建模装置、三维模型生成装置、建模方法、程序和布局模拟器的制造方法
【专利说明】建模装置、三维模型生成装置、建模方法、程序和布局模拟
□ □
技术领域
[0001]本发明涉及被配置为基于通过对立体物进行三维测量所得到的测量结果来生成该立体物的模型的建模装置。本发明还涉及用于生成真实空间中的立体物的模型的三维模型生成装置、用于生成立体物的模型的建模方法、用于实现该建模装置的程序和利用该建模装置的布局模拟器。
【背景技术】
[0002]传统上，例如文献1(日本专利申请公开编号1992-133184)提出了用于生成对象空间中的三维模型的技术。文献1所述的该技术将格子状的光投影到对象空间上以拍摄投影图像，由此基于该投影图像中的格子的交叉点的位置关系来来求出各平面的位置和倾斜。
[0003]在文献1中，通过基于平面的位置和倾斜将平面的各邻接关系分类成褶皱、斜面边界或面内边界、然后计算平面边界以获得交叉线，来计算室内的结构线。也就是说，文献1所述的结构提取褶皱、斜面边界或面内边界，以提取包括对象空间中所配置的物体的室内的结构线。
[0004]为了这样提取结构线，文献1还描述了恢复被小物体遮挡并且根据图像不能检测到的结构线。
[0005]在将室内壁纸改变为新壁纸的情况下或者在安装绝热材料的情况下，测量可能需要移除室内所配置的物体。
[0006]文献1 了公开了即使在噪声或小的障碍物等而导致区域的一部分缺失的情况下、也可以稳定地恢复结构线。然而，由于文献1所述的技术提取诸如桌子等的大型物体作为三维模型的组成元素，因此文献1所述的技术无法生成在为了改变室内壁纸或安装绝热材料而移除室内物体之后的立体物的模型。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供即使在作为立体物的一部分被相对较大的物体遮挡的结果而存在测量装置无法测量的区域的情况下、也能够生成该立体物的模型的建模装置。本发明的另一目的是提供被配置为生成真实空间中的立体物的模型的三维模型生成装置、用于生成立体物的模型的建模方法、用于实现该建模装置的程序和利用该建模装置的布局模拟器。
[0008]根据本发明的一种建模装置，其特征在于，包括:获得部，其被配置为从被配置为对具有多个面的立体物进行三维测量的测量装置获得与属于所述立体物的多个测量点有关的三维坐标值作为第一数据；面提取部，其被配置为针对所述多个面的各面，基于与属于该面的测量点有关的第一数据来生成表示该面的平面表达式；顶点提取部，其被配置为计算同时满足分别表示所述多个面中的邻接的多个面的平面表达式的点，以提取出所述点作为所述邻接的多个面之间共用的顶点；以及模型生成部，其被配置为基于所述平面表达式和所述顶点来生成表示所述立体物的模型的信息，其中，所述面提取部被配置为进行以下操作:将基于属于一个面的三个测量点的坐标值获得的平面表达式所表示的平面定义为候选平面，以及通过基于从所述候选平面起的预定距离的范围内所存在的多个测量点进行重新计算来确定平面表达式。
[0009]根据本发明的一种三维模型生成装置，其特征在于，包括所述建模装置和所述测量装置。
[0010]根据本发明的一种建模方法，其特征在于，包括以下步骤:通过获得部从被配置为对具有多个面的立体物进行三维测量的测量装置获得与属于所述立体物的多个测量点有关的三维坐标值作为第一数据；接着，通过面提取部针对所述多个面的各面，基于与属于该面的测量点有关的第一数据来生成表示该面的平面表达式；之后，计算同时满足分别表示所述多个面中的邻接的多个面的平面表达式的点，以提取出所述点作为所述邻接的多个面之间共用的顶点；以及通过模型生成部基于所述平面表达式和所述顶点来生成表示所述立体物的模型的信息，其中，所述面提取部进行以下操作:将基于属于一个面的三个测量点的坐标值获得的平面表达式所表示的平面定义为候选平面，以及通过基于从所述候选平面起的预定距离的范围内所存在的多个测量点进行重新计算来确定平面表达式。
[0011]根据本发明的一种程序，其能够使计算机用作建模装置，其中，所述建模装置包括:获得部，其被配置为从被配置为对具有多个面的立体物进行三维测量的测量装置获得与属于所述立体物的多个测量点有关的三维坐标值作为第一数据；面提取部，其被配置为针对所述多个面的各面，基于与属于该面的测量点有关的第一数据来生成表示该面的平面表达式；顶点提取部，其被配置为计算同时满足分别表示所述多个面中的邻接的多个面的平面表达式的点，以提取出所述点作为所述邻接的多个面之间共用的顶点；以及模型生成部，其被配置为基于所述平面表达式和所述顶点来生成表示所述立体物的模型的信息，其中，所述面提取部被配置为进行以下操作:将基于属于一个面的三个测量点的坐标值获得的平面表达式所表示的平面定义为候选平面，以及通过基于从所述候选平面起的预定距离的范围内所存在的多个测量点进行重新计算来确定平面表达式。
[0012]根据本发明的一种布局模拟器，其特征在于，包括:显示控制部，其被配置为基于建模装置所生成的模型的信息，将作为所述立体物的计算机图形的虚拟空间显示在监视装置的画面上；物品配置部，其被配置为将具有三维信息的三维物品配置在所述虚拟空间的期望位置；质感表现部，其被配置为在所述虚拟空间中向所述面附加质感的信息；以及属性调节部，其被配置为调节包括所述三维物品和所述质感的位置的属性。
[0013]本发明的结构获得具有多个面的立体物中的各个测量点的三维坐标值，基于各坐标值来针对各面生成表示面的平面表达式，针对多个面中的各邻接面提取在这些面之间共用的顶点，并且生成作为连结这些顶点的边界线的集合的模型。因此，即使立体物的一部分被相对较大的物体遮挡并且不能利用测量装置进行测量，也通过平面表达式的计算来估计顶点的位置。结果，可以生成对无法测量的区域进行补偿的立体物的模型。在定义了候选平面之后，通过基于从该候选平面起的预定距离的范围内存在的测量点进行重新计算来确定平面表达式。因此，可以针对立体物的形状实现高精度的模型再现。
【附图说明】
[0014]图1是示出实施例的框图。
[0015]图2是说明实施例的操作示例的概念的图。
[0016]图3是作为实施例中的测量对象的立体物的示例的立体图。
[0017]图4是示出实施例中测量装置所生成的图像的示例的图。
[0018]图5是说明实施例中用于自动提取一部分的面的原理的图。
[0019]图6是示出实施例中的立体物的示例的立体图。
[0020]图7是说明实施例中的用于验证顶点的原理的图。
[0021]图8是示出布局模拟器的结构示例的框图。
[0022]图9是示出实施例中的虚拟空间的示例的立体图。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，以下说明的三维模型生成装置1包括:测量装置20，其被配置为对具有多个面3 (参见图2)的立体物30 (参见图2)进行三维测量；以及建模装置10，其被配置为生成与立体物30的模型有关的信息。
[0024]在本实施例中，如图3所示，例示出建筑物内的房间作为具有多个面3的立体物30。也就是说，本实施例关注于房间的内面。然而，立体物30可以是建筑物的内部或外部。另外，以下要说明的技术还可应用于除建筑物以外的立体物30。
[0025]在图1中，被配置为进行三维测量的测量装置20是所谓的3D激光扫描器。该3D激光扫描器被配置为三维地扫描脉冲激光束以输出这些脉冲激光束照射的部位的三维坐标值。为了获得这些三维坐标值，测量装置20发射强度随时间的经过而周期性地发生改变的强度调制光，以接收来自该强度调制光发射到的空间的反射光。然后，测量装置20检测所发射的强度调制光和所接收到的强度调制光之间的相位差，以根据该相位差获得强度调制光的飞行时间。以下将脉冲激光束简称为“激光束”。
[0026]本实施例中的3D激光扫描器包括测量部(未示出)，其中该测量部被配置为在与其安装面平行的面内进行转动。该测量部还被配置为针对各转动位置使激光束在与安装面垂直的面内扫描(扫描)。
[0027]在将3D激光扫描器安装在地板面上的情况下，在测量部正在与地板面平行的面内进行转动时，3D激光扫描器在除地板面的一部分外的所有范围内照射激光束。因此，在以测量部为中心的各个方向上照射激光束。也就是说，三维地扫描激光束。然而，将向着支撑测量部的构件的方向从激光束的照射方向中排除。因此，测量部在地板面的安装有3D激光扫描器的部位内没有照射激光束。
[0028]3D激光扫描器测量在所照射的激光束被立体物30反射而返回至测量装置20的情况下的相位差。3D激光扫描器将所测量到的相位差换算成直到立体物30的作为激光束的各个反射点的各个部位为止的距离。3D激光扫描器还基于激光束的照射方向和直到激光束的各个反射点为止的距离来识别立体物30的作为激光束的各个会聚点的各个位置。基于激光束的照射方向和直到激光束的各个反射点为止的距离所识别出的各个位置利用极坐标系的坐标值(即，球坐标值)来表示。
[0029]测量装置20输出针对激光束的各个会聚点的坐标值。也就是说，从立体物30离散地获得坐标值。以下还将利用坐标值所确定的各位置称为“测量点”。另外，将与要从测量装置20输出的三维坐标值有关的数据称为第一数据。如上所述，测量装置20发射脉冲激光束，以输出测量点的三维坐标值，所述测量点为立体物30中的作为脉冲激光束的反射点的部位。
[0030]由于利用极坐标系的坐标值来表示各测量点，因此近距离范围内的集合在密度方面较高，而远距离范围内的集合在密度方面较低。在示例中，在测量点与二维平面上所设置的正方形格子的格子点相关联的情况下，邻接的测量点之间的距离关于近距离范围内的测量点集合而扩大，并且关于远距离范围内的测量点集合而缩小。
[0031]测量装置20不仅进行三维测量，而且还包括被配置为对立体物30进行摄像的功能。因此，测量装置20包括诸如CCD图像传感器或CMOS图像传感器等的固态图像感测装置、以及配置在该固态图像感测装置的前方的广角光学系统。例如，测量装置20被配置为使测量部在与安装面平行的面内转动两周，同时在第一周转动期间获得立体物30的部位的三维坐标点并且在第二周转动期间对立体物30进行摄像。
[0032]测量装置20包括广角光学系统，因此具有深的景深，并且即使直到立体物30为止的距离发生改变，也可以在无需调节光学系统的焦点的情况下获得聚焦的图像。然而，一个图像无法覆盖与第一数据相同的范围。因此，测量装置20在测量部正在移动时拍摄多张(例如，约100个)图像，然后将所拍摄图像合成。
[0033]所拍摄图像可以是单色的灰度图像，但在输出红色、绿色和蓝色的各亮度数据的以下示例中是彩色图像。以下将彩色图像数据称为彩色信息。另外，将要从测量装置20输出的图像数据称为第二数据。此外，除上述的3D激光扫描器外，已知有Kinect (注册商标)作为被配置为输出各第一数据和各第二数据的这种测量装置20。
[0034]测量装置20具有被配置为使包括彩色图像的像素值的第二数据与第一数据相关联的功能。换句话说，测量装置20的功能被配置为使各测量点与相应的颜色信息相关联。测量装置20基于来自测量部的激光束的照射方向和拍摄彩色图像时的视野来识别与各测量点相对应的彩色图像的像素，并且使该像素的颜色信息与相应测量点的坐标值相关联。
[0035]例如，这样获得的图像如图4所示发生失真。如上所述，这些失真图像