＵＲＢＳ曲面と比較してＲａＧ公式が不利な点は、それがグローバルということである。そのため、曲面の点の計算が、実際にはそれらの一部で十分であるが、理論上すべての制御点に依存してしまうことである。対照的に、ＮＵＲＢＳ公式はローカルなので、曲線や曲面の点の計算には、限られた制御点の数だけ使えばよい。ＲａＧ曲線や曲面の点の計算時間は、制御点の数やガウス関数の標準偏差によって変化するが、ＮＵＲＢＳ曲線や曲面の点の計算は固定である。
【０００７】
次に制御点｛Ｖｉ＝１，…，ｎ｝によるＲａＧ曲面を表す。ＲａＧ曲面は次のようにあらわすことができる。
【数２】

ただし、
【数３】

はｉ番目の基底関数で、Ｗ_ｉはｉ番目の制御点の重みである。そして、
【数４】
Ｇ_ｉ(s,t)＝exp{-((ｓ−ｓ_ｉ)^２／２σ_ｉ ^２＋(ｔ−ｔ_ｉ)^２)／２σ_ｉ ^２｝
は、高さ１の２次元ガウス関数である。この公式において、（ｓ_ｉ，ｔ_ｉ）は、ｓｔパラメータ空間における、曲面上のｉ番目となる点の位置で、パラメータ空間におけるｉ番目のガウス関数の位置を示している。σ_ｉはｉ番目のガウス関数の標準偏差である。σ_ｉの値を大きくするにつれ、生成された曲面上におけるｉ番目の制御点の及ぼす影響の範囲は広くなり、σ_ｉの値を小さくすると、曲面上におけるｉ番目の制御点の及ぼす影響の範囲はより局所的になる。
ＲａＧ曲面の制御点は一定の格子を形づくる必要はなく、自由な点で曲面を生成することができる。
【０００８】
図２は５つの点を通るように生成されたＲａＧ補間曲面を示す図である。この図２（ａ）〜（ｃ）の曲面は、正方形の平面の各頂点に１つずつ、計４つの制御点と、平面上の任意の点に１点の制御点を置いている。そして、その平面上の任意の１点だけに固定の移動量だけを与え、他の点の移動量や全点の重みは変化させず、平面上にある任意の１点だけの標準偏差を変化させたものである。図２（ａ）が標準偏差を最も小さくしたものであり、（ｃ）が標準偏差を最も大きくしたものである。
ここで、さらにｓｔ方向別に変化を付けられるように、式［数４］を次のように変形する。
【数５】
Ｇ_ｉ(u,v)＝exp{-((ｓ−ｓ_ｉ)^２／２σ_ｉ，ｓ ^２＋(ｔ−ｔ_ｉ)^２)／２σ_ｉ，ｔ ^２｝
図３は前記の式を用いて、前述の５点の位置を変えずに重みと標準偏差を変えたときのＲａＧ曲面の変化を示す図である。
この図３は正方形の平面の各頂点に１つずつ、計４つの制御点と、平面上の任意の点に１点の制御点を置いている。周りの点の移動量と標準偏差、及び任意の１点には固定の移動量を与えるだけで、移動量、ｔ方向の標準偏差は変化させず、平面上にある任意の１点だけの重みとｓ方向の標準偏差を変化させたものである。この図からわかるように、ｓ方向の標準偏差の値を変化させると、その影響がｓ方向だけに現れている。また、重みを変化させることで、その重みを変化した点の影響力の大きさが変化している。重みを大きくすればするほど、モデル全体がその点に集まっていっている。
【０００９】
次に、２次元ガウス関数による手法を拡張した手法として、３次元ガウス関数による方法について説明する。
制御点を｛Ｖ_ｉ：ｉ，…，ｎ｝としたとき、位置座標（ｓ，ｔ，ｕ）である点は、ガウス関数に基づくＦＦＤによってＰ（ｓ，ｔ，ｕ）に変換される。
【数６】

ここで、
【数７】

は空間のｉ番目の基底関数であり、
【数８】
Ｇ_ｉ(s,t,u)＝exp{-((ｓ−ｓ_ｉ)^２／２σ_ｉ _, _ｓ ^２＋(ｔ−ｔ_ｉ)^２／２σ_ｉ _, _ｔ ^２＋(ｕ−ｕ_ｉ)^２／２σ_ｉ _, _ｕ ^２｝
は、（ｓ，ｔ，ｕ）を中心とする高さ１の３次ガウス関数を表す。また、この式において、（ｓ_ｉ，ｔ_ｉ，ｕ_ｉ）は、グローバル空間におけるｉ番目の制御点の位置を表す。σ_ｉ，ｓ，σ_ｉ，ｔ，σ_ｉ，ｕは、各軸方向別におけるｉ番目のガウス関数の標準偏差である。この標準偏差の値を変えることにより、ｉ番目の制御点からの影響を変化させることが可能となる。
図３からもわかるように、標準偏差の値を小さくすると、空間へ及ぼす影響範囲が狭くなり、移動量の伝わり方を表す変化率も大きくなる。逆に値を大きくすると、空間へ及ぼす影響範囲が広くなり、変化率も小さくなる。
【００１０】
また、ガウス関数では、制御点は任意に配置できるので、制御点と操作点を１対１に対応させることができる。そこで、逆変換によって操作点を通過する制御点を求め、変形を行う。ｎ個の操作点ベクトルを｛Ｐ_ｉ：１＝１，……，ｎ｝とし、Ｐ_ｉの座標を（ｓ_ｉ，ｔ_ｉ，ｕ_ｉ）とすると、
【数９】

という式が立てられる。この式を解くことで制御点ベクトルＶ_ｉが求まり、任意の座標（ｓ，ｔ，ｕ）を［数６］によって変換することができる。［数９］及び［数６］を用いることで、変形したい任意の点に操作点をおき、操作点を移動させるか、標準偏差を変更することで、モデルを変形することが可能となる。
【００１１】
本発明で用いている手法であるＧＦＦＤは、次のような特徴を持つ。
（１）形状の面上に任意の数だけ操作点を配置できる。
（２）操作点の移動によって空間の変形が行われる。
（３）操作点は、与えられた移動量だけ移動するが、その他の点の移動量は、操作点の数に対応する数の連立方程式を解くことにより決められる。
（４）ガウス関数の標準偏差の値を変えることにより変形の影響範囲を変えられる。
すなわち、任意の数の操作点を対象形状上に配置し、それらを移動させることにより、それらに引っ張られるように形状全体を滑らかに変形させることが可能である。その際、各操作点に与える標準偏差や重みを変えることによって、操作点以外の場所における形状変化の滑らかさを制御することができる。
【００１２】
＜３次元モデル変形システム＞
本発明の実施形態のシステムは、デザイナーがイメージする形状の３次元モデルを得るために、３次元モデルをデザイナーが入力した断面形状に合わせるように変形するシステムである。この３次元モデルの変形に上述のＧＦＦＤを用いて、モデルの断面上に操作点を配置し、この操作点を移動させることを適用している。
図４で、本発明の３次元モデル変形システムにおける処理の概略を示す。
図４（ａ）に示すように、３次元モデル３１０に対して、任意の平面３２０を設定し、この任意平面３２０による３次元モデル３１０の断面３３０を得る。図４（ｂ）において、図４（ａ）のようにして得られた複数の断面３３２，３３４，３３６上に、操作点（黒点）を配置する。その配置した操作点を移動して、３次元モデル３１０をＧＦＦＤにより変形することで、目標のモデル３５０を得ている。
【００１３】
図５と図６を用いて、本発明の実施形態である３次元システムにおける処理手順を説明する。図５は、ある方向から見た３次元モデルを表示するウインドウ（デフォルト・ウインドウ）と断面を表示する断面ウインドウとのウインドウ別に処理を示している。図６は、それぞれのウインドウの表示の処理手順を示している。
図５および図６において、デフォルト・ウインドウで操作を行っているデザイナーは、表示されている３次元モデル５１０に対して、断面を求めるための平面５２０（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）を設定し、この平面とモデルとの交線５３０を求める（Ｓ４１０および図６（ａ）参照）。平面の設定は、ある平面を表示させてから、マウス等で表示された平面を、回転・移動等の操作により自由に動かすことで行う。ユーザにより設定された平面と３次元モデルとの交線５３０は、断面ウインドウに、平面の法線ベクトル方向（ａ，ｂ，ｃ）から見た断面輪郭５３２として表示される（Ｓ４２０および図６（ｂ））。
次に、デザイナーは、デフォルト・ウインドウに表示されている３次元モデルの断面の輪郭上か、断面ウインドウ内の断面の輪郭上に、操作点を配置する（Ｓ４３２又はＳ４３０）。図６（ｅ）は断面ウインドウで、断面輪郭５３２上に操作点５４０を配置した場合を示している。このように、断面ウインドウで操作点を配置した場合、その操作点５４０は、デフォルト・ウインドウに表示されている３次元モデル５１０上にも表示される（図６（ｂ）参照）。また、断面ウインドウで操作点５４０を設定した場合は、輪郭の法線方向を影響方向として自動的に設定される。このため、断面ウインドウで操作点を設定した場合は、この操作点の移動は設定した平面内に限られ、図６（ｆ）に示されるように、断面ウインドウで操作点５４０の移動を設定することになる（Ｓ４４０）。これにより、３次元モデルに対して、上述のＧＦＤＤによる変形を行い（Ｓ４５０）、デフォルト・ウインドウに変形結果の３次元モデル５１０を表示する（Ｓ４６２および図６（ｃ）参照）。このときに、標準偏差を変更してもよい。断面ウインドウにも、新たに平面５２０と変形結果の３次元モデルとの交線を計算して表示する（Ｓ４６４）
操作点の配置をデフォルト・ウインドウで行うこともできる（Ｓ４３２）。デフォルト・ウインドウで操作点の配置を行った場合、操作点の移動方向は３次元空間内に自由に設定することができる（Ｓ４４２）。その後、ＧＦＦＤにより、設定した操作点の移動による３次元モデルの変形を行う（Ｓ４５０）。そして、その結果をそれぞれのウインドウの表示に反映する（Ｓ４６２，Ｓ４６４）。
このように、断面を変形に利用することにより、複数の断面図から３次元形状が把握しやすく、断面の形状を確認しながら変形を行うことができる。
【００１４】
＜人体モデル生成システム＞
上述のシステムの処理は、代表的な体の各部位の周囲長等の計測値を用いて、それらを満足する人体モデルを生成することに対しても、適用することができる。
さて、たとえば、人体モデルにおいて、ウェスト回りの周囲長が与えられただけでは、ウェスト部の断面形状は決まらない。同じ周囲長でも、横幅のある人もあれば、厚みのある人もいるからである。細かい凹凸まで考えれば、最終的にはスキャナで細部まで計測するしかない。
本発明では、そのようなあらゆる個人の個別の体形モデルを生成することを目的とせず、周囲長等の計測値より人体モデルのバリエーションを得るというニーズに応える。
本発明のシステムは、計測した人体の代表的な各部位における周囲長等の計測値をもとに、あらかじめ標準としてシステムに用意した人体モデルの断面形状を維持しながら、上記の計測値を満足するように変形し、各部位において目標とする断面形状が決定したら、ＧＦＦＤを用いて人体全体を自然な形状に変形して、標準的な人体モデルのバリエーションを自動生成するものである。
【００１５】
体型の特徴は、人体の各部位における各種の計測値、たとえば周囲長等によって表すことができる。そのための計測する部位はいくつか考えられる。たとえば、女性の体型を大きく左右する、バスト・ウェスト・ヒップの周囲長をはじめ、首周りや腕周り等がある。
本システムでは、あらかじめ用意した人体モデルの標準体型を、計測値に基づいてバスト・ウェスト・ヒップの周囲長の変形を行うこととした。
なお、体型の特徴を表す基本的な要素である、身長と体重についてふれていないが、体型の特徴となるとそれほど重要ではない。たとえば同じ体型の特徴を持った、身長の異なる人体を表現するためには、１つの体型をスケーリングすることで表現可能である。また、体重は人体の内部構造に大きく依存しているものであり、人体モデルの表面を変形することで体型を表現する本システムに内部構造は重要ではないからである。
【００１６】
次に本発明の人体モデルの体型変形について詳細に説明をする。
まず、用意した人体モデルの各部位における周囲長について、ウェスト部周囲長を例にして、図７および図８を用いて説明する。
図７は人体モデル６００と平面６１０の交差を示す図である。図７（ａ）では、あらかじめ用意した、ポリゴンで形成された人体モデル６００が、ウェスト部で平面６１０と交差しているところを示している。また、図７（ｂ）は交差平面を拡大したものである。図７（ｂ）に示すように、人体モデル６００を形成している三角形のポリゴン上の２辺と平面６１０が交差していることがわかる。この人体モデルを形成しているポリゴンと平面との交差している線分の合計が、ウエスト部の周囲長である。
図８は、３角形のポリゴン６２０と交差する平面６１０との交点を示す図である。図８（ａ）のように、ポリゴン６２０の頂点のｙ座標の最大値と最小値を求め、交差平面６１０のｙ座標がその間にあれば、その２頂点間に交点が存在するということになる。そこでモデル上のポリゴンと平面の２つの交点を求め、交点間の距離を計算する。実際には、平面と交差する人体モデル６００のポリゴンは、図８（ｂ）のように隣接して連なっている。これら交点間の距離の総和が、交差平面が交差している人体モデルの部位、つまりウェスト部の周囲長となる。ａ_１〜ａ_ｎの順で隣り合って並ぶ交点が、計ｎ個存在しているとして、交点ａ_ｍ（１≦ｍ≦ｎ）の位置ベクトルをベクトルａ_ｍ、周囲長Ｌｉとすると、
【数１０】

として求めることができる。
【００１７】
本発明のシステムでは、上記で求めた標準モデルにおける周囲長を、個々の人体で計測した値となるように、標準モデルを上述のＧＦＦＤの手法で変形することで、個々の人体モデルを得る。これを図９のフローチャートおよび図１０を用いて説明する。
図９は、人体の各部位にある計測点で求められた計測値から体型モデルを生成する、本システムの処理手順のフローチャートを示す図である。また、図１０は交差平面による人体モデルの断面形状の変形とその過程を示す図である。図９の枠９００で囲んだ部分の処理は、図１０（ａ）に示すように、人体モデルの任意部位における初期状態の断面形状から、交点を法線方向に微小移動させることにより、目標とする断面形状に変形する処理を示す。この図９の枠９００で示す処理をしたあと、図１０（ｂ）に示すような、計測値に対応する体型モデルをＧＦＦＤにより生成する。これらの処理を図９および図１０を参照して、詳細に説明をする。
まず、システムのユーザが、目標とする断面の周囲長Ｌｔの入力を受けつける（Ｓ７００）。これは、個々の人体を計測した例えばウェスト部の周囲長である。目標とする周囲長Ｌｔに達するまでの、操作点の微小移動の回数をｉとし、システムは初期値として変数ｉに０を代入する（Ｓ７０２）。次に、システムに用意してある、ポリゴンで表現されたモデルと任意の平面との交点の座標や数を計算し、初期状態の断面形状を認識する。このとき、交点の総数をｎとする（Ｓ７０４）。
微小移動を行わない初期状態のとき、すなわちｉ＝０のときは（Ｓ７０６でＹｅｓ）、断面形状を認識し（Ｓ７２８）、前に求めた交点を結んだ線分の長さの合計である、初期状態の周囲長Ｌｉを求める（Ｓ７２０）。その後、ユーザによって入力された目標とする周囲長Ｌｔと初期状態の周囲長Ｌｉとの差の絶対値Δを求める（Ｓ７２２）。
ＬｔとＬｉを同一の周囲長とみなす許容範囲をＥとし、ＬｔとＬｉとの差の絶対値Δが許容範囲Ｅよりも小さければ（Ｓ７２４でＹｅｓ）、ＬｔとＬｉは同一周囲長を持つとみなし、目標とする断面の周囲長が決定する（Ｓ７２６）。
ＬｔとＬｉとの差の絶対値Δが許容範囲Ｅよりも大きければ（Ｓ７２４でＮｏ）、ＬｔとＬｉの周囲長は異なるものとみなす。まだこのとき、微小移動を行わない初期状態、すなわちｉ＝０であるので（Ｓ７３０でＹｅｓ）、Δによって微小移動量Δｖの初期値を求め（Ｓ７３２）、微小移動の回数ｉを１増やし（Ｓ７０８）、交点の番号ｍに１を代入する（Ｓ７１０）。
【００１８】
ｍ番目の交点ａ_ｍにおいて法線ベクトルを求め（Ｓ７１２）交点ａ_ｍを法線ベクトル方向に微小移動量Δｖ移動する（Ｓ７１４）。この法線ベクトルは、例えば交点の隣り合う線分の法線ベクトルの平均をとることで求める。次に隣あう交点ａ_ｍ＋１に制御を移動し（Ｓ７１６）、ステップＳ７１２〜Ｓ７１６までの処理を交点の総数ｎ回繰り返す（Ｓ７１８でＮｏ）。
交点の移動が、ある断面におけるすべての交点に対して行われたならば（Ｓ７１８でＹｅｓ）、再び周囲長Ｌｉを求める（Ｓ７２０）。
ＬｔとＬｉとの差の絶対値Δを求め（Ｓ７２２）、ＬｔとＬｉとの差の絶対値Δが許容範囲Ｅよりも大きければ（Ｓ７２４でＮｏ）、ＬｔとＬｉの周囲長は異なるものとみなす。この時点でｉ＝０ではないので（Ｓ７３０でＮｏ）、この周囲長Ｌｉにおける目標値との差（Ｌｔ−Ｌｉ）と、前回計算した周囲長Ｌｉ−１における目標値との差（Ｌｔ−Ｌｉ−１）を乗算し、その解が正ならば（Ｓ７３４でＹｅｓ）システムは同一方向に微小移動を行えばいいと認識し、微小移動量Δｖを保持したまま変更する処理を繰り返す。
周囲長Ｌｉにおける目標値との差（Ｌｔ−Ｌｉ）と、前回計算した周囲長Ｌｉ−１における目標値との差（Ｌｔ−Ｌｉ−１）を乗算し、その解が負ならば（Ｓ７３４でＮｏ）、システムは逆方向に微小移動を行えばいいと認識し、微小移動量Δｖを逆向きにかつ10分の１の大きさとし（Ｓ７３６）、輪郭を逆方向に少し戻す処理を繰り返し行う。
【００１９】
上述のように輪郭を戻す処理を繰り返すなかで、ＬｔとＬｉとの差の絶対値が許容範囲Ｅよりも小さければ（Ｓ７２４でＹｅｓ）、ＬｔとＬｉは同一周囲長を持つとみなし、目標とする断面の周囲長が決定する（Ｓ７２６）。
次に、図１０（ｂ）に示すような、目標とする断面形状が定まったら、初期状態の断面における輪郭の折線の頂点（つまり交点ａ_ｍ）にＧＦＦＤのための操作点を配置し、前述のＧＦＦＤによって操作点を目標とする断面形状に移動して変形する（Ｓ７４０）。これらの操作点の移動によって空間の変形が行われ、空間内の人体モデルが目標とする断面を持つように変形する（Ｓ７５０）。
上記の輪郭の周囲長を調整する処理は、図１０（ａ）に示すような断面の輪郭が凸である場合について説明をした。しかし、断面の輪郭に凹形状を含んでいる場合、上述の処理では目標とする断面輪郭を得られないことがある。この場合は、それを考慮した処理を行う必要がある。また、交点に操作点を配置するときに、すべての交点に操作点を配置するのではなく、各操作点が移動しても交差することがないように、例えば間隔をあけて配置することも必要である。
【００２０】
なお、上述の実施形態の例には述べなかったが、ＧＦＦＤの操作点は任意の数だけ配置でき、各操作点に与える標準偏差や重みを変えることができる。したがって、これらを調節することによって、人体モデル全体のより自然な変形を行うことができる。また、操作点毎に微小移動量Δｖを設定し、変形の部位により変形にバリエーションを持たすことも可能である。
図１１に、女性の体型を左右する代表的な計測値であるバスト、ウェスト、ヒップの３つの計測値から体型を定めた例を示す。図１１は変形前と変形後の人体モデル全体と各部の断面図の一例を示している。図１１（ａ）が変形前の標準モデル、図１１（ｂ）が変形後のモデルである。
なお、図１１（ａ）の標準モデルは、バストの周囲長を0.867m、ウェストの周囲長を0.569m、ヒップの周囲長を0.830mと設定した。そして標準モデルを変形するための変更値を、バストの周囲長を0.900m、ウェストの周囲長を0.500m、ヒップの周囲長を0.800mにそれぞれ設定して、本システムを実行した。
結果は図１１（ｂ）に示した通りである。それぞれ与えられた各部の周囲長を満足しつつ、人体モデル全体が滑らかに変形されていることがわかる。
なお、本例では、計測値として、バスト、ウェスト、ヒップのそれぞれの計測値の組合せしか行っていないが、さらに他の計測部や、厚み・横幅等の計測値を組合わせることにより、さらに忠実な変形を行うこともできる。
また、これまでに述べたシステムを実施するためのコンピュータ・プログラムを格納した記録媒体から読み取ることにより、パソコンやワークステーション、複数のコンピュータ・システム上に本発明のシステムを実装することができる。また、プログラムをインターネットのような通信回線を介して、取得することにより、本システムをコンピュータ・システムに実装することもできる。
【発明の効果】
本発明により、３次元モデルの断面の輪郭を変形することで、目標とする３次元モデルへの変形を容易に行うことができる。また、人体の各部位の周囲長等を計測値として、この計測値を満足するような人体モデルのバリエーションを生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平行六面体形状の格子を示す図である。
【図２】ＲａＧ補間曲面を示す図である。
【図３】重みと標準偏差を変えたときのＲａＧ曲面の変化を示す図である。
【図４】３次元モデル変形システムにおける処理の概略を示す図である。
【図５】３次元モデルを表示するウインドウと断面ウインドウの処理を示す図である。
【図６】３次元モデルを表示するウインドウと断面ウインドウの表示の処理手順を示す図である。
【図７】人体モデルと平面との交差を示す図である。
【図８】ポリゴンと平面との交点を示す図である。
【図９】本システムのフローチャートを示す図である。
【図１０】断面形状の変形とその過程を示す図である。
【図１１】変形前と後の人体モデル全体と各部の断面図の一例を示す図である。
【符号の説明】
３１０３次元モデル
３２０任意平面
３３０断面
３３２，３３４，３３６断面
３４２，３４４，３４６変形後の断面
３５０目標の３次元モデル
５１０３次元モデル
５２０交差平面
５３０交線
５３２断面輪郭
５４０操作点
６００人体モデル
６１０交差平面
６２０ポリゴン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to deformation of a three-dimensional model composed of polygons, and more particularly to a generation system that can provide a target cross-sectional shape and generate a three-dimensional model that satisfies the cross-sectional shape.
[0002]
[Background]
The object of design design is mostly the appearance of the product, and after the rough appearance design is first performed, the detailed work is corrected. In the case of this rough appearance design, existing similar products are often referred to.
When an existing product is used as a starting point, a designer's image may be easily realized if the three-dimensional model is transformed. In addition, when a new model is created to express the designer's image, the designer's intention can be realized more by transforming the initially created model by the designer.
In recent years, virtual humans (VH) have been used in various fields. For example, in the field of clothing, CAD is being put into practical use, and they are called apparel CAD. As the demand for VH increases, there is an increasing demand for a method for generating various body models with as little effort as possible. The easiest way to obtain an individual's body shape is to directly measure the human body with a three-dimensional scanner. However, this method has a problem that not only the apparatus itself is expensive, but also a burden is imposed on the person to be measured. For this reason, a standard human body model is required to be a body model that matches easily obtained measurement values.
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to smoothly deform a three-dimensional model so as to match a designer's image. Another object of the present invention is to generate a variation of the human body model that satisfies the measurement value by using the perimeter of each part of the human body as the measurement value.
[0003]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides:Consists of multiple polygonsTarget from 3D modelWith multiple polygonsA three-dimensional model transformation system that transforms into a configured three-dimensional model,By finding the intersection of the polygons that make up the 3D model and a given plane,A cross-sectional contour acquisition means for obtaining a cross-sectional contour of the three-dimensional model by a predetermined plane;The intersection ofIn addition, an operation point setting means for setting an operation point, a target contour setting means for setting a target contour shape by moving the set operation point, and a contour shape obtained by the target contour setting means, a Gaussian function And a three-dimensional model deformation means for deforming the three-dimensional model by moving the operation point by FFD based on the above.
  The target contour setting means may set the target contour by moving on the predetermined plane. The three-dimensional model is composed of a plurality of polygons, and the cross-sectional contour acquisition unit obtains the cross-sectional contour by obtaining an intersection between the polygon and the predetermined plane, and the operation point setting unit Sets an operating point at the intersection.
  The three-dimensional model is a standard human body model, a perimeter of a plurality of parts is given, the predetermined plane is a plane of a section of a part where a perimeter of the plurality of parts is measured, and the operation point setting means includes: All the intersection points are set as operation points, and the target contour setting means sets the operation points to a minute amount in the normal direction.repetitionThe total length between the operation points is set to the given perimeter. The given peripheral lengths of the plurality of parts may be the peripheral lengths of the bust, waist, and hip.
  Main video generation systemEach meansInto a computer systemfunctionA computer program to be executed and a recording medium on which the computer program is recorded are also the present invention.
[0004]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, in order to transform a three-dimensional model into a shape imaged by a designer, a cross-section of the shape to be imaged is given, and the three-dimensional model is deformed to fit the cross-section of the shape. In order to deform the three-dimensional model, the present invention uses a technique called Free-Form Deformation (GFFD) based on a Gaussian function. Regarding this GFFD, “Norimasa Yoshida, Akiya Kano, Katsuhiro Kitajima: Free-Form Deformation Based on Gaussian Function: Basic Theory for Interactive Model Deformation, Journal of Precision Engineering, Vol.65. No.7, (1999 ) 971-975.
[0005]
<FFD>
A basic Free-Form Deformation (FFD) will be described below for application to a three-dimensional design by GFFD used in the present invention.
FFD is a technique for deforming a model by embedding a deformed model or a part of the model in a space and deforming the space.
FIG. 1 is a diagram showing a parallelepiped lattice. The grid arranged in a parallelepiped shape as shown in FIG. 1 is used as a control point, and the model is deformed according to the deformation of the three-dimensional space by moving the control point and performing space deformation.
FFD is R³To R³The coordinates of a point in the global coordinate system are converted into an s, t, u local coordinate system defined by a parallelepiped as shown in FIG. The point of s, t, u) is converted to P (s, t, u) by the following equation.
[Expression 1]

However, B_i(X) is a Bernstein function or a B-spline function, and V_{i, j, k}Are the i, j, and kth control points in the s, t, and u directions.
[0006]
<GFFD>
Next, FFD (GFFD) based on a Gaussian function will be described.
GFFD is based on a Rational Gaussian (RaG) surface. Hereinafter, the RaG curved surface will be described first.
A RaG curved surface can generate a plane, a sphere, an ellipsoid, a cylinder, a cone, a ring, and the like, and can also generate a closed curved surface and a semi-closed curved surface. Furthermore, the control points do not need to form a grid with respect to the curved surface, and the control points can be arranged at arbitrary positions.
This RaG curved surface is originally used to restore a dense and noisy set of points, but is also used to design a three-dimensional shape. The RaG surface formula is similar to NURBS except that the B-spline basis functions are replaced by Gaussian periodic functions.
This RaG curved surface can approximate a geometric function or generate a complex free shape. A geometric modeling system based on the RaG formula has an excellent ability to design closed, half-closed and open shapes from irregularly arranged points. Another advantage of the RaG formula is that, for example, even for the same set of points, different shapes can be designed by changing the standard deviation. However, the disadvantage of the RaG formula compared to the NURBS surface is that it is global. Therefore, the calculation of the points on the curved surface is actually sufficient for a part of them, but theoretically depends on all control points. In contrast, since the NURBS formula is local, only a limited number of control points need be used to calculate the points of the curve or surface. The calculation time of RaG curve and curved surface points varies depending on the number of control points and the standard deviation of the Gaussian function, but the calculation of NURBS curve and curved surface points is fixed.
[0007]
Next, a RaG curved surface by control points {Vi = 1,..., N} is represented. A RaG curved surface can be expressed as follows.
[Expression 2]

However,
[Equation 3]

Is the i th basis function, W_iIs the weight of the i-th control point. And
[Expression 4]
G_i(s, t) = exp {-((s−s_i)²/ 2σ_i ²+ (T−t_i)²) / 2σ_i ²}
Is a two-dimensional Gaussian function of height 1. In this formula, (s_i, T_i) Is the position of the i-th point on the curved surface in the st parameter space, and indicates the position of the i-th Gaussian function in the parameter space. σ_iIs the standard deviation of the i-th Gaussian function. σ_iAs the value of is increased, the range of influence of the i-th control point on the generated curved surface becomes wider, and σ_iWhen the value of is reduced, the range of influence of the i-th control point on the curved surface becomes more local.
The control points of the RaG curved surface do not need to form a fixed grid, and the curved surface can be generated with free points.
[0008]
FIG. 2 is a diagram showing a RaG interpolation curved surface generated so as to pass through five points. 2A to 2C have four control points, one at each vertex of a square plane, and one control point at an arbitrary point on the plane. Then, only a fixed movement amount is given to any one point on the plane, and the standard deviation of only one arbitrary point on the plane is changed without changing the movement amount of other points or the weight of all points. It has been made. FIG. 2A shows the smallest standard deviation, and FIG. 2C shows the largest standard deviation.
Here, the equation [Equation 4] is modified as follows so that it can be further changed for each st direction.
[Equation 5]
G_i(u, v) = exp {-((s−s_i)²/ 2σ_{i, s} ²+ (T−t_i)²) / 2σ_{i, t} ²}
FIG. 3 is a diagram showing the change of the RaG curved surface when the weight and the standard deviation are changed without changing the positions of the above five points using the above formula.
In FIG. 3, a total of four control points, one at each vertex of a square plane, and one control point at any point on the plane are placed. Only the fixed amount of movement is given to the movement amount and standard deviation of the surrounding points, and the movement amount and the standard deviation in the t direction are not changed, and the weight of only one arbitrary point on the plane And the standard deviation in the s direction are changed. As can be seen from this figure, when the value of the standard deviation in the s direction is changed, the effect appears only in the s direction. Further, by changing the weight, the magnitude of the influence at the point where the weight is changed changes. The larger the weight, the more models are gathered at that point.
[0009]
Next, a method using a three-dimensional Gaussian function will be described as an extended method of the method using a two-dimensional Gaussian function.
Control point {V_i: I,..., N}, the point at the position coordinates (s, t, u) is converted to P (s, t, u) by FFD based on a Gaussian function.
[Formula 6]

here,
[Expression 7]

Is the i th basis function of space,
[Equation 8]
G_i(s, t, u) = exp {-((s−s_i)²/ 2σ_i _, _s ²+ (T−t_i)²/ 2σ_i _, _t ²+ (U−u_i)²/ 2σ_i _, _u ²}
Represents a cubic Gaussian function with a height of 1 centered at (s, t, u). In this equation, (s_i, T_i, U_i) Represents the position of the i-th control point in the global space. σ_{i, s}, Σ_{i, t}, Σ_{i, u}Is the standard deviation of the i-th Gaussian function for each axial direction. By changing the value of this standard deviation, the influence from the i-th control point can be changed.
As can be seen from FIG. 3, when the value of the standard deviation is reduced, the range of influence on the space is narrowed, and the rate of change representing how the amount of movement is transmitted also increases. Conversely, when the value is increased, the range of influence on the space is increased and the rate of change is also reduced.
[0010]
Further, in the Gaussian function, the control points can be arbitrarily arranged, so that the control points and the operation points can be made to correspond one-to-one. Therefore, a control point passing through the operation point is obtained by inverse transformation, and transformation is performed. Let n operating point vectors be {P_i: 1 = 1, ..., n} and P_iThe coordinates of (s_i, T_i, U_i)
[Equation 9]

The following formula is established. By solving this equation, the control point vector V_iThus, arbitrary coordinates (s, t, u) can be converted by [Equation 6]. By using [Equation 9] and [Equation 6], it is possible to deform the model by placing an operation point at an arbitrary point to be deformed and moving the operation point or changing the standard deviation.
[0011]
GFFD, which is a technique used in the present invention, has the following characteristics.
(1) An arbitrary number of operation points can be arranged on the shape surface.
(2) The space is deformed by the movement of the operation point.
(3) The operating point moves by a given moving amount, but the moving amount of other points is determined by solving a number of simultaneous equations corresponding to the number of operating points.
(4) The influence range of deformation can be changed by changing the standard deviation value of the Gaussian function.
That is, by arranging an arbitrary number of operation points on the target shape and moving them, the entire shape can be smoothly deformed so as to be pulled by them. At that time, the smoothness of the shape change at a place other than the operation point can be controlled by changing the standard deviation or weight given to each operation point.
[0012]
<3D model deformation system>
The system according to the embodiment of the present invention is a system that transforms a three-dimensional model so as to conform to a cross-sectional shape input by a designer in order to obtain a three-dimensional model of a shape imaged by the designer. For the deformation of the three-dimensional model, the above-described GFFD is used to place an operation point on the cross section of the model and move the operation point.
FIG. 4 shows an outline of processing in the three-dimensional model deformation system of the present invention.
As shown in FIG. 4A, an arbitrary plane 320 is set for the three-dimensional model 310, and a cross section 330 of the three-dimensional model 310 is obtained by the arbitrary plane 320. In FIG. 4B, operation points (black dots) are arranged on the plurality of

cross sections

332, 334, and 336 obtained as shown in FIG. The target model 350 is obtained by moving the arranged operation point and deforming the three-dimensional model 310 by GFFD.
[0013]
A processing procedure in the three-dimensional system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows processing for each window: a window (default window) for displaying a three-dimensional model viewed from a certain direction and a section window for displaying a section. FIG. 6 shows a processing procedure for displaying each window.
5 and 6, the designer operating in the default window sets a plane 520 (ax + by + cz + d = 0) for obtaining a cross section for the displayed three-dimensional model 510, and this plane and An intersection line 530 with the model is obtained (see S410 and FIG. 6A). The plane is set by displaying a certain plane and then freely moving the plane displayed with the mouse or the like by an operation such as rotation or movement. The intersection line 530 between the plane set by the user and the three-dimensional model is displayed in the section window as a section outline 532 viewed from the plane normal vector direction (a, b, c) (S420 and FIG. b)).
Next, the designer places an operation point on the cross-sectional outline of the three-dimensional model displayed in the default window or on the cross-sectional outline in the cross-sectional window (S432 or S430). FIG. 6E shows a cross section window in which the operation point 540 is arranged on the cross section contour 532. As described above, when the operation point is arranged in the cross section window, the operation point 540 is also displayed on the three-dimensional model 510 displayed in the default window (see FIG. 6B). When the operation point 540 is set in the cross section window, the normal direction of the contour is automatically set as the influence direction. For this reason, when the operation point is set in the cross section window, the movement of the operation point is limited to the set plane, and the movement of the operation point 540 is set in the cross section window as shown in FIG. (S440). As a result, the three-dimensional model is deformed by the above-described GFDD (S450), and the three-dimensional model 510 resulting from the deformation is displayed in the default window (see S462 and FIG. 6C). At this time, the standard deviation may be changed. Also in the cross section window, the intersection line between the plane 520 and the three-dimensional model of the deformation result is newly calculated and displayed (S464).
The operation points can be arranged in the default window (S432). When the operation points are arranged in the default window, the movement direction of the operation points can be freely set in the three-dimensional space (S442). Thereafter, the GFFD is used to deform the three-dimensional model by moving the set operation point (S450). Then, the result is reflected in the display of each window (S462, S464).
Thus, by using the cross section for deformation, it is easy to grasp the three-dimensional shape from a plurality of cross-sectional views, and the deformation can be performed while confirming the shape of the cross section.
[0014]
<Human body model generation system>
The processing of the above-described system can be applied to generation of a human body model that satisfies the measurement values such as the perimeter of each part of a typical body.
For example, in the human body model, the cross-sectional shape of the waist portion is not determined simply by giving the circumference around the waist. This is because there are some people with the same perimeter but with a wide width and others with a thickness. If you consider even fine irregularities, you can only measure the details with a scanner.
The present invention does not aim to generate such individual individual body shape models, but meets the need to obtain variations of human body models from measured values such as perimeter.
The system of the present invention satisfies the above measured values while maintaining the cross-sectional shape of the human body model prepared in the system as a standard in advance based on the measured values such as the perimeter at each representative part of the measured human body. When the target cross-sectional shape is determined in each part, the entire human body is deformed into a natural shape using GFFD, and variations of a standard human body model are automatically generated.
[0015]
The characteristics of the body shape can be expressed by various measurement values at each part of the human body, for example, the perimeter. There are several possible parts to measure. For example, there are bust, waist, and hip circumferences, neck circumferences, and arm circumferences that greatly affect the female body shape.
In this system, the standard body shape of the human body model prepared in advance was changed based on the measured values for the circumference of the bust, waist, and hip.
It should be noted that height and weight, which are basic elements representing the characteristics of the body shape, are not mentioned, but it is not so important when it comes to the characteristics of the body shape. For example, in order to express a human body having the same body type and different height, it can be expressed by scaling one body type. In addition, the weight largely depends on the internal structure of the human body, and the internal structure is not important in the present system that expresses the body shape by deforming the surface of the human body model.
[0016]
Next, body shape deformation of the human body model of the present invention will be described in detail.
First, the perimeter of each part of the prepared human body model will be described with reference to FIGS. 7 and 8, taking the waist perimeter as an example.
FIG. 7 is a diagram showing the intersection of the human body model 600 and the plane 610. In FIG. 7A, a human body model 600 formed of polygons prepared in advance intersects the plane 610 at the waist. FIG. 7B is an enlarged view of the intersection plane. As shown in FIG. 7B, it can be seen that two sides of the triangular polygon forming the human body model 600 intersect the plane 610. The total length of the line segments intersecting the polygon and the plane forming the human body model is the perimeter of the waist.
FIG. 8 is a diagram illustrating intersections between the triangular polygon 620 and the plane 610 that intersects. As shown in FIG. 8A, the maximum value and the minimum value of the y-coordinate of the vertex of the polygon 620 are obtained. If the y-coordinate of the intersection plane 610 is between them, there is an intersection between the two vertices. . Therefore, two intersections between the polygon and the plane on the model are obtained, and the distance between the intersections is calculated. Actually, the polygons of the human body model 600 that intersect with the plane are adjacently connected as shown in FIG. The sum of the distances between these intersections is the part of the human body model where the intersection plane intersects, that is, the perimeter of the waist. a₁~ A_nAssuming that there are a total of n intersections lined up next to each other in the order_mThe position vector (1 ≦ m ≦ n)_mIf the perimeter is Li,
[Expression 10]

Can be obtained as
[0017]
In the system of the present invention, each human body model is obtained by modifying the standard model by the above-described GFFD method so that the perimeter of the standard model obtained above becomes a value measured by each human body. This will be described with reference to the flowchart of FIG. 9 and FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of a processing procedure of the present system for generating a body model from measurement values obtained at measurement points in each part of the human body. FIG. 10 is a diagram showing the deformation of the cross-sectional shape of the human body model by the intersection plane and the process. As shown in FIG. 10A, the processing of the portion surrounded by the frame 900 in FIG. 9 is performed by moving the intersection point in the normal direction from the cross-sectional shape in the initial state at an arbitrary part of the human body model. The process which deform | transforms into the cross-sectional shape to show is shown. After the processing shown by the frame 900 in FIG. 9, a body model corresponding to the measurement value as shown in FIG. 10B is generated by GFFD. These processes will be described in detail with reference to FIG. 9 and FIG.
First, the user of the system receives an input of the perimeter length Lt of the target cross section (S700). This is, for example, the perimeter of the waist where individual human bodies are measured. The number of minute movements of the operating point until reaching the target peripheral length Lt is set as i, and the system substitutes 0 for a variable i as an initial value (S702). Next, the coordinates and number of intersections between a model represented by polygons and an arbitrary plane prepared in the system are calculated, and the cross-sectional shape in the initial state is recognized. At this time, the total number of intersections is set to n (S704).
In the initial state in which the minute movement is not performed, that is, when i = 0 (Yes in S706), the cross-sectional shape is recognized (S728), and is the total length of the line segments connecting the intersections obtained previously. The peripheral length Li in the initial state is obtained (S720). After that, the absolute value Δ of the difference between the target peripheral length Lt input by the user and the peripheral length Li in the initial state is obtained (S722).
If the allowable range in which Lt and Li are regarded as the same peripheral length is E, and the absolute value Δ of the difference between Lt and Li is smaller than the allowable range E (Yes in S724), Lt and Li have the same peripheral length The perimeter of the target cross section is determined (S726).
If the absolute value Δ of the difference between Lt and Li is larger than the allowable range E (No in S724), it is considered that the peripheral lengths of Lt and Li are different. At this time, the initial state in which the minute movement is not performed, i.e., i = 0 (Yes in S730), the initial value of the minute movement amount Δv is obtained by Δ (S732), and the number i of minute movements is increased by 1 (S708). ), 1 is substituted into the intersection number m (S710).
[0018]
mth intersection a_mNormal vector is obtained at (S712) at intersection point a._mIs moved in the normal vector direction by a minute movement amount Δv (S714). This normal vector is obtained, for example, by taking the average of normal vectors of adjacent line segments at the intersection. Next intersection point a_{m + 1}The control is moved to (S716), and the processes from step S712 to S716 are repeated n times in total (No in S718).
If the movement of the intersection is performed for all the intersections in a certain cross section (Yes in S718), the peripheral length Li is obtained again (S720).
The absolute value Δ of the difference between Lt and Li is obtained (S722). If the absolute value Δ of the difference between Lt and Li is larger than the allowable range E (No in S724), the peripheral lengths of Lt and Li are different. I reckon. Since i is not 0 at this time (No in S730), the difference (Lt−Li) between the target value in the peripheral length Li and the target value in the peripheral length Li−1 calculated last time (Lt−Li). -1) is multiplied, and if the solution is positive (Yes in S734), the system recognizes that the minute movement should be performed in the same direction, and repeats the process of changing while maintaining the minute movement amount Δv.
The difference (Lt−Li) between the target value in the peripheral length Li and the difference (Lt−Li−1) between the target value in the peripheral length Li−1 calculated last time is multiplied, and if the solution is negative (in S734) No), the system recognizes that it is only necessary to perform the minute movement in the reverse direction, sets the minute movement amount Δv in the reverse direction and is 1/10 (S736), and repeatedly performs the process of returning the contour slightly in the reverse direction.
[0019]
If the absolute value of the difference between Lt and Li is smaller than the allowable range E during the process of returning the contour as described above (Yes in S724), it is assumed that Lt and Li have the same perimeter, The perimeter of the section to be determined is determined (S726).
Next, when the target cross-sectional shape as shown in FIG. 10B is determined, the vertex of the broken line of the contour in the initial cross section (that is, the intersection point a)_m), The operation point for the GFFD is arranged, and the operation point is moved to the target cross-sectional shape by the GFFD and deformed (S740). The space is deformed by the movement of these operation points, and the human body model in the space is deformed so as to have a target cross section (S750).
The process for adjusting the perimeter of the contour has been described for the case where the contour of the cross section as shown in FIG. However, when the cross-sectional contour includes a concave shape, the target cross-sectional contour may not be obtained by the above-described processing. In this case, it is necessary to perform processing in consideration thereof. In addition, when placing operation points at intersections, instead of placing operation points at all intersections, for example, they may be placed at intervals so that they do not intersect even if each operation point moves. is necessary.
[0020]
Although not described in the example of the above-described embodiment, an arbitrary number of GFFD operation points can be arranged, and the standard deviation and weight given to each operation point can be changed. Therefore, by adjusting these, more natural deformation of the entire human body model can be performed. It is also possible to set a minute movement amount Δv for each operation point, and to have variations in deformation depending on the portion of deformation.
FIG. 11 shows an example in which the body shape is determined from three measurement values of bust, waist, and hips, which are typical measurement values that influence a woman's body shape. FIG. 11 shows an example of the whole human body model before and after the deformation and a cross-sectional view of each part. FIG. 11A shows a standard model before deformation, and FIG. 11B shows a model after deformation.
In the standard model shown in FIG. 11A, the circumference of the bust is set to 0.867 m, the circumference of the waist is set to 0.569 m, and the circumference of the hip is set to 0.830 m. The system was executed with the bust circumference length set to 0.900 m, the waist circumference length set to 0.500 m, and the hip circumference length set to 0.800 m to change the standard model.
The result is as shown in FIG. It can be seen that the entire human body model is smoothly deformed while satisfying the perimeter of each given part.
In this example, only combinations of measurement values for bust, waist, and hip are used as measurement values. However, by combining other measurement units and measurement values for thickness, width, etc. Various modifications can also be made.
Further, the system of the present invention can be mounted on a personal computer, a workstation, or a plurality of computer systems by reading from a recording medium storing a computer program for implementing the system described so far. In addition, the system can be implemented in a computer system by acquiring the program via a communication line such as the Internet.
【The invention's effect】
According to the present invention, by deforming the outline of the cross section of the three-dimensional model, the target three-dimensional model can be easily transformed. In addition, variations of the human body model that satisfy the measurement value can be generated using the perimeter of each part of the human body as the measurement value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a parallelepiped lattice.
FIG. 2 is a diagram illustrating a RaG interpolation curved surface.
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in a RaG curved surface when a weight and a standard deviation are changed.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of processing in a three-dimensional model deformation system.
FIG. 5 is a diagram illustrating processing of a window for displaying a three-dimensional model and a section window.
FIG. 6 is a diagram showing a processing procedure for displaying a window for displaying a three-dimensional model and a section window.
FIG. 7 is a diagram illustrating an intersection between a human body model and a plane.
FIG. 8 is a diagram showing the intersection of a polygon and a plane.
FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of the present system.
FIG. 10 is a diagram showing a deformation of a cross-sectional shape and a process thereof.
FIG. 11 is a diagram showing an example of the whole human body model before and after deformation and a cross-sectional view of each part.
[Explanation of symbols]
310 3D model
320 Arbitrary plane
330 cross section
332, 334, 336
342, 344, 346 Cross section after deformation
350 3D target model
510 3D model
520 Intersection plane
530 Intersection line
532 cross-sectional contour
540 operating points
600 human body model
610 Intersection plane
620 polygon

Claims

A 3D model transformation system for transforming a 3D model composed of a plurality of polygons into a 3D model composed of a plurality of target polygons ,
A cross-sectional contour obtaining means for obtaining a cross-sectional contour of the three-dimensional model by a predetermined plane by obtaining an intersection between a polygon constituting the three-dimensional model and a predetermined plane ;
Operation point setting means for setting an operation point at the intersection on the cross-sectional contour;
Target contour setting means for moving the set operation point to set a target contour shape;
3D model deforming means for deforming the contour shape obtained by the target contour setting means to match the 3D model by moving the operation point by FFD based on a Gaussian function. 3D model deformation system.

The three-dimensional model deformation system according to claim 1,
The three-dimensional model deformation system characterized in that the target contour setting means sets a target contour by moving on the predetermined plane.

The three-dimensional model deformation system according to claim 1 or 2 ,
The three-dimensional model is a standard human body model, given a perimeter of a plurality of parts, the predetermined plane is a plane of a section of a part where the perimeter of the plurality of parts is measured,
The operation point setting means sets all the intersections as operation points,
The three-dimensional model deformation system characterized in that the target contour setting means repeatedly moves the operation point in a normal direction by a minute amount to make the total length between the operation points the given perimeter.

The three-dimensional model deformation system according to claim 3 ,
The three-dimensional model deformation system characterized in that the perimeter of the given plurality of parts is a perimeter of a bust, a waist, and a hip.

The program which can make a computer system function each means of the three-dimensional model deformation | transformation system in any one of Claims 1-4 .

A storage medium storing the program according to claim 5.