专利名称：三维形状数据处理方法
技术领域：
本发明涉及一种对沿三维形状表面得到的与上述三维形状相应的点数据，判定可否作抽出处理的数据处理方法。
沿三维形状的表面(例如机械加工零件和样品等的表面)，以规定间隔顺序得到与三维形状相应的点数据，将它取进存储器(存储)，这样存储于存储器中与三维形状相应的点数据，可以用来进行机械加工零件的检查，或用来作成样品图样和NC(数控)加工用的控制数据。
例如，如图5所示，就是沿三维形状的表面，顺序获得与三维形状相应的点数据D101—D118，逐个存储到存储器。
但是，存储到存储器的点数据非常多。为了与原来的三维形状表面的形状正确对应，以小间隔获得点数据，故总数据数非常多。因此可以考虑对暂时存储到存储器的点数据进行抽出处理，仅仅重新存储特定的点数据，将它作为最终点数据存储保留。这样，同样的存储容量可存储保留的三维形状表面的总信息量就多，利用存储保留的点数据进行处理又容易实行。
具体来说，若如图6所示按相等间隔抽出点数据，仅在存储器存储保留特定点数据D101、D103、D106、D109、D112、D115、D118，就可以减少存储器最终所存的点数据。
可是，象这样只是等间隔抽出点数据，尽管存储保留的点数据数减少，但还产生别的问题，即，由存储器所保留的点数据拟合不出高精度、与原来形状一致的形状。由计算机图形处理技术当然可以按图6粗实线S恢复原来的形状，但图6粗实线S所示的形状，与细实线T所示的原来形状不太一致。边缘部漏了点数据D111、D116就无法正确复原，即便是R部，漏过点数据也无法正确复原。
本发明的课题在于，针对上述情况，提供一种可以减少存储保留于存储器的点数据数，而且能用存储器所保留点数据再现形状的精度得到提高的三维形状数据处理方法。
为解决上述课题，本发明为一种对沿三维形状表面得制的与上述三维形状相应的点数据，判定可否作抽出处理的数据方法，即对各个点数据，根据对可否作抽出处理加以判定的判定点数据和该数据以前的点数据当中选出的前点数据群，判定点数据和该数据以后的点数据当中选出的后点数据群，求出判定点数据前后的形状变化，然后，在形状变化超出一定值时判定为不可抽出，而在其它情况下判定为可抽出。
本发明的三维形状数据处理方法，既可用于使用存储器已存点数据，并更新存储器记录的情况，也可用于使用三维形状数据获取装置逐次送来的点数据，边抽出边存储到存储器的情况。
示例中的前点数据群是由此时的判定点数据与此前的三个点数据合计四个点数据组成的，而后点数据群则由此时的判定点数据与此后的三个点数据合计四个点数据组成，但不限于此，可以是这种示例，即前点数据群由此时的判定点数据与此前的一个点数据合计两个点数据组成，而后点数据群则由此时的判定点数据与此后的一个点数据合计两个点数据组成，也可以是这种示例，即前点数据群由不包括此时判定点数据的此前三个点数据组成，而后点数据群则由不包括此时判定点数据的此后三个点数据组成。
求本发明判定点数据前后的形状变化时，其方式的例子有分别就前点数据群与后点数据群，由规定的函数式求出与各个点数据群所具有的形状拟合的拟合线，然后分别得到各拟合线在判定点数据处的切线，根据两切线所成的夹角求出判定点数据前后的形状变化。作为规定的函数式，其例子有NURBS函数和契比雪夫多项式等。形状变化越大，两切线的夹角(张开的程度)越小。形状根本没变化(水平)时，该夹角为最大(180°)。当然，结合所测对象物体预先设定一适当基准角度，再进行比较，作出判定。
本发明所用的与三维形状相应的点数据，例如，可以如下所述，采用三角测量法，利用反射激光束受光位置扫描激光束的反射点高度位置与基准点的高度位置之差成正比变化的现象得出。此外，也可以是用莫尔CT图像处理法获得的数据。
如图4所示，激光束10从投光部2经投光透镜3射到物体1三维形状的表面上。激光束10由物体1表面反射经受光透镜6进入CCD摄像检测部5。此光学系统在基准点11高度下反射激光束10时，反射的激光束10在CCD摄像检测部5的基准位置17可测得。而在物体1表面上与基准点11不是同一高度的点12所反射的激光束10则在与CCD摄像检测部5的基准位置17距离L1以外的位置18可测得。这时，反射激光束的受光位置随测定点12高度位置与基准点11高度位置的差成正比变化。因此可以知道测定点12的高度位置(Z轴上的位置)。
采用这种三角测量法实际求面形状时，由激光束10扫描物体1的表面。其扫描范围是反射激光束10受光位置纳入基准位置17的范围。反射激光束10受光位置纳入基准位置17范围以内的面称为基准面。基准面的形状，例如，如特开昭64-26816号公报中揭示的那样，通过对透镜形状等的调整，可以设定为曲面和平面等各种形状。测定点12是在该基准面内作为扫描测定对象的各个点，在基准面内具有与基准点11相同高度位置和不同高度位置。由于预先知道受光透镜6与基准点11的距离L2，受光透镜6与基准位置17的距离L3，以及受光透镜6与基准点11的连线同投光透镜3与基准点11的连线所成的夹角θ，所以可直接求得物体1表面上的测定点12与基准点11之间的距离Z。这样，通过激光束10扫描二维位置相异测定点的高度位置，可以顺序获得距基准点11的距离Z，储存这些点数据，从而可以识别三维形状。通常，各测定点12在XY轴上的位置(二维位置)是以上述距离Z再加上基准点11与安装台14之间距离得到的距离Lz表示的。另外，图中ZH表示可测定范围。
适用本发明的结果是存储到存储器的，点数据中已抽出了那些不要的点数据，但在未发现一定值以上的形状变化且抽出点数据的状态比较连续时，还可以在某些地方插入存储适当的补充数据。也就是说，存储器中除了存储判定为不可抽出的点数据以外，在可抽出判定比较连续时，还可以将个数比其间的点数据个数少的补充数据当作不可抽出数据存储到存储器中。
本发明作为对象的三维形状表面可列举出机械加工零件和样品，人体和牙齿等的表面，但不用说，它不限于此。
采用本发明的三维形状数据处理方法，可以抽出不要的点数据，从全部点数据适当地选择必要的点数据，存储到存储器。这是对于各个点数据，根据前点数据群与后点数据群求出判定点数据前后的形状变化，若形状变化超出规定值，就判定为不可抽出的缘故。因此，形状变化超出规定值的位置，在存储器中存储点数据要得当。
也就是说，在例如图5场合，点数据D111和点数据D116都存储保持在存储器中，边缘就可以正确复原。
另外，本发明中，即使是未发现超出规定值的形状变化，但在此状态连续出现，将相应点数据的一部分作为补充数据存入，就便于利用点数据。
分别就前点数据群与后点数据群，按照规定的函数式求与各点数据群的形状拟合的拟合线，分别得到各拟合线在判定可否抽出的判定点的切线，根据两切线所成的夹角求判定点数据前后的形状变化，这时不需要特别难的算法就可以得到合适的判定结果。
可抽出判定持续时，将个数比这当中点数据个数少的补充数据当作不可抽出数据存到存储器的话，就便于利用这种点数据。有时，数据间隔区间过长的话，就会难以处理。
利用三角测量法，可以简单迅速地获得与三维形状相应的点数据。也可以利用市售的装置，实施本发明非常容易。
图1是示意实施例在抽出处理之前点数据与判定情况的说明图。
图2是示意实施例在抽出处理之后点数据的说明图。
图3是示意实施例还插入存储补充数据情况的说明图。
图4是示意三角测量法原理的说明图。
图5是示意现有方法抽出之前点数据的说明图。
图6是示意参考例中抽出之后点数据与再生形状的说明图。
以下说明本发明实施例。当然本发明不限于下述实施例。
图1示意实施例中与三维形状相应的点数据。点数据D1-D18是利用前述三角测量法，沿具有三维形状的表面，顺序得到的点数据，并作为保留的点数据存储到存储器。图1的点数据D1-D18与图5的点数据D101—D118相同。对于这些点数据D1-D18进行可否抽出的判定，若不可以抽出就存储保留到存储器，若可以抽出，原则上不存储保留。实施例中，对于各个点数据，利用计算机等进行运算，根据对是否可以作抽出处理进行判定的判定点数据以及判定点数据之前三个点数据所组成的前点数据群、判定点数据以及判定点数据之后三个点数据所组成的后点数据群，求得判定点数据前后的形状变化，若形状变化超出一定值就判定为不可以抽出，否则就判定为可以抽出。
现在设判定对象的判定点数据为点数据D5，在实施例中，点数据D5与三个点数据D2、D3、D4共计四个为前点数据群，而点数据D5与三个点数据D6、D7、D8共计四个为后点数据群。首先，从点数据D2、D3、D4、D5这个前点数据群，用二次近似式求得与该点数据群形状拟合的拟合线，按单位向量形式，得到该拟合线在点数据D5处的切线P。另一方面，则从点数据D5、D6、D7、D8这个后点数据群，用二次近似式求得拟合线，按单位向量形式，得到该拟合线在点数据D5处的切线Q。虽然是用二次式作近似，但多项式的次数是可以适当变更的。
求出两切线P、Q之后，再算出两切线P、Q前端的间距M。距离M与两切线P、Q所夹的角度成正比，距离M越长所夹角度越大。另一方面，切线P、Q所夹的角度与形状变化成反比，角度越小形状变化就越大。因此，预先确定与切线P、Q所夹角度相当的距离M0，而且该夹角对应于一定程度的形状变化。所算距离M在一定值以下时对应的点数据判为形状变化超出一定值，不可抽出，存储保留在存储器中，否则就判定为可抽出，不存储保留。这样，对于各个点数据重复进行相同的判定运算，算出的距离M低于一定值的点数据便存储到存储器。
当然，也可以直接算出切线P、Q所夹角度，进行判定。
图2示意判定运算的结果，即存储保留在存储器的点数据。这样，形状变化大的地方，点数据一个不漏地选取，从而可以高精度地再现形状。
另外，如图3所示，可抽出点数据的判定所持续的区间超出一定值时，还可以存储保留应抽出点数据中的一部分，或者在该区间强制插入点数据，也将补充数据DA、DB、DC、DE存入存储器。当然，插入的数据个数比判定为可抽出的点数据个数要少。插入补充数据时，其方法是例如从不抽出的点数据D6、D7、D11、D12，得出由NURBS曲线近似的拟合线，将适当位置的数据当作点数据求出，再将它作为补充数据DA、DB、DC、DE插入。
被测物品1采用盒式收音机壳，若存储保留全部点数据，则需要2MB存储容量的存储器。这种情况下，可以证实利用本发明的三维形状数据处理方法，即使插入先前的补充数据，约70KB的存储容量就足以存储保持了。
采用本发明三维形状数据处理方法，可以适当抽出不要的点数据，从全部点数据当中适当选择需要的点数据存储于存储器，因而使得存储器存储保留的点数据个数既保证再现形状精度，又得到压缩，减少了必要存储容量后的处理也容易进行。
本发明中，分别对前点数据群与后点数据群，按规定函数式求出与各点数据群的形状拟合的拟合线，然后分别得到各拟合线在判定可否抽出的判定点数据处的切线，根据两切线所成的夹角求得判定点数据前后的形状变化。其优点在于不需要特别困难的算法，就可以得到合适的判定结果。
在可抽出判定接连持续时，若将个数比其间点数据个数少的补充数据，当作不可抽出数据存储到存储器的话，其优点还有便于利用这种点数据。
本发明利用三角测量法获得数据时，不仅可以简单迅速地获得与三维形状相应的数据，而且还可以利用市售装置，有实施本发明非常容易的优点。
权利要求
1.一种三维形状数据处理方法，对沿三维形状表面获得的与所述三维形状相应的点数据，判定可否作抽出处理，其特征在于，对于各个点数据，根据判定可否作抽出处理的判定点数据以及判定点数据之前的点数据当中选出的前点数据群，和判定点数据以及判定点数据之后的点数据当中选出的后点数据群，求出判定点数据前后的形状变化，若形状变化超出规定值就判定为不可抽出，否则就判定为可抽出。
2.如权利要求1所述的三维形状数据处理方法，其特征在于分别对前点数据与后点数据群，按照规定的函数式求出与各点数据群所具有的形状拟合的拟合线，再分别求得各拟合线在判定数据处的切线，并根据两切线所成的夹角，求出判定点数据前后的形状变化。
3.如权利要求1或2所述的三维形状数据处理方法，其特征在于除了在存储器中存储判定为不可抽出的点数据以外，在可抽出判定接连持续时，还将个数比其间点数据个数少的补充数据当作不可抽出数据存储到存储器中。
4.如权利要求1至3任一项所述的三维形状数据处理方法，其特征在于与三维形状相应的点数据是采用三角测量法，利用反射激光束受光位置随扫描激光束反射点高度位置与基准点高度位置之差成正比变化这一现象获得的。
全文摘要
本发明提供一种可以压缩存储保留的点数据个数，提高所存点数据再现形状精度的三维形状数据处理方法。此方法对沿三维形状表面获得的与所述形状相应的点数据，判定可否作抽出处理。对于各个点数据，根据判定可否作抽出处理的判定点数据以及此前点数据中选出的前点数据群，判定点数据以及此后点数据中选出的后点数据群，求出判定点数据前后的形状变化，若该变化超出规定值就判定为不可抽出，否则判定为可抽出。
文档编号G01C3/06GK1118483SQ94108520
公开日1996年3月13日 申请日期1994年7月22日 优先权日1993年7月23日
发明者濱野诚司, 一柳高畤, 野村刚, 浜村公平 申请人:松下电器产业株式会社