JP4838411B2 - Generation method of shape model - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状モデルの生成方法に関し、例えばコンピュータグラフィックスの分野における3次元モデルの生成に利用される。
【0002】
【従来の技術】
近年において、映画やゲームなどに3次元CG(3次元コンピュータグラフィックス)の技術がしばしば用いられている。3次元CGでは、仮想的な3次元空間内に3次元モデルやライトを配置して動かすので、表現の自由度が高い。
【0003】
従来より、光切断法などによる非接触型の3次元計測装置が実用化されており、これを用いて計測を行うことにより、対象物の3次元データを比較的容易に作成することができる。しかし、計測によって得られた3次元データをそのまま3次元CGに用いるには、得られたデータの間引きなどを行ってデータ量を減らすための処理が複雑であるなど、種々の問題がある。
【0004】
この問題に対処するため、対象物の標準モデルを準備しておき、計測された3次元データに合わせて標準モデルを変形する方法が提案されている(特開平5−81377号)。
【0005】
この従来の方法では、計測によって得られた3次元データの3次元形状情報、つまり3次元に存在する点群をフィッティング対象として用い、それら3次元の点群に標準モデルの表面をフィッティングさせる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上に述べた従来の方法では、計測された3次元の点群に合わせて標準モデルの面を変形させるに際し、データ量が多いためその演算に多大な時間を要する。
【0007】
また、データ量を減らすために3次元の点群の個数を少なくすると、生成される3次元モデルの精度が低下し、例えば人の細かい表情を表現することが困難である。3次元の点群の個数を多くし過ぎると、標準モデルをフィッティングする場合に局所的な変形に陥る可能性があり、かえって全体形状を損うおそれがある。
【0008】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、演算時間を短縮することができ、全体形状を合わせつつ、局所的な形状も精度よく再現できる、形状モデルの生成方法を提供することを目的とする。
【0009】
本願発明に係る方法は、標準モデルを計測データに基づいてフィッティングさせて形状モデルを生成する方法であって、前記標準モデルを準備するステップと、前記標準モデルと共通の特徴点を有し前記標準モデルから解像度を下げた簡易モデルを準備するステップと、前記簡易モデルを前記計測データに基づいて変形するステップと、変形された前記簡易モデルの特徴点に対応する前記標準モデルの特徴点を前記簡易モデルの変形時と同じように移動することにより前記標準モデルを変形するステップと、変形された前記標準モデルの形状を前記計測データに基づいて変形するステップと、を有する。
【0011】
前記標準モデルは複数の構成点から定義されるモデルであり、前記簡易モデルは前記標準モデルからその構成点を間引いたものである。
本願発明の他の形態では、モデルを構成する構成点とモデルを変形させるための制御点が定義されている標準モデルを計測データに基づいてフィッティングさせて形状モデルを生成する方法であって、前記標準モデルを準備する第1ステップと、前記標準モデルより低密度の制御点を有する低密度型モデルを準備する第2ステップと、前記低密度型モデルを前記計測データに基づいて変形する第3ステップと、変形された前記低密度型モデルの構成点に対応する前記標準モデルの構成点を前記低密度型モデルの変形時と同じように移動することにより前記標準モデルを変形する第4ステップと、前記変形された標準モデルを前記計測データに基づいて変形する第5ステップと、を有する。
【0012】
前記低密度型モデルの制御点は前記標準モデルの制御点からその制御点を間引いたものである。前記ステップと前記ステップとで変形を行うための条件を異ならせてもよい。
【0013】
本発明において、フィッティングとは、標準モデルの変形処理、またはそれを含む一連の処理をいう。フィッティングに際し、例えば対象物を計測して取得された3次元データまたは2次元画像が用いられる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係るモデリング装置1を示すブロック図である。
本実施形態においては、予め作成した標準モデルを人の頭部についての計測データ(3次元データまたは2次元画像)に基づいて変形する(フィッティングする)ことにより、人の頭部の3次元モデルを生成する例を説明する。
【0015】
図1に示すように、モデリング装置1は、処理装置10、磁気ディスク装置11、媒体ドライブ装置12、ディスプレイ装置13、キーボード14、マウス15、および3次元計測装置16などからなる。
【0016】
処理装置10は、CPU、RAM、ROM、ビデオRAM、入出力ポート、および各種コントローラなどからなる。RAMおよびROMなどに記憶されたプログラムをCPUが実行することにより、処理装置10上に種々の機能が実現される。
【0017】
磁気ディスク装置11には、OS(Operating System) 、3次元モデルMLを生成するためのモデリングプログラムPR、その他のプログラム、標準モデル(標準モデルデータ)DS、3次元データ(3次元計測データ)DT、3次元データDTの信頼性を示す信頼性データDR、2次元画像(2次元計測データ)FT、生成された3次元モデルML、その他のデータなどが格納されている。これらのプログラムおよびデータは、適時、処理装置10のRAMにローディングされる。
【0018】
なお、モデリングプログラムPRには、計測処理、概略位置合わせ、データ削減処理、変形処理、部分領域選択処理、およびその他の処理のためのプログラムが含まれる。
【0019】
媒体ドライブ装置12は、CD−ROM(CD)、フロッピィディスクFD、または光磁気ディスクなどの記録媒体にアクセスし、データまたはプログラムの読み書きなどを行うものである。記録媒体の種類に応じて適切なドライブ装置が用いられる。上に述べたモデリングプログラムPRは、これら記録媒体からインストールすることが可能である。標準モデルDS、3次元データDT、信頼性データDR、および2次元画像FTなども、記録媒体を介して入力することが可能である。
【0020】
ディスプレイ装置13の表示面HGには、上に述べた種々のデータ、およびモデリングプログラムPRにより生成された3次元モデルML、その他のデータ(画像)が表示される。
【0021】
キーボード14およびマウス15は、処理装置10にデータを入力しまたは指令を与えるために用いられる。
3次元計測装置16は、例えば光切断法によって対象物の3次元データDTを得るためのものである。3次元計測装置16によって直接的に3次元データDTを得ることも可能であり、また、3次元計測装置16から出力されるデータに基づいて処理装置10などで演算を行い、間接的に3次元データDTを得ることも可能である。
【0022】
3次元データDTと同時に、必要に応じて同じ対象物について同じ視線上の2次元画像FTを取得することも可能である。そのような3次元計測装置16として、例えば特開平10−206132号に示される公知の装置を用いることが可能である。
【0023】
また、対象物の3次元データDTを取得する公知の他の方法として、対象物に対して視差を有して配置された複数のカメラを用いる方法などがある。それらのカメラから得られた視差を有する複数の画像から、立体写真法を用いて3次元データDTを演算により求めることができる。
【0024】
この方法では、例えば3台のカメラを用いることにより、3次元データDTの各点の信頼性を判定するためのデータをも同時に取得することができる。
すなわち、3台のカメラによる多眼視によって対象物を撮影し、3枚の画像を得る。これら3枚の画像について、互いの対応点を探索する。2枚の画像についての対応点に基づいて、3次元データDTが公知の計算により求められる。他の1枚の画像は、信頼性データDRを得るのに利用される。
【0025】
例えば、図10に示すように、3台のカメラA,B,Cを用い、対象物Qを撮影して3枚の画像FA,FB,FCを取得する。各画像FA,FB,FCについて、それぞれの画像面(un ,vn )が示されている(n=1,2,3)。3次元空間Mにある対象物Q上の点QPが、各画像面上の点PA,PB,PCに投影されている。
【0026】
ここで、点PA,PB,PCの対応が求まるとすると、それらの対応から、3次元空間M’を再構成することができる。3次元空間M’において、点PA,PBに対応する点QP’が求まる。理想的には、この再構成された3次元空間M’上の点QP’を画像面(u3 ,v3 )に逆投影した点PC’と、元の3次元空間M上の点QPを画像面(u3 ,v3 )上に投影した点PCとは、一致するはずである。
【0027】
しかし、投影変換を正確に求めることは難しく、また対応を正確に求めることも難しいため、通常、これらは一致しない。そこで、これら点PC’と点PCとのずれを誤差とし、信頼性の指標として用いる。
【0028】
例えば、点PC’と点PCとの誤差を、ずれた画素の数で示す。点PC’と点PCとが同じ画素上にあれば、誤差は「0」である。1画素ずれていれば、誤差は「1」である。2画素ずれていれば、誤差は「2」である。このずれた画素数を信頼性データDRとして用いることができる。
【0029】
信頼性データDRを判断する他の方法として、例えば特開昭61−125686号に示される方法、その他の公知の方法を用いることも可能である。
モデリング装置1は、パーソナルコンピュータまたはワークステーションなどを用いて構成することが可能である。上に述べたプログラムおよびデータは、ネットワークNWを介して受信することにより取得することも可能である。
【0030】
次に、モデリング装置1の全体の処理の流れについて、フローチャートを参照しながら説明する。
図2はモデリング装置1の全体の処理の流れを示すフローチャート、図3は変形処理を示すフローチャート、図4は標準モデルDS1の例を示す図、図5は対象物から3次元データDTを取得する様子を示す図、図6(A)(B)は概略の位置合わせの様子を示す図、図7は輪郭および特徴点の抽出処理の様子を示す図、図8は標準モデルDSの面Sと3次元データDTの点Pとを模式的に示す図、図9は標準モデルDSの異常変形を防ぐための仮想バネを説明するための図、図10は対象物の3次元データDTおよび信頼性データDRを取得する方法の例を説明する図である。
〔標準モデルの準備〕
図2において、まず、対象物についての標準モデルDSを準備する(#11)。本実施形態では対象物が人の頭部であるので、種々のサイズおよび形状を有した、頭部の全周についての複数の標準モデル群の中から、対象物の頭部に最もよく似た標準モデルDS1を準備する。
【0031】
標準モデルDSは、ポリゴンで定義された3次元形状モデル、または自由曲面で定義された3次元形状モデルのいずれでもよい。ポリゴンで定義された3次元形状モデルである場合は、各ポリゴンの頂点の3次元座標によって表面の形状が決まる。自由曲面で定義された3次元形状モデルである場合は、曲面を定義する関数、および各制御点の座標によって表面の形状が決まる。
【0032】
なお、ポリゴンで定義された3次元形状モデルである場合に、各ポリゴンの頂点を「構成点」と記載する。
また、標準モデルDSのフィッティングに際して、標準モデルを変形するために用いられる点を「制御点」と呼称する。制御点とポリゴンの構成点との位置関係は任意であり、制御点はポリゴンの面上に設定されていてもよく、ポリゴンの面から離れて設定されていてもよい。1つの制御点は複数の構成点(3〜100程度)と関連付けられており、制御点の動きに合わせて関連付けられた構成点が移動する。標準モデルDSのフィッティングに際しては、これら複数の制御点を移動させることによって標準モデルDS全体を変形する。3次元形状モデルが自由曲面で定義されている場合も、フィッティングに使用する制御点の配置は任意である。
【0033】
制御点は、目尻、唇端などのように細かな形状を持つ部分、および、鼻、唇などのように急激な形状の変化を持つ部分には、高い密度で配置される。それ以外の部分には一様に配置される。
【0034】
標準モデルDSには、ある方向から見た特徴的な輪郭RKおよび特徴点TTが設定される。輪郭RKとして、例えば、目、鼻、口、または顎などに、瞼のライン、鼻のライン、唇のライン、または顎のラインなどが設定される。特徴点TTとして、例えば、目や口の端部、鼻の頂部、顎の下端部のように、実際に特徴のある部分、または、それらの中間のようなそれ自体では特徴はないが位置的に特定し易い部分などが選ばれる。
【0035】
図4に示す標準モデルDS1では、顎のライン、唇のライン、および瞼のラインが輪郭RK1〜3として設定されている。図4で分かるように、輪郭RK1は、標準モデルDS1をある方向から見たときに、その縁線となる部分である。また、図4に示す標準モデルDS1では、設定された特徴点TTの一部のみが実際に図に表されている。
【0036】
なお、標準モデルDSとして、構成点の個数の多い(つまり高解像度の)標準型モデルDSEと、構成点の個数の少ない(つまり低解像度の)簡易型モデルDSKとの2種類を用いる場合がある。また、構成点の個数は同じであるが、制御点が高密度である標準型モデルDSFと制御点が低密度である低密度型モデルDSLとの2種類を用いる場合もある。簡易型モデルDSKおよび低密度型モデルDSLは、それぞれ、標準型モデルDSEまたはDSFから構成点または制御点を間引くことによって生成される。
〔3次元データの取得〕
次に、対象物の3次元計測を行い、3次元データDTを取得する(#12)。その際に、対象物の2次元画像FTをも同時に取得しておく。また、上に述べたように、3次元データDTの各点についての信頼性を示す信頼性データDR、または信頼性データDRを得るための情報を必要に応じて取得しておく。
【0037】
例えば、図5に示すように、3次元計測装置16を用いて、対象物である人の頭部を計測(撮影)する。これによって、3次元データDTおよび2次元画像FTが取得される。
【0038】
なお、対象物を計測して得た3次元データDTおよび/または2次元画像FTを、「計測データ」と記載することがある。標準モデルDSの準備と3次元データDTの取得とはいずれが先でもよく、並行して進めてもよい。
〔概略の位置合わせ〕
標準モデルDSと3次元データDTとの概略の位置合わせを行う(#13)。この処理では、標準モデルDSと3次元データDTとが概略一致するように、標準モデルDSの向き、サイズ、および位置を変更する。このとき、標準モデルDSを、X,Y,Zのそれぞれの方向に個別に任意の倍率に偏倍することにより、それぞれの方向のサイズを3次元データDTによく合わせることができる。
【0039】
例えば、図6(A)に示すように、3次元データDTに対して、標準モデルDSを回転させ且つ各方向に偏倍することにより、図6(B)に示すように、3次元データDTとほぼ同じサイズの標準モデルDSaを得ることができる。なお、わかりやすくするために、図面上では位置を合わせていないものを示す。
【0040】
概略の位置合わせの手法として、次に説明するように、(1)全体的概略位置合わせ、(2)局所的概略位置合わせ、の2つの手法がある。
これらの手法のうち、(1)の手法は自動で行うことができる。(2)の手法は、その中の特徴点抽出を自動で行うことが困難であるので、一部手動で行う必要がある。概略位置合わせ後のフィッティングでは基本的に標準モデルDSの局所的な変形が行われることになるため、形状が合うことを重視する場合には(1)の手法が好適であり、アニメーションのように形状よりも位置が合って欲しいという場合には(2)の手法が好適である。また、特徴点抽出を行うことに慣れたユーザであれば、処理時間を短縮するために(2)の手法を用いることは効果的である。
〔全体的概略位置合わせ〕
全体的概略位置合わせでは、3次元データDTと標準モデルDSとの距離を最小とするように、標準モデルDSの位置、方向、およびサイズを変更する。
【0041】
すなわち、次の(1)式に示すエネルギー関数e(si,αi,ti)が最小となるsi,αi,tiを導く。
なお、f(si,αi,ti)は、3次元データDTと標準モデルDSとの距離に関連して定義されるエネルギー関数である。g(si)は、過剰な変形を避けるための安定化エネルギー関数である。
【0042】
また、3次元計測装置16によって3次元データDTを取得する際に同時に取得した2次元画像FTを用い、2次元画像FT上でのパターンマッチングを用いて、位置、方向、およびサイズの初期値を与えてもよい。
【0043】
【数1】

Figure 0004838411
【0044】
但し、
K :3次元データの構成点の個数
dk :3次元データの構成点と標準モデルの表面との距離
Wsc:偏倍安定化のウエイトパラメータ
S0 :初期スケール
Si :各方向の偏倍量(但し、S3 は奥行き方向である)
αi :標準モデルの各方向の回転
ti :標準モデルの各方向への移動量
ここで、標準モデルDS上の構成点は次の(2)式にしたがって移動し、それにともなって、3次元データDTの構成点と標準モデルDSの表面との間の距離dk が変化する。
【0045】
【数2】
Figure 0004838411
【0046】
また、3次元計測装置16による計測(撮影)が一方向からに限られる場合に、奥行き方向(Z方向)の偏倍量が正確に得られない場合がある。その場合には、3次元データDTの形状と標準モデルDSの形状に大きな違いはないとみなし、次の(3)式に示すように、X,Y方向の偏倍量(S1,S2 )によってZ方向の偏倍量(S3 )を補正する方法も考えられる。
【0047】
【数3】
Figure 0004838411
【0048】
但し、
γ :視線方向x3 変形分へのウエイトパラメータ
〔局所的概略位置合わせ〕
上に述べた全体的概略位置合わせを自動で行った場合に、それがうまく合わなかったときに、手動で合わせることとなるが、ここに述べる局所的概略位置合わせは、手動での位置合わせの際にできるだけ簡単に行うための手法である。なお、自動でうまくいかなかった分は一旦リセットし、初めから手動でやり直す。
【0049】
局所的概略位置合わせでは、3次元データDT上の特徴的な線または点と、標準モデルDS上の特徴的な線または点とを対応づけ、それらの距離を最小にするように標準モデルDSの位置、方向、およびサイズを変更する。なお、線と線とを対応付けた場合は、一方の線上の点とその点から他方の線上へ降ろした垂線のうち最短となる点とを特徴点とし、線上でこれらの点を複数点取得するものとする。
【0050】
すなわち、3次元データDT上の特徴点とそれに対応する標準モデルDS上の特徴点との距離に対して、次の(4)式に示すエネルギー関数E(si,αi,ti)が最小となるように、標準モデルDSのti,αi,siを導く。
【0051】
【数4】
Figure 0004838411
【0052】
但し、
k :対応する特徴点の個数
Mk :位置合わせ後の標準モデル上の特徴点
x :位置合わせ前の標準モデル上の特徴点
Ck :3次元データ上の特徴点
Si :標準モデルの各方向の偏倍量
αi :標準モデルの各方向の回転
ti :標準モデルの各方向への移動量
また、3次元計測装置16による計測(撮影)が一方向からに限られる場合に、奥行き方向(Z方向)のスケールが正確に得られない場合がある。その場合には、上に述べた全体的概略位置合わせの場合と同様に、次の(5)式を用いてZ方向のスケールを補正する方法が考えられる。
【0053】
【数5】
Figure 0004838411
【0054】
〔輪郭・特徴点の抽出〕
3次元データDTまたは2次元画像FT上に、輪郭および特徴点を抽出する(#14)。標準モデルDSについての輪郭RKおよび特徴点TTを予め抽出しておいた場合には、それらと同じ位置に配置されるべき輪郭および特徴点を、3次元データDT上に、またはそれに対応する2次元画像上に配置する(図7参照)。
【0055】
標準モデルDSについての輪郭RKおよび特徴点TTが予め抽出されていない場合には、3次元データDT上または2次元画像上への配置と合わせて標準モデルDS上でも指定する。
〔データ削減〕
次に、計算量および誤差を削減するために、3次元データDTについてデータの削減を行い、必要且つ信頼性の高いデータのみを取り出す(#15)。データの削減を行うことによって、元の3次元データDTの形状を崩すことなく、計算量を減らすことができる。
【0056】
データの削減に当たって、例えば、対象物の領域外のデータを除外し、不要なデータを除く。例えば、2次元画像FTから顔の領域を判別し、その領域に対応した3次元データDTのみを残す。あるいは、対象物と背景との間の距離の相違を用いて領域を判別する。また、概略位置合わせの情報を用いて、顔の領域を抽出するなどの各種の方法がある。また、3次元データDTに信頼性データDRがある場合には、信頼性の高いもののみを残す。近隣にデータが多い場合はそのデータを間引き、密度を平均化する。
【0057】
データを間引いて密度を平均化する場合は、次の(6)式で示される条件を満たす3次元データDTのみを採用する。
【0058】
【数6】
Figure 0004838411
【0059】
但し、
Pk :構成点
P〜r :既に採用された構成点
det (x) :構成点xの周囲の密度を表す関数
上の(6)式によると、注目されているデータPkについて、それまでに採用されて残っているデータPrとの間の距離が一定以上であれば、そのデータPkを採用する。
〔変形〕
標準モデルDSの変形が行われる(#16)。ここでは、3次元データDTの各構成点と標準モデルDSの面との間の距離に関連して定義されたエネルギー関数e1 を用いるとともに、それに加えて、標準モデルDSの特徴点と3次元データDTに対して指定された特徴点との間の距離に関連して定義されるエネルギー関数e3 、標準モデルDSの輪郭と3次元データDTに対して指定された輪郭との間の距離に関連して定義されるエネルギー関数e2 、および、過剰な変形を回避するために定義されたエネルギー関数es を用い、それらを総合したエネルギー関数eを評価し、総合のエネルギー関数eが最小となるように標準モデルDSの面を変形させる。
【0060】
なお、総合のエネルギー関数eとして、e1,e2,e3,esの4つの関数を用いるのが一番望ましいが、e1〜e3のうち任意の2つだけを用いることも可能である。
【0061】
次に、各エネルギー関数について順次説明する。
〔標準モデルと3次元データとの距離〕
図8において、3次元データDTを構成する点群の1つが点Pkで示されている。標準モデルDSの面Sにおいて、点Pkに最も近い点がQkで示されている。点Qkは、点Pkから面Sに垂線を下ろしたときの交点である。ここでは、点Pkと点Qkとの距離が評価される。
【0062】
すなわち、3次元データDTの各点と標準モデルDSの面との差分エネルギーe1 は、データ削減後の3次元データDT上の点Pkと、それを標準モデルDSの面S上に投影した点Qkとの二乗距離を用いて、次の(7)式によって算出される。
【0063】
【数7】
Figure 0004838411
【0064】
但し、
T1A:制御点群
Pk :削減後の3次元データの構成点
Qk :構成点からモデル表面への投影点
K :削減後の構成点の個数
k :構成点からモデル表面への投影方向,
k =(Qk-Pk )/|Qk-Pk |
ρk :構成点Pk の信頼性
w(ρk):信頼性関数,w(ρk)=1/(α+ρk )n
W :Σw(ρk)
L :種々のエネルギーを同一単位で扱うための調整用スケール
〔標準モデル上の輪郭と計測データ上の輪郭との距離〕
ここでは、3次元データDT上に指定された輪郭RK、または2次元画像FT上に指定された輪郭RKと、標準モデルDS上の輪郭RKとの距離が評価される。
【0065】
計測データの輪郭RKが3次元データDT上に指定される場合は、3次元データDTの輪郭RK上の点から標準モデルDS上の対応する輪郭RKへ垂線を降ろし、その垂線のうち最短のものを距離とする。なお、輪郭RK上では複数の点を指定する。
【0066】
計測データの輪郭RKが2次元画像FT上に指定される場合は、2次元画像FTを撮影したカメラについてのカメラパラメータを用い、標準モデルDSの輪郭RKを2次元画像FT上に投影する。2次元画像FTの輪郭RK上の点から、標準モデルDSの対応する輪郭RKへ垂線を降ろし、その垂線のうち最短のものを距離とする。なお、輪郭RK上では複数の点を指定する。
【0067】
計測データの輪郭RKが3次元データDT上に指定される場合に、標準モデルDSの輪郭RK毎の差分エネルギーe2 は、それらの距離の二乗和を用いて次の(8)式によって計算される。
【0068】
【数8】
Figure 0004838411
【0069】
但し、
T2A:制御点群
pk :3次元データ上の輪郭点
qk :3次元データ上の輪郭点から対応するモデル輪郭への垂足点
n :1つのモデル輪郭に対応が付けられている3次元データの輪郭点数
k :計測データの輪郭点から対応するモデル輪郭線への投影方向,
k =(qk-pk )/|qk-pk |
l :種々のエネルギーを同一単位で扱うための調整用スケール
計測データの輪郭RKが2次元画像FT上に指定される場合に、標準モデルDSの輪郭RK毎の差分エネルギーe2 ’は次の(9)式によって計算される。
【0070】
【数9】
Figure 0004838411
【0071】
但し、
T2A:制御点群
pk :2次元画像上の輪郭点
qk :2次元画像上の輪郭点から2次元画像上に投影された対応するモデル輪郭への垂足点
n :1つのモデル輪郭に対応が付けられている計測データの輪郭点数
k :2次元画像上の輪郭点から対応するモデル輪郭への投影方向,
k =(qk-pk )/|qk-pk |
l :種々のエネルギーを同一単位で扱うための調整用スケール
計測データの輪郭RKを2次元画像FT上で指定する理由は、例えば3次元データDTがあいまいな場合に、3次元データDT上に輪郭RKを指定すると輪郭RKそのものが不正確となるからである。したがって、それに代えて2次元画像FTを用いて輪郭RKを抽出するのである。
〔標準モデル上の特徴点と対応した計測データ上の特徴点との距離〕
計測データ上に特徴点TTを設定することにより、3次元データDT上に指定された特徴点TT、または2次元画像FT上に指定された特徴点TTと、標準モデルDS上の特徴点との距離が評価される。
【0072】
3次元データDT上の特徴点TTと標準モデルDS上の特徴点TTとの差分エネルギーe3 は、対応する特徴点TTの二乗距離を用いて次の(10)式によって計算される。
【0073】
なお、2次元画像FT上に特徴点TTを指定した場合は、カメラパラメータを用いて標準モデルDSの特徴点TTを2次元画像FT上に投影し、2次元画像FT上での差分エネルギーを計算する。
【0074】
【数10】
Figure 0004838411
【0075】
但し、
T3A:制御点群
Fk :計測データの特徴点
Gk :計測データの特徴点に対応する標準モデル上の特徴点
N :計測データの特徴点と標準モデル上の特徴点との対応数
L :種々のエネルギーを同一単位で扱うための調整用スケール
〔過剰な変形を回避するための安定化エネルギー〕
上に述べた差分のエネルギーに加え、過剰な変形を回避するための安定化エネルギーes が導入される。
【0076】
すなわち、変形に用いられる制御点の間が、図9に示す仮想バネ(elastic bar) KBによってつながれているものとする。仮想バネKBの制約に基づいて、標準モデルDSの面Sの形状の安定化のための安定化エネルギーes が定義される。
【0077】
なお、仮想バネは必ずしも制御点間に張られている必要はない。制御点と仮想バネとの関係が明確であればよい。
図9において、フィッティング対象である標準モデルDSの面Sの一部が示されている。面Sは、制御点群U=|ui,i=1…N|で形成されている。隣接する制御点間には、仮想バネKBが配置されている。仮想バネKBは、制御点間に引っ張り力による拘束を与え、面Sの異常変形を防ぐ働きをする。
【0078】
つまり、隣接する制御点uの間隔が大きくなった場合に、それに応じて仮想バネKBによる引っ張り力が大きくなる。例えば、点Qkが点Pkに近づく場合に、その移動にともなって制御点uの間隔が大きくなると、仮想バネKBによる引っ張り力が増大する。点Qkが移動しても制御点uの間隔が変わらなければ、つまり制御点u間の相対位置関係に変化がなければ、仮想バネKBによる引っ張り力は変化しない。仮想バネKBによる引っ張り力を面Sの全体について平均化したものを、安定化エネルギーes として定義する。したがって、面Sの一部が突出して変形した場合に安定化エネルギーes は増大する。面Sの全体が平均して移動すれば安定化エネルギーes は零である。
【0079】
安定化エネルギーes は、仮想バネKBの変形の状態により、次の(11)式により求められる。
【0080】
【数11】
Figure 0004838411
【0081】
但し、
TsA:制御点群
U〜m,V〜m :仮想バネの端点(制御点)の初期値
Um,Vm :変形後の仮想バネの端点
L0m:初期状態の仮想バネの長さ,
L0m=|U〜m −V〜m |
M :仮想バネの本数
c :バネ係数
L :種々のエネルギーを同一単位で扱うための調整用スケール
したがって、バネ係数cを大きくすると、仮想バネKBは硬くなって変形し難くなる。
【0082】
このような安定化エネルギー関数es を導入することにより、面Sの形状変化に一定の拘束を設けることとなり、面Sの過度の変形を防ぐことができる。
〔総合のエネルギー関数〕
上に述べたように、各エネルギー関数e1,e2,e3,e4 について、それぞれ制御点群T1A, T2A, T3A, TsAが用いられる。ここでは、これらの制御点群T1A〜TsAは同じであるが、後述するように互いに異ならせることができる。これら制御点群TAを用いて標準モデルDSの変形を行い、次の(12)式に示す総合エネルギー関数e(TA)を最小にする制御点群TAを求める。
【0083】
【数12】
Figure 0004838411
【0084】
但し、
e1(T1A): 3次元データの構成点とモデル表面との差分エネルギー
e2s (T2A): モデル輪郭毎の計測データ上の輪郭との差分エネルギー
e3(T3A): 計測データの特徴点とモデル上の特徴点との差分エネルギー
eS(TSA): 過剰な変形を回避するための安定化エネルギー
wi, c : それぞれのエネルギーのウエイトパラメータ
TA=T1A=T2A=T3A=TSA
〔繰り返し変形〕
実際には繰り返し変形を行う(#17)。つまり、制御点を動かして繰り返して変形を行う。n回目の変形後の総合エネルギー関数をen(TA)とすると、次の(13)式の条件が満たされたときに、総合エネルギー関数en (TA)が収束したと判断する。
【0085】
【数13】
Figure 0004838411
【0086】
さて、ここで、変形処理の全体的な流れを図3に沿って説明する。まず、計測データと標準モデルDSとの間で対応する点の組みを作成する(図8のPkとQk)(#21)。
【0087】
面Sを変形し(#22)、変形後の総合エネルギー関数en(TA)を計算する(#23)。総合エネルギー関数en(TA)が収束するまで(#24でイエス)、処理を繰り返す。
【0088】
総合エネルギー関数en(TA)の収束を判定する方法として、上に述べたように総合エネルギー関数en(TA)が所定の値よりも小さくなったときを収束とする方法、前回の計算と比較べた変化の割合が所定値以下となったときに収束とする方法など、公知の方法を用いることが可能である。
〔異なる制御点の使用〕
上に述べた(12)式では、フィッティング対象(3次元データDTの構成点、輪郭RK、特徴点TT)がそれぞれ異なるエネルギー関数e1 〜e4 について、同じ制御点群を使用したが、ここに示す例は、フィッティング対象毎、すなわちエネルギー関数毎に異なる制御点群を用いる。つまり、制御点群T1A, T2A, T3A, TsAを互いに異ならせる。
【0089】
この場合には、総合エネルギー関数e(TA)として上に示した(12)式を用いることができる。但し、そこに用いられる制御点群T1A, T2A, T3A, TSAは、互いに異なっており、次に示す関係にある。
【0090】
TA⊃T1A
TA⊃T2A
TA⊃T3A
TA=TSA
すなわち、上に述べたように、特徴点は点であるので、特徴点同士のエネルギーに対しては、局所的な動きになってしまう。例えば、3次元データDTと標準モデルDSとの目の位置を合わせようとするときに、特徴点TTが設定された部分のみが強く引っ張られ、いびつに変形する可能性がある。そのような場合に、全体的な動きとなるようにするのが好ましい。
【0091】
一方、3次元データDTの構成点に対しては、目の横などは細かく動いてほしい。しかし、少数の制御点しか用いない場合には、構成点は細かく移動しない。
そこで、3次元データDTの構成点については多数の制御点を用い、特徴点については少数の制御点を用いる。輪郭RKについてはその中間の量とする。
【0092】
例えば、輪郭RKが急激に変化する部分については、制御点を細かくする。安定化エネルギーは全ての制御点に対してかける。このような制御点の選択は、標準モデルDSを準備する際に行う。
【0093】
なお、制御点群T1A, T2A, T3A, TsAは互いに異なるのであるが、各制御点群に含まれる制御点は、互いに共通に用いられるものもある。
〔信頼性に応じたウエイトの変更〕
上に述べた(12)式では、各情報についての信頼性が同等であるとして総合エネルギー関数e(TA)を評価したが、ここに示す例は、それぞれの情報の信頼性に応じて重みを変更する。これによって、様々な情報の中からより信頼性の高い情報に重きを置いて判定することができる。
【0094】
なお、それぞれの情報の信頼性は、3次元計測時、または輪郭・特徴点の自動抽出時に得られるものとする。
この場合には、次の(14)式に示す総合エネルギー関数e(TA)を最小にする制御点群TAを求める。
【0095】
【数14】
Figure 0004838411
【0096】
但し、
ρi :各エネルギー関数ei (TA)に関する情報の信頼性
W (ρi):信頼性関数
TA=T1A=T2A=T3A=TSA
〔繰り返し変形〕
上に述べたステップ#16の変形処理と同じ処理を、解像度または制御点密度の異なる標準モデルDSを用いて繰り返す(#17)。
【0097】
すなわち、解像度を変更して行う場合には、まず、第1ステップで、低解像度の標準モデル(簡易モデル)DSKを用いて上のステップ#16の変形処理を行う。次に、第2ステップで、第1ステップで得られた情報を適用して、高解像度の標準モデルDSEを用いてステップ#16の変形処理と同じ処理を行う。
【0098】
また、制御点密度を変更して行う場合には、まず、第1ステップで、標準モデルDSFから制御点を間引いて生成した低密度の標準モデル(低密度型モデル)DSLを用いて上のステップ#16の変形処理を行い、これによって大まかなフィッティングを行う。次に、第2ステップで、高密度の標準モデルDSFを用いてステップ#16の変形処理と同じ処理を行い、精密なフィッティングを行う。なお、第1ステップと第2ステップとで、総合エネルギー関数の収束条件を異ならせればよい。
【0099】
これによって、演算時間を短縮することができ、全体形状を合わせつつ、局所的な形状も精度よく再現でき、より精度の高い3次元モデルMLを得ることができる。次に、各処理内容を詳しく説明する。
(1) 簡易モデルを用いる繰り返し変形
簡易モデルDSKとして、例えば図11に示す簡易モデルDSK1が用いられる。
【0100】
図11において、簡易モデルDSK1は、図4に示す標準モデルDSから構成点を間引いて減少させ、ポリゴンを粗くしたものである。構成点を間引くことによって解像度が低下し、軽量となる。例えば、標準モデルDSの構成点が1万個程度あった場合に、簡易モデルDSKの構成点は数百個程度である。したがって、簡易モデルDSKを、低解像度モデルということがある。これに対して、標準モデルDSを詳細モデルということがある。なお、簡易モデルDSKでは制御点の個数も減少する。
【0101】
例えば、標準モデルDSの構成点が1万個程度あった場合に、簡易モデルDSKの構成点は数百個程度である。
簡易モデルDSK1には、特徴点TTおよび制御点uが設定されている。簡易モデルDSK1の特徴点TTは、標準モデルDSの特徴点TTと対応がとれており、変形情報の受渡しに用いられる。但し、簡易モデルDSK1の特徴点TTの個数は、標準モデルDSの特徴点TTの個数と必ずしも同一ではなく、通常、簡易モデルDSK1の特徴点TTの個数の方が数が少ない。
【0102】
したがって、変形処理の第1ステップにおいて、簡易モデルDSK1を用いて変形を行う。第1ステップで変形した後の特徴点TTの位置情報に基づいて、第2ステップにおいて標準モデルDSを予め変形し、変形された標準モデルDSに対して変形処理を行う。
(2) 低密度型モデルを用いる繰り返し変形
低密度型モデルDSLとして、例えば図12に示す低密度型モデルDSL1が用いられる。
【0103】
図12において、低密度型モデルDSL1は、図4に示す標準モデルDSから制御点uを間引いてその密度を減少させたものである。構成点の個数は標準モデルDSと同じである。
【0104】
したがって、変形処理の第1ステップにおいて、標準モデルDSから制御点を間引いて生成した低密度型モデルDSLを用いて変形を行う。第1ステップで変形した後の構成点の位置情報に基づいて、第2ステップにおいて標準モデルDSを予め変形し、変形された標準モデルDSに対して変形処理を行う。
【0105】
このように、第1ステップで、粗い制御点群TAaを用いて大まかな形状を合致させる。その後の第2ステップで、全体的に制御点密度を増大し、または特に精緻な合致を必要とする部分の制御点を増大した細かな制御点群TAbを用い、精密な形状を合致させる。これによって演算時間を短縮することができる。最初から多くの制御点を用いて変形を行うと、計算時間を無駄に多く費やす可能性が高い。
【0106】
また、第1ステップでは大体の形状しか合わないが、見当違いの形状になる可能性は少ない。因みに、最初から標準モデルDSを用いて精密な変形を行うと、見当違いの形状に変形される可能性が大きくなる。
【0107】
上に述べた実施形態において、モデリング装置1の構成、回路、処理内容、処理順序、処理タイミング、係数の設定などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【0108】
【発明の効果】
本発明によると、演算時間を短縮することができ、全体形状を合わせつつ、局所的な形状も精度よく再現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモデリング装置を示すブロック図である。
【図2】モデリング装置の全体の処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】変形処理を示すフローチャートである。
【図4】標準モデルの例を示す図である。
【図5】対象物から3次元データを取得する様子を示す図である。
【図6】 概略の位置合わせの様子を示す図である。
【図7】輪郭および特徴点の抽出処理の様子を示す図である。
【図8】標準モデルの面と3次元データの点とを模式的に示す図である。
【図9】標準モデルの異常変形を防ぐための仮想バネを説明するための図である。
【図10】対象物の3次元データおよび信頼性データを取得する方法の例を説明する図である。
【図11】簡易モデルの例を示す図である。
【図12】低密度型モデルの例を示す図である。
【符号の説明】
1 モデリング装置
10 処理装置
ML 3次元モデル(形状モデル)
DS 標準モデル
DSK 簡易モデル
DSL 低密度型モデル
RK 輪郭
TT 特徴点
TA 制御点群
PR モデリングプログラム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for generating a shape model, and is used, for example, for generating a three-dimensional model in the field of computer graphics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, 3D CG (3D computer graphics) technology is often used for movies and games. In the three-dimensional CG, a three-dimensional model and a light are arranged and moved in a virtual three-dimensional space, so that the degree of freedom of expression is high.
[0003]
Conventionally, a non-contact type three-dimensional measuring apparatus using a light cutting method or the like has been put into practical use, and by performing measurement using this, three-dimensional data of an object can be created relatively easily. However, in order to use the three-dimensional data obtained by the measurement as it is for the three-dimensional CG, there are various problems such as complicated processing for reducing the amount of data by thinning out the obtained data.
[0004]
In order to deal with this problem, a method has been proposed in which a standard model of an object is prepared and the standard model is deformed in accordance with measured three-dimensional data (Japanese Patent Laid-Open No. 5-81377).
[0005]
In this conventional method, three-dimensional shape information of three-dimensional data obtained by measurement, that is, a point group existing in three dimensions is used as a fitting target, and the surface of the standard model is fitted to the three-dimensional point group.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method described above, when the surface of the standard model is deformed in accordance with the measured three-dimensional point group, the amount of data is large, so that a long time is required for the calculation.
[0007]
Also, if the number of three-dimensional point groups is reduced in order to reduce the amount of data, the accuracy of the generated three-dimensional model is reduced, and it is difficult to express, for example, a fine facial expression of a person. If the number of three-dimensional point groups is excessively large, there is a possibility that local deformation will occur when fitting a standard model, and there is a possibility that the entire shape will be damaged.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a shape model generation method that can reduce the calculation time and can accurately reproduce a local shape while matching the overall shape. Objective.
[0009]
  The method according to the present invention is a method of generating a shape model by fitting a standard model based on measurement data, the step of preparing the standard model, and a feature point common to the standard model. Preparing a simple model with reduced resolution from the model, transforming the simple model based on the measurement data, and converting the feature points of the standard model corresponding to the feature points of the deformed simple model to the simple model Deforming the standard model by moving in the same manner as when the model is deformed, and the deformed standard modelShapeThe step of deforming based on the measurement data.
[0011]
  The standard model is a model defined from a plurality of constituent points, and the simple model is obtained by thinning out the constituent points from the standard model.
  In another embodiment of the present invention, a standard model in which constituent points constituting a model and control points for deforming the model are defined is based on measurement data.fittingA first model for preparing the standard model, a second step for preparing a low-density model having control points having a density lower than that of the standard model, and the low-density model. A third step of deforming the model based on the measurement data, and moving the constituent points of the standard model corresponding to the deformed constituent points of the low-density model in the same manner as when transforming the low-density model. Accordingly, the method includes a fourth step of deforming the standard model, and a fifth step of deforming the deformed standard model based on the measurement data.
[0012]
  Low density modelIs the control pointStandard modelThe control point is thinned out from the control point.SaidFirst3Step andSaidFirst5The conditions for performing the deformation may differ depending on the step.
[0013]
In the present invention, the fitting refers to a deformation process of a standard model or a series of processes including it. In fitting, for example, three-dimensional data or a two-dimensional image obtained by measuring an object is used.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a modeling apparatus 1 according to the present invention.
In the present embodiment, a standard model created in advance is deformed (fitted) based on measurement data (three-dimensional data or a two-dimensional image) about a human head, thereby obtaining a three-dimensional model of the human head. An example of generation will be described.
[0015]
As shown in FIG. 1, the modeling device 1 includes a processing device 10, a magnetic disk device 11, a medium drive device 12, a display device 13, a keyboard 14, a mouse 15, and a three-dimensional measuring device 16.
[0016]
The processing device 10 includes a CPU, a RAM, a ROM, a video RAM, an input / output port, various controllers, and the like. Various functions are realized on the processing device 10 by the CPU executing programs stored in the RAM and ROM.
[0017]
The magnetic disk device 11 includes an OS (Operating System), a modeling program PR for generating a three-dimensional model ML, other programs, a standard model (standard model data) DS, three-dimensional data (three-dimensional measurement data) DT, The reliability data DR indicating the reliability of the three-dimensional data DT, the two-dimensional image (two-dimensional measurement data) FT, the generated three-dimensional model ML, and other data are stored. These programs and data are loaded into the RAM of the processing device 10 at appropriate times.
[0018]
Note that the modeling program PR includes programs for measurement processing, rough alignment, data reduction processing, deformation processing, partial region selection processing, and other processing.
[0019]
The medium drive device 12 accesses a recording medium such as a CD-ROM (CD), a floppy disk FD, or a magneto-optical disk, and reads / writes data or programs. An appropriate drive device is used according to the type of the recording medium. The modeling program PR described above can be installed from these recording media. The standard model DS, the three-dimensional data DT, the reliability data DR, the two-dimensional image FT, and the like can also be input via the recording medium.
[0020]
Various data described above, the three-dimensional model ML generated by the modeling program PR, and other data (images) are displayed on the display surface HG of the display device 13.
[0021]
The keyboard 14 and the mouse 15 are used for inputting data or giving commands to the processing device 10.
The three-dimensional measuring device 16 is for obtaining three-dimensional data DT of an object by, for example, a light cutting method. It is also possible to obtain the three-dimensional data DT directly by the three-dimensional measuring device 16, and the calculation is performed by the processing device 10 or the like based on the data output from the three-dimensional measuring device 16 and indirectly three-dimensionally. It is also possible to obtain data DT.
[0022]
Simultaneously with the three-dimensional data DT, it is also possible to acquire a two-dimensional image FT on the same line of sight for the same object as necessary. As such a three-dimensional measuring device 16, for example, a known device disclosed in JP-A-10-206132 can be used.
[0023]
As another known method for acquiring the three-dimensional data DT of the object, there is a method using a plurality of cameras arranged with parallax with respect to the object. From a plurality of images having parallax obtained from these cameras, three-dimensional data DT can be obtained by calculation using a stereoscopic photography method.
[0024]
In this method, for example, by using three cameras, data for determining the reliability of each point of the three-dimensional data DT can be acquired simultaneously.
That is, an object is photographed by multi-viewing with three cameras, and three images are obtained. For these three images, the corresponding points are searched for. Based on the corresponding points for the two images, the three-dimensional data DT is obtained by a known calculation. The other image is used to obtain the reliability data DR.
[0025]
For example, as shown in FIG. 10, three cameras A, B, and C are used to photograph the object Q to obtain three images FA, FB, and FC. For each image FA, FB, FC, the respective image planes (un, vn) are shown (n = 1, 2, 3). A point QP on the object Q in the three-dimensional space M is projected onto points PA, PB, and PC on each image plane.
[0026]
Here, if the correspondence between the points PA, PB, and PC is obtained, the three-dimensional space M ′ can be reconstructed from these correspondences. In the three-dimensional space M ′, a point QP ′ corresponding to the points PA and PB is obtained. Ideally, the point QP 'on the reconstructed three-dimensional space M' is represented by the image plane (uThree, VThree) And the point QP on the original three-dimensional space M are converted into the image plane (uThree, VThree) It should match the point PC projected above.
[0027]
However, since it is difficult to accurately determine the projection transformation and it is difficult to accurately determine the correspondence, they usually do not match. Therefore, the deviation between the point PC ′ and the point PC is taken as an error and used as an index of reliability.
[0028]
For example, the error between the point PC ′ and the point PC is indicated by the number of shifted pixels. If the point PC ′ and the point PC are on the same pixel, the error is “0”. If it is shifted by one pixel, the error is “1”. If it is shifted by two pixels, the error is “2”. This shifted pixel number can be used as the reliability data DR.
[0029]
As another method for determining the reliability data DR, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-125686 and other known methods can be used.
The modeling apparatus 1 can be configured using a personal computer or a workstation. The programs and data described above can also be obtained by receiving via the network NW.
[0030]
Next, an overall processing flow of the modeling apparatus 1 will be described with reference to a flowchart.
2 is a flowchart showing the overall processing flow of the modeling apparatus 1, FIG. 3 is a flowchart showing the deformation processing, FIG. 4 is a diagram showing an example of the standard model DS1, and FIG. 5 is to acquire three-dimensional data DT from the object. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a schematic alignment, FIG. 7 is a diagram showing a contour and feature point extraction process, and FIG. 8 is a diagram showing the surface S of the standard model DS. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a point P of the three-dimensional data DT, FIG. 9 is a diagram for explaining a virtual spring for preventing abnormal deformation of the standard model DS, and FIG. 10 is a three-dimensional data DT and reliability of an object. It is a figure explaining the example of the method of acquiring data DR.
[Preparation of standard model]
In FIG. 2, first, a standard model DS for an object is prepared (# 11). In this embodiment, since the object is a human head, it is most similar to the head of the object from among a plurality of standard model groups with various sizes and shapes for the entire circumference of the head. A standard model DS1 is prepared.
[0031]
The standard model DS may be either a three-dimensional shape model defined by polygons or a three-dimensional shape model defined by free-form surfaces. In the case of a three-dimensional shape model defined by polygons, the surface shape is determined by the three-dimensional coordinates of the vertices of each polygon. In the case of a three-dimensional shape model defined by a free-form surface, the shape of the surface is determined by the function that defines the surface and the coordinates of each control point.
[0032]
In the case of a three-dimensional shape model defined by polygons, the vertices of each polygon are described as “component points”.
In addition, when fitting the standard model DS, a point used to deform the standard model is referred to as a “control point”. The positional relationship between the control points and the constituent points of the polygon is arbitrary, and the control points may be set on the surface of the polygon or may be set away from the surface of the polygon. One control point is associated with a plurality of component points (about 3 to 100), and the associated component point moves in accordance with the movement of the control point. When fitting the standard model DS, the entire standard model DS is deformed by moving these control points. Even when the three-dimensional shape model is defined by a free-form surface, the arrangement of control points used for fitting is arbitrary.
[0033]
Control points are arranged at a high density in portions having fine shapes such as the corners of the eyes and lips, and in portions having rapid shape changes such as the nose and lips. The other portions are uniformly arranged.
[0034]
In the standard model DS, a characteristic contour RK and a characteristic point TT viewed from a certain direction are set. As the contour RK, for example, a wrinkle line, a nose line, a lip line, or a chin line is set for the eyes, nose, mouth, or jaw. As the feature point TT, for example, there is an actual characteristic part such as the end of the eye or mouth, the top of the nose, the lower end of the chin, or the middle of them, but there is no feature. A part that is easy to specify is selected.
[0035]
In the standard model DS1 shown in FIG. 4, chin lines, lip lines, and heel lines are set as contours RK1 to RK3. As can be seen in FIG. 4, the contour RK1 is a portion that becomes an edge when the standard model DS1 is viewed from a certain direction. In the standard model DS1 shown in FIG. 4, only a part of the set feature points TT is actually shown in the figure.
[0036]
As the standard model DS, there are cases where two types are used: a standard model DSE with a large number of component points (that is, high resolution) and a simple model DSK with a small number of component points (that is, low resolution). . In addition, although the number of constituent points is the same, there are cases where two types are used: a standard model DSL with high density control points and a low density model DSL with low density control points. The simplified model DSK and the low density model DSL are generated by thinning out the configuration points or control points from the standard model DSE or DSF, respectively.
[Acquisition of 3D data]
Next, three-dimensional measurement of the object is performed to obtain three-dimensional data DT (# 12). At that time, a two-dimensional image FT of the object is also acquired at the same time. Further, as described above, the reliability data DR indicating the reliability of each point of the three-dimensional data DT or information for obtaining the reliability data DR is acquired as necessary.
[0037]
For example, as shown in FIG. 5, a three-dimensional measuring device 16 is used to measure (capture) a human head that is an object. Thereby, the three-dimensional data DT and the two-dimensional image FT are acquired.
[0038]
Note that the three-dimensional data DT and / or the two-dimensional image FT obtained by measuring the object may be referred to as “measurement data”. Either the preparation of the standard model DS or the acquisition of the three-dimensional data DT may be performed first or in parallel.
[Rough alignment]
Approximate alignment between the standard model DS and the three-dimensional data DT is performed (# 13). In this process, the orientation, size, and position of the standard model DS are changed so that the standard model DS and the three-dimensional data DT substantially match. At this time, the size of each standard model DS can be matched to the three-dimensional data DT by scaling the standard model DS individually to an arbitrary magnification in each of the X, Y, and Z directions.
[0039]
For example, as shown in FIG. 6A, by rotating the standard model DS and scaling in each direction with respect to the three-dimensional data DT as shown in FIG. And a standard model DSa of approximately the same size can be obtained. In addition, in order to make it intelligible, the thing which is not adjusting the position on drawing is shown.
[0040]
As a method of rough alignment, as described below, there are two methods: (1) overall rough alignment and (2) local rough alignment.
Among these methods, the method (1) can be automatically performed. In the method (2), it is difficult to automatically extract feature points in the method, and therefore, it is necessary to perform a part manually. In the fitting after the rough alignment, the standard model DS is basically locally deformed. Therefore, the method (1) is suitable when importance is attached to the shape, like an animation. The method (2) is preferable when the position is desired to match the shape. Further, if the user is accustomed to performing feature point extraction, it is effective to use the method (2) in order to shorten the processing time.
[Overall approximate alignment]
In the overall approximate alignment, the position, direction, and size of the standard model DS are changed so that the distance between the three-dimensional data DT and the standard model DS is minimized.
[0041]
That is, si, αi, ti that minimizes the energy function e (si, αi, ti) shown in the following equation (1) is derived.
Note that f (si, αi, ti) is an energy function defined in relation to the distance between the three-dimensional data DT and the standard model DS. g (si) is a stabilization energy function for avoiding excessive deformation.
[0042]
In addition, using the two-dimensional image FT acquired at the same time when the three-dimensional measuring device 16 acquires the three-dimensional data DT, using the pattern matching on the two-dimensional image FT, the initial values of position, direction, and size are set. May be given.
[0043]
[Expression 1]
Figure 0004838411
[0044]
However,
K: Number of constituent points of 3D data
dk: distance between the constituent points of the three-dimensional data and the surface of the standard model
Wsc: Weight parameter for partial magnification stabilization
S0: Initial scale
Si: Amount of magnification in each direction (where S3 is the depth direction)
αi: Rotation in each direction of the standard model
t i: Amount of movement of the standard model in each direction
Here, the constituent points on the standard model DS move according to the following equation (2), and accordingly, the distance dk between the constituent points of the three-dimensional data DT and the surface of the standard model DS changes.
[0045]
[Expression 2]
Figure 0004838411
[0046]
In addition, when the measurement (photographing) by the three-dimensional measuring device 16 is limited from one direction, the amount of magnification in the depth direction (Z direction) may not be obtained accurately. In that case, it is considered that there is no significant difference between the shape of the three-dimensional data DT and the shape of the standard model DS, and as shown in the following equation (3), it depends on the amount of magnification (S1, S2) in the X and Y directions. A method of correcting the amount of magnification (S3) in the Z direction is also conceivable.
[0047]
[Equation 3]
Figure 0004838411
[0048]
However,
γ: Weight parameter for gaze direction x3 deformation
[Local approximate alignment]
If the overall rough alignment described above is performed automatically and it does not fit well, it will be manually aligned. However, the local rough alignment described here is a manual alignment. It is a technique to do as easily as possible. In addition, the part which did not work automatically is reset once, and it starts it manually from the beginning.
[0049]
In the local approximate alignment, the characteristic line or point on the three-dimensional data DT and the characteristic line or point on the standard model DS are associated with each other so that the distance between them is minimized. Change position, direction, and size. When lines are associated with each other, the feature point is the point on one line and the shortest of the perpendiculars drawn from that point onto the other line, and multiple points are obtained on the line. It shall be.
[0050]
That is, the energy function E (si, αi, ti) shown in the following equation (4) is minimized with respect to the distance between the feature point on the three-dimensional data DT and the corresponding feature point on the standard model DS. Thus, ti, αi, and si of the standard model DS are derived.
[0051]
[Expression 4]
Figure 0004838411
[0052]
However,
k: number of corresponding feature points
Mk: Feature point on the standard model after alignment
x: Feature point on the standard model before alignment
Ck: Feature point on 3D data
Si: Deviation amount in each direction of the standard model
αi: Rotation in each direction of the standard model
t i: Amount of movement of the standard model in each direction
Further, when the measurement (photographing) by the three-dimensional measuring device 16 is limited from one direction, the scale in the depth direction (Z direction) may not be obtained accurately. In that case, a method of correcting the scale in the Z direction using the following equation (5) is conceivable as in the case of the overall rough alignment described above.
[0053]
[Equation 5]
Figure 0004838411
[0054]
[Extraction of contour and feature points]
Outlines and feature points are extracted on the three-dimensional data DT or the two-dimensional image FT (# 14). When the contour RK and the feature point TT for the standard model DS have been extracted in advance, the contour and the feature point to be arranged at the same position as those are displayed on the three-dimensional data DT or the corresponding two-dimensional It arrange | positions on an image (refer FIG. 7).
[0055]
When the contour RK and the feature point TT are not extracted in advance for the standard model DS, they are also specified on the standard model DS together with the arrangement on the three-dimensional data DT or the two-dimensional image.
[Data reduction]
Next, in order to reduce the calculation amount and the error, data is reduced for the three-dimensional data DT, and only necessary and reliable data is extracted (# 15). By reducing the data, the calculation amount can be reduced without destroying the shape of the original three-dimensional data DT.
[0056]
In reducing the data, for example, data outside the object area is excluded and unnecessary data is excluded. For example, the face area is determined from the two-dimensional image FT, and only the three-dimensional data DT corresponding to the area is left. Alternatively, the region is determined using the difference in distance between the object and the background. In addition, there are various methods such as extracting a face region using the information on the approximate alignment. If the three-dimensional data DT includes the reliability data DR, only the highly reliable data is left. If there are many data in the neighborhood, the data is thinned out and the density is averaged.
[0057]
When the density is averaged by thinning out data, only the three-dimensional data DT that satisfies the condition expressed by the following equation (6) is employed.
[0058]
[Formula 6]
Figure 0004838411
[0059]
However,
Pk: Composition point
P to r: configuration points already adopted
Rdet(x): a function representing the density around the component point x
According to the above formula (6), if the distance between the data Pk of interest and the remaining data Pr that has been adopted so far is equal to or greater than a certain value, the data Pk is adopted.
[Deformation]
The standard model DS is deformed (# 16). Here, the energy function e1 defined in relation to the distance between each constituent point of the three-dimensional data DT and the surface of the standard model DS is used, and in addition, the feature points of the standard model DS and the three-dimensional data are used. Energy function e3 defined in relation to the distance between the feature points specified for DT, related to the distance between the contour of the standard model DS and the contour specified for the three-dimensional data DT. The energy function e2 defined in order to avoid excessive deformation and the energy function es defined to avoid excessive deformation are used to evaluate the combined energy function e so that the total energy function e is minimized. The surface of the model DS is deformed.
[0060]
It is most preferable to use four functions e1, e2, e3, and es as the total energy function e, but it is also possible to use only two of e1 to e3.
[0061]
Next, each energy function will be described sequentially.
[Distance between standard model and 3D data]
In FIG. 8, one of the point groups constituting the three-dimensional data DT is indicated by a point Pk. On the surface S of the standard model DS, the point closest to the point Pk is indicated by Qk. The point Qk is an intersection when a perpendicular is drawn from the point Pk to the surface S. Here, the distance between the point Pk and the point Qk is evaluated.
[0062]
That is, the difference energy e1 between each point of the three-dimensional data DT and the surface of the standard model DS is a point Pk on the three-dimensional data DT after data reduction and a point Qk obtained by projecting the point Pk on the surface S of the standard model DS. Is calculated by the following equation (7).
[0063]
[Expression 7]
Figure 0004838411
[0064]
However,
T1A: Control point group
Pk: Composition point of 3D data after reduction
Qk: Projection point from component point to model surface
K: Number of component points after reduction
dk: Projection direction from component point to model surface,
dk= (Qk-Pk) / | Qk-Pk |
ρk: Reliability of the component point Pk
w (ρk): reliability function, w (ρk) = 1 / (α + ρk)n
W: Σw (ρk)
L: Adjustment scale for handling various energies in the same unit
[Distance between contour on standard model and contour on measurement data]
Here, the distance between the contour RK designated on the three-dimensional data DT or the contour RK designated on the two-dimensional image FT and the contour RK on the standard model DS is evaluated.
[0065]
When the contour RK of the measurement data is specified on the three-dimensional data DT, a perpendicular is dropped from a point on the contour RK of the three-dimensional data DT to the corresponding contour RK on the standard model DS, and the shortest of the perpendiculars Is the distance. A plurality of points are designated on the contour RK.
[0066]
When the contour RK of the measurement data is designated on the two-dimensional image FT, the contour RK of the standard model DS is projected on the two-dimensional image FT using the camera parameters for the camera that captured the two-dimensional image FT. A perpendicular is dropped from a point on the contour RK of the two-dimensional image FT to the corresponding contour RK of the standard model DS, and the shortest one of the perpendiculars is taken as a distance. A plurality of points are designated on the contour RK.
[0067]
When the contour RK of the measurement data is specified on the three-dimensional data DT, the difference energy e2 for each contour RK of the standard model DS is calculated by the following equation (8) using the sum of squares of the distances. .
[0068]
[Equation 8]
Figure 0004838411
[0069]
However,
T2A: Control point group
pk: contour point on 3D data
qk: droop point from the contour point on the 3D data to the corresponding model contour
n: Number of contour points of 3D data associated with one model contour
dk: Projection direction from contour point of measurement data to corresponding model contour line,
dk= (Qk-pk) / | qk-pk |
l: Adjustment scale for handling various energies in the same unit
When the contour RK of the measurement data is designated on the two-dimensional image FT, the difference energy e2 'for each contour RK of the standard model DS is calculated by the following equation (9).
[0070]
[Equation 9]
Figure 0004838411
[0071]
However,
T2A: Control point group
pk: contour point on 2D image
qk: droop point from the contour point on the 2D image to the corresponding model contour projected onto the 2D image
n: Number of contour points of measurement data associated with one model contour
dk: Projection direction from the contour point on the 2D image to the corresponding model contour,
dk= (Qk-pk) / | qk-pk |
l: Adjustment scale for handling various energies in the same unit
The reason why the contour RK of the measurement data is designated on the two-dimensional image FT is that, for example, when the three-dimensional data DT is ambiguous, if the contour RK is designated on the three-dimensional data DT, the contour RK itself becomes inaccurate. . Therefore, the contour RK is extracted using the two-dimensional image FT instead.
[Distance between feature points on standard model and feature points on measurement data]
By setting the feature point TT on the measurement data, the feature point TT specified on the three-dimensional data DT or the feature point TT specified on the two-dimensional image FT and the feature point on the standard model DS The distance is evaluated.
[0072]
The difference energy e3 between the feature point TT on the three-dimensional data DT and the feature point TT on the standard model DS is calculated by the following equation (10) using the square distance of the corresponding feature point TT.
[0073]
When the feature point TT is specified on the two-dimensional image FT, the feature point TT of the standard model DS is projected on the two-dimensional image FT using the camera parameters, and the difference energy on the two-dimensional image FT is calculated. To do.
[0074]
[Expression 10]
Figure 0004838411
[0075]
However,
T3A: Control point group
Fk: Features of measurement data
Gk: Feature point on standard model corresponding to feature point of measurement data
N: Number of correspondences between feature points of measurement data and feature points on standard model
L: Adjustment scale for handling various energies in the same unit
[Stabilization energy to avoid excessive deformation]
In addition to the differential energy described above, a stabilization energy es is introduced to avoid excessive deformation.
[0076]
That is, it is assumed that the control points used for the deformation are connected by the virtual spring (elastic bar) KB shown in FIG. Based on the constraint of the virtual spring KB, a stabilization energy es for stabilizing the shape of the surface S of the standard model DS is defined.
[0077]
The virtual spring does not necessarily have to be stretched between the control points. It is sufficient if the relationship between the control point and the virtual spring is clear.
In FIG. 9, a part of the surface S of the standard model DS to be fitted is shown. The surface S is formed by the control point group U = | ui, i = 1... N | A virtual spring KB is disposed between adjacent control points. The virtual spring KB acts to prevent abnormal deformation of the surface S by giving a restraint between the control points by a pulling force.
[0078]
That is, when the interval between adjacent control points u increases, the pulling force by the virtual spring KB increases accordingly. For example, when the point Qk approaches the point Pk, if the distance between the control points u increases with the movement, the pulling force by the virtual spring KB increases. Even if the point Qk moves, if the distance between the control points u does not change, that is, if the relative positional relationship between the control points u does not change, the pulling force by the virtual spring KB does not change. A value obtained by averaging the pulling force by the virtual spring KB over the entire surface S is defined as a stabilization energy es. Therefore, the stabilization energy es increases when a part of the surface S protrudes and deforms. If the entire surface S moves on average, the stabilization energy es is zero.
[0079]
The stabilization energy es is obtained by the following equation (11) depending on the deformation state of the virtual spring KB.
[0080]
[Expression 11]
Figure 0004838411
[0081]
However,
TsA: Control point group
U to m, V to m: initial value of the end point (control point) of the virtual spring
Um, Vm: End point of virtual spring after deformation
L0m: length of the virtual spring in the initial state,
L0m = | U ~ m -V ~ m |
M: Number of virtual springs
c: Spring coefficient
L: Adjustment scale for handling various energies in the same unit
Therefore, when the spring coefficient c is increased, the virtual spring KB becomes hard and is not easily deformed.
[0082]
By introducing such a stabilization energy function es, a constant constraint is provided for the shape change of the surface S, and excessive deformation of the surface S can be prevented.
[Total energy function]
As described above, the control point groups T1A, T2A, T3A, and TsA are used for the energy functions e1, e2, e3, and e4, respectively. Here, these control point groups T1A to TsA are the same, but can be different from each other as will be described later. Using these control point groups TA, the standard model DS is deformed to obtain a control point group TA that minimizes the total energy function e (TA) shown in the following equation (12).
[0083]
[Expression 12]
Figure 0004838411
[0084]
However,
e1 (T1A): Differential energy between the constituent points of 3D data and the model surface
e2s(T2A): Difference energy from the contour on the measurement data for each model contour
e3 (T3A): Difference energy between feature points of measurement data and feature points on the model
eS (TSA): Stabilization energy to avoid excessive deformation
wi, c: Weight parameter of each energy
TA = T1A = T2A = T3A = TSA
[Repeated deformation]
Actually, the deformation is repeatedly performed (# 17). That is, the control point is moved and repeatedly deformed. Assuming that the total energy function after the n-th deformation is en (TA), it is determined that the total energy function en (TA) has converged when the condition of the following equation (13) is satisfied.
[0085]
[Formula 13]
Figure 0004838411
[0086]
Now, the overall flow of the deformation process will be described with reference to FIG. First, a pair of corresponding points is created between the measurement data and the standard model DS (Pk and Qk in FIG. 8) (# 21).
[0087]
The surface S is deformed (# 22), and the total energy function en (TA) after deformation is calculated (# 23). The process is repeated until the total energy function en (TA) converges (Yes in # 24).
[0088]
As a method of judging the convergence of the total energy function en (TA), as described above, the method of convergence when the total energy function en (TA) becomes smaller than a predetermined value, and the previous calculation were compared. It is possible to use a known method such as a method of converging when the rate of change becomes a predetermined value or less.
[Use of different control points]
In the equation (12) described above, the same control point group is used for the energy functions e1 to e4 having different fitting objects (composition points, contours RK, and feature points TT of the three-dimensional data DT). The example uses a different control point group for each fitting object, that is, for each energy function. That is, the control point groups T1A, T2A, T3A, TsA are made different from each other.
[0089]
In this case, the above equation (12) can be used as the total energy function e (TA). However, the control point groups T1A, T2A, T3A, and TSA used there are different from each other and have the following relationship.
[0090]
TA⊃T1A
TA⊃T2A
TA⊃T3A
TA = TSA
That is, as described above, since the feature points are points, local motion occurs with respect to the energy between the feature points. For example, when trying to match the positions of the eyes of the three-dimensional data DT and the standard model DS, there is a possibility that only the portion where the feature point TT is set is strongly pulled and deformed into an irregular shape. In such a case, it is preferable to make the movement as a whole.
[0091]
On the other hand, for the constituent points of the three-dimensional data DT, I want the side of the eyes to move finely. However, when only a small number of control points are used, the constituent points do not move finely.
Therefore, a large number of control points are used for the constituent points of the three-dimensional data DT, and a small number of control points are used for the feature points. The contour RK is an intermediate amount.
[0092]
For example, for a portion where the contour RK changes rapidly, the control point is made fine. Stabilization energy is applied to all control points. Such control point selection is performed when the standard model DS is prepared.
[0093]
Although the control point groups T1A, T2A, T3A, and TsA are different from each other, some of the control points included in each control point group are commonly used.
[Change of weight according to reliability]
In the above equation (12), the total energy function e (TA) is evaluated on the assumption that the reliability of each information is equivalent. However, in the example shown here, the weight is set according to the reliability of each information. change. Accordingly, it is possible to make a determination by placing emphasis on more reliable information among various types of information.
[0094]
In addition, the reliability of each information shall be acquired at the time of three-dimensional measurement or the automatic extraction of an outline and a feature point.
In this case, a control point group TA that minimizes the total energy function e (TA) shown in the following equation (14) is obtained.
[0095]
[Expression 14]
Figure 0004838411
[0096]
However,
ρi: Reliability of information on each energy function ei (TA)
W (ρi): Reliability function
TA = T1A = T2A = T3A = TSA
[Repeated deformation]
The same process as the deformation process of step # 16 described above is repeated using a standard model DS having a different resolution or control point density (# 17).
[0097]
That is, when the resolution is changed, first, in the first step, the deformation process of the above step # 16 is performed using the low resolution standard model (simple model) DSK. Next, in the second step, the information obtained in the first step is applied and the same process as the deformation process in step # 16 is performed using the high-resolution standard model DSE.
[0098]
When the control point density is changed, first, in the first step, the upper step is performed using the low-density standard model (low-density model) DSL generated by thinning out the control points from the standard model DSF. The deformation process of # 16 is performed, and rough fitting is performed by this. Next, in the second step, using the high-density standard model DSF, the same processing as the deformation processing in step # 16 is performed, and precise fitting is performed. In addition, what is necessary is just to change the convergence conditions of a total energy function in a 1st step and a 2nd step.
[0099]
As a result, the calculation time can be shortened, the local shape can be accurately reproduced while matching the overall shape, and a more accurate three-dimensional model ML can be obtained. Next, each processing content will be described in detail.
(1) Repeated deformation using a simple model
As the simple model DSK, for example, a simple model DSK1 shown in FIG. 11 is used.
[0100]
In FIG. 11, the simplified model DSK1 is obtained by thinning the polygons by thinning out the configuration points from the standard model DS shown in FIG. By thinning out the constituent points, the resolution is reduced and the weight is reduced. For example, when there are about 10,000 constituent points of the standard model DS, there are about several hundred constituent points of the simplified model DSK. Therefore, the simplified model DSK is sometimes referred to as a low resolution model. On the other hand, the standard model DS may be referred to as a detailed model. In the simple model DSK, the number of control points also decreases.
[0101]
For example, when there are about 10,000 constituent points of the standard model DS, there are about several hundred constituent points of the simplified model DSK.
A feature point TT and a control point u are set in the simple model DSK1. The feature point TT of the simple model DSK1 corresponds to the feature point TT of the standard model DS, and is used for delivery of deformation information. However, the number of feature points TT of the simplified model DSK1 is not necessarily the same as the number of feature points TT of the standard model DS, and usually the number of feature points TT of the simplified model DSK1 is smaller.
[0102]
Therefore, in the first step of the deformation process, deformation is performed using the simple model DSK1. Based on the position information of the feature point TT after being deformed in the first step, the standard model DS is deformed in advance in the second step, and deformation processing is performed on the deformed standard model DS.
(2) Repetitive deformation using low-density model
As the low density model DSL, for example, a low density model DSL1 shown in FIG. 12 is used.
[0103]
In FIG. 12, the low-density model DSL1 is obtained by thinning the control points u from the standard model DS shown in FIG. 4 to reduce its density. The number of constituent points is the same as that of the standard model DS.
[0104]
Therefore, in the first step of the deformation process, deformation is performed using the low-density model DSL generated by thinning out control points from the standard model DS. Based on the position information of the component points after the deformation in the first step, the standard model DS is deformed in advance in the second step, and the deformation process is performed on the deformed standard model DS.
[0105]
Thus, in the first step, the rough shape is matched using the rough control point group TAa. In the subsequent second step, a precise shape is matched by using a fine control point group TAb in which the control point density is increased as a whole, or the control points in a portion requiring particularly precise matching are increased. Thereby, the calculation time can be shortened. If deformation is performed using many control points from the beginning, there is a high possibility that a lot of calculation time is wasted.
[0106]
In addition, although only a rough shape is matched in the first step, there is little possibility of a misregistered shape. Incidentally, if the standard model DS is used for precise deformation from the beginning, there is a high possibility that it will be deformed into an incorrect shape.
[0107]
In the embodiment described above, the configuration, circuit, processing content, processing order, processing timing, coefficient setting, and the like of the modeling apparatus 1 can be appropriately changed in accordance with the spirit of the present invention.
[0108]
【The invention's effect】
According to the present invention, the calculation time can be shortened, and the local shape can be accurately reproduced while matching the overall shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a modeling apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an overall processing flow of the modeling apparatus.
FIG. 3 is a flowchart showing a deformation process.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a standard model.
FIG. 5 is a diagram showing how three-dimensional data is acquired from an object.
FIG. 6 is a diagram showing a state of rough alignment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state of outline and feature point extraction processing;
FIG. 8 is a diagram schematically showing a surface of a standard model and points of three-dimensional data.
FIG. 9 is a diagram for explaining a virtual spring for preventing abnormal deformation of a standard model.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for acquiring three-dimensional data and reliability data of an object.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a simple model.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a low-density model.
[Explanation of symbols]
1 Modeling device
10 Processing device
ML 3D model (shape model)
DS standard model
DSK simple model
DSL low density model
RK contour
TT feature point
TA control point cloud
PR modeling program

Claims (5)

標準モデルを計測データに基づいてフィッティングさせて形状モデルを生成する方法であって、
前記標準モデルを準備するステップと、
前記標準モデルと共通の特徴点を有し前記標準モデルから解像度を下げた簡易モデルを準備するステップと、
前記簡易モデルを前記計測データに基づいて変形するステップと、
変形された前記簡易モデルの特徴点に対応する前記標準モデルの特徴点を前記簡易モデルの変形時と同じように移動することにより前記標準モデルを変形するステップと、
変形された前記標準モデルの形状を前記計測データに基づいて変形するステップと、
を有することを特徴とする形状モデルの生成方法。
A method for generating a shape model by fitting a standard model based on measurement data,
Preparing the standard model;
Preparing a simple model having common feature points with the standard model and having a resolution reduced from the standard model;
Transforming the simple model based on the measurement data;
Transforming the standard model by moving the feature points of the standard model corresponding to the transformed feature points of the simple model in the same manner as when transforming the simple model;
Deforming the deformed shape of the standard model based on the measurement data;
A shape model generating method characterized by comprising:
前記標準モデルは複数の構成点から定義されるモデルであり、前記簡易モデルは前記標準モデルからその構成点を間引いたものである、
請求項1記載の形状モデルの生成方法。
The standard model is a model defined from a plurality of constituent points, and the simple model is a thinned out part of the standard model.
The shape model generation method according to claim 1.
モデルを構成する構成点とモデルを変形させるための制御点が定義されている標準モデルを計測データに基づいてフィッティングさせて形状モデルを生成する方法であって、
前記標準モデルを準備する第1ステップと、
前記標準モデルより低密度の制御点を有する低密度型モデルを準備する第2ステップと、
前記低密度型モデルを前記計測データに基づいて変形する第3ステップと、
変形された前記低密度型モデルの構成点に対応する前記標準モデルの構成点を前記低密度型モデルの変形時と同じように移動することにより前記標準モデルを変形する第4ステップと、
前記変形された標準モデルを前記計測データに基づいて変形する第5ステップと、
を有することを特徴とする形状モデルの生成方法。
A method of generating a shape model by fitting a standard model, in which component points constituting a model and control points for deforming the model are defined, based on measurement data,
A first step of preparing the standard model;
A second step of preparing a low density model having control points of lower density than the standard model;
A third step of deforming the low-density model based on the measurement data;
A fourth step of deforming the standard model by moving the constituent points of the standard model corresponding to the deformed constituent points of the low-density model in the same manner as the deformation of the low-density model;
A fifth step of deforming the deformed standard model based on the measurement data;
A shape model generating method characterized by comprising:
前記低密度型モデルの制御点は前記標準モデルの制御点からその制御点を間引いたものである、
請求項3記載の形状モデルの生成方法。
The control point of the low-density model is the control point of the standard model thinned out.
The method for generating a shape model according to claim 3.
前記第3ステップと前記第5ステップとで変形を行うための条件が異なる、
請求項3または4記載の形状モデルの生成方法。
The conditions for performing the deformation in the third step and the fifth step are different.
The method for generating a shape model according to claim 3 or 4.
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