JP6468757B2 - 三次元モデル生成方法、三次元モデル生成システム及び三次元モデル生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、三次元測定装置によって被測定対象物を測定して得られた測定データからＣＡＤシステム上に三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法、三次元モデル生成システム及び三次元モデル生成プログラムに関する。

従来より、リバース・エンジニアリングの手法や製品の簡易な設計手法として、三次元測定装置によって被測定対象物を測定して得られた測定データから自動的にＣＡＤシステム上に三次元モデルを生成する技術が知られている。例えば特許文献１に開示された技術では、被測定対象物を測定して得られた測定データ（点群データ）から被測定対象物の表面を表現する面要素データを作成し、これらを接続して連続面を表現する複合面要素データを作成し、複合面要素データによって閉じられた空間から三次元ソリッドモデルを生成するようにしている。

特開２００３−３４５８３９

しかしながら、上述した従来の三次元モデルの生成方法では、三次元測定装置によって被測定対象物を測定する際の測定誤差や測定データから面要素データへの変換誤差によって、面要素データ同士を接続する位置がずれて接続ができなかったりして、所望の形状を有し、正確な寸法を有する三次元モデルを生成することが困難になることがある。

従来は、このような問題に対し、面要素データ間の境界線を手動又は自動で選択してマージ処理して閉じた空間にする処理（クローズ処理）を行ったり、生成された全ての面要素データが閉じるものと仮定して、全ての面要素データから直接閉じたソリッドモデルを自動で作成する処理を行っている。このため、生成された三次元モデルと実際の被測定対象物との形状が大きく異なり、その後の修正作業に膨大な時間が必要となる場合がある。

本発明はこの様な問題に鑑みなされたものであり、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する三次元モデルを容易に生成可能な三次元モデル生成方法、三次元モデル生成システム及び三次元モデル生成プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一の態様に係る三次元モデル生成方法は、被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を用いて行う。この演算装置は、測定データに基づいて三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、一又は複数の三次元モデル要素を用いて三次元モデルを生成する三次元モデル生成部とを備える。また、演算装置は、三次元モデルの生成に際して、測定データから三次元モデル要素を規定する所定の面要素を選択し、三次元モデル要素の生成に要する条件を取得し、選択された面要素及び取得された条件から三次元モデル要素を生成し、一又は複数の三次元モデル要素から被測定対象物の三次元モデルを生成する。

このような三次元モデル生成方法においては、測定データに含まれる面要素を適宜選択して一又は複数の三次元モデル要素を生成し、この三次元モデル要素から、被測定対象物の三次元モデルを生成する。従ってユーザは、被測定対象物の形状に基づいて適宜選択操作を行うことにより、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する三次元モデルを、容易に生成することが出来る。

本発明の一態様において、演算装置は、三次元モデル要素として、所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現し、平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面、平面形状のスイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群、並びに、平面形状を移動させる方向及び距離によって規定されるスイープ要素を使用可能であっても良い。また、演算装置は、三次元モデルの生成に際して、測定データから所定の面要素をスイープ基準平面として選択し、スイープ基準平面と交差する他の面要素を適宜選択し、スイープ基準平面と他の面要素との交線により輪郭線を、複数の輪郭線及び複数の輪郭線同士の交点によって閉輪郭線群を生成し、スイープを行う方向及び距離を上記条件として取得し、選択されたスイープ基準平面、生成された閉輪郭線群、取得されたスイープを行う方向及び距離を用いてスイープ要素を生成し、一又は複数のスイープ要素を用いて三次元モデルを生成する。

上記態様において、三次元モデル要素は、演算装置は、閉輪郭線群の生成に際して、測定データの中から、スイープ基準平面と交差する面要素を抽出し、輪郭線を一通りに決定することが出来る場合には、閉輪郭線群を自動生成し、輪郭線を一通りに決定することが出来ない場合には、スイープ基準平面と交差する面要素のリストを作成しても良い。また、上記態様において、演算装置は、閉輪郭線群の生成に際して、複数の輪郭線同士の交点を一通りに決定することが出来る場合には、閉輪郭線群を自動生成し、複数の輪郭線同士の交点を一通りに決定することが出来ない場合には、交点のリストを作成しても良い。

本発明の他の態様において、演算装置は、三次元モデル要素として、ある三次元形状を所定の平面又は曲面によって切断することによって三次元形状を表現し、切断される三次元形状である親モデル要素、切断面を規定するカット基準面及び切断された後に消去される方向を示すカット方向を用いて規定されるカット要素を使用可能であっても良い。また、演算装置は、三次元モデルの生成に際して、測定データから所定の面要素をカット基準面として選択し、カット方向を上記条件として取得し、親モデル要素、選択されたカット基準面及びカット方向を用いてカット要素を生成し、一又は複数の親モデル要素及びカット要素を用いて三次元モデルを生成しても良い。

また、カット要素を操作する場合、演算装置は、カット基準面の選択に際して、測定データの中から、親モデル要素と交差する面要素を抽出し、親モデル要素と交差する面要素が複数存在する場合には、親モデル要素と交差する面要素のリストを作成し、親モデル要素と交差する面要素が一つのみ存在する場合には、カット基準面を自動で選択しても良い。た、このような場合、演算装置は、カット方向の取得に際して、親モデル要素、カット基準面及びカット方向を表現する矢印等の画像を重ねた三次元画像を生成し、入力装置からの入力に基づいてカット方向を取得しても良い。

また、演算装置は、面要素から面要素間の交差情報及び各面要素の輪郭情報を求めて、第１の三次元モデルを自動的に生成する第１の三次元モデル生成部を更に備えていても良い。更に、演算装置は、三次元モデルの生成に際して、第１の三次元モデルを自動的に生成し、三次元モデル要素を生成し、一又は複数の三次元モデル要素によって第１の三次元モデルを修正しても良い。

このような三次元モデル生成方法においては、演算装置の第１の三次元モデル生成部によって、自動で第１の三次元モデルを生成する。このようにして自動で生成された第１の三次元モデルは、例えば一部のみ被測定対象物と異なる形状になってしまう場合がある。ここで、このような形状の違いは、視認によって比較的容易に発見できる場合がある。従ってユーザは、自動で生成された第１の三次元モデルと被測定対象物との形状を比較し、三次元モデル要素によって適宜第１の三次元モデルを修正することにより、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する第２の三次元モデルを、容易に生成することが出来る。

本発明の一の態様に係る三次元モデル生成システムは、被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を含む。この演算装置は、測定データに基づいて三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、一又は複数の三次元モデル要素を用いて三次元モデルを生成する三次元モデル生成部とを備える。また、演算装置は、三次元モデルの生成に際して、測定データから三次元モデル要素を規定する所定の面要素を選択し、三次元モデル要素の生成に要する条件を取得し、選択された面要素及び取得された条件から三次元モデル要素を生成し、一又は複数の三次元モデル要素から被測定対象物の三次元モデルを生成する。

本発明の一の態様に係る三次元モデル生成プログラムは、演算装置を用い、被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する。この三次元モデル生成プログラムは、測定データに基づいて三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、一又は複数の三次元モデル要素を用いて三次元モデルを生成する三次元モデル生成部とを備える。また、三次元モデル生成プログラムは、三次元モデルの生成に際して、測定データから三次元モデル要素を規定する所定の面要素を選択するステップと、三次元モデル要素の生成に要する条件を取得するステップと、選択された面要素及び取得された条件から三次元モデル要素を生成するステップと、一又は複数の三次元モデル要素から被測定対象物の三次元モデルを生成するするステップとを演算装置に実行させる。

この発明によれば、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する三次元モデルを、容易に生成することが出来る。

本発明の第１の実施の形態に係る三次元モデル生成システム１０を示すブロック図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 同実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３の構成を示すブロック図である。 同実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 同実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３の構成を示すブロック図である。 同実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る三次元モデル生成システム１１を示すブロック図である。 同実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る三次元モデル生成システム１２を示すブロック図である。 同実施の形態に係る誤差修正部３２の構成を示すブロック図である。

次に本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１０を示すブロック図である。本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１０は、例えば、被測定対象物１を測定する三次元測定機２から測定データを取得し、ＣＡＤデータに基づく三次元モデルを生成するもので、例えばＣＡＤシステムの一部として構成されている。尚、本実施の形態においては三次元モデルとしてソリッドモデルを生成しているが、三次元モデルは、ソリッドモデルのみならず、サーフェースモデルやワイヤーモデルとして生成されても良い。

図１に示す通り、この三次元モデル生成システム１０は、コンピュータ装置と、このコンピュータ装置によって実行される三次元モデル生成プログラムにより、各種機能が実現される。コンピュータ装置は、は、被測定対象物１を測定して得られた測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置３と、演算装置３と接続され、三次元モデル生成プログラムを記憶する記憶装置４と、演算装置３に接続され、本実施の形態に係る三次元モデル生成プログラムの操作や各種パラメータの入力等を行う入力装置５と、演算装置３において生成された三次元モデルを出力する出力装置６とを備えて構成されている。演算装置３は、例えばＣＰＵやマイコン等、各種の演算を行う装置である。入力装置５としてはキーボードやマウス、タッチパネル等を採用することが可能であり、出力装置６としては、ディスプレイやプロジェクタ、プリンタ等を採用することが可能である。

図１に示す通り、演算装置３は、所定の三次元モデル生成プログラムと共に、測定データを三次元測定機２から取得するインポート部３１と、インポート部３１によって取得された測定データに基づいて、三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現する三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部３３と、一又は複数の三次元モデル要素を用いて三次元モデルを生成する三次元モデル生成部３４との各機能を実現する。

被測定対象物１としては自由曲面などの任意の形状のものを選択可能であるが、ＣＡＤシステムで解析的二次曲面として定義可能な表面形状を有するものを対象とする。即ち、被測定対象物１の表面形状は、点要素、直線要素、円、楕円等の曲線要素、並びに、平面、円筒面、円錐面、球面及びトーラス面等の面要素等の組み合わせからなる。ここでは１例として、図１に示す様に、上下面を貫通する円筒状の貫通孔を有し、上面の四辺が面取りされた箱状（長方体状）の概形を有する形状を想定する。

三次元測定機２から出力される測定データは、測定点群データ、幾何要素の種類及び幾何要素のジオメトリ値を含む。測定点群データは、上記被測定対象物１の表面の１又は複数の測定点の測定座標のデータ群である。幾何要素の種類は、点、直線、平面、円、楕円、円筒面、円錐面、球面及びトーラス面等の点要素、直線要素及び面要素の種類を示すデータである。この幾何要素の種類は、三次元測定時に測定点群データ取得に際してオペレータが１つ１つ指示することにより得られるデータでも良いし、測定点群データの分布状況に応じて三次元測定機が自動的に判定することにより得られるデータでも良い（例えば特開２００１−２４１９４１号参照）。また、幾何要素のジオメトリ値は、測定点群データから推定されたその幾何要素の基準位置座標、向き、長さ、半径等のデータで、例えば直線要素であれば、基準点の座標値、方向、長さ等、平面要素であれば、その基準点の座標値、法線方向等、円要素であれば、基準点の座標値、法線方向、半径等、楕円要素であれば、基準点の座標値、法線方向、長径方向、長径、短径等を含む。幾何要素のジオメトリ値は、幾何要素の種類及び測定点群データから求められる。なお、以下は説明の便宜のために幾何要素が、面要素であるものとする。更に、測定データは、例えばプローブのタッチ方向や画像の取得方向等、面要素が取得された方向（面要素に対して、被測定対象物１が存在する方向）に関するデータを有していても良い。

図２は、出力装置６に出力される映像の一例を示す図であり、左部分には上記測定データに含まれる面要素のリスト（フィーチャツリー）が、右部分にはこれら面要素によって表現される形状が示されている。図２に示す例において、測定データ中の面要素は、平面要素Ｐｌａｎｅ＿０〜Ｐｌａｎｅ＿８及び円筒面要素Ｃｙｌｉｎｄｅｒ＿０である。平面要素Ｐｌａｎｅ＿０〜Ｐｌａｎｅ＿８は、被測定物１の各平面を測定した際に取得された面要素であり、円筒面要素Ｃｙｌｉｎｄｅｒ＿０は、被測定物１の上下面を貫通する貫通孔を測定した際に取得された面要素である。なお、図２に示すように、測定データ中では、各面要素の広さ（長さ、幅、高さ等）は未定である。ここでは、測定点群の分布範囲に基づいて広さが表現されている。

図３は、出力装置６に出力される映像の一例を示す図であり、右部分には生成された三次元モデル及びこの三次元モデルを生成する複数の三次元モデル要素のうちの一つ（Ｓｏｌｉｄ＿１）が示されている。更に、左部分には、この三次元モデルを構成する三次元モデル要素、この三次元モデル要素を規定する面要素及びパラメータのリスト（フィーチャツリー）が示されている。

図３に示す通り、本実施の形態において、三次元モデルは、複数の三次元モデル要素を組み合わせることによって生成される。三次元モデル要素は、上述の通り、三次元モデルの少なくとも一部の形状を表現するものであり、測定要素に含まれる面要素及び所定のパラメータによって規定される。また、三次元モデル要素は、三次元モデルの表現方法によって複数種類の要素が存在するが、図３には、スイープ要素Ｓｏｌｉｄ＿１を示している。スイープ要素は、所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現するものである。また、図３の左図中に示す通り、スイープ要素は、上記平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面（Ｂａｓｓ Ｐｌａｎｅ）、上記平面形状のスイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群（Ｂｏｕｎｄａｒｙ）、上記平面形状を移動させる方向（ｓｗｅｅｐ ｇｅｏｍａｔｒｙ）、スイープを行う距離（ｓｗｅｅｐ ｌｅｎｇｔｈ）等によって表現される。

図３に示す通り、本実施の形態において、上記スイープ基準平面（Ｂａｓｓ Ｐｌａｎｅ）は、測定データに含まれる面要素から選択される。また、上記閉輪郭線群（Ｂｏｕｎｄａｒｙ）は、複数の輪郭線（ＩｎｔＣｕｒｖｅ＿０〜ＩｎｔＣｕｒｖｅ＿３）及び交点によって表現されており、この輪郭線は、測定データに含まれる面要素同士の交線によって表現されている。

また、図３に示す通り、スイープ要素を規定するパラメータとして、その他のパラメータが存在しても良い。本実施の形態においては、このようなパラメータとして、ブール演算の要素（ｂｏｏｌｅａｎ）が存在する。例えば、図３に示す通り、ブール演算の要素が和集合（ｕｎｉｔｅ）である場合、スイープ基準平面、閉輪郭線群、スイープを行う方向及びスイープを行う距離によって規定される空間には、三次元モデルが存在することになる。一方、ブール演算の要素が差集合（ｓｕｂｓｔｒａｃｔ）である場合、他の三次元モデル要素の上記空間と重複する部分に、三次元モデルが存在しないことになる。

次に、図４を参照して、本実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３の内のスイープ要素生成部７１について説明する。図４は、本実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３の構成の一部を示すブロック図である。図４に示す通り、本実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３は、スイープ要素を生成するスイープ要素生成部７１を備えている。

スイープ要素生成部７１中、スイープ基準平面選択部７１１は、測定データ中の面要素をスイープ基準平面として選択する。また、スイープ基準平面選択部７１１は、測定データ中から、スイープ基準平面の候補となる平面要素のリスト（第１のリスト）Ｌ１を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じてスイープ基準平面を選択する。

スイープ要素生成部７１中、輪郭線生成部７１３は、測定データ中の面要素から、選択されたスイープ基準平面と共に上記輪郭線を規定する他の面要素を選択し、スイープ基準平面と他の面要素との交線から輪郭線を生成する。また、輪郭線生成部７１３は、スイープ基準平面及び他の面要素の交線のリスト（第２のリスト）Ｌ２を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて順次輪郭線を選択する。

スイープ要素生成部７１中、交点生成部７１４は、輪郭線同士の交点から、閉輪郭線群の輪郭を規定する交点を生成する。また、交点生成部７１４は、閉輪郭線群の輪郭を規定する交点のリスト（第３のリスト）Ｌ３を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて順次交点を選択する。

スイープ要素生成部７１中、スイープ条件表示部７１５は、スイープ要素の生成に要する条件を出力装置６に表示する。また、スイープ条件表示部７１５は、スイープ要素の生成に要する条件を入力するための入力フォームＦ１を出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて順次スイープ要素生成パラメータを取得する。

スイープ要素生成部７１中、生成部７１６は、生成された輪郭線、交点及び入力装置５によって入力されたスイープ要素生成パラメータによってスイープ要素を生成する。

次に、図５〜図８を参照して、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を説明する。図５は、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。図６〜図８は、三次元モデルの生成中において出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。

図５に示す通り、ステップＳ１０１においては、測定データ中の所定の面要素をスイープ基準平面として選択する。この際、図６に示す通り、スイープ基準平面の候補となる平面要素のリスト（第１のリスト）Ｌ１を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じてスイープ基準平面を選択しても良い。また、図６に示す通り、リスト中の平面要素の三次元画像を表示しても良い。

図５に示す通り、ステップＳ１０２においては、測定データ中から、上述した他の面要素を選択し、輪郭線を生成する。この際、図７に示す通り、スイープ基準面及び他の面要素の交線のリスト（第２のリスト）Ｌ２を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて順次輪郭線を選択しても良い。また、図７に示す通り、輪郭線を生成する基礎とされた平面要素の三次元画像を表示しても良い。

図５に示す通り、ステップＳ１０３においては、生成された輪郭線同士の交点から、閉輪郭線群の輪郭を規定する交点を生成する。この際、閉輪郭線群の輪郭を規定する交点のリスト（第３のリスト）Ｌ３を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて順次交点を選択しても良い。

図５に示す通り、ステップＳ１０４においては、スイープを行う方向及びスイープを行う距離を取得する。この際、図８に示す通り、スイープ要素の生成に要する条件を入力するための入力フォームＦ１を出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じてスイープを行う方向及びスイープを行う距離（スウィープの高さ）を取得しても良い。また、図８に示す通り、生成された閉輪郭線とスイープを行う方向及び距離を示す三次元画像を表示しても良い。更に、スイープを行う距離は、範囲とする指定面の選択によって行うことも可能である。

図５に示す通り、ステップＳ１０５においては、選択されたスイープ基準平面、生成された閉輪郭線群、取得されたスイープを行う方向及び距離を用いてスイープ要素を生成する。これにより、例えば図３に示した様なスイープ要素Ｓｏｌｉｄ＿１が生成される。

図５に示す通り、ステップＳ１０６においては、生成されたスイープ要素を用いて三次元モデルを生成する。図３に示す例においては、Ｓｏｌｉｄ＿１〜Ｓｏｌｉｄ＿６を組み合わせて、三次元モデルを生成する。ここで、Ｓｏｌｉｄ＿２〜Ｓｏｌｉｄ＿６は、被測定対象物１の面取り部に対応する平面要素Ｐｌａｎｅ＿５〜Ｐｌａｎｅ＿８を上方向（図中のｚ方向）に移動させることによってスイープ要素を生成し、上述したｂｏｏｌｅａｎをｓｕｂｓｔｒａｃｔに設定することによって生成しても良い。尚、三次元モデルは、一又は複数のスイープ要素のみから生成しても良いし、他の三次元モデル要素と組み合わせて生成しても良い。

本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、測定データに含まれる面要素を適宜選択して一又は複数の三次元モデル要素を生成し、この三次元モデル要素から、被測定対象物の三次元モデルを生成する。従ってユーザは、被測定対象物の形状に基づいて適宜選択操作を行うことにより、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する三次元モデルを、容易に生成することが出来る。

また、スイープ要素は、スイープ基準平面、閉輪郭線群、スイープを行う方向及び距離を用いて表現される。従って、面要素データ等により表現された三次元モデルと比較して、修正や編集が容易である。

［第２の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る三次元モデル生成方法について説明する。図９は、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を説明するためのフローチャートである。

本実施の形態に係る三次元モデル生成方法は、基本的には第１の実施の形態に係る方法と同様に行われるが、本実施の形態においては、図５中のステップＳ１０２に示した、輪郭線を生成するステップが、第１の実施の形態と異なる。即ち、本実施の形態においては、図９に示す通り、閉輪郭線群の生成に際して、測定データの中からスイープ基準平面と交差する面要素を抽出し（ステップＳ１２１）、輪郭線を一通りに決定することが出来るか否かを判定する（ステップＳ１２２）。輪郭線を一通りに決定することが出来る場合には、閉輪郭線群を自動生成する（ステップＳ１２３）。一方、輪郭線を一通りに決定することが出来ない場合には、上述した第２のリストＬ２を作成し（ステップＳ１２４）、入力装置５からの入力操作に応じて、輪郭線を生成する（ステップＳ１２５）。

例えば、スイープ基準平面と交差する面要素が、互いに平行な平面要素の組２組（計４つの面要素）だけである場合、異なる角度の輪郭線を生成する３つの平面要素だけである場合、円筒面、円錐面や球面だけである場合等には、輪郭線を一通りに決定することが出来る。また、例えば三次元測定機２による測定の際に面要素が取得された方向等（例えば、プローブのタッチ方向等）を考慮して、候補となる面要素を絞り込む事も可能である。また、このような場合、輪郭線を一通りに決定することが出来なかった場合に、第２のリストＬ２に絞り込みの結果を反映しても良い。更に、第２のリストからある輪郭線を選択することによって、残りの輪郭線を一通りに決定することが出来るようになった場合に、閉輪郭線群を自動生成する様にしても良い。

本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、輪郭線を一通りに決定することが出来る場合には、閉輪郭線群を自動生成する。従って、三次元モデルを、より容易に生成することが出来る。また、誤って不適切な面要素を選択してしまうことを、回避することが出来る。

また、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、輪郭線を一通りに決定することが出来なかった場合には、上述した第２のリストＬ２を作成する。従って、例えば被測定対象物１が、極めて複雑な形状を有していても、より容易に適切な面要素を選択することが出来る。

［第３の実施の形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る三次元モデル生成方法について説明する。図１０は、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を説明するためのフローチャートである。

本実施の形態に係る三次元モデル生成方法は、基本的には第１又は第２の実施の形態に係る方法と同様に行われるが、本実施の形態においては、図５中のステップＳ１０３に示した、交点を生成するステップが、第１又は第２の実施の形態と異なる。即ち、本実施の形態においては、図１０に示す通り、閉輪郭線群の生成に際して、輪郭線の交点を抽出し（ステップＳ１３１）、交点を一通りに決定することが出来るか否かを判定する（ステップＳ１３２）。交点を一通りに決定することが出来る場合には、交点を自動生成する（ステップＳ１３３）。一方、交点を一通りに決定することが出来ない場合には、上述した第３のリストＬ３を作成し（ステップＳ１３４）、入力装置５からの入力操作に応じて、交点を生成する（ステップＳ１３５）。

本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、交点を一通りに決定することが出来る場合には、閉輪郭線群を自動生成する。従って、三次元モデルを、より容易に生成することが出来る。

また、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、交点を一通りに決定することが出来なかった場合には、上述した第３のリストＬ３を作成する。従って、例えば被測定対象物１が、極めて複雑な形状を有していても、より容易に適切な面要素を選択することが出来る。

［第４の実施の形態］
次に、図１１〜図１７を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る三次元モデル生成方法について説明する。図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る三次元モデル生成方法において、出力装置６に出力される映像の一例を示す図であり、右部分には生成された三次元モデル及びこの三次元モデルを生成する三次元モデル要素のうちの一つＳｏｌｉｄ＿２が示されている。更に、左部分には、この三次元モデルを構成する三次元モデル要素、この三次元モデル要素を規定する面要素及びパラメータのリスト（フィーチャツリー）が示されている。尚、以下の説明において、上記第１〜第３の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図３を参照して説明した通り、上記第１〜第３の実施の形態においては、三次元モデル要素としてスイープ要素を使用する場合について例示した。図１１に示す通り、本実施の形態においては、三次元モデル要素として、スイープ要素に加え、カット要素を使用する。カット要素は、ある三次元形状を所定の平面又は曲面によって切断することによって三次元形状を表現するものである。また、カット要素は、切断される三次元形状である親モデル要素、この親モデル要素の切断面を規定するカット基準面（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）及び切断された後に消去される方向を示すカット方向等によって表現される。

図１１に示す通り、本実施の形態において、上記カット基準面は、測定データに含まれる面要素から選択される。また、上記親モデル要素は、例えばスイープ要素生成部７１によって生成されたスイープ要素であっても良い。図１１に示した例においては、図３に示したＳｏｌｉｄ＿１を親モデルとして選択し、面要素Ｐｌａｎｅ＿５をカット基準面として選択することにより、カット要素Ｓｏｌｉｄ＿２を生成している。

次に、図１２を参照して、本実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３について説明する。図１２は、本実施の形態に係る三次元モデル要素生成部３３の構成を示すブロック図である。図１２に示す通り、本実施の形態においては、三次元モデル要素生成部３３が、スイープ要素生成部７１に加え、カット要素を生成するカット要素生成部７２を含んでいる。

カット要素生成部７２中、親モデル要素選択部７２１は、スイープ要素生成部７１によって生成されたスイープ要素を親モデル要素として選択する。また、親モデル要素選択部７２１は、親モデル要素の候補となるスイープ要素のリスト（第４のリスト）Ｌ４を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて親モデル要素を選択する。

カット要素生成部７２中、カット基準面選択部７２２は、測定データ中の面要素のうち、選択された親モデル要素と交差するものをカット基準面として選択する。また、カット基準面選択部７２２は、カット基準面の候補となる面要素のリスト（第５のリスト）Ｌ５を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じてカット基準面を選択する。

カット要素生成部７２中、カット条件表示部７２３は、カット要素の生成に要する条件を出力装置６に表示する。例えば、カット条件表示部７２３は、カット方向を指定するための入力フォームＦ２を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に基づいてカット方向を取得する。

カット要素生成部７２中、生成部７２４は、選択された親モデル要素、カット基準面及び入力装置５によって入力されたカット要素生成パラメータによってカット要素を生成する。

次に、図１３〜図１７を参照して、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を説明する。図１３は、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。図１４〜図１７は、三次元モデルの生成中において出力装置６に出力される映像の一例を示す図である。

図１３に示す通り、ステップＳ２０１においては、スイープ要素生成部７１によって生成されたスイープ要素を親モデル要素として選択する。この際、親モデル要素の候補となるスイープ要素のリスト（第４のリスト）Ｌ４を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じて親モデル要素を選択しても良い。尚、親モデル要素の候補となり得るスイープ要素が１つしかない場合には、このステップを省略しても良い。

図１３に示す通り、ステップＳ２０２においては、測定データ中の面要素のうち、選択された親モデル要素と交差するものをカット基準面として選択する。この際、図１４に示す通り、カット基準面の候補となる面要素のリスト（第５のリスト）Ｌ５を作成して出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に応じてカット基準面を選択しても良い。また、親モデル要素及びリスト中の面要素の三次元画像を表示しても良い。

図１３に示す通り、ステップＳ２０３においては、カット方向を取得する。この際、図１５に示す通り、親モデル要素、カット基準面及びカット方向を表現する矢印等の画像Ｉ１を重ねた三次元画像を生成し、カット方向を指定するための入力フォームＦ２と共に出力装置６に出力し、入力装置５からの入力に基づいてカット方向を取得しても良い。図１５において、画像Ｉ１は、カット基準面に対して垂直な方向を示す矢印である。また、本実施の形態においては、入力フォームＦ２中に設けた逆方向ボタンを選択することによって矢印の向きを反転させ、切断された後に消去される方向を示すカット方向を視覚的に把握することが出来るようにしている。

また、図１６に示す通り、例えばカット基準面が円筒面、円錐面、球面等であった場合には、カット方向を取得するステップＳ２０３において、切断された後に消去される方向がカット基準面の内側又は外側となる。この場合には、図１６に示す通り、カット方向を表現する画像Ｉ２は、カット基準面の内側又は外側を表現する複数の矢印としても良い。

図１３に示す通り、ステップＳ２０４においては、選択された親モデル要素、カット基準面及び入力装置５によって入力されたカット要素生成パラメータによってカット要素を生成する。

図１３に示す通り、ステップＳ２０５においては、親モデル要素や生成されたカット要素等を用いて三次元モデルを生成する。図１７に示す例においては、以上の様な方法によって複数のカット要素Ｓｏｌｉｄ＿２〜Ｓｏｌｉｄ＿６を生成し、１つのスイープ要素Ｓｏｌｉｄ＿１と組み合わせることによって、被測定対象物１を表現する三次元モデルを生成している。尚、親モデル要素は、スイープ要素であっても良いし、他の三次元モデル要素であっても良い。このような三次元モデル生成方法においても、上記第１〜第３の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。

［第５の実施の形態］
次に、図１８及び図１９を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る三次元モデル生成方法について説明する。図１８は、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１１を示すブロック図である。図１９は、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法を示すフローチャートである。尚、以下の説明において、上記第１〜第４の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１８及び図１９に示す通り、本実施の形態に係る三次元モデル生成方法においては、測定データに基づいて、自動で第１の三次元モデルを生成し、出力装置６に表示する。このようにして自動で生成された第１の三次元モデルは、例えば一部のみ被測定対象物１と異なる形状になってしまう場合がある。ここで、このような形状の違いは、視認によって比較的容易に発見できる場合がある。従ってユーザは、自動で生成された第１の三次元モデルと被測定対象物１との形状を比較し、三次元モデル要素によって適宜第１の三次元モデルを修正することにより、所望の形状を有し、測定データに基づいた正確な寸法を有する第２の三次元モデルを、容易に生成することが出来る。

図１８に示す通り、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１１は、第１の実施の形態に係る三次元モデル生成システム１０とほぼ同様に構成されているが、測定データに含まれる面要素から面要素間の交差情報及び各面要素の輪郭情報を求めて、第１の三次元モデルを自動的に生成する第１の三次元モデル生成部７３を更に有している。また、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１１は、三次元モデル要素生成部３３が、上述したスイープ要素生成部７１及びカット要素生成部７２を備えている。更に、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１１は、スイープ要素やカット要素等によって第１の三次元モデルを修正し、第２の三次元モデルを生成する第２の三次元モデル生成部７４を備えている。

次に、図１９を参照して、本実施の形態に係る第１の三次元モデルの生成方法について説明する。本実施の形態においては、被測定対象物１の下面を測定していない。従って、まずは被測定対象物１の下面を表現する面要素を追加する（ステップＳ３０１）。この面要素としては基準面と同一の平面データを追加することが考えられる。次に、測定データ中の面要素を順次選択し（ステップＳ３０２）、選択された面要素に隣接する面要素又は面要素を隣接面要素として順次選択する（ステップＳ３０３）。次に、選択された面要素と隣接面要素との交線を例えばスイープ処理により求め、輪郭データ（例えばＢ−Ｒｅｐｓ）として定義する（ステップＳ３０４）。この際、定義した交線と交わる交線があった場合には、交線同士の交点も定義する。選択された面要素と隣接する全ての隣接面要素について上記ステップＳ３０２〜Ｓ３０３を繰り返し行い（ステップＳ３０５）、更に同様の操作を全ての面要素について行う（ステップＳ３０６）。

［第６の実施の形態］
次に、図２０及び図２１を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る三次元モデル生成方法について説明する。図２０は、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１２を示すブロック図である。尚、以下の説明において、上記第１〜第５の実施の形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図２０に示す通り、本実施の形態に係る三次元モデル生成システム１２は、基本的には第１の実施の形態に係る三次元モデル生成システム１０と同様に構成されているが、面要素の傾きを修整する誤差修正部３２を備えている。尚、以下において、被測定対象物１を設置した面を基準面、基準面と垂直な直線を基準軸とする。

図２１は、誤差修正部３２を示すブロック図である。図２１に示す通り、誤差修正部３２は、インポート部３１を介して入力された測定データ中の面要素から、順次一つの面要素を選択する面要素選択部３２１と、選択された面要素の傾いている角度を判定する角度判定部３２２と、同面要素の存在幅を判定する幅判定部３２３と、これら判定の結果に応じて同面要素の傾きを修正する修正部３２４とを備えている。

角度判定部３２２は、選択された面要素が平面要素である場合、そのジオメトリ値から特定される平面と上記基準面とのなす角度誤差が角度判定データΔθｔｈ（指定値）以下であるか否かを判定する角度判定を行い、この面要素が円筒面要素、円錐面要素、トーラス面要素等の場合、そのジオメトリ値から特定される中心軸と上記基準軸とのなす角度誤差が角度判定データΔθｔｈ以下であるか否かを判定する角度判定を行う。角度判定の結果、角度誤差が所定の角度判定データΔθｔｈ以下である場合には、修正値として角度誤差データΔθｋを出力する。

幅判定部３２３は、選択された面要素のジオメトリ値によって特定される平面又は曲面を基準にして測定点群データの存在幅を判定する。測定点群データの存在幅による判定は、面要素が平面要素である場合には、測定点群データを面要素のジオメトリ値によって特定された面要素に投影した領域について行い、面要素が円筒要素又は円錐要素である場合には、測定点群データを面要素のジオメトリ値によって特定された面要素の軸に投影した領域について行う。測定点群データの存在幅は、ジオメトリ値によって特定された面要素から各測定点までの法線方向の距離によって表される。幅判定部３２３は、測定点群データの存在幅が幅判定データΔＷｔｈ（指定値）以下であるか否かを判定し、その幅判定結果として修正可否データを出力する。尚、上記角度判定データΔθｔｈ及び幅判定データΔＷｔｈは入力装置５から予め指定することができる。

修正部３２４は、上記角度判定及び幅判定において、共に誤差が指定値以下であると判定された場合、角度誤差Δθｋを取得し、この角度誤差Δθｋの分だけ面要素を修正し、修正面要素を出力する。その結果、面要素が表す面が、基準面と同一、平行又は垂直に揃えられるか、又は面要素の中心軸が基準軸と同一、平行又は垂直に揃えられる。角度判定において角度誤差が角度判定データΔθｔｈよりも大きいと判定され、又は幅判定において存在幅が幅判定データΔＷｔｈよりも大きいと判定された場合には、面要素についての修正を行わない。

この様な方法によれば、誤差が修正されて正確な三次元モデルの生成が可能になると共に、設計により意図的な傾きを与えた面を誤差と誤って認識して修正してしまう様な事態を防止することが可能である。

１…被測定対象物、２…三次元測定機、３…演算装置、４…記憶装置、５…入力装置、６…出力装置、３１…インポート部、３３…三次元モデル要素生成部、３５…三次元モデル生成部。

Claims (9)

1. 被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を用いた三次元モデル生成方法であって、
   前記演算装置は、
   前記測定データに基づいて前記三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、前記面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、
   一又は複数の前記三次元モデル要素を用いて前記三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と
   を備え、
   前記三次元モデル要素として、所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現し、前記平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面、前記平面形状の前記スイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群、並びに、前記平面形状を移動させる方向及び距離によって規定されるスイープ要素を使用可能であり、
   前記三次元モデルの生成に際して、
   前記測定データから前記三次元モデル要素を規定する所定の前記面要素を前記スイープ基準平面として選択し、
   前記スイープ基準平面と交差する他の面要素を適宜選択し、前記スイープ基準平面と前記他の面要素との交線により輪郭線を、複数の前記輪郭線及び前記複数の輪郭線同士の交点によって閉輪郭線群を生成し、
   前記平面形状を移動させる方向及び距離を、前記三次元モデル要素の生成に要する前記条件として取得し、
   選択された前記スイープ基準平面、生成された前記閉輪郭線群、取得された前記平面形状を移動させる方向及び距離を用いて前記スイープ要素を生成し、
   一又は複数の前記スイープ要素を用いて前記被測定対象物の三次元モデルを生成する
   ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
2. 前記演算装置は、前記閉輪郭線群の生成に際して、
   前記測定データの中から、前記スイープ基準平面と交差する前記面要素を抽出し、
   前記輪郭線を一通りに決定することが出来る場合には、前記閉輪郭線群を自動生成し、
   前記輪郭線を一通りに決定することが出来ない場合には、前記スイープ基準平面と交差する前記面要素のリストを作成する
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元モデル生成方法。
3. 前記演算装置は、前記閉輪郭線群の生成に際して、
   前記複数の輪郭線同士の交点を一通りに決定することが出来る場合には、前記閉輪郭線群を自動生成し、
   前記複数の輪郭線同士の交点を一通りに決定することが出来ない場合には、前記交点のリストを作成する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の三次元モデル生成方法。
4. 被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を用いた三次元モデル生成方法であって、
   前記演算装置は、
   前記測定データに基づいて前記三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、前記面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、
   一又は複数の前記三次元モデル要素を用いて前記三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と
   を備え、
   前記三次元モデル要素として、
   所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現し、前記平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面、前記平面形状の前記スイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群、並びに、前記平面形状を移動させる方向及び距離によって規定されるスイープ要素と、
   ある三次元形状を所定の平面又は曲面によって切断することによって三次元形状を表現し、切断される三次元形状である親モデル要素、切断面を規定するカット基準面及び切断された後に消去される方向を示すカット方向を用いて規定されるカット要素と
   を使用可能であり、
   前記三次元モデルの生成に際して、
   前記スイープ要素を前記親モデル要素として選択し、
   前記測定データから所定の前記面要素を前記カット基準面として選択し、
   前記カット方向を前記三次元モデル要素の生成に要する条件として取得し、
   前記親モデル要素、選択された前記カット基準面及び前記カット方向を用いて前記カット要素を生成し、
   一又は複数の前記親モデル要素及び前記カット要素を用いて前記三次元モデルを生成する
   ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
5. 前記演算装置は、前記カット基準面の選択に際して、
   前記測定データの中から、前記親モデル要素と交差する前記面要素を抽出し、
   前記親モデル要素と交差する前記面要素が複数存在する場合には、前記親モデル要素と交差する前記面要素のリストを作成し、
   前記親モデル要素と交差する前記面要素が一つのみ存在する場合には、前記カット基準面を自動で選択する
   ことを特徴とする請求項４記載の三次元モデル生成方法。
6. 前記演算装置は、前記カット方向の取得に際して、
   前記親モデル要素、前記カット基準面及び前記カット方向を表現する矢印等の画像を重ねた三次元画像を生成し、
   前記演算装置に接続された入力装置からの入力に基づいて前記カット方向を取得する
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の三次元モデル生成方法。
7. 被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を用いた三次元モデル生成方法であって、
   前記演算装置は、
   前記測定データに基づいて前記三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、前記面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、
   一又は複数の前記三次元モデル要素を用いて前記三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と、
   前記面要素から前記面要素間の交差情報及び各面要素の輪郭情報を求めて、第１の三次元モデルを自動的に生成する第１の三次元モデル生成部と
   を備え、
   前記三次元モデルの生成に際して、
   前記第１の三次元モデルを自動的に生成し、
   前記測定データから前記三次元モデル要素を規定する所定の前記面要素を選択し、
   前記三次元モデル要素の生成に要する前記条件を取得し、
   選択された前記面要素及び取得された前記条件から前記三次元モデル要素を生成し、
   一又は複数の前記三次元モデル要素によって前記第１の三次元モデルを修正して、前記三次元モデルを生成する
   ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
8. 被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成する演算装置を含む三次元モデル生成システムであって、
   前記演算装置は、
   前記測定データに基づいて前記三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、前記面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、
   一又は複数の前記三次元モデル要素を用いて前記三次元モデルを生成する三次元モデル生成部と
   を備え、
   前記三次元モデル要素として、所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現し、前記平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面、前記平面形状の前記スイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群、並びに、前記平面形状を移動させる方向及び距離によって規定されるスイープ要素を使用可能であり、
   前記三次元モデルの生成に際して、
   前記測定データから前記三次元モデル要素を規定する所定の前記面要素を前記スイープ基準平面として選択し、
   前記スイープ基準平面と交差する他の面要素を適宜選択し、前記スイープ基準平面と前記他の面要素との交線により輪郭線を、複数の前記輪郭線及び前記複数の輪郭線同士の交点によって閉輪郭線群を生成し、
   前記平面形状を移動させる方向及び距離を、前記三次元モデル要素の生成に要する前記条件として取得し、
   選択された前記スイープ基準平面、生成された前記閉輪郭線群、取得された前記平面形状を移動させる方向及び距離を用いて前記スイープ要素を生成し、
   一又は複数の前記スイープ要素を用いて前記被測定対象物の三次元モデルを生成する
   ことを特徴とする三次元モデル生成システム。
9. 演算装置に、被測定対象物を測定して得られた測定点群データ、面要素の種類及び面要素のジオメトリ値を含む測定データに基づいて三次元モデルを生成させる三次元モデル生成プログラムであって、
   前記演算装置を、
   前記測定データに基づいて前記三次元モデルの少なくとも一部の形状を所定の方法で表現し、前記面要素及び所定の条件によって規定される三次元モデル要素を生成する三次元モデル要素生成部と、
   一又は複数の前記三次元モデル要素を用いて前記三次元モデルを生成する三次元モデル生成部
   として機能させるとともに、
   前記三次元モデル要素として、所定の平面形状を所定の方向に移動させた場合の軌跡によって三次元形状を表現し、前記平面形状が存在する平面を規定するスイープ基準平面、前記平面形状の前記スイープ基準平面上における形状を規定する閉輪郭線群、並びに、前記平面形状を移動させる方向及び距離によって規定されるスイープ要素を使用可能とし、
   前記三次元モデルの生成に際して、
   前記測定データから前記三次元モデル要素を規定する所定の前記面要素を前記スイープ基準平面として選択するステップと、
   前記スイープ基準平面と交差する他の面要素を適宜選択し、前記スイープ基準平面と前記他の面要素との交線により輪郭線を、複数の前記輪郭線及び前記複数の輪郭線同士の交点によって閉輪郭線群を生成するステップと、
   前記平面形状を移動させる方向及び距離を、前記三次元モデル要素の生成に要する前記条件として取得するステップと、
   選択された前記スイープ基準平面、生成された前記閉輪郭線群、取得された前記平面形状を移動させる方向及び距離を用いて前記スイープ要素を生成するステップと、
   一又は複数の前記スイープ要素を用いて前記被測定対象物の三次元モデルを生成するステップと
   を前記演算装置に実行させることを特徴とする三次元モデル生成プログラム。