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補間処理方法、および補間処理装置 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P110004937
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2009-539033
登録番号 特許第5218993号
出願日 平成20年10月24日(2008.10.24)
登録日 平成25年3月15日(2013.3.15)
国際出願番号 JP2008069306
国際公開番号 WO2009057517
国際出願日 平成20年10月24日(2008.10.24)
国際公開日 平成21年5月7日(2009.5.7)
優先権データ
  • 特願2007-282122 (2007.10.30) JP
発明者
  • 前川 卓
  • 呉服 秀一
  • 田村 重文
出願人
  • 国立大学法人横浜国立大学
発明の名称 補間処理方法、および補間処理装置 コモンズ 外国出願あり
発明の概要

補間処理は、B-Spline曲線・曲面や細分割曲面等の制御点で表される曲線・曲面を用いて補間点を補間する際に、点群を構成する補間点の位置情報と、各補間点に設定された単位方向ベクトルのベクトル情報を用いて、制御点を移動させる移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルの移動方向に移動量だけ制御点を移動させる。補間点を補間する曲線・曲面の生成と制御点の移動の工程を繰り返すことによって、曲線・曲面を点群の位置および単位方向ベクトルについてフィッティングさせる新たな制御点位置を求める。点群の位置情報と法線情報を用いた補間処理において、制御点の増加を抑制して処理データのデータ量を低減し、また、接線ベクトルの大きさの指定を不要とする。

従来技術、競合技術の概要


自由曲面は、船、自動車、飛行機等、様々な工業製品のボディに用いられており、機能性と美しさの両方を兼ね備えるものであり、家庭電気製品や多くの消費材の外観など意匠的に美しい形状のデザイン設計に用いられる。



近年、3Dレーザスキャナによって高密度の点群データを高速かつ容易に収集することができるようになり、物体形状を高精度で測定できることが可能と成っている。例えば、3Dモデリングの分野においては、デザイナが手作業で作成したモックアップモデルを3Dレーザスキャナで計測し、コンピュータに取り込んだ点群データやポリゴンデータをもとに製品として生産するために必要な曲面データなどのCADデータを作成していくという、いわゆる形状のリバースエンジニアリングの手法が行われている。



一般に、3DモデルはポリゴンモデルまたはNURBSやB-Splineなどの曲面パッチによりコンピュータ上で表現される。



CAD/CAMにおいて点群の位置情報からB-Spline、NURBS、細分割等の曲線・曲面曲を補間・近似する方法が知られている(非特許文献1、特許文献1)。この補間・近似において、各点の位置情報に加えて法線情報を付加することによって設計の自由度を上げ、オフセット曲線・曲面の近似精度を向上させることが可能である。

【非特許文献1】Les Piegel, Wayne Tiller “The NURBS Book”P373~P376 Springer-Verlag Berlin Heidenberg 1995 and 1997

【特許文献1】特開2004-192209号公報

産業上の利用分野


本発明は、点群データを補間・近似して曲線あるいは曲面を生成するフィッティング処理方法、フィッティング処理装置、およびこのフィッティング処理をCPUに実行させるプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
制御点を用いて表される曲線または曲面によって点群を補間する補間処理方法において、
前記点群は、補間点の位置情報と、当該補間点における法線方向または法線方向に対して所定の角度関係を有した方向のみの情報を有するベクトル情報とを有し、
前記補間処理は、制御点により定義される前記曲線あるいは前記曲面において、
前記補間点の位置情報に基づいて、補間点から前記曲線上または前記曲面上に下ろした垂線の足を第1の点として求める幾何アルゴリズムの演算を行う第一の補間工程と、
前記ベクトル情報に基づいて、補間点における法線ベクトルまたは法線方向に対して所定の角度関係を有したベクトルと垂直に交わる前記曲線の接線または前記曲面の接平面との接点を第2の点として求める幾何アルゴリズムの演算を行う第二の補間工程と、
前記第1の点から前記補間点に向かうベクトル、前記第2の点から前記補間点に向かうベクトル、前記第2の点から前記第1の点に向かうベクトルを移動ベクトルとして求め、前記曲線または前記曲面を定義する制御点の位置を前記移動ベクトルから選択した何れか一つの移動ベクトルを用いて移動し、移動後の位置を新たな曲線または曲面の制御点の位置として定める幾何アルゴリズムの演算を行う第三の補間工程とを含み、
前記各補間工程を行う演算処理を、前記幾何アルゴリズムを組み込んだ演算手段において、前記位置情報、前記ベクトル情報、前記演算処理で得られるベクトルを用いて、記憶手段に記憶した前記幾何アルゴリズムの演算処理のプログラムをCPUに実行させることを特徴とする、補間処理方法。

【請求項2】
記憶手段に記憶した前記幾何アルゴリズムの演算処理のプログラムをCPUに実行させ
前記演算処理で得た制御点に基づいて新たな曲線又は曲面を求め、補間点と求めた曲線又は曲面との距離としきい値とを比較し、前記距離がしきい値を満たす、又はしきい値よりも小さくなるまで、前記第一の補間工程と第二の補間工程と第三の補間工程を繰り返すことを特徴とする、請求項に記載の補間処理方法。

【請求項3】
記憶手段に記憶した前記幾何アルゴリズムの演算処理のプログラムをCPUに実行させ
前記演算処理で得た制御点に基づいて新たな曲線又は曲面を求め、各補間点に設定された補間点における法線ベクトルまたは法線方向に対して所定の角度関係を有したベクトルと、前記第一の補間工程で求めた垂線の足となる第1の点における曲線または曲面の法線ベクトルとの角度差としきい値とを比較し、前記角度差がしきい値を満たす、又はしきい値よりも小さくなるまで、前記第一の補間工程と第二の補間工程と第三の補間工程を繰り返すことを特徴とする、請求項に記載の補間処理方法。

【請求項4】
前記憶手段に記憶した前記幾何アルゴリズムの演算処理のプログラムをCPUに実行させ
第1回目に行う第一の補間工程、第二の補間工程及び第三の補間工程において、
前記点群の補間点を初期制御点とし、前記各幾何アルゴリズムの演算を行い、
第2回目以降に行う第一の補間工程、第二の補間工程及び第三の補間工程において、
補間工程で得た制御点の位置を新たな制御点の位置とし、前記幾何アルゴリズムの演算を行うことを特徴とする、請求項1から請求項のいずれか一つに記載の補間処理方法。

【請求項5】
前記曲線はB-Spline曲線であり、前記曲面はB-Spline曲面あるいは細分割曲面であることを特徴とする、請求項1から請求項のいずれか一つに記載の補間処理方法。

【請求項6】
制御点を用いて表される曲線または曲面によって点群を補間する補間処理装置において、
前記点群は、補間点の位置情報と、当該補間点において法線方向または法線方向に対して所定の角度関係を有した方向のみの情報を有するベクトル情報とを有し、
制御点により定義される前記曲線あるいは前記曲面において、
前記補間点の位置情報に基づいて、補間点から曲線上または曲面上に下ろした垂線の足を第1の点として求める幾何アルゴリズムによって第一の補間工程を行う第一の幾何演算手段と、
前記ベクトル情報に基づいて、補間点における法線ベクトルまたは法線方向に対して所定の角度関係を有したベクトルと垂直に交わる前記曲線の接線または前記曲面の接平面との接点を第2の点として求める幾何アルゴリズムによって第二の補間工程を行う第二の幾何演算手段と、
前記第1の点から前記補間点に向かうベクトル、前記第2の点から前記補間点に向かうベクトル、前記第2の点から前記第1の点に向かうベクトルを移動ベクトルとして求め、曲線または曲面を定義する制御点の位置を前記何れか一つの移動ベクトルを用いて移動し、移動後の位置を新たな曲線または曲面の制御点の位置として定める幾何アルゴリズムによって第三の補間工程を行う第三の幾何演算手段とを備え、
前記第一の幾何演算手段、第二の幾何演算手段及び第三の幾何演算手段は、各幾何アルゴリズムをソフトウェアで実行するためのCPU及び記憶装置、又は各幾何アルゴリズムをハードウエアで実行するための回路を備えることを特徴とする、補間処理装置。

【請求項7】
前記演算処理で得た制御点に基づいて曲線又は曲面を求め、補間点と前記求めた曲線又は曲面との距離としきい値とを比較する比較手段と、
前記比較結果に基づいて、前記距離がしきい値を満たす、又はしきい値よりも小さくなるまで、前記第一の幾何演算手段と第二の幾何演算手段と第三の幾何演算手段とを繰り返して行わせるプログラム又は回路構成を有した制御手段を備えることを特徴とする、請求項に記載の補間処理装置。

【請求項8】
前記演算処理で得た制御点に基づいて曲線又は曲面を求め、各補間点に与えた法線ベクトルと、前記求めた垂線の足となる点における曲線または曲面の法線ベクトルとの角度差としきい値とを比較する比較手段と、
前記角度差がしきい値を満たす、又はしきい値よりも小さくなるまで、前記第一の幾何演算手段と第二の幾何演算手段と第三の幾何演算手段を繰り返して行わせるプログラム又は回路構成を有した制御手段を備えることを特徴とする、請求項に記載の補間処理装置。

【請求項9】
前記第一の幾何演算手段、第二の幾何演算手段及び第三の幾何演算手段は、
第1回目に行う演算において、前記点群を初期制御点とし前記幾何アルゴリズムの演算を行い、
第2回目以降に行う演算において、前記第1回目の演算で得た制御点位置を新たな制御点位置とし、前記幾何アルゴリズムの演算を行うことを特徴とする、請求項から請求項のいずれか一つに記載された補間処理装置。

【請求項10】
前記曲線はB-Spline曲線であり、前記曲面はB-Spline曲面あるいは細分割曲面であることを特徴とする、請求項から請求項のいずれか一つに記載の補間処理装置。
産業区分
  • 計算機応用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009539033thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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