JP6829827B2 - Data creation method for 3D modeling - Google Patents
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Description
本発明は、立体物造形用データ作成方法に関し、特に光透過性樹脂及び非光透過性樹脂を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法に関する。
The present invention is three-dimensional object relates modeling data creating method, three-dimensional object modeling data creating how when shaping the three-dimensional object in three-dimensional forming apparatus such as a 3D printer, particularly using a light-transmitting resin and light non-transmissive resin Regarding.
近年、ＣＴ画像等の画像データから、３Ｄプリンタ等の立体物形成装置を用いて立体物を造形することが行われている。例えば、特許文献１では、医療現場等で体内の骨格や内臓等を可視化するために透明樹脂を用いて多色で立体物を造形している。また、３Ｄプリンタで立体物を造形する際にはポリゴンデータが生成される。このポリゴンデータは、データ量が膨大になるため、例えば、特許文献２に示すようにデータの最適化が行われる。 In recent years, three-dimensional objects have been modeled from image data such as CT images using a three-dimensional object forming apparatus such as a 3D printer. For example, in Patent Document 1, a three-dimensional object is modeled in multiple colors using a transparent resin in order to visualize the skeleton, internal organs, etc. in the body at a medical site or the like. In addition, polygon data is generated when a three-dimensional object is modeled with a 3D printer. Since the amount of this polygon data becomes enormous, for example, the data is optimized as shown in Patent Document 2.
しかしながら、複数種類の樹脂を用いて立体物を造形する場合、各種類の樹脂間に隙間が発生することがある。隙間が発生するとサポート材と呼ばれる立体物を造形するための樹脂とは異なる樹脂が用いられて立体物が造形される。この時、例えば、意図しない隙間が立体物の外側に発生した場合は、造形後に取り除くことができるが、該意図しない隙間が造形物の内部に発生した場合、後から取り除くことが困難である。従って、意図しない隙間が発生すると、立体物を造形する前にポリゴンデータを生成した際に発生する隙間を予め無くす必要がある。 However, when a three-dimensional object is modeled using a plurality of types of resins, gaps may occur between the various types of resins. When a gap is generated, a three-dimensional object is formed by using a resin called a support material, which is different from the resin for forming the three-dimensional object. At this time, for example, if an unintended gap is generated outside the three-dimensional object, it can be removed after modeling, but if an unintended gap is generated inside the modeled object, it is difficult to remove it later. Therefore, when an unintended gap is generated, it is necessary to eliminate the gap generated when polygon data is generated before modeling the three-dimensional object.
特許文献１では、触感や質感等を実際の物を再現できるような３次元造形モデルを開示しているが、具体的なポリゴンデータをどのように処理するかについて開示していない。また、特許文献２では、ポリゴンデータの最適化を行っているが、これは、データ量が膨大になることを防ぐだけであって、隙間を無くすことは難しい。仮に、特許文献１に特許文献２を適用したとしても、この発生した隙間を埋めることは難しい。例えば、頭蓋骨の内部や動物の内蔵など、外側を透明などの光透過性樹脂で造形し、内部を複数色の樹脂で造形した立体物を観察する際に、隙間が発生する。そして、その隙間にサポート材が挿入されると、樹脂の形状、材質、色等が異なることから、観察者が違和感を覚えてしまう。 Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling model capable of reproducing an actual object such as tactile sensation and texture, but does not disclose how to process specific polygon data. Further, in Patent Document 2, polygon data is optimized, but this only prevents the amount of data from becoming enormous, and it is difficult to eliminate gaps. Even if Patent Document 2 is applied to Patent Document 1, it is difficult to fill the generated gap. For example, a gap is generated when observing a three-dimensional object in which the inside of a skull or the internal organs of an animal is molded with a transparent or other light-transmitting resin and the inside is molded with a resin of a plurality of colors. When the support material is inserted into the gap, the shape, material, color, etc. of the resin are different, which makes the observer feel uncomfortable.
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、複数の造形材料を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and is to generate a gap between polygons as data when modeling a three-dimensional object with a three-dimensional forming device such as a 3D printer using a plurality of modeling materials. It is an object of the present invention to provide a data creation method for three-dimensional object modeling that creates polygon data.
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ作成方法は、立体形成装置を用いて第１の材料及び第２の材料により立体物を造形する際の立体物造形用データ作成方法であって、造形対象となる立体物の画像データからボクセルデータを生成する工程と、前記ボクセルデータに対して複数領域にラベリングを行うラベリング工程と、前記ラベリング工程でラベリングした領域のポリゴンデータを生成する第１生成工程と、前記生成工程において、前記ラベリングした複数の領域の間に隙間が発生したか否かを判定する判定工程と、前記判定工程で前記隙間が発生したと判定された場合、前記隙間が発生した複数領域を含む領域に対して、前記第１の材料で造形するためのポリゴンデータを生成する第２生成工程と、を有し、前記画像データは、前記立体物の断面画像データであり、前記第１の材料は、光透過性の樹脂であり、前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なる樹脂であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the data creation method for three-dimensional object modeling according to the embodiment of the present invention is a three-dimensional object when a three-dimensional object is formed by a first material and a second material using a three-dimensional forming apparatus. A method for creating modeling data, which is a step of generating voxel data from image data of a three-dimensional object to be modeled, a labeling step of labeling a plurality of regions with respect to the voxel data , and a region labeled in the labeling step. of a first generation step of generating polygon data, in said generating step, a determination step of determining whether a gap has occurred between a plurality of regions the labeling and wherein in the determination step gap occurs when it is determined, to a region before SL gap comprises a plurality of regions that have occurred, and a second generation step of generating polygon data for modeling in the first material, said image data, is a cross-sectional image data of the three-dimensional object, wherein the first material is a light transparent resin, said second material, you being a resin different from the first material.
本発明によれば、複数の造形材料を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することができる。 According to the present invention, as data for modeling a three-dimensional object with a three-dimensional forming device such as a 3D printer using a plurality of modeling materials, for three-dimensional object modeling that creates polygon data without generating gaps between polygons. A data creation method can be provided.
本発明の一実施形態に係る立体物造形用データ作成方法について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の立体物造形用データ作成方における好適な具体例であり、施術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載が無い限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。従って、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。また、本発明は、上述の実施形態の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体等を介してシステムや装置等に供給し、該システムや装置等のコンピュータにおけるプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。 A method for creating data for modeling a three-dimensional object according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the examples shown below are suitable specific examples in the method of creating data for three-dimensional object modeling of the present invention, and may be provided with various surgically preferable restrictions, but the technical scope of the present invention is limited. Unless otherwise specified, the present invention is not limited to these aspects. In addition, the components in the embodiments shown below can be appropriately replaced with existing components and the like, and various variations including combinations with other existing components are possible. Therefore, the description of the embodiment shown below does not limit the content of the invention described in the claims. Further, the present invention supplies a program that realizes the functions of the above-described embodiment to a system, a device, or the like via a network, a storage medium, or the like, and a processor in a computer such as the system or the device reads and executes the program. But it is feasible.
図１は、立体形状を造形する元となる哺乳類の頭蓋骨（化石）から生成された３Ｄ画像を示す図である。本実施形態では、骨（造形対象となる立体物）のＣＴ画像等の断面画像の画像データから、例えば、３Ｄプリンタ等の立体形成装置を用いて立体形状を造形するものとする。本実施形態では、立体物の造形材料として、第１の材料である光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）及び第２の材料である非光透過性樹脂（例えば、多色樹脂）を用いて頭蓋骨内部を観察することが可能な立体物を造形するものとする。つまり、頭蓋骨部分を、光透過性樹脂を用いて造形し、観察対象となる頭蓋骨内部を、非光透過性樹脂を用いて造形する。なお、第２の材料については、第１の材料である光透過性樹脂と異なる樹脂であれば光透過性の樹脂であってもよい。例えば、第１の材料が透明の樹脂であり、第２の材料が半透明の樹脂であっても、本発明を適用可能である。また、本実施形態では、第１の材料を透明樹脂などの光透過性樹脂、第２の材料を着色樹脂などの非光透過性樹脂を用いているが、これに限定することなく、第１の材料または第２の材料のいずれかが透明樹脂などの光透過性樹脂であればよい。 FIG. 1 is a diagram showing a 3D image generated from a mammalian skull (fossil) from which a three-dimensional shape is formed. In the present embodiment, a three-dimensional shape is formed from image data of a cross-sectional image such as a CT image of a bone (three-dimensional object to be modeled) by using a three-dimensional forming device such as a 3D printer. In the present embodiment, as a modeling material for a three-dimensional object, a light-transmitting resin (for example, transparent resin) which is a first material and a non-light-transmitting resin (for example, a multicolor resin) which is a second material are used. A three-dimensional object that can observe the inside of the skull shall be modeled. That is, the skull portion is modeled using a light-transmitting resin, and the inside of the skull to be observed is modeled using a non-light-transmitting resin. The second material may be a light-transmitting resin as long as it is a resin different from the light-transmitting resin which is the first material. For example, the present invention can be applied even when the first material is a transparent resin and the second material is a translucent resin. Further, in the present embodiment, the first material is a light-transmitting resin such as a transparent resin, and the second material is a non-light-transmitting resin such as a colored resin, but the first material is not limited thereto. The material or the second material may be a light-transmitting resin such as a transparent resin.
図１（Ａ）は、頭蓋骨全体の３Ｄ画像を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（Ｂ）に示すように、頭蓋骨には中空の空洞が存在している。頭部などの内部に空洞がある場合において、空洞部分がどのような形状であるか、３Ｄプリンタ等の立体形成装置を用いて再現することにより、その生態を知ることができる。そのため、例えば、内部構造を知るために空洞内部を複数の多色樹脂を用いて造形し、外側は、透明樹脂などの光透過性樹脂を用いて造形することで、内部構造を観察することができる。 FIG. 1 (A) is a diagram showing a 3D image of the entire skull, and FIG. 1 (B) is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (A). As shown in FIG. 1 (B), there is a hollow cavity in the skull. When there is a cavity inside the head or the like, the shape of the cavity can be known by reproducing it using a three-dimensional forming device such as a 3D printer. Therefore, for example, in order to know the internal structure, it is possible to observe the internal structure by modeling the inside of the cavity with a plurality of multicolored resins and modeling the outside with a light-transmitting resin such as a transparent resin. it can.
図２は、図１に示す頭蓋骨の骨部分を透明にした画像を示す図である。図２（Ａ）のＢ部に示す箇所には、空洞が存在し、その空洞部分にラベリング、すなわち、エリアに応じて異なる色でラベリングされる。本実施形態では、頭蓋骨における空洞として、図２（Ｂ）に示すように、脳（エリア１１）、鼓室上洞（エリア１２）、内耳（エリア１３）をそれぞれ異なる色でラベリングをする。つまり、本実施形態では、図２に示すように、外側の頭蓋骨部分を透明樹脂などの光透過性樹脂で造形し、内部のエリア１１〜１３を多色樹脂などの非光透過性樹脂を用いて造形する。なお、本実施形態では頭蓋骨内部の空洞について説明しているが、これに限定することなく、物体の空洞を複数の異なる色でラベリングする場合に適用可能である。
FIG. 2 is a diagram showing a transparent image of the bone portion of the skull shown in FIG. A cavity exists in the portion shown in the portion B of FIG. 2A, and the cavity portion is labeled, that is, labeled in a different color depending on the area. In this embodiment, as a cavity in the skull, the brain (area 11), the tympanic sinus (area 12), and the inner ear (area 13) are labeled with different colors, as shown in FIG. 2 (B). That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the outer skull portion is molded with a light-transmitting resin such as a transparent resin, and the
ここで、図３は、ＣＴ画像等から、３Ｄプリンタ等の立体物形成装置で立体物を造形する際に使用されるデータ（本実施形態では、ポリゴンデータ）を作成する際の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４０１において、ＣＴ画像等の基となる画像データを取得する。次に、ステップＳ４０２において、ボクセルデータを生成、取得する。なお、本実施形態では、マーチングキューブ法（Ｍａｒｃｈｉｎｇ ｃｕｂｅｓ）を用いてポリゴンデータを作成するものとするが、これに限定することなく、他の方法を用いてもよい。 Here, FIG. 3 is a flowchart showing a process for creating data (polygon data in the present embodiment) used when modeling a three-dimensional object with a three-dimensional object forming device such as a 3D printer from a CT image or the like. Is. First, in step S401, image data that is the basis of a CT image or the like is acquired. Next, in step S402, voxel data is generated and acquired. In the present embodiment, polygon data is created by using the Marching cubes method, but the present invention is not limited to this, and other methods may be used.
次に、ステップＳ４０３において、取得したボクセルデータをラベリングする。本実施形態では、エリア１１〜１３の３領域をラベリングするが、これに限定することなく、２領域や４領域など２領域以上の複数の領域をラベリングしてもよい。次に、ステップＳ４０４において、ラベリングした領域について、ポリゴンデータを作成する。次に、ステップＳ４０５において、ポリゴン同士に隙間が発生したか否かを判定する。隙間が発生しない場合（Ｎｏ）、処理を終了し、隙間が発生する場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４０６に進み、複数領域を含む領域の作成をする。つまり、隙間が発生した複数領域を含む領域を１領域としてポリゴンデータを作成する。
Next, in step S403, the acquired voxel data is labeled. In the present embodiment, three regions of
図４は、ステップＳ４０４でポリゴンデータを作成した際に発生した隙間の一例を示す図である。本実施形態では、図４に示すように３領域間に隙間が発生する場合について説明する。しかしながら、これに限定することなく、２領域以上の複数領域間に隙間が発生する場合に適用可能である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a gap generated when polygon data is created in step S404. In the present embodiment, a case where a gap is generated between the three regions as shown in FIG. 4 will be described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable when a gap is generated between a plurality of regions of two or more regions.
複数領域でポリゴンデータを作成した場合、図４に示すように、各領域が接する箇所に隙間が発生することがある。例えば、３Ｄプリンタなどの立体形成装置では、作成したポリゴンデータに基づいて、樹脂を積層することで立体物を造形する。積層する際に、複数の領域を含む所定の層において、隙間が発生すると、外側の透明樹脂等を用いて造形する領域と、内部の多色樹脂等を用いて造形するラベリングした領域と異なる樹脂（例えば、サポート材）が挿入されてしまう。これは、形状、材質、色等が異なる樹脂であるため、観察者が完成した造形物を観察する際に、違和感を覚えてしまう。立体物の外側にこのような隙間が発生する場合は、立体形状が形成された後に取り除くことができる。しかしながら、本実施形態のように、光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）の中に形成された場合は、取り除くことが困難である。 When polygon data is created in a plurality of regions, as shown in FIG. 4, a gap may occur at a position where each region contacts. For example, in a three-dimensional forming apparatus such as a 3D printer, a three-dimensional object is formed by laminating resin based on the created polygon data. When a gap is generated in a predetermined layer including a plurality of regions during lamination, a resin different from the region formed by using the outer transparent resin or the like and the labeled region formed by using the inner multicolor resin or the like. (For example, support material) is inserted. Since this is a resin having a different shape, material, color, etc., the observer feels a sense of discomfort when observing the completed modeled object. When such a gap is generated on the outside of the three-dimensional object, it can be removed after the three-dimensional shape is formed. However, when it is formed in a light-transmitting resin (for example, a transparent resin) as in the present embodiment, it is difficult to remove it.
具体的には、本実施形態では、領域１１〜１３をラベリングした場合に、図４（Ａ）に示すように、隙間１４が発生する。図４（Ａ）に示すポリゴンデータから立体形状を造形すると、図４（Ｂ）に示すように、領域１１〜１３の間に隙間１４が発生する。この隙間１４に、サポート材が挿入されることで、取り除くことができず、適切な立体物を造形することが難しい。つまり、領域１１〜１３には、多色樹脂がラベリングの色に対応して積層されるが、隙間１４には外側の透明樹脂ともラベリング領域で用いられる多色樹脂とも異なるサポート材が用いられて積層されてしまう。
Specifically, in the present embodiment, when the
この隙間を埋めるために、例えば、解像度を上げてデータを生成する方法もあるが、この場合、データ量が多くなり、すなわちポリゴン数が増えてしまい、３Ｄプリンタ等で扱えるデータの限界を超えてしまい、所望の立体物を造形することが難しい。また、各領域の閉曲面ポリゴンを共通の境界面ごとに分解して再構築する方法もあるが、マーチングキューブ法による三角形構成の都合上、これ以上の分解が難しい。 In order to fill this gap, for example, there is a method of increasing the resolution to generate data, but in this case, the amount of data increases, that is, the number of polygons increases, exceeding the limit of data that can be handled by a 3D printer or the like. Therefore, it is difficult to form a desired three-dimensional object. There is also a method of decomposing and reconstructing the closed curved polygons of each region for each common boundary surface, but further decomposition is difficult due to the triangular configuration by the marching cube method.
そこで、本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、隙間１４が発生した複数領域（領域１１〜１３）を含む領域を設定する。つまり、ステップＳ４０６の処理で複数領域を含む領域としてポリゴンデータを作成し、当該領域を光透過性樹脂（例えば、透明樹脂）で形成する領域としてポリゴンデータを作成する。本実施形態においては、頭蓋骨部分に相当する外側と同じ光透過性樹脂で造形する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, a region including a plurality of regions (
具体的には、本実施形態では、ステップＳ４０６において、図５（Ａ）に示すように、隙間１４が発生した領域１１〜１３を含む領域１５に対するポリゴンデータを作成する。そして、領図５（Ａ）に示すポリゴンデータから立体形状を造形すると、図５（Ｂ）に示すように、隙間１４が存在した箇所が領域１５となり、隙間１４が埋まることとなる。つまり、隙間１４が発生した層において、領域１１〜１３を含む領域１５を生成することで、その層のみが外側と同じ光透過性樹脂（透明樹脂）で造形されることで、サポート材が挿入されることなく立体形状が造形される。
Specifically, in the present embodiment, in step S406, as shown in FIG. 5A, polygon data for the
図５に示すように、隙間が発生した複数領域を含む領域１５を外側と同じ光透過性樹脂で造形することで、図６に示すように、観察者が違和感なく空洞部分（領域１１〜１３）の立体形状を観察することが可能となる。
As shown in FIG. 5, by modeling the
以上、本実施形態によれば、複数の造形材料（例えば、光透過性樹脂及び非光透過性樹脂）を用いて３Ｄプリンタ等の立体形成装置で立体物を造形する際のデータとして、ポリゴン同士に隙間を発生させることなく、ポリゴンデータを作成する立体物造形用データ作成方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, polygons are used as data when a three-dimensional object is formed by a three-dimensional forming device such as a 3D printer using a plurality of modeling materials (for example, a light transmitting resin and a non-light transmitting resin). It is possible to provide a data creation method for three-dimensional object modeling that creates polygon data without generating a gap in the light.
Claims (3)
造形対象となる立体物の画像データからボクセルデータを生成する工程と、
前記ボクセルデータに対して複数領域にラベリングを行うラベリング工程と、
前記ラベリング工程でラベリングした領域のポリゴンデータを生成する第１生成工程と、
前記生成工程において、前記ラベリングした複数の領域の間に隙間が発生したか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程で前記隙間が発生したと判定された場合、前記隙間が発生した複数領域を含む領域に対して、前記第１の材料で造形するためのポリゴンデータを生成する第２生成工程と、を有し、
前記画像データは、前記立体物の断面画像データであり、
前記第１の材料は、光透過性の樹脂であり、前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なる樹脂である
ことを特徴とする立体物造形用データ作成方法。 It is a data creation method for three-dimensional object modeling when modeling a three-dimensional object with a first material and a second material using a three-dimensional forming device.
The process of generating voxel data from the image data of a three-dimensional object to be modeled,
A labeling step for labeling a plurality of regions with respect to the voxel data, and
The first generation step of generating polygon data of the area labeled in the labeling step, and
In the generation step, a determination step of determining whether or not a gap has occurred between the plurality of labeled regions, and a determination step of determining whether or not a gap has occurred.
When it is determined in the determination step that the gap has occurred, a second generation step of generating polygon data for modeling with the first material for a region including a plurality of regions where the gap has occurred, and Have,
The image data is cross-sectional image data of the three-dimensional object, and is
A method for creating data for three-dimensional object modeling, wherein the first material is a light-transmitting resin, and the second material is a resin different from the first material.
ことを特徴とする請求項１に記載の立体物造形用データ作成方法。 The data creation method for three-dimensional object modeling according to claim 1, wherein in the labeling step, labeling is performed on voxel data generated from a cross-sectional image of the three-dimensional object to be modeled.
ことを特徴とする請求項１または２に記載の立体物造形用データ作成方法。
The invention according to claim 1 or 2, wherein in the generation step, polygon data for modeling using the first material and the second material is generated for each of the plurality of regions. Data creation method for three-dimensional object modeling .
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