(57)【要約】【課題】立体物の凹凸を分かりやすくすることが可能な３次元データに変換することができる３次元データ処理装置、及び３次元データ処理方法を提供する。【解決手段】立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力部（１１）と、前記３次元データに示される形状の凹凸を強調する変形処理部（１４，２４）とを備える。【選択図】図１
2017091271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物の表面の形状を規定する複数の頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力部と、
前記３次元データによって示される形状の凹凸を強調する変形処理部と
を備えることを特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項２】
前記変形処理部は、前記凹凸の特定の周波数成分を選択して、凹凸を強調することを特徴とする請求項１に記載の３次元データ処理装置。
【請求項３】
前記変形処理部は、前記凹凸の大きさに応じて、凹凸を強調する度合いを調整することを特徴とする請求項１または２に記載の３次元データ処理装置。
【請求項４】
前記変形処理部は、前記凹凸の凹と凸とで、凹凸を強調する度合いを変えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の３次元データ処理装置。
【請求項５】
前記変形処理部によって前記凹凸が強調された３次元データに基づく新たな立体物を出力する出力部をさらに備え、
前記変形処理部は、前記新たな立体物の大きさ、及び前記新たな立体物の材料のいずれか一方または両方に応じて、凹凸を強調する度合いを調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元データ処理装置。
【請求項６】
立体物の表面の形状を規定する複数の頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力工程と、
前記３次元データによって示される形状の凹凸を強調する変形処理工程と
を含むことを特徴とする３次元データ処理方法。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の３次元データ処理装置としてコンピュータを機能させるための３次元データ処理プログラムであって、前記入力部、及び前記変形処理部としてコンピュータを機能させるための３次元データ処理プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元データ処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状の凹凸を強調する３次元データ処理装置、及び３次元データ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元ＣＡＤや３次元スキャナを用いて作成された３次元データに基づいて、３次元プリンタを用いて立体物を出力することができる。３次元データは点群やメッシュを用いて表わされ、例えば特許文献１では、オリジナルメッシュを変形する大規模メッシュ変形の方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７８１７６号公報（２０１２年９月１３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元プリンタから出力する前に、立体物を２次元に投影して得られる投影画像をディスプレイに表示し、立体物の形状が、３次元プリンタから出力したい形状であることを確認する作業が一般的に行われる。ここで、投影画像の作成時にシェーディング処理を行うと、立体物の凹凸が明確に分かる投影画像を得ることができる。
【０００５】
しかし、シェーディング処理が施された投影画像においては、比較的細かい凹凸も明確に分かった３次元データに基づいて３次元プリンタから立体物を出力すると、例えば立体物のサイズが小さい場合等において、立体物の凹凸がはっきりと分からなくなることがあった。
【０００６】
特許文献１に示される技術を用いると、３次元データの形状を大きく変形することが可能であり、比較的細かな凹凸をも変形前後で維持することができるが、凹凸の程度を制御することができなかった。
【０００７】
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、３次元データに基づいて３次元プリンタで立体物を出力した場合に、立体物の凹凸を分かりやすくすることが可能な３次元データに変換することができる３次元データ処理装置、及び３次元データ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る３次元データ処理装置は、立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力部と、前記３次元データに示される形状の凹凸を強調する変形処理部とを備える。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る３次元データ処理方法は、立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力工程と、前記３次元データに示される形状の凹凸を強調する変形処理工程とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、立体物の凹凸を分かりやすくすることが可能な３次元データに変換することができる３次元データ処理装置、及び３次元データ処理方法を提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る３次元データ処理装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態１に係る３次元データ処理装置の処理結果の例を示す図であり、（ａ）は処理を施す前の３次元データから得られた投影画像を示し、（ｂ）は処理を施した後の３次元データから得られた投影画像を示す。
【図３】実施形態１に係る３次元データ処理方法を示すフローチャートである。
【図４】実施形態２に係る３次元データ処理装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図面において同じ機能を有する部分については同じ符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
〔実施形態１〕
図１は、本実施形態に係る３次元データ処理装置１０を示すブロック図である。３次元データ処理装置１０は、入力部１１と、レンダリング処理部１２と、表示部１３と、変形処理部１４と、出力部１５とを有している。
【００１４】
入力部１１は、立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを３次元データ処理装置１０に入力し、レンダリング処理部１２、及び変形処理部１４へ出力する。入力される３次元データは、頂点の３次元の位置情報以外に、面やメッシュの情報、法線ベクトルの情報、輝度や色情報、アルファ情報等を含んでいてもよい。また、３次元データ処理装置１０に入力される３次元データは、どのように作成されたものであってもよく、例えば３次元ＣＡＤで作成されたものであってもよいし、３次元スキャナを用いて取得されたものであってもよい。
【００１５】
レンダリング処理部１２は、３次元データを投影して投影画像を作成する。その際に、光源を設定してライティングやシェーディングの効果を与えてもよい。表示部１３は、ディスプレイを備え、レンダリング処理部１２で作成された投影画像をディスプレイに表示する。ユーザは、表示部１３で表示された投影画像を見ることによって３次元データの示す３次元形状を知ることができる。しかし、３次元形状の確認が不要な場合は、レンダリング処理部１２において３次元データから投影画像を作成し、表示部１３において表示する処理を省略してもよい。
【００１６】
変形処理部１４は、凹凸成分抽出部１４１と、凹凸強調部１４２とを備え、３次元データが示す３次元形状の凹凸が強調されるように３次元形状を変形する、３次元データへの処理を施す。
【００１７】
凹凸成分抽出部１４１は、３次元データから凹凸の成分を抽出する。まず、３次元データへ平滑化を施し、凹凸が少ない滑らかな３次元形状の３次元データを作成する。平滑化は、例えば、Ｍｏｖｉｎｇ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ法や、バイラテラル型のフィルタを用いて行うことができる。次に、元（平滑前）の３次元データの各頂点について、平滑化後のデータとの位置の差分のベクトルを求め、これを凹凸成分データとする。なお、凹凸成分データの作成は、この例に限らず、３次元形状データに高域通過型のフィルタを用いて高域成分のベクトルを抽出するなど、他の方法で行ってもよい。
【００１８】
ここで、凹凸成分抽出部１４１が抽出する凹凸成分は、３次元プリンタから出力される立体物によって異なっていてもよい。例えば、立体物が小さい場合（例えば、立体物がピンポン玉大の人間の顔の造形物の場合）においては、比較的大きな凹凸（人の顔の造形物の場合、鼻、目の窪み等）を強調対象の凹凸成分として抽出し、強調する。一方で、立体物が大きい場合（例えば立体物が、原寸大の人間の顔の模倣物である場合）においては、比較的細かい凹凸（人間の顔の模倣物である場合、皺や毛穴等）を強調対象の凹凸成分として抽出してもよい。
【００１９】
凹凸強調部１４２は、凹凸成分抽出部１４１で作成した凹凸成分データを用いて、３次元データの凹凸の強調を行う。凹凸の強調は、次式のように、凹凸成分データの各頂点において、強調度ｃを掛け合わせ、それを元の３次元データの対応する頂点の座標に加えることによって行う。強調度ｃは予め定められた定数である。
【００２０】
【数１】
2017091271.tif 000003
【００２１】
ここで、（ｘ，ｙ，ｚ）は元の３次元データ内の頂点の位置、（ｘ′，ｙ′，ｚ′）は強調後の３次元データ内の頂点の位置、（ｕ，ｖ，ｗ）は凹凸成分データを示す。
【００２２】
変形処理部１４は、作成した強調後の３次元データを、レンダリング処理部１２と出力部１５に出力する。レンダリング処理部１２は、強調後の３次元データに基づいて投影画像を作成し、表示部１３に表示させる。ユーザは、表示部１３において表示された投影画像を見ることによって、強調後の３次元データによって形成される凹凸の程度を知ることができる。しかし、凹凸の程度を知ることが不要な場合は、レンダリング処理部１２において強調後の３次元データから投影画像を作成し、表示部１３において投影画像を表示する処理を省略してもよい。
【００２３】
出力部１５は、変形処理部１４において作成された強調後の３次元データを、３次元データ処理装置１０から出力する。出力された３次元データは、ハードディスク等の記憶装置に保存されてもよいし、３次元プリンタに出力され、立体物の作製に用いられてもよい。また、３次元プリンタは、出力部１５に含まれていてもよく、この場合、出力部１５から立体物が出力される。
【００２４】
図２に、処理結果の例を示す。図２の（ａ）は、僅かな凹凸のある球の各頂点の３次元データから得られた投影画像を示す。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に示された投影画像の３次元データに対して本実施形態の処理を施し、得られた強調後の３次元データの投影画像である。図２の（ｂ）においては、図２の（ａ）では分かりにくかった僅かな凹凸が強調されている。
【００２５】
次に、本実施形態の３次元データ処理装置１０が行う３次元データ処理方法の手順について図３を用いて説明する。
【００２６】
３次元データ処理装置１０においては、入力部１１が３次元データの入力を受け付けると（ステップＳ１：入力工程）、レンダリング処理部１２は、入力された３次元データの投影画像を作成し（ステップＳ２）、表示部１３は、作成された３次元データの投影画像を表示する（ステップＳ３）。そして、変形処理部１４は、入力された３次元データの凹凸を強調して強調後の３次元データを作成する（ステップＳ４：変形処理工程）。その後、レンダリング処理部１２は、強調後の３次元データの投影画像を作成し（ステップＳ５）、表示部１３は、作成された強調後の３次元データの投影画像を表示する（ステップＳ６）。最後に、出力部１５は、強調後の３次元データ、または３次元データに基づく立体物を出力する（ステップＳ７）。
【００２７】
変形例として、凹凸成分抽出部１４１は、凹凸成分に含まれる特定の空間周波数成分のみを抽出してもよい。空間周波数とは、凹凸の細かさを意味する。３次元データに平滑化を施す際に、特定の周波数領域を遮断域とする平滑化フィルタを用いることで、特定の空間周波数領域の凹凸成分を抽出することができる。なお、特定の空間周波数領域は、予めユーザによって定められているものとする。これにより、ユーザが必要とする凹凸成分だけを強調することが可能となる。
【００２８】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、強調度ｃの大きさを凹凸成分データの大きさに応じて調整してもよい。例えば、凹凸成分データが小さいほど、強調度ｃが大きくなるように設定する。これにより、比較的小さい凹凸を重点的に大きくすることができる。
【００２９】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、強調度ｃの大きさを３次元データにより作製される立体物の大きさに応じて調整してもよい。例えば、立体物が小さいほど、強調度ｃが大きくなるように設定する。これにより、３次元プリンタで出力した立体物が小さい場合でも、立体物の凹凸を大きくすることができる。
【００３０】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、強調度ｃの大きさを３次元プリンタで作製する立体物の材料に応じて調整してもよい。例えば、光沢のない材料の場合は、立体物の凹凸が見えにくいため強調度ｃを大きくする。
【００３１】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、強調度ｃの大きさを３次元プリンタの解像度に応じて調整してもよい。例えば、解像度の低い３次元プリンタを用いる場合は、凹凸が見えにくいため強調度ｃを大きくする。
【００３２】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、各頂点の強調度ｃの大きさを、各頂点の色成分に応じて調整してもよい。例えば、色成分が予め定めた特定の範囲にある場合だけ、強調度ｃが大きくなるように設定する。これにより、ユーザが必要とする特定の色成分の凹凸だけを強調することが可能となる。
【００３３】
また、別の変形例として、凹凸強調部１４２は、各頂点の強調度ｃの大きさを、隣接頂点間における各頂点の色成分の差分に応じて調整してもよい。例えば、隣接頂点間との色成分の差分が小さいほど、強調度ｃが大きくなるように設定する。これにより、色の変化が少ないために凹凸が知覚されにくい領域を重点的に強調することができる。
【００３４】
これらの変形例は、いずれか一つのみを用いてもよいし、任意の複数を同時に用いてもよい。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、３次元形状の所望の凹凸を強調することで、３次元データに基づく立体物を３次元プリンタで出力した場合に、立体物の凹凸が分かりやすい立体物を得ることが可能となる。
【００３６】
〔実施形態２〕
図４は、実施形態２に係る３次元データ処理装置の構成例を示すブロック図である。３次元データ処理装置２０は、入力部１１と、レンダリング処理部１２と、表示部１３と、変形処理部２４と、出力部１５とを有している。実施形態１と比較すると、変形処理部２４のみが異なり、他の構成は同じである。
【００３７】
変形処理部２４は、凹凸成分抽出部１４１と、凹凸判定部２４１と、凹凸強調部２４２を備える。変形処理部２４においては、まず、実施形態１と同様に、凹凸成分抽出部１４１において処理が行われる。
【００３８】
次に、凹凸判定部２４１は、凹凸成分が凹であるか凸であるかを判定する。まず、３次元データ内の各頂点の法線ベクトルを算出する。各頂点の法線ベクトルは、その頂点を囲む近傍の頂点によって作成される平面の法線ベクトルを算出することによって得られる。また、入力された３次元データに予め法線ベクトル情報が含まれている場合は、その法線ベクトルを用いてもよい。次に、各頂点において、凹凸成分抽出部１４１で得られた凹凸成分データと、法線ベクトルとの成す角度を求める。そして、その角度が９０度より大きい場合は凹凸成分が凹であると判定し、その角度が９０度より小さい場合は凹凸成分が凸であると判定する。判定した結果は、凹凸強調部２４２に渡す。
【００３９】
凹凸強調部２４２は、凹凸成分抽出部１４１で作成した凹凸成分データを用いて、凹凸の強調を行う。凹凸の強調は、実施形態１と同様に式（１）を用いて行うが、各頂点において、凹凸判定部２４１で判定した結果に応じて、強調度ｃの値を変える。例えば、凸に対して凹よりも強く強調するために、凸と判定した場合の強調度ｃの値を、凹と判定した場合の値よりも大きくする。逆に、凹に対して凸よりも強く強調する場合は、凹と判定した場合の強調度ｃの値を、凸と判定した場合の値よりも大きくする。または、凸だけに強調を行い、凹では行わないようにするために、凹と判定した場合に強調度ｃを０にしてもよい。逆に、凹だけに強調を行いたい場合は、凸と判定した場合の強調度ｃを０にする。
【００４０】
変形処理部２４は、実施形態１と同様に、作成した強調後の３次元データを、レンダリング処理部１２と出力部１５とに渡す。
【００４１】
変形例として、凹凸強調部２４２は、凹である場合と凸である場合とで強調度ｃの値を変えるのではなく、強調度ｃの大きさを、凹凸成分データベクトルと法線ベクトルの成す角度に応じて調整してもよい。例えば、凹凸成分データベクトルと法線ベクトルの成す角度が小さいほど、強調度ｃが大きくなるように設定する。これにより、凹凸を鋭くすることができる。
【００４２】
以上、本実施形態によれば、３次元形状の凹凸が凹である場合と凸である場合とで強調する程度を変えることで、凹凸を分かりやすくするために必要な分だけ強調することを可能とする。
【００４３】
〔実施形態３〕
３次元データ処理装置１０，２０の制御ブロック（入力部１１、及び変形処理部１４，２４）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００４４】
後者の場合、３次元データ処理装置１０，２０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、前記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【００４５】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る３次元データ処理装置は、立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力部と、前記３次元データに示される形状の凹凸を強調する変形処理部とを備えている。
【００４６】
前記の構成によれば、立体物の凹凸を分かりやすくすることが可能な３次元データに変換することができる。
【００４７】
本発明の態様２に係る３次元データ処理装置は、前記態様１において、前記変形処理部は、前記凹凸の特定の周波数成分を選択して、凹凸を強調してもよい。
【００４８】
前記の構成によれば、３次元データに平滑化を施す際に、特定の周波数領域を遮断域とする平滑化フィルタを用いることで、特定の空間周波数領域の凹凸成分を抽出することができる。
【００４９】
本発明の態様３に係る３次元データ処理装置は、前記態様１または２において、前記変形処理部は、前記凹凸の大きさに応じて、凹凸を強調する度合いを調整してもよい。
【００５０】
前記の構成によれば、比較的小さい凹凸を重点的に大きくすることができる。
【００５１】
本発明の態様４に係る３次元データ処理装置は、前記態様１から３のいずれか１項において、前記変形処理部は、前記凹凸の凹と凸とで、凹凸を強調する度合いを変えてもよい。
【００５２】
前記の構成によれば、凹部分を強調したい場合は凹部分をより強調し、凸部分を強調したい場合は凸部分をより強調することができる。
【００５３】
本発明の態様５に係る３次元データ処理装置は、前記態様１から４のいずれか１項において、前記変形処理部によって前記凹凸が強調された３次元データに基づく立体物を出力する出力部をさらに備え、前記変形処理部は、前記立体物の大きさ、及び前記立体物の材料のいずれか一方または両方に応じて、凹凸を強調する度合いを調整してもよい。
【００５４】
前記の構成によれば、立体物の大きさが小さい場合、及び／又は立体物の凹凸が見えにくい材料で立体物を作製した場合にも、立体物の凹凸を分かり易くすることができる。
【００５５】
本発明の態様６に係る３次元データ処理方法は、立体物の表面の形状を定義する頂点の３次元の位置情報を含む３次元データを受け付ける入力工程と、前記３次元データに示される形状の凹凸を強調する変形処理工程とを備えている。
【００５６】
前記の構成によれば、態様１に係る３次元データ処理装置と同様の効果を奏することができる。
【００５７】
本発明の各態様に係る３次元データ処理装置１０，２０は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記３次元データ処理装置１０，２０が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記３次元データ処理装置１０，２０をコンピュータにて実現させる３次元データ処理装置１０，２０の３次元データ処理プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【００５８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０、２０：３次元データ処理装置
１１：入力部
１２：レンダリング処理部
１３：表示部
１４，２４：変形処理部
１５：出力部
１４１：凹凸成分抽出部
１４２，２４２：凹凸強調部
２４１：凹凸判定部
【図１】
2017091271.tif 000004
【図２】
2017091271.tif 000005
【図３】
2017091271.tif 000006
【図４】
2017091271.tif 000007