(57)【要約】【課題】複数の造形材料を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供する。【解決手段】この立体物造形用データ作成方法は、立体形成装置を用いて第１の材料及び第２の材料により立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法であって、造形対象となる立体物の画像に対して複数領域にラベリングを行うラベリング工程（ステップＳ４０３）と、ラベリング工程でラベリングした領域のポリゴンデータを生成する生成工程（ステップＳ４０４）と、生成工程において、ラベリングした複数の領域の間に隙間が発生したか否かを判定する判定工程（ステップＳ４０５）と、を有し、判定工程で前記隙間が発生したと判定された場合、生成工程では、隙間が発生した複数領域を含む領域に対して、第１の材料で造形するためのポリゴンデータを生成する（ステップＳ４０６）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体形成装置を用いて第１の材料及び第２の材料により立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法であって、
造形対象となる立体物の画像に対して複数領域にラベリングを行うラベリング工程と、
前記ラベリング工程でラベリングした領域のポリゴンデータを生成する生成工程と、
前記生成工程において、前記ラベリングした複数の領域の間に隙間が発生したか否かを判定する判定工程と、
を有し、
前記判定工程で前記隙間が発生したと判定された場合、前記生成工程では、前記隙間が発生した複数領域を含む領域に対して、前記第１の材料で造形するためのポリゴンデータを生成する
ことを特徴とする立体物造形用データ作成方法。
【請求項２】
前記ラベリング工程では、前記造形対象となる立体物の断面画像から生成されたボクセルデータに対してラベリングを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の立体物造形用データ作成方法。
【請求項３】
前記生成工程において、前記複数の領域のそれぞれに対して前記第１の材料および前記第２の材料を用いて造形するためのポリゴンデータが生成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の立体物造形用データ作成方法。
【請求項４】
前記第１の材料は、光透過性の樹脂であり、前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なる樹脂である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体物造形用データ作成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載した立体物造形用データ作成方法を用いて立体物を造形する立体形成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載した立体物造形用データ作成方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする立体形成装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物造形用データ作成方法に関し、特に光透過性樹脂及び非光透過性樹脂を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＴ画像等の画像データから、３Ｄプリンタ等の立体物形成装置を用いて立体物を造形することが行われている。例えば、特許文献１では、医療現場等で体内の骨格や内臓等を可視化するために透明樹脂を用いて多色で立体物を造形している。また、３Ｄプリンタで立体物を造形する際にはポリゴンデータが生成される。このポリゴンデータは、データ量が膨大になるため、例えば、特許文献２に示すようにデータの最適化が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２３９０３７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５８７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数種類の樹脂を用いて立体物を造形する場合、各種類の樹脂間に隙間が発生することがある。隙間が発生するとサポート材と呼ばれる立体物を造形するための樹脂とは異なる樹脂が用いられて立体物が造形される。この時、例えば、意図しない隙間が立体物の外側に発生した場合は、造形後に取り除くことができるが、該意図しない隙間が造形物の内部に発生した場合、後から取り除くことが困難である。従って、意図しない隙間が発生すると、立体物を造形する前にポリゴンデータを生成した際に発生する隙間を予め無くす必要がある。
【０００５】
特許文献１では、触感や質感等を実際の物を再現できるような３次元造形モデルを開示しているが、具体的なポリゴンデータをどのように処理するかについて開示していない。また、特許文献２では、ポリゴンデータの最適化を行っているが、これは、データ量が膨大になることを防ぐだけであって、隙間を無くすことは難しい。仮に、特許文献１に特許文献２を適用したとしても、この発生した隙間を埋めることは難しい。例えば、頭蓋骨の内部や動物の内蔵など、外側を透明などの光透過性樹脂で造形し、内部を複数色の樹脂で造形した立体物を観察する際に、隙間が発生する。そして、その隙間にサポート材が挿入されると、樹脂の形状、材質、色等が異なることから、観察者が違和感を覚えてしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、複数の造形材料を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ作成方法は、立体形成装置を用いて第１の材料及び第２の材料により立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法であって、造形対象となる立体物の画像に対して複数領域にラベリングを行うラベリング工程と、前記ラベリング工程でラベリングした領域のポリゴンデータを生成する生成工程と、前記生成工程において、前記ラベリングした複数の領域の間に隙間が発生したか否かを判定する判定工程と、を有し、前記判定工程で前記隙間が発生したと判定された場合、前記生成工程では、前記隙間が発生した複数領域を含む領域に対して、前記第１の材料で造形するためのポリゴンデータを生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の造形材料を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１に示す頭蓋骨の３Ｄ画像と、その断面を示す図である。
【図２】図１に示す頭蓋骨の骨部分を透明にした画像を示す図である。
【図３】立体物造形用データを作成する際の処理を示すフローチャートである。
【図４】ポリゴンデータを作成した際に発生した隙間の一例を示す図である。
【図５】隙間が発生した複数の領域を含む領域の一例を示す図である。
【図６】図６に示す領域を含んで造形した立体物の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ作成方法について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の立体物造形用データ作成方における好適な具体例であり、施術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載が無い限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。従って、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。また、本発明は、上述の実施形態の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体等を介してシステムや装置等に供給し、該システムや装置等のコンピュータにおけるプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
【００１１】
図１は、立体形状を造形する元となる哺乳類の頭蓋骨（化石）から生成された３Ｄ画像を示す図である。本実施形態では、骨（造形対象となる立体物）のＣＴ画像等の断面画像の画像データから、例えば、３Ｄプリンタ等の立体形成装置を用いて立体形状を造形するものとする。本実施形態では、立体物の造形材料として、第１の材料である光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）及び第２の材料である非光透過性樹脂（例えば、多色樹脂）を用いて頭蓋骨内部を観察することが可能な立体物を造形するものとする。つまり、頭蓋骨部分を、光透過性樹脂を用いて造形し、観察対象となる頭蓋骨内部を、非光透過性樹脂を用いて造形する。なお、第２の材料については、第１の材料である光透過性樹脂と異なる樹脂であれば光透過性の樹脂であってもよい。例えば、第１の材料が透明の樹脂であり、第２の材料が半透明の樹脂であっても、本発明を適用可能である。また、本実施形態では、第１の材料を透明樹脂などの光透過性樹脂、第２の材料を着色樹脂などの非光透過性樹脂を用いているが、これに限定することなく、第１の材料または第２の材料のいずれかが透明樹脂などの光透過性樹脂であればよい。
【００１２】
図１（Ａ）は、頭蓋骨全体の３Ｄ画像を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（Ｂ）に示すように、頭蓋骨には中空の空洞が存在している。頭部などの内部に空洞がある場合において、空洞部分がどのような形状であるか、３Ｄプリンタ等の立体形成装置を用いて再現することにより、その生態を知ることができる。そのため、例えば、内部構造を知るために空洞内部を複数の多色樹脂を用いて造形し、外側は、透明樹脂などの光透過性樹脂を用いて造形することで、内部構造を観察することができる。
【００１３】
図２は、図１に示す頭蓋骨の骨部分を透明にした画像を示す図である。図２（Ａ）のＢ部に示す箇所には、空洞が存在し、その空洞部分にラベリング、すなわち、エリアに応じて異なる色でラベリングされる。本実施形態では、頭蓋骨における空洞として、図２（Ｂ）に示すように、脳（エリア１１）、鼓室上洞（エリア１２）、内耳（エリア１３）をそれぞれ異なる色でラベリングをする。つまり、本実施形態では、図２に示すように、外側の頭蓋骨部分を透明樹脂などの光透過性樹脂で造形し、内部のエリア１１〜１３を多色樹脂などの非光透過性樹脂を用いて造形する。なお、本実施形態では頭蓋骨内部の空洞について説明しているが、これに限定することなく、物体の空洞を複数の異なる色でラベリングする場合に適用可能である。
【００１４】
ここで、図３は、ＣＴ画像等から、３Ｄプリンタ等の立体物形成装置で立体物を造形する際に使用されるデータ（本実施形態では、ポリゴンデータ）を作成する際の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４０１において、ＣＴ画像等の基となる画像データを取得する。次に、ステップＳ４０２において、ボクセルデータを生成、取得する。なお、本実施形態では、マーチングキューブ法（Ｍａｒｃｈｉｎｇ  ｃｕｂｅｓ）を用いてポリゴンデータを作成するものとするが、これに限定することなく、他の方法を用いてもよい。
【００１５】
次に、ステップＳ４０３において、取得したボクセルデータをラベリングする。本実施形態では、エリア１１〜１３の３領域をラベリングするが、これに限定することなく、２領域や４領域など２領域以上の複数の領域をラベリングしてもよい。次に、ステップＳ４０４において、ラベリングした領域について、ポリゴンデータを作成する。次に、ステップＳ４０５において、ポリゴン同士に隙間が発生したか否かを判定する。隙間が発生しない場合（Ｎｏ）、処理を終了し、隙間が発生する場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４０６に進み、複数領域を含む領域の作成をする。つまり、隙間が発生した複数領域を含む領域を１領域としてポリゴンデータを作成する。
【００１６】
図４は、ステップＳ４０４でポリゴンデータを作成した際に発生した隙間の一例を示す図である。本実施形態では、図４に示すように３領域間に隙間が発生する場合について説明する。しかしながら、これに限定することなく、２領域以上の複数領域間に隙間が発生する場合に適用可能である。
【００１７】
複数領域でポリゴンデータを作成した場合、図４に示すように、各領域が接する箇所に隙間が発生することがある。例えば、３Ｄプリンタなどの立体形成装置では、作成したポリゴンデータに基づいて、樹脂を積層することで立体物を造形する。積層する際に、複数の領域を含む所定の層において、隙間が発生すると、外側の透明樹脂等を用いて造形する領域と、内部の多色樹脂等を用いて造形するラベリングした領域と異なる樹脂（例えば、サポート材）が挿入されてしまう。これは、形状、材質、色等が異なる樹脂であるため、観察者が完成した造形物を観察する際に、違和感を覚えてしまう。立体物の外側にこのような隙間が発生する場合は、立体形状が形成された後に取り除くことができる。しかしながら、本実施形態のように、光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）の中に形成された場合は、取り除くことが困難である。
【００１８】
具体的には、本実施形態では、領域１１〜１３をラベリングした場合に、図４（Ａ）に示すように、隙間１４が発生する。図４（Ａ）に示すポリゴンデータから立体形状を造形すると、図４（Ｂ）に示すように、領域１１〜１３の間に隙間１４が発生する。この隙間１４に、サポート材が挿入されることで、取り除くことができず、適切な立体物を造形することが難しい。つまり、領域１１〜１３には、多色樹脂がラベリングの色に対応して積層されるが、隙間１４には外側の透明樹脂ともラベリング領域で用いられる多色樹脂とも異なるサポート材が用いられて積層されてしまう。
【００１９】
この隙間を埋めるために、例えば、解像度を上げてデータを生成する方法もあるが、この場合、データ量が多くなり、すなわちポリゴン数が増えてしまい、３Ｄプリンタ等で扱えるデータの限界を超えてしまい、所望の立体物を造形することが難しい。また、各領域の閉曲面ポリゴンを共通の境界面ごとに分解して再構築する方法もあるが、マーチングキューブ法による三角形構成の都合上、これ以上の分解が難しい。
【００２０】
そこで、本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、隙間１４が発生した複数領域（領域１１〜１３）を含む領域を設定する。つまり、ステップＳ４０６の処理で複数領域を含む領域としてポリゴンデータを作成し、当該領域を光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）で形成する領域としてポリゴンデータを作成する。本実施形態においては、頭蓋骨部分に相当する外側と同じ光透過性樹脂で造形する。
【００２１】
具体的には、本実施形態では、ステップＳ４０６において、図５（Ａ）に示すように、隙間１４が発生した領域１１〜１３を含む領域１５に対するポリゴンデータを作成する。そして、領図５（Ａ）に示すポリゴンデータから立体形状を造形すると、図５（Ｂ）に示すように、隙間１４が存在した箇所が領域１５となり、隙間１４が埋まることとなる。つまり、隙間１４が発生した層において、領域１１〜１３を含む領域１５を生成することで、その層のみが外側と同じ光透過性樹脂（透明樹脂）で造形されることで、サポート材が挿入されることなく立体形状が造形される。
【００２２】
図５に示すように、隙間が発生した複数領域を含む領域１５を外側と同じ光透過性樹脂で造形することで、図６に示すように、観察者が違和感なく空洞部分（領域１１〜１３）の立体形状を観察することが可能となる。
【００２３】
以上、本実施形態によれば、複数の造形材料（例えば、光透過性樹脂及び非光透過性樹脂）を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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