JP4785598B2 - 類似形状検索装置 - Google Patents
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Description
より特定的には、入力されている形状モデル(CADモデル、メッシュモデル)の中から、所定の検索形状に対して類似する形状部分を検索する機能であり、その検索範囲が大きさ及び/又は位相幾何学的に可変である類似形状検索装置、方法或はプログラムに関する。
以上のように、多面体形状を対象とした検索手法は公知の従来技術が存在するが、多面体形状の中に存在する部分特徴形状を対象とする検索手法は未だない。
筐体はアルミ板を板金折り曲げ加工することで作成される。
筐体には、DSP等の信号処理を担う素子が配線されているプリント基板と、ユーザの操作を受け付けるボタンスイッチと所定の表示を行う液晶表示素子を含むパネルと、電力を供給するスイッチング電源ユニットよりなる。
これら部品は異なる業者から納入されるため、それぞれ違うサイズのねじによって筐体にねじ止めされる。
ねじの数が少なければ、設計者は自身が頭の中でイメージするねじを全てCAD内のデータから探し出し、置換等の所定の設計変更処理を行うことで足りる。
しかし、ねじの数が膨大になったり、筐体の形状が複雑になったりすると、人間の頭脳による処理だけでは到底追いつかなくなり、また編集洩れ等の誤りを生じる可能性が高くなる。
分類された部分特徴形状を表す三角形メッシュデータ群の特徴量を計算し、その後検索形状の特徴量との差を計算し、特徴量の差の小さい部分特徴形状或は検索形状を表示する。また、特徴量の差の値に基づいて類似する形状の候補を一覧表示する。
形状モデルデータ101は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、編集対象の三次元CADデータである。
検索モデルデータベース102は、周知のハードディスク等の記憶媒体に格納されている、検索用サンプルモデルが多数格納されている三次元CADデータの集合体(データベース)である。検索モデルデータベース102は、各レコードが、三次元の検索用形状データを示す検索用サンプルデータのフィールドと、演算処理済の特徴量データのフィールドよりなる、リレーショナルデータベースを構成している。
なお、もし形状モデルデータ101が三角形メッシュである場合は、メッシュ生成部103による変換処理を要しないので、形状モデルデータ101がそのまま後続の部分特徴形状抽出部104へ供される。
特徴量は、部分特徴形状を構成する三角形メッシュモデルの群から任意の二つの三角形メッシュデータを選択し、二つの要素間の重心距離、二つの要素の法線ベクトルと重心線の成す角度の和、二つの要素の面積の和を計算する。重心距離、角度、要素面積のデータを、三角形メッシュモデルの群を構成する要素数分だけ繰り返し求めて算出する。例えば、一つの部分特徴形状内に三角形メッシュモデルの群を構成する三角形メッシュデータがn個あるとすると、これら要素間特徴量計算はn(n−1)/2回分必要になる。
最後に、重心距離、角度、要素面積のそれぞれに対し、総和を計算する。
このようにして、さまざまな形状の部分特徴形状に対して、極めて単純なスカラ量にて構成される「特徴量」が求められる。
一方、要素面積の総和のデータは、物体の大きさにのみ変動する量である。すなわち、検索に際して大きさを考慮する際のパラメータとなる。
具体的には、類似度計算部106は、形状モデルデータ101を構成する各々の部分特徴形状と類似する形状を、検索モデルデータベース102から検索する。類似する形状かどうかを判断するために、類似度を計算する。類似度Dは、(1)式で求められる。
ある形状に対して求まる法線ベクトルと重心線がなす角度の総和は、その形状が相似であれば、大きさに関係なく一定になる。
すなわち、これらの値は形状の形態に固有の値となる。
したがって、任意の二つの形状においてこの二つの値の差を取り、それぞれの差が小さい形状同士が、類似する形状と見ることができる。
類似度パラメータ設定操作体111は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部106を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、類似度に対する閾値である。
大きさの範囲は、類似度計算部106に接続されている大きさパラメータ設定操作体112によって変更する。
大きさパラメータ設定操作体112は、操作子そのものはパソコンのキーボードやマウス等よりなり、その実体は類似度計算部106を構成するプログラムのルーチン内に設けられる、大きさに対する閾値である。
類似特徴形状表示部107は、部分特徴形状抽出部104によって抽出された部分特徴形状に対して、類似度計算部106によって選ばれた、最も類似する形状を強調表示(ハイライト表示)することで、ユーザへ検索結果を提示する。
また、類似度計算結果として、部分特徴形状と類似する形状候補のリストを提示し、ユーザが検索結果を参照することが可能である。
実施態様は上記に留まらず、形状モデルデータ101全体を一括してメッシュ生成部103にて処理し、部分特徴形状抽出部104にて複数の部分特徴形状に分割し、全ての部分特徴形状に対して検索モデルデータベース102から類似するレコードを検索し、類似特徴形状表示部107にて表示する、という実施態様であってもよい。
実施態様は上記に留まらず、ユーザが任意の検索モデルデータとしての検索形状を入力し、これをメッシュ生成部103及び特徴量計算部105にて特徴量を計算して、単一の検索モデルデータベース102のレコードを構成し、これに類似する形状モデルデータ101の部分特徴形状を、類似特徴形状表示部107にてハイライト表示する、という実施態様であってもよい。
CADモデル201はメッシュ生成部203へ渡される。メッシュモデル202は部分特徴形状抽出部204へ渡される。
入力モデルがCADモデル201の場合、メッシュ生成部203へ送信し、表面メッシュデータを作成した後、部分特徴形状抽出部204へ送信するが、入力モデルがメッシュモデル202の場合,メッシュ生成部203には送信せず、部分特徴形状抽出部204へ直接送信する。
入力モデルがCADモデル、メッシュモデルいずれの場合でも、部分特徴形状抽出部204でメッシュから部分特徴形状205を抽出する。メッシュデータからメッシュ面群を特徴形状毎に分類し、部分特徴形状を作成する。
作成された部分特徴形状を特徴量計算部206へ送信し、特徴量を算出する。特徴量は、任意の2要素間の角度、距離、メッシュ要素面積から求められる。求められた特徴量データ207は、類似度計算部208へ送信される。
類似度計算部208では、クエリ形状211の特徴量と部分特徴形状の特徴量から類似度を計算する。類似度は、クエリ形状の特徴量と部分特徴形状の特徴量の差から求められる。類似度計算の結果、クエリ形状に対して最も近い形状を選択し、類似特徴形状209として類似特徴形状表示部210へ送信する。
類似特徴形状表示部210では、類似度計算の結果、最も類似する特徴を入力モデルデータ内に表示する。表示方法としては、強調表示・ハイライト表示がある。また、類似特徴形状表示部では、類似度計算の全ての結果を表示する。これにより、ユーザは類似検索の結果を参照することが可能である。ユーザは、検索結果のリストを参照することが可能である。検索結果一覧として参照することが可能である。
メッシュモデルの場合(309)、メッシュを生成せず、既存のメッシュデータを利用して、部分特徴形状面データ抽出部でメッシュ面群を抽出する。抽出したメッシュ面群から、部分特徴形状面データグループを分類する(304)。部分特徴形状を表現する面データから、必要な形状を分類する。面データから、特徴形状部分に対応する面データを抽出することで、形状を分類する。
三角形メッシュデータの面群に対して、境界線を設定する。
面群の外形線403の範囲内で、任意の三角形メッシュデータの要素と隣接する要素の角度を、要素の法線ベクトルの内積から計算し、内積が閾値以下であれば、三角形メッシュデータの要素の要素辺を境界線404として、外形線と境界線の交点401及び402を決定したあと、三角形メッシュデータの面群を抽出する。
こうして作成した境界線により、三角形メッシュ面群406と405にそれぞれ分かれ、部分特徴形状を抽出する。
形状モデルデータ501内に含まれる部分特徴形状の境界線を決定することで、部分特徴形状を抽出する。
図5の例において、穴の周縁部分における法線ベクトルの内積は、角度が90°となることから、0となる。
先ず、部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの任意の2要素601及び602を選ぶ。
次に、選択した2要素間の重心距離と角度を演算し、部分特徴形状の特徴量を計算する。重心距離は、2要素の重心を結んだ線分lの長さとなる。角度は、2要素の法線ベクトルN1及びN2を計算し、法線ベクトルN1及びN2と2要素の重心を結んだ線分lよりなる角度φ1及びφ2の和として計算する。
以上のようにして求めた重心距離と角度を、部分特徴形状を構成する全ての三角形メッシュ面群に対して演算し、それぞれ累積加算する。求められた値は重心距離の総和と、角度の総和となる。
部分特徴形状の形態が複雑になればなるほど、部分特徴形状を変換して得られる三角形メッシュ面群の数は増え、これに呼応して重心距離の総和と角度の総和は増える。すなわち、重心距離の総和と角度の総和は形状に依存する量である。
類似度計算は、(1)式で計算する。
(1)式の類似度計算は、部分特徴形状と検索形状との特徴量同士の距離を計算する。部分特徴形状と検索形状の重心距離の総和の差と、角度の総和の差を計算する。得られた重心距離の総和の差と角度の総和の差を加算すると、距離が求まる。距離が小さいほど、類似する形状となる。
類似度の閾値を下げる、すなわち対象形状の範囲を大きく設定することで、検索形状の範囲を拡大することが可能になる。例えば、ある装置の筐体を構成する板に設けられる、貫通しないねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、窪み迄も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。同様に、板を貫通するねじ穴を検索する際にパラメータを大きく取ると、ねじ穴に留まらず、排気孔等も検索範囲に含め、ヒットさせることが可能となる。
本発明では、メッシュ情報を用いて類似形状検索を行うため、トポロジー構造が異なっているが、形状は類似するものをヒットさせることが可能である。
また、形状モデルデータ101中の部分特徴を検索形状として、マウスでピック指定することにより、検索形状の登録も可能である。
このようにして、ユーザの発意に基づいて任意の検索形状を検索モデルデータベース102へ追加登録できる。
類似形状検索画面801では、形状モデル802の読み込み、検索モデルデータベース102に登録されている検索形状と類似する部分特徴形状の検索、検索結果の表示が可能である。
先ず、「モデル読込」ボタン804を押すと、形状モデル802が読み込まれる。
次に、読み込んだ形状モデル802に対して、所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。「類似形状検索」ボタン805を押すと、形状モデル802の中にある部分特徴形状を抽出し、各々の部分特徴形状からユーザが先に指定した所望の検索形状と類似する部分特徴形状を検索する。
検索した結果、所望の検索形状と最も類似する部分特徴形状803を強調表示する。
また、「類似形状検索結果画面」ボタン806を押すと、最も類似する形状以外の類似度の結果を参照することが可能である。
形状モデル802中にある部分特徴形状に対して、クエリ形状との類似度を計算し、部分特徴形状902及び903を表示する。また、類似度計算結果904を表示する。「戻る」ボタン905を押すと、類似形状検索画面801に戻る。
101…形状モデルデータ
102…検索モデルデータベース
103…メッシュ生成部
104…部分特徴形状抽出部
105…特徴量計算部
106…類似度計算部
107…類似特徴形状表示部
111…類似度パラメータ設定操作体
112…大きさパラメータ設定操作体
113…指示操作子
212…検索モデルデータベース
201…CADモデル
202…メッシュモデル
203…メッシュ生成部
204…部分特徴形状抽出部
205…部分特徴形状
206…特徴量計算部
207…特徴量データ
208…類似度計算部
209…類似特徴形状
210…類似特徴形状表示部
211…クエリ形状
301…CAD・メッシュモデル読込手順
302…三角形メッシュ作成手順
303…部分特徴形状面データ抽出手順
304…部分特徴形状面データグループ分類手順
305…部分特徴形状特徴量計算手順
306…類似度計算手順
307…類似計算結果表示手順
401,402…交点
403…外形線
404…境界線
405,406…三角形メッシュ面群
501…形状モデルデータ
502…部分特徴形状
601,602…三角形メッシュ要素
700…検索形状登録機能
701…検索形状登録画面
702…形状モデル
703…「モデル読込」ボタン
704…「検索形状登録」ボタン
800…類似形状検索機能
801…類似形状検索画面
802…形状モデル
803…部分特徴形状
804…「モデル読込」ボタン
805…「類似形状検索」ボタン
806…「類似形状検索結果画面」ボタン
900…類似形状検索結果表示機能
901…類似形状検索結果画面
902,903…部分特徴形状
904…類似度計算結果
905…「戻る」ボタン
l…線分
N1,N2…法線ベクトル
φ1,φ2…角度
Claims (3)
- 検索用サンプルモデルが記憶媒体に格納されている検索モデルデータベースと、
検索対象である形状モデルデータに対して三角形メッシュモデルを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ生成部によって前記形状モデルデータの表面に作成された前記三角形メッシュモデルから、部分特徴形状を抽出する部分特徴形状抽出部と、
前記三角形メッシュモデルを構成するメッシュ面群に対応する部分特徴形状の特徴量を数値化し、形状を表す数値を作成する特徴量計算部と、
前記特徴量計算部にて算出された各々の部分特徴形状の重心距離、角度、要素面積よりなる特徴量と、前記検索モデルデータベースの各レコードの特徴量とを、下記数式(1)
を具備する類似形状検索装置。 - 検索用サンプルモデルが記憶媒体に格納されている検索モデルデータベースと、
検索対象である形状モデルデータに対して三角形メッシュモデルを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ生成部によって前記形状モデルデータの表面に作成された前記三角形メッシュモデルから、部分特徴形状を抽出する部分特徴形状抽出部と、
前記三角形メッシュモデルを構成するメッシュ面群に対応する部分特徴形状の特徴量を、部分特徴形状を構成する三角形メッシュ面群のうちの任意の二要素を選び、前記二要素間の重心距離と角度を演算して部分特徴形状の特徴量を計算し、前記重心距離と前記角度を、部分特徴形状を構成する全ての三角形メッシュ面群に対して演算し、それぞれ累積加算することで数値化し、形状を表す数値を作成する特徴量計算部と、
前記特徴量計算部にて算出された各々の部分特徴形状の重心距離、角度、要素面積よりなる特徴量と、前記検索モデルデータベースの各レコードの特徴量とを比較演算する類似度計算部と
を具備する類似形状検索装置。 - 検索用サンプルモデルが記憶媒体に格納されている検索モデルデータベースと、
検索対象である形状モデルデータに対して三角形メッシュモデルを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ生成部によって前記形状モデルデータの表面に作成された前記三角形メッシュモデルから、前記三角形メッシュデータの面群に対して境界線を設定し、前記面群の外形線の範囲内で、任意の三角形メッシュデータの要素と隣接する要素の角度を、前記要素の法線ベクトルの内積から計算し、前記内積が閾値以下であれば前記三角形メッシュデータの前記要素の要素辺を境界線として、前記外形線と前記境界線の交点を決定した後、前記三角形メッシュデータの前記面群を抽出することで部分特徴形状を抽出する、部分特徴形状抽出部と、
前記三角形メッシュモデルを構成するメッシュ面群に対応する部分特徴形状の特徴量を数値化し、形状を表す数値を作成する特徴量計算部と、
前記特徴量計算部にて算出された各々の部分特徴形状の重心距離、角度、要素面積よりなる特徴量と、前記検索モデルデータベースの各レコードの特徴量とを比較演算する類似度計算部と
を具備する類似形状検索装置。
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