JPH11509928A

JPH11509928A - スキャニング装置および方法

Info

Publication number: JPH11509928A
Application number: JP9507376A
Authority: JP
Inventors: ジェームスクランプトン，ステファン
Original assignee: ジェームスクランプトン，ステファン
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1999-08-31
Also published as: EP1160539A1; DE69628956D1; US6611617B1; EP1355127A3; GB9515311D0; EP1355127A2; EP0840880A1; DE69628956T2; US20030231793A1; AU6626896A; EP0840880B1; US7313264B2; EP1160539B1; WO1997005449A1; USRE43895E1; DE69619826D1

Abstract

(57)【要約】そのスキャニング手段が(3)が、２つまたはそれ以上のポイントから同時にデータを取り込むように、物体の表面の複数のポイントからデータを取り込むために物体をスキャニングする手段、そのスキャニング手段の位置を検出する手段、そのデータから中間データ構造を生成する手段、その中間データ構造を結合してモデルを供給する手段、表示手段およびそのスキャニング装置を手動で操作する手段を含む、３次元物体(9)からコンピュータモデルを生成するスキャニング装置(100)および方法である。生成される信号は、測定されるべき表面の位置およぴカラーのデータを採取可能にする、レーザダイオードまたは電球のような照明光源によるストライプまたはエリアの形式での構成光である。物体は、より均質な光強度を供給するための各電球に対する反射手段および拡散手段および／または偏光手段によって広範囲に照明されるのが好ましい。位置検出手段(1)は多間接アームまたは遠隔位置センシング手段が使用できる。物体はターンテーブル(14)上に設置されてもよいし、また物体がスキャンされるにしたがい、レンダリングされたポリゴン(13)としてリアルタイムにモニタ(7)上に表示されるようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】スキャニング装置および方法技術分野この発明は、３次元物体をスキャニングするための装置および方法に関する。背景技術実世界においては、それが自然形態（すなわち地形、植物、人間または動物のようなもの）であれ、人間の創造物（すなわち彫像、レリーフ、自動車、船、飛行機または消費財など）であれ、３次元物体をスキャンするのは容易ではない。これは表面の法線方向が急激に変化したり、場所によっては物体の他の部分に覆い隠されて視線が届かない表面ができるなどの特性のためである。物体または物体の一部をスキャンするためのスキャニング機械−またはディジタイジング機械として知られている−は２つのタイプに分類できる：数値制御装置 (CNC)によるものおよび手動で操作されるもの。スキャニング機械には一般にプローブと言われる検知手段を持つユニットも含まれる。物体または物体の一部は数値制御(CNC)によりモータ駆動される数多くの直線軸および回転軸を持つCNCスキャニング機械上でスキャンすることができる。物体の種類が異なるごとにそれに適合して設計された異なった機械が適用される。プローブはほとんどのタイプのCNC工作機械またはCNC座標測定機に一時的にあるいは恒久的に取付けが可能で、これによりスキャニングのために使用することができる。たとえば小型でシンプルな３軸のCN Cフライス盤を使用することもできるし、また大型で複雑な５軸の機械も使用することができる。CNC機械により捕捉される点群は通常規則的なグリッド上に整列され、速度は使用される技術およびスキャンされる物体に応じておおよそ毎秒１ポイントからおおよそ毎秒20,000ポイントまで変化する。これらのスキャニング機械で得られるポイントの精度は0.05mmのオーダである。プローブを持つCNC 機械のスキャンは、プローブと物体間で相対的な動きができるよう機械の各軸を駆動する１つまたはそれ以上のプログラムを実行することにより行われる。 CNC機械はその一部に複数のモータ、および精密な動きを確実にするためのリニアガイドおよび駆動軸のような関連装置を装備するため高価となる。CNC機械の中には複雑な物体の全表面をスキャンするためにプローブの方向を６自由度で制御できるようなフレキシブルなものもある。CNC機械が６自由度を持つ場合でも、物体の全表面を物体との干渉なしにスキャンするようプローブを位置決めできるだけの柔軟性を持つたものは少ない。物体が人間であるとか高価なものである場合、CNC機械を使用するという危険性は受け入れられないこともあり、したがって安全とスキャニングの要求の両方を満たすような機械を作る必要があるかも知れない。CNC機械のプログラミングは、プローブまたは機械が物体と衝突することなく物体の表面を完全にスキャンできるようにするため、しばしば非常に複雑となる。一般に機械の設計とその設計に固有な自由度、およびスキャニング中はプローブと物体間は一定の距離を保たなければならないというようなプローブ設計上の制約により、物体の全表面をスキャンするというスキャニング戦略を考案すること自体が不可能なことを意味している。スキャニング中１度またはそれ以上、物体を取り上げ、別の位置に置き直したり、方向を変えたりしなければならないのはしごく一般的なことである。このようなことが起こる度に、異なったスキャンによるデータを精度よく結合するため、物体は統一した座標系に再登録されなくてはならない。手動により操作されるスキャニング機械はつぎの３つのタイプに分類できる：水平アーム機械、多関節アーム、および遠隔位置センシング手段に基づく装置。手動により駆動される水平アーム測定機は、通常３つの直交軸を持ち、コラム移動を基本にして設計されているのが一般的である。これらの機械はベッドが床に設置され、自動車のような巨大な物品をその上に容易に設置したり取り外したりできるよう、きわめて大型なのが普通である。機械を手動で動かすのを補助するため、１つまたはそれ以上の軸にはモータを結合できるようにしたものが多い。プローブは普通は水平アームの末端に方向を固定して取り付けられる。この方向は変化できるようにしたものもあり、また水平アームの末端とプローブの間に方向の変更を補助するための種々の装置、これらは大抵は２軸を持ったものであるが、が付加されることもある。水平アーム機械はプローブの方向を６自由度で容易に変更できないという欠点がある。水平アーム機械は物体の遠く離れた側面の多くはスキャンできないという柔軟性の制約がある。多関節アームは通常複数の関節を持ち、複雑な物体をスキャンすることが可能である。多関節アームは典型的には６軸の関節を持つが、これより少ないのも多いのもある。多関節アームの先端には通常、その中心が基準点となる球や円錐形状の先端のような、基準チップポイントがある。スキャニングはこれらの点や球をスキャンされる物体に接触させることにより実施される。多関節アームをモニタしているコンピュータはその多関節アームの全ての関節における角度を測定し、その基準点の空間上の位置を計算する。位置座標は典型的には毎秒約100点の速度で連続的に出力されるが、その速度はより多いこともより少ないこともある。精度は0.1から0.5mmのオーダである。アームから得られる点群は通常密度が低くまたランダムで組織化されてない。点群の密度が低く組織化されてないことは、物体のコンピュータモデルを許容できる品質で構築するために必要な情報を提供することを困難にする。複数の関節を持つ多関節アームは作業空間が限定される。一般に、もしより大きな作業空間が必要な場合にはアームは高価でかつ精度は落ち、扱いも困難となる。限定された作業空間は他の空間をアクセスできるよう、リープフロッグ機能を使用してアームおよびベース全体を移動させることにより増加させることができるが、これにはアームを移動する毎に少なくとも３点を登録したり、また各アーム位置におけるデータセットを再結合するなどの、時間のかかる作業が必要となる。多関節アームの製造者はあらかじめキャリブレートされたアームと、そのアームが許容精度内に依然としてキャリブレートされているかどうかを、ユーザが確認するためのテスト方法を提供している。そのテスト方法はたとえばアームの先端に付けた標準の基準チップポイントと基準球を使用するとか、または両端にその相互の距離が正確に判っている２つの円錐状のカップを持つロッドである、ボールバーを機械原点の球とアーム先端の基準球の間に挿入するなどの方法である。ボールバーの先端に位置させたアーム先端の基準球はある球状領域の表面を移動し、アームが移動により各位置で記録した座標値は後で理想球面上の位置と比較されアームの誤差評価が出力される。遠隔位置センシング装置は、電磁パルスと音響波を含んだ別の物理的手段を使用してキャリブレートされた基準空間内の位置情報を、伝達または受領するようなハンドヘルド装置を含んでいる。ハンドヘルド装置はケーブルによってその装置の残りの部分と接続されるものもある。これらの装置はスキャンされたデータに非常に大きな誤差を含む傾向があり、またある装置はスキャンされる物体が金属製の部品では動作させることができない。それらは0.5mmかそれよりも良いオーダの精度を持つ多関節アームより精度が落ちる。多関節スキャニング機械の先端に取付け可能なスキャニングプローブは、大きく分けて３つのカテゴリーに分類できる：ポイント、ストライプおよびエリアプローブである。ポイントプローブは一度に１個の点を測定するもので、技術的には機械的接触方法と光学距離測定方法が含まれる。ストライププローブは１つのライン内の複数の点を同時に、または高速に順にスキャンしながら測定するものである；最も一般的なストライプテクノロジーにはレーザストライプ三角測量法がある。エリアプローブは表面上に２次元的に配列された点を同時に、または順にスキャンして測定するものである；最も一般的な技術にフリンジ干渉および複数ストライプ投影がある。エリア方法にはデータの取り込みの間、数秒間装置をじっと保持していなければならないのもある。ストライプ法およびエリア法は、物体に対するプローブの移動がポイント法に比べて少ないため、ポイント法に対して本質的に速度面での有利さがある。精度およびコストに関しては各方法間に差異があるが、カテゴリーごとに普遍的なものではない、たとえばある特殊なエリア技術は安価ではあるが、他のポイント技術よりも精度は高い。独立した基準点／特徴点を接触により取り込む手段は良く知られており、かつ有効である。ストライプまたはエリア方法で使用する構成光源は、独立した特徴点を測定するのが得意ではない、なぜなら作業者にとって物体の既知の点とストライプ上またはエリア内の点とを合わせる手段がないためである。スキャニング操作による幾何学的誤差は多くの原因から生じる。CCDカメラは典型的には毎秒25フレームの速度で映像を撮り込むことができる。通常の使用における主要な不利益の１つは、フレームに対して要求があった時からそのフレームの取り込みを開始するまで、40msecの変動の可能性があるということである。もしプローブが、たとえば毎秒100mmの速度で移動すると、これはプローブのデータでは4mmの幾何学的誤差を生ずることになる。フレーム取り込みの持続時間はシャッター速度に依存する、すなわち1/100秒であれば10msecとなる。通常の使用における主要な不利益の１つは、もしプローブが遅いシャッター速度で移動すれば、さらに付加的な幾何学的誤差が生ずることである。アームは典型的にはシリアルケーブルでコンピュータと接続されており、アームが動くにつれて、毎秒 125点の位置情報を発生させる；この速度においては、コンピュータで位置情報が必要になった時とそれが到達した時の間には8msecの変動の可能性が生じる。これによりプローブが動いた時にも幾何学的誤差が生じることになる。したがってCCDカメラとアーム間の全体の変動要素により大きな総体誤差を生じることになる。現在使用中の3D情報には広い範囲のフォーマットが存在する。これらには一般的なカテゴリーが含まれる：ポイントフォーマット、ポリゴンフォーマットおよびコンプレックスサーフェスフォーマットである。ポイントフォーマットには次のものが含まれる：独立したポイント、平面とサーフェスが交差した場所での点列、医療用スキャナーによってしばしば発生するＺ内での単一点と3Dの点アレイであるレンジイメージとして広く知られている、2. 5Dエリアのポイント。ポイントのフォーマットには、ヨーロッパのESPRIT Resea rch & Development Project6911から生じたRange Image Standard(RIS)、IGESおよび米国AutoDesk Incより発表されたDXFを含め、数多くの標準仕様がある。ポリゴンフォーマットには種々の幾何学的形式のポリゴンが含まれる。ポリゴンには３辺またはそれ以上の辺を持つものがあり、フォーマットも異なった数の辺が混じったもの、または常に同じ数の辺を持つものが含まれる。Delaunay trian gulationのような特殊なケースでは、頂点位置およびポリゴンの辺の相対的な長さも指定できる。ポリゴンフォーマットの標準的な表記には米国3D Systems Inc により発表されたSTL、IGES、米国Wavefront Incにより発表されたOBJおよびDXF が含まれる。コンプレックスサーフェスフォーマットにはBezier、NURBSおよびCOONSパッチが含まれる。コンプレックスサーフェスフォーマットの標準的な表記にはIGES、VD A-FS、SET、STEPおよびDXFが含まれる。スキャニングの目的は物体の表面上の３次元ポイントを単純に数多く集めることであり、またそのモデルが使用されるアプリケーションに有用な形式で、コンピュータモデルを創造することでもある。大量の点群が単独で多くのアプリケーションで使われることはあまりなく、可視化、アニメーション、モーフィングそしてサーフェスまたはソリッドモデリングのような典型的なアプリケーション内で取り扱うのに有効なコンピュータモデルを作るためには、より構造化されたものが必要であるということは一般的な真実である。モデルのフォーマットに関連してファイルのサイズを縮小することはしばしば有益である。どのようなファイルも、そのフォーマットが何であれ、米国PKWareから出されたPKZIP/PKUNZIPのような標準的な可逆ユーティリティで圧縮することができる。3Dのポイントアレイでは、サーフェスを表現するアレイのサイズを縮小するために、オクテットフォーマッチが使用できる；オクテットフォーマットは立体的な容積を８個のより小さな立方体に分割し、それらが情報を含んでいればさらに８個の立方体に再分割できる；オクテットフォーマットは可逆である。構造化されてないポイント表現からポリゴンまたはコンプレックスサーフェスフォーマットへの変換は、しばしば大幅な圧縮を生じるが、近似に依存した処理のため、ほとんど常に非可逆であり、十分に良い結果が得られるよう自動化することもまた困難である。コーダルトレランス法は2Dまたは3Dポリライン内の離散的なポイントの量を減らす方法として一般的に使用される。中間データ構造として、それは自身内に不利益を持っている：中間データ構造は各ストライプの向きを記録せず、全てのポイントは一つのサーフェスによって接続されているように見えるものの、データ内の分断は記録されず、また閉塞に起因するデータ内のジャンプも記録されない。今日多くのスキャンは基準チップを持つ多関節アームを使用して行われている。ポリゴンによるスプラインのネットワークを作るため、最初にインクペンやけがきのようなマーキング器具により、スキャンする物体に恒久的または一時的にマークを描くのが普通である。それから各ネットワークの交点で単独のポイントがスキャンされる。コンピュータ上では点群はポリゴン構造として相互のリンクができる。3Dのポリゴン状モデルを生成するための全体の処理（マーキング、スキャニングおよびリンキング）は典型的には３秒間で１ポイント（またはモデル上の１頂点）の速度で行われる。ある種の方法ではマーキングによるネットワークは物体上に行われず、各ポイントがスキャンされるに従い、コンピュータのディスプレイ上に現れる；このやり方ではネットワークはインタラクティブに構築される。この方法は頂点数が数百とか数千の比較的少数のモデルに適している。この方法は非常に遅く、スキル、忍耐および集中力が要求され、特にスキャンするのに３週間もかかるような大型で複雑な物体では人件費が非常に高価なものとなる。多関節アームと接触式基準チップを使用した別のスキャン方法では、ネットワークの助けを借りずに、独立したポイントを迅速に取り込む方法がしばしば行われる。その後それらのポイントは、ポイント間にポリゴン状ネトワークを構築するサーフェシングソフトウェアに入力される。しかしながら組織化されてないポイントデータの‘ポリゴン化’は通常非常に遅く、ポイント数の増加につれ速度は急激に低下する。結果も通常は許容できないほど貧弱なものである。普通は手作業による膨大な量の編集が必要となる。 CNCスキャニング機械が使用される場合、中間データ構造は通常レンジイメージとなる。多くの未登録のレンジイメージが登録され、ポリゴン化され、さらに一緒に統合される。生データは物体の多量のレンジイメージである：典型的には各々が円筒状又は直線状の５から20のレンジイメージである。この処理は自動ではなく、作業者の誘導とアルゴリズムの自動実行の組み合わせが必要となる。作業者は最初にコンピュータ上でグラフィックディスプレイを使用して、レンジイメージを相互に整列（すなわち登録）させることを試みる。この処理は正確でなく、その後、各レンジイメージの位置と方向ができるだけ良く互いに整合するよう調整するための、自動最小平方フィッティング処理が行われる；この処理は長くかかり、強力なコンピュータ上でもしばしば数時間かかる。各レンジイメージはその後独立に、2.5D三角ポリゴンのネットワーク内にポリゴン化される。最後に三角ポリゴンのネットワークは一緒に統合される。その出力は単一の3Dポリゴンデータセットとなる。この処理は資本設備コストの上からも作業時間の上からも高価である。十分に良いモデルを作れるように物体をスキャンできる技術を習得するには２年間は必要である。それによって複雑な物体に対しても良好な結果を出せるようになる。コンプレックスサーフェスフォーマットを作成することが目的である滑らかな物体に対しては、接触式基準チップを持つ座標測定機械が通常使用される。ペンまたはけがきのようなマーキング器具を使用して、物体上に所望するサーフェスパッチの境界線をマーキングするのが普通である。これらのパッチ境界、はその後接触式ポイントプローブで手作業によりディジタイズされる。それから境界沿いおよびパッチ内部でさらに多くのポイントを自動で採取するため、CNCスキャニングプログラムがソフトウェアパッケージにより作成される。そのソフトウェアはさらにサーフェスモデルの第１回目の試みを自動で行う。この方法は迅速であり、なおかつスキャニングの後に、スキャニングポイントをコンピュータのディスプレイ上に表示させながらパッチ境界を定義するのに比べ、作業者はスキャニング前に希望する構成を持つサーフェスモデルができるよう、容易にパッチ境界を定義できるために使用されるのである。スキャニングされたポイントとコンピュータのみを使用して、普通はスプラインであるパッチ境界を作成し、それからパッチを作り、さらにサーフェスモデルを形成するためパッチをトリムする、という作業は数日、あるいはしばしば数週間の期間を必要とするものである。スキャニングされたポイントデータはリアルタイムに表示される。ポイントの表示は解釈が混乱しがちになること、そしてさらにスキャニング中物体の表面の一部が取り損なっても、それを観測者が判らないという欠点がある。発明の開示本発明は、コンピュータモデルを提供するために物体をスキャニングするスキャニング装置であって、物体の表面から２つまたはそれ以上のポイントからなるデータを同時に捕捉するため物体をスキャンする手段と；そこから中間データ構造を生成する手段と；中間データ構造を結合してモデルを提供する手段と；表示手段およびスキャニング装置を手動で操作するための手段とを有するスキャニング装置を提供する。この装置は従来技術で達成される規模以上の時間およびコスト削減となるスキャニング手段であり、実世界の物体からコンピュータモデルを生成する時間とコストの削減を追求する上で最も有効となるものである。そのモデルは広範囲なアプリケーションに直ちに使用できる形式で中間データから自動的に作成される。そのスキャニング手段には、物体の表面をより迅速にスキャンするために、構成光源が使用されてもよい。そのスキャニング手段はモデルが実世界の物体により近くなるよう、物体の表面の色彩を検知するよう操作できるものでもよい。好ましくはそのスキャング手段は、物体をスキャニングするための信号を生成する手段、物体から反射した信号を検出するための信号検出手段および検出信号に対応して中間データ構造用のデータを供給するための手段を包含するのがよい。構成光源は好ましくは、信号生成手段の投影軸に垂直に、なおかつ信号生成手段から平均的なスタンドオフ距離に位置決めされる視野平面上にストライプが形成されるよう、平面光源として投影されるのがよい。あるいは構成光源は、信号生成手段の投影軸に垂直に、なおかつ信号生成手段から平均的なスタンドオフ距離に位置決めされる視野平面の領域上にパターンが形成されるよう投影されてもよい。信号生成手段は、レーザダイオードまたは１個ないしはそれ以上の電球のような照明源でよい。スキャニング中、作業者は彼が物体をより容易にスキャンできるよう、彼がスキャンしたサーフェスがレンダリングされたポリゴンとしてリアルタイムにディスプレイ上で見えるようにしてもよい。作業者は物体をターンテーブル上に設置し、物体の周囲を歩かずに座った位置からスキャンできるようにしてもよい。そのスキャニング手段は、小さなサイズから非常に大きなサイズの物体に対して柔軟に対応できる、種々のタイプの手動機械に設置されてもよい。そのスキャニング手段は、正確なスキャニングのために多間接アームに設置されてもよい。そのスキャニング手段は遠隔位置センサーを含み、スキャニングに際して最大の柔軟性を与える表示器を内蔵した、組込み型のユニットでもよい。本発明では、以下の手段を含んだ、コンピュータモデルを供給するための物体をスキャニングする方法も提供している：信号生成手段を手動で操作して生成する信号を使用した手動操作による物体のスキャニング；反射信号の検出；ポイントに対する中間データ構造の生成；モデルを供給するための中間データ構造の結合；およびデータの表示；このデータは物体の表面にある複数のポイントから同時に捕捉される。本発明の方法の別の側面によれば、物体からカラーデータも捕捉され、その後モデル上にマッピングされる。好ましくはデータは複数の表示ポリゴンとして同時に表示されるのがよい。図面の簡単な説明図１は本発明に基づくスキャニング装置の概略的な説明である；図２はプローブの概略的な透視図である；図3aはプローブ内に収納された光学素子の配置の第１の実施例を例示したものである；図3bはランプの配置を例示したものである；図3cは図3bのランプの配置の別の例を示したものである；図3dは図3aのラインA1-A2に沿った距離の関数として強度を例示したグラフである；図４はプローブ内に収納された光学素子の配置の第２の実施例を例示したものである；図5aから図5dは図１のスキャニング装置のカラーをキャリブレーションする方法を例示したものである；図６はカラーおよび位置データの取り込みを例示した概略のブロックダイアグラムである；図７はカラーおよび位置データの検出がどのように同期されているかを例示した概略の説明である；図８は図１の装置の多間接アームの末端を説明したものである；図９は図１の装置のターンテーブルおよび多間接アームの概略の説明である；図10は多間接アームのプローブの取り付けを例示したものである；図11は多間接アーム上でのマウントのアライメントを例示したものである；図12は多間接アーム上でのプローブのアライメントを例示したものである；図13は直線状のレンジイメージを例示したものである；図14a,14bは円筒状のレンジイメージを例示したものである；図15はレンジイメージの配置方法を例示したものである；図16は面法線の延長方法を例示したものである；図17はレンジイメージ内のシングルポイントの構成を表わしたものである；図18は物体を３つのレンジイメージにより表現したものを示したものである；図19はレンジイメージの更新した方法を例示したものである；図20a,20bはCCDアレイ上に取り込んだ第１および第２のストライプを例示したものである；図20c,20d,20eおよび20fは図20aおよび図20bの第１および第２のストライプから取り込んだ各ポイントデータと一連のポイントデータを例示したものである；図20gはこれらの一連のデータから作成したポリゴンを示したものである；図21は頭部およびヘッドアップディスプレイに取り付けたプローブを例示したものである；図22はカラーイメージのマッピングを例示したものである；図23は位置補間のタイミングを例示したものである；図24はアーム位置測定機のトリガリングを例示したものである；図25は表面上にラインでマークを付けた物体を示したものである；図26aは水平アーム機械上に設置された多間接アームに取り付けたプローブを例示したものである；図26bは２つの相対する水平アーム機械を例示したものである；図27はスキャンされる人間の足を例示したものである；図28aはパイプネットワークおよびパネルのストライプ断面を例示したものである；図28bはパイプネットワークおよびパネルのポリゴンモデルの一部を例示したものである；図28cはパイプネットワークを外挿したポリゴンモデルを例示したものである；図29aはストライプスキャニングを例示したものである；図29bはエリアスキャニングを例示したものである；発明を実施するための最良の形態図１について述べると、スキャニング装置100にはアームコントロールユニット２とプローブ３を持つ多間接アーム１が含まれている。プロセシングユニット10 を含んだコントロールユニット２は、コンピュータまたはプロセシングユニット４およびカラーモニター７と結合されている。プローブ３もまた、同様にコンピュータ４に結合されているプローブコントロールユニット５と結合されている。中間データはレンダリングされたポリゴン13としてカラーモニター７上に表示される。プローブ３はストライプ８を供給し、ストライプはターンテーブル上に置かれた物体９の上に投影される。ストライプ８は平面状の光源の形式である。ボタン６もデータ取り込みを制御するために提供されている。カラーフレームグラバーがコンピュータ４内の標準バス12に設置されており、さらにプローブ３に結合されている。コンピュータ４、プローブコントロールユニット５、アームコントロールユニット２、ボタン６、カラーフレームグラバー11およびモニター７は別々に供給される。たとえば、コンピュータ４およびモニター７はパーソナルコンピュータおよびVDUでよいが、ある種のアプリケーションに対してはそれらの１つまたは全てがプローブ３上に提供されるのがより使いやすい。多関節アーム１およびプローブ３は前記したようにコントロールユニット２および５を介してコンピュータ４と結合される。コンピュータ４はスキャニングストライプ８からの情報、アーム１の位置／方向すなわちＸ、Ｙ、Ｚ座標値およびプローブ３の面法線Ｉ、Ｊ、Ｋの値、そして必要ならカラーデータを受領する。図２は遠隔位置センサー261と共に使用した場合のプローブ３の実施例を示す。プローブ３は軽量で、かつ衝撃に対してもそのキャリブレーション情報を失わないよう衝撃に対する耐久性を持つ。図29aは構成光源で、ストライプ８が信号生成手段362の投影軸361に垂直でかつ信号生成手段からの平均スタンドオフ距離に位置決めされる視野平面360上に形成されるように、平面状光源364として投影されるのが好ましい。図29bは構成光源で、パターン363が信号生成手段362の投影軸361に垂直でかつ信号生成手段からの平均スタンドオフ距離に位置決めされる視野平面360の領域365 上に形成されるように投影される。この例ではパターン363は異なるカラーを持つ何本かのストライプでもよい。プローブ３の別の２つの実施例が記述される。図3a;3b;3c;3dにはプローブ３の１つの実施例が記述される。プローブ３はベースプレート20の上に設置された数多くの素子から構成される。ストライプ発生器22は、たとえばレーザダイオードを内蔵したものであるが、スキャンされる物体９に投影するストライプ８を発生する。典型的にはレーザは米国CDRH1040.11分類におけるクラス２かそれ以下のレーザ、すなわち670mmの波長で１mW以下のパワーである。ストライプ８は通常はどこかのポイントＰに焦点が合わせられる。レンズ集合体24は高解像度CCDカメラ25の上にイメージの焦点を合わせるのに使用される。カメラはScheimpflug条件を満たすような角度に向けられてもよい。光学干渉ノッチフィルター26はストライプ８の波長のイメージ光線を選択するために使用される。簡単な、ガラス製カットオフフィルター27がプローブ３内の周囲光強度を減少させる。物体表面のカラー情報は強度スケールまたはRGBのようなカラースケールに記録されてもよい。表面のカラーの強度スケール評価は、高解像度CCDカメラ25上に結像される各ポイントにおける反射光レベルを記録して得られてもよい。ハイレベルは、そのポイントが投影光の多くを拡散する、明るい面であることを示す。またローレベルは、そのポイントが投影光の多くを吸収する、暗い面であることを示す。表面のカラーのカラー評価はカラーCCDアレイから成るカラーカメラ29によって得ることもできる。カラースキャニングには物体が照明されている必要がある。照明は外部光源による周囲光又はプローブに設けられた光源により行われる。カラースキャニングに対してのみ周囲光を使用するのはいくつかの不利益がある：第１に頭上光を持つ部屋のような標準的な環境においては、周囲光の強度がほとんど物体毎に変化することである。第２には物体を均質に照明するには多くの光源を用意するなど、作業に時間がかかることである。第３にプローブそれ自身の影が物体に写ることである。照明用にはカメラ29のレンズ31の周囲に４つのランプ28a;28b;28c;28d が用意されている。これにはリングランプ28'が使用されてもよい。この配置は影による問題を避けるために使用されている。それぞれのランプには適当な位置に背面反射具が設置されてもよい。ランプは平均光度約80から150ルックスを与えるよう設定されるが、これは多少多くても少なくてもよく、また使用中は頭上光を暗くするとか消すとかして、周囲光のレベルを前記光度以下に大幅に減少させる。これにより周囲光の変動による影響が除去される。平均的スキャニングスタンドオフ距離において、物体９に投影される光の強度が均一になるよう、ランプはカメラに対して傾斜させてもよい。もしランプが２個かそれ以上使用される場合には、ランプは重量が小さくなるよう極力小型に設計されなくてはならない。ランプの寿命を延ばすために、ある特定の時間は、たとえばイメージ取り込みの準備中には、低電圧で作動させるようにすることもできる。作業者がカラーイメージの取り込みを開始した時、ランプの電圧は瞬間的に最大に増加させることができる。ランプはカラー取り込みの時のみオンにする。3D取り込みの時はランプをオフにし、これにより信号対ノイズ比を向上させるといった利点も生じる。アクセスパネル35がランプの外側取り付けられ、これによりプローブを開けるとかキャリブレーションデータが無くなるといった危険を冒すことなく、ランプの交換が容易に行える。光沢のある表面をスキャニングする際に良い結果を得るため、カメラ29/ランプ28a;28b;28c;28dと物体９の間に偏光部材34が置かれる。投影光の変動を減らすため、物体９と各ランプ間の光路には拡散器33a;33b;33c;33 dが置かれるか、または代わりにランプガラスまたは背面反射板が置かれてもよい。図４にはプローブ３の第２の実施例が記述されている。第１の実施例でも同様であるが、周囲光を排除し内部の素子を保護するため、プローブ３の素子の収納容器を密閉するための、取り外し可能で２つに分割できるカバー21 が、ベースプレート20に設けられるのが好ましい。それは電磁気の放射および感受性を減じるため、内部はメタリックのコーティングがなされる。このカバーは両方の実施例について適切なものである。第２の実施例のプローブ３は、物体９の表面のカラーも取り込み可能である。カラーは光線ストライプ８とcoplanarな光学装置を使って捕捉される。coplanarit yの主要な利点は、第１の実施例のようなnon-coplanarシステムでは、捕捉したカラーデータを3Dデータ上にマッピングするための後処理計算が付加的に必要になるのに対し、coplanarでは各ポイントのカラーが直接供給されることである。 non-coplanarシステムでは、カラーカメラ内のストライプの場所が、２つのカメラの整合されてないことによって大幅に変動する。これにより２つのパスでスキャニングが行われるような実施例が生まれることとなる：第１の実施例で実現されるような１つのパスの代わりに3Dとカラーの２つのパスを使用するものである。使用中はストライプ発生器22はオフで、ランプ28がオンとなり、物体９のカラーサンプル32は、もしストライプ発生器が照光していればストライプ８が通過するはずの方向に沿って指向され、さらにそれは銀白色のミラー30によって反射され、レンズ集合体31を通ってカラーカメラ29上に結像される。ストライプ発生器22が白色光を発生するプローブ３において、はカラーと位置が同期して捕捉できる；この場合環境は暗い必要があり、光源28は不要となる。ストライプ８の全てのポイントにおけるカラーをどこを読み取るかを、距離Ｓにある物体に依存するカラーカメラ29の直交アレイから決める照合方法が提供されている。図５においてカラーカメラ照合テーブル166は、ストライプ８が照光されている時には、深さを測定する距離と長さを測定するストライプをカバーする、直交アレイ内の十分多くのポイントでストライプを見ることにより準備される。固定長さのフラットな物体161が、この目的のために使用される１つのアイテムで、それは典型的には白色の平面である。このフラット物体161は、ストライプ光を吸収する背景162の上に設置される。プローブ３とフラット物体161は、ストライプ163が結像されるよう、Ｗ軸の方向に沿って互いに相対的に移動する。カラーカメライメージ165はアレイの領域164内で収集されたイメージストライプ 163aを示している。完全なcoplanarityの場合にはイメージストライプは重なり合う（図5cの163b）。照合テーブル166は、Ｖ、Ｗ領域に対する座標Cx、Cyのアレイを格納する照合テーブル166内でカラーイメージ座標Cx、Cyを持つ座標V1、W 1の物体上のスキャニングポイントに対して構築される。スキャニング中はカラーイメージはいつもストライプ測定の後スキャンされる。照合テーブル166の大きさは、ポイントが計算される間どれくらいのカラーイメージ165を格納する必要があるか、すなわち領域164の大きさによって決定することができる；これによりコンピュータ４に必要なメモリ容量、およびカメラ29からのカラー情報をコンピュータ４に転送するために必要なバンド幅を減らすことができる。したがって前述したようにプローブコントロールユニット５、またはコンピュータ４のバス上に挿入されるフレームグラバー11のような低価格のユニットの使用が可能となる。おおざっぱなcoplanarシステムでも、キャリブレーションによって有効な結果を生み出すことができるため、金をかけてまで完璧なcoplanarシステムを構築するだけの価値はない。図６および図７はcoplanarシステムを示す。ストライプ光８が白色以外の色の場合には、物体表面上の位置とカラーを同時に取り込むのは困難である。この問題は、カラーを、位置を取り込む少し前か少し後に取り込めるよう、ストライプ光８とカラーカメラ29のオンオフをスイッチで切り換えるようにすることで解決できる。カラーカメラ29とストライプ発生器22の露光時間を変更し、カラー取り込みとストライプ取り込み間のギャップを最小化するよう、調整回路を提供することは可能である。これを実現するためビデオ同期信号発生器60が、CCIRフォーマットを使用して毎秒50回のビデオカメラ速度で、パルスの同期信号61を発生する。同期信号61は高解像度カメラ25とカラーカメラ29に送られる。カラーカメラ29 の露光時間はスイッチ63を使用して手動で、またはリモートによる電気信号で設定できる。同期信号61はまた、最初の遅延後、一定時間ストライプ発生器22をスイッチオンにする標準回路62にも送られる。ストライプ発生器をオンにする時間は制御回路64で手動で設定でき、また同期信号61を受領してからストライプ発生器22がオンになるまでの遅延時間もまた、制御回路65を使用して手動で設定できる。図７で、同期信号61は線図SYNで表わされる。ストライプ発生器22の照光は線図Ｌで表わされる。カラーカメラ29の露光時間は線図Ｃで表わされる。高解像度カメラ25の露光時間は線図Ｍで表わされる。これはcoplanarプローブを制御するための１実施例である。図８では、測定領域が多関節アーム１の先端に付けられた基準チップポイント51 の少し前から始まり、さらに一定距離伸びるように、プローブ３がストライプ８を投影している。基準チップポイント51は円錐のチップ、球、回転円盤やボールなどの回転デバイスでよく、または提供されているチップと同様なものであればどのようなポイントでもよい。ここに記述した実施例では、基準チップポイント51は球52の中心である。作業者は球52を物体９に接触させて物体９上を帯状にトレースさせることにより、硬い物体上で基準チップポイント51 のスキャニングが可能となる。柔らかい物体に対しては球52はスキャニングのガイドとして作用し、典型的には球52はスキャニング中物体９から20mmの距離を保つようにする。この方法ではプローブ３はストライプ８が測定領域に入り、かつ柔らかい物体９と触らない範囲で、物体９にできるだけ近づくよう保持される。ストライプ８は典型的にはアーム１の先端の基準チップポイント51から100mmのところから始まるが、これはもっと近づけたり離したりすることもできる。そしてプローブ３の端面55から測定した２つのポイントW1およびW2の間に設置される物体を測定するように使用される。操作性の見地からの理想的な方法は、ストライプ８の平面がアーム１の最終の断面の軸54と同軸となることであり、これがアームとハンドヘルドプローブを設計する目的となる。プローブ３はしばしばアーム１にレトロフィットされるが、機械アームの直径が典型的には20から60mmであるため、これがアライメントの問題をおこす。この場合、ストライプ８の平面は同軸とはならず、アームの末端軸54と平行な平面53にあるか、または軸54とどこかで交差するような軸54に対して、角度を持つ平面53a内にくる。アーム１の軸5 4と、測定範囲内のどこかで交差することにより、光源平面が使い易い位置に来るため、アーム１のエルゴノミクスが向上する。この交差するポイントは測定領域の端点W2と基準チップポイント 51の間のどこかとなる。図９において、手動で回転するターンテーブルを利用するのは多くの利点がある。与えられたアームサイズでより大きな物体をスキャンできる。作業者は物体の周りを移動する必要がないためスキャニングが物理的に容易になり、かつ愉快になる。また作業者またはアームが、偶発的に物体と衝突したり、基準点が失われるようなチャンスが減少する。ターンテーブル14のアーム１に対する座標および座標系は認識されなければならない。基準チップポイント51は、テーブル内の大半径上の位置決めコーン、またはカップ202内に置くことができる。ターンテーブル14を手動で回転するのに対応して、これらのポイントはアームコントロールユニット２により正しく伝達され、コンピュータ４に記録される。これらのポイントを通して平面と円をフィットさせる機能が、ターンテーブル14上の位置およびベクトル情報をアーム座標系に供給する。スキャニング中、ターンテーブルの角度を知ることは重要である。ターンテーブルは正確な機械的休止ポシション206a、206b、206c、206d、たとえば15度づつ、を持つよう設計することができる。これらの休止ポジション206は、付帯する360 度のスケール209上で角度指示されている、ポインター208から知ることができる。作業者はターンテーブルが回転される度に、新しい角度をコンピュータに入力することができる。しかしながら角度手段へ入力作業をするには、作業者はプローブ３を一旦置かなければならず、これはスキャニング作業をスローダウンさせ、作業者が誤りを犯す余地を作る。ターンテーブル14上の位置センサー203とコンピュータ間に、電気接続204を行うことにより、コンピュータは正確であれ雑であれターンテーブルの角度を知ることができ、処理が速くなると共に誤りも減少する。もしセンサー203が正確、たとえば10,000lineを持つエンコーダーのようなもの、であれば、ターンテーブル14はどのような位置にも位置決めでき、またその角度も正確に知ることができる。ダイナミクスが位置誤差にはつながらないとか、物体がターンテーブルに対して動いていることに注意が必要であるが、これによりターンテーブルを回転しながらスキャニングが可能となる。もしセンサー203がポテンシオメータのような精度の低いものであっても、同様にターンテーブル14は正確な機械的休止位置206を持つことができる。これは高精度でかつ製造コストが低いという利点を有する。プローブ３が物体９からデータを捕捉する度に、ソフトウエアはターンテーブル14の動きをチェックしなければならない；もしそれが精度の低いターンテーブルセンサー203を有して回転しているのであれば、ターンテーブル14が動きを止めるまでプローブデータは廃棄しなければならない。いずれの場合もターンテーブル14は、プローブを置く必要がないように片手で操作できなくてはならない。ターンテーブル上の物体は一定の増分で、たとえば45度毎に８回スキャンするとか、スキャンされることがしばしばある。作業者がＸ度づつ増分するのを補助するため、スケール上Ｘ度毎に異なった形の、そして／または色付きのアイコンを付加し、他は通常の間隔とすることも可能である。典型的な間隔としては45度、60度、90度がある。再度図２に関して言えば、この方法は１つまたはそれ以上の遠隔位置センサー261が付いた、基準チップポイント51を有するプローブ３を使用する場合にも利用できる。手動ターンテーブルは手動制御によるモーター駆動にすることもできる。もし取付けに高精度の再現性がなければ、プローブ３をアーム１に取り付ける度に、アーム座標系Ｘ、Ｙ、Ｚとプローブ座標系Ｕ、Ｖ、Ｗとの間の６自由度の座標変換データを見出さなければならない。プローブの取付具210、214が図10に例示されている。アームに対するプローブの取り付けには、精度が高く繰り返し性のよい幾何学的位置決めが要求され、それは取付具210、214で提供される。取付具210、214は小型、軽量で、好ましくは全てのプローブとアームに適用が可能で、かつプローブはアームに対して容易に取付け、取り外しが可能な、標準的な機械的インターフェイスを具備しているのがよい。取付具は、合わせ面211上に正確に位置決めされ、２つの正確な寸法を持つ突起212を有するフラットな合わせ面211を備える、アームサイドマウント210 を含んでいる。取付具はまた、フラットな合わせ面215と、アームサイドマウント210の２つの突起212に対応する、２つの正確な寸法を持つ凹みまたは穴216を備える、プローブサイドマウント214を含んでいる。位置および向きの幾何学的再現性を非常に高くすることが不可欠である。アームとプローブ間の標準取付具はいくつかの利点を与える。アームがプローブ無しで使用しなければならない時、プローブは外さなくてはならない。もし取付具に再現性がなければ、プローブが再取付けされた時はいつでも、システムは使用前に再アライメントをしなければならない。典型的には種々の機能に対応して、異なった重量、速度、サイズおよび精度のプローブが提供される。各プローブにはプローブサイドマウント214の基準に関連付けた、アライメントデータを提供することができ、この方法によりどのプローブも再アライメントの必要なしに、アームに取り付けることができる。ユーザは１つまたはそれ以上の異なったアームを持っているかもしれない。同じプローブを２つの異なったアームに適用するには、ユーザはアームに取付け可能で、取付具210、214のアームサイドマウント210を備えた、第２のアーム用の追加のアダプターを入手するだけでよい。このアームサイドマウント210は多間接アーム、水平アーム、および手動の２軸オリエンテーションデバイスのようなオリエンテーションデバイスを含む、どのような機械にも取付けが可能である。アーム座標系とプローブ座標系間の６自由度変換を計算するには、それを１つの変換として扱ってもよく、また正確な再現性を持つマウントが中間基準点として考慮できるならば、２つの変換の積として扱ってもよい。すなわち、アームとプローブ座標系間の変換マトリックスTapは、アームとマウント座標系間の変換マトリックスTamと、マウントとプローブ座標系間の変換マトリックスTmpとの積に等しい。 Tam＝（Tam）・（Tmp）変換マトリックスTamはいくつかの方法で見いだすことができる。図11に示すように、格別シンプルで、低コストかつ実際的方法は、基準プレート220を使う方法である。基準プレート220は３つの直交するフラット面222と、直交平面に対してアームサイドマウント210を既知の位置に正確に取付けることができる、マウンティングポイント221を備えている。Tamは以下の手順を使って計算できる：・基準プレート220をアーム座標系に対して移動できないように固定する、・アームサイドマウント210を、プローブを付けずにアーム１に堅固に固定する（もしまだ付いていないなら）、・基準プレートの位置および向きを完全に定義できるよう、プレート220 の３つの直交平面222を、アーム上の基準チップポイント51により測定する、・アームマウントを、基準プレート220上のマウンティングポイント221とはめ合わせる、・アームの位置と向きが記録される、・変換マトリックスTamが、基準プレート220の既知の寸法と、前記の手順による測定値から計算される。上記の方法は、スキャニングシステムと共に提供される、基本スキャニングソフトウェア、または別のプログラムに組み込むことができる。これはユーザが、アームメーカのソフトを使用してアーム位置の出力から手作業でTamを計算し、そのTamを基本スキャニングソフトウェアに手作業で入力する仕事に取って代わるものとして、大幅な時間節約となる利点を持つ。プローブサイドマウント214はプローブと一体のもので、プローブ座標系とは相対的な動きはない。変換マトリックスTmpはプローブメーカからプローブのキャリブレーションデータと共に提供される。中間マウントを含めずに、アームとプローブ座標系を使用してTapを直接求めるには、多くの方法が使用できる。その多くはアームに設置されたプローブを使用して、１つまたはそれ以上の幾何形状からデータを取り込むことを含んでいる。この課題は、標準的な方法の多くが、比較的小さな誤差をきっかけとする固有の不安定性により、素子の位置においても向きにおいても不正確な結果を生ずることで、非常に困難であることが判った。Ｓストライププローブについてその一例を開示する：図12において、変換マトリックスTapは以下のように計算される：１．３つの直交面を持つアライメントキャリブレーション物体を、その３つの直交するフラットな面231、232、233がアーム１に設置したプローブ３から届くような位置に設置する；２．第１のフラット面231上で少なくとも３つのストライプを３つの異なった方向から取り込む - 向きは、数学的アルゴリズムに安定性を与えるのに十分なだけ異なっている必要がある（実際は、各２つのストライプ間には少なくとも５度の違いがあれば十分である）；３．この３つまたはそれ以上のストライプの取り込みを、第２のフラット面232 および第３のフラット面上でも繰り返す；そして４．９個またはそれ以上のストライプからのデータを反復様式で処理してTapを出力する。アーム１とプローブ３の座標系の向きは既知である。アライメントキャリブレーション物体230上の、面の法線間の関係は指定可能である。これを行う１つの方法は、３つの面231、232、233にラベルを付け、３つの面がスキャンされる順序を指定するものである。上記装置の主要な利点、およびそのプローブをアラインする方法は：第１に、それは必要な幾何学的公差を満たして安価に製造でき、かつ比較的軽くコンパクトな、単一のアライメントキャリブレーション物体を含んでいること；第２に、その方法は頑健で、書面の指導書により簡単に実行でき、かつ速い；第３に、その処理はスキャニングシステムと共に提供される基本スキャニングソフトに、または別個のプログラムに組み込みができる；第４に、この方法を開始する時、アームのチップに対するプローブの向き、および位置に関する予備的な幾何学的情報を持つ必要がない。たとえばプローブはアームの背面で後ろ向きに放り出されても、この方法は作動する。そして第５に、プローブが衝撃を受け、または損傷してTmpが変化しても、キャリブレーションはまだ有効であり、このアライメント方法は依然作動する。 3Dアプリケーションソフトのデータを供給するための、スキャニングシステムを使用する際、3Dサーフェスのほかに特定の3D基準点が必要であることが明らかとなる。3Dサーフェスが必要ないくつかのアプリケーションで、3D基準点もまた必要なものには、ジョイントの動作を含み、そのジョイントが3Dモデルと関連づけて規定されなければならないようなアニメーションがある；この場合、そのジョイントは１つまたはそれ以上の3D基準点からすぐに定義ができる。スキャニング装置を使用した新しい方法は、サーフェスのスキャンにはプローブ３を使い、個々の3Dポイントを採取するには基準チップポイント51を使って接触により取り込む方法である。別の方法には、物体の上にキャリブレートされた十字線を投影し、光学的手法により個々のポイントを取り込むものがある。この方法はストライプシステムにもエリアシステムにも使用できる。この十字線は通常、個々のポイントの取り込み作業中のみスイッチがオンとされる。これには２つのモードがある：第１のモードでは、個々のポイントはボタンがクリックされる毎に取り込まれ、第２のモードではボタンが最初に押されてから次に再び押されるまで、一続きのポイントが取り込まれる。第２のモードは通常、スタイルラインとかパッチの境界のような重要な特徴線を追跡するために使用される。ストライプセンサーの場合には、十字線の代わりにメインストライプと同時に第２のストライプを投影すればよい。十字線はプローブの供給者により、３軸のコンピュータ制御機械、既知のキャリブレーション物体および標準的なイメージプロセシング技術を使用してキャリブレートされる。スキャニング装置100は、物体をスキャンし、そこから物体表面のポイントをスキャニング中に効率的に格納するための中間データ構造を使用して、特定の物体に対する中間データ構造の一例を作成し、スキャニングポイントの中間データ構造への格納を、オペレータ制御システムによりスキャニング中に制御することで、物体表面のコンピュータモデルを作成するように使用することができる。これらの中間データ構造の３つの例として、ポイント、エンコードされたストライプ、レンジイメージがある。ポイントは組織化されてないという不利益があり、3Dデータがポイントに変換されると、プローブ構造から得られる多くの情報およびその使用方法は失われる。ストライププローブの場合においては、もしエンコードされたストライプ中間データ構造が使用されるならば、モデル構築の速度およぴ品質を改善するための中間データ構造からの多くの情報が保持される。そのような構造は一度に１個のストライプからデータを格納する。ストライプは取り込んだ順番に格納される。各ストライプを取り込んだ時刻は記録される。プローブの向きは各ストライプに対して記録される。ストライプからの生ポイントデータは、それらがデータ構造に格納される前に、jumpおよびbreakフラッグがチェックされ、サンプリングまたはコーダル間引きにより、重要な情報を失わずに中間データ構造のサイズが圧縮される。エリアプローブの場合には、中間データ構造としてのレンジイメージの利点はよく知られている。これらの利点には、データ構造がエリアベースのデータ捕捉方法とよく関連していること、およびイメージの中にはＺ値だけが格納されるという、格納の効率性が含まれる。中間データ構造は、物体の表面が、物体の形状によってある程度特徴づけられる、有限の数の直線状および円筒状レンジイメージにより記述されるところで使用できる。直線状レンジイメージが図13に例示されている。レンジイメージ70はＵ、Ｖ、Ｗの座標系を持ち、Ｕ方向にdUのポイント間隔、Ｖ方向にdVのポイント間隔を持っている。直線状レンジイメージ70はそのヘッダー定義内に、ワールド座標系Ｘ、Ｙ、Ｚすなわちアーム座標系との関係が含まれている。開示した発明の中では直線レンジイメージ70は負のＷ値は格納できない。円筒状レンジイメージ71、72は図14a、14bに例示されている。レンジイメージは座標系Ｗ、Ｒ、Ａを持ち、Ａは角度である。Ｗ方向のポイント間隔はdWで、Ａ方向はdAである。円筒状レンジイメージ71、72はそのヘッダー定義内にワールド座標系Ｘ、Ｙ、Ｚとの関係が含まれている。開示した発明の中では円筒状レンジイメージ71、72は負のＲ値は格納できない。円筒状レンジイメージの+R方向とR=0 の位置は格納されたポイントが図14aのようにレンジイメージの内部にあるのか、または図14bのように外部にあるのかを定義する。図15では、レンジイメージ配置アルゴリズムが、スキャンされたポイントを取り込み、光線をレンジイメージ105の法線に沿って投影することにより定義される、レンジイメージに配置しようとしている。もしもポイントがレンジイメージ内で、たとえばポイント104のように、負の値であれば、それはそのレンジイメージ内には格納されない。もしポイントがレンジイメージの範囲外にある場合には、アルゴリズムがそのレンジイメージを、ポイントを配置できる程遠くまで拡張できるようなものでない限り、そのポイントはレンジイメージに格納されない。もしあるポイントが、そのポイントが配置されるべきレンジイメージの位置にすでに存在する場合には、２つのポイントが比較される。もしも２つのポイントの空間上の距離が、スキャナーの誤差である公差ｄの範囲外にある場合には、rear est point 102が格納され、furthest point 101は捨てられる。もしも２つのポイントがスキャナーの誤差内にある場合には、それらの値は平均化され平均値が格納される。レンジイメージ配置アルゴリズムは単純で迅速であるが、しかし、粗雑であり、レンジイメージ内へのポイントの配置はしばしば不正確で、より近いポイントによる上書きに頼らざるを得ない。もしもレンジイメージの密度が非常に高く、しかしより少ない値で分布されているのであれば、ポイントの面法線が不正確なことにより、分布されたポイントの半分までが不正確となり得る；これが粗いレンジイメージに対するスキャニングの成功の制約となっている。レンジイメージ配置アルゴリズムは面法線を延長することで改良される。レンジイメージ配置アルゴリズムは配置されるべきポイントの面法線の評価機能がない；また、ストライプが取り込まれた時のプローブの向きが考慮されてない。レンジイメージ配置を改良するには、大半のストライプが順々にスキャンされており、それらのストライプは近接する前のストライプと近接する後のストライプを持っている、という事実が使用される。たとえば、図16に示すように、ストライプ114およびその前のストライプ113およびその後のストライプ115 上には、８個の近接するポイント116があり、ポイントＰがレンジイメージに配置される前に、これらを使用してポイントＰの面法線を近似することができる。３つの連続してスキャンされたストライプ113、114、115が物体111上に示されており、これらはストライプ113a、114a、115aとしてレンジイメージ112に投影される。ストライプ114上に座標Xp、Yp、Zpを持つポイントＰは、８個の近接ポイント116を各々各ストライプ113、114、115上に持ち、また座標Ip、Jp、Kpの近似面法線N_Pを持つ。ストライプ114のプローブの向きは座標Is、Js、Ksを持つN_Sである。面法線N_S、N_PおよびN_R、ここでN_Rはレンジイメージ112の法線、を計算することにより、２つのうち１つが逆の面法線で与えられる；３つのストライプに対するプローブの向きの違いが、面法線の方向に対して大きくないと仮定すれば、正しいほうはプローブ３の方向から見えるほうである。もしもポイントＰの面法線N_Pが、面法線N_Rから離れる方向に向いていれば、このポイントはレンジイメージ上には存在しない。この面法線の延長により、レンジイメージ内への不正確なポイント配置の大半が排除される。実際の作業においては、最初のストライプのポイントがレンジイメージに配置される前に、３つのストライプのポイントがバッファーされる。修正された形式における法線延長は、２つの後続するストライプまたは２つの先行するストライプを使用して、最初と最後のストライプにも使用される。３つのストライプ113、114、115がほとんど一致する場合、それはおそらくアームが非常に遅く動いている場合であるが、面法線の推定の精度は低く、法線を使用することはできない。隣接するストライプの代わりに、レンジイメージ内にすでに配置された近接ポイントを使用して、別の法線計算をすることが可能である。さらに、ストライプとレンジイメージデータの双方を組み合わせた、レンジイメージ配置アルゴリズムに対する法線延長は、より正確な面法線の推定を提供する。これらの法線延長に含まれた計算は、スキャニングプロセスにボトルネックを与えることがある。このボトルネックはストライプを２個だけ使用する、より少ないサンプル（９の代わりに５）、またはより高速のコンピュータを使用することで克服できる。物体座標系に置かれた数多くのレンジイメージは、定義されなくてはならない。レンジイメージは特定の数学的定義を持つ。２つの基本的なタイプのレンジイメージが使用される：前記したように、直線状と円筒状のものである。レンジイメージは方向と零位置を持つ。もしも２つまたはそれ以上の物体の面が、レンジイメージ内のあるポイントと一致している場合には、レンジイメージの零位置に最も近い面がレンジイメージ内で代表される。レンジイメージはサイズが拘束される場合もあるし、拘束されない場合もある。レンジイメージは一定の密度を持つ１つのイメージの場合もあるし、また異なった密度のイメージが多数隣接して、寄せ集めで構成される場合もある。レンジイメージの各グリッド位置は単一の値である。レンジイメージは典型的には、depth value Zを格納するのに４bytes、 greyscaleまたはcolor value １を格納するのに１から４bytesそしてorientatio n Nを格納するのに１から３bytes使用される。これは図17に示されているが、ここでは単一のポイントがどのように表現されるかが示されている。Orientation N用に提案されている３bytes では、非常に高精度の方向を格納することはできない。より多くのbytesを使用することもできるが、しかし、データ格納サイズ、浮動数のオリエンテーションから圧縮した整数フォーマットへの変換または逆変換に要する処理時間、および精度の間にはトレードオフの関係がある。レンジイメージは作業者の要求にしたがい、各ポイントを格納するのに通常、５から11bytes必要とする。比較として、ASCII Ｘ、Ｙ、Ｚ値を格納するには典型的には20bytes必要である。図18において、どのような形であれ有限な物体９に対して、全ての実際的な目的のために、物体８の外表面のいかなるポイントも１つまたはそれ以上のレンジイメージ81、82、83に格納できるような、前記のタイプの有限数のレンジイメージを定義することが可能である。耳の内部のように、深い外形上の特徴を持つ物体の場合には、外表面の全ての部分をスキャンするのは可能でなく、または実際的でないかもしれないが、しかし理論的にそれらを表現することは可能である。処理に際して使用されるレンジイメージの数と位置は、要求する精度と細かさを持つコンピュータモデルの作成を可能にするのに十分な数の物体の面を格納するのに必要なように決められる。マニュアル処理においては、全てのレンジイメージの数と位置は、スキャニング前に作業者によって定義される。またはスキャニングの開始前に１つだけ定義し、あとは引き続きスキャニング中に定義されてもよい。作業者はいくつかの戦略を選択できる：彼は一度に１つづつレンジイメージを定義し、レンジをスキャンできる。彼は多くのレンジイメージを定義し、同時にスキャンすることができる。彼はいくつかのレンジイメージを定義しスキャンした後、引き続きそれ以上のレンジイメージを定義しスキャンすることができる。あるポイントがスキャンされ、それが定義したどのレンジイメージにも適合しない場合、それは却下される。または、そのような却下されたポイントが、作業者が引き続いて定義する新しいレンジイメージに配置されるために自動的に保存させることもできる。典型的なレンジイメージの数は１から20まで変化する。いくつかのレンジイメージは、もしそうしなければ他のレンジイメージの記録から隠されてしまうような物体の部分をカバーするために十分な程度に、非常に小さくしなければならない。各レンジイメージの密度は変化し得る。たとえば大きく、滑らかな物体の部分はポイント密度を高くする必要はない。しかし、小さく繊細な装飾品は高いポイント密度を必要とする。各レンジイメージは方向を持っている。作業者はレンジイメージのライブラリセットから、最も適切な既定義のレンジイメージセットを選択することができる。彼はそれからそのセットを編集し、彼の物体に適合させることができる。各新しいセットはその後ライブラリに格納される。一つのセットはテンプレートのセットと考えてもよい。例として人間の形については、頭部の先／肩、手および足に対して５個の直線状レンジイメージと、腕、脚および胴に対する５個の円筒状レンジイメージからなるレンジイメージセットと考えてよい。自動車については、自動車のボディに対して１つの円筒状レンジイメージおよび、自動車の各末端での２つの直線状レンジイメージで十分である。円筒状レンジイメージの軸は、スキャンされるべき物体か、または物体の部分の内部になくてはならないことに注意することは重要なことである。レンジイメージは、最初に適当なレンジイメージタイプ：円筒状か直線状かを選択し、次に所望するレンジイメージの位置および方向が得られるようプローブを設置し、さらにオペレータ制御システムを使用して選択することにより、作業者により手動で定義される。円筒状レンジイメージについては、先ず軸の位置および方向を与え、それから最大半径を与えるよう、プローブを位置決めすることができる。図19には、登録された他のレンジイメージから、アップデートされたレンジイメージを推定する手法が提供されているが、これもまた新規な方法である。推定方法は、レンジイメージ121内のアップデートされるべき各アレイポジションを介して進められる。推定アルゴリズムは、値がない、または与えられた値より急勾配の面法線を持つ、またはより低勾配を持つ、またはこれらの組み合わせによるポジションを、作業者の要求に応じてアップデートすることができる。もしもレンジイメージ121内のポジションがアップデートされなければならない場合、そのポジションは法線光126として、他の全てのレンジイメージ120、125に一度に一つづつ投影される。もしも光線がもう１つのレンジイメージ120と交差するならば、その光線が最初に通過するローカル三角面要素が面123に位置され、構築される。それから光線126の交差点での値124と、三角要素122が推定され、アップデートされるべきレンジイメージの上に置かれる。もしも光線がいくつかのレンジイメージ120、125と交差するならば、飛び地が除去された後、レンジイメージからの推定値が平均化される。飛び地はスキャナーの誤差のような公差を使用することにより除去される。アッブデートされるべきレンジイメージ121内の元の値（もし存在するならば）は、この飛び地の除去／平均化処理の中に含まれる。この推定手法は、スキャニングプロセスの後方段階で付加的なレンジイメージが追加される時、またはレンジイメージの定義／スキャンが１回毎に行われる場合に特に使用される。この方法は、レンジイメージに対してほとんど直交するような、すなわち垂直壁に近いサーフェスエリアを、他のレンジイメージに格納されたデータから良好に定義するのを可能にする。これは、一つのレンジイメージのポリゴン化を実行してより精度の高いポリゴンネットワークにするための、そしてまたポリゴン化プロセスを単純化するためのより良いポイントセットを提供する。プローブ３は、表示モニター７上にリアルタイムに、またはユーザが表示モニター７を間断なく見られる程度の許容し得る遅れを持って、レンダリングされたポリゴン面として表示されるデータを供給し、そしてそのレンダリング面のフィードバックにより、ユーザはプローブ３の動きを案内される。リアルタイムとは、ビジュアライゼイションに関連して、作業者が通常の使用において十分許容し得る、極めてわずかな遅れを持って反応する動作として定義される。プローブ３はストライププローブでも、エリアプローブでもよい。プローブが3Dおよびカラー情報を取り込む場合には、そのカラー情報は3Dモデル上に模様を付ける如くマッピングさせることができる。これについては後に議論する。表示される面は、一度に１つの追加ストライプづつ、ストライププローブに対して計算される。図20aから20gに関し、ストライプ301が取り込まれると、それは通常使用されるいくつかの方法の１つを使用して、プローブ３のためにあらかじめ得られている、キャリブレーションおよびアライメントデータを使ったワールド座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ内で、3Dポイント302a、302bおよびフラッグ304、305の有限ストリング303に変換される。ポイントの最大数は通常、光学的セットアップ内のCCDのオリエンテーションにしたがい、CCDアレイ25 の横列281の数、または縦列282の数と等しい。ここでは横列について述べられているが、これは縦列またはカメラに記録されたデータを組織化する他の方法にも同様に適用できる。ストライプが横列を横切ると、CCDアレイの位置が、通常使用されるいくつかの方法の１つにより、サブピクセルの精度で計算される。１つまたはそれ以上隣接する横列について、欠落個所302e、302f（図示されてない）のようにデータが無い場合には、記録された面内での断線のしるしである‘brea k’フラッグがストリング中に出力される。もし領域中に、302jと302kとの間のような、プローブ３のスキャニング解像度に対して適切に設定された最大値を超える、急激な不連続性があった場合には、プローブオリエンテーションに対する垂直壁か、または閉塞面を意味する‘Jump’フラッグが3Dポイントのストリング中に出力される。ストリング303は、大半の情報が効率良く伝達されるように、フィルターを通してポイント数が減じられる。フィルタリングの目的はサーフェスレンダリングで処理されるデータ量を減らすことであり、これによりサーフェス品質の劣化を最小限にしながら、レンダリング処理の速度を増加させることができる。フィルタリングの第１の方法はストライプのいくつかを省略することである。もう一つの方法は横列をサンプリングする、すなわち横列を何本かおきにすることである。第３の方法はストライプ内の全てのポイントをコーダルトレランスで取り込み、公差内の余分なポイントを排除することである。コンピュータ速度が限定されている場合には、第１およぴ第２のフィルタリング方法が好ましい。なぜなら、ポイントデータが、プローブおよびアーム内の不正確性によりわずかでもノイズを含んでいる場合には、コーダルトレランス処理は長くて細いポリゴンを発生させ、これらが面法線を急激に変化させて、ディスプレイ上に魅力のないオレンジピール効果を現出させるのに反し、第１および第２の方法は単純であり、かつ結果として作成される規則的なポイントのグリッドは、ディスプレイ上で、見た目の良い規則正しいポリゴンを発生させるからである。同じ処理はポイントデータ30 7を取り込んだ、第２のストライプ306に対しても繰り返され、結果として3D値30 7a、307b、およびフラッグを持つ第２のストリング308を生成する。それから２つのストリング303と308の間に、三角または四角のポリゴンからなるサーフェスが構築され、その結果ポリゴンストリング309が生成される。その後ポリゴンストリングはレンダリングされて表示される。レンダリングは以前表示されたポリゴン、視点およびモデルの光源を考慮することもあり、しないこともある。もしカラーが記録される場合には、カラー情報はポリゴン上にマッピングされる。正確なマッピングアルゴリズムは、プローブの設計によって決まる、生のカラー情報のフォーマットに依存する。生のカラー情報はポリゴン、ラインまたはエリアサンプルを含んでいる。生のカラー情報はマッピングされる前に、比色キャリブレーションデータおよぴ強度キャリブレーションデータにより調整される。マッピング処理中、カラー情報はプローブに対し、カラー捕捉点でのポリゴン距離およぴ捕捉点でのプローブに対するポリゴン方向が調整される。調整の基本は個々の各プローブに対して実施される一連のキャリブレーション手順である。表示されるサーフェスの視点は、プローブが動くにしたがい、データの捕捉されたサーフェスの表示が増えていくような、物体のワールド座標系において、一定の位置、ズームおよび向きを持っている；視点はスキャニングの開始前に、アームのボタン、フットペダル、マウスおよびキーボードのような入力機器によってセットされるか、またはプローブを使って視点が決定される。または、プローブが動くにつれて、サーフェスが規則的な間隔で完全にレンダリングされるようなプローブ座標系において、視点は一定の位置、ズームおよび向きを持っており、毎秒25表示、またはそれ以下の許容できるリアルタイム速度で、一定の間隔でデータが捕捉される毎に、新しいサーフェスが表示される。または、データが捕捉される際に、表示されるサーフェスが増加するようなワールド座標系において、視点は一定の位置、ズームおよび方向を持つことができ、その視点は、ボタンまたはフットペダルを押すことによる作業者の要求に基づき、または10秒おきのような規則的な時間間隔で、プローブ座標系のものに完全にアップデートされる。視点をアップデートする別の方法では、スキャンする物体のサイズおよびタイプ、および別の視点からサーフェス表示を再計算する計算速度にしたがって、別の利点が提供される。再度図２において、プローブの動きにつれて、表示されたレンダリングサーフェス13または他のイメージが動くように、表示器７がプローブ３に設置されてもよい。さて図21では、表示器７は作業者の目の前でヘッドアップディスプレイ271 の一部として組み込まれている。この組み込みには、作業者270が彼の現実の環境と、レンダリングサーフェス13とを同時に見られるように組み込まれてもよいし、また、別のやり方で組み込まれてもよい。実際の使用においては、作業者は、スキャニングしながら表示器７上のレンダリングサーフェス13を凝視し続けることがわかった。なぜならこれにより、物体の全体が確実にスキャンできるという重要な利点が得られるからである。大型の物体、または物体を回転させるためにターンテーブルを使用するようないくつかのアプリケーションにおいては、ワークベンチに設置された大型の表示モニタでモニタ７を凝視するのが有利である。球形の物体をスキャンするような他のアプリケーションにおいては、作業者はプローブと一緒に移動するため、プローブ３上の表示スクリーンが有利である。ヘッドアップディスプレイが十分な品質を持ち、そして不快を感ずる等のマイナスの効果がなければ、作業者にほとんど直接にフィードバックされるという利点から、ヘッドアップディスプレイが最良の選択であろう。再び図２において、たとえばカラーLCDスクリーンは、作業者が何がスキャンされ、何がスキャンされてないかを判別できるだけの十分な解像度でサーフェスをレンダリングできる一方、小型、軽量、高応答性でフラットであるところから、表示器７をプローブ３に組み込むのはすでに技術的に可能である。プローブに設置された表示器は、１軸または２軸でプローブに対して傾斜できるようにしてもよい。表示器がプローブに対して傾斜できることにより、視野が十分に取れない位置でも、作業者はより良い条件でスキャンすることができる。ボタン６はメニューを反転させ、メニューを選択するのに使用される。コンピュータがより速くかつよりコンパクトになるにしたがい、表示器をプローブに設置すると同時に、コンピュータ４をプローブ３に組み込むことも可能になるだろう。プローブは、ダイナミックメモリ、およびCD-ROMまたはディジタルビデオディスク(DVD)のような磁気メモリの両方であるメモリ262を持つこともできる。プローブはバッテリーのようなローカルな電源260を持ってもよい。プローブ内には１つまたはそれ以上の遠隔位置センサー261を持ってもよい。１つの遠隔位置センサーでもよいが、３つまたはそれ以上の遠隔位置センサーから来る位置を平均化することにより、より高い精度が得られる。３つまたはそれ以上のセンサーを持つもう１つの有利点は、１つまたはそれ以上のセンサーから不正な位置が出力された時、それが発見され排除できることである。不正な位置の検出は、その差異がセンサーの組立による許容誤差より大きいかどうかを見るために、３つのセンサーからの位置出力とそれらのプローブ内の物理的な位置を比較することにより行われる。遠隔位置センサー技術は、多関節アーム技術より精度が低い傾向があるため、リモートセンサーを持つプローブは、ストライプスキャニング手段よりアレイスキャニング手段を使用するのが好ましい。シングルアレイスキャンを使用すればアレイ内の全てのデータ（すなわちレンジイメージ）が互いに正確に登録できるが、ストライプでは、２つの連続するストライプに位置誤差が生じる。レンジイメージをオーバーラップさせるのにintegrated close points(ICP)アルゴリズムを使用すれば、遠隔位置センサーに起因する誤差を根本的に減らすことができるが、これはストライプでは可能ではない。エリアプローブについては、バイナリーステレオ、フォトメトリックステレオ、テクスチャグラディエント、レンジフロムフォーカス、レンジフロムモーション、タイムオブフライト、モアレインターフェロメトリックおよびパターンドストラクチャードライトシステムなど、多数の異なった技術が存在する。インダストリアルアプリケーションで使用される最も一般的なシステムは、タイムオブフライト、モアレ、およびパターンドストラクチャードライトである。マニュアルスキャニングについては、異なったエリアプローブ技術は、異なった利点および欠点を有する。タイムオブフライトシステムは、オブジェクトポイントの領域に比例する、放射および反射ビーム間の位相シフトによって情景を測定するための、変調されたレーザスポットが使用される；関心のある領域全てをスキャンすることにより、完全なレンジイメージが取り込める。小さなエリアに対しては、この技術は照準線があるため有利である、しかし各ポイントで複数の測定が行われないかぎり、これはスキャニング速度を大幅に低下させるのであるが、精度は一般に１から2mm のオーダである。これはしたがって極めて遅い。モアレシステムは、投影およびビューイング光学系の前面に格子を使い、物体の部分的な高さ変化にしたがって変動する干渉パターンを発生させる。絶対測定、および不連続部をまたがった測定は、異なった格子構成、または異なった投影角度からのいくつかの測定をすることによってのみ可能となる。相対的な高さ測定については、これらのシステムは高い精度が得られる。いずれにしても絶対測定をするには問題が多すぎる。比較的複雑なハードウェアを使用して、同期させたカメラから得られた一対のシングルイメージにより、リアルタイムにレンジを決定できる、depth from focus range area sensorが最近発表されている。これは現時点では技術の開発段階であり、使用するには複雑すぎる。図29aに示すパターンドストラクチャードライトシステムは、光のパターンを投影して、投影角度からの軸ずれを見るものである。同期してスキャンされるレーザトライアンギュレーションプローブが2Dエリア上をラスタースキャンできる。レーザストライプトライアンギュレーションラインは、エリア測定を生み出すように１方向にスキャンされる。スキャニングは機械式でも電気式でもよい。複数のレーザまたは光線ストライプを物体上に同時に投影することによっても、スキャンドストライプと同じ効果を得ることができる、しかしこれには単一のイメージ内ではストライプどうしを識別できないという欠点がある。この問題を克服するため、多くのシステムでは一連のグレーコードのバイナリストライプパターンを使用している。これにより不明瞭さの問題は解決できるが、センサーは取り込み処理中、静止させてなくてはならない。別の解決方法はカラーコード化された光線ストライプを投影することであり、これにより単一イメージからの深さが不連続であっても、領域を不明瞭さなしに決定できる。注意すべきことは、多数のストライプの同時使用は、ここではストライプ技術でなくエリア技術に分類されていることである。カラーコード化された光線ストライプの同時投影は、前に記述したような欠点を克服するものであり、本発明の好ましいエリア実施例である。各ストライプは１つのカラーである。各カラーは多くの異なったレーザダイオード、または白色光源から生成されるカラーのスペクトルレンジのサブセットにより供給される、個別の波長を持つものである。全てのカラーはすべてが別々か、または少数の種類のカラーが繰り返し使用される；少数の種類のカラーの繰り返しの場合は、もし同じ色のストライプが十分に分離されていないと不明瞭となる。組み込みプローブは、コスト低減、ならびにケーブル不要のため使用の自由度において完全な柔軟性を持つ利点がある。唯一の制約は遠隔位置センサーの領域および精度である。もしもアームが位置センサーとして使用される場合には、表示器が設置されたプローブは、その電力をアームの経路づたいに張ったケーブルから供給され、コンピュータはアームのベースに設置される。これによりプローブの重量は軽減され、作業者の疲労が減少する。再び図21について述べると、もしヘッドアップディスプレイ271が使用され、１つまたはそれ以上の遠隔位置センサー261を持つプローブ３が、固定手段272によって作業者の頭部270に設置されると、ヘッドマウント型スキャニング装置274が提供される。メニューをナビゲートするいくつかの方法、たとえば言語認識を備えたマイクロフォン273による方法、またはボタンによる方法が実際には重要になるが、これにより、ハンドフリーなスキャニングが実現する。ヘッドマウント型スキャニング装置274が使われる場合、物体とプローブ間の間隔は、たとえば2 50mmのような極めて大きな距離になりそうである。中間データをポリゴン化して、自動的に3Dポリゴンモデルを作るにはいくつかの方法がある。２つの方法が説明される：ストリップポリゴン化と、レンジイメージポリゴン化である。中間データをストリップポリゴン化して自動的にポリゴンモデルを生成するのは、ストライプスキャナーに対して説明される。以下の説明は一例であり、以下の手順が含まれる：１．各ストライプに対し、プローブ方向を含んでスキャンされた順番に中間データを取り出す。ストライププローブについては、これは典型的には、スキャニング処理が休止する時、ターンテーブルが回転する時またはスキャニングの方向が反転する時のような、偶発的不連続部を持つ多くの隣り合うストライプから構成される。中間データは、前記したようにエンコードされたストライプが好ましい。２．ストライプの中で、類似のプローブ方向を持ちかつ不連続部のないデータをグループ化する。１つのグループデータの中で、プローブ方向の許される差異は 10度とする。各ストライプセットの平均法線が規定される。不連続部が現れる毎に、またはプローブ方向の差異が許容値を超えた時に、新しいグループがスタートする。３．もし中間データ内でまだ実行されていなければ、コーダルトレランスのルーチンを使用して、各グループ内のストライプにフィルターをかけ、breakおよびj umpの位置を維持しつつポイントの量を減少させる。４．2.5Dポリゴン化の方法を使用して、各グループをポリゴン化する。メッシュには穴があるかも知れない。この方法は、グループ内でのプローブ方向の差異に起因して生じる、サーフェス背後に隠れたサーフェスを消去する。５．インプリシットサーフェス方法のようなポリゴンメッシュ統合方法を使用して、2.5Dポリゴンメッシュを、１つまたはそれ以上の3Dポリゴンメッシュからなるコンピュータモデルに統合する。６．もし必要なら、スキャニングセットアップ中に指定した物体の既知のベース面を使用して、物体がテーブルまたはターンテーブル上に載っていたためスキャンできなかったモデルの底面を自動的に閉塞する。７．もし必要なら、一般的な閉塞機能を使用して、モデル内の全ての穴を自動的に閉塞する。８．もし必要なら、スムージング機能を使用して、3Dスキャニング処理中に既知の不正確レベルにより生成された起伏をスムーズ化し、システムの不正確さより大きなサイズの起伏は維持するようにする。９．内部のポリゴンフォーマットを、DXFのような、一般に使用されるポリゴンファイルフォーマットの出力ファイルに変換する。ポリゴンモデルを自動的に生成するための、中間データのレンジイメージポイント化は、ストリップポリゴン化と同様である。各レンジイメージは、効率化のため同じ面法線をもつストライプにグループ化される。したがって、前記のstep１とstep２は不要となる。前記したstep３と同じことをするには、２つの方法がある。Step３に記述したように、レンジイメージデータは一連のストライプとしてコーダルトレランスを行い、つづいて必要に応じてstep４からstep９によりポリゴン化処理がされる。２番目の方法では、ストライプのグループ超えるようなより大きなレンジイメージの構造が与えられ、step３およびstep４が結合され、レンジイメージトレランス化アルゴリズムが2.5Dポリゴン化アルゴリズムと結合され、必要なら、step５からstep９のポリゴン化の処理がされる。エリアスキャナーは通常レンジイメージを出力する。一般にレンジイメージポリゴン化はエリアスキャナーに良く適合し、ストリップポリゴン化はストライプスキャナーに良く適合する。もし中間データ構造がレンジイメージの場合、各レンジイメージが、特定のデータ捕捉例と関係があっても、また物体の形によって特徴づけて定義されたレンジイメージ構造の一部であっても、レンジイメージポリゴン化は動作する。カラーデータの3Dモデル上への結合はテクスチャーマッピングとして知られている。カラーイメージ形式内の生のカラーデータは、3Dモデル上にテクスチャーマップされる前に、種々のキャリブレーションにより補正されなくてはならない。重要なキャリブレーションは、カラーカメラの幾何学的キャリブレーションおよび、カラーカメラと、プローブ内でキャリブレートされている3D測定システム間のアライメント変換を見出すことである。これらのキャリブレーション／アライメントなしに、隣接カラーサンプルが一緒にマッピングされると、目視できる誤差を生じる。これらのキャリブレーションの目的は、アーム精度の誤差よりもさらに小さな幾何学的誤差を得るためである。先ず第１の幾何学的キャリブレーションは、レンズのゆがみを除去することである；このために使用される標準的方法は、幾何学的に既知のサイズの物体のイメージを取り、標準のイメージ処理技術によりピクセル座標を抽出することを基本にする方法である。第２にカメラモデルを作成することである；単純なピンホールモデルまたはより複雑なモデルが使用できる；このために使用される標準的方法は、異なった距離から、幾何学的に既知のサイズの物体のイメージを取り、標準のイメージ処理技術によりピクセル座標を抽出することを基本にする方法である。第３にアライメント変換を生成することである；１つの方法は、プローブを使用して得られる幾何学的に既知のサイズの物体の3Dおよびカラーイメージを基本に開発されている。３つの方法全てに対し、正確な距離を保証するため、３軸のコンピュータ制御機械が使用される。プローブを落としたとか、傷を付けた場合にのみ、その変換がまれに再計算される程度に、プローブ技術は幾何学的に十分安定でなくてはならない。プローブと物体間の距離が、記録された光強度に与える影響の大半はキャリブレートされ得る。プローブとサーフェス間の多くの異なった距離において、反射のある、フラットで、白色のサーフェスから、カメラ軸に垂直にイメージが撮られる。距離は、最も近い点から最も遠い点まで、スキャニング領域全体をカバーできるよう選択される。プローブを距離によってキャリブレートするため、カメラ内に記録された平均強度内の変化が使用される。物体がスキャニングされた時に記録されるカラーデータを補正することにより、全てのカラーデータが既知の等価距離に対して補正されるよう、このキャリブレーションデータが使用される。カメラ軸と表面の傾きが、カラー品質に与える影響の大半は除去できる。しかし、それぞれの色に対する影響の度合いは、少なくとも表面の反射率に依存する。プローブとサーフェスの距離を一定にして、反射のある、フラットで、白色のサーフェスから、カメラ軸に対して種々の角度でイメージが撮られる。角度は、La mbertianモデルからかなりの変位のある点で選択される。プローブに対するサーフェスの相対的な角度でプローブをキャリブレートするために、カメラ内に記録された平均強度の変化が使用される。物体がスキャニングされた時に記録されるカラーデータを補正することにより、全てのカラーデータが等価法線に対して補正されるよう、このキャリブレーションデータが使用される。プローブから既知の距離で、カラーカメラ軸に垂直に設置したMacbethchartのような基準カラーを使用することにより、標準の比色分析キャリブレーションが実施される。補正はCIEのような標準的に使用されるカラー基準を使用して行われる。カメラ内の個々のピクセルのカラー、強度が補正される。上記のキャリブレーションのいくつかは、同一設計のもとで製造されたプローブ間では、ほとんど違わない。これはおそらく厳しい製造公差によるものであろう。キャリブレーション情報は、プローブ設計のために、たとえば定数、表または式としてソフトウェアに組み込むことが可能である。キャリブレーションのあるものは、各プローブの製造後、組み立ての際実施される。キャリブレーションのあるものは、スキャニング装置が使用される度に実施される。たとえば、既知の距離に置いた白色表面をスキャニングすることにより、電球が新品であった時の強度と比較して、ランプの強度を設定する。図22で示されるように、3Dモデル324上にカラーイメージ320をマッピングしてテクスチャーマップを形成するには、いくつかの方法がある。3Dモデル上のサーフェス要素は、フラットポリゴンか、高レベルサーフェス形式の要素である。カラーイメージのマッピング方法は：１．キャリブレーションと幾何学的データを使用して各カラーイメージが補正される。２．各サーフェス要素321に対して、サーフェス要素321の法線322の方向に最も近い法線323を持つカラーイメージが選択され（マスターイメージ）、そしてそのサーフェス要素に対するテクスチャーマップ座標が、そのサーフェス要素のマスターイメージ上へのマッピングとなる。この例では、最も近いイメージ法線は 320aの法線である。３．それからそのサーフェス要素にマップする他のカラーイメージが処理される。もしサーフェス要素とカラーイメージ間の面法線の違いが所定のトレランスを超える場合には、そのイメージは無視される。これは、イメージに対する面方向の傾斜が非常な急勾配になることにより、そのイメージから得られるカラー品質の品位が著しく低下するためである。サーフェス要素がマップされるマスターイメージの部分は、カラーイメージがマップされた全ての部分の加重平均により改善される。加重の基準はサーフェス要素とカラーイメージ間の面法線の差のcosineである。前段で別々に開示された装置および方法は、3Dモデルの改良されたカラーコピー、ならびに著しい営業上の利点を提供する。電気的トリガーが可能でない場合に、アーム位置の記録と、フレームの取り込みとの間の時間的なズレに起因する不正確さを減少させるため、以下の方法が使用される。１．図23を参照して、フレームが取り込まれる前のアーム位置Ｂが記録され、この時間t1が記録される。２．フレームがリクエストされる。３．フレームＣが取り込まれた時、時間t2が記録される。ここでフレーム取り込みの中間からこの時間t2までの、ほとんど変動のない既知の遅れT/2があり、これはシャッター開口時間Ｔに大きく依存する。４．あとのアーム位置Ａが記録され、この時間t3が記録される。５．フレーム取り込みの中間の時間(t2-T/2)を使い、t1およびt3間の内挿重みを考慮して、２つのアーム位置Ｂ、Ａ間を６自由度で内挿することにより、フレームの中間におけるアーム位置が推定される。６．t1とt3間の差が非常の大きいような、長い中断の場合にはそのデータは削除される。この内挿方法は、ノントリガーシステムの精度を大幅に改良することが可能であり、幾何学的に高精度のデータを得ようとする場合に極めて重要である。さらに、この内挿ソフトウェアが稼動するオペレーティングシステムを、この内挿ソフトウェアが高優先度で実行されるよう設定することも可能である。これにより、他のソフトウェアが実行されることによる遅延が最小化される。たとえ他のソフトウェアがこの処理を中断させることがあるとしても、その処理の中断が異常に長い期間でない限り、処理の有効性が損なわれることはない。優先化は絶対に必要なものではないが、しかし、そのオペレーティングシステムにおいて優先化が可能な場合には、タイミング誤差を減少させるのに貢献する。トリガリングが可能な場合には、これを実行する方法は沢山ある。１つの方法を図24で示すと、CCDカメラ25から同期信号240が電気回路241により放出され、リレー242により一連のトリガーパルス243がアームコンピュータ２に送出される。これはアームおよびカメラの変動性を解消する利点があり、与えられたアームとカメラのスキャニング精度を可能なかぎり向上させる。マウスおよびキーボードのような標準のコンピュータ手段を含まない、作業者インターフェイス手段が、スキャニング、およびコンピュータモデル生成プロセス、およびオプション機能の起動をコントロールするために、単独で使用することができる。作業者インターフェイス手段には、ボタン、フットペダル、ジョイスティック、トラックボールなどのメニューナビゲーション手段、および位置検出手段-アームまたは遠隔位置センサーが含まれる。上記手段のいずれかを使うには、作業者は必要な操作、および操作パラメータを選択すればよい。たとえば、これに含まれて、可能なものは：スキャニング装置のセットアップ・どの位置検出手段が使用されているか、すなわちアーム・位置検出手段に対するプローブのアライメント；ターンテーブルのアライメント・ポイントのサンプリング方法を設定する、すなわちサンプリングステップまたはコーダルトレランス・何時データを捨てるかを設定する、なぜならアームの動きが速すぎるためデータ収集・プリスキャンオブジェクトがどこにあるか探す・たとえばこのオプションが選択されている間の、ポイントデータの連続収集・ストライプセクションのような１セットのポイントの収集・あらかじめ決められた間隔の位置でのポイントデータセットの収集・接触基準点の収集・データ収集の休止およびリスタート・カラーイメージの収集処理・中間データからのポリゴンモデルまたはサーフェスモデルの生成・選択された出力フォーマット、たとえば3DS、OBJでのモデルの生成・カラーイメージのモデルへのマッピング・モデルへのカラーイメージのオーバーラッピングによる融合・ポリゴンメッシュ内の穴の密閉・ポリゴンメッシュのスライス・ポリゴンメッシュのスムージング・ポリゴンメッシュの間引き・ポリゴンメッシュ内の法線の反転・座標系の基準および向きの変更編集・ポイントの選択／カット／ペースト／削除・ポリゴンの選択／カット／ペースト／削除・カラーイメージの選択／カット／ペースト／削除テスト・球のスキャニングからのデータを処理することによるシステム性能のチェック・フラット面のスキャニングからのデータを処理することによるシステム性能のチェック表示・深さに応じたレンダリングカラーにおけるポイント表示・プローブの位置および向きからのコンピュータ表示の再描画・再描画のビューの領域の選択、すなわちズームから広角・プリセットしたviewpointからのviewpointの選択・単一カラーによるレンダリングデータの表示・スキャンしたカラーデータを使用したレンダリングデータの表示・ポリゴンまたはコンプレックスサーフェスから生成されたコンピュータモデルの表示モデルデータ・ハードディスクのような格納メディアへのポイント／中間データ／モデルの保存・コンピュータまたはネットワーク内の他のソフトウェアパッケージ上で自動的に使用可能なオブジェクトの形式での、中間データ／コンピュータモデルの送出・ハードディスクのような格納メディアからのへのポイント／中間データ／モデルの呼び出しレンジイメージ・オプションが選択された時、プローブの位置および向きを使用した新しい直線状レンジイメージの生成・オプションが選択された時、プローブの位置および向きを使用した新しい円筒状レンジイメージの生成・定義されたレンジイメージの全てから、定義されたレンジイメージの１つの選択・レンジイメージの密度の変更・選択されたレンジイメージの削除・全てのレンジイメージの削除・レンジイメージセットのライブラリから１セットのレンジイメージの選択；レンジイメージセットのライブラリは数学的に組織化できる、すなわち、互いに正確に直交しており、スキャンデータのいくつかの使用において利点がある・現在定義されているレンジイメージに対する選択されたライブラリセットの追加・現存するレンジイメージの組み合わせから新しいライブラリセットの生成；この方法では、もしいくつかの類似のオブジェクトがスキャンされる場合、最初の１つに対して最適なレンジイメージの組み合わせがセットされ、他のオブジェクトに対し自動的に再利用される・選択されたライブラリセットをデフォルトのライブラリセットとして設定；この方法では、たとえば、立方体を形成する６個のレンジイメージからなるデフォルトのライブラリセットは、レンジイメージ定義の処理が不要な多くのオブジェクトに使用でき、これにより全体のスキャニング処理の高速化ができる・全てのレンジイメージ内の全てのカレントのポイントデータの削除・選択されたレンジイメージ内の全てのポイントデータの削除・選択されたレンジイメージからのポイントの表示・全てのレンジイメージからのポイントの表示・各レンジイメージに対し、異なったカラーを持つポイントの表示・その他の検討による、１つのレンジイメージ内のギャップの埋め込みまたは入口チェックの処理により、全ての他のレンジイメージから全てのレンジイメージへのアップデート・その他の検討による、１つのレンジイメージ内のギャップの埋め込みまたは入口チェックの推論された処理により、全ての他のレンジイメージから選択されたレンジイメージへのアップデート；これは多くのスキャニングが生じた後、新しいレンジイメージを定義する時に特に有益である・レンジイメージのサイズの抑制；これは、他のレンジイメージによってカバーされない物体の表面の小さな部分を取り込むために、レンジイメージが特別に定義される場合にしばしば行われる；これはメモリに制約のあるコンピュータのメモリ節約のために使用することができ、処理全体のスピードアップも可能となる・１つのレンジイメージから、ポリゴンまたはコンプレックスサーフェスのモデルを自動的に構築するためのアルゴリズムの選択および初期化・全てのレンジイメージから、ポリゴンまたはコンプレックスサーフェスのモデルを自動的に構築するためのアルゴリズムの選択および初期化・それによって、アルゴリズムがポリゴンまたはコンプレックスサーフェスのモデルを構築する、精度のレベルの如きパラメータの設定・レンジイメージから生成されるポリゴンモデルを結合する、統合アルゴリズムの選択・１セットのレンジイメージから、ポリゴンまたはコンプレックスサーフェスの完全なモデルを、自動で作成するためのアルゴリズムの、事前定義されたシーケンスの選択サーフェス上にマーキングされたパッチ境界から、コンプレックスサーフェスが生成できる。図25に示すように、パッチ境界131を他の色で手作業でマーキングする前に、物体130は一様な色でペイントされる（もし必要であれば）、すなわち、白い物体の上で黒のマーカペンを使う。これらの境界を正確にマーキングする必要はない、なぜならそれらは通常、エッジとか面法線が急激に変化する部分から離れて存在するためである。それから物体は開示された方法の１つを使用してスキャンされる。パッチ境界にあるポイント132をカラーフィルターによって分離し、スプライン133のようなパッチ境界線をこれらのポイントにフィットさせるアルゴリズムを使用して、パッチ境界を自動的に作成させるため、カラー情報が使用される。エッジはまた別のアルゴリズムで検出される。スキャンから自動的に作成されるパッチ境界は、複雑なサーフェスモデルを作成するのに使用することができる。この方法の主要なメリットは、複雑なサーフェスモデルを自動で作る前に、物体の上にパッチ境界をマーキングするほうが、コンピュータモデルの上でやるより容易であるということである。図26aには、本発明の１つの重要な実施例が示されており、ここでは大型の物体3 31をスキャニングするために、多間接アーム１が、水平アーム型測定機330の水平アームの末端に設置されている。水平アーム型測定機330は、機械の位置をコンピュータ４に出力するための機械制御ボックス332を持っている。この実施例は、大型物体のスキャニングを、長尺アームまたはリープフロッグ法が水平アームより不正確であるのに反し、より正確に行え、また、リープフロッグ法を使用して再登録が必要になるよりも、水平アームが移動する毎にソフトウェアが自動的にそれを考慮するように、より単純に実施できる。自動車会社のような大型の物体を持つ産業界の会社は、通常、水平アーム型機械を持っているため、この方法は特に魅力的なものである。図26bに示すように、大型の物体を持つ自動社会社のような会社は、しばしば、同一のオブジェクト座標系を参照でき、互いに相対して設置される２台の水平アーム型機械を持つことがある。この場合、第１の水平型アーム機械に設置されたプローブで物体のある部分をスキャニングし、第２の水平アーム型機械に設置されたプローブで物体の残りの部分をスキャニングすることにより、物体の全体をスキャンすることができる。産業上の利用可能性本発明は、一般的な3Dモデル作成デバイスであり、広い領域の応用性を持っている。本発明の適用産業は以下のようなものを含む：クレイオブジェクトを、迅速かつ正確にコンピュータモデルに変換しなけれぱならないデザインスタイリスト；新しいキャラクターを、アニメーションのための3Dデータセットに変換しなければならない、ゲーム開発者およびアニメーション制作者；注文靴を製造しなければならない靴製造業者；限られれた空間内で走る、実際のケーブルおよび配管をモデリングしなければならない自動車製造会社；放射線療法およびけがの治療を含む医用アプリケーション。本発明には、約200のアプリケーションが関係している。図27には、本発明に基づくスキャニング装置100のアプリケーションの一例として、異なった弾力性を持つ表面の上で、全体重を載せた人間の足141をスキャンするために、スキャニング装置100が使用されている例が開示されている。先ず足141の外側が、すでに開示されている方法および装置で、必要な量の体重をかけた状態でスキャンされる。その後、足141が取り除かれて、足141が押されていた表面142のスキャニングが実施される。最初のスキャンはプラス側である。２番目のスキャンはマイナス側である。それから、２番目のスキャンの面法線が簡単なアルゴリズムで反転され、そして足の全体の形が与えられるよう、２つのスキャンが合成される。跳ね返りなく変形のできる材料が使用されることが重要である。そのような材料には、砂、粘土または石膏がある。別のアプリケーションには、別の弾力性を持つ材料が適切な場合がある。この方法はまた、サイドが切り離されている靴の下半分に、足が押されている時にも適切である。自動車会社にとって、エンジン部分のように限られた領域内で、パイプおよびケーブルの実際のルートを確認することが必要である。自動車会社では、自動車の全ての様相を、3D CAD内でモデル化することを試みている。彼らにとって、実際のルーティングおよび潜在的な干渉を確認するために、パイプおよびケーブルのハイレベルの3Dモデルが出力され、CADシステム内に導入されるように、自動車の基準システム内でパイプおよびケーブルをスキャニングする、何らかの方法が必要となっている。密閉された空間内で、たとえば、パイプおよびケーブルをスキャンする際に、もしスキャンできないような黒か光沢のある部材の問題がある場合には、これらの部材には、スキャニングのあと容易に除去できるような白いパウダーを最初にスプレーすることが可能である。図28について述べると、ケーブルまたはパイプ341をスキャンするには、無数に密集した間隔のストライプよりも、多くのストライプ断面342から349としてスキャンするのがよい。ストライプセンサーは、作業者がボタンまたはフットペダルを押すことにより、単一のストライプ断面を取るような第１のモードで動作させることができる。この方法では作業者は、彼の専門知識により、どこで断面を取るかを決定しながら、パイプの経路を描くように少数の断面を取ればよい。たとえば、パイプがもう１つのパイプと接続する個所では、より多くのストライプ断面344から349を取り込むのが適切かもしれない。また、パイプ上に取付具のような起伏がある場所では、高密度のストライプを取り込むのが適切であろう。第２のモードは、センサーがストライプ断面をできるだけ高速に取り込み、それらをサーフェスとしてディスプレイ上に表示するものである。第３のモードは、作業者が断面間の距離をたとえば5mmのように指定し、ストライプが3D空間上を移動するように、システムがストライプ断面をたとえば5mmづつ自動的に採取するようなモードである。この距離を決定する１つの方法は、ストライプの中間の平均的なスタンドオフ距離におけるポイント、すなわち測定領域の中心点を選択し、このポイントが5mm移動すると自動的に他の断面を採取する、というやりかたである。作業者がパイプおよぴケーブルをスキャンしている時、オペレータ制御システムは、３つのモード間の簡単な切り換えを支援しなくてはならない。ストライプ断面が照合される中間データ構造は、標準のストライプ断面構造303 となるが、しかしモードおよびプローブ向きの変更を含んでいる。パイプおよびケーブルをスキャンする際には、パイプおよぴケーブルがそれに沿って走行するパネル断面もまた、342a、342dのように採取される。パイプとパネル間に接触がない場所では、ストライプ断面中にJumpまたはbreakが存在する。これらはデータ構造内で、jumpフラッグ305およびbreakフラッグ304のようにフラッグを立てることができる。自動車製造会社にとって便利であるためには、これらのデータからハイレベルのモデルが生成され、出力されなくてはならない。ポリゴン化法またはサーフェシング法は、断面を一緒にし、パイプ、パネルなどの結合を処理することができる。その結果は、350から352のような高レベルのモデルである。もしもパイプまたはケーブルに関して、その断面の形状については寸法は変化するが一定であるとか、たとえぱ直径は変化するが形状は円形であるとか、より多くの情報を知ることができれば、モデル351を自動的に拡張して353にすることが可能である。または、同じパイプからスキャンされた２つの側面を自動的に結合することもできる。これは自動車製造会社に対して、彼が必要とする高レベルのモデルを与えることになる。技術に秀でた人たちにとって理解できるように、この発明のスコープの中には種々の変形が有り得る。たとえば：カラーカメラは含まれなくてもよい。１つのカメラをカラーと位置センサーの両方に使用してもよい。プローブ内のフィルターは、必要に応じて、狭バンド幅フィルターでもよいし、赤色ハイバンドパスフィルターでもよい。このシステムは、ここに議論したものだけでなく、多くのタイプのモデル生成に適用できる。プローブにより収集されたデータは、他のアプリケーションにも使用できるし、または別の場所に、たとえば電子メールを使って広めるため格納することもできる。プローブはストライププローブであっても、エリアプローブであってもよい。表示器はアプリケーションの要求に応じてどこにでも設置することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ，ＴＲ，ＵＳ【要約の続き】 (13)としてリアルタイムにモニタ(7)上に表示されるようにしてもよい。

Claims

【特許請求の範囲】１．物体をスキャニングしてそこからコンピュータモデルを供給するスキャニング装置であって、その装置は、物体の表面にある複数のポイントからデータを取り込むために、物体をスキャニングする手段；スキャニング装置の位置を検出する手段；データから中間データ構造を生成する手段；中間データ構造を結合してモデルを供給する手段；表示手段；を含み、上記スキャニング装置は、そのスキャニング装置を手動で操作する手段をも含み、上記スキャニング手段は、１つまたはそれ以上のポイントから同時にデータを取り込むことができることを特徴とする、スキャニング装置。２．上記スキャニング手段が、物体をスキャニングするための信号を生成する手段、物体から反射された信号を検出する信号検出手段、検出された信号に応じて、中間データ構造のためのデータを供給するよう操作できる手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。３．上記生成される信号が構成光であることを特徴とする請求の範囲第２項記載のスキャニング装置。４．上記信号生成手段の投影軸に垂直に、かつ信号生成手段から平均スタンドオフ距離に位置される視野平面にストライプが形成されるように、構成光が平面光として投影されることを特徴とする請求の範囲第３項記載のスキャニング装置。５．上記信号生成手段の投影軸に垂直に、かつ信号生成手段から平均スタンドオフ距離に位置される視野平面の領域にパターンが形成されるように、構成光が投影されることを特徴とする請求の範囲第３項記載のスキャニング装置。６．上記信号生成手段が照明光源であることを特徴とする請求の範囲第２項記載のスキャニング装置。７．上記照明光源がレーザダイオードであることを特徴とする請求の範囲第６項記載のスキャニング装置。８．上記照明光源が１つまたはそれ以上の電球であることを特徴とする請求の範囲第６項記載のスキャニング装置。９．上記信号検出手段が１つまたはそれ以上のCCDアレイであることを特徴とする請求の範囲第２項から第６項のいずれかに記載のスキャニング装置。 10．物体の表面のカラーを検出する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のいずれかに記載のスキャニング装置。 11．上記カラー検出手段が、物体をスキャニングするために生成される信号の検出にも使用されることを特徴とする請求の範囲第10項記載のスキャニング装置。 12．上記カラー検出手段が、１つまたはそれ以上のカラーフィルターを有することを特徴とする請求の範囲第10項および第11項記載のスキャニング装置。 13．物体の表面を広範囲に照明するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２項から第12項のいずれかに記載のスキャニング装置。 14．上記広範囲照明手段が、物体をスキャニングするための信号を生成するためにも使用されることを特徴とする請求の範囲第13項記載のスキャニング装置。 15．上記広範囲照明手段が１つまたはそれ以上の電球を含むことを特徴とする請求の範囲第13項記載のスキャニング装置。 16．上記広範囲照明手段が円環電球を含むことを特徴とする請求の範囲第13項記載のスキャニング装置。 17．上記広範囲照明手段が各電球に対する反射手段を含むことを特徴とする請求の範囲第15項および第16項記載のスキャニング装置。 18．上記反射手段が、上記信号生成手段の投影軸に垂直に、かつ信号生成手段から平均スタンドオフ距離に位置される視野平面上に、より均一な光強度が供給されるようにその軸が方向づけられている反射器を含むことを特徴とする請求の範囲第17項記載のスキャニング装置。 19．上記広範囲照明手段が操作できる電圧レベルが、２つの異なった電圧レベルの間で切り換えができるよう、電圧切換手段を含むことを特徴とする請求の範囲第13項から第18項のいずれかに記載のスキャニング装置。 20．上記広範囲照明手段から物体への平均光強度が、周囲光の物体への平均光強度より大きいことを特徴とする請求の範囲第13項から第19項のいずれかに記載のスキャニング装置。 21．上記スキャニング装置が、上記広範囲照明手段と物体との間に拡散手段を含むことを特徴とする請求の範囲第13項から第20項のいずれかに記載のスキャニング装置。 22．上記広範囲照明手段および上記カラー検出手段の一方のサイドと、物体の他方のサイドの間に、偏光手段を含むことを特徴とする請求の範囲第13項から第21 項のいずれかに記載のスキャニング装置。 23．上記スキャニング手段が、物体の表面から位置およびカラーのデータを続けて取り込めるよう操作できることを特徴とする請求の範囲第10項から第13項および第15項から第22項のいずれかに記載のスキャニング装置。 24．ある時点では上記信号生成手段と上記広範囲照明手段のうちの１つだけが動作するような切換手段を含むことを特徴とする請求の範囲第23項記載のスキャニング装置。 25．上記位置検出手段が、上記スキャニング手段を物体に対して移動させるための、当該スキャニング手段を取り付けた多間接アームを含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第24項のいずれかに記載のスキャニング装置。 26．上記位置検出手段が、上記スキャニング手段の向きを変える手段を有し、かつ物体に対して当該スキャニング手段を移動させる水平アーム機械を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第24項のいずれかに記載のスキャニング装置。 27．上記位置検出手段が、水平アーム機械、および上記スキャニング手段を物体に対して移動させるための、当該スキャニング手段を取り付けた多間接アーム、とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第24項のいずれかに記載のスキャニング装置。 28．上記装置が、上記位置検出手段の上に、上記スキャニング手段を取り付けるための、取付具を含む器具を含むことを特徴とする請求の範囲第25項から第27項のいずれかに記載のスキャニング装置。 29．上記スキャニング手段の取付け、取り外しのサイクルによる通常の使用において、上記位置検出手段に対する当該スキャニング手段のアライメントの変動が 0.5mm以下になるように、上記取付具のアライメント誤差を0.5mm以下にしたことを特徴とする請求の範囲第28項記載のスキャニング装置。 30．上記位置検出手段が遠隔位置センシング手段であることを特徴とする請求の範囲第１項から第24項のいずれかに記載のスキャニング装置。 31．上記装置が、上記スキャニング手段の座標系に対して固定される基準チップポイントと、上記位置検出手段の座標系に関する当該基準チップポイントの位置を決定する手段とを持つ装置を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第30項のいずれかに記載のスキャニング装置。 32．上記スキャニング手段が、上記多間接アームの終端の部分の側面で、当該スキャニング手段の端末にある上記基準チップポイントの背面に取付けられることを特徴とする請求の範囲第25項記載のスキャニング装置。 33．上記スキャニング手段が作業者の頭部に設置されることを特徴とする請求の範囲第30項記載のスキャニング装置。 34．上記遠隔位置センシング手段が３個の遠隔位置センサーを含むことを特徴とする請求の範囲第30項記載のスキャニング装置。 35．上記スキャニング手段が、上記遠隔位置センシング手段、処理手段、メモリ装置、および電源を含む装置を有して、外部装置との接続なしで使用できるような自己内蔵型ユニットであることを特徴とする請求の範囲第30項記載のスキャニング装置。 36．上記スキャニング手段が、タイミング信号を発生し、当該タイミング信号が上記位置検出手段と連結されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第35 項のいずれかに記載のスキャニング装置。 37．位置内挿手段および時計を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第36 項のいずれかに記載のスキャニング装置。 38．上記スキャニング手段のアライメントを、上記位置検出手段の座標系に対してキャリブレートする手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第37項のいずれかに記載のスキャニング装置。 39．上記アライメントキャリブレート手段が、既知の寸法を持つアライメントキャリブレート物体の表面をスキャンし、スキャンデータを上記スキャニング手段の座標系に変換して、以って当該スキャニング手段の座標系と上記位置検出手段の座標系との変換マトリックスを出力するように操作できることを特徴とする請求の範囲第38項記載のスキャニング装置。 40．上記アライメントキャリブレート物体が、相互に直交する平面である、３つのフラットで直交する表面を持つことを特徴とする請求の範囲第39項記載のスキャニング装置。 41．スキャンされるべき物体が、手動で操作されるターンテーブル上に静止するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項から第40項のいずれかに記載のスキャニング装置。 42．上記ターンテーブルが、当該ターンテーブルの角度位置を検出する手段、および当該角度位置を伝達する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第41項記載のスキャニング装置。 43．上記ターンテーブルの座標系をキャリブレートする手段を含むことを特徴とする請求の範囲第41項記載のスキャニング装置。 44．上記中間データ構造が少なくとも１つのエンコードされたストライプを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 45．上記中間データ構造が少なくとも１つのレンジイメージを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 46．上記スキャニング装置が、物体の表面上のポイントの位置を検出し、そのポイント位置を１つまたはそれ以上のレンジイメージと比較し、そのポイントがレンジイメージの範囲内に入るようポイントをレンジイメージに配置するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第45項記載のスキャニング装置。 47．上記モデルが、１つまたはそれ以上のメッシュで構成される複数のポリゴンからなることを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 48．上記モデルが、１つまたはそれ以上のサーフェスパッチからなることを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置 49．上記装置が、上記データを類似のスキャニング方向を持つデータセットにグループ化し、そのデータセットにフィルターをかけ、複数のポリゴンメッシュを派生させてそれらのメッシュを統合することにより、上記モデルを生成するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第47項記載のスキャニング装置。 50．上記装置が、生成されたモデル内の穴を密閉するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第49項記載のスキャニング装置。 51．上記装置が、生成されたモデルをスムージングするよう操作できることを特徴とする請求の範囲第49項記載のスキャニング装置 52．上記データが、物体の表面のカラーのデータを含んでいることを特徴とする請求の範囲第10項から第24項のいずれかに記載のスキャニング装置。 53．上記装置が、スキャニングされた物体の表面のカラーのデータを含むモデルを生成するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第52項記載のスキャニング装置。 54．上記装置が、位置データを含む各ポリゴンに対して、そのポリゴンの法線に最も近い方向を持つ対応するカラーデータを選択し、そのカラーデータをポリゴンにマッピングし、位置とカラーデータを含むモデルを生成するようそのカラーデータを処理することによって、カラーデータを供給するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第53項記載のスキャニング装置。 55．上記スキャニング手段のカラーキャリブレートを行うための手段を含み、かつ上記装置が、カラーキャリブレーション情報を供給するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第54項記載のスキャニング装置。 56．上記装置が、上記カラーキャリブレーション情報を使用してカラーデータを改良するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第55項記載のスキャニング装置。 57．上記カラーキャリブレーション情報が、上記検出手段から、カラーデータを取り込んだ時のカラーデータの幾何学的位置までの距離に対応していることを特徴とする請求の範囲第55項記載のスキャニング装置。 58．上記カラーキャリブレーション情報が、カラーデータを取り込んだ時の上記検出手段の方向に対する、カラーデータの位置における物体の表面の幾何学的法線に対応していることを特徴とする請求の範囲第55項記載のスキャニング装置。 59．上記カラーキャリブレーション情報が、レンズゆがみの補正に対応していることを特徴とする請求の範囲第55項記載のスキャニング装置。 60．上記カラーキャリブレーション情報が、上記検出手段の比色分析補正に対応していることを特徴とする請求の範囲第55項記載のスキャニング装置。 61．上記装置が、全ての対応するカラーデータの配合をマッピングし、処理するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第54項記載のスキャニング装置。 62．上記配合が、加重平均に基づいたものであることを特徴とする請求の範囲第 61項記載のスキャニング装置。 63．上記中間データが、上記表示手段に複数の表示ポリゴンとして表示されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 64．上記表示ポリゴンが、レンダリングされることを特徴とする請求の範囲第63 項記載のスキャニング装置。 65．上記装置が、上記表示ポリゴンをリアルタイムで表示することを特徴とする請求の範囲第64項記載のスキャニング装置。 66．上記装置が、上記表示ポリゴンを、上記スキャニング手段の位置および方向によって決められる視点で表示するよう操作できることを特徴とする請求の範囲第63項から第65項のいずれかに記載のスキャニング装置。 67．上記表示手段が、上記スキャニング手段の外面上に取付けられていることを特徴とする請求の範囲第63項記載のスキャニング装置。 68．上記表示手段が、その方向を、上記スキャニング手段の方向に対して変更できるよう手動で操作できることを特徴とする請求の範囲第67項記載のスキャニング装置。 69．上記表示手段がヘッドアップディスプレイの手段であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 70．上記視点が、上記ターンテーブルおよび上記スキャニング手段の両方の位置および方向により決定されることを特徴とする請求の範囲第65項記載のスキャニング装置。 71．上記手動操作手段が、オペレータ制御の手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスキャニング装置。 72．上記オペレータ制御手段が、上記表示手段の上で、上記スキャニング手段を手動で動作させることによりそのメニューがナビゲートされるメニュー表示手段を含むことを特徴とする請求の範囲第71項記載のスキャニング装置。 73．上記パターンが、２つまたはそれ以上の異なったカラーの２つまたはそれ以上のストライプを含むことを特徴とする請求の範囲第５項記載のスキャニング装置。 74．物体をスキャニングしてコンピュータモデルを供給する方法であって、以下の手順：手動操作により物体に対する信号生成手段の位置を変更する信号を使った、手動による物体のスキャニング；反射信号の検出；ポイントに対する中間データ構造の生成；モデルを供給するための中間データ構造の結合；および、モデルの表示を含み、データが物体の表面の複数のポイントから取り込まれることを特徴とする方法。 75．上記物体からカラーデータが取り込まれることを特徴とする請求の範囲第74 項記載の方法。 76．上記カラーデータが上記モデルの上にマッピングされることを特徴とする請求の範囲第75項記載の方法。 77．上記モデルが複数の表面ポリゴンとして同時に表示されることを特徴とする請求の範囲第74項記載の方法。 78．上記スキャニング信号が、上記信号生成手段の投影軸に垂直に、かつ信号生成手段から平均スタンドオフ距離に位置される視野平面にストライプが形成されるように、平面光として投影される構成光であることを特徴とする請求の範囲第 74項記載の方法。 79．上記スキャニング信号が、上記信号生成手段の投影軸に垂直に、かつ信号生成手段から平均スタンドオフ距離に位置される視野平面の領域にパターンが形成されるように、投影される構成光であることを特徴とする請求の範囲第74項記載の方法。