(57)【要約】      （修正有）【課題】マウスなどの二次元デバイス用いて、モデリングも切断画像生成も全て物体の切断面に対して行うことにより、モデリングの困難さを解決し、また、データ量の増大化を避けることを可能とした切断面画像生成装置を提供する。【解決手段】所定のアルゴリズムに基づいて二次元画像を演算してターゲットの二次元画像を生成するテクスチャ生成部を備え、内部構造を持たない三次元物体を切断したときに、切断面にテクスチャ生成部で生成したターゲット二次元画像を貼り付けることにより、切断面があたかも内部構造を持った三次元物体と表示することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体の切断面を生成する切断面画像生成装置であって、所定のアルゴリズムに基づいて二次元画像を演算してターゲット二次元画像を生成するテクスチャ生成部を備え、前記二次元画像演算の制御情報以外に内部構造を持たない三次元物体を切断したときに、当該切断面に前記テクスチャ生成部により生成したターゲット二次元画像を貼り付けることにより、当該切断面が、あたかも三次元物体が内部構造を持つかのように表示することを特徴とする切断面画像生成装置。
【請求項２】
前記所定のアルゴリズムによる演算は、入力二次元画像に類似した構造を持つが、制御情報に応じて入力二次元画像とは異なったサイズや方向を持つ二次元画像を出力することを特徴とする請求項１に記載の切断面画像生成装置。
【請求項３】
前記所定のアルゴリズムは、制御情報を必要としない一様テクスチャ生成手段と、断面上の各点での深さ値を制御情報として模様を生成する層状テクスチャ生成手段と、断面上の各点での繊維方向を制御情報として模様を生成する方向付きテクスチャ生成手段、のいずれか、または全てを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切断面画像生成装置。
【請求項４】
三次元モデルを入力するモデル入力部と、前記三次元モデルの切断面に貼り付ける二次元画像を入力する二次元画像入力部と、前記モデル入力部により入力された三次元モデルを所定の形状に切断する物体切断手段と、該物体切断手段により切断された三次元モデルの切断面において、三次元モデルの内部領域のうちで二次元画像を貼り付ける領域を選択する領域選択部と、切断された時の貼り付け方式を指定する対応関係セット部と、前記モデル入力部及び二次元画像入力部から入力された画像データ、および対応関係セット部に基づいて断面生成情報付三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と、該三次元モデル生成部の生成結果を出力する生成画像出力部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の切断面画像生成装置。
【請求項５】
前記領域選択部により前記二次元画像モデルの切断面中の特定領域を選択した場合、前記対応関係セット部によりセットする二次元の内部テクスチャが三次元的にどのような分布を持つかをユーザにフィードバックするためのリファレンスキューブを前記生成画像出力部に表示することを特徴とする請求項４に記載の切断面画像生成装置。
【請求項６】
前記層状テクスチャ生成手段は、前記リファレンスキューブの上面及び下面と前記断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、前記断面生成情報付三次元モデルの端縁部をクリックすることにより、該断面生成情報付三次元モデルの幾何形状を束縛条件として定義可能とすることを特徴とする請求項３に記載の切断面画像生成装置。
【請求項７】
前記層状テクスチャ生成手段は、前記リファレンスキューブの上面及び下面と前記断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、前記断面生成情報付三次元モデルの表面をドラッグすることにより、該断面生成情報付三次元モデルの線状の束縛条件を定義することを特徴とする請求項３又は６に記載の切断面画像生成装置。
【請求項８】
前記束縛条件を定義する場合、操作上連結して使われる断面生成情報付三次元モデルの表面を予め二次元画像モデルとして定義しておくことを特徴とする請求項６又は７に記載の切断面画像生成装置。
【請求項９】
前記方向付きテクスチャ生成手段は、前記二次元画像入力部により入力された二次元画像上の所定の領域が切り出され、該切り出された領域が前記リファレンスキューブに転送された後、該リファレンスキューブの縦方向にスイープすることを特徴とする請求項３に記載の切断面画像生成装置。
【請求項１０】
前記方向付きテクスチャ生成手段は、前記断面生成情報付三次元モデルの切断面をドラッグすることにより、該切断面の所定の部分に繊維方向を示す印を表示することを特徴とする請求項９に記載の切断面画像生成装置。
【請求項１１】
前記断面生成情報付三次元モデルの切断面をクリックすることにより、文字列のダイアログが表示され、該ダイアログから選択された文字列を前記切断面に表示可能としたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の切断面画像生成装置。
【請求項１２】
前記文字列を最初の二次元画像モデルの領域毎又は前記テクスチャのピクセル毎に設定可能としたことを特徴とする請求項１１に記載の切断面画像生成装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の切断面画像生成装置を制御するための切断面画像生成方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする切断面画像生成プログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の切断面画像生成プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断面画像生成装置に関し、さらに詳しくは、三次元コンピュータグラフィックスにおいて、物体の内部構造を生成、格納し、表示する切断面画像生成装置及び生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からボリュームモデリングに関する手法としては、関数プログラミングによるもの、及び三次元入力デバイス（三次元マウスやデータグローブ）を用いるシステムがある。また、マウスを用いるものとしでは、１９９５年にＷａｎｇらによるシステムが提案されている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】S. Wang and A. Kaufman, Symposium on Interactive 3D Graphics, ACM Press, April 1995, pp.151-156. Symposium on I3D
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、関数プログラミングによりモデリングする手法は、操作が複雑でユーザフレンドリーではなく、また三次元入力デバイスはコスト的に高価である。さらにＷａｎｇらの方法は、物体を削ってゆく換作を基本としており、やはり望みの内部構造をアクティブに作成することはできない。
また、データを保存する方法としては、三次元的なピクセルであるボクセル（二次元画像でのピクセルを三次元に拡張したもの）を用いる手法が多いが、データ量が非常に大きくなるといった欠点がある。また関数プログラミングによりモデリングされたものは関数の形のままで保持されることもある。この方法ではサイズが小さくなるが、元々関数プログラミングによりモデリングされた構造しか保持できないといった問題がある。
以上のように物体の内部構造を定義することは、扱う情報の次元が高いので非常に難しい。それをマウスなどの二次元デバイスにより行うとなればなおさら困難となる。
本発明は、かかる課題に鑑み、マウスなどの二次元デバイス用いて、モデリングも切断画像生成も全て物体の切断面に対して行うことにより、モデリングの困難さを解決し、また、データ量の増大化を避けることを可能とした切断面画像生成装置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】
【０００４】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、三次元物体の切断面を生成する切断面画像生成装置であって、所定のアルゴリズムに基づいて二次元画像を演算してターゲット二次元画像を生成するテクスチャ生成部を備え、前記二次元画像演算の制御情報以外に内部構造を持たない三次元物体を切断したときに、当該切断面に前記テクスチャ生成部により生成したターゲット二次元画像を貼り付けることにより、当該切断面が、あたかも三次元物体が内部構造を持つかのように表示することを特徴とする。
本発明は二次元のテクスチャ生成アルゴリズムを使って、三次元の内部構造があるかのように見せるところに特徴がある。そして切断面にはテクスチャ生成部により生成されたターゲット二次元画像を貼り付けることにより、三次元の内部構造があるかのように見せることができる。
請求項２は、前記所定のアルゴリズムによる演算は、入力二次元画像に類似した構造を持つが、制御情報に応じて入力二次元画像とは異なったサイズや方向を持つ二次元画像を出力することを特徴とする。
本発明のアルゴリズムは、切断面から生成した制御情報に応じて参照イメージを切断面に貼り付けるときに、入力二次元画像とは異なったサイズや方向を持つ二次元画像を出力するものである。
請求項３は、前記所定のアルゴリズムは、制御情報を必要としない一様テクスチャ生成手段と、断面上の各点での深さ値を制御情報として模様を生成する層状テクスチャ生成手段と、断面上の各点での繊維方向を制御情報として模様を生成する方向付きテクスチャ生成手段、のいずれか、または全てを備えていることを特徴とする。
本発明ではテクスチャの種類を３種類用意する。一番目は一様テクスチャと呼ばれるもので、断面生成情報付三次元モデルの如何なる方向から見ても同一の断面を生成するものである。従って、ユーザは二次元画像の所定の領域を選択するだけでよい。また二番目は層状テクスチャと呼ばれるもので、断面生成情報付三次元モデルの深さ方向の模様を生成するものである。また三番目は方向付きテクスチャと呼ばれるもので、リファレンスキューブの縦方向を繊維状にスイープすることにより、断面生成情報付三次元モデルに繊維状のモデリングを行うものである。このように３種類のテクスチャを断面生成情報付三次元モデルに適宜セットすることにより、二次元の切断画像から容易に三次元画像の内部を構成することができる。
【０００５】
請求項４は、三次元モデルを入力するモデル入力部と、前記三次元モデルの切断面に貼り付ける二次元画像を入力する二次元画像入力部と、前記モデル入力部により入力された三次元モデルを所定の形状に切断する物体切断手段と、該物体切断手段により切断された三次元モデルの切断面において、三次元モデルの内部領域のうちで二次元画像を貼り付ける領域を選択する領域選択部と、切断された時の貼り付け方式を指定する対応関係セット部と、前記モデル入力部及び二次元画像入力部から入力された画像データ、および対応関係セット部に基づいて断面生成情報付三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と、該三次元モデル生成部の生成結果を出力する生成画像出力部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の切断面画像生成装置の最も大きな特徴は、モデリングも切断面画像生成も全て切断面に対して行う点である。そしてその切断方法において、例えばマウス等の二次元デバイスを使用して切断を行う点も特徴的である。即ち、本発明では、モデル入力部から読み込まれた二次元画像モデルを、物体切断手段（マウス）によりフリーフォーム線を描いて切断する。そして各領域ごとにランダムな色づけされた断面を表示し、領域選択部によりその断面に対してテクスチャをセットしたい領域を選択する。それにより複数のテクスチャの種類がポップアップされる。そして希望するテクスチャを選択して二次元画像ファイルをドロップする。以下、対応関係セット部により選択したテクスチャに基づいて断面生成情報付三次元モデルを生成する。
請求項５は、前記領域選択部により前記二次元画像モデルの切断面中の特定領域を選択した場合、前記対応関係セット部によりセットする二次元の内部テクスチャが三次元的にどのような分布を持つかをユーザにフィードバックするためのリファレンスキューブを前記生成画像出力部に表示することを特徴とする。
ユーザが領域選択部により二次元画像モデルの切断面領域を選択した後、二次元の画像ファイルをエクスプローラなどからドラッグ／ドロップする。しかし、テクスチャの種類により設定するテクスチャが三次元的にどのような分布を持っているかが判然としない。そこで本発明では、三次元的な分布をユーザにフィードバックするために、リファレンスキューブと呼ばれる立方体の斜視図を表示して、二次元の内部テクスチャが三次元的にどのような分布を持つかをユーザにフィードバックするものである。
【０００６】
請求項６は、前記層状テクスチャ生成手段は、前記リファレンスキューブの上面及び下面と前記断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、前記断面生成情報付三次元モデルの端縁部をクリックすることにより、該断面生成情報付三次元モデルの幾何形状を束縛条件として定義可能とすることを特徴とする。
リファレンスキューブの上面及び下面と断面生成情報付三次元モデルの位置との対応をとる時に、断面生成情報付三次元モデルのへりをクリックし、これをもって断面生成情報付三次元モデルの表面の形状を束縛条件（リファレンスキューブの面に対応する曲面）として定義することができる。
請求項７は、前記層状テクスチャ生成手段は、前記リファレンスキューブの上面及び下面と前記断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、前記断面生成情報付三次元モデルの表面をドラッグすることにより、該断面生成情報付三次元モデルの線状の束縛条件を定義することを特徴とする。
また、予めどのような幾何形状が束縛条件となるのかポリゴンモデルとして定義する時に指定できるのは、面状の束縛条件だけではなく、クリックのかわりに断面生成情報付三次元モデルの表面上でドラッグすれば、線状の束縛条件が設定できる。
請求項８は、前記束縛条件を定義する場合、操作上連結して使われる断面生成情報付三次元モデルの表面を予め二次元画像モデルとして定義しておくことを特徴とする。
リファレンスキューブの上面及び下面と断面生成情報付三次元モデルの位置との対応をとる時に、断面生成情報付三次元モデルのへりをクリックし、これをもって断面生成情報付三次元モデルの表面の形状を束縛条件として定義したが、これは自動的になされるのではなく、あらかじめどのような幾何形状が束縛条件となるのか二次元画像モデルとして定義してある。
【０００７】
請求項９は、前記方向付きテクスチャ生成手段は、前記二次元画像入力部により入力された二次元画像上の所定の領域が切り出され、該切り出された領域が前記リファレンスキューブに転送された後、該リファレンスキューブの縦方向にスイープすることを特徴とする。
方向付きテクスチャは、繊維状のものをモデリングするのに適したテクスチャである。これを定義するには、まず一様テクスチャと同じように、二次元画像上でラバーバンドにより長方形領域を切り出す。切り出された領域はリファレンスキューブの上面に転送され、縦方向にスイープされる。
請求項１０は、前記方向付きテクスチャ生成手段は、前記断面生成情報付三次元モデルの切断面をドラッグすることにより、該切断面の所定の部分に繊維方向を示す印を表示することを特徴とする。
切り出された領域はリファレンスキューブの上面に転送され、縦方向にスイープされると、次に三次元物体の断面上でドラッグを行うことにより、繊維方向を示す印を描く（例えば矢印）。この矢印はリファレンスキューブで言うところの縦方向、言い換えれば繊維方向を示す。
請求項１１は、前記断面生成情報付三次元モデルの切断面をクリックすることにより、文字列のダイアログが表示され、該ダイアログから選択された文字列を前記切断面に表示可能としたことを特徴とする。
切断面をクリックすると文字列入力ダイアログが現れるので、適当な文字列を入力することにより、その領域に文字列がアタッチされる。一度設定すれば、あとで違う角度から切断しても、適当な位置に文字列が表示される。
請求項１２は、前記文字列を最初の二次元画像モデルの領域毎又は前記テクスチャのピクセル毎に設定可能としたことを特徴とする。
文字列は、最初の二次元画像モデルの領域ごとに設定できる。また、テクスチャのピクセルごとに設定することも技術的には可能である。
請求項１３は、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の切断面画像生成装置を制御するための切断面画像生成方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする。
請求項１４は、請求項１３に記載の切断面画像生成プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、二次元画像の物体を切断したときに、この切断面にターゲット二次元画像を貼り付けることにより、この切断面が三次元の内部構造があるかのように見せることができるので、モデリングの困難さを解決し、また、データ量の増大化を避けることができる。
また請求項２では、所定のアルゴリズムによる演算は、入力二次元画像に類似した構造を持つが、制御情報に応じて入力二次元画像とは異なったサイズや方向を持つ二次元画像を出力するので、出力された二次元画像が三次元の内部構造があるかのように見せることができる。
また請求項３では、対応関係セット部は、一様テクスチャ生成手段、層状テクスチャ生成手段、及び方向付テクスチャ生成手段を備えているので、断面生成情報付三次元モデルの断面に対して最適なテクスチャをセットすることができる。
また請求項４では、モデル入力部、二次元画像入力部、物体切断手段、領域選択部、対応関係セット部、三次元モデル生成部、及び生成画像出力部とを備えたので、マウスなどの二次元デバイス用いて、モデリングも切断画像生成も全て物体の切断面に対して行うことにより、モデリングの困難さを解決し、また、データ量の増大化を避けることができる。
また請求項５では、領域選択部により入力された二次元画像モデルの切断面領域を選択した場合、その領域にセットする二次元の内部テクスチャが三次元的にどのような分布を持つかをユーザにフィードバックするためにリファレンスキューブと呼ばれる立方体の画像を生成画像出力部に表示するので、ユーザはそのリファレンスキューブを見ながら三次元の分布状態を確認することができる。
また請求項６では、層状テクスチャ生成手段は、リファレンスキューブの上面及び下面と断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、断面生成情報付三次元モデルの端縁部をクリックすることにより幾何形状の形状を束縛条件として定義することができるので、曖昧な束縛条件を明確にすることができる。
また請求項７では、層状テクスチャ生成手段は、リファレンスキューブの上面及び下面と断面生成情報付三次元モデルの位置とを対応付ける場合、断面生成情報付三次元モデルの表面をドラッグすることにより、線状の束縛条件として定義することができるので、線形状に変形した断面生成情報付三次元モデルとして生成することができる。
また請求項８では、束縛条件を定義する場合、操作上連結して使われる断面生成情報付三次元モデルの表面を予めポリゴンモデルとして定義しておくので、曖昧な束縛条件を明確にすることができる。
【０００９】
また請求項９では、方向付テクスチャ生成手段は、二次元画像入力部により入力された二次元画像上で所定の領域を切り出された領域がリファレンスキューブに転送されて縦方向にスイープするので、繊維形状を事前に知ることができる。
また請求項１０では、方向付テクスチャ生成手段は、断面生成情報付三次元モデルの切断面をドラッグすると、この切断面の所定の部分に繊維方向を示す印が表示されるので、断面生成情報付三次元モデルの繊維方向を明確に知ることができる。
また請求項１１では、断面生成情報付三次元モデルの切断面をクリックすることにより、文字列のダイアログが表示され、このダイアログから文字列を選択して切断面に表示できるので、切断面を構成する各領域の名称を明確にすることができる。
また請求項１２では、文字列を最初の二次元画像モデルの領域毎又はテクスチャのピクセル毎に設定できるので、更に詳細に各領域の名称を明確にすることができる。
また請求項１３では、本発明の三次元モデル生成方法をコンピュータが制御可能なＯＳに従ってプログラミングすることにより、そのＯＳを備えたコンピュータであれば同じ処理方法により制御することができる。
また請求項１４では、三次元モデル生成プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録媒体に記録することにより、この記録媒体を持ち運ぶことが可能となり、コンピュータがあれば何処でもプログラムを稼動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る切断面画像生成装置の機能ブロック図である。この切断面画像生成装置１００は、基本構成としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０により構成され、その制御はＰＣ１０が有するメモリに格納されたプログラムに従って制御される。そしてＰＣ１０は、内部が一つ以上の領域からなる閉じたポリゴンモデルを入力するポリゴンモデル入力部１と、三次元モデルに貼り付けるための内部テクスチャを含んだ二次元画像を入力する二次元画像入力部２と、ポリゴンモデル入力部１により入力されたポリゴンモデルを所定の線形状に沿って切断する物体切断手段３と、この物体切断手段３により切断されたポリゴンモデルの切断面に対して内部テクスチャをセットすべき領域を選択する領域選択部４と、切断された時の貼り付け方式を指定する対応関係セット部５と、ポリゴンモデル入力部１及び二次元画像入力部２から入力された画像データに基づいて三次元モデルを生成する三次元モデル生成部６と、この三次元モデル生成部６の生成結果を出力するカラーモニタ（生成画像出力部）７と、二次元情報を指示するマウス８と、本装置に対して入力情報を入力するキーボード９とを備えて構成される。尚、物体切断手段３によりポリゴンモデルを所定の線形状に沿って切断する場合、マウス８により行う。また領域選択部４によりポリゴンモデルの切断面に対して内部テクスチャをセットすべき領域を選択する場合もマウス８による二次元デバイスを使用して行う。このように本発明では、ポリゴンモデル入力部１、二次元画像入力部２、物体切断手段３、領域選択部４、対応関係セット部５、三次元モデル生成部６、及び生成画像出力部７とを備えたので、マウス８などの二次元デバイス用いて、モデリングも切断画像生成も全て物体の切断面に対して行うことにより、モデリングの困難さを解決し、また、データ量の増大化を避けることができる。
【００１１】
図２は本発明に係る切断面画像生成装置の概略動作を説明するための一例を示す図である。符号１０の画像はポリゴンモデル入力部１により読み込まれたポリゴンモデル１１を、物体切断手段３によりマウス８を使用してフリーフォーム線１２で切断している画像である。その結果、符号１３の画像のように、領域ごとにランダムに色づけされた断面１４が表示される（実際はカラーモニタ７により色づけされる）。次にテクスチャをセットしたい領域を選択して、ポップアップされた複数のテクスチャを選択する。次に二次元画像入力部２から入力した画像１６、１７、１８を参照しながら選択されたテクスチャによる操作で符号１９の三次元モデルを生成する。即ち、画像１６は骨の内部の画像としてセットされ、画像１７は骨の表面に近い画像としてセットされ、画像１８は肉の内部の画像としてセットされる。
即ち、図２右の１８の部分を生成するのに用いた入力画像は、図２左の１８の部分の画像である。どちらも二次元画像であるが、大局的には大きさも方向も異なる。しかし、どちらも肉の画像であって、右の１８の各ピクセルの色は、全て左の１８の肉の画像からコピーされてきたものである。この貼りつけには、図２左の１４の部分の画像が制御情報として用いられている。
このように本発明の最も特徴的な点は、モデリングも切断面画像生成も、全て物体の切断面に対して行うというところにある。モデリングの面から見れば、扱う対象が二次元の断面なので、奥行き方向の自由度の欠如を意識することなくモデリングが可能である。また、データ格納の面から言えば、内部構造が「二次元的な」情報で表されているので、データ量が必然的に小さくなる。さらに、生成される画像の面から言えば、通常手描きで物体断面などを描く時には、構造がわかりやすいように恣意的に構造をわかりやすく描くことが多く、これは実際にボリュームを生成してしまうとこのような切断面は現れないことがある。しかし、データとして保持している断面画像を処理して表示すれば、そのような効果も表規することができる。例えば、図３のようなイラスト（葉の断面）の場合、各細胞２０を見ると全ての細胞の核２１が見えていることが分る。もし実際の葉を切断したとすると、細胞を少しだけ削るような切り方をしたり、ちょうど細胞の隙間を切ったりすることもあるはずである。しかしそのような断面では、それが細胞であると認識することは難しいため、恣意的に描くわけである。
【００１２】
図４は本発明に係る切断面画像生成装置の概略動作を説明するためのフローチャートである。ポリゴンモデル入力部１により読み込まれたポリゴンモデルを、物体切断手段３によりマウス８を使用してフリーフォーム線１２で切断する（Ｓ１）。その結果、領域ごとにランダムに色づけされた断面を表示する（Ｓ２）。次にその断面に対してテクスチャをセットしたい領域を選択する（Ｓ３）。その結果、テクスチャの種類を選択させるためにダイアログがポップアップされる（Ｓ４）。そしてポップアップされた複数のテクスチャから任意のテクスチャを選択する（Ｓ５）。次に二次元画像入力部２から二次元画像ファイルをドロップし（Ｓ６）、入力した画像を参照しながら選択されたテクスチャによる操作を行い（Ｓ７）、三次元モデルを生成する（Ｓ８）。
以上のように、本実施形態に係る切断面画像生成装置の入力となるのは、区分けされたポリゴンモデルである。「区分けされた」というのは、内部が一つ以上の複数の領域からなる閉じたポリゴンモデルのことである。各内部領域も同じく閉じていなくてはならない。この各領域ごとに、内部テクスチャを設定することになる。もう一つの入力は、物体に貼りつけたい内部テクスチャを含んだ二次元画像である。
【００１３】
次に図５、図６を参照して本発明に係る切断面画像生成装置のモデリング操作の実際について説明する。図５（ａ）は区分けされたポリゴンモデルの一例を示す図である。この例では骨付きの肉片に対して、内部が一つ以上の複数の領域からなる閉じたポリゴンモデルの集合として表されている。図５（ｂ）は三次元モデルに貼り付ける二次元画像を表す一例である。図５（ｂ）（Ａ）は肉片であり、図５（ｂ）（Ｂ）は骨を切断した時の内部を表す図である。モデリング操作の基本的な流れは、物体の切断→領域の選択→テクスチャのセットである。このうち、テクスチャのセット方法は、テクスチャの種類によって異なるので詳細は後述する。それ以外の共通操作について図６を参照して説明する。まず、図６（ａ）のように読みこまれた物体２６を、フリーフォーム線２５をマウス８を使用して左ドラッグにより描くことにより切断する。すると図６（ｂ）のように、領域ごとにランダムな色づけをされた断面２７、２８が現れる。この図では断面２７の表層面を２７ａ、内層部を２７ｂ、中心層を２７ｃとして表している。断面２８は断面２７と同様であるので説明を省略する。次に、図６（ｃ）のようにマウス８をテクスチャをセットしたい領域２７ｃ（この例では中心層）に移動して左クリックすると、テクスチャの種類を選択させるダイアログ２９がポップアップされる。この例では一様テクスチャ（Isotropic texture）３０、層状テクスチャ（Layered texture）３１、方向つきテクスチャ（oriented texture）３２の３種類がポップアップされる（詳細は後述する）。そしてユーザが好みのテクスチャの種類（この例ではIsotropic texture３０）を選ぶと、図６（ｄ）のように画面左側にペイン３５が新しく作られ、画像ファイルをドロップするよう促される（Drop Image Here!）。尚、立方体３６はリファレンスキューブ（Reference Cube）と名付けられており、ユーザが設定する二次元のテクスチャが、三次元的にはどのような分布を持つかをユーザにフィードバックするための画像である。ここでユーザは図５（ｂ）に示す二次元画像ファイルを、エクスプローラなどからドラッグ／ドロップする。すると、図６（ｅ）のようにドラッグ／ドロップした二次元画像３７がペイン３５の位置に表示される。この後の操作はテクスチャの種類によって異なる。このように３種類のテクスチャを三次元モデルに適宜セットすることにより、二次元の切断画像から容易に三次元画像の内部を構成することができる。
【００１４】
次に、各テクスチャごとにフローチャートに基づいて動作の詳細を説明する。図７は一様テクスチャ（Isotropic texture）の動作フローチャートである。図１０を参照して説明する。一様テクスチャ３０は、どの方向から見ても同じような断面を出力するものである。この種のテクスチャを定義するには、ユーザはドロップされた画像の上で、左ドラッグによって領域を選択するだけでよい。即ち、ペイン３５にドロップされた二次元画像４０上の領域４１を選択する。その結果、テクスチャはそのまま三次元物体２７、２８に転送されて画像４２となる。
図８は層状テクスチャ（Layered texture）の動作フローチャートである。図１１〜図１３を参照して説明する。層状テクスチャ３１は、深さ方向を構成する模様である。この種のテクスチャの定義は二段階で行う。まず図１１（ａ）のように例えば肉の二次元画像４３をドロップし、図１１（ｂ）のようにドロップされた二次元画像上で二本の自由曲線４４、４５（実際には色のついた自由曲線）を描くと、それぞれの始点同士、終点同士を結んだ細い直線４７が描かれ、内部の領域４６がセレクトされる（Ｓ１５）。次に図１２（ａ）のようにリファレンスキューブ３６の上面５０と下面５３（二次元画像上の二本の線に対応する）と、三次元物体２７、２８の位置を対応づける（Ｓ１６）。対応付けの方法は以下に順を追って説明する。図１１のように、肉の画像がドロップされたとし、自由曲線４４、４５を順番に描くと、それぞれの始点同士、終点同士を結んだ細い直線４７が描かれ、内部の領域４６がセレクトされる。この領域情報から、リファレンスキューブ３６の表面５３が自動的に彩色される。
【００１５】
次に、リファレンスキューブ３６の上面５０、下面５３と、三次元物体２７、２８の位置との対応を指定する。これには図１２（ａ）のように、リファレンスキューブ３６の面５０をクリックしたのちに、図１２（ｂ）のペインで開かれている三次元物体２７、２８のへり５２をクリックすることにより行う。その結果、図１２（ｃ）のようにへり５２にリファレンスキューブ３６の上面５０がセットされて５１となる。上面の対応を設定したら、次に下面の設定も同様に行う。即ち、図１３（ａ）のように、リファレンスキューブ３６の面５３をクリックしたのちに、図１３（ｂ）のペインで開かれている三次元物体２７、２８のへり５４をクリックすることにより行う。その結果、図１３（ｃ）のようにへり５４にリファレンスキューブ３６の下面５３がセットされて５５となる。これで設定は完了となり、後は画面の端をクリックすれば、断面のテクスチャが計算される（Ｓ１７）。
【００１６】
図１４は断面のテクスチャが計算された結果を表す三次元物体の図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。即ち、切断面２７は順番に表層面からリファレンスキューブ３６の上面５０がセットされて５１となり、その次の層にはリファレンスキューブ３６の上面５０と下面５３にはさまれた中間層５６がセットされて５７となり、その次の層にはリファレンスキューブ３６の下面５３がセットされて５５となり、中心層には図１０の一様テクスチャによりセットされた二次元画像４０上の領域４１がセットされて４２となる。また切断面２８も切断面２７と同様にして生成される。
ここでリファレンスキューブの上面５０と下面５３（二次元画像上の二本の線に対応する）と、三次元物体２７、２８の位置を対応づける時に、三次元物体のへりをクリックし、これをもって肉の表面の形状を束縛条件（リファレンスキューブの面に対応する曲面）として定義したが、これは自動的になされるのではなく、あらかじめどのような幾何形状が束縛条件となるのかポリゴンモデルとして定義してある。つまり、例えば図１５の場合において、図１５（ａ）の場合に矢印６０の部分がクリックされたとすると、丸みをおびた表面全体６１が束縛条件として使われると思ってほぼ間違いないが、図１５（ｂ）の時には、矢印６２の部分がクリックされたとすると、ユーザが束縛条件としてセットしたいのは左側の面６３だけかもしれないし、図１５（ａ）のように、面全体かもしれない。これは曖昧なので、あらかじめユーザが操作上連結として使われるサーフェスをポリゴンモデルとして定義しておく必要がある。
また、この時指定できるのは、面状の束縛条件だけではなく、クリックのかわりに表面上でドラッグすれば、線状の束縛条件が設定できる。その結果、図１６のように人参を例にとると、中間層５７の表面上でドラッグすることにより、線状の束縛条件が設定することができ、下面５５が線状となった形状が図１６のように間延びした図とすることもできる。
【００１７】
図９は方向つきテクスチャ（oriented texture）の動作フローチャートである。図１７、図１８を参照して説明する。方向つきテクスチャは、繊維状のものをモデリングするのに適したテクスチャである。これを定義するには、まず一様テクスチャと同じように、画像６５上でラバーバンドにより長方形領域６６を切り出す（Ｓ２１）。切り出された領域は、リファレンスキューブの上面６６に転送され、縦方向６７にスイープされる（Ｓ２２）。ユーザは次に、例えば図１８（ａ）のように三次元物体（この例では竹）の断面７０上で左ドラッグを行うことにより矢印７２を描く（Ｓ２３）。この矢印はリファレンスキューブで言うところの縦方向６７、言い換えれば繊維方向を示す。これで定義は完了で、あらゆる方向から切れるようになる（Ｓ２４）。その結果、図１８（ｂ）のように三次元物体を斜めに切断した場合に、切断面７３の符号６６の部分にリファレンスキューブの上面６６がセットされ、符号６７の部分にリファレンスキューブの縦方向６７がセットされる。
以上のように、一様テクスチャは、通常の二次元のテクスチャ合成を用いればよい。例えばＷｅｉらの次の手法がそのまま適用できる。
（参照文献）Wei, L-Y. and Levoy, M. 2000. Fast Texture Synthesis using Tree-structured Vector Quantization. In Proceedings of Siggraph 2000, 479-488
また、層状・方向付きテクスチャに関しては、ユーザによって指定される束縛条件、すなわち、層状テクスチャにおける面状の束縛条件と線状の束縛条件、および、方向付きテクスチャにおける矢印情報はいずれも、空間内の独立した点集合における束縛条件として扱っている。矢印情報はそもそも離散的に矢印を指定しているため空間内の独立した点ごとにベクトルが与えられている束縛条件であるが、層状テクスチャにおける面状や線状の束縛条件も、連続な面や線として表現されているわけではなく、離散的な点集合として近似して扱っている。そのような離散点での値を満たすように補間を行う必要がある。このための方法はいくつも存在するが、ＴｕｒｋらによるThin-plate spline補間アルゴリズムを用いた。
（参照文献）Turk, G. and O'Brien, J. F. 1999. Variational Implicit Surfaces. Technical Report GIT-GVU-99-15, Graphics, Visualization, and Useability Center. Georgia Institute of Technology.
また、オリジナルのアルゴリズムでは、空間内にばらまかれた各点におけるスカラー値を補間するような関数を出力する。層状テクスチャの制御情報は、スカラーの深さ値を出力するだけなのでこのアルゴリズムを直接用いることができる。方向付きテクスチャでは補間されるのはベクトル値である。この場合はｘ、ｙ、ｚの各成分ごとに独立にＴｕｒｋらのアルゴリズムを用い、最後に各要素をまとめて正規化（ベクトルの大きさを１にする）して出力すればよい。
【００１８】
図１９は切断領域に文字列を表示した一例を示す図である。切断面をクリックすると文字列入力ダイアログが現れる。その文字列の中から適当な文字列を入力すると、その領域に文字列がアタッチされる。例えば、切断面８０の領域８１に「腫瘍」の文字列を表示し、切断面８０の領域８２に「外壁」の文字列を表示し、切断面８０の領域８３に「内壁」の文字列を表示する。このように一度設定すれば、あとで違う角度から切断しても、適当な位置に文字列が表示される。文字列は、最初のポリゴンモデルの領域ごとに設定できる。また、テクスチャのピクセルごとに設定することも技術的には可能である。
【００１９】
次に各テクスチャをセットするためのアルゴリズムについて簡単に説明する。
一様テクスチャのアルゴリズムについて説明する。一様なテクスチャの断面画像を作成するのは簡単である。なぜなら、この種のテクスチャはどの方向から切っても同じ画像が出ることを前提としているため、断面上の領域を、単にサンプルとなる二次元画像で埋めてやればよい。これにはＷｅｉらのTexture synthesis手法[Wei2000]を用いているが、任意の画像リサイズアルゴリズムが使える。テクスチャシンセシスは図２０に示すように、ソースとなるテクスチャの特徴を維持したまま、それに適度にランダムネスを加えながら自由にリサイズすることを可能にする技術である。この技術の詳細な説明は省くが、要はターゲット画像９０のサイズに等しいノイズ画像（乱数により生成された各ピクセルにより生成される画像）を用意し、それに少しずつ元の画像のコピーを貼りつけていく手法である。貼りつける際にそのターゲットでの近傍を見て、ソース画像中で最も似ている部分から貼りつけるようにする。
ターゲット画像が元画像からのコピーで埋まってくると、ソース画像の大局的構造も反映されるようになる。[Wei00] Wei,L.Y. et al. “Fast Texture Synthesis using Tree-structured Vector Quantization”,Proc. SIGGRAPH 00 , 479-488,2000参照。
次に層状テクスチャのアルゴリズムについて説明する。層状テクスチャは、ユーザが指定した対応情報から任意の断面上での断面を作成する。まずユーザの対応情報から、ボリューム的な関数を作成する。ユーザは、断面の縁をクリックすることによって面状の対応領域を、断面をドラッグすることにより曲線状の対応領域を設定するが、システムはこれらを点列に変換し、上端と下端の位置を束縛条件として三次元的に補間を行う。例えば、上端として指定した点群の位置では１を返し、下端に指定した点群上では０を返すような、三次元関数を作る。そうしておいて、ユーザが物体を切断したら、この関数を断面上でサンプリングする。このサンプリング結果を断面での画像として表現するとすれば、この画像は各ピクセルが浮動小数の関数値を持つ、グレイスケール画像のようなものになる。この画像を用いて歪んだ座標系を定義し、ユーザが指定した二次元画像をその座標系の中でテクスチャシンセシスすることにより、断面画像を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る切断面画像生成装置の機能ブロック図。
【図２】本発明に係る切断面画像生成装置の概略動作を説明するための一例を示す図。
【図３】葉の切断面を恣意的に表現した図。
【図４】本発明に係る切断面画像生成装置の概略動作を説明するためのフローチャート。
【図５】（ａ）は区分けされたポリゴンモデルの一例を示す図、（ｂ）は三次元モデルに貼り付ける二次元画像を表す図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る切断面画像生成装置のモデリング操作の実際について説明する図。
【図７】本発明の一様テクスチャ（Isotropic texture）の動作フローチャート。
【図８】本発明の層状テクスチャ（Layered texture）の動作フローチャート。
【図９】本発明の方向つきテクスチャ（oriented texture）の動作フローチャート。
【図１０】（ａ）（ｂ）は本発明の一様テクスチャを説明する図。
【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明の層状テクスチャを説明する図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の層状テクスチャを説明する図。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の層状テクスチャを説明する図。
【図１４】断面のテクスチャが計算された結果を表す三次元物体の図。
【図１５】（ａ）（ｂ）は束縛条件を説明する図。
【図１６】線状の束縛条件を説明する図。
【図１７】方向つきテクスチャを説明する図。
【図１８】（ａ）（ｂ）は竹の断面を例にとって方向つきテクスチャを説明する図。
【図１９】切断領域に文字列を表示した一例を示す図。
【図２０】一様テクスチャのアルゴリズムについて説明する図。
【符号の説明】
【００２１】
１０  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、１  ポリゴンモデル入力部、２  二次元画像入力部、３  物体切断手段３、４  領域選択部、５  対応関係セット部、６  三次元モデル生成部、７  カラーモニタ、８  マウス、９  キーボード９、１００  切断面画像生成装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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