JP7429430B2 - 3D assembly model search system, method and program - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 平成31年2月25日、第11回データ工学と情報マネジメントに関するフォーラム(DEIM2019)の予稿集論文のウェブサイトにて発表。該当アドレス https://db-event.jpn.org/deim2019/post/program.html 平成31年3月6日、一般社団法人電子情報通信学会、データ工学研究専門委員会・日本データベース学会・一般社団法人情報処理学会、データベースシステム研究会主催、第11回データ工学と情報マネジメントに関するフォーラム(DEIM2019)にて発表。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Published on the website of the proceedings of the 11th Forum on Data Engineering and Information Management (DEIM2019) on February 25, 2019. Applicable address https://db-event. jpn. org/deim2019/post/program. html March 6, 2019, The 11th Data Engineering and Information Management Conference, sponsored by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Data Engineering Research Specialist Committee, Database Society of Japan, Information Processing Society of Japan, Database Systems Research Group Announced at the forum (DEIM2019).

本発明は、部品配置の異なる3次元アセンブリモデルの検索システムに関する。 The present invention relates to a search system for three-dimensional assembly models with different component arrangements.

近年、GPU性能の大幅な向上や低価格帯3Dプリンタ、材料の普及により、製造業などでは3次元モデルによるものづくりが広く普及している。自動車や携帯電話、建築物といった分野では、設計や強度解析にCADなどのデジタルモデリングソフトによる3次元モデルが利用されており、また、工業分野だけでなく教育・医療など様々な分野でも3次元モデルは利用されており、3次元モデルのデータ量は年々増加している。3次元モデルデータには技術者のノウハウが織り込まれており、既存の3次元モデルデータを参照することで、モデルデータそのものに加え、モデルの強度解析や生産工程、加工のための工具の情報、コストなどの情報などエンジニアリングに関わる全ての情報を利用することができる。そのため、既存の3次元モデルを再利用することで、3次元モデルの設計者は新しい製品を効率よく設計することが可能となる。そのため、3次元モデルの検索に関する研究はこれまで多くなされてきており、例えば、飛行機や自動車を識別するような形状類似モデルの検索を対象とする手法が多く研究されてきた(例えば、非特許文献1)。 In recent years, due to significant improvements in GPU performance and the spread of low-priced 3D printers and materials, manufacturing using 3D models has become widespread in the manufacturing industry. In fields such as automobiles, mobile phones, and buildings, 3D models using digital modeling software such as CAD are used for design and strength analysis, and 3D models are also used not only in the industrial field but also in various fields such as education and medicine. are being used, and the amount of data for 3D models is increasing year by year. The 3D model data incorporates the know-how of engineers, and by referring to the existing 3D model data, in addition to the model data itself, information on model strength analysis, production processes, and tools for machining can be obtained. All information related to engineering, including cost information, can be used. Therefore, by reusing existing 3D models, 3D model designers can efficiently design new products. Therefore, much research has been conducted on searching for three-dimensional models, and many methods have been studied for searching for shape-similar models, such as those used to identify airplanes and cars (for example, in the non-patent literature 1).

しかし、機械設計などの工業分野では、部品の組み合わせで1つのモデルを構築する3次元CADアセンブリモデル(以下アセンブリモデル)を用いて設計することが一般的になっている。例としてGearと呼ばれるアセンブリモデルの形状と内部構造を図1に示す。図1のGearは、Cover、Bolt、Cap、Planet、Output Shaft、Spacer Caseの6種類の部品から構成されている。またBoltとPlanetのように部品の色が異なる箇所は、例えば同じ形状でも材質が異なる部品を区別するために異なるラベルを付与している場合を想定している。このような内部構造や部品の情報の微妙な違いも考慮して識別し、形状・内部構造ともに同一なモデルを検索できるような手法が確立されれば、より効率的にアセンブリモデルを扱うことができる。また、部品の種類ごとに付与されるラベルについて、事前に対象データベース内で統一されている場合には付与されたラベル値をもとに対応する部品を決定することができるが、例えばモデルの作成者が違うために同じ基準でラベルが振られていない等、振られているラベル値があてにならない場合も考えられる。ラベルの統一をあらかじめ行うにしても、データベースのモデル数が多くなれば多くなるほど、ラベルの統一は現実的ではなくなる。ラベルが統一されていない場合には、比較する部品の対応関係が分からないことを前提に検索手法を考える必要がある。よって、このような部品の対応関係が分からないことを考慮した上で、内部構造の微妙な違いも考慮して識別し、形状・内部構造ともに同一なモデルを検索できるような手法を考える必要がある。 However, in industrial fields such as mechanical design, it has become common to design using a three-dimensional CAD assembly model (hereinafter referred to as an assembly model) in which one model is constructed by combining parts. As an example, Figure 1 shows the shape and internal structure of an assembly model called Gear. The Gear shown in Figure 1 consists of six types of parts: Cover, Bolt, Cap, Planet, Output Shaft, and Spacer Case. In addition, it is assumed that where parts have different colors, such as Bolt and Planet, different labels are given to distinguish parts that have the same shape but different materials, for example. If a method could be established that takes into account subtle differences in internal structure and component information and searches for models that have the same shape and internal structure, assembly models could be handled more efficiently. can. In addition, if the labels given to each type of part are unified in advance in the target database, the corresponding part can be determined based on the given label value, but for example, when creating a model, There may be cases where the assigned label values are unreliable, such as when the labels are not assigned using the same criteria due to different people. Even if the labels are unified in advance, the more models in the database, the less realistic the label unification becomes. If the labels are not unified, it is necessary to consider the search method on the premise that the correspondence of the parts to be compared is unknown. Therefore, it is necessary to take into consideration the fact that the correspondence relationships between these parts are unknown, and to consider the subtle differences in internal structure for identification, and to come up with a method that can search for models that have the same shape and internal structure. be.

この点に関し、例えば、非特許文献2は多視点レンダリングに基づくLightFieldDiscriptor(LFD)という形状モデル検索法を提案している。LFDではモデルを中心とした正十二面体の頂点からレンダリングし、得られたシルエット画像の周波数スペクトルやツェルニケモーメントを特徴量として検索しており、これにより3次元モデルが回転していても検索を可能にしている。平行移動と大きさについてはレンダリング前に行う姿勢正規化で対応している。また、非特許文献3は3次元ボクセルグリッドから直接SIFT、SURF特徴量を抽出して利用することにより3次元形状を識別する手法を提案している。非特許文献4の手法では、ボクセル化した3次元モデルをシェルサンプリング(同心球状サンプリング)し、各球面をそれぞれ球面調和変換して次数ごとのノルムを計算することでモデルの回転に不変な特徴量を構成している。しかし、この手法ではモデルの中心が揃っている必要があるため事前の平行移動正規化が必要になる。加えて、シェルサンプリングによる各球面の間の連続性が考慮されていないという問題がある。 Regarding this point, for example, Non-Patent Document 2 proposes a shape model search method called LightField Discriptor (LFD) based on multi-view rendering. In LFD, rendering is performed from the vertices of a regular dodecahedron centered on the model, and the frequency spectrum and Zernike moment of the obtained silhouette image are searched as features. This allows for searching even if the 3D model is rotated. is possible. Parallel movement and size are handled by posture normalization performed before rendering. Furthermore, Non-Patent Document 3 proposes a method for identifying a three-dimensional shape by directly extracting and utilizing SIFT and SURF features from a three-dimensional voxel grid. The method in Non-Patent Document 4 shell-samples a voxelized three-dimensional model (concentric spherical sampling), performs spherical harmonic transformation on each spherical surface, and calculates the norm for each order, thereby obtaining feature quantities that are invariant to the rotation of the model. It consists of However, this method requires translation normalization in advance because the centers of the models must be aligned. In addition, there is a problem in that continuity between each spherical surface due to shell sampling is not taken into account.

非特許文献5が提案した手法では、6つの軸からの深さ画像に対して離散フーリエ変換を行った2次元特徴量と、非特許文献4が提案したシェルサンプリングと球面調和変換を用いた3次元特徴量とを合わせて、これをモデル全体の特徴量とした手法を用いている。深さ画像による2次元特徴量を組み合わせることによって、非特許文献4の手法にあったシェルサンプリングによる各球面の間の連続性が考慮されていないという問題を解決している。ただし、モデルの回転と平行移動については事前の正規化に任せている。球面調和関数を用いたこれらの手法は、3次元モデルを対象とした形状が類似するモデルの検索手法であり、アセンブリモデルを対象とする形状・内部構造を考慮した同一モデル検索に関する研究はまだなされていない。また、アセンブリモデルを対象としたモデル検索手法として、非特許文献6はモデルの構成部品を頂点としたグラフに変換し、グラフ検索を行うことでモデルの内部構造を識別するモデル検索を提案している。また、非特許文献7はアセンブリモデルを部品ごとに分けた上で、非特許文献2のLFDを特徴量として使用するモデル検索を提案している。しかし、これらの手法はアセンブリモデルの内部構造を考慮した検索手法ではあるが、構成する部品の配置や種類といった内部構造までは考慮されていない。 The method proposed by Non-Patent Document 5 uses two-dimensional features obtained by performing discrete Fourier transform on depth images from six axes, and the three-dimensional feature using shell sampling and spherical harmonic transformation proposed by Non-Patent Document 4. A method is used in which this is combined with the dimensional feature and used as the feature of the entire model. By combining two-dimensional feature amounts based on depth images, the problem that the continuity between each spherical surface due to shell sampling, which was in the method of Non-Patent Document 4, is not taken into account is solved. However, rotation and translation of the model are left to prior normalization. These methods using spherical harmonics are methods for searching for models with similar shapes for 3D models, and research on searching for identical models that takes shape and internal structure into consideration for assembly models has not yet been conducted. Not yet. In addition, as a model search method targeting assembly models, Non-Patent Document 6 proposes a model search method in which the internal structure of the model is identified by converting the component parts of the model into a graph with vertices and performing a graph search. There is. Furthermore, Non-Patent Document 7 proposes a model search in which the assembly model is divided into parts and then the LFD of Non-Patent Document 2 is used as a feature quantity. However, although these methods are search methods that take into account the internal structure of the assembly model, they do not take into account the internal structure such as the arrangement and types of constituent parts.

加えて、多視点レンダリングした特徴集合の計算コストを下げる研究には、非特許文献8の手法がある。この手法では、機械学習によって弁別性の高い少数の視点を選び出すことによって、類似度計算の手間を減らしている。別の手法では、Furuyaら[10]は多視点の画像群から抽出した多数の深さ画像による局所特徴を、Bag-Of-Feature(BOF)法を用いて3次元モデルあたり1つのSIFT特徴に統合することで類似度計算の計算コストを下げている。ただし、これらの研究は3次元モデルを対象とした形状が類似するモデルの検索手法であり、アセンブリモデルの同一モデル検索を想定していない。 In addition, research on reducing the calculation cost of multi-view rendered feature sets includes a method described in Non-Patent Document 8. This method uses machine learning to select a small number of highly discriminative viewpoints, reducing the effort involved in calculating similarity. In another method, Furuya et al. [10] reduced local features from multiple depth images extracted from a multi-view image group to one SIFT feature per 3D model using the Bag-Of-Feature (BOF) method. Integration reduces the computational cost of similarity calculation. However, these studies are methods for searching for models with similar shapes for three-dimensional models, and do not assume the same model search for assembly models.

この点につき、本発明者は、先行研究において、アセンブリモデルの形状と内部構造を考慮した同一モデル検索手法として、多視点レンダリングした透過投影画像を用いた検索手法を提案した(非特許文献9)。この検索方法は、複数枚の投影画像の特徴量をそれぞれ計算して、それらの集合を3次元モデルの特徴量とする手法である。この手法では以下の手順で特徴量を構築する。前処理として部品の種類ごとに体積の逆数に基づいたラベル付けを行い、アセンブリモデルの周囲から多数の透過投影画像をとる。すると、投影視点に対応した、アセンブリモデルの内部構造や部品の配置の情報が含まれた投影画像が得られる。投影画像に対して2次元ラドン変換と動径方向離散フーリエ変換を行うことで、投影画像の面内における回転と平行移動について不変な特徴量が得られる。 Regarding this point, in a previous study, the present inventor proposed a search method using transmission projection images rendered from multiple viewpoints as a same model search method that takes into account the shape and internal structure of the assembly model (Non-Patent Document 9). . This search method is a method of calculating feature amounts of each of a plurality of projected images and using a set of them as feature amounts of a three-dimensional model. In this method, features are constructed using the following steps. As preprocessing, each type of part is labeled based on the reciprocal of its volume, and a large number of transmission projection images are taken from around the assembly model. Then, a projection image containing information about the internal structure of the assembly model and the arrangement of parts corresponding to the projection viewpoint is obtained. By performing two-dimensional Radon transform and radial discrete Fourier transform on the projected image, feature quantities that are invariant with respect to rotation and translation within the plane of the projected image can be obtained.

多視点レンダリングと(面内で)回転不変な画像の全体特徴を組み合わせた手法では、視点数を十分取れば、元々のアセンブリモデルの回転に不変な検索が可能になる。しかし、1つのモデルを視点の数だけの特徴の集合で記述するため、モデル1対の比較は特徴集合と特徴集合の比較になり、計算コストが高いという問題点がある。3次元モデル検索では、データベースモデルの数が増えればそれだけモデル間の類似度を計算する回数が増えるため、類似度計算の計算コストは3次元モデル検索全体の処理時間に大きく影響する。 A method that combines multi-view rendering and rotation-invariant global features of an image (within a plane) allows rotation-invariant searches of the original assembly model if a sufficient number of viewpoints are taken. However, since one model is described by a set of features equal to the number of viewpoints, comparing a pair of models involves comparing feature sets and feature sets, which has the problem of high computational cost. In a three-dimensional model search, as the number of database models increases, the number of times the similarity between the models is calculated increases accordingly, so the computational cost of calculating the similarity greatly affects the overall processing time of the three-dimensional model search.

J.H. Tangelder and R.C. Veltkamp. A survey of content 3d shape retrieval methods. Multimedia Tools and Applications,Vol. 39, No. 3, pp. 441-471, 2008.J.H. Tangelder and R.C. Veltkamp. A survey of content 3d shape retrieval methods. Multimedia Tools and Applications,Vol. 39, No. 3, pp. 441-471, 2008.

Chen Ding-Yun and Tian Xiao-Pei and Shen Yu-Te and Ouhyoung Ming, On Visual Similarity Based 3D Model Retrieval,Computer Graphics Forum, 2003Chen Ding-Yun and Tian Xiao-Pei and Shen Yu-Te and Ouhyoung Ming, On Visual Similarity Based 3D Model Retrieval,Computer Graphics Forum, 2003

Knopp Jan and Prasad Mukta and Willems Geert and Timofte Radu and Van Gool Luc, Hough Transform and 3D SURF for Robust Three Dimensional Classification, Proceedings of the 11th European Conference on Computer Vision: Part VI, 2010Knopp Jan and Prasad Mukta and Willems Geert and Timofte Radu and Van Gool Luc, Hough Transform and 3D SURF for Robust Three Dimensional Classification, Proceedings of the 11th European Conference on Computer Vision: Part VI, 2010

Michael Kazhdan and Thomas Funkhouser and Szymon Rusinkiewicz, Rotation Invariant Spherical Harmonic Representation of 3D Shape Descriptors, Symposium on Geometry Processing, 2003Michael Kazhdan and Thomas Funkhouser and Szymon Rusinkiewicz, Rotation Invariant Spherical Harmonic Representation of 3D Shape Descriptors, Symposium on Geometry Processing, 2003

Papadakis, Panagiotis and Pratikakis, Ioannis and Theoharis,Theoharis and Passalis, Georgios and Perantonis,Stavros, 3D Object Retrieval using an Efficient and Compact Hybrid Shape Descriptor, The Eurographics Association,2008Papadakis, Panagiotis and Pratikakis, Ioannis and Theoharis, Theoharis and Passalis, Georgios and Perantonis, Stavros, 3D Object Retrieval using an Efficient and Compact Hybrid Shape Descriptor, The Eurographics Association,2008

A.S. Deshmukh, A.G. Banerjee, S.K. Gupta, and R.D. Sriram.Content-based assembly search: A step towards assembly reuse. Computer-Aided Design, Vol. 40, No. 2, pp.244-261, 2008.A.S. Deshmukh, A.G. Banerjee, S.K. Gupta, and R.D. Sriram.Content-based assembly search: A step towards assembly reuse. Computer-Aided Design, Vol. 40, No. 2, pp.244-261, 2008.

Hu, Kai-Mo and Wang, Bin and Yong, Jun-Hai and Paul,Jean-Claude, Relaxed lightweight assembly retrieval using vector space model., Computer-Aided Design, 2013Hu, Kai-Mo and Wang, Bin and Yong, Jun-Hai and Paul, Jean-Claude, Relaxed lightweight assembly retrieval using vector space model., Computer-Aided Design, 2013

A Bayesian 3-D Search Engine Using Adaptive Views Clustering,Filali Ansary, Tarik and Daoudi, Mohamed and Vandeborre,Jean-Philippe, IEEE Transactions on Multimedia,Institute of Electrical and Electronics Engineers, 9, 1, pp.78-88, 2007, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00666134A Bayesian 3-D Search Engine Using Adaptive Views Clustering,Filali Ansary, Tarik and Daoudi, Mohamed and Vandeborre,Jean-Philippe, IEEE Transactions on Multimedia,Institute of Electrical and Electronics Engineers, 9, 1, pp.78-88, 2007 , https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00666134

Kaoru Katayama and Takumi Sato. A Matching Method for 3D CAD Models with Different Assembly Structures Using Projections of Weighted Components. Journal of Information Processing, Vol. 25, pp. 376-385, 2017.Kaoru Katayama and Takumi Sato. A Matching Method for 3D CAD Models with Different Assembly Structures Using Projections of Weighted Components. Journal of Information Processing, Vol. 25, pp. 376-385, 2017.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、3次元アセンブリモデルの検索における計算コストを低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to reduce the calculation cost in searching for a three-dimensional assembly model.

本発明は、部品の対応関係が分からないようなアセンブリモデルを対象として、多視点レンダリングした投影画像と球面調和変換を利用し、形状・内部構造ともに同一なモデルを検索する手法を提案する。その際、多視点レンダリングした投影画像による特徴集合を、球面調和変換を用いて1つの特徴量に統合することで、より効率的な同一モデル検索手法を実現する。本発明は、多視点レンダリングした投影画像について、アセンブリモデルの1次元投影を使用する手法とアセンブリモデルの2次元投影を使用する手法の2つの手法を提案する。 The present invention proposes a method for searching for models with the same shape and internal structure by using multi-view rendered projection images and spherical harmonic transformation for assembly models in which the correspondence of parts is unknown. At this time, a more efficient same model search method is realized by integrating the feature set from the multi-view rendered projected image into a single feature using spherical harmonic transformation. The present invention proposes two methods for multi-view rendered projection images: a method that uses a one-dimensional projection of an assembly model, and a method that uses a two-dimensional projection of an assembly model.

本発明によれば、先行研究と比較して、類似度計算の処理時間が大きく削減され、同一モデル検索全体の処理時間についても削減された。また、先行研究と比較して小さいサイズの特徴量で同一モデル検索が可能となった。 According to the present invention, compared to previous studies, the processing time for similarity calculation is greatly reduced, and the processing time for the entire same model search is also reduced. Additionally, compared to previous studies, it has become possible to search for the same model using smaller feature quantities.

検索対象物のモデルの形状及び内部構造を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the shape and internal structure of a model of a search target. 本発明の手順を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the procedure of the present invention. 特徴量の解析手法の概要を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an overview of a feature amount analysis method. 検索時の特徴量比較の概要を示す概要図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an overview of feature quantity comparison during search. 検索時における距離を算出する手法の概要を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an overview of a method for calculating distance during a search. 検索対象物の部品ごとの特徴量を得る手法の概要を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an overview of a method for obtaining feature amounts for each part of a search target object. 本実施形態の3次元アセンブリモデル検索システムの機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram of a three-dimensional assembly model search system according to the present embodiment. 本実施形態の3次元アセンブリモデル検索システムが実行する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process performed by the three-dimensional assembly model search system of this embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Aのフローチャートである。It is a flowchart of feature value generation processing A of this embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Aを説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining feature amount generation processing A of the present embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Aを説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining feature amount generation processing A of the present embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Bのフローチャートである。It is a flowchart of feature value generation processing B of this embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Bを説明するための概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining feature amount generation processing B of the present embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Bを説明するための概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining feature amount generation processing B of the present embodiment. 本実施形態の特徴量生成処理Bを説明するための概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining feature amount generation processing B of the present embodiment. 実験に使用したアセンブリモデルを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an assembly model used in the experiment. 実験に使用したアセンブリモデルの詳細を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing details of the assembly model used in the experiment. 検索時の類似度を示すチャートである。It is a chart showing similarity at the time of search. 処理時間を示すチャートである。It is a chart showing processing time. 部品の特徴量を示すチャートである。It is a chart showing the characteristic amount of parts. 実験結果としての正答率を示すチャートである。It is a chart showing the correct answer rate as an experimental result.

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下では、3次元のサブアセンブリが複数組み合わされてなる3次元アセンブリモデルのことを「アセンブリモデル」といい、サブアセンブリは、形状が同じで、材質等の特性も同じ機械要素の集合をいう。また、以下では、3次元のサブアセンブリモデルのことを「サブアセンブリ」という場合がある。ちなみに、部品は、これ以上分けられない最小単位の機械要素である。各部品には、その特性に応じてラベルが付けられ、同じラベルが付与された部品の集合がサブアセンブリである。 The present invention will be described below with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described below. In the following, a three-dimensional assembly model that is made up of a combination of multiple three-dimensional subassemblies is referred to as an "assembly model." A subassembly is a collection of mechanical elements that have the same shape and characteristics such as materials. say. Furthermore, hereinafter, a three-dimensional subassembly model may be referred to as a "subassembly." By the way, parts are the smallest mechanical elements that cannot be further divided. Each part is labeled according to its characteristics, and a collection of parts given the same label is a subassembly.

本実施形態は、部品の対応関係が分からないようなアセンブリモデルを対象として、多視点レンダリングした投影画像と球面調和変換を利用し、形状・内部構造ともに同一なモデルを検索する手法を提案する。その際、多視点レンダリングした投影画像による特徴集合を、球面調和変換を用いて1つの特徴量に統合することで、より効率的な同一モデル検索手法を実現する。多視点レンダリングした投影画像について、アセンブリモデルの1次元投影を使用する手法(以下、第1の提案手法(1D投影)という)とアセンブリモデルの2次元投影を使用する手法(以下、第2の提案手法(2D投影)という)の2つの手法を提案する。 This embodiment proposes a method for searching for models with the same shape and internal structure using multi-view rendered projection images and spherical harmonic transformation, targeting assembly models in which the correspondence relationships between parts are unknown. At this time, a more efficient same model search method is realized by integrating the feature set from the multi-view rendered projected image into a single feature using spherical harmonic transformation. For multi-view rendered projection images, there are two methods: a method that uses one-dimensional projection of the assembly model (hereinafter referred to as the first proposed method (1D projection)) and a method that uses two-dimensional projection of the assembly model (hereinafter referred to as the second proposed method). We propose two methods (referred to as 2D projection).

第1の提案手法(1D投影)では、3次元ラドン変換、離散フーリエ変換、球面調和変換を用いて、回転と平行移動に不変なアセンブリモデルの特徴量を構築することで同一モデル検索を行う。アセンブリモデルを構成する、ラベルが同じ部品ごとに以下の手順で特徴量を計算する。まず、3次元ラドン変換により周囲からの1次元投影を作成する。投影は、ラベルが同じ部品の集合であるサブアセンブリ単位で行い、サブアセンブリとそれ以外の部分との合成により作成される。これは、サブアセンブリのモデル全体における位置を示すためである。なお、サブアセンブリとそれ以外の投影は、それぞれの体積により正規化される。3次元ラドン変換された各投影について動径方向に離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルを得ることで、元々のモデルの平行移動に不変な特徴(低周波成分に相当する部分)になる。そして、それぞれの投影角度に対応した振幅スペクトルの集合を、角度×周波数の2次元行列とみなす。この行列を周波数ごとに分け、それぞれ球面場と見なし、球面調和変換を行い、次数ごとのノルムを求めることで元々のモデルの回転に不変な特徴を得る。最後に、各球面場のノルムを順に並べることで最終的なサブアセンブリの特徴量が得られる。また、アセンブリモデル間の距離はサブアセンブリ同士の特徴量のユークリッド距離の総和が最小となるときの値として、アセンブリモデル間の類似度はその逆数とする。 In the first proposed method (1D projection), the same model search is performed by constructing features of an assembly model that are invariant to rotation and translation using three-dimensional Radon transform, discrete Fourier transform, and spherical harmonic transform. Calculate the feature values for each part with the same label that makes up the assembly model using the following steps. First, a one-dimensional projection from the surroundings is created by three-dimensional Radon transformation. Projection is performed for each subassembly, which is a collection of parts with the same label, and is created by compositing the subassembly and other parts. This is to indicate the location of the subassembly in the overall model. Note that the projections of the subassembly and others are normalized by their respective volumes. By performing discrete Fourier transform in the radial direction for each three-dimensional Radon-transformed projection and obtaining an amplitude spectrum, it becomes a feature (portion corresponding to a low frequency component) that is invariant to the translation of the original model. Then, a set of amplitude spectra corresponding to each projection angle is regarded as a two-dimensional matrix of angle×frequency. By dividing this matrix into frequencies, treating each as a spherical field, performing spherical harmonic transformation, and finding the norm for each order, we obtain features that are invariant to the rotation of the original model. Finally, by arranging the norms of each spherical field in order, the features of the final subassembly can be obtained. Further, the distance between assembly models is set as a value when the sum of Euclidean distances of feature quantities between subassemblies is the minimum, and the degree of similarity between assembly models is set as its reciprocal.

第2の提案手法(2D投影)では、2次元投影計算、2次元ラドン変換、離散フーリエ変換、球面調和変換を用いて、回転と平行移動に不変なアセンブリモデルの特徴量を構築することで同一モデル検索を行う。アセンブリモデルを構成する、ラベルが同じ部品ごとに以下の手順で特徴量を計算する。まず、球面座標に基づいて周囲からの2次元投影を作成する。投影は、第1の提案手法(1D投影)と同様、サブアセンブリ単位で行い、サブアセンブリとそれ以外の部分との合成により作成される。そして、サブアセンブリとそれ以外の投影は、それぞれの体積により正規化される。サブアセンブリごとに投影を作成した後、各投影について2次元ラドン変換を行う。2次元ラドン変換により得られた2次元配列について動径方向に離散フーリエ変換を行い振幅スペクトルを得ることで、元々のモデルの平行移動について不変な特徴を得る。続けて、角度方向に離散フーリエ変換を行い、振幅スペクトルを得ることで、2次元投影の面内における回転について不変な特徴を得る。これにより、投影角度ごとに元々のモデルの回転と平行移動について不変な2次元配列特徴が得られたことになり、2次元配列特徴を1列に並べて1次元配列にすると、それぞれの投影角度×周波数の2次元行列になる。以降は第1の提案手法(1D投影)の球面調和変換以降と同様の手順で、最終的なサブアセンブリの特徴量が得られる。また、アセンブリモデル間の距離と類似度の計算方法についても第1の提案手法(1D投影)と同様である。 The second proposed method (2D projection) uses two-dimensional projection calculation, two-dimensional Radon transform, discrete Fourier transform, and spherical harmonic transform to construct features of an assembly model that are invariant to rotation and translation. Perform model search. Calculate the feature values for each part with the same label that makes up the assembly model using the following steps. First, a two-dimensional projection from the surroundings is created based on spherical coordinates. Similar to the first proposed method (1D projection), projection is performed in subassembly units, and is created by combining the subassembly and other parts. The projections of the subassembly and others are then normalized by their respective volumes. After creating a projection for each subassembly, a two-dimensional Radon transform is performed on each projection. By performing discrete Fourier transform in the radial direction on the two-dimensional array obtained by the two-dimensional Radon transform to obtain an amplitude spectrum, features that are invariant with respect to translation of the original model are obtained. Subsequently, a discrete Fourier transform is performed in the angular direction to obtain an amplitude spectrum, thereby obtaining features that are invariant with respect to rotation within the plane of the two-dimensional projection. As a result, we have obtained a two-dimensional array feature that is invariant with respect to the rotation and translation of the original model for each projection angle.If we arrange the two-dimensional array features in a row to make a one-dimensional array, we can create a one-dimensional array for each projection angle × It becomes a two-dimensional matrix of frequencies. After that, the final feature amount of the subassembly is obtained using the same procedure as after the spherical harmonic transformation of the first proposed method (1D projection). Furthermore, the method of calculating the distance and similarity between assembly models is also the same as the first proposed method (1D projection).

本実施形態では、球面調和変換を用いて部品の対応関係が未知であるような3次元アセンブリモデルの形状・内部構造を考慮した同一モデル検索手法を提案する。本実施形態では、2つの手法を提案する。すなわち、特徴量の抽出に際し、3次元モデルの1次元投影を使用する手法と3次元モデルの2次元投影を使用する手法の2つであり、それぞれ第1の提案手法(1D投影)、第2の提案手法(2D投影)と表記する。なお、本実施形態では、検索に用いるアセンブリモデルは部品単位のファイルの集合である。サブアセンブリと部品ファイルとの対応関係を示すファイルにより、各部品がどのサブアセンブリに属するかを指定する。 In this embodiment, we propose an identical model search method using spherical harmonic transformation that takes into account the shape and internal structure of a three-dimensional assembly model in which the correspondence between parts is unknown. In this embodiment, two methods are proposed. In other words, when extracting feature quantities, there are two methods: one that uses a one-dimensional projection of a three-dimensional model, and one that uses a two-dimensional projection of a three-dimensional model. This is expressed as the proposed method (2D projection). Note that in this embodiment, the assembly model used for search is a collection of files for each part. A file indicating the correspondence between subassemblies and component files specifies which subassembly each component belongs to.

<第1の提案手法(1D投影)>
第1の提案手法(1D投影)では、3次元モデルの1次元投影から特徴量を構成し、その特徴量をもとに同一モデル検索を行う。3次元モデルから1次元投影を得る手法として3次元ラドン変換を使用する。その後、離散フーリエ変換、球面調和変換を用いて回転と平行移動に不変なアセンブリモデルの特徴量を構築する。
<First proposed method (1D projection)>
In the first proposed method (1D projection), a feature quantity is constructed from a one-dimensional projection of a three-dimensional model, and an identical model search is performed based on the feature quantity. A three-dimensional Radon transform is used as a method to obtain a one-dimensional projection from a three-dimensional model. After that, features of the assembly model that are invariant to rotation and translation are constructed using discrete Fourier transform and spherical harmonic transform.

(特徴量の抽出)
第1の提案手法(1D投影)でのアセンブリモデルから特徴量を得る手順を図2に示す。また、特徴量の抽出の手順(Algorithm1)を表1に示し、3次元ラドン変換の手順(Algorithm2)を表2に示す。
(Extraction of features)
FIG. 2 shows the procedure for obtaining features from an assembly model using the first proposed method (1D projection). Further, Table 1 shows the feature extraction procedure (Algorithm 1), and Table 2 shows the three-dimensional Radon transformation procedure (Algorithm 2).

本実施形態では、アセンブリモデルをラベルの異なるサブアセンブリごとに分解し、それぞれのサブアセンブリごとに特徴量を計算する。始めに、3次元ラドン変換により周囲からの1次元投影を作成する。この投影は、サブアセンブリ自身の投影をその体積で除して正規化したものと、そのサブアセンブリを除いたモデル全体の投影をその体積で除して正規化したものとの和である。このように体積で正規化して和を取ることは、高い検索精度を得るために重要である。そして、各1次元投影を動径方向に離散フーリエ変換することによって、各投影視点ごとに対応した元々のモデルの平行移動に不変な振幅スペクトルが得られる。こうして得られた投影角度ごとの振幅スペクトルを1つの特徴量に統合する流れを図3に示す。始めに、それぞれの投影角度に対応した振幅スペクトルの集合を、角度×周波数の2次元行列と見なす。次に、この行列を周波数ごとに分け、それぞれ球面場と見なして球面調和変換を行う。そして、次数ごとのノルムを求めることで元々のモデルの回転に不変な特徴を得る。最後に、各球面場のノルムを順に並べることで最終的なサブアセンブリの特徴量が得られる。 In this embodiment, an assembly model is decomposed into subassemblies with different labels, and feature amounts are calculated for each subassembly. First, a one-dimensional projection from the surroundings is created by three-dimensional Radon transformation. This projection is the sum of the normalized projection of the subassembly itself divided by its volume, and the normalized projection of the entire model excluding that subassembly divided by its volume. Normalizing by volume and calculating the sum in this way is important to obtain high search accuracy. Then, by performing discrete Fourier transform on each one-dimensional projection in the radial direction, an amplitude spectrum that is invariant to translation of the original model corresponding to each projection viewpoint can be obtained. FIG. 3 shows a flow of integrating the amplitude spectra for each projection angle obtained in this way into one feature quantity. First, a set of amplitude spectra corresponding to each projection angle is regarded as a two-dimensional matrix of angle×frequency. Next, this matrix is divided into frequencies, each of which is treated as a spherical field, and spherical harmonic transformation is performed. Then, by finding the norm for each order, we obtain features that are invariant to the rotation of the original model. Finally, by arranging the norms of each spherical field in order, the features of the final subassembly can be obtained.

(類似度計算)
特徴量から2つのアセンブリモデル間の距離を計算する手順を図4、図5に示す。また、2つのアセンブリモデルのサブアセンブリ間の距離を計算する手順(Algorithm3)を表3に示す。
(similarity calculation)
The procedure for calculating the distance between two assembly models from the feature amounts is shown in FIGS. 4 and 5. Further, Table 3 shows the procedure (Algorithm 3) for calculating the distance between subassemblies of two assembly models.

アセンブリモデルの特徴量は3次元配列であり、サブアセンブリごとの特徴量である2次元配列をまとめたもので表される。サブアセンブリ同士の距離はそれぞれの特徴量のユークリッド距離で表す。2つのアセンブリモデルの距離を求めるには、始めに、図4にあるように、それぞれのサブアセンブリ間のユークリッド距離をすべて調べる。そして、得られたサブアセンブリ間の距離の行列から、ユークリッド距離の合計が最小になる組み合わせを求める。本実施形態では、最適な組み合わせを求めるためにMunkresの割り当てアルゴリズム(ハンガリー法)を利用することができる。最後に、図5にあるように、その組み合わせの合計値を2つのアセンブリモデルの距離とする。また、類似度は距離の逆数とする。 The feature amount of the assembly model is a three-dimensional array, and is represented by a collection of two-dimensional arrays that are feature amounts for each subassembly. The distance between subassemblies is expressed by the Euclidean distance of each feature. To find the distance between two assembly models, first, as shown in FIG. 4, all Euclidean distances between each subassembly are examined. Then, from the obtained matrix of distances between subassemblies, a combination that minimizes the total Euclidean distance is determined. In this embodiment, Munkres' allocation algorithm (Hungarian method) can be used to find the optimal combination. Finally, as shown in FIG. 5, the total value of the combination is taken as the distance between the two assembly models. Furthermore, the degree of similarity is the reciprocal of the distance.

<第2の提案手法(2D投影)>
第2の提案手法(2D投影)では、3次元モデルの2次元投影から特徴量を構成し、その特徴量をもとに同一モデル検索を行う。全体の特徴量抽出の手順は第1の提案手法(1D投影)と似ているが、投影からモデルの姿勢変化について不変な特徴を得るための処理が異なっている。第2の提案手法(2D投影)では、2次元投影計算、2次元ラドン変換、離散フーリエ変換、球面調和変換を用いて回転と平行移動に不変なアセンブリモデルの特徴量を構築する。
<Second proposed method (2D projection)>
In the second proposed method (2D projection), a feature quantity is constructed from a two-dimensional projection of a three-dimensional model, and an identical model search is performed based on the feature quantity. The overall feature extraction procedure is similar to the first proposed method (1D projection), but the process for obtaining features that are invariant with respect to changes in the model's posture from the projection is different. In the second proposed method (2D projection), features of an assembly model that are invariant to rotation and translation are constructed using two-dimensional projection calculation, two-dimensional Radon transform, discrete Fourier transform, and spherical harmonic transform.

(特徴量の抽出)
第2の提案手法(2D投影)によってアセンブリモデルから特徴量を得る手順を図6に示す。また、特徴量の抽出の手順(Algorithm4)を表4に示し、重み付け2次元投影の作成手順(Algorithm5)を表5に示す。
(Extraction of features)
FIG. 6 shows the procedure for obtaining features from an assembly model using the second proposed method (2D projection). Further, Table 4 shows the procedure for extracting feature quantities (Algorithm 4), and Table 5 shows the procedure for creating a weighted two-dimensional projection (Algorithm 5).

図6より、アセンブリモデルを構成するサブアセンブリごとに以下の手順で特徴量を計算する。まず、モデルの周囲から重み付け2次元投影を作成する。この投影も、サブアセンブリ自身の投影をその体積で除して正規化したものと、そのサブアセンブリを除いたモデル全体の投影をその体積で除して正規化したものとの和である。次に、各2次元投影に2次元ラドン変換を行うことで、動径方向×角度方向の2次元配列(サイノグラム)に変換する。2次元投影が平行移動、回転すると、2次元配列中の要素の値が動径方向、角度方向へ平行移動する。このため、得られた2次元配列について、動径方向に離散フーリエ変換を行い振幅スペクトルを得ることで、元々のモデルの平行移動に不変な特徴を得ることができる。また、続けて、角度方向に離散フーリエ変換を行い振幅スペクトルを得ることで、2次元投影の面内における回転について不変な特徴を得ることができる。ここまでの手順で、投影角度ごとに元々のモデルの回転と平行移動について不変な2次元配列特徴量が得られたことになる。ここで、投影角度ごとの2次元配列特徴量を1列に並べて1次元配列にすると、それぞれの投影角度×周波数の2次元行列になる。これは第1の提案手法(1D投影)の球面調和変換による処理の直前の形と同じであり、第1の提案手法(1D投影)と同様に球面調和変換による特徴量の統合ができる。したがって、以降は第1の提案手法(1D投影)の図3と同様の手順で、最終的な部品の特徴量を得る。 From FIG. 6, the feature amount is calculated for each subassembly that constitutes the assembly model using the following procedure. First, a weighted two-dimensional projection is created from the surroundings of the model. This projection is also the sum of the normalized projection of the subassembly itself divided by its volume, and the normalized projection of the entire model excluding that subassembly divided by its volume. Next, by performing two-dimensional Radon transformation on each two-dimensional projection, it is converted into a two-dimensional array (sinogram) in the radial direction x angular direction. When the two-dimensional projection is translated or rotated, the values of the elements in the two-dimensional array are translated in the radial direction and the angular direction. Therefore, by performing discrete Fourier transform in the radial direction on the obtained two-dimensional array to obtain an amplitude spectrum, it is possible to obtain features that are invariant to the translation of the original model. Furthermore, by subsequently performing discrete Fourier transform in the angular direction to obtain an amplitude spectrum, it is possible to obtain features that are invariant with respect to rotation within the plane of the two-dimensional projection. Through the steps up to this point, a two-dimensional array feature that is invariant with respect to the rotation and translation of the original model has been obtained for each projection angle. Here, if the two-dimensional array feature values for each projection angle are arranged in one column to form a one-dimensional array, it becomes a two-dimensional matrix of each projection angle x frequency. This is the same as the form immediately before the processing using spherical harmonic transformation in the first proposed method (1D projection), and feature amounts can be integrated by spherical harmonic transformation similarly to the first proposed method (1D projection). Therefore, from now on, the final feature amount of the part is obtained using the same procedure as in FIG. 3 of the first proposed method (1D projection).

(類似度計算)
第2の提案手法(2D投影)でのアセンブリモデル間の距離と類似度の計算手法は第1の提案手法(1D投影)と同様であるので説明を省略する。
(Similarity calculation)
The method for calculating the distance and similarity between assembly models in the second proposed method (2D projection) is the same as that in the first proposed method (1D projection), so a description thereof will be omitted.

以上、本発明の提案手法について説明してきたが、続いて、上述した提案手法を実装した3次元アセンブリモデル検索システムについて説明する。 The proposed method of the present invention has been described above.Next, a three-dimensional assembly model retrieval system implementing the above-mentioned proposed method will be described.

図7は、本発明の実施形態である3次元アセンブリモデル検索システム100の機能ブロック図を示す。図7に示すように、本実施形態の3次元アセンブリモデル検索システム100は、検索対象となる3次元アセンブリモデルをサブアセンブリに分解するアセンブリモデル分解部10と、サブアセンブリの特徴量を生成する特徴量生成部20と、検索対象となる3次元アセンブリモデルとデータベース50に登録された3次元アセンブリモデル(以下、登録済みアセンブリモデルという)の類似度を算出する類似度算出部30と、検索結果を出力する検出結果出力部40とを含んで構成される。 FIG. 7 shows a functional block diagram of a three-dimensional assembly model search system 100 that is an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the 3D assembly model search system 100 of this embodiment includes an assembly model decomposition unit 10 that decomposes a 3D assembly model to be searched into subassemblies, and a feature value that generates feature quantities of the subassemblies. The quantity generation unit 20, the similarity calculation unit 30 that calculates the similarity between the 3D assembly model to be searched and the 3D assembly model registered in the database 50 (hereinafter referred to as registered assembly model), The detection result output unit 40 is configured to include a detection result output unit 40 that outputs the detection results.

図8に示すフローチャートに基づいて、3次元アセンブリモデル検索システム100が実行する処理の内容を説明する。 The contents of the process executed by the three-dimensional assembly model search system 100 will be explained based on the flowchart shown in FIG.

まず、ステップ101では、アセンブリモデル分解部10が、検索対象となる3次元アセンブリモデルを複数のサブアセンブリに分解する。 First, in step 101, the assembly model decomposition unit 10 decomposes a three-dimensional assembly model to be searched into a plurality of subassemblies.

続くステップ102では、特徴量生成部20が特徴量生成処理を実行する。ここでいう特徴量生成処理は、上述した第1の提案手法(1D)または第2の提案手法(2D)のいずれかによって行われる。 In the subsequent step 102, the feature amount generation unit 20 executes feature amount generation processing. The feature amount generation process here is performed by either the first proposed method (1D) or the second proposed method (2D) described above.

まず最初に、上述した第1の提案手法(1D)に基づく特徴量生成処理Aを図9に示すフローチャートに基づいて説明する。 First, feature amount generation processing A based on the first proposed method (1D) described above will be explained based on the flowchart shown in FIG.

まず、ステップ201では、検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する複数のサブアセンブリの中から、特徴量を生成するサブアセンブリを選択する。 First, in step 201, a subassembly that generates a feature amount is selected from among a plurality of subassemblies that constitute a three-dimensional assembly model to be searched.

続くステップ202では、選択したサブアセンブリについて、球面座標に基づくM個(Mは2以上の整数。以下同様。)の投影角度(θ,φ)から、3次元ラドン変換を行ってM個の1次元投影データを取得する。1次元投影データは、上記のように体積で正規化した重み付きの投影データである。 In the following step 202, for the selected subassembly, three-dimensional Radon transformation is performed from M projection angles (θ, φ) based on spherical coordinates (M is an integer of 2 or more; the same applies hereinafter) to obtain M 1 Obtain dimensional projection data. The one-dimensional projection data is weighted projection data normalized by volume as described above.

続くステップ203では、取得したM個の1次元投影データのそれぞれについて、動径方向に離散フーリエ変換を行ってN個(Nは2以上の整数。以下同様。)の周波数に対するN個の離散的な振幅スペクトルを得ることにより、(M×N)個の振幅スペクトル値を取得する。図10は、ステップ202~203の処理を概念的に示す。 In the following step 203, each of the acquired M one-dimensional projection data is subjected to discrete Fourier transform in the radial direction to obtain N discrete Fourier transforms for N frequencies (N is an integer of 2 or more; the same applies hereinafter). By obtaining an amplitude spectrum, (M×N) amplitude spectrum values are obtained. FIG. 10 conceptually shows the processing of steps 202-203.

続くステップ204では、取得した(M×N)個の振幅スペクトル値をM個の投影角度とN個の周波数の2次元行列に整列させた場合の、周波数毎の投影角度と振幅スペクトル値の関係を球面上のスカラー関数とみなして、N個のスカラー関数を定義する。 In the following step 204, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum value for each frequency is determined when the obtained (M×N) amplitude spectrum values are arranged into a two-dimensional matrix of M projection angles and N frequencies. Assuming that is a scalar function on a spherical surface, N scalar functions are defined.

続くステップ205では、定義したN個のスカラー関数のそれぞれについて、球面調和係数の最大展開次数L(Lは2以上の整数。以下同様。)で球面調和変換を行って、次数ごとのノルムを求めることにより、(N×L)個のノルムを取得する。 In the following step 205, for each of the N scalar functions defined, spherical harmonic transformation is performed using the maximum expansion order L of spherical harmonic coefficients (L is an integer of 2 or more. The same applies hereinafter) to obtain the norm for each order. By doing so, (N×L) norms are obtained.

続くステップ206では、取得した(N×L)個のノルムを所定の規則に従って並べてなる、(N×L)個のノルムを要素とするベクトルを、ステップ201で選択したサブアセンブリの特徴量として生成し、生成した(N×L)次元のベクトルを所定の記憶領域に保存する。図11は、ステップ202~206の処理を概念的に示す。 In the following step 206, a vector having (N×L) norms as elements, which is obtained by arranging the obtained (N×L) norms according to a predetermined rule, is generated as a feature amount of the subassembly selected in step 201. Then, the generated (N×L) dimensional vector is stored in a predetermined storage area. FIG. 11 conceptually shows the processing of steps 202 to 206.

以降、検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する全てのサブアセンブリの特徴量が生成されるまで、上述した一連の処理(ステップ201~206)を繰り返し、全てのサブアセンブリの特徴量が生成された時点で(ステップ207、Yes)、処理を終了する。 Thereafter, the series of processes described above (steps 201 to 206) are repeated until the feature quantities of all subassemblies constituting the three-dimensional assembly model to be searched are generated. At that point (step 207, Yes), the process ends.

以上、第1の提案手法(1D)に基づく特徴量生成処理Aについて説明したので、続いて、第2の提案手法(2D)に基づく特徴量生成処理Bについて図12に示すフローチャートに基づいて説明する。 The feature amount generation process A based on the first proposed method (1D) has been explained above, so next, the feature amount generation process B based on the second proposed method (2D) will be explained based on the flowchart shown in FIG. do.

まず、ステップ301では、検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する複数のサブアセンブリの中から、特徴量を生成するサブアセンブリを選択する。 First, in step 301, a subassembly that generates a feature amount is selected from among a plurality of subassemblies that constitute a three-dimensional assembly model to be searched.

続くステップ302では、選択したサブアセンブリについて、球面座標に基づくM個の投影角度(θ,φ)から透視投影を行ってM個の2次元投影を取得する。この投影も、上記のように体積で正規化した重み付きの投影である。図13は、ステップ302の処理を概念的に示す。 In the following step 302, perspective projection is performed on the selected subassembly from M projection angles (θ, φ) based on spherical coordinates to obtain M two-dimensional projections. This projection is also a weighted projection normalized by volume as described above. FIG. 13 conceptually shows the process of step 302.

続くステップ303では、取得したM個の2次元投影のそれぞれについて、2次元ラドン変換を行ってM個のサイノグラムを取得する。 In the following step 303, two-dimensional Radon transform is performed on each of the M acquired two-dimensional projections to acquire M sinograms.

続くステップ304では、取得したM個のサイノグラムのそれぞれについて、動径方向に一次元離散フーリエ変換を行ってN個の周波数に対するN個の離散的な振幅スペクトルを得る。続けて、角度方向に一次元離散フーリエ変換を行ってN個の周波数に対するN個の離散的な振幅スペクトルを得る。これにより、(M×N×N)個の振幅スペクトル値を取得する。図14は、ステップ303~304の処理を概念的に示す。 In the following step 304, one-dimensional discrete Fourier transform is performed on each of the M acquired sinograms in the radial direction to obtain N discrete amplitude spectra for N frequencies. Next, one-dimensional discrete Fourier transform is performed in the angular direction to obtain N discrete amplitude spectra for N frequencies. As a result, (M×N×N) amplitude spectrum values are obtained. FIG. 14 conceptually shows the processing of steps 303 to 304.

続くステップ305では、取得した(M×N×N)個の振幅スペクトル値をM個の投影角度と(N×N)個の周波数の2次元行列に整列させた場合の、周波数毎の投影角度と振幅スペクトル値の関係を球面上のスカラー関数とみなして、(N×N)個のスカラー関数を定義する。ここでは、全ての振幅スペクトル値を使用するものとして(N×N)個としているが、これに限られるものではなく、(N×N)個の内のN個だけを使用することも可能である。この場合、上記のフーリエ変換をその数だけになるようにすることができる。したがって、例えば任意の2つの整数n1、n2を決め、(n1×n2)のサイズ等の任意のサイズとすることができる。 In the following step 305, the projection angle for each frequency is determined when the obtained (M×N×N) amplitude spectrum values are arranged into a two-dimensional matrix of M projection angles and (N×N) frequencies. The relationship between the amplitude spectrum value and the amplitude spectrum value is regarded as a scalar function on a spherical surface, and (N×N) scalar functions are defined. Here, it is assumed that all amplitude spectrum values are used (N x N), but it is not limited to this, and it is also possible to use only N out of (N x N). be. In this case, the Fourier transform described above can be reduced to just that number. Therefore, for example, two arbitrary integers n1 and n2 can be determined, and an arbitrary size such as a size of (n1×n2) can be set.

続くステップ306では、定義した(N×N)個のスカラー関数のそれぞれについて、球面調和係数の最大展開次数L(Lは2以上の整数。以下同様。)で球面調和変換を行って、次数ごとのノルムを求めることにより、(N×N×L)個のノルムを取得する。 In the following step 306, spherical harmonic transformation is performed on each of the defined (N×N) scalar functions using the maximum expansion order L of spherical harmonic coefficients (L is an integer of 2 or more; the same applies hereinafter), and each order is By finding the norm of , (N×N×L) norms are obtained.

続くステップ307では、取得した(N×N×L)個のノルムを所定の規則に従って並べてなる、(N×N×L)個のノルムを要素とするベクトルを、ステップ201で選択したサブアセンブリの特徴量として生成し、生成した(N×N×L)次元のベクトルを所定の記憶領域に保存する。図15は、ステップ302~307の処理を概念的に示す。 In the following step 307, the acquired (N×N×L) norms are arranged according to a predetermined rule, and a vector having (N×N×L) norms as elements is created by arranging the obtained (N×N×L) norms according to a predetermined rule. It is generated as a feature quantity, and the generated (N×N×L)-dimensional vector is stored in a predetermined storage area. FIG. 15 conceptually shows the processing of steps 302 to 307.

以降、検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する全てのサブアセンブリの特徴量を生成されるまで、上述した一連の処理(ステップ301~307)を繰り返し、全てのサブアセンブリの特徴量が生成された時点で(ステップ308、Yes)、処理を終了する。 Thereafter, the series of processes described above (steps 301 to 307) are repeated until the feature quantities of all subassemblies constituting the three-dimensional assembly model to be searched are generated. At that point (step 308, Yes), the process ends.

以上、2種類の特徴量生成処理(A、B)について説明したので、再び、図8に戻って説明を続ける。 Since the two types of feature amount generation processing (A, B) have been described above, the description will be continued by returning to FIG. 8 again.

検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成するサブアセンブリの特徴量の生成が終わると、処理はステップ103に進む。 When the generation of features of the subassemblies constituting the three-dimensional assembly model to be searched is completed, the process proceeds to step 103.

続くステップ103では、類似度算出部30が、データベース50に登録された登録済みアセンブリモデルの中から、照合する登録済みアセンブリモデルを選択する。 In the subsequent step 103, the similarity calculation unit 30 selects a registered assembly model to be compared from among the registered assembly models registered in the database 50.

続くステップ104では、類似度算出部30が、検索対象となる3次元アセンブリモデルのサブアセンブリと、選択した登録済み3次元アセンブリモデルのサブアセンブリとを一対一で対応付ける組み合わせの中から、対応付けられたサブアセンブリ間の特徴量の距離の総和が最小になる組み合わせを探索する。ここでいう探索は、サブアセンブリ間の特徴量の距離行列の割当問題とみなすことができ、例えば、ハンガリー法を用いて解くことができる。 In the following step 104, the similarity calculation unit 30 selects a one-to-one correspondence between the subassembly of the 3D assembly model to be searched and the subassembly of the selected registered 3D assembly model. Search for a combination that minimizes the sum of feature distances between subassemblies. The search here can be regarded as a problem of assigning a distance matrix of features between subassemblies, and can be solved using the Hungarian method, for example.

続くステップ105では、類似度算出部30が、探索された組み合わせにおける特徴量の距離の総和の逆数を、ステップ103で選択した登録済み3次元アセンブリモデルの類似度として算出し、算出した類似度を所定の記憶領域に保存する。 In the following step 105, the similarity calculation unit 30 calculates the reciprocal of the sum of the distances of the feature amounts in the searched combination as the similarity of the registered three-dimensional assembly model selected in step 103, and uses the calculated similarity as the similarity of the registered three-dimensional assembly model selected in step 103. Save it in the specified storage area.

以降、データベース50に登録される全ての登録済み3次元アセンブリモデルの類似度が算出されるまで、上述した一連の処理(ステップ103~105)を繰り返し、全ての登録済み3次元アセンブリモデルの類似度が生成された時点で(ステップ106、Yes)、処理はステップ107に進む。 Thereafter, the series of processes described above (steps 103 to 105) are repeated until the similarity of all registered 3D assembly models registered in the database 50 is calculated, and the similarity of all registered 3D assembly models is calculated. is generated (step 106, Yes), the process proceeds to step 107.

続くステップ107では、検出結果出力部40が、所定の記憶領域に保存された類似度を比較し、最大の類似度を有する登録済み3次元アセンブリモデルを検出結果として出力して、処理を終了する。 In the following step 107, the detection result output unit 40 compares the degrees of similarity stored in a predetermined storage area, outputs the registered three-dimensional assembly model having the greatest degree of similarity as a detection result, and ends the process. .

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、様々な変更、修正、改良等が可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above using embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes, modifications, improvements, etc. can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.

なお、上述した実施形態の各機能は、適切なプログラム言語によってコンピュータが実行可能なプログラムとして記述することができ、当該プログラムは、任意の記録媒体に格納して頒布することができ、また、ネットワークを介して伝送することができる。 Note that each function of the embodiments described above can be written as a computer-executable program using an appropriate programming language, and the program can be stored and distributed in any recording medium, and can be distributed over a network. can be transmitted via.

上述した本発明の提案手法について、部品の配置が異なる3次元CADアセンブリモデルを用いて評価実験を行った。本評価実験では、図16に示す15種類の3次元アセンブリモデルを使用した。これらはGrabCAD(http://www.grabcad.com/library)から選んだモデルと、それらを複数結合したモデルである。ただし、簡素化のためにいくつかの部品を除外した。15種類のアセンブリモデルのそれぞれについて、部品配置が異なるタイプ1からタイプ5までを用意した。 Evaluation experiments were conducted on the proposed method of the present invention described above using three-dimensional CAD assembly models with different arrangement of parts. In this evaluation experiment, 15 types of three-dimensional assembly models shown in FIG. 16 were used. These are models selected from GrabCAD (http://www.grabcad.com/library) and models that combine multiple of them. However, some parts were excluded for simplicity. For each of the 15 types of assembly models, types 1 to 5 with different parts placements were prepared.

図17は、実験に使用したPumpモデルを例に示している。使用されている部品の種類が異なることを色の違いで表現しており、図17(a)~(e)に示すように、全体の形状、使用されている部品の形や個数は同じであるが、互いに異なる部品配置になっている。これら、15種類×5タイプの75個のモデルをデータベースモデルとした。ただし、データベースモデルにはランダムに回転と平行移動を加えた。また、各アセンブリモデルのタイプ1をクエリモデルとした。実験の際には、データベースモデルと同様にランダムに回転と平行移動を加えた。本発明の提案手法での投影枚数は球面直交座標によって決まるため、投影枚数は12(=3×4)枚、45(=5×9)枚、91(=7×13)枚、162(=9×18)枚、253(=11×23)枚、364(=13×28)枚、495(=15×33)枚のいずれかとした。投影のサイズであるAlgorithm1における|R|は96とした。 FIG. 17 shows an example of the pump model used in the experiment. The different types of parts used are expressed by different colors, and as shown in Figures 17(a) to (e), the overall shape and the shape and number of parts used are the same. However, the parts are arranged differently from each other. These 75 models of 15 types x 5 types were used as database models. However, rotations and translations were randomly added to the database model. In addition, type 1 of each assembly model was used as a query model. During the experiment, rotations and translations were added randomly, similar to the database model. The number of projection images in the proposed method of the present invention is determined by the spherical orthogonal coordinates, so the number of projection images is 12 (= 3 × 4), 45 (= 5 × 9), 91 (= 7 × 13), and 162 (= 9×18) sheets, 253(=11×23) sheets, 364(=13×28) sheets, or 495(=15×33) sheets. |R| in Algorithm 1, which is the projection size, was set to 96.

一方、上述したのと同様のモデルを使用して、本発明者の先行研究(非特許文献9:Kaoru Katayama and Takumi Sato. A Matching Method for 3D CAD Models with Different Assembly Structures Using Projections of Weighted Components. Journal of Information Processing, Vol. 25, pp. 376-385, 2017.)の手法(以下、先行研究という)を用いて対照実験を行った。先行研究での投影枚数はGeodesicDomeの頂点数によって決まるため、投影枚数は12枚、42枚、92枚、162枚、252枚、362枚、492枚のいずれかとした。 On the other hand, using a model similar to the one described above, the present inventor's previous research (Non-Patent Document 9: Kaoru Katayama and Takumi Sato. A Matching Method for 3D CAD Models with Different Assembly Structures Using Projections of Weighted Components. Journal of Information Processing, Vol. 25, pp. 376-385, 2017.) (hereinafter referred to as the previous study), we conducted a control experiment. In previous research, the number of projection images was determined by the number of vertices of the GeodesicDome, so the number of projection images was set to 12, 42, 92, 162, 252, 362, or 492.

なお、本評価実験に使用したPC環境は以下の通りである。
・CPU:Intel Core i7-7700K(4.20GHz)
・OS:Windows(登録商標)10 Education(64bit)
・メモリ(RAM):32.0 GB
・ソフトウェア:MATLAB 2018b
The PC environment used in this evaluation experiment is as follows.
・CPU:Intel Core i7-7700K(4.20GHz)
・OS: Windows (registered trademark) 10 Education (64bit)
・Memory (RAM): 32.0 GB
・Software: MATLAB 2018b

<類似モデルの識別確認実験>
第1の提案手法(1D投影)によって同一モデル検索を行い、各クエリモデルと各データベースモデルとの類似度を評価した。投影枚数を364((|Θ|、|Φ|)=(13、28))として同一モデル検索を行った。
<Identification confirmation experiment of similar models>
An identical model search was performed using the first proposed method (1D projection), and the degree of similarity between each query model and each database model was evaluated. A search for the same model was performed with the number of projections set to 364 ((|Θ|, |Φ|)=(13, 28)).

実験結果を図18に示す。図18は、クエリモデルである15種類のアセンブリモデルとデータベースである75個との類似度を示している。正解モデルは各モデルのタイプ1であり、各折れ線上に赤い菱形で示している。図18に示すように、各クエリモデルについてそれぞれの正解モデルとの類似度が最も高かった。また、クエリモデルと同じ種類のモデルとの類似度より他の種類のモデルとの類似度が高い場合はなかった。この結果から、本発明の提案手法は形状の違いを識別できており、内部構造の異なるモデルも識別できていることが分かった。 The experimental results are shown in FIG. FIG. 18 shows the degree of similarity between 15 types of assembly models that are query models and 75 types that are databases. The correct model is type 1 of each model, and is indicated by a red diamond on each polygonal line. As shown in FIG. 18, each query model had the highest degree of similarity with its respective correct model. Furthermore, there were no cases where the similarity between the query model and other types of models was higher than the similarity between the query model and models of the same type. The results show that the proposed method of the present invention can identify differences in shape and can also identify models with different internal structures.

<先行研究との処理時間の比較実験>
先行研究と第1の提案手法(1D投影)、第2の提案手法(2D投影)について、投影枚数を変化させたときの、クエリモデル1つあたりの同一モデル検索にかかる処理時間を比較した。投影枚数を変化させたときの、先行研究、第1の提案手法(1D投影)、第2の提案手法(2D投影)のそれぞれの処理時間の変化を図19(a)、(b)、(c)に示す。先行研究の問題点は、アセンブリモデル間の類似度計算においての総当たり計算による視点の対応付けが必要であり、その分処理時間が長くなってしまう点である。図19に示す結果から、投影枚数が91枚以上の場合は本発明の提案手法(第1、第2)の方が全体の処理時間が短いことが分かった。本発明の提案手法によれば、先行研究に比べ、類似度計算にかかる時間が最大で50%削減され、全体の処理時間は最大で31%削減された。
<Experiment comparing processing time with previous research>
We compared the processing time required to search for the same model per query model when changing the number of projections for the previous research, the first proposed method (1D projection), and the second proposed method (2D projection). Figure 19(a), (b), () shows the changes in processing time of the previous study, the first proposed method (1D projection), and the second proposed method (2D projection) when the number of projection images is changed. Shown in c). The problem with previous studies is that when calculating the similarity between assembly models, it is necessary to match viewpoints by brute force calculation, which increases the processing time. The results shown in FIG. 19 show that when the number of projected images is 91 or more, the proposed methods (first and second) of the present invention have a shorter overall processing time. According to the proposed method of the present invention, compared to previous studies, the time required for similarity calculation was reduced by up to 50%, and the overall processing time was reduced by up to 31%.

<先行研究との特徴量のサイズの比較実験>
先行研究と第1の提案手法(1D投影)、第2の提案手法(2D投影)について、投影枚数を増やしたときに正答率が初めて100%になるパラメータ設定における、部品1つあたりの特徴量のサイズを評価した。先行研究では投影枚数362枚のときに初めて正答率が100%になり、本発明の提案手法(第1、第2)では投影枚数364枚((|Θ|、|Φ|)=(13、28))のときに初めて正答率が100%になった。
<Experiment comparing feature size with previous research>
Regarding the previous research, the first proposed method (1D projection), and the second proposed method (2D projection), the feature amount per part in the parameter settings where the correct answer rate becomes 100% for the first time when the number of projections is increased. The size was evaluated. In previous research, the correct answer rate reached 100% only when the number of projected images was 362, and in the proposed method of the present invention (first and second), the number of projected images was 364 ((|Θ|, |Φ|)=(13, 28)), the correct answer rate reached 100% for the first time.

このときの部品1つあたりの特徴量のサイズを図20に示す。縦軸は対数軸である。図20より、第1の提案手法(1D投影)と第2の提案手法(2D投影)の特徴量のサイズは同じである。これは、特徴量抽出における球面調和変換の処理で、最大展開次数が投影枚数に応じて決まるためである。そのため、投影枚数が同じであり投影のサイズも同じであるならば、特徴量のサイズも同じになる。図20に示すように、本発明の提案手法によれば、先行研究と比較して約100分の1のサイズの特徴量で同一モデル検索が可能であることが分かった。 FIG. 20 shows the size of the feature amount per component at this time. The vertical axis is a logarithmic axis. From FIG. 20, the sizes of the feature quantities of the first proposed method (1D projection) and the second proposed method (2D projection) are the same. This is because the maximum expansion order is determined according to the number of projections in the process of spherical harmonic transformation in feature quantity extraction. Therefore, if the number of projections is the same and the size of the projections is also the same, the size of the feature amount will also be the same. As shown in FIG. 20, it was found that according to the proposed method of the present invention, it is possible to search for the same model using a feature amount that is about 1/100th the size of previous research.

<手法ごとの正答率の比較実験>
先行研究と第1の提案手法(1D投影)、第2の提案手法(2D投影)について、投影枚数を変化させたときの同一モデル検索の正答率を評価した。投影枚数を変化させたときの手法ごとの正答率の変化を図21に示す。図21に示すように、いずれの手法も投影枚数を増やすほど正答率が100%に近づき、先行研究では投影枚数362枚のときに初めて正答率が100%になり、第1の提案手法(1D投影)と第2の提案手法(2D投影)では投影枚数364枚((|Θ|、|Φ|)=(13、28))のときに初めて正答率が100%になった。第1の提案手法(1D投影)は第2の提案手法(2D投影)よりも正答率が高いことが分かった。なお、投影枚数が小さい場合は本発明の提案手法(第1、第2)は先行研究よりも正答率が低いが、これは、投影枚数の削減により角度方向の空間分解能が下がり、本発明の提案手法で球面調和変換する際に角度方向のエイリアシングが発生しているためと思われる。角度方向のエイリアシングを防ぐには元々のモデルの角度方向の複雑さ(周波数)に応じて投影枚数を増やす必要があり、図21に示すように、投影枚数を増やせば正答率が100%に近づくことが分かる。
<Comparison experiment of correct answer rate for each method>
Regarding the previous research, the first proposed method (1D projection), and the second proposed method (2D projection), we evaluated the correct answer rate of the same model search when changing the number of projections. FIG. 21 shows changes in the correct answer rate for each method when the number of projection images is changed. As shown in Figure 21, the correct answer rate approaches 100% for each method as the number of projection images increases; in previous research, the correct answer rate reached 100% for the first time when the number of projection images was 362, and the first proposed method (1D Projection) and the second proposed method (2D projection), the correct answer rate reached 100% for the first time when the number of projected images was 364 ((|Θ|, |Φ|)=(13, 28)). It was found that the first proposed method (1D projection) had a higher correct answer rate than the second proposed method (2D projection). Note that when the number of projections is small, the correct answer rate for the methods proposed by the present invention (first and second) is lower than in previous studies, but this is because the spatial resolution in the angular direction decreases due to the reduction in the number of projections. This seems to be due to angular aliasing occurring during spherical harmonic transformation using the proposed method. To prevent aliasing in the angular direction, it is necessary to increase the number of projections according to the angular complexity (frequency) of the original model, and as shown in Figure 21, as the number of projections increases, the correct answer rate approaches 100%. I understand that.

10…アセンブリモデル分解部
20…特徴量生成部
30…類似度算出部
40…検出結果出力部
50…データベース
100…3次元アセンブリモデル検索システム
10... Assembly model decomposition unit 20... Feature value generation unit 30... Similarity calculation unit 40... Detection result output unit 50... Database 100... Three-dimensional assembly model search system

Claims (13)

3次元モデルの特徴量を生成するコンピュータが実行する方法であって、
対象となる3次元モデルについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から3次元ラドン変換を行ってM個の1次元投影データを取得するステップと、
前記M個の1次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行ってN個(Nは2以上の整数)の周波数に対するN個の振幅スペクトルを得ることにより、(M×N)個の振幅スペクトルを取得するステップと、
前記(M×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、N個のスカラー関数を定義するステップと、
前記N個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、(N×L)個のノルムを取得するステップと、
前記(N×L)個のノルムを要素とするベクトルを前記3次元モデルの特徴量として生成するステップと
を含む方法。
A computer-implemented method for generating features of a three-dimensional model, the method comprising:
performing three-dimensional Radon transformation from M projection angles (M is an integer of 2 or more) on the target three-dimensional model to obtain M one-dimensional projection data;
By performing discrete Fourier transform in the radial direction on each of the M one-dimensional projection data to obtain N amplitude spectra for N frequencies (N is an integer of 2 or more) , (M×N) obtaining an amplitude spectrum of
When the (M×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is regarded as a scalar function on a spherical surface. , defining N scalar functions;
a step of obtaining (N×L) norms by performing spherical harmonic transformation on each of the N scalar functions at a maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and obtaining a norm for each order; ,
A method including the step of generating a vector having the (N×L) norms as elements as a feature of the three-dimensional model.
前記1次元投影データを取得するステップでは、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)を前記対象となる3次元モデルとし、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、3次元アセンブリモデルから前記3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して得られた投影のデータを前記1次元投影データとして取得する、請求項1に記載の方法。 In the step of acquiring the one-dimensional projection data, the target three-dimensional model is a three-dimensional model of a subassembly (three-dimensional subassembly model), which is a collection of parts that are given the same label according to the characteristics of the parts. , the projection of the three-dimensional subassembly model and the projection of the portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model are normalized, and the projection data obtained by combining them is used as the one-dimensional projection data. 2. The method of claim 1, wherein: 3次元モデルの特徴量を生成するコンピュータが実行する方法であって、
対象となる3次元モデルについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から投影を行ってM個の2次元投影を取得するステップと、
前記M個の2次元投影のそれぞれについて2次元ラドン変換を行ってM個の2次元投影データを取得するステップと、
前記M個の2次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行い、続けて角度方向に離散フーリエ変換を行ってN個(Nは2以上の整数)の周波数に対するN個の振幅スペクトルを得ることにより、(M×N×N)個の振幅スペクトルを取得するステップと、
前記(M×N×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、(N×N)個のスカラー関数を定義するステップと、
前記(N×N)個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、(N×N×L)個のノルムを取得するステップと、
前記(N×N×L)個のノルムを要素とするベクトルを前記3次元モデルの特徴量として生成するステップと、
を含む方法。
A computer-implemented method for generating features of a three-dimensional model, the method comprising:
performing projections on the target three-dimensional model from M projection angles (M is an integer of 2 or more) to obtain M two-dimensional projections;
performing a two-dimensional Radon transform on each of the M two-dimensional projections to obtain M two-dimensional projection data;
Discrete Fourier transform is performed on each of the M two-dimensional projection data in the radial direction, and then discrete Fourier transform is performed in the angular direction to obtain N amplitude spectra for N frequencies (N is an integer of 2 or more). obtaining (M×N×N) amplitude spectra by obtaining;
When the (M×N×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is expressed as a scalar function on a spherical surface. a step of defining (N×N) scalar functions;
By performing spherical harmonic transformation on each of the (N×N) scalar functions at the maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and finding the norm for each order, we can obtain the (N×N×L) scalar functions. a step of obtaining the norm;
generating a vector having the (N×N×L) norms as elements as a feature of the three-dimensional model;
method including.
前記2次元投影を取得するステップでは、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)を前記対象となる3次元モデルとし、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、3次元アセンブリモデルから3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して前記2次元投影を得る、請求項3に記載の方法。 In the step of acquiring the two-dimensional projection, the target three-dimensional model is a three-dimensional model of a subassembly (three-dimensional subassembly model) that is a collection of parts that are given the same label according to the characteristics of the parts, 4. The method according to claim 3, wherein a projection of the three-dimensional subassembly model and a projection of a portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model are respectively normalized and combined to obtain the two-dimensional projection. 3次元の部品モデルが複数組み合わされてなる3次元アセンブリモデルの類似度を算出するコンピュータが実行する方法であって、
検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)のそれぞれについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から3次元ラドン変換を行ってM個の1次元投影データを取得するステップと、
前記M個の1次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行ってN個の周波数に対するN個(Nは2以上の整数)の振幅スペクトルを得ることにより、前記3次元サブアセンブリモデル毎に(M×N)個の振幅スペクトルを取得するステップと、
前記(M×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、前記3次元サブアセンブリモデル毎にN個のスカラー関数を定義するステップと、
前記N個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、前記3次元サブアセンブリモデル毎に(N×L)個のノルムを取得するステップと、
前記(N×L)個のノルムを要素とするベクトルを各前記3次元サブアセンブリモデルの特徴量として生成するステップと、
前記検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する3次元サブアセンブリモデルと、登録済み3次元アセンブリモデルの3次元サブアセンブリモデルとを対応付ける組み合わせの中から、対応付けられた3次元サブアセンブリモデル間の特徴量の距離の総和が最小になる組み合わせを探索するステップと、
探索された組み合わせにおける前記総和の逆数を前記類似度として算出するステップと
を含む方法。
A computer-executed method for calculating the similarity of a three-dimensional assembly model formed by combining a plurality of three-dimensional part models, the method comprising:
For each subassembly 3D model (3D subassembly model), which is a collection of parts given the same label according to the characteristics of the parts, which constitutes the 3D assembly model to be searched, M (M is performing a three-dimensional Radon transformation from the projection angle (an integer of 2 or more) to obtain M one-dimensional projection data;
The three-dimensional subassembly model is obtained by performing discrete Fourier transform on each of the M one-dimensional projection data in the radial direction to obtain N amplitude spectra for N frequencies (N is an integer of 2 or more). obtaining (M×N) amplitude spectra for each
When the (M×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is regarded as a scalar function on a spherical surface. , defining N scalar functions for each of the three-dimensional subassembly models;
By performing spherical harmonic transformation on each of the N scalar functions at the maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and finding the norm for each order, (N×L) is calculated for each three-dimensional subassembly model. a step of obtaining the norm of
generating a vector having the (N×L) norms as elements as a feature quantity of each of the three-dimensional subassembly models;
Among the combinations of matching the 3D subassembly models that constitute the 3D assembly model to be searched and the 3D subassembly models of the registered 3D assembly models, select between the matched 3D subassembly models. searching for a combination that minimizes the sum of feature distances;
A method including the step of calculating the reciprocal of the total sum in the searched combinations as the similarity.
前記1次元投影データを取得するステップでは、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、前記3次元アセンブリモデルから前記3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して得られた投影のデータを前記1次元投影データとして取得する、請求項5に記載の方法。 In the step of acquiring the one-dimensional projection data, the projection of the three-dimensional subassembly model and the projection of the portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model are normalized and synthesized. 6. The method according to claim 5, wherein data of the one-dimensional projection is acquired as the one-dimensional projection data. 3次元の部品モデルが複数組み合わされてなる3次元アセンブリモデルの類似度を算出するコンピュータが実行する方法であって、
検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)のそれぞれについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から投影を行ってM個の2次元投影を取得するステップと、
前記M個の2次元投影のそれぞれについて2次元ラドン変換を行って前記3次元サブアセンブリモデル毎にM個の2次元投影データを取得するステップと、
前記M個の2次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行い、続けて角度方向に離散フーリエ変換を行ってN個(Nは2以上の整数)の周波数に対するN個の振幅スペクトルを得ることにより、前記3次元サブアセンブリモデル毎に(M×N×N)個の振幅スペクトルを取得するステップと、
前記(M×N×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、前記3次元サブアセンブリモデル毎に(N×N)個のスカラー関数を定義するステップと、
前記(N×N)個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、前記3次元サブアセンブリモデル毎に(N×N×L)個のノルムを取得するステップと、
前記(N×N×L)個のノルムを要素とするベクトルを各前記3次元サブアセンブリモデルの特徴量として生成するステップと、
前記検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する3次元サブアセンブリモデルと、登録済み3次元アセンブリモデルの3次元サブアセンブリモデルとを対応付ける組み合わせの中から、対応付けられた3次元サブアセンブリモデル間の特徴量の距離の総和が最小になる組み合わせを探索するステップと、
探索された組み合わせにおける前記総和の逆数を前記類似度として算出するステップと
を含む方法。
A computer-executed method for calculating the similarity of a three-dimensional assembly model formed by combining a plurality of three-dimensional part models, the method comprising:
For each subassembly 3D model (3D subassembly model), which is a collection of parts given the same label according to the characteristics of the parts, which constitutes the 3D assembly model to be searched, M (M is obtaining M two-dimensional projections by performing projection from a projection angle (an integer greater than or equal to 2);
performing a two-dimensional Radon transformation on each of the M two-dimensional projections to obtain M two-dimensional projection data for each of the three-dimensional subassembly models;
Discrete Fourier transform is performed on each of the M two-dimensional projection data in the radial direction, and then discrete Fourier transform is performed in the angular direction to obtain N amplitude spectra for N frequencies (N is an integer of 2 or more). obtaining (M×N×N) amplitude spectra for each of the three-dimensional subassembly models;
When the (M×N×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is expressed as a scalar function on a spherical surface. and defining (N×N) scalar functions for each of the three-dimensional subassembly models;
By performing spherical harmonic transformation on each of the (N×N) scalar functions at the maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and finding the norm for each order, ( obtaining N×N×L) norms;
generating a vector having the (N×N×L) norms as elements as a feature quantity of each of the three-dimensional subassembly models;
Among the combinations of matching the 3D subassembly models that constitute the 3D assembly model to be searched and the 3D subassembly models of the registered 3D assembly models, select between the matched 3D subassembly models. searching for a combination that minimizes the sum of feature distances;
A method including the step of calculating the reciprocal of the total sum in the searched combinations as the similarity.
前記2次元投影を取得するステップでは、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、前記3次元アセンブリモデルから前記3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して前記2次元投影を得る、請求項7に記載の方法。 In the step of obtaining the two-dimensional projection, the projection of the three-dimensional subassembly model and the projection of the portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model are respectively normalized and combined to obtain the two-dimensional projection. 8. A method according to claim 7, wherein a projection is obtained. コンピュータに、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute each step of the method according to any one of claims 1 to 8. 3次元の部品モデルが複数組み合わされてなる3次元アセンブリモデルを検索するシステムであって、
検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)について3次元サブアセンブリモデル毎の特徴量を生成する特徴量生成手段と、
前記3次元サブアセンブリモデル毎の特徴量に基づいて前記検索対象となる3次元アセンブリモデルと登録済み3次元アセンブリモデルの類似度を算出する類似度算出手段と、
最大の類似度を有する前記登録済み3次元アセンブリモデルを検出結果として出力する手段と
を含み、
前記特徴量生成手段は、
各前記3次元サブアセンブリモデルについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から3次元ラドン変換を行ってM個の1次元投影データを取得する手段と、
前記M個の1次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行ってN個の周波数に対するN個(Nは2以上の整数)の振幅スペクトルを得ることにより、(M×N)個の振幅スペクトルを取得する手段と、
前記(M×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、N個のスカラー関数を定義する手段と、
前記N個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、(N×L)個のノルムを取得する手段と、
前記(N×L)個のノルムを要素とするベクトルを各前記3次元サブアセンブリモデルの特徴量として生成する手段とを含み、
前記類似度算出手段は、
前記検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する3次元サブアセンブリモデルと、前記登録済み3次元アセンブリモデルの3次元サブアセンブリモデルとを対応付ける組み合わせの中から、対応付けられた3次元サブアセンブリモデル間の特徴量の距離の総和が最小になる組み合わせを探索する手段と、
探索された組み合わせにおける前記総和の逆数を前記類似度として算出する手段とを含む、
検索システム。
A system for searching a three-dimensional assembly model formed by combining a plurality of three-dimensional part models,
Regarding the 3D model of the subassembly (3D subassembly model), which is a collection of parts given the same label according to the characteristics of the parts, which constitutes the 3D assembly model to be searched, for each 3D subassembly model. a feature quantity generation means for generating a feature quantity;
similarity calculation means for calculating the similarity between the 3D assembly model to be searched and the registered 3D assembly model based on the feature amount of each 3D subassembly model;
and means for outputting the registered three-dimensional assembly model having the maximum similarity as a detection result,
The feature amount generation means includes:
means for performing three-dimensional Radon transformation from M projection angles (M is an integer of 2 or more) for each of the three-dimensional subassembly models to obtain M one-dimensional projection data;
By performing discrete Fourier transform in the radial direction on each of the M one-dimensional projection data to obtain N (N is an integer of 2 or more) amplitude spectra for N frequencies , (M×N) amplitude spectra are obtained. means for obtaining an amplitude spectrum of
When the (M×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is regarded as a scalar function on a spherical surface. , means for defining N scalar functions;
means for obtaining (N×L) norms by performing spherical harmonic transformation on each of the N scalar functions at a maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and obtaining a norm for each order; ,
generating a vector having the (N×L) norms as elements as a feature quantity of each of the three-dimensional subassembly models;
The similarity calculation means includes:
Among the combinations in which the 3D subassembly models constituting the 3D assembly model to be searched are matched with the 3D subassembly models of the registered 3D assembly model, the matched 3D subassembly models are selected. means for searching for a combination that minimizes the sum of the distances of the features;
and means for calculating the reciprocal of the sum of the searched combinations as the similarity.
Search system.
前記1次元投影データを取得する手段は、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、前記3次元アセンブリモデルから前記3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して得られた投影のデータを前記1次元投影データとして取得する、請求項10に記載の検索システム。 The means for acquiring the one-dimensional projection data is obtained by normalizing and synthesizing the projection of the three-dimensional subassembly model and the projection of a portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model. The search system according to claim 10, wherein data of a projected projection is acquired as the one-dimensional projection data. 3次元の部品モデルが複数組み合わされてなる3次元アセンブリモデルを検索するシステムであって、
検索対象となる3次元アセンブリモデルを構成する、部品の特性に応じて同じラベルが付与された部品の集合であるサブアセンブリの3次元モデル(3次元サブアセンブリモデル)について3次元サブアセンブリモデル毎の特徴量を生成する特徴量生成手段と、
前記3次元サブアセンブリモデル毎の特徴量に基づいて前記検索対象となる3次元アセンブリモデルと登録済み3次元アセンブリモデルの類似度を算出する類似度算出手段と、
最大の類似度を有する前記登録済み3次元アセンブリモデルを検出結果として出力する手段と
を含み、
前記特徴量生成手段は、
各前記3次元サブアセンブリモデルについてM個(Mは2以上の整数)の投影角度から投影を行ってM個の2次元投影を取得する手段と、
前記M個の2次元投影のそれぞれについて2次元ラドン変換を行ってM個の2次元投影データを取得する手段と、
前記M個の2次元投影データのそれぞれについて動径方向に離散フーリエ変換を行い、続けて角度方向に離散フーリエ変換を行ってN個(Nは2以上の整数)の周波数に対するN個の振幅スペクトルを得ることにより、(M×N×N)個の振幅スペクトルを取得する手段と、
前記(M×N×N)個の振幅スペクトルを前記投影角度と前記周波数の2次元行列に整列させた場合の、前記周波数毎の前記投影角度と前記振幅スペクトルの関係を球面上のスカラー関数とみなして、(N×N)個のスカラー関数を定義する手段と、
前記(N×N)個のスカラー関数のそれぞれについて最大展開次数L(Lは2以上の整数)で球面調和変換を行って次数ごとのノルムを求めることにより、(N×N×L)個のノルムを取得する手段と、
前記(N×N×L)個のノルムを要素とするベクトルを各前記3次元サブアセンブリモデルの特徴量として生成する手段とを含み、
前記類似度算出手段は、
前記検索対象となる3次元アセンブリモデルの3次元サブアセンブリモデルと、前記登録済み3次元アセンブリモデルの3次元サブアセンブリモデルとを対応付ける組み合わせの中から、対応付けられた3次元サブアセンブリモデル間の特徴量の距離の総和が最小になる組み合わせを探索する手段と、
探索された組み合わせにおける前記総和の逆数を前記類似度として算出する手段とを含む、
検索システム。
A system for searching a three-dimensional assembly model formed by combining a plurality of three-dimensional part models,
Regarding the 3D model of the subassembly (3D subassembly model), which is a collection of parts given the same label according to the characteristics of the parts, which constitutes the 3D assembly model to be searched, for each 3D subassembly model. a feature quantity generation means for generating a feature quantity;
similarity calculation means for calculating the similarity between the 3D assembly model to be searched and the registered 3D assembly model based on the feature amount of each 3D subassembly model;
and means for outputting the registered three-dimensional assembly model having the maximum similarity as a detection result,
The feature amount generation means includes:
means for obtaining M two-dimensional projections by projecting each of the three-dimensional subassembly models from M projection angles (M is an integer of 2 or more) ;
means for performing two-dimensional Radon transformation on each of the M two-dimensional projections to obtain M two-dimensional projection data;
Discrete Fourier transform is performed on each of the M two-dimensional projection data in the radial direction, and then discrete Fourier transform is performed in the angular direction to obtain N amplitude spectra for N frequencies (N is an integer of 2 or more). means for obtaining (M×N×N) amplitude spectra by obtaining;
When the (M×N×N) amplitude spectra are arranged into a two-dimensional matrix of the projection angle and the frequency, the relationship between the projection angle and the amplitude spectrum for each frequency is expressed as a scalar function on a spherical surface. means for defining (N×N) scalar functions,
By performing spherical harmonic transformation on each of the (N×N) scalar functions at the maximum expansion order L (L is an integer of 2 or more) and finding the norm for each order, we can obtain the (N×N×L) scalar functions. A means to obtain the norm,
generating a vector having the (N×N×L) norms as elements as a feature quantity of each of the three-dimensional subassembly models;
The similarity calculation means includes:
Among the combinations in which the 3D subassembly model of the 3D assembly model to be searched and the 3D subassembly model of the registered 3D assembly model are matched, the features between the matched 3D subassembly models are selected. means for searching for a combination that minimizes the sum of distances of quantities;
and means for calculating the reciprocal of the sum of the searched combinations as the similarity.
Search system.
前記2次元投影データを取得する手段は、前記3次元サブアセンブリモデルの投影と、前記3次元アセンブリモデルから前記3次元サブアセンブリモデルを除いた部分の投影とをそれぞれ正規化し、合成して前記2次元投影を得る、請求項12に記載の検索システム。 The means for acquiring the two-dimensional projection data normalizes the projection of the three-dimensional subassembly model and the projection of the portion of the three-dimensional assembly model excluding the three-dimensional subassembly model, and synthesizes the two. 13. The search system of claim 12, wherein a dimensional projection is obtained.
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