JPH0374784A - 三次元物体再構成処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は９画像から三次元物体を再ＩＩｍする三次元物
体再構成処理方式に関するものである。

（従来の技術） 従来、三面図あるいは透視図を用いて三次元モデルを行
う方法があるが、各図面間での対応点を見つけることが
困難であることから、再構成可能な形状としては、！ｉ
何学的な形状に限られていた。

また、複雑な物体を再構成する手段として、あらかじめ
三次元モデルを用意し、その三次元モデルと＊ａ構造物
とをマツチングさせることにより再構成を行う方法があ
る。

（発明が解決しようとする謀Ｂ） しかし、この場合も、対応点の検出の困難さは残されて
おり、また１画像構造物として存在する物体全ての三次
元モデルを用意する必要があるため、用意するべきモデ
ルの数が膨大になるといった欠点をもっている。さらに
、入力される図面としては、正確な図面、つまり図面間
で各部品の対応が正しく取れる図面が必要とされ、不完
全な図面９例えば、再構成される部品形状の一部が不明
瞭であったり、欠けていたり２図面に描かれている部品
の形状がモデルの持っている形状と一部異なっている場
合や、あるいはスケッチ画像のような粗雑な形状で記述
されている画像に関しては。

対応点を取ることが難しくなり、三次元再構成を行うこ
とが困難になるといった問題点があった。

従って１本発明の目的は三次元物体再構成に当たって、
不完全な図面であっても、その図面に最も近似した三次
元形状を再構成することであり。

複雑な構造を持つ物体に対しても、三次元モデルを必要
とせずして三次元再構成を可能とすることである。

（課題を解決するための手段） 本発明においては、三次元物体の各部品を垂直方向及び
水平方向から見た断面図を９両断面図において同じ順番
に部品の形状を描いていき、各構成部品の断面形状を超
二次関数により近似することにより、三次元再構成を行
うようにしているゆ即ち、三次元物体を構成する各部品
を透視した垂直方向及び水平方向での断面図を入力する
第１の手段と、第１の手段により入力された図面からユ
ーザの指定により各部品を分割する第２の手段と。

第２の手段により分割された各部品の輪郭データに関し
て関数近似を行う第３の手段とをそなえ第３の手段で用
いる関数として超二次関数を用い４得られた関数に対し
て、入力された２枚の平面図間で各関数パラメータの値
の比を合わせ、各部品の２枚の断面図での重心位置関係
をもとに三次元空間内において組み合わせることを特徴
としている。超二次関数は２つの断面形状を決定する２
つの関数パラメータを変化させることにより、連続的に
多様な形状を作成することが可能であるため。

各種形状を持つ部品に対して、それぞれ一種類の超二次
関数により表現することが可能であり、これらの部品を
組み合わせることにより、複雑な物体であっても三次元
モデル、が可能である。従来のような三次元モデルをあ
らかじめ用意する必要がない点が従来とは異なる。また
、連続関数による近似を行っていることから、不完全な
部分やあいまいな部分は、補間あるいは補正が行われ最
適な形状に近似（収束）するため、従来再ｌＩ！′ｆ１
．が困難であった不完全な図面に対しても物体を再構成
することが可能な点が従来とは異なる。また、入力形状
データとして３手書きスケッチ画像を用いることにより
、従来のような正確な図面や再構成される物体が簡単な
幾何学的構造である必要がなく。

また、関数による近似を行うため、スケッチの画像が歪
んでいても、整形された形状を再現することが可能であ
る点が異なる。

（実施例） 以下２本発明を実施例について詳細に説明する。

第２図は超二次関数を球座標で表現した場合の説説明図
である。ベクトルＸは大きさ、方向を示し。

１は超二次関数の表面である。またこの場合の超二次関
数は下式で示される。

・・・（１） ここで、η及びωは、それぞれ緯度及び経度を示してお
り、それぞれ下記の範囲を持つ。

０≦ω〈２π また係数のａｌ、ａ２．ａ３は各軸方向のスケールパラ
メータでありスカラーである。ａｌ。

ａ２は形状パラメータで、実数のべき乗である。

そして、ε１によりｚ軸に関する形状変化が行われ、ａ
２によりｘｙ平面に関する形状を変化させることができ
る。これは、三次元の超二次関数であるが、二次元の場
合は と表現される。ａ４．ａ５はスケールパラメータであり
、εは形状パラメータである。

第１図に本発明の実施例ブロック図を示す、２は２つボ
タンのマウス、３はスケッチ画像入力装置、４はデイス
プレィ、５は部品分割装置、６は関数近似装置、７は断
面照合装置２８は三次元座標系表示装置、ａ〜ｅは装置
間のインタフェースをそれぞれ示している。

まず利用者はマウス２を介して、マウス２の左ボタンを
押しながら、三次元物体の垂直方向から見た断面図とし
て、各構成部品の断面形状の輪郭データをスケッチ画像
入力装置３に入力する。マウス２により描かれているス
ケッチは、デイスプレィ４に表示されているキャンパス
上に措かれる。

マウス２の動きと同様にキャンパス内にスケッチが描か
れていく、このとき、利用者は物体を構成する一つの部
品を描き終えた時点でマウス２の右ボタンを押す、これ
により、入力される座標データに対して、三次元物体を
構成する各部品ごとの区別を行うための印が付けられる
。そして、利用者は９物体を構成する全ての部品の断面
形状をスケッチする。第３図（Ａ）は垂直方向の断面図
のスケッチ画像９の例を示す。同様にして、水平方向か
ら見た断面図のスケッチを描く。このとき。

垂直方向の断面図のスケッチ画像９を描いたのと同じ順
番に各部品の断面を描いていく。第３図（Ｂ）は水平方
向の断面図のスケッチ画像ｌＯの例を示す、スケッチｌ
１ａ９．１０として入力された断面形状データは、イン
タフＸ−スレを介して。

部品分割装置５に送られる。該装置５では断面形状デー
タからユーザがマウス２の右ボタンにより印を付けた座
標データ列毎に、断面形状データを分割する。そして各
部品ごとの重心座標が計算される。検出された各部品の
座標データは、インフッユースＣを介して、関数近似装
置６に送られ。

座標データをもとに二次元の超二次関数（２）式により
近似が行われ、各部品ごとの関数パラメータ（ａ　４．
　　ａ　５．　　ε）が抽出される。２枚のスケッチ画
像９．１０から得られた各構成部品の重心（Ｘｇｔｏｐ
、　Ｙｇｔｏｐ）と（Ｘｇｓｉｄｅ、　Ｙｇｓｉｄｅ）
及び。

関数パラメータ（ｓ　１ＯＧｌ＋　ａ　４ｔｏｐ、　　
ａ　５ｔｏｐ）　。

（ｅ　５ｉｄｅ、　　ａ　４ｓｉｄｅ、　ａ　５ｓｉｄ
ｅ）は、インタフェースｄを介して断面照合装置７に送
られる。該装置７では、２枚の断面図スケッチから得ら
れた各部品のパラメータを三次元空間に投影することに
より各部品の空間的な位置を算出する。まず、物体のＹ
軸方向に関するパラメータは２枚のスケッチから求めら
れるため（Ｙｇｔｏｐ、　Ｙｇｓｉｄｅ及びａ　５ｔｏ
ｐ。

ａ　４ｓｉｄｅ）　＋両者のパラメータの比を同じにす
る。

即ち、垂直方向の断面図を基準として水平方向の断面図
から得られた関数パラメータを（ａ　５ｔｏρ／ａ５ｓ
ｊｄｅ）倍にする。

ａ　４ｓｔｄｅ’　＝　（ａ　５ｔｏｐ／　ａ　５ｓｉ
ｄｅ）　−ａ　４ｓｉｄｅＹｇｓｌｄｅ’　ａｍ　（ａ
　５ｔｏｐ／　ａ　５ｓｉｄｅ）　−Ｙｇｓｉｄｅそし
て、再構成される物体の各部品の重心（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚ
ｇ）はそれぞれ。

Ｘ　ｇ　＝　Ｘｇｔｏｐ Ｙ　ｇ　＝　Ｙｇｔｏｐ Ｚ　ｇ　＝　Ｙｇｓｉｄｅ’ として求められる。また、関数パラメータε２冒ｓ　ｔ
ｏｐ ａｌ場ａ４ｔｏｐ ａｌ＝ａｓｉｃｌｅ 及びａ　３−　ａ　４ｓｉｄｅ’ とすることにより、スケッチに描かれた物体は三次元の
超二次関数（１１式として表現され、空間的に求められ
た各部品の重心位置に配置される。三次元表現された関
数は、インタフェースｅを介して三次元座標系表示位置
８に三次元形状として表示される。第４図はスケッチ画
像から再１或された三次元形状の例を示す。

本実施例では、スケッチの入力方法としてマウスを用い
ているが、デジタイザ等を用いてスケッチすることも可
能であり、垂直方向及び水平方向の断面図の二枚のスケ
ッチを入力することが可能な手段はすべて、同様に実施
例に含まれ、特定はされない。

（発明の効果） 本発明によれば、再構成しようとする物体の断面形状を
簡単なスケッチとして描くことにより。

概略形状の三次元物体を再ｔｌ戒し、これを修正するこ
とにより想像している形状を具体的に三次元化すること
が可能である。また、スケッチ等により描かれた形状が
歪んでいても、関数による近似を行うことで、整形され
た三次元形状を作成することができ、スケッチの粗さに
関わらず三次元再構成を行うことが可能である。さらに
３人力図面として自然画像を用いる場合でも、まず再構
成しようとする構成部品の領域を２（！１面間で対応を
取りながら指定し、その領域を画像処理して得られた線
画の中から、細かに途切れたエツジに対して関数近似を
行うことで、その物体の概略形状を求めることが可能で
ある。また、三次元モデルとのマツチングを行う場合、
三次元空間での対応付けを行うことができるため、従来
のような二次元空間でのマツチングに比べ、複雑な形状
であってもマツチングを行うことができる。

本発明の場合には、自分の意図した形状をコンピュータ
に容易に伝えることが可能であり、コンピュータとの対
話を容易にする手段として有益なものであり、Ｗ像情報
を三次元として再現するという用途を初め１画像を三次
元として理解・表現しようとする画像理解・創成の分野
において広く適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例ブロック図、第２図は超二次関
数を球座標で表現した場合の説明図、第３図は断面図の
スケッチ画像の例、第４図はスケッチ画像から再構成さ
れた三次元形状の例を示す。 １：超二次関数表面、２：２つボタンのマウス３：スケ
ッチ画像入力装置１４：デイスプレィ。 ５：部品分割装置、６：関数近似装置、７：断面照合装
置、８；三次元座標系表示装置、９：垂直方向から見た
断面図のスケッチ画像、１０：水平方向から見た断面図
のスケッチ画像、ａ”−ｅは装置間のインタフェース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　三次元物体を構成する各部品を透視した垂直方向及び
   水平方向での断面図を入力する第１の手段と、第１の手
   段により入力された図面からユーザの指定により各部品
   を分割する第２の手段と、第２の手段により分割された
   各部品の輪郭データに関して関数近似を行う第３の手段
   とをそなえ、第３の手段で用いる関数として超二次関数
   を用い、得られた関数に対して、入力された２枚の平面
   図間で各関数パラメータの値の比を合わせ、各部品の２
   枚の断面図での重心位置関係をもとに三次元空間内にお
   いて組み合わせることを特徴とした三次元物体再構成処
   理方式。