JPH11328442A - Method for forming surface of three-dimensional object - Google Patents

Method for forming surface of three-dimensional object

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JPH11328442A
JPH11328442A JP11068451A JP6845199A JPH11328442A JP H11328442 A JPH11328442 A JP H11328442A JP 11068451 A JP11068451 A JP 11068451A JP 6845199 A JP6845199 A JP 6845199A JP H11328442 A JPH11328442 A JP H11328442A
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JP
Japan
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dimensional
cross
contour
section
dimensional object
Prior art date
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Application number
JP11068451A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Owada
茂 大和田
Yoshihisa Shinagawa
嘉久 品川
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Monolith Co Ltd
Original Assignee
Monolith Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a smooth interpolation face by a simple processing based on an outline plotted on the cross-section of a three-dimensional object even when topology is different for each cross-section of the three-dimensional object. SOLUTION: Outline expression data for specifying the outline of a three- dimensional object for each cross-section are inputted in a first step 50. Second- dimensional density distribution is generated for each cross-section in a second step 51. A three-dimensional field is formed based on the generated second- dimensional density distribution in a third step 52. An interpolation face is formed based on the formed three-dimensional field by using a threshold processing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元モデリング
に関し、特に、三次元物体の断面に現れる輪郭線に基づ
き三次元物体の表面を形成する表面形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to three-dimensional modeling, and more particularly, to a method for forming a surface of a three-dimensional object based on a contour appearing in a cross section of the three-dimensional object.

【0002】[0002]

【従来の技術】輪郭線の補間処理は、例えばコンピュー
タ断層撮影(CT)や磁気共鳴撮像(MRI)といった
医療用断層撮像、地形情報の視覚化、立体モデリングを
始めとする様々な分野で重要になりつつある。こうした
補間処理を用いれば、例えば図1に示されるように、二
次元断面に現れる複数の輪郭線11a〜11cに基づき
三次元物体10の表面は再構築されることができる。一
般に、こうした輪郭線を得るにあたって、三次元物体は
互いに平行な限られた枚数の切断平面で輪切りにされ
る。
2. Description of the Related Art Contour interpolation processing is important in various fields such as medical tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), visualization of terrain information, and three-dimensional modeling. It is becoming. By using such interpolation processing, for example, as shown in FIG. 1, the surface of the three-dimensional object 10 can be reconstructed based on a plurality of contour lines 11a to 11c appearing in a two-dimensional cross section. In general, to obtain such a contour, a three-dimensional object is sliced by a limited number of cutting planes parallel to each other.

【0003】輪切りにされた三次元物体の各断面には、
各断面ごとに三次元物体と外界との境界を示す1以上の
閉じた輪郭線が現れる。例えば図1では、1断面に対し
て1つの閉じた輪郭線11bが現れ、他の断面では2つ
の閉じた輪郭線11cが現れる。輪郭線同士の補間を用
いれば、三次元物体の二次元断面に現れる輪郭線に基づ
き三次元物体の表面は生成されることができる。こうし
て生成された三次元物体の表面は「補間面」と呼ばれ
る。2つの断面に現れる2つの輪郭線を通過する補間面
は2つの輪郭線を相互に接続することとなる。例えば、
部分表面12aは輪郭線11a、11b同士を接続する
といえる。部分表面12bは輪郭線11b、11c同士
を接続するといえる。仮に2つの断面の間で三次元物体
が枝分かれしていれば、一方の断面に現れる単一の輪郭
線11bは、他方の断面に現れる2つの輪郭線11cに
接続されることとなる。
[0003] Each section of a three-dimensional object that has been sliced has
For each section, one or more closed contour lines appearing indicating the boundary between the three-dimensional object and the outside world. For example, in FIG. 1, one closed contour line 11b appears for one cross section, and two closed contour lines 11c appear for other cross sections. By using interpolation between contours, the surface of the three-dimensional object can be generated based on the contours appearing in the two-dimensional cross section of the three-dimensional object. The surface of the three-dimensional object generated in this way is called an “interpolated plane”. An interpolation plane passing through two contour lines appearing in two cross sections connects the two contour lines to each other. For example,
It can be said that the partial surface 12a connects the contour lines 11a and 11b. It can be said that the partial surface 12b connects the contour lines 11b and 11c. If the three-dimensional object is branched between two cross sections, a single contour line 11b appearing on one cross section will be connected to two contour lines 11c appearing on the other cross section.

【0004】こうした輪郭線同士の補間は滑らかな補間
面を生成することが望まれる。数学的観点から見ると、
滑らかさとは補間面の微分可能性に関連する。補間面上
の各点で微分が可能であれば、補間面は滑らかであると
いえる。後述する本発明の実施形態に用いられる2値の
ビットマップ画像のように離散的なデータにはこういっ
た微分は適用されることができないことから、滑らかさ
は視覚的な滑らかさとして定義されることができる。視
覚化された補間面が自然に見えればよい。一般に、元の
三次元物体で滑らかさが欠けていない限り、輪郭線同士
の補間で得られる三次元物体は角張っているべきではな
い。たとえ元の三次元物体に滑らかさが欠けていても、
できる限り滑らかな補間面が形成されることが望まし
い。三次元物体が枝分かれを伴う場合、すなわち、2つ
の断面のトポロジーが異なっている場合には、滑らかな
補間面を形成することは特に困難となる。
[0004] It is desired that such interpolation between contour lines generates a smooth interpolated surface. From a mathematical perspective,
Smoothness relates to the differentiability of the interpolated surface. If differentiation is possible at each point on the interpolation plane, it can be said that the interpolation plane is smooth. Since such differentiation cannot be applied to discrete data such as a binary bitmap image used in an embodiment of the present invention described later, smoothness is defined as visual smoothness. Can be It is only necessary that the visualized interpolation plane look natural. In general, a three-dimensional object obtained by interpolation between contour lines should not be angular unless the original three-dimensional object lacks smoothness. Even if the original 3D object lacks smoothness,
It is desirable that an interpolation plane as smooth as possible is formed. When the three-dimensional object is branched, that is, when the two cross sections have different topologies, it is particularly difficult to form a smooth interpolation surface.

【0005】また、輪郭線同士の補間では、輪郭線同士
の接続関係は制御されることが望まれる。相互に平行な
断面同士が相対的にずれている場合でも、2つの断面の
間で補間面はどの輪郭線とどの輪郭線とを接続すべきか
が記述されることが望まれる。特に三次元物体が枝分か
れを伴う場合にこうした要望は高まる。
In the interpolation between contour lines, it is desired that the connection relation between the contour lines is controlled. Even when cross sections parallel to each other are relatively displaced, it is desired that the interpolation plane describe which contour line should be connected between the two cross sections. Such a demand increases especially when the three-dimensional object is branched.

【0006】さらに、輪郭線同士の補間は、単純であっ
て、できる限り少ない計算処理で実現されることが望ま
しい。
Furthermore, it is desirable that the interpolation between the contour lines is simple and is realized with as few calculation processes as possible.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これまで、複数の輪郭
線から表面を形成するにあたって様々な手法が提案され
てきた。例えばH.Fuchsほか著「Optimal Surfac
e Reconstruction fromPlanar Contours 」(1977
年;Communications of the ACM, 20(10) ;pp693
〜702)に提案される手法によれば、補間問題は、向
き付けされたトロイダルグラフの最小コストサイクル
(minimum cost cycles )に関する問題に置き換えられ
る。しかしながら、この手法は輪郭線同士を1対1で接
続する表面を生成する際にしか用いることはできない。
言い換えれば、この手法は、三次元物体が枝分かれを伴
う場合、すなわち、断面ごとに輪郭線の数が異なるとい
った場合のように各断面のトポロジーが異なる場合には
適用されることはできない。
Heretofore, various methods have been proposed for forming a surface from a plurality of contours. For example, H. Fuchs et al., "Optimal Surfac
e Reconstruction from Planar Contours "(1977
Year; Communications of the ACM, 20 (10); pp693
According to the approach proposed in 702), the interpolation problem is replaced by a problem relating to the minimum cost cycles of the oriented toroidal graph. However, this technique can only be used to generate surfaces that connect contour lines one-to-one.
In other words, this method cannot be applied to the case where the topology of each cross section is different, such as when the three-dimensional object involves branching, that is, when the number of contour lines differs for each cross section.

【0008】また、品川ほか著「The Homotopy Model:
A Generalized Model for Smooth Surface Generation
from Cross Sectional Data 」(1991年;The Visu
al Computer 7 ;pp72〜86)に提案される手法に
よれば、離散的なトロイダルグラフは連続的なトロイダ
ルグラフに一般化されることができる。この手法では、
2つの輪郭線で対応する点同士はホモトピーに基づき接
続される。こうした手法によれば、離散的なトロイダル
グラフを用いた場合に引き起こされる三角形の問題は解
消される。ホモトピーに基づけば滑らかな表面が得られ
る。しかしながら、この手法も、輪郭線同士を1対1で
接続する際にしか用いられることはできない。
In addition, Shinagawa et al., The Homotopy Model:
A Generalized Model for Smooth Surface Generation
from Cross Sectional Data "(1991; The Visu
al Computer 7; pp. 72-86), a discrete toroidal graph can be generalized to a continuous toroidal graph. In this technique,
Points corresponding to the two contours are connected based on homotopy. According to such a method, the problem of a triangle caused when a discrete toroidal graph is used is solved. A smooth surface can be obtained based on homotopy. However, this method can also be used only when connecting contour lines one-to-one.

【0009】さらに、D.Meyersほか著「Surfac
es from Contours」(1992年;ACM Transactions o
n Graphics 11(3);pp228〜258)に提案される
手法によれば、輪郭線で記述される三次元物体の枝分か
れは取り扱われることができる。しかしながら、この手
法は複雑になりがちである。特に輪郭線の形状が複雑な
場合には複雑さは増してしまう。
Further, D. Meyers et al., Surfac
es from Contours "(1992; ACM Transactions o
According to the method proposed in n Graphics 11 (3); pp. 228 to 258), branching of a three-dimensional object described by a contour line can be handled. However, this approach can be complicated. In particular, when the shape of the contour is complicated, the complexity increases.

【0010】さらにまた、M.Kassほか著「Snake
s: Active Contour Models 」(1988年;Internati
onal Journal Computer Vision 1(4);pp321〜3
31)に提案される可動輪郭モデル(active contour m
odels )によれば、輪郭線のエネルギ関数は最小化され
る。一方、L.D.Cohenは、「On Active Contou
r Models and Baloons」(1991年;CVGIP:Image Un
derstanding 53(2) ;pp211〜218)の中でこの
可動輪郭モデルをさらに発展させた。しかしながら、こ
れらの可動輪郭モデルでは、エネルギ関数に含まれる重
み付け関数を決定することが難しい。
Furthermore, M.I. Kass et al., "Snake
s: Active Contour Models "(1988; Internati
onal Journal Computer Vision 1 (4);
The movable contour model (active contour m) proposed in 31)
According to odels), the energy function of the contour is minimized. On the other hand, L. D. Cohen says, "On Active Contou
r Models and Baloons "(1991; CVGIP: Image Un
derstanding 53 (2); pp. 211 to 218) further developed this movable contour model. However, it is difficult for these movable contour models to determine a weighting function included in the energy function.

【0011】さらにまた、小松著「Reconstruction of
Three-Dimensional Object Based on Shrinking Deform
ation of its Boundary 」(1995年;Ph.D. Thesi
s, The Graduate School of The University of Toky
o)に提案される手法では、滑らかな補間面を自動的に
生成するにあたって物理的シミュレーション法が用いら
れる。しかしながら、この手法は、徐々に縮小していく
ような輪郭線にしか適用されることはできない。
Furthermore, Komatsu, "Reconstruction of
Three-Dimensional Object Based on Shrinking Deform
ation of its Boundary "(1995; Ph.D. Thesi
s, The Graduate School of The University of Toky
In the method proposed in o), a physical simulation method is used to automatically generate a smooth interpolation surface. However, this technique can only be applied to contour lines that gradually shrink.

【0012】さらにまた、S.P.Rayaほか著「Sh
ape-Based Interpolation of Multidimensional Object
s 」(1992年;IEEE Transactions on Medical Ima
ging9(1) ;pp32〜42)やG.T.Herman
ほか著「Shape-Based Interpolation 」(1992年;
IEEE Computer Graphics and Applications 12(3) ;p
p69〜79)に提案される手法によれば、各断面ごと
に輪郭線に対して二次元のグレースケールマップが適用
される。この手法では、グレースケールマップに補間が
適用される結果、補間面が形成される。グレースケール
マップは、各輪郭線からの最小距離を用いて作成され
る。補間には直線補間やスプライン関数補間が用いられ
る。この手法も、輪郭線同士を1対1で接続する際にし
か用いられることはできない。
Furthermore, S.I. P. "Sh
ape-Based Interpolation of Multidimensional Object
s "(1992; IEEE Transactions on Medical Ima
ging9 (1); T. Herman
"Shape-Based Interpolation"(1992;
IEEE Computer Graphics and Applications 12 (3); p
According to the method proposed in pp. 69-79), a two-dimensional gray scale map is applied to the contour line for each section. In this approach, interpolation is applied to the grayscale map, resulting in an interpolated surface. The gray scale map is created using the minimum distance from each contour line. Linear interpolation or spline function interpolation is used for the interpolation. This method can also be used only when connecting contour lines one-to-one.

【0013】加えて、例えばJ.F.Blinn著「A
Generalization of Algebraic Surface Drawing 」(1
982年;ACM Transactions 2;pp235〜256)
に詳述されるメタボール法によれば基本的な三次元コン
ピュータグラフィックのツールが提供される。このメタ
ボール法によれば、メタボールと呼ばれる基準点(sour
ce points )が任意の空間に設定される。空間には、各
基準点ごとに「場(field )」が形成される。基準点は
電荷に例えられることができ、その際に場は電界(電
場)に例えられることができる。空間の任意の点で算出
される「場」は全ての基準点で生成される「場」によっ
て定義される。空間の「場」を視覚化するにあたって、
三次元場に基づき三次元領域を包含する表面が形成され
る。三次元領域内の点には閾値よりも大きな「場」の値
が与えられ、三次元領域の外側の点には閾値よりも小さ
な「場」の値が与えられる。本明細書では、こうした手
法は閾値処理に基づく表面形成と呼ばれる。一般に、こ
うした手法によれば滑らか表面が形成される。正の
「場」を持ち互いに接近した2以上のメタボールは相互
に作用し合い、適切な閾値を用いて視覚化されることに
よって、それらのメタボールを包含したり接続したりす
る1つの三次元領域を形成する「場」を生み出す。こう
したメタボール法では、各基準点に関連付けられる
「場」の関数は限定されることはない。どのような関数
が適用されてもよい。「場」の関数が滑らかであれば、
滑らかな「場」や表面が形成されることができる。
In addition, for example, in J. F. "A
Generalization of Algebraic Surface Drawing "(1
982; ACM Transactions 2; pp 235-256)
The basic three-dimensional computer graphic tool is provided by the metaball method described in US Pat. According to this metaball method, a reference point (sour
ce points) are set to any space. In the space, a "field" is formed for each reference point. The reference point can be compared to a charge, where the field can be compared to an electric field (electric field). The "field" calculated at any point in space is defined by the "field" generated at all reference points. In visualizing the “place” of space,
A surface that includes the three-dimensional region is formed based on the three-dimensional field. Points within the three-dimensional area are given a "field" value greater than the threshold, and points outside the three-dimensional area are given a "field" value less than the threshold. In this specification, such an approach is referred to as thresholding-based surface formation. Generally, such techniques produce a smooth surface. Two or more metaballs that have a positive “field” and are close together interact with each other and are visualized using appropriate thresholds to form a three-dimensional region that encompasses and connects those metaballs Create a “place” that forms In the metaball method, the function of the “field” associated with each reference point is not limited. Any function may be applied. If the function of "field" is smooth,
A smooth "field" or surface can be formed.

【0014】本発明は、複数の輪郭線に基づき滑らかな
表面形状を構築することができる表面形成方法を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、各断面に異なる
個数の輪郭線が現れるといった具合に断面のトポロジー
が異なる際に、補間によって形成される表面で確実に異
なる切断平面の輪郭線同士を接続させることができる表
面形成方法を提供することを目的とする。さらに、本発
明は、優れた制御特性を備えるとともに輪郭線同士の接
続関係を明確に記述することができる表面形成方法を提
供することを目的とする。さらにまた、本発明は、現実
の物体を可能な限り精緻に復元することができる表面形
成方法を提供することを目的とする。さらにまた、本発
明は、単純で、しかも、比較的に少量の計算処理で実現
されることができる表面形成方法を提供することを目的
とする。
An object of the present invention is to provide a surface forming method capable of constructing a smooth surface shape based on a plurality of contour lines. Further, the present invention provides a surface which can reliably connect contour lines of different cutting planes on a surface formed by interpolation when a different number of contour lines appear on each cross section, such as when the topologies of the cross sections are different. It is an object to provide a forming method. Another object of the present invention is to provide a surface forming method which has excellent control characteristics and can clearly describe the connection relationship between contour lines. Still another object of the present invention is to provide a surface forming method capable of restoring a real object as precisely as possible. Still another object of the present invention is to provide a surface forming method which is simple and can be realized with a relatively small amount of calculation processing.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1発明によれば、三次元物体の断面を特定する切
断平面で三次元物体の輪郭線を記述する断面形状データ
に基づき、切断平面ごとに二次元密度分布を生成する工
程と、二次元密度分布同士の間で補間を実施し、1対の
切断平面の間で三次元物体の表面を形成する工程とを備
えることを特徴とする三次元物体の表面形成方法が提供
される。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a three-dimensional object is defined based on cross-sectional shape data describing a contour of the three-dimensional object on a cutting plane for specifying a cross section of the three-dimensional object. A step of generating a two-dimensional density distribution for each cutting plane; and a step of performing interpolation between the two-dimensional density distributions and forming a surface of a three-dimensional object between a pair of cutting planes. A method for forming a surface of a three-dimensional object is provided.

【0016】また、第2発明によれば、三次元物体の断
面を特定する切断平面で三次元物体の輪郭線を記述する
断面形状データに基づき、切断平面ごとに、輪郭線に沿
って閾値を配置する二次元密度分布を生成する工程と、
二次元密度分布同士の間で補間を実施し、少なくとも1
対の切断平面に挟まれる空間で三次元場を形成する工程
と、三次元場で特定される閾値に基づき閾値処理を用い
て三次元物体の表面を形成する工程とを備えることを特
徴とする三次元物体の表面形成方法が提供される。
According to the second aspect of the present invention, a threshold value is set for each cutting plane along the contour line based on the sectional shape data describing the contour line of the three-dimensional object on the cutting plane that specifies the cross section of the three-dimensional object. Generating a two-dimensional density distribution to be arranged;
Interpolate between the two-dimensional density distributions, at least one
Forming a three-dimensional field in a space between the pair of cutting planes, and forming a surface of the three-dimensional object using threshold processing based on a threshold specified in the three-dimensional field. A method for forming a surface of a three-dimensional object is provided.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の一実施形態を説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0018】図2に示されるように、本発明に係る表面
形成方法によれば、第1ステップ50で、各断面ごとに
三次元物体の輪郭線を特定する輪郭線表現データは入力
される。第2ステップ51では、各断面ごとに二次元密
度分布が生成される。第3ステップ52では、生成され
た二次元密度分布に基づいて三次元場が形成される。第
4ステップ53では、閾値処理を用いて、形成された三
次元場に基づき補間面は形成される。こうして形成され
た補間面は、第5ステップ54で、ディプレイの画面に
表示されてもよく、記憶装置や記録媒体に保存されても
よい。
As shown in FIG. 2, according to the surface forming method according to the present invention, in a first step 50, contour expression data for specifying a contour of a three-dimensional object is input for each cross section. In the second step 51, a two-dimensional density distribution is generated for each section. In a third step 52, a three-dimensional field is formed based on the generated two-dimensional density distribution. In a fourth step 53, an interpolation plane is formed based on the formed three-dimensional field using threshold processing. The interpolation surface thus formed may be displayed on a display screen in the fifth step 54, or may be stored in a storage device or a recording medium.

【0019】第1〜第5ステップ50〜54の詳細は後
述される。ただし、各ステップ50〜54では、最終的
に滑らかな補間面を形成させる特定の条件が適用されな
ければならない。しかも、各ステップ50〜54では、
最終的に形成される補間面と各輪郭線とを重ね合わせる
特定の条件が適用されなければならない。
The details of the first to fifth steps 50 to 54 will be described later. However, in each of the steps 50 to 54, specific conditions for finally forming a smooth interpolation surface must be applied. Moreover, in each of steps 50 to 54,
Certain conditions must be applied for superimposing each contour line with the finally formed interpolation plane.

【0020】三次元場を形成する際に用いられる二次元
密度分布は以下の要件を満たすことが望ましい。第1
に、二次元密度分布は滑らかであることが望ましい。第
2に、三次元物体の内側では、三次元物体の外側よりも
高い密度が示されることが望ましい。第3に、輪郭線上
の密度は任意の閾値に固定されることが望ましい。加え
て、輪郭線が大きくなるに従って三次元物体内の密度の
最大値は大きくなることが望ましい。こうした密度分布
の一具体例は例えば図3に示される。この密度分布14
によれば、比較的に大きな輪郭線13aで現れる最大密
度14aは、輪郭線13aよりも小さな輪郭線13bで
現れる最大密度14bよりも大きな値を示す。ただし、
前述された条件や要件が満たされる限り、いかなる密度
分布が用いられてもよい。以上の条件や要件を満たす密
度分布を生成する方法には、例えば物理的シュミレーシ
ョンおよび疑似メタボールフィルタ法といった2つの手
法が挙げられることができる。これらの手法の詳細は後
述される。
The two-dimensional density distribution used when forming a three-dimensional field preferably satisfies the following requirements. First
In addition, it is desirable that the two-dimensional density distribution is smooth. Second, it is desirable to show a higher density inside the three-dimensional object than outside the three-dimensional object. Third, it is desirable that the density on the contour line be fixed to an arbitrary threshold. In addition, it is desirable that the maximum value of the density in the three-dimensional object increases as the contour line increases. One specific example of such a density distribution is shown in FIG. 3, for example. This density distribution 14
According to, the maximum density 14a appearing on the relatively large contour line 13a has a larger value than the maximum density 14b appearing on the contour line 13b smaller than the contour line 13a. However,
Any density distribution may be used as long as the conditions and requirements described above are satisfied. Methods for generating a density distribution satisfying the above conditions and requirements include, for example, two methods such as a physical simulation and a pseudo metaball filter method. Details of these methods will be described later.

【0021】第4ステップ53の閾値処理によって形成
される補間面と輪郭線とを重ね合わせるにあたって、第
3ステップ52で形成される三次元場は特定の決められ
た値を輪郭線上で示すことが望ましい。第4ステップ5
3の閾値処理にあたって、そういった特定の値を閾値と
して用いることができるからである。加えて、そういっ
た三次元場によれば、第4ステップ53で補間面が形成
される際に輪郭線同士は確実に接続されることが望まし
い。例えば直線補間を用いれば、三次元場を形成するに
あたってこれら2つのの条件は確実に満たされる。この
直線補間によれば、2つの切断平面に挟まれた空間に場
を形成するにあたって、各切断平面に規定される密度分
布の間で直線的に補間が実施される。こうした直線補間
によれば、2つの切断平面の垂直方向から見た際に各切
断平面に現れる断面同士が少なくとも部分的に重なり合
っている限り、最終的に得られる補間面は断面の輪郭線
同士を接続することができる。なぜなら、2つの断面が
重なり合う領域では、いずれの切断平面でも密度の値が
閾値よりも高いと考えられるからである。その結果、断
面が重なり合う領域に挟まれた空間では、直線補間に従
って閾値よりも大きな場の値が得られることとなる。ま
た、直線補間によれば処理時間は短縮されることができ
る。
In superposing the contour and the interpolated surface formed by the threshold value processing in the fourth step 53, the three-dimensional field formed in the third step 52 may show a specified value on the contour. desirable. Fourth step 5
This is because such a specific value can be used as a threshold value in the threshold value processing of No. 3. In addition, according to such a three-dimensional field, when the interpolation plane is formed in the fourth step 53, it is desirable that the contour lines are reliably connected. For example, if linear interpolation is used, these two conditions are surely satisfied in forming a three-dimensional field. According to this linear interpolation, when forming a field in a space between two cutting planes, interpolation is performed linearly between density distributions defined in each cutting plane. According to such linear interpolation, as long as the cross-sections appearing in each cutting plane when viewed from the vertical direction of the two cutting planes at least partially overlap, the finally obtained interpolation plane is the same as the outline of the cross-section. Can be connected. This is because, in a region where two cross sections overlap, the density value is considered to be higher than the threshold value in any of the cutting planes. As a result, in a space sandwiched by regions where the cross sections overlap, a field value larger than the threshold is obtained according to the linear interpolation. Further, according to the linear interpolation, the processing time can be reduced.

【0022】閾値処理を用いて補間面を形成するにあた
っては様々な既知の手法が用いられることができる。そ
ういった手法には、例えばW.E.Lorensenお
よびH.E.Cline著「Marching Cubes: A High R
esolution 3D Surface Reconstruction Algorithm 」
(1987年;Computer Graphics 21(4) ;pp163
〜169)に詳述されるマーチングキューブ法が挙げら
れる。このマーチングキューブ法によれば、面に対して
三角形ポリゴンを生成するにあたって、高速かつ簡単に
処理を実行するアルゴリズムが提供される。このアルゴ
リズムでは、閾値よりも大きな密度の点は構築される三
次元物体の内側に位置するものと規定される。このマー
チングキューブ法では、空間は小さな立方体に分割され
る。三次元物体の表面で切断される立方体の頂点に基づ
き、最終的に最適な三角形ポリゴンが生成される。
Various known techniques can be used to form an interpolation plane using threshold processing. Such techniques include, for example, W.S. E. FIG. Lorensen and H.C. E. FIG. Marching Cubes: A High R by Cine
esolution 3D Surface Reconstruction Algorithm ''
(1987; Computer Graphics 21 (4); pp163)
To 169). According to the marching cube method, an algorithm is provided that executes processing at high speed and easily in generating a triangular polygon for a surface. The algorithm defines that points with a density greater than the threshold are located inside the three-dimensional object to be constructed. In this marching cube method, the space is divided into small cubes. Based on the vertices of the cube cut at the surface of the three-dimensional object, an optimal triangular polygon is finally generated.

【0023】図4には物理的シミュレーション法の一具
体例が示される。この物理的シミュレーション法では、
断面に現れる輪郭線22に弾性格子21が重ね合わされ
る。弾性格子21は直交座標を描くことが望ましい。た
だし、直交座標に限られない。ここで、各格子点には電
荷が設定されるものとする。三次元物体の内側に存在す
る格子点23には正の単位電荷が置かれる。一方で、三
次元物体の外側に存在する格子点24には負の単位電荷
が置かれる。このとき、輪郭線22から所定の距離以内
に存在する格子点25(星印)は断面に固定される。そ
の他の格子点23、24は、断面に直交する方向に移動
することができる。隣接する格子点同士を接続する格子
線26は、断面上に位置する際に確立される無負荷時の
長さから伸張することができる。各格子線26の弾性係
数は弾性格子21全体を通して一定に揃えられる。各格
子の大きさを小さくすればするほど、離散的な格子点に
よって正確な輪郭線すなわち滑らかな輪郭線を再現する
ことが可能となる。
FIG. 4 shows a specific example of the physical simulation method. In this physical simulation method,
The elastic grid 21 is superimposed on the outline 22 appearing in the cross section. It is desirable that the elastic grid 21 draw rectangular coordinates. However, it is not limited to rectangular coordinates. Here, it is assumed that charges are set at each lattice point. Positive unit charges are placed on lattice points 23 existing inside the three-dimensional object. On the other hand, a negative unit charge is placed on the lattice point 24 existing outside the three-dimensional object. At this time, the lattice points 25 (star marks) existing within a predetermined distance from the contour line 22 are fixed to the cross section. Other lattice points 23 and 24 can move in a direction orthogonal to the cross section. The grid lines 26 connecting adjacent grid points can extend from the unloaded length established when located on the cross-section. The elastic modulus of each grid line 26 is made uniform throughout the elastic grid 21. The smaller the size of each grid, the more accurate a contour, that is, a smooth contour can be reproduced by discrete grid points.

【0024】こうして電荷が設定された弾性格子21
に、断面に直交する方向から電場を作用させると、断面
上に固定されていない格子点23、24は、電場から作
用する力と格子線26の弾性力とが均衡するまで断面に
直交する方向に移動する。電場の力と格子線26の弾性
力との間で均衡が確立されると、弾性格子21の形状は
二次元密度分布を表現することとなる。
The elastic grid 21 on which electric charges are set as described above
When an electric field is applied from a direction perpendicular to the cross section, the lattice points 23 and 24 that are not fixed on the cross section move in a direction perpendicular to the cross section until the force acting from the electric field and the elastic force of the grid lines 26 are balanced. Go to When a balance is established between the force of the electric field and the elastic force of the grid lines 26, the shape of the elastic grid 21 will represent a two-dimensional density distribution.

【0025】こうした弾性格子の物理的モデルを用いれ
ば、弾性格子21の形状はシミュレーションされること
ができる。例えば、任意の格子点(i,j)と断面との
距離はxijで表現されるものとする。格子点(i,j)
に隣接する4つの格子点(i−1,j)(i+1,j)
(i,j−1)(i,j+1)と断面との距離は同様に
特定されるとすれば、格子点(i,j)に作用する力
は、
By using such a physical model of the elastic lattice, the shape of the elastic lattice 21 can be simulated. For example, it is assumed that the distance between an arbitrary grid point (i, j) and a cross section is represented by x ij . Grid point (i, j)
Four grid points (i-1, j) (i + 1, j) adjacent to
Assuming that the distance between (i, j-1) (i, j + 1) and the cross section is specified similarly, the force acting on the grid point (i, j) is

【数1】 によって表現される。ここで、Eは電場から作用する力
を示す。kは格子線の弾性係数に比例した定数を示す。
lは無負荷時の格子線の長さを示す。こうした正確な物
理方程式を用いれば弾性格子21の形状をシミュレーシ
ョンすることができる。ここでは、こうした物理方程式
を近似する以下の方程式を用いることとする。
(Equation 1) Is represented by Here, E indicates a force acting from an electric field. k indicates a constant proportional to the elastic modulus of the lattice line.
l indicates the length of the grid line when no load is applied. The shape of the elastic lattice 21 can be simulated by using such accurate physical equations. Here, the following equations approximating such physical equations are used.

【0026】[0026]

【数2】 この単純化によれば、1つの格子点から他の格子点に作
用する力は、2つの格子点間で断面に直交する方向に特
定される距離に比例することがわかる。前述の連立方程
式はLU分解(LU decomposition)といった直接的な解
法によって解が導き出されることができる。一般に、そ
ういった解法には、膨大な記憶容量と膨大な計算処理と
が必要とされる。例えば格子数200×200の弾性格
子に対して形状をシミュレーションするには、4000
0×40000の行列を用いて40000の連立方程式
の解が導き出されなければならない。ここでは、弾性格
子の形状をシミュレーションするにあたって、連立方程
式の近似的な解を導き出す反復計算処理が用いられる。
(Equation 2) According to this simplification, it can be seen that the force acting on one grid point on another grid point is proportional to the distance specified between the two grid points in the direction orthogonal to the cross section. The solution of the above simultaneous equations can be derived by a direct solution such as LU decomposition. Generally, such solutions require enormous storage capacity and enormous computational processing. For example, to simulate the shape of an elastic lattice having a lattice number of 200 × 200, 4000
A solution of 40000 simultaneous equations must be derived using a 0x40000 matrix. Here, in simulating the shape of the elastic lattice, an iterative calculation process for deriving an approximate solution of the simultaneous equations is used.

【0027】本実施形態に係る反復計算処理によれば、
ijの符号のみが考慮される。例えばFijが正であれ
ば、次回の計算処理で格子点(i,j)の座標値xij
1単位増加させられる。その一方で、Fijが負であれ
ば、次回の計算処理で格子点(i,j)の座標値xij
1単位減少させられる。弾性格子は最初に平坦な形状を
示すものとすれば、特定回数の計算処理が繰り返される
と、図5に示されるように、滑らかなx座標値の分布が
得られる。計算処理の反復は、反復計算処理で引き起こ
される変化が所定値を下回るといった具合に解が収束し
た時点で終了されればよい。その他、特定回数の反復が
完了した時点で計算処理の反復は終了されてもよい。
According to the iterative calculation process according to this embodiment,
Only the sign of F ij is considered. For example, if F ij is positive, the coordinate value x ij of the grid point (i, j) is increased by one unit in the next calculation process. On the other hand, if F ij is negative, the coordinate value x ij of the grid point (i, j) is reduced by one unit in the next calculation process. Assuming that the elastic lattice initially shows a flat shape, a smooth distribution of x-coordinate values can be obtained as shown in FIG. 5 when the calculation processing is repeated a specified number of times. The repetition of the calculation process may be terminated when the solution converges, for example, the change caused by the iterative calculation process falls below a predetermined value. In addition, the repetition of the calculation process may be terminated when the repetition of the specific number of times is completed.

【0028】こうした手法によれば、連立方程式を解く
必要はなくなる。加えて、算出されたり記録されたりす
る格子点の座標値は整数の形をとる。これらの特徴は処
理速度を飛躍的に向上させることとなる。ただし、いわ
ゆる当業者に自明である限り、弾性格子21の形状をシ
ミュレーションするにあたって他の手法が用いられても
よい。そうした他の手法は、反復計算処理に比べて、コ
ンピュータ処理にあたって望ましくない条件を伴う場合
が多い。
According to such a method, it is not necessary to solve the simultaneous equations. In addition, the coordinates of the calculated or recorded grid points are in integer form. These features will dramatically improve processing speed. However, other techniques may be used to simulate the shape of the elastic lattice 21 as long as it is obvious to those skilled in the art. Such other techniques often involve undesirable conditions in computer processing compared to iterative calculations.

【0029】シミュレーションで得られたx座標値は、
閾値「0」を中心に負の最小値から正の最大値まで広が
る。こうしたx座標値は、例えば閾値「0.5」を中心
に「0」から「1」に広がるような正の領域に正規化さ
れることができる。こうした正規化を達成するにあたっ
て、最小値および「0」並びに最大値をそれぞれ「0」
「0.5」「1」に対応させるスプライン関数といった
単調かつ滑らかなマッピング処理が施されればよい。
The x-coordinate value obtained by the simulation is
It extends from the negative minimum value to the positive maximum value around the threshold “0”. Such an x-coordinate value can be normalized to a positive region extending from “0” to “1” around the threshold “0.5”, for example. In order to achieve such normalization, the minimum value and “0” and the maximum value are each set to “0”.
A monotonous and smooth mapping process such as a spline function corresponding to “0.5” and “1” may be performed.

【0030】図6には疑似メタボールフィルタ法の一具
体例が示される。この疑似メタボールフィルタ法では、
断面上の点に与えられる密度は三次元物体の内側および
外側で区別されると同時に輪郭線からの距離に依存す
る。図6から明らかなように、断面は例えば2値のビッ
トマップ画像によって表現されることができる。三次元
物体の輪郭線31の外側に位置する画素32には「0」
値が与えられる。一方、輪郭線31の内側に位置する画
素33には「1」値が与えられる。ここで、以下のよう
なN×N(Nは奇数)の変換行列34が定義される。変
換行列34の各要素は中央の要素からの距離に応じた値
に設定される。距離が離れるほど要素の値は小さくな
る。中央の要素から等しい距離に位置する要素には同一
の値が与えられることが望ましい。変換行列34の画素
の大きさはビットマップ画像と同一に設定される。
FIG. 6 shows a specific example of the pseudo metaball filter method. In this pseudo metaball filter method,
The density given to a point on the cross section is distinguished inside and outside the three-dimensional object and depends on the distance from the contour. As is clear from FIG. 6, the cross section can be represented by, for example, a binary bitmap image. "0" is set for the pixel 32 located outside the contour line 31 of the three-dimensional object.
Is given a value. On the other hand, the pixel 33 located inside the outline 31 is given a value of “1”. Here, the following N × N (N is an odd number) transformation matrix 34 is defined. Each element of the transformation matrix 34 is set to a value corresponding to the distance from the center element. The value of the element decreases as the distance increases. It is desirable that the elements located at the same distance from the central element be given the same value. The pixel size of the conversion matrix 34 is set to be the same as that of the bitmap image.

【0031】画素Pで密度分布を算出するにあたって、
中央の要素と画素Pとを一致させるようにビットマップ
画像上に変換行列34は重ね合わされる。続いて合計値
が算出される。画素Pが三次元物体の輪郭線の内側に位
置する場合、すなわち、画素Pに「1」値が与えられて
いる場合には、その輪郭線の内側に位置する変換行列3
4の各要素の合計値が算出される。すなわち、ビットマ
ップ画像の「1」値に重ね合わされる変換行列34の各
要素の合計値が算出される。一方で、画素Pが三次元物
体の輪郭線の外側に位置する場合、すなわち、画素Pに
「0」値が与えられている場合には、その輪郭線の外側
に位置する変換行列34の各要素の合計値が算出され
る。すなわち、ビットマップ画像の「0」値に重ね合わ
される変換行列34の各要素の合計値が算出される。し
かも、合計値の正負の符号は反転される。こうした処理
の結果、画素の位置が三次元物体の輪郭線から内側であ
ればあるほど大きな正の合計値が与えられ、輪郭線から
外側であればあるほど大きな負の合計値が与えられるこ
ととなる。このとき、閾値は「0」に固定されると、正
規化された合計値は各画素Pの密度として用いられるこ
とができる。
In calculating the density distribution at the pixel P,
The conversion matrix 34 is superimposed on the bitmap image so that the central element matches the pixel P. Subsequently, a total value is calculated. When the pixel P is located inside the contour of the three-dimensional object, that is, when the pixel P is given a value of “1”, the transformation matrix 3 located inside the contour is
The total value of each element of No. 4 is calculated. That is, the total value of each element of the transformation matrix 34 superimposed on the “1” value of the bitmap image is calculated. On the other hand, when the pixel P is located outside the contour of the three-dimensional object, that is, when the pixel P is given a value of “0”, each of the conversion matrices 34 located outside the contour is The sum of the elements is calculated. That is, the total value of each element of the transformation matrix 34 superimposed on the “0” value of the bitmap image is calculated. In addition, the sign of the total value is inverted. As a result of such processing, the larger the pixel position is inside the contour of the three-dimensional object, the larger the positive total value is given, and the further the pixel position is outside the contour line, the larger the negative total value is. Become. At this time, if the threshold value is fixed to “0”, the normalized total value can be used as the density of each pixel P.

【0032】ただし、いわゆる当業者に自明であるよう
に、変換行列は連続変換プロファイル(continuous con
version profile )の近似であって、合計値は断面全体
の積分の近似である。したがって、こうした連続変換プ
ロファイルや積分法が用いられてもよい。
However, as will be apparent to those skilled in the art, the conversion matrix is a continuous conversion profile (continuous con-
version profile), where the sum is an approximation of the integral of the entire section. Therefore, such a continuous conversion profile or integration method may be used.

【0033】ここでも、合計値は例えば閾値「0.5」
を中心に「0」から「1」に広がるような正の領域に正
規化されることができる。最大値は、変換行列に含まれ
る要素の合計値に等しく、最小値は負の合計値に等しい
ことから、正規化は線形の変換行列によって単純に実現
されることができる。ただし、スプライン関数といった
単調かつ滑らかなマッピング処理が施されてもよい。
Also in this case, the total value is, for example, a threshold value “0.5”.
Can be normalized to a positive region extending from “0” to “1” around Since the maximum value is equal to the sum of the elements included in the transformation matrix and the minimum value is equal to the negative sum, normalization can be simply realized by a linear transformation matrix. However, a monotonous and smooth mapping process such as a spline function may be performed.

【0034】こういった疑似メタボールフィルタ法によ
れば、各画素ごとに計算処理が実現されることができ
る。前述したように、補間を用いて2つの断面に描かれ
る輪郭線から三次元場を構築する場合、断面に直交する
方向から見て重なり合った断面の領域同士は必ず相互に
接続される。すなわち、補間によって形成される面の内
側に存在する。その一方で、断面に直交する方向から見
ていずれの断面にも属さない領域同士は相互に接続され
ることはない。したがって、補間面を形成するにあたっ
て、これらの領域では密度分布や場が算出される必要は
ない。重なり合った領域には最大値の密度が設定されれ
ばよく、いずれの断面にも属さない領域には最小値の密
度が設定されればよい。言い換えれば、場の算出は、一
方の断面に含まれ他方の断面には含まれない領域で実施
されれば十分である。こうした処理には、断面を規定す
る2値のビットマップ画像で排他論理(XOR)が用い
られればよい。図7では、2つの輪郭線41、42に基
づき排他論理で算出された領域は斜線によって示され
る。多くの場合には2つの輪郭線同士は似通っているこ
とから、こうして排他論理で算出された領域でのみ計算
が実行されることは好ましい。
According to such a pseudo metaball filter method, calculation processing can be realized for each pixel. As described above, when constructing a three-dimensional field from contours drawn on two cross sections using interpolation, the regions of the cross sections that overlap when viewed from the direction orthogonal to the cross sections are always connected to each other. That is, it exists inside the plane formed by interpolation. On the other hand, regions that do not belong to any cross section when viewed from a direction orthogonal to the cross section are not connected to each other. Therefore, it is not necessary to calculate the density distribution and the field in these areas when forming the interpolation plane. The density of the maximum value may be set for the overlapping area, and the density of the minimum value may be set for the area that does not belong to any cross section. In other words, it is sufficient that the calculation of the field is performed in a region included in one cross section and not included in the other cross section. In such processing, exclusive logic (XOR) may be used for a binary bitmap image that defines a cross section. In FIG. 7, a region calculated by exclusive logic based on the two contour lines 41 and 42 is indicated by oblique lines. In many cases, the two contours are similar to each other, so it is preferable that the calculation is performed only in the region calculated by the exclusive logic.

【0035】次に図8を参照しつつ輪郭線の接続関係を
操作する手法を詳述する。前述したように、切断平面に
直交する方向から見て断面同士が少なくても部分的に重
なり合う場合、最終的に得られる補間面によって2つの
輪郭線同士は接続される。その一方で、断面同士が全く
重なり合うことのない場合には輪郭線同士は接続される
ことはない。例えば図8(a)に示されるように、平面
P1の輪郭線C1と平面P2の輪郭線C2とは接続され
ることはない。なぜなら、輪郭線C1の投影像C1pは
平面P2で輪郭線C2と重なり合わないからである。し
たがって、直線補間法では、輪郭線C1、C2同士の間
で三次元場は閾値より小さくなり、輪郭線C1、C2同
士は接続されない。輪郭線C1、C2同士を接続するに
は、平面P1、P2を相対的に移動させ、例えば図8
(b)に示されるように、少なくとも部分的に輪郭線C
1、C2同士を重なり合わせればよい。すなわち、各平
面P1、P2内で輪郭線C1、C2を移動させればよ
い。
Next, a method of operating the connection relation of the contour lines will be described in detail with reference to FIG. As described above, when the cross sections are at least partially overlapped when viewed from the direction perpendicular to the cutting plane, the two contour lines are connected by the finally obtained interpolation plane. On the other hand, if the cross sections do not overlap at all, the contour lines are not connected. For example, as shown in FIG. 8A, the contour C1 of the plane P1 and the contour C2 of the plane P2 are not connected. This is because the projected image C1p of the contour C1 does not overlap with the contour C2 on the plane P2. Therefore, in the linear interpolation method, the three-dimensional field between the contours C1 and C2 is smaller than the threshold, and the contours C1 and C2 are not connected. To connect the contour lines C1 and C2 to each other, the planes P1 and P2 are relatively moved, for example, as shown in FIG.
As shown in (b), the contour line C is at least partially
1, C2 should just overlap. That is, the contour lines C1 and C2 may be moved within the planes P1 and P2.

【0036】[0036]

【実施例】実際に、以上の表面形成方法を実現するコン
ピュータソフトウェアを作成し、そのコンピュータソフ
トウェアを実行させた結果を以下に詳述する。コンピュ
ータには、ペンティアム133MHzが搭載されたIB
M PC/AT互換パソコンが使用された。その結果、
図9〜図14に示されるように、(a)上側断面および
(b)下側断面に基づき、(c)補間面が描かれること
ができた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Actually, computer software for realizing the above-mentioned surface forming method was created, and the result of executing the computer software will be described in detail below. Computer with pentium 133MHz IB
An MPC / AT compatible personal computer was used. as a result,
As shown in FIGS. 9 to 14, (c) an interpolation plane could be drawn based on (a) the upper cross section and (b) the lower cross section.

【0037】図9〜図12では物理的シミュレーション
法が用いられた。反復回数は1000回に設定された。
格子には200×200の格子が用いられた。図9およ
び図10には単純な枝分かれを伴う補間が示される。密
度分布は、1分程度の処理時間で算出されることができ
た。図11には、上側の1断面と下側の1断面とに基づ
く補間が示される。ただし、上側断面には2個の輪郭線
が現れ、下側断面には1個の輪郭線が現れる。上側断面
と下側断面との間で輪郭線の数は異なる。これまで、こ
うした補間は簡単に実現されることができなかった。図
12では、輪郭線の接続関係が操作された。ここでは、
補間面106によって輪郭線101と輪郭線103とが
接続され、補間面107によって輪郭線102と輪郭線
104、105とが接続される。輪郭線101と輪郭線
104、105とは接続されず、輪郭線102と輪郭線
103とは接続されない。輪郭線101で規定される断
面は輪郭線103の断面に重なる一方で輪郭線104、
105の断面に重ならないことから、こういった特定の
接続関係が実現されることができる。同様に、輪郭線1
02の断面は輪郭線104、105の断面に重なるもの
の輪郭線103の断面に重なることはない。すなわち、
断面同士の重なりを制御することで輪郭線同士の接続関
係は簡単に操作されることが確認された。
9 to 12, a physical simulation method was used. The number of repetitions was set to 1000.
The grid used was a 200 × 200 grid. 9 and 10 show interpolation with simple branching. The density distribution could be calculated in a processing time of about one minute. FIG. 11 shows an interpolation based on one cross section on the upper side and one cross section on the lower side. However, two outlines appear on the upper section, and one outline appears on the lower section. The number of contour lines is different between the upper section and the lower section. Heretofore, such interpolation could not be easily realized. In FIG. 12, the connection relation of the contour lines is operated. here,
The contour 101 and the contour 103 are connected by the interpolation plane 106, and the contour 102 and the contours 104 and 105 are connected by the interpolation plane 107. The outline 101 and the outlines 104 and 105 are not connected, and the outline 102 and the outline 103 are not connected. The cross section defined by the contour 101 overlaps the cross section of the contour 103 while the contour 104,
Since they do not overlap the cross-section of 105, such a specific connection relationship can be realized. Similarly, contour line 1
Although the section of 02 overlaps the sections of the contour lines 104 and 105, it does not overlap the section of the contour line 103. That is,
It has been confirmed that the connection relationship between the contour lines can be easily operated by controlling the overlap between the cross sections.

【0038】図13および図14では疑似メタボールフ
ィルタ法が用いられた。81×81の変換行列が用いら
れた。変換行列の密度関数は、中央の要素からの距離d
に基づき(40−d)で規定された。図13には、前述
の図9と同様な輪郭線が示される。図9と同様な結果が
得られた。密度分布は、5秒程度の処理時間で算出され
ることができた。すなわち、疑似メタボールフィルタ法
は、前述の物理的シミュレーション法に比べて大幅に高
速な処理を実現することが確認された。ただし、変換行
列の大きさや密度関数の種類に応じて好ましくない結果
が生じることがある。特に、物体の断面形状が大きく異
なる場合にはそういった好ましくない結果が出やすい。
輪郭線の接続関係に関する操作性には両者の間で違いは
見られなかった。
In FIGS. 13 and 14, the pseudo metaball filter method was used. An 81 × 81 transformation matrix was used. The density function of the transformation matrix is the distance d from the center element
And specified in (40-d). FIG. 13 shows a contour similar to that of FIG. 9 described above. The same result as in FIG. 9 was obtained. The density distribution could be calculated in a processing time of about 5 seconds. That is, it was confirmed that the pseudo metaball filter method achieves a significantly higher speed than the physical simulation method described above. However, undesired results may occur depending on the size of the transformation matrix and the type of the density function. In particular, when the cross-sectional shapes of the objects are significantly different, such undesirable results tend to be obtained.
There was no difference between the two in the operability regarding the connection relationship of the contour lines.

【0039】以上のような表面形成方法はコンピュータ
ソフトウェアに基づくコンピュータ処理によって実現さ
れることができる。こうしたコンピュータソフトウェア
は磁気ディスクや光ディスクといった記録媒体その他の
記憶装置に保存されることができる。ただし、本発明に
係る表面形成方法は電子回路に基づくハードウェア処理
によって実現されてもよい。本発明に係る表面形成方法
に基づき形成された補間面はコンピュータ装置の画面そ
の他のディスプレイ装置に表示されてもよく、紙面にプ
リントアウトされてもよい。また、そういった補間面
は、表示に先立って記憶装置に格納されてもよく、ネッ
トワークを通じて他のコンピュータ装置に転送された後
に表示、プリントアウト、保存されてもよい。
The above surface forming method can be realized by computer processing based on computer software. Such computer software can be stored on a recording medium such as a magnetic disk or an optical disk or other storage device. However, the surface forming method according to the present invention may be realized by hardware processing based on an electronic circuit. The interpolated surface formed based on the surface forming method according to the present invention may be displayed on a screen of a computer device or another display device, or may be printed out on paper. Further, such an interpolation plane may be stored in a storage device prior to display, or may be displayed, printed out, and stored after being transferred to another computer device via a network.

【0040】なお、本発明に係る表面形成方法は、以上
のように互いに平行な切断平面に現れる輪郭線同士を接
続する際に使用されることができるだけでなく、互いに
傾斜する切断平面に現れる輪郭線同士を接続する際に使
用されてもよい。また、本発明に係る表面形成方法は、
以上のように2つの切断平面に現れる輪郭線同士を接続
する際に用いられることができるだけでなく、3以上の
切断平面に現れる輪郭線同士を接続する際に用いられる
ことができる。この場合には、線形補間や、スプライン
関数補間といった非線形補間を用いて、1対の切断平面
ごとに三次元場が形成されればよい(第3ステップ)。
各切断平面に対して二次元密度分布を生成したり、閾値
処理を施したりするにあたっては、前述の第2ステップ
や第4ステップが用いられればよい。
It should be noted that the surface forming method according to the present invention can be used not only for connecting the contour lines appearing on the cutting planes parallel to each other as described above, but also for the contour appearing on the cutting planes inclined to each other. It may be used when connecting lines. Further, the surface forming method according to the present invention,
As described above, it can be used not only when connecting contour lines appearing on two cutting planes, but also when connecting contour lines appearing on three or more cutting planes. In this case, a three-dimensional field may be formed for each pair of cutting planes using nonlinear interpolation such as linear interpolation or spline function interpolation (third step).
In generating a two-dimensional density distribution or performing threshold processing on each cutting plane, the above-described second step or fourth step may be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、三次元物
体の各断面ごとにトポロジーが異なっても、断面に描か
れる輪郭線に基づき簡単な処理で滑らかな補間面が形成
されることができる。
As described above, according to the present invention, a smooth interpolation surface can be formed by simple processing based on the contour drawn on a cross section even if the topology differs for each cross section of the three-dimensional object. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 (a)三次元物体の正面図、および(b)各
断面を示す平面図である。
FIG. 1A is a front view of a three-dimensional object, and FIG. 1B is a plan view showing each cross section.

【図2】 本発明に係る表面形成方法を概略的に示すフ
ローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart schematically showing a surface forming method according to the present invention.

【図3】 1切断平面に対して生成された密度分布の一
具体例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of a density distribution generated for one cutting plane.

【図4】 密度分布を生成する物理的シミュレーション
の一例を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a physical simulation for generating a density distribution.

【図5】 物理的シミュレーションを用いて生成された
密度分布の具体例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a density distribution generated using a physical simulation.

【図6】 密度分布を生成する疑似メタボールフィルタ
法の一例を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a pseudo metaball filter method for generating a density distribution.

【図7】 断面同士の重なりを示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing an overlap between cross sections.

【図8】 輪郭線同士の接続関係を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a connection relationship between contour lines.

【図9】 本発明に従って生成された補間面の一具体例
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

【図10】 本発明に従って生成された補間面の他の具
体例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing another specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

【図11】 本発明に従って生成された補間面のさらに
他の具体例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing still another specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

【図12】 本発明に従って生成された補間面のさらに
他の具体例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing still another specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

【図13】 本発明に従って生成された補間面のさらに
他の具体例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing still another specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

【図14】 本発明に従って生成された補間面のさらに
他の具体例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing still another specific example of an interpolation plane generated according to the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 三次元物体の断面を特定する切断平面で
三次元物体の輪郭線を記述する断面形状データに基づ
き、切断平面ごとに二次元密度分布を生成する工程と、
二次元密度分布同士の間で補間を実施し、1対の切断平
面の間で三次元物体の表面を形成する工程とを備えるこ
とを特徴とする三次元物体の表面形成方法。
A step of generating a two-dimensional density distribution for each cutting plane based on cross-sectional shape data describing a contour of the three-dimensional object on a cutting plane for specifying a cross section of the three-dimensional object;
Interpolating between the two-dimensional density distributions and forming a surface of the three-dimensional object between a pair of cutting planes.
【請求項2】 三次元物体の断面を特定する切断平面で
三次元物体の輪郭線を記述する断面形状データに基づ
き、切断平面ごとに、輪郭線に沿って閾値を配置する二
次元密度分布を生成する工程と、二次元密度分布同士の
間で補間を実施し、少なくとも1対の切断平面に挟まれ
る空間で三次元場を形成する工程と、三次元場で特定さ
れる閾値に基づき閾値処理を用いて三次元物体の表面を
形成する工程とを備えることを特徴とする三次元物体の
表面形成方法。
2. A two-dimensional density distribution for arranging a threshold value along a contour line for each cutting plane based on cross-sectional shape data describing a contour line of the three-dimensional object by a cutting plane specifying a cross section of the three-dimensional object. Generating, interpolating between the two-dimensional density distributions, forming a three-dimensional field in a space sandwiched by at least one pair of cutting planes, and thresholding based on a threshold specified by the three-dimensional field Forming a surface of the three-dimensional object by using the method.
JP11068451A 1998-03-13 1999-03-15 Method for forming surface of three-dimensional object Pending JPH11328442A (en)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011521204A (en) * 2008-03-25 2011-07-21 テールズ Method for three-dimensional synthetic reconstruction of objects exposed to electromagnetic waves and / or elastic waves
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