JPH0696164A - 3次元画像データベース作成方式 - Google Patents

3次元画像データベース作成方式

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JPH0696164A
JPH0696164A JP4244834A JP24483492A JPH0696164A JP H0696164 A JPH0696164 A JP H0696164A JP 4244834 A JP4244834 A JP 4244834A JP 24483492 A JP24483492 A JP 24483492A JP H0696164 A JPH0696164 A JP H0696164A
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JP
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dimensional
shape
dimensional image
parts
component
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JP4244834A
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English (en)
Inventor
Fumio Kishino
Kenji Mochizuki
文郎 岸野
研二 望月
Original Assignee
A T R Tsushin Syst Kenkyusho:Kk
株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は1枚の正面図などの得られた2次
元情報から、その3次元対象物に対して保有している2
次元投影図の形状に対する特徴知識などを用いて3次元
モデリングを簡易に実現し得る3次元画像データベース
作成方法を提供することを主要な特徴とする。 【構成】 スキャナ11で2次元画像データを読取り、
データ変換部12でボクセルデータに変換し、領域抽出
部13,14で対象物を任意の領域に分割し、その分割
された対象物の一部分の3次元形状に相当する立体形状
を部品データベース15から選択し、大きさを与え、そ
れらの部品を再合成することにより3次元の対象物を作
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】この発明は3次元画像データベー
ス作成方式に関し、特に、図面,写真,絵画などに描か
れた2次元画像データから、3次元モデリングにより3
次元データベースを構築するような3次元画像データベ
ース作成方式に関する。

【0002】

【従来の技術】画像データベースの構築では、従来より
図面,写真,絵画などによる3次元データの集積は、2
次元の画像イメージとそれに付加された投光線,寸法線
などの高さ,奥行などから形状情報を蓄積する方法や、
正面図,側面図,上面図などの複数の2次元図面を基に
3次元物体を復元する手法がある。

【0003】図4は従来のレーザレンジファインダを用
いて対象物の形状を数値データ化する方法を説明するた
めの図である。図4において、レーザ光源1から出射さ
れたレーザ光はハーフミラー2,3を透過し、対象物4
で反射され、その反射光はハーフミラー3とミラー6で
反射され、積分型パルス高−時間変換器7に入射され
る。レーザ光源1で出射されたレーザ光の一部はハーフ
ミラー2で反射され、さらにミラー5で反射されて積分
型パルス高−時間変換器7に入射される。積分型パルス
高−時間変換器7は、ハーフミラー2とミラー5で反射
されたレーザ光が入射されてから、対象物4で反射され
た反射光が入射されるまでの時間に基づいて、対象物4
の形状を数値データに変換する。すなわち、対象物4を
その中心で回転させるとともに、軸方向に移動させる
と、対象物4からの反射光が積分型パルス光−時間変換
器7に入射されるまでの時間が対象物4の表面形状に従
って変化するので、形状に応じた数値データが得られ
る。

【0004】しかしながら、図4に示したレーザレンジ
ファインダを用いて3次元モデルを忠実に復元するため
には、形状計測に多大の労力を要する。しかも、得られ
る形状データは、通常、表面形状を多角形平面の集合で
近似して表現されるので、その対象物4を分解できる程
度の部品レベルでのモデリングができない。このために
は、何度か部品を分解し、計測したデータを登録し、組
合せなければならず、データベース化が困難であるとい
う欠点がある。

【0005】一方、寸法入力によって3次元モデルを作
成するCADにおけるソリッドモデリングにおいては、
2次元図面から基本立体を用いて3次元モデルを作成す
る方法がある。しかし、登録されている基本立体には限
りがあること、目的とする物体の3次元モデリングには
変形操作などの細かい専門的なマンマシンインタフェー
ス作業が必要である。

【0006】今後、3次元モデリングは、CADなどの
製造に直接結び付いた作業の一貫としての必要性のみな
らず、文献(H.Harashima,F.Kishi
no:Intelligent Image Codi
ng and Communications wit
h Realistic Sensations−Re
cent Trends−,”IEICE Trans
actions,Volume E74,No.6,J
une,1991)で述べられているように、将来の高
度な通信システムとして、図5に示すような臨場感通信
会議での強調作業環境では、形状の厳密性よりはピーア
ール性を重視したデータベース化された豊富な3次元デ
ータが要求される。

【0007】さらに、3次元モデリングの従来の手法と
して、千田「CADのための3次元形状モデリング入
門」、PIXEL、(No.107)1991.8に述
べられているように、図6に示すような思想がある。

【0008】図6(a)は、対象物の特徴ある頂点の3
次元座標と、その特徴点を結ぶ稜線の関係でその形状を
記述するワイヤーフレームモデルである。また、図6
(b)は、図6(a)に示したワイヤーフレームモデル
に面の情報を付加えた、立体を構成するすべての面に通
し番号を付け、面を構成する稜線も記憶するサーフェス
モデルである。さらに、図6(c)は図6(b)に示す
面に対する実体の存在する方向を付与した境界表現のソ
リッドモデルである。

【0009】図7はオクトツリー法と呼ばれる3次元モ
デリング法を説明するための図である。図7(b)に示
すように、対象物を完全に包込む立方体領域を8個ずつ
細かい単位立体に分割し、図7(a)に示すように、対
象物の実体部が存在している単位立方体には「実」を示
す符号●を付け、実体部が存在しない単位立体には
「虚」を示す符号○を付け、立体オクトツリーで表わ
す。図7(c)の立体は立体領域1が存在しないため、
○が付けられる。さらに、図7(d)に示す立体は、図
7(b)に示す立体5のうち、さらに8個ずつ細かい立
体に分割し、実体部が存在すれば●を付け、実体部が存
在しなければ○を付ける。

【0010】このソリッドモデルにおけるデータの持ち
方として、サーフェスモデルを発展させ、図8(c)に
示すように面に対する実体の存在する方向を与えた境界
表現および予め定義したプリミティブな基本的形状の立
体を呼出し、大きさのデータを与えて所定のサイズの立
体を定義し、それらの立体に図8(b)に示すような集
合演算を与えて複雑な形状の対象物を表わすCSG(C
onstructive Solid Geometr
y)などが挙げられる。CGSにおける実際の形状入力
手法として、3次元CADシステムで通常持つ機能とし
ては、以下のようなものがある。すなわち、図9に示す
ように、球,円柱,直方体などのベーシックソリッド
や、回転体,延伸体などの利用者が定義する創生ソリッ
ドや対象物の大まかな形状を定義する全域変形操作や、
面,稜線,頂点を指示し、一部分を修正する局所変形操
作を用いる方法や、対象物の三面図(投影図)を利用し
た入力方法などがある。

【0011】

【発明が解決しようとする課題】上述のいずれのモデリ
ング法においても、立体的に見るための物体を表示する
ためには、3次元的なデータのライブラリーを用意する
必要があり、データを作成するのに時間がかかるという
欠点がある。特に3次元的なデータを作成するために、
実物を用意し、その実物を測定する必要がある。また、
前述の図5に示した臨場感通信会議などで表示される3
次元物体では、見える部分だけ正確な形状を表わすこと
ができればよく、裏側部分は表示がなくてもよい場合が
ある。

【0012】それゆえに、この発明の主たる目的は、1
枚の正面図などの限られた2次元情報から、その3次元
対象物に対して保有している二次元投影図の形状に対す
る特徴知識などを用いて3次元モデリングを簡易に実現
できるような3次元画像データベース作成方法を提供す
ることである。

【0013】

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図面,写真,絵画などの2次元画像中の対象物形状を抽
出し、抽出した形状を数値で表現する3次元モデリング
の対象物の形状データを構築するための3次元画像デー
タベース作成方式であって、2次元画像データ中におい
て特徴抽出により対象物を任意の領域に分割し、分割さ
れた対象物の一部分の3次元形状に相当する立体形状を
3次元図形部品群から選択して大きさを与え、それらの
部品を再合成することによって、3次元の対象物を作成
する3次元モデリングを行なうようにしたものである。

【0014】請求項2に係る発明では、3次元図形部品
群からの選択は、任意の領域に分割された複数の対象物
の2次元形状に最も近い形状を有する部品候補の組合せ
を部品データベースから選択する.請求項3に係る発明
は、部品データベースには、3次元図形部品の2次元投
影形状に対して視点を通る視線軸と、その確率を計算す
る手続プログラム,部品名称,テキスチャー,色などの
部品の属性が予め登録されている。

【0015】請求項4に係る発明では、部品データベー
スからの選択は、最も確率の高い視線軸より決定される
部品群において、互いに接続関係にある部品間の接触関
係が相互に重なっていない面で接するなどの判定基準を
用いる.

【0016】

【作用】この発明に係る3次元画像データベース作成方
式は、2次元画像データ中において特徴抽出により対象
物を任意の領域に分割し、分割された対象物の一部分の
3次元形状に相当する立体形状を3次元図形部品群から
選択して大きさを与え、それらの部品を再合成すること
によって、3次元の対象物を作成する3次元モデリング
を行なうことにより、多量に存在する奥行情報を持たな
い2次元図面から豊富な3次元形状データベースを構築
することができる。

【0017】

【実施例】図1はこの発明の一実施例の構成を示す図で
ある。図1において、スキャナ11は図面,写真,絵画
などの2次元画面から画像データを読取るものである。
スキャナ11で読取られた、たとえば2つの部品で構成
されたモデルの2次元画像は、データ変換部12によっ
てセルデータに変換され、領域抽出部13,14によっ
て対象物およびそれを構成する部品にセグメント化され
る。セグメントされた2次元の部分的形状として最も近
似する形状を有する部品が部品データベース15から検
索される。この検索においては、各視線軸角度ごとに投
影図に対するマッチング度が計算され、判定部16によ
って、2次元形状が最も近似している部品のマッチング
度により選択される。また、通常の検索方法と同様にし
て、部品名称を検索キーとして用いることもできる。検
索結果の候補の中から最も適した部品について大きさの
設定を行ない、各部品を合成して3次元モデリングを行
なう。

【0018】さらに、接触面の判定として、3次元形状
の重なりがあるものは棄却され、候補の選択を行なう。
また、そのモデルのデータベースへの登録なども必要で
あれば行なえる。

【0019】この実施例において、従来と異なる点は、
3次元化で不足している奥行情報などの復元に、対象物
を各部品に分割し、その部品について2次元投影図形の
形状マッチングなどを基に部品データベース15中の形
状検索を行なう機能を持たせたことである。このため、
特に奥行情報に関する三面図などの3次元データを得る
ための図面を必ずしも完備する必要はないことと、3次
元モデリングの部品階層化によってボクセル的な3次元
形状データの作成も同時に実現でき、表面形状だけでな
く内部構造まで再現することができる。

【0020】図2はこの発明の一実施例において入力画
面としてキャップを被せた鉛筆の場合の対象物のキャッ
プと鉛筆の3次元モデリングをする方法を説明するため
の図である。図2において、2次元の入力画像がスキャ
ナ11によって読取られ、データ変換部12に与えられ
てボクセルデータに変換される。そして、領域抽出部1
3,14によってキャップと鉛筆の形状に相当する領域
が抽出される。得られたキャップと鉛筆の部分的形状に
基づいて、部品データベース15からそれぞれの部分領
域形状に近い基本部品の検索が行なわれる。

【0021】選択されたそれぞれの基本部品の候補に対
して重なりがある候補は棄却される。図2(c)に示し
た例においては、この鉛筆の候補のうちの一方が棄却さ
れ、穴の形状が現れている2個のキャップのうちの一方
が棄却され、図2(d)に示す候補だけが残される。次
に、「キャップ」と「鉛筆」という基本部品名を検索キ
ーとして入力すると、部品データベース15の属性情報
から図2(e)に示す正しい候補が決定される。

【0022】ここで、当然、部品データベース15の基
礎部品点数が増加すると、キャップ,鉛筆などに対する
部品候補が多数存在する場合が生じる。このような場合
の候補数の削減策として、白と赤などの色の検索キーを
AND条件で取入れることも考えられる。

【0023】図3はこの発明の他の実施例を説明するた
めの図である。この実施例では、法隆寺の金堂の正面図
から簡略化された金堂の3次元モデルを作成する場合の
例を示したものである。2次元図面は各部品に相当する
部分に、領域抽出部13,14によって自動的に領域分
割される。領域に分けられた各2次元部分領域は部品形
状データベース15から検索される。入母屋,上重軸
部,下重屋根,下重組物,裳階の板葺屋根,裳階,基壇
などの各部品はそれぞれの部品データベースにある形状
データに大きさを与えて組み立てられる。各部品同士の
接触関係が平面で接続されているものを選択し、結果と
して出力される。

【0024】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、2次元
画像データを特徴抽出により対象物を任意の領域に分割
し、分割された対象物の一部分の3次元形状に相当する
立体形状を3次元図形部品群から選択して大きさを与
え、それらの部品を再合成することによって3次元の対
象物を作成することにより、簡単に3次元モデリングを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】この発明の一実施例の構成を示す図である。

【図2】この発明の一実施例の動作を説明するための図
である。

【図3】この発明の他の実施例の動作を説明するための
図である。

【図4】従来のレーザレンジファインダによる表面形状
測定器を用いて対象物の形状を数値データ化する概略図
である。

【図5】臨場感通信会議のイメージを説明するための図
である。

【図6】3次元モデリングにおける各モデル手法のデー
タ構造を説明するための図である。

【図7】3次元モデリングにおけるオクトツリー表現を
説明するための図である。

【図8】3次元モデリングにおけるソリッドモデルのC
SGと境界表現を説明するための図である。

【図9】ソリットモデルにおけるCSGのベーシックソ
リッドを説明するための図である。

【符号の説明】

11 スキャナ 12 データ変換部 13,14 領域抽出部 15 部品データベース

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 図面,写真,絵画などの2次元画像中の
    対象物形状を抽出し、抽出した形状を数値で表現する3
    次元モデリングの対象物の形状データを構築するための
    3次元画像データベース作成方式であって、 前記2次元画像データ中において特徴抽出により対象物
    を任意の領域に分割し、 前記分割された対象物の一部分の3次元形状に相当する
    立体形状を3次元図形部品群から選択して大きさを与
    え、それらの部品を再合成することによって、3次元の
    対象物を作成する3次元モデリングを行なうことを特徴
    とする、3次元画像データベース作成方式。
  2. 【請求項2】 前記3次元図形部品群からの選択は、前
    記任意の領域に分割された複数の対象物の2次元形状に
    最も近い形状を有する部品候補の組合せを部品データベ
    ースから選択することを特徴とする、請求項1の3次元
    画像データベース作成方式。
  3. 【請求項3】 前記部品データベースには、前記3次元
    図形部品の2次元投影形状に対して視点を通る視線軸
    と、その確率を計算する手続プログラム,部品名称,テ
    キスチャー,色などの部品の属性が予め登録されている
    ことを特徴とする、請求項2の3次元画像データベース
    作成方式。
  4. 【請求項4】 前記部品データベースからの選択は、最
    も確率の高い視線軸より決定される部品群において、互
    いに接続関係にある部品間の接触関係が相互に重なって
    いない面で接するなどの判定基準を用いることを特徴と
    する、請求項3の3次元画像データベース作成方式。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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