JPH04289976A - 三次元形状モデル生成方法およびシステム - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状モデル生成
方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、三次元物
体の二次元図形情報を利用して三次元形状モデルを生成
する三次元形状モデル生成方法およびシステムに関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、ある三次元物体の三次元形状モデ
ルを生成する場合、その三次元物体の形状を表わす座標
値をデジタイズや対話により入力している。

【０００３】また、「プロシーディングス・オブ・シー
ジー・インターナショナル’８９（１９８９）第４５１
頁から第４６９頁」には、予め入力された形状データを
対話的に変形することにより、三次元形状モデルを生成
する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
三次元物体の形状を表わす座標値を入力する方法は、三
次元物体の形状が複雑になるほど膨大な入力工数を要す
る問題点がある。

【０００５】一方、予め入力された形状データを対話的
に変形する方法は、生成される形状が変形操作の順序に
依存するため、所望の形状を生成することが困難となる
問題点がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、少ない工数で三
次元形状モデルを生成することが出来る三次元形状モデ
ル生成方法およびシステムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、三次元形状モ
デルを生成したい三次元物体の二次元図形情報を入力し
、前記三次元物体と基本形状が近似する三次元基本形状
モデルを入力し、前記二次元図形情報上の特徴点と前記
三次元基本形状モデル上の制御点の対応づけ情報を入力
し、前記二次元図形情報上の特徴点に前記三次元基本形
状モデル上の制御点が一致するように前記三次元基本形
状モデルを変形して、前記三次元物体の三次元形状モデ
ルを生成することを特徴とする三次元形状モデル生成方
法を提供する。上記構成において、二次元図形情報上の
特徴点と三次元基本形状モデル上の制御点の対応づけ情
報を入力する代りに、二次元図形情報上の境界線と三次
元基本形状モデル上の境界線の対応づけ情報を入力する
ようにしてもよい。

【０００８】また、本発明は、三次元物体の二次元図形
情報を入力するための二次元図形情報入力手段と、三次
元基本形状モデルを入力するための三次元基本形状モデ
ル入力手段と、前記二次元図形情報と前記三次元基本形
状モデルとを対応づける情報を入力するための対応づけ
情報入力手段と、入力された対応づけ情報に基づいて前
記三次元基本形状モデルを変形する三次元基本形状モデ
ル変形手段とを具備することを特徴とする三次元形状モ
デル生成システムを提供する。

【０００９】

【作用】本発明の三次元形状モデル生成方法およびシス
テムでは、三次元物体の二次元図形情報と三次元基本形
状モデルと両者の対応づけ情報を入力すると、その対応
づけ情報に基づいて、三次元物体の二次元図形情報に適
合するように三次元基本形状モデルを変形して、三次元
形状モデルを生成する。

【００１０】三次元物体の二次元図形情報はイメージス
キャナを使用して入力でき、三次元基本形状モデルは基
本形状であるから１度入力しておけば何度でも使用でき
る。従って、対応づけ情報を入力することがユーザの最
大の負担になるが、三次元形状の座標を入力することに
比らべると情報量は少なくて済むので、入力の負担も軽
減される。また、生成した三次元形状モデルを三次元基
本形状モデルとして利用することを繰り返すことにより
、高度に複雑な形状の三次元形状モデルをも生成できる
ようになる。

【００１１】

【実施例】以下、図に示す実施例に基づいて本発明をさ
らに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定さ
れるものではない。図１は、本発明の三次元形状モデル
生成方法の概略説明図である。まず、三次元モデル化し
たい三次元物体の二次元画像Ａ（１０１），二次元画像
Ｂ（１１１）を用意し、それらを入力して表示プログラ
ム１１２により、二次元ＣＧ画像として表示させる。こ
こでは、２枚の二次元画像Ａ（１０１），二次元画像Ｂ
（１１１）を用意したが、１枚以上あればよい。また、
二次元画像Ａ（１０１），二次元画像Ｂ（１１１）を撮
影した時のカメラの位置，方向，視野角からなるカメラ
情報１０３を、変形プログラム１０８に読み込ませる。 さらに、三次元モデル化したい三次元物体と基本形状が
近似する三次元基本形状モデル１０２を用意し、それら
を入力して表示プログラム１１２により、二次元ＣＧ画
像として表示させる。三次元基本形状モデル１０２は、
予め作成しておく必要がある。このためには、三次元モ
デル化したい三次元物体と似た物体をレーザスキャナ等
で計測して三次元基本形状モデルを作成するか、または
、最も簡単な三次元基本形状モデルを最初に作成してお
いて本発明の三次元形状モデル生成方法を使用して複雑
な三次元形状モデルを生成し、それを三次元基本形状モ
デルとして利用する。

【００１２】次に、ユーザは、二次元ＣＧ画像として表
示された二次元画像Ａ（１０１）と二次元画像Ｂ（１１
１）と三次元基本形状モデル１０２とを対照して、二次
元画像Ａ（１０１）上の特徴点１０５と二次元画像Ｂ（
１１１）上の特徴点１１５と三次元基本形状モデル１０
２上の制御点１０７の対応づけ情報を入力する。特徴点
や制御点としては、端点，中点，変曲点などがある。

【００１３】変形プログラム１０８は、二次元画像Ａ（
１０１）上の特徴点１０５と，二次元画像Ｂ（１１１）
上の特徴点１１５と，三次元基本形状モデル上の制御点
１０７と，カメラ情報１０３とに基づいて、対応する制
御点１０７を二次元画像Ａ（１０１），二次元画像Ｂ（
１１１）上の特徴点１０５，１１５に一致させるように
三次元基本形状モデル１０２を変形し、三次元形状モデ
ル１０９を生成する。こうして、生成された三次元形状
モデル１０９は、表示プログラム１１２により、二次元
ＣＧ画像として表示される。三次元モデル化されている
ので、二次元画像Ａ（１０１）や二次元画像Ｂ（１１１
）と異なるアングルの二次元画像でも表示可能となる。

【００１４】図２は、本発明の三次元形状モデル生成方
法を実施する三次元形状モデル生成システムの要部ブロ
ック図である。この三次元形状モデル生成システム２０
０では、電子制御装置２２０が全体の制御を行う。

【００１５】電子制御装置２２０は、入力ポート２０６
，ＣＰＵ２０７，ＲＯＭ２０８，ＲＡＭ２０９，ビデオ
ＲＡＭ２１０，ディスクコントローラ２１１，ＣＲＴコ
ントローラ２１２から構成されている。ＲＯＭ２０８は
、変形プログラム１０８や表示プログラム１１２などの
プログラムを格納する。ＲＡＭ２０９は、二次元画像Ａ
（１０１）のデータや二次元画像Ｂ（１１１）のデータ
や三次元基本形状モデル１０２のデータなどを格納する
。

【００１６】キーボード２０１は、ユーザからのコマン
ドの入力に使用される。イメージスキャナ２０３は、二
次元画像Ａ（１０１）や二次元画像Ｂ（１１１）の入力
に使用される。タブレット２０２は、ユーザが二次元画
像Ａ（１０１）上の特徴点１０５と二次元画像Ｂ（１１
０）上の特徴点１１５と三次元基本形状モデル１０２上
の制御点１０７の対応づけ情報を入力するのに使用され
る。

【００１７】ハードディスク装置２０４は、入力された
二次元画像Ａ（１０１）と二次元画像Ｂ（１１１）のデ
ータの格納や，予め設定された三次元基本形状モデルの
データの格納や，変形プログラム１０８により生成され
た三次元形状モデルのデータの格納に使用される。

【００１８】ＣＲＴディスプレイ２０５は、二次元画像
Ａ（１０１）や，二次元画像Ｂ（１１１）や，三次元基
本形状モデルや，三次元形状モデルを表示するのに使用
される。

【００１９】電子制御装置２２０は、キーボード２０１
，タブレット２０２，イメージスキャナ２０３からの入
力を入力ポート２０６を通じて処理する。また、ハード
ディスク装置２０４とのデータの入出力をディスクコン
トローラ２１１を介して処理する。また、ＣＲＴディス
プレイ２０５への表示データの出力をＣＲＴコントロー
ラ２１２を介して処理する。

【００２０】次に、本発明の三次元形状モデル生成方法
の処理を図３により説明する。ステップ２５１において
、三次元形状モデル化したい三次元物体の二次元画像Ａ
（１０１），二次元画像Ｂ（１１１）をイメージスキャ
ナ２０３から入力する。２枚の二次元画像Ａ（１０１）
，二次元画像Ｂ（１１１）の具体例としては、図７に示
すようなティーカップＴの写真が挙げられる。二次元画
像Ａ（１０１）はティーカップＴの正面像，二次元画像
Ｂ（１１１）は側面像である。

【００２１】次に、ステップ２５２にて、カメラ情報１
０３をキーボード２０１から入力する。カメラ情報１０
３は、二次元画像Ａ（１０１）の写真撮影に関する情報
、すなわちカメラ位置，方向，視野角等である。

【００２２】次に、ステップ２５３にて、ティーカップ
Ｔと基本形状が近似した三次元基本形状モデル１０２を
ハードディスク装置２０４から入力する。三次元基本形
状モデル１０２は、円筒や球等の最も簡単な三次元形状
を多面体近似で表現した三次元基本モデルを設定し、こ
れを何らかの方法（本発明の方法を用いてもよいが、公
知の方法を用いてもよい）で変形して、種々の三次元基
本形状モデルを作成しておく。そして、それらの中から
、三次元形状モデル化したい三次元物体の基本形状に近
似したものを選択する。

【００２３】三次元基本形状モデル１０２の具体例とし
ては、図８に示すようなティーカップ基本形状モデル３
０３が挙げられる。このティーカップ基本形状モデル３
０３は、本体部分３０１が円筒の三次元基本形状モデル
を変形して作成され，取手部分３０２がトーラスの三次
元基本形状モデルを分割・変形して作成されたものであ
る。

【００２４】三次元基本形状モデル１０２のデータ構造
を図６に例示する。三次元基本形状モデル１０２のデー
タは、多角形テーブル３５１と，多角形の頂点テーブル
３５２とからなる。多角形テーブル３５１には、三次元
基本形状モデル１０２である多面体を構成する多角形群
の頂点番号が格納されている。頂点テーブル３５２には
、多角形の各頂点の座標が格納されている。

【００２５】図３に戻り、ステップ２５４にて、ユーザ
が、二次元画像Ａ（１０１）上の特徴点と三次元基本形
状モデル１０２上の制御点の対応づけ情報をタブレット
２０２により対話的に入力する。例えば、図９に示すよ
うに、二次元画像Ａ（１０１）上の特徴点Ｑｉと，三次
元基本形状モデル１０２上の制御点Ｐｉとを対応づける
。このとき、表示プログラム１１２は、二次元画像Ａ（
１０１）と三次元基本形状モデル１０２の二次元画像と
を並べて画面に表示する。

【００２６】次に、ステップ２５５にて、三次元基本形
状モデル１０２上の制御点１０７が二次元画像Ａ（１０
１）上の特徴点１０５に一致するように、変形プログラ
ム１０８により、三次元基本形状モデル１０２を変形す
る。

【００２７】この変形プログラム１０８の処理を図４の
フロー図により説明する。ステップ６０１にて、制御点
Ｐを二次元画像空間に投影し、その投影点Ｒを用いて二
次元画像空間を多角形領域（例えば三角形領域や四角形
領域）に分割する。この領域分割は、ユーザが行っても
良いし、公知のドローネ網を用いて自動的に行っても良
い。ステップ６０２にて、三次元基本形状モデル１０２
の全ての頂点Ｅについて、以下のステップ６０３〜６０
６の処理を行なう。

【００２８】ステップ６０３，６０４にて、頂点Ｅを二
次元画像空間に投影し、その投影点Ｓを含む領域の一つ
を求める。

【００２９】ステップ６０５にて、投影点Ｓを含む領域
を形成する投影点Ｒに対応する制御点Ｐの移動量を線形
補間して、頂点Ｅの移動量とする。制御点Ｐの移動量は
、制御点Ｐに対応付けられた特徴点Ｑをカメラ情報に基
づいて透視逆変換し、これにより得られた三次元空間上
の座標から制御点Ｐの元の座標を引いて求める。なお、
奥行方向の位置は同じとする。例えば、図５の例では、
三次元基本形状モデル１０２を構成する頂点の投影点Ｓ
を含む領域が、投影点Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄにより形
成されているから、これら投影点に対応する制御点Ｐａ
，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄについての移動量を線形補間して、
投影点Ｓに対応する頂点の移動量を算出する。

【００３０】ステップ６０６にて、前記移動量を頂点Ｅ
の座標に加えて、頂点Ｅの新しい座標とする。

【００３１】変形プログラム１０８が、三次元基本形状
モデル１０２の全ての頂点について上記処理を完了すれ
ば、三次元形状モデル１０９が生成されたことになる。 図１０は、変形によって生成された三次元形状モデル１
０９を示す。

【００３２】生成された三次元形状モデル１０９を三次
元基本形状モデル１０２として、二次元画像Ｂ（１１１
）についても同様の処理を繰り返せば、より精度の高い
三次元形状モデルを生成できる。

【００３３】なお、生成した三次元形状モデル１０９に
対して、二次元画像の情報をテクスチャとしてマッピン
グすれば、現実感のあるコンピュータグラフィックス画
像を得ることが出来る。

【００３４】他の実施例としては、三次元基本形状モデ
ル１０２の頂点を二次元画像空間に投影し、その投影点
を二次元画像空間内で移動して新しい投影点を求め、そ
の新しい投影点を投影逆変換して頂点の新しい三次元座
標を得るようにしたものが挙げられる。

【００３５】さらに、他の実施例としては、図３のステ
ップ２５４，２５５に代えて、二次元画像における境界
線と三次元基本形状モデルにおける境界線とを対応付け
る情報を入力するステップと，三次元基本形状モデルに
おける境界線が二次元画像における境界線に一致するよ
うに三次元基本形状モデルを変形するステップを用いた
ものが挙げられる。

【００３６】本発明の三次元形状モデル生成方法および
システムは、コンピュータアニメーションに登場する形
状モデルを作成したり、ＮＣ加工用の形状モデルを作成
するのに有用である。

【００３７】

【発明の効果】本発明の三次元形状モデル生成方法およ
びシステムによれば、ユーザは、少ない入力工数で三次
元形状モデルを作成できるようになる。また、高度に複
雑な形状の三次元形状モデルも生成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元形状モデル生成方法の一実施例
の構成図である。

【図２】本発明の三次元形状モデル生成システムの一実
施例のブロック図である。

【図３】本発明の三次元形状モデル生成方法の処理を示
すフローチャートである。

【図４】本発明に係る変形処理を示すフローチャートで
ある。

【図５】本発明に係る変形処理の説明図である。

【図６】三次元基本形状モデルのデータ構造を示す説明
図である。

【図７】二次元画像の例示図である。

【図８】三次元基本形状モデルの例示図である。

【図９】対応づけの説明図である。

【図１０】生成された三次元形状モデルの例示図である
。

【符号の説明】

１０１　　二次元画像Ａ １１１　　二次元画像Ｂ １０２　　三次元基本形状モデル １０５　　二次元画像Ａ上の特徴点 １１５　　二次元画像Ｂ上の特徴点 １０７　　三次元基本形状モデル上の制御点１０３　　
カメラ情報 １０８　　変形プログラム １０９　　三次元形状モデル １１２　　表示プログラム ２００　　三次元形状モデル生成システム２２０　　電
子制御装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　三次元形状モデルを生成したい三次元
   物体の二次元図形情報を入力し、前記三次元物体と基本
   形状が近似する三次元基本形状モデルを入力し、前記二
   次元図形情報上の特徴点と前記三次元基本形状モデル上
   の制御点の対応づけ情報を入力し、前記二次元図形情報
   上の特徴点に前記三次元基本形状モデル上の制御点が一
   致するように前記三次元基本形状モデルを変形して、前
   記三次元物体の三次元形状モデルを生成することを特徴
   とする三次元形状モデル生成方法。
2. 【請求項２】　　請求項１の三次元形状モデル生成方法
   において、二次元図形情報上の特徴点と三次元基本形状
   モデル上の制御点の対応づけ情報を入力する代りに、二
   次元図形情報上の境界線と三次元基本形状モデル上の境
   界線の対応づけ情報を入力することを特徴とする三次元
   形状モデル生成方法。
3. 【請求項３】　　請求項１または請求項２の三次元形状
   モデル生成方法において、入力する二次元図形情報とし
   て写真を用いることを特徴とする三次元形状モデル生成
   方法。
4. 【請求項４】　　請求項１または請求項２の三次元形状
   モデル生成方法において、入力する二次元図形情報とし
   てスケッチを用いることを特徴とする三次元形状モデル
   生成方法。
5. 【請求項５】　　請求項１から請求項４のいずれかの三
   次元形状モデル生成方法において、二次元図形情報と三
   次元基本形状モデルの二次元投影図とを画面に同時に表
   示することを特徴とする三次元形状モデル生成方法。
6. 【請求項６】　　請求項１から請求項５のいずれかの三
   次元形状モデル生成方法において、二次元画像情報を三
   次元空間に逆投影し、その逆投影した二次元画像情報に
   適合するように三次元基本形状モデルを三次元空間で変
   形することを特徴とする三次元形状モデル生成方法。
7. 【請求項７】　　請求項１から請求項５のいずれかの三
   次元形状モデル生成方法において、三次元基本形状モデ
   ルを二次元画像空間に投影し、その投影した三次元基本
   形状モデルが二次元画像情報に適合するようにその投影
   した三次元基本形状モデルを二次元画像空間で変形し、
   その変形後、三次元空間に逆投影して三次元形状モデル
   を得ることを特徴とする三次元形状モデル生成方法。
8. 【請求項８】　　三次元物体の二次元図形情報を入力す
   るための二次元図形情報入力手段と、三次元基本形状モ
   デルを入力するための三次元基本形状モデル入力手段と
   、前記二次元図形情報と前記三次元基本形状モデルとを
   対応づける情報を入力するための対応づけ情報入力手段
   と、入力された対応づけ情報に基づいて前記三次元基本
   形状モデルを変形する三次元基本形状モデル変形手段と
   を具備することを特徴とする三次元形状モデル生成シス
   テム。