JPWO2015019428A1

JPWO2015019428A1 - 解析データ送受信システム、及び保存システム

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Publication number: JPWO2015019428A1
Application number: JP2015530593A
Authority: JP
Inventors: 子賢張; 一朗片岡; 昌幸針谷; 益祥馮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2015019428A1

Abstract

四面体、六面体、三角形、四角形メッシュに対応できる3次元メッシュ圧縮と復元を可能とする、解析データの保存及び送受信システムを提供する。従来の共有頂点情報を用いた低複雑度3次元メッシュ圧縮装置及び方法は三角形メッシュの圧縮に適用可能であるが、四面体メッシュの圧縮に対応できないという課題がある。また、多重解像度四面体メッシュ生成方法では解析データのサイズを低減できるが、解析データが復元できないという問題があった。本発明の解析データの送受信システムでは、解析データから共有頂点を持つメッシュ群（球状パターン）を抽出し、バウンダリメッシュ（境界シェルメッシュ）と中央点で表記することで、データ記述の重複を削除し、解析データを圧縮することを特徴とする。圧縮時には、データ記述の重複を削除するだけなので、圧縮前と同じ解析データを復元することを実現できる。

Description

本発明は、解析データの送信、又は受信を行う送受信システム、及び保存を行う保存システムに関する。

近年、メッシュデータを含めた解析データの圧縮技術が進んでいる。この解析データ圧縮技術に関して、例えば、特許文献１では共有頂点情報の表記を簡略化することで、三角形メッシュモデルに対するデータ圧縮の複雑度を改善し、圧縮率を向上することを特徴としている。

また、特許文献２では、ソリッドモデルメッシュのメッシュ数を減らす簡略化処理を施して有限要素解析用の四面体メッシュを生成する方法が開示されており、四面体メッシュを非可逆に圧縮する内容となっている。

特表2011-528452 特開2006-72531

特許文献１記載の共有頂点情報を用いた低複雑度３次元メッシュ圧縮装置及び方法は三角形メッシュの圧縮に適用可能であるが、四面体メッシュの圧縮に対応できないという課題がある。また、特許文献２に記載の多重解像度四面体メッシュ生成方法では解析データのサイズを低減できるが、解析データをもとの状態に復元することは困難である。

これらの課題に対して、本発明では四面体、六面体、三角形、四角形メッシュに対応でき、復元時に圧縮前と同様のメッシュを復元可能なメッシュ圧縮と復元を可能とする解析データの送受信システム、及び保存システムを提供する。

上記課題を達成するために、本発明は解析データの送受信システムにおいて、解析データを読込む解析データ読み込み部と、前記読み込んだ解析データを表示する解析データ表示部と、前記読み込んだ解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出したバウンダリメッシュを表示するバウンダリメッシュ表示部と、前記抽出したバウンダリメッシュを圧縮するバウンダリメッシュ圧縮部と、前記バウンダリメッシュ圧縮部により圧縮された解析データを送信する解析データ送信部と、前記送信された解析データを復元する解析データの復元部と、送信された解析データを前記受信部へ転送するネットワークを備えたことを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの送受信システムにおいて、前記解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出することを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの送受信システムにおいて、ルールにより復元できるメッシュを削除し、復元できないメッシュのみ転送することで、転送ファイルのサイズを低減することを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの送受信システムにおいて、メッシュのデータフォーマットを変更することでメッシュデータのサイズを低減することを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの送受信システムにおいて、ルールにより生成された解析データと、受信した解析データと結合することで、圧縮された解析データを復元することを特徴とするものである。

また、上記課題を達成するために、本発明は解析データの保存システムにおいて、解析データを読込む解析データ読み込み部と、前記読み込んだ解析データを表示する解析データ表示部と、前記読み込んだ解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出したバウンダリメッシュを表示するバウンダリメッシュ表示部と、前記抽出したバウンダリメッシュを圧縮するバウンダリメッシュ圧縮部と、前記バウンダリメッシュ圧縮部により圧縮された解析データを保存する解析データの保存部を備えたことを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの保存システムにおいて、前記解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出することを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの保存システムにおいて、ルールにより復元できるメッシュを削除し、復元できないメッシュのみ転送することで、転送ファイルのサイズを低減することを特徴とするものである。

更に、本発明は解析データの保存システムにおいて、メッシュのデータフォーマットを変更することでメッシュデータのサイズを低減することを特徴とするものである。

上記課題に対して、本発明によれば、解析データから共有頂点を持つメッシュ群（球状パターン）を抽出し、バウンダリメッシュ（境界シェルメッシュ）と中央点で表記することで、データ記述の重複を削除し、解析データを圧縮することを特徴とする解析データの保存及び送受信システムによって解決している。圧縮時には、データ記述の重複を削除するだけなので、圧縮前と同じ解析データを復元することを実現している。

本発明によれば、四面体、六面体、三角形、四角形メッシュに対応できるメッシュ圧縮と復元を可能とする解析データの保存及び送受信システムを提供することを実現したものである。

本発明実施例の圧縮・復元装置構成図に関する一例である。本発明実施例の圧縮・復元装置構成図の詳細に関する一例である。本発明実施例の球状メッシュとバウンダリメッシュに関する一例である。本発明実施例の球状メッシュ抽出部フローチャートに関する一例である。本発明実施例のバウンダリメッシュのデータフォーマット変換手法に関する一例である。本発明実施例のバウンダリメッシュデータフォーマット変換手法フローチャートに関する一例である。本発明実施例のルールによるバウンダリメッシュ圧縮に関する一例である。本発明実施例のルールによるバウンダリメッシュ圧縮フローチャートに関する一例である。本発明実施例のデータ表示部に関する図の一例である。本発明実施例のルールによるバウンダリメッシュ圧縮に関する一例である。本発明実施例のデータフォーマット変換によるバウンダリメッシュ圧縮部に関す一例である。

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態のシステム構成に関する一例である。解析データ記憶部101、データ圧縮部102を備える圧縮装置103と、データ復元部104、解析データ記憶部106を備える復元装置105を備える。解析データ記憶部101に記憶される解析データが入力データとなる。データ圧縮部102は、解析データ記憶部より解析データを読み込んで、データ圧縮部102でデータサイズを低減し、インターネットなどのネットワーク106へ送信する。復元装置105は、インターネットなどのネットワーク106からデータ圧縮部で圧縮された解析データを受け取り、データ復元部104で解析データを復元し、解析データ記憶部106に登録する。

図２に図１に示す圧縮・復元装置構成の詳細を示す。

圧縮装置103は、解析データ記憶部201と、解析データ読込部202と、解析データ表示部203と、球状メッシュ抽出部204と、バウンダリメッシュ抽出部205と、バウンダリメッシュ表示部206と、データフォーマット変換よるバウンダリメッシュ圧縮部207と、ルールによるバウンダリメッシュ圧縮208と、圧縮率表示部209と、データ保存部210を有する。ここでは、圧縮処理の確認のために、解析データ表示部203と、バウンダリメッシュ表示部206と、圧縮率表示部209とを含めた構成としたが、圧縮処理において必須な構成部ではなく、これらを除いた構成としてもよい。

復元装置105は、データフォーマット変換よる復元部213と、ルールによる復元部212と、解析データ記憶部214を有する。

以下、四面体メッシュデータの圧縮を例として、各処理部の詳細について説明する。
１．圧縮装置１０３について
(1) 解析データ読込部202、解析データ表示部203
解析データ読込部202は、解析データ記憶部201の四面体メッシュデータを入力とする。解析メッシュデータの頂点情報と四面体情報を読み込み、頂点リストと頂点接続情報を保存する四面体リストの二つのリストに保存する。頂点リストのフォーマットは以下の通りである。ｘ、ｙ、ｚは頂点の座標であり、Ｃ言語で「double float」のフォーマットになる。
x1 y1 z1
……
xn yn zn

４面体リストのフォーマットは以下の通りで、ＩＤは頂点のＩＤであり、整数のフォーマットである。
ID11 ID12 ID13 ID14 ：第１行
ID21 ID22 ID23 ID24 ：第２行
……
IDn1 IDn2 IDn3 IDn4 ：第ｎ行

図９の解析データ読込部に関する操作画面の詳細を示す。操作画面はデータ読込、球状パターン抽出、バウンダリメッシュ抽出、ルールによる圧縮、新フォーマットで圧縮、データ保存のボタンで構成されている。使用者のデータ読込ボタン901選択に従い、「ファイル開く」画面を表示する。使用者が「ファイル開く」画面でメッシュデータを選択するのに伴い、解析データ表示部203は、解析メッシュデータを表示画面902に表示する。
(2)球状メッシュ抽出部204
球状メッシュとは、共有頂点を有するメッシュ群のことであり、その形は一般的に球に似ているので、球状メッシュと定義する。図３は球状メッシュの一例であり、頂点IDoを含む全ての四面体群301が該当する。球状メッシュ抽出部は、解析データ読込部より読込んだ解析データを入力データとする。

本実施例では、四面体メッシュから球状メッシュを抽出する処理を、図４に示す球状メッシュ抽出部フローチャートを用いて説明する。

(ステップ401：以下、S401と称す)「頂点リストから最初の頂点を選択」では、頂点リストのID番号が最も小さい頂点を選択する。

(S402)「境界頂点ですか」では、頂点は四面体メッシュデータの境界頂点であるかどうか判断する。境界頂点とは、境界メッシュに属する頂点である。また、境界メッシュとは、四面体メッシュを構成する表面三角形のうち、一つの四面体にのみ帰属する表面三角形のことである。

(S403)「この頂点を含む四面体を球状メッシュとして抽出したか」では、予め作成しておいた四面体リストと同じ長さのマークリストを参照して、抽出済みかを判断する。マークリストは、はじめは未抽出で初期化しておき、四面体を球状メッシュとして抽出した際に、四面体に対応するリスト位置に抽出済みのマークを付与する。このようにすれば、容易に抽出済みか未抽出かを判断することができる。

(S404)「この頂点を含む四面体を球状メッシュとして抽出」では、抽出された球状メッシュを以下のフォーマットで表現する。ID11〜IDn3は頂点を示しており、IDoは共有頂点のＩＤである。従って、この球状メッシュ群に所属する全ての四面体はIDoを包含する。
ID11 ID12 ID13 IDo
ID21 ID22 ID23 IDo
……
IDn1 IDn2 IDn3 IDo

出力データは抽出した全ての球状メッシュである。球状メッシュとして抽出されなかった四面体は抽出した四面体群のリストの最後に記載する。

フォーマットは以下の通りである。
ID11 ID12 ID13 IDo1
……
IDm1 IDm2 IDm3 IDo1
共有頂点IDo1〜IDm1まで，共有頂点IDo1を含む球状メッシュを記載する。続いて，共有頂点IDo2を含む球状メッシュを記載する。
IDn1 IDn2 IDn3 IDo2
……
IDp1 IDp2 IDp3 IDo2
このように抽出された球状メッシュを全て記載する。
この後、抽出されなかった四面体メッシュを記載する。
IDq1 IDq2 IDq3 IDq4
……

(S405)「頂点リストの次の頂点を選ぶ」では、頂点リストに、処理した頂点の直後の頂点を選択する。

(S406)「最後の頂点か」では、頂点リストの最終の頂点であるかを判断する。

本処理によって、入力された解析データに対して、一つまたは複数の球状メッシュが抽出される。
(3)バウンダリメッシュ抽出部205、バウンダリメッシュ表示部206
球状メッシュ抽出部より抽出された球状メッシュ群の三角形境界メッシュをバウンダリメッシュと呼ぶ。

バウンダリメッシュ抽出部の入力データは、球状メッシュ抽出部で抽出された球状メッシュ群のメッシュデータである。四面体（図３の四面体ID11、ID12、ID13、IDo）の構成要素は３角形（３角形ID11、ID12、ID13）と、この３角形以外の一つの節点（図３の点IDo）である。節点IDoを含む全ての４面体は節点IDoと、この節点を包む３角形シェルメッシュ（バウンダリメッシュ）で構成される。バウンダリメッシュのデータを圧縮することで、４面体メッシュのデータを圧縮する。

出力データはバウンダリメッシュ抽出部より抽出した３角形シェルメッシュである。抽出したバウンダリメッシュのフォーマットは以下の通りである。最後に、このバウンダリメッシュに包含される頂点（球状４面体群のメッシュの共有頂点）を記載する。
ID11 ID12 ID13
ID21 ID22 ID23
……
IDn1 IDn2 IDn3
IDo

なおここで、抽出したバウンダリメッシュを確認のため、バウンダリメッシュ表示部206で表示する構成としてもよい。

(4) データフォーマット変換よるバウンダリメッシュ圧縮部207、圧縮率表示部209
データフォーマット変換によるバウンダリメッシュ圧縮部の入力データは、前記バウンダリメッシュ抽出部より抽出されたバウンダリメッシュである。処理としては、バウンダリメッシュの表記での重複要素辺を削除することでデータサイズを低減する。先ずバウンダリメッシュから、共有頂点がある３角形群501を抽出する。一般的に、バウンダリメッシュは三つの整数型の頂点ＩＤを一行で記述する。そのため、図５の3角形群501は3角形を6個含むので、6行502で記述される。一方本発明の方法では、共有頂点ID17に付属するメッシュe1〜e6の外周上の節点ID11〜ID16を抽出し、共有頂点ID17と1行503で記述する。このような記述を重複排除型フォーマットと呼ぶ。このような記述を用いて、バウンダリメッシュの重複記述を削減することで、データサイズを縮減する。

図６に本発明の実施例手法のフローチャートを示す。出力データは、重複排除型フォーマットで圧縮されたバウンダリメッシュと、圧縮されないバウンダリメッシュと、球状４面体群の共有頂点ＩＤである。

フォーマットを以下に示す。第１行から第ｍ行までは圧縮されたバウンダリメッシュであり、第ｎ行から第ｐ行まで圧縮されないバウンダリメッシュであり、最後のＩＤoは球状４面体群の共有頂点である。

図１１にデータフォーマット変換よるバウンダリメッシュ圧縮部に関する操作画面を説明する。「新フォーマットで圧縮」ボタンを押すと、バウンダリメッシュを圧縮し、圧縮前のバウンダリメッシュと圧縮後のバウンダリメッシュを並べながら表示し、圧縮率を表示する。フォーマットの変換により、重複の解析データ情報を減らし、データサイズを低減する。
(5) ルールによるバウンダリメッシュ圧縮部208、圧縮率表示部209
ルールによるバウンダリメッシュ圧縮部の入力データは、前記バウンダリメッシュ抽出部で抽出したバウンダリメッシュであり、図７で処理手順を説明する。バウンダリメッシュ701から基準要素辺702を抽出し、基準要素辺702と繋げると正三角形に近くなる2つの節点を検索し、三角形メッシュを生成する。新たに生成された三角形の要素辺を基準辺として、繰り返し三角形メッシュの生成を行う。このルールによって生成されたメッシュ703と解析メッシュ701を比べ、解析データメッシュのみに存在する三角形メッシュを差分メッシュ705として抽出する。差分メッシュ705と解析データメッシュの節点情報704と基準辺702のみを転送することで、転送ファイルの容量を減らすことができる。

図８にルールによるバウンダリメッシュ圧縮部のフローチャートを示す。バウンダリメッシュを入力データとして読込み（ステップ801、以下S801と称す）、バウンダリメッシュに最も短い辺を基準要素辺として抽出する（S802）。基準要素辺と繋げると正三角形に近くなる節点の座標を計算し、三次元の場合は求められた座標値は円形になる（S803）。バウンダリメッシュに、求めた座標値に最も近い節点を探し（S804）、基準要素辺と繋いで三角形メッシュを生成し、解析データに存在するかどうかを判断する（S805）。解析データに存在する場合は、ルールによる復元できると判断し、該当する三角形メッシュを削除する(S807)。存在しない場合は、ルールによる生成ができないので、そのまま記録する(S806)。新たに生成された三角形の辺を次の基準辺として使用する（S808）。出力データはS806より記録された三角形情報である。最終的には、復元できないメッシュが残ることになるが、これのみを転送することで、転送するデータサイズを低減できる。

図１０に本発明のルールによるバウンダリメッシュ圧縮部に関わる操作画面を説明する。読込部より読込んだ解析データの球状パターンを全て抽出して、バウンダリメッシュ抽出部にて球状パターンからバウンダリメッシュを抽出する。「ルールによる圧縮」ボタンを押すと、ルールによりバウンダリメッシュを圧縮し、圧縮前のバウンダリメッシュと圧縮後の圧縮メッシュと並べながら表示し、圧縮率を表示する。
(6)データ保存部210
データ保存部は、データフォーマット変換よるバウンダリメッシュ圧縮部207、ルールによるバウンダリメッシュ圧縮部208で圧縮した解析データを記憶装置に保存する。
２．復元装置について
(1) データフォーマット変換よる復元部213
データフォーマット変換よる復元部213は、入力データはデータフォーマット変換よるバウンダリメッシュ圧縮部207より圧縮された解析データであり、前記圧縮手法の逆手法で復元する。出力データは、圧縮装置側の解析データ記憶部に保存する解析データと同じ節点情報と接続情報を有する解析データとなる。先ずは圧縮されたバウンダリメッシュを復元する。一行の数字の最後のＩＤは共有ＩＤである為、その前のＩＤから隣のＩＤを抽出し、共有ＩＤ（最後のＩＤ）と組んで、３角形に復元する（図５に示す復元プロセス）。例えば、図５に示すように、圧縮後のフォーマットに一行の数字が７個あり、図５の復元プロセスのように３角形の形へ展開すると、具体的なフォーマットは以下の通りである。
ID11 ID12 ID13 ID1４ ID15 ID16 ID17
=＞
ID11 ID12 ID17
ID12 ID13 ID17
ID13 ID1４ ID17
ID1４ ID15 ID17
ID15 ID16 ID17
ID16 ID11 ID17

続いて、展開された全ての３角形に球状４面体群の共有頂点と組み合わせて、４面体メッシュに復元する。具体的なフォーマットは以下の通りである。
ID11 ID12 ID17 IDo
ID12 ID13 ID17 IDo
ID13 ID1４ ID17 IDo
ID1４ ID15 ID17 IDo
ID15 ID16 ID17 IDo
ID16 ID11 ID17 IDo

圧縮された４面体データを復元すると、フォーマットは以下となる。

復元した解析データは、解析データ記憶部214に登録する。
(2) ルールによる復元部212
ルールによる復元部212の入力データは、ルールによるバウンダリメッシュ圧縮部207より圧縮された解析データであり、前記圧縮手法の逆手法で復元する。出力データは、圧縮装置側の解析データ記憶部に保存する解析データと同じ節点情報と接続情報を有する解析データとなる。

復元した解析データは、解析データ記憶部214に登録する。

以上のように、本システムは、解析データのデータサイズを削減する圧縮部と、これを圧縮前の状態に復元する復元部を備えるため、データ転送時間の短縮、データ保存エリアの削減などの効果がある。

なお、本実施例では四面体メッシュデータの圧縮について説明したが、六面体メッシュ、四角形メッシュ、三角形メッシュなど、他のタイプのメッシュからなる解析データについても同様の方法で、データサイズを削減できる。

１０１解析データ圧縮部
１０２送信システム
１０３解析データ復元部
１０４受信システム
２０１共有頂点
２０２共有頂点を含む四面体群
３０７データフォーマット変換によるバウンダリメッシュ圧縮部
３０８ルールによるバウンダリメッシュ圧縮部
７０５差分メッシュ

Claims

解析データを読込む解析データ読み込み部と、
前記読み込んだ解析データを表示する解析データ表示部と、
前記読み込んだ解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出したバウンダリメッシュを表示するバウンダリメッシュ表示部と、
前記抽出したバウンダリメッシュを圧縮するバウンダリメッシュ圧縮部と、
前記バウンダリメッシュ圧縮部により圧縮された解析データを送信する解析データ送信部と、
前記送信された解析データを復元する解析データの復元部と、
送信された解析データを前記受信部へ転送するネットワークを備えたことを特徴とする解析データの送受信システム。
請求項１の解析データの送受信システムにおいて
前記解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出することを特徴とする解析データの送受信システム。
請求項１の解析データの送受信システムにおいて、ルールにより復元できるメッシュを削除し、復元できないメッシュのみ転送することで、転送ファイルのサイズを低減することを特徴とする解析データの送受信システム。
請求項１から請求項３のうちのいずれかの解析データの送受信システムにおいて、
メッシュのデータフォーマットを変更することでメッシュデータのサイズを低減することを特徴とする解析データの送受信システム。
請求項３の解析データの送受信システムにおいて、
ルールにより生成された解析データと、受信した解析データと結合することで、圧縮された解析データを復元することを特徴とする解析データの送受信システム。
解析データを読込む解析データ読み込み部と、
前記読み込んだ解析データを表示する解析データ表示部と、
前記読み込んだ解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出したバウンダリメッシュを表示するバウンダリメッシュ表示部と、
前記抽出したバウンダリメッシュを圧縮するバウンダリメッシュ圧縮部と、
前記バウンダリメッシュ圧縮部により圧縮された解析データを保存する解析データの保存部を備えたことを特徴とする
解析データの保存システム。
請求項６の解析データの保存システムにおいて、
前記解析データから共有頂点を有するメッシュ群のバウンダリメッシュを抽出することを特徴とする解析データの保存システム。
請求項６の解析データの保存システムにおいて、
ルールにより復元できるメッシュを削除し、復元できないメッシュのみ転送することで、転送ファイルのサイズを低減することを特徴とする解析データの保存システム。
請求項６から請求項８のうちのいずれかの解析データの保存システムにおいて、
メッシュのデータフォーマットを変更することでメッシュデータのサイズを低減することを特徴とする解析データの保存システム。