JP6946482B2 - ３ｄデータ管理装置、システム、３ｄデータ管理方法、制御プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄデータの利用及び管理のための技術に関する。

近年、３Ｄ（３次元）技術が大きな注目を集めている。その一つが、アディティブマニファクチャリング、３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング等と呼ばれる３Ｄ造形技術を利用した、３Ｄ造形装置である。また、３Ｄ映像を出力する３Ｄ表示装置も、ＶＲ（Virtual Reality）、ＭＲ（Mixed Reality）などさまざまな分野への応用が期待されている。本明細書ではこれらの装置を総称して３Ｄ出力装置と呼ぶ。
一方、３Ｄデータを入力又は生成する装置としては、例えば、３Ｄ物体の形状を計測する３Ｄスキャナ等の計測装置や、コンピュータ上で３Ｄ形状を生成する３Ｄ−ＣＡＤや３Ｄモデラー等のシステムが用いられる。本明細書ではこれらの装置を総称して３Ｄ入力装置と呼ぶ。

ところで、一口に「３Ｄデータ」といっても、そのデータ形式は多種多様である。例えば、３Ｄスキャナで通常得られるのは物体表面の点群データであるのに対し、３Ｄ−ＣＡＤの出力はＣＡＤデータやモデリングデータである。また、同じタイプの３Ｄ入力装置であっても、メーカーや機種が違えばデータに互換性がないことも多い。同様に、３Ｄデータを利用する側の３Ｄ出力装置においても、受付可能なデータ形式がメーカーや機種ごとに異なっているのが通常である。さらに、３Ｄデータの使用目的（造形又は表示）や造形方法などに依存して、要求される３Ｄデータの精度および要件も違ってくる。例えば、造形用のデータでは、表示用のデータと違い、柱や壁に厚み（構造強度）を持たせる必要があるし、構造上の不具合（隙間、不連続な箇所等）が存在してはならない。また、造形方法に依存した構造（サポート構造、抜き穴等）も考慮しなければならない。

したがって、３Ｄ入力装置で得られたデータをそのまま３Ｄ出力装置に渡すことは難しく、３Ｄ出力装置の要求仕様に合わせてデータフォーマットの変換を行ったり、適切な修正を行ったり、という加工作業が必要となる。

一例として、３Ｄスキャナの点群データを３Ｄ造形装置に出力する場合の作業手順を説明する。まず、点群データを物体表面の３Ｄ構造を表すデータ（ポリゴンデータ等）に変換する。変換結果に構造上の不具合（隙間や不連続な箇所）が含まれている場合には、適宜データを修正する。その後、出力先の３Ｄ造形装置の要求仕様や造形方法に合わせて、柱や壁に厚みを付けたり、サポート構造や抜き穴等の付加を行う。そして、加工後の３Ｄデータを複数層のスライスデータへと変換し、３Ｄ造形装置へと出力する。

一般的な３Ｄ造形装置では、データ加工用の専用のソフトウェアが内蔵又は付属しており、そのソフトウェアを使って造形装置や造形方法に応じた特殊な加工や、スライスデータへの変換処理が行えるようになっている。しかしながら、３Ｄデータの加工作業には、高度な知識とスキルが要求されるとともに、多大な時間がかかるため、作業の自動化・省コスト化が課題とされている。

３Ｄデータの利用や加工を簡易化するための従来技術として、特許文献１、２のものが知られている。特許文献１では、入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて効率よく３Ｄモデルを作成し運用するための技術が提案されている。特許文献２では、３Ｄデータの出力先である３Ｄ造形装置の特性を取得し、その特性に基づいて３Ｄデータから造形用のスライスデータを生成する変換装置が提案されている。

特開２００６−４２００号公報（特許第４６６４０１０号公報） 特開２０１２−１０１４４３号公報（特許第５５３３５７４号公報）

加工後の３Ｄデータやスライスデータは、出力先のデバイスに依存したデータであり、汎用性がない。したがって、同じ物体のデータを他のデバイスに出力する場合には、元の３Ｄデータを用いて、一から、データ変換や修正等の作業を行わなければならない。また、過去に行った加工・修正の作業内容を忘れていたり、元の３Ｄデータを紛失してしまっていたりすると、同じ物体を再現することが難しい場合もある。
また、多大な時間をかけてデータの加工を行ったにもかかわらず、出力時（例えば、３Ｄ造形装置での造形中など）にデータのエラーが発覚した場合には、出力を中止し、もう一度元の３Ｄデータから出力用のデータを作り直さなければならず、作業効率が悪い。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、３Ｄデータの利用及び管理の利便性を向上するための技術を提供することを目的とする。

本発明の第一態様は、プロジェクト管理部と記憶部と演算処理部とを備え、３Ｄ物体の造形に関わる情報を管理する３Ｄデータ管理装置であって、前記プロジェクト管理部は、
前記３Ｄ物体のオリジナルデータである入力データと、前記演算処理部が、前記入力データに特定の３Ｄ造形装置からの出力に必要な加工を施して生成した造形データと、前記入力データから前記造形データを生成するまでに生じる情報と、を１つのデータセットとして前記記憶部に格納することを特徴とする３Ｄデータ管理装置を提供する。

本発明の第二態様は、３Ｄ出力装置と、上記データ管理装置と、を備え、前記３Ｄデータ管理装置は、前記記憶部に格納しているデータセットの中から前記造形データを前記３Ｄ出力装置に出力することを特徴とするシステムを提供する。
また、本発明の第三態様は、コンピュータが３Ｄ物体の造形に関わる情報を管理する３Ｄデータ管理方法であって、前記コンピュータが、取得した前記３Ｄ物体のオリジナルデータである入力データに、特定の３Ｄ造形装置からの出力に必要な加工を施して造形データを生成するステップと、前記入力データと前記造形データと前記入力データから前記造
形データを生成するまでに生じる情報とを、１つのデータセットとして保存するステップと、を実行することを特徴とする３Ｄデータ管理方法を提供する。
また、本発明の第四態様は、上記の３Ｄデータ管理方法を前記コンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラムを提供する。
また、本発明の第五態様は、上記の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。

本発明によれば、３Ｄデータの利用及び管理の利便性を向上することができる。

３Ｄデータ管理装置の概要を説明する図。 ３Ｄデータ管理装置の機能構成を示す図。 プロジェクトのデータ構造を示す図。 プロジェクトのメタデータ（プロパティ）のデータ構造を示す図。 ３Ｄモデルのメタデータ（プロパティ）のデータ構造を示す図。 ３Ｄデータ管理装置の動作の一例を示すフローチャート。

＜３Ｄデータ管理装置＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る３Ｄデータ管理装置の役割及び目的を説明する。

３Ｄデータを取り扱うデバイスにはさまざまなものが存在する。例えば、３Ｄ入力装置としては、３Ｄ物体の形状を計測する３Ｄスキャナ１０や、コンピュータ上で３Ｄ形状を生成する３Ｄ−ＣＡＤや３Ｄモデラー等の３Ｄデータ生成装置１１などがある。また、３
Ｄ出力装置としては、３Ｄプリンタなどの３Ｄ造形装置１２や、ＶＲ（Virtual Reality
）、ＭＲ（Mixed Reality）などの３Ｄ表示装置１３などが存在する。背景技術において
述べたように、これらのデバイスで取り扱われる３Ｄデータの形式は多種多様であるとともに、３Ｄデータの使用目的や造形方法などに依存して３Ｄデータに要求される精度および要件も違ってくる。

３Ｄデータ管理装置１は、さまざまなデバイスで取り扱われるさまざまな３Ｄデータに対し、データ変換や加工・修正を行う機能を提供するとともに、加工前後のデータや作業履歴の情報などを一元的に管理する機能を提供するシステムである。これにより、高度な知識やスキルがなくても容易に３Ｄデータを扱うことができる利便性をユーザに提供し、３Ｄデータ管理装置１を核としたデバイス間の連携や、３Ｄデータの入力〜加工〜出力に関わる統合ワークフローの実現が可能となる。

＜システム構成＞
図２は、３Ｄデータ管理装置１の機能構成を模式的に示している。３Ｄデータ管理装置１は、主な機能として、プロジェクト管理部２０、データ入力部２１、構造データ生成部２２、造形データ生成部２３、データ出力部２４、記憶部（データベース）２５を有している。

本実施形態の３Ｄデータ管理装置１は、一つの３Ｄ物体に関わる情報のすべてを「プロジェクト」と呼ばれる単位（データセット）で管理する。プロジェクトのデータ構造については後述する。プロジェクト管理部２０は、プロジェクトの新規作成、プロジェクトへのデータの登録・更新・削除、後述するメタデータの登録・更新・削除、プロジェクト内のデータの読み出し、などを行う機能を有する。なお、プロジェクトのデータの実体は、記憶部２５の中に格納されている。

データ入力部２１は、３Ｄ物体のデータを取得する機能を有する。データの取得先としては、図１に示す３Ｄスキャナ１０や３Ｄデータ生成装置１１などを例示できる。あるいは、記憶媒体、他のコンピュータ、外部ストレージ、サーバなどから、３Ｄ物体のデータを取得してもよい。以後、データ入力部２１によって取得された３Ｄ物体のデータ（オリジナルのデータ）を「入力データ」と呼ぶ。入力データの形式は問わない。代表的なものとしては、３Ｄスキャナ１０で得られる点群データ（３Ｄ物体の表面上の複数の点の３Ｄ座標値を記述したデータ）、３Ｄデータ生成装置１１で得られるＩＧＥＳ、ＳＴＥＰなどのＣＡＤデータを例示できる。また、３Ｄスキャナ１０や３Ｄデータ生成装置１１で生成されたポリゴンデータを、入力データとすることもできる。

構造データ生成部２２は、入力データを基に、当該３Ｄ物体の３次元構造を表すデータ（以後、「構造データ」と呼ぶ）を生成する機能を有する。本実施形態では、構造データとして、３Ｄ物体の表面形状をポリゴンメッシュで表現したポリゴンデータを用いる。ポリゴンデータは、例えば、各ポリゴンの頂点の３Ｄ座標値と各ポリゴンの表裏の情報（法線ベクトルなど）を記述したデータであり、その具体的な形式は問わない。代表的なものとしては、ＳＴＬ（Stereolithography）、ＡＭＦ（Additive Manufacturing File）を例示できる。構造データは、３次元構造の破たんが無い（数学的に正しい）状態のデータである必要がある。したがって、入力データをポリゴン化したり面張りしたときに、構造上の不具合（隙間、不連続、トポロジエラーなど）が発生した場合には、再変換や手作業による修正を行い不具合を解消する。構造データ生成部２２は、このようなデータ修正機能も提供する。

造形データ生成部２３は、構造データに対し、特定の３Ｄ造形装置に出力するために必要な加工を施す機能を有する。造形データ生成部２３によって加工された後のデータを「
造形データ」と呼ぶ。造形データの形式も問わないが、本実施形態では、構造データと同じくポリゴンデータを用いる。ただし、３Ｄ物体の３次元構造を表すポリゴンデータに加え、３Ｄ造形装置で造形時に用いるパラメータ（造形条件、色・素材の指定、３Ｄ造形装置制御用データなど）を含めることができる。また、造形方法によっては、造形対象となる３Ｄ物体のオーバーハング部を支えるサポート構造が必要になるため、サポート構造の構造を表すポリゴンデータも造形データに追加される。

データ出力部２４は、プロジェクトに登録された各種のデータを外部装置に出力する機能を有する。例えば、データ出力部２４は、造形データを３Ｄ造形装置に出力したり、構造データを３Ｄ表示装置に出力したり、入力データ・構造データ・造形データを他の編集ソフトに対しエクスポートすることができる。さらには、データ出力部２４は、プロジェクトに登録された各種のデータを表示装置に出力することもできる。

記憶部（データベース）２５は、プロジェクトに登録されたデータの実体を格納する機能を有する。また、記憶部２５には、構造データの生成や造形データの生成の際に参照される設定テーブルも格納される。この設定テーブルには、例えば、構造データを生成する際のアルゴリズム及びパラメータ、３Ｄ造形装置の機種ごとの要求仕様（要求強度、サポート構造の要否、抜き穴の要否など）、要求精度、造形条件、素材などが定義されている。

３Ｄデータ管理装置１は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、キーボード、ポインティングデバイス、表示装置、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。図２に示した各機能は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なハードウェア資源を制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。

＜プロジェクトのデータ構造＞
図３を参照して、プロジェクトのデータ構造を説明する。図３は、プロジェクトのデータ構造の一例を示す図である。

図３に示すように、プロジェクトには、３つのモデル（入力モデル、構造モデル、造形モデル）が格納されている。各モデルには、データ（３Ｄデータ）とそのモデルを補足する情報であるメタデータが格納される。メタデータには、大きく分けて２種類のデータが格納される。１つは３Ｄデータそのものに関する補足的なデータとしての「プロパティ」であり、もう１つは、３Ｄデータの変換、修正、加工などの作業の履歴情報や、作成者や内容を確認した作業者が入力したコメント情報などが含まれる「ナレッジ」である。また、プロジェクト自体にもメタデータが格納される。

より詳しく説明すると、「プロジェクトのメタデータ（プロパティ）」には、プロジェクト全体に関わる情報、例えば、プロジェクトの生成日時、生成者などの客観的な情報が格納される。また、「プロジェクトのメタデータ（ナレッジ）」には、プロジェクト全体に関わる作業にまつわる情報、例えば、当該プロジェクトに関与した作業者によって入力された注意事項などの情報が格納される。

また、「入力モデル」には、３Ｄデータである「入力データ」と「入力モデルのメタデータ」とが含まれる。「入力データ」は、例えば、３Ｄスキャナで生成された点群データ、３Ｄ−ＣＡＤや３Ｄモデラーで生成されたＣＡＤデータなどである。「入力モデルのメ
タデータ（プロパティ）」には、入力データそのものに関わる補足情報、例えば、入力データのタイプや使われている長さの単位などが格納される。「入力モデルのメタデータ（ナレッジ）」には、入力データに関わる注意事項、例えば、スキャン誤差が大きい箇所の情報、ポリゴン化や面張りをするときに問題が生じやすい箇所の情報などが格納される。

「構造モデル」には、３Ｄデータである「構造データ」と「構造データのメタデータ」とが含まれる。「構造データ」は、例えば、入力データから生成されたポリゴンデータである。「構造データのメタデータ（プロパティ）」には、構造データそのものに関わる補足情報、例えば、構造データへの変換（ポリゴン化、面張りなど）で用いたパラメータなどが格納される。「構造データのメタデータ（ナレッジ）」には、入力データから構造データを生成したときの作業の履歴情報、例えば、入力データをポリゴン化したときに発生した問題、問題の解決方法、未解決の問題などが格納される。

「造形モデル」には、３Ｄデータである「造形データ」と「造形データのメタデータ」とが含まれる。「造形データ」は、例えば、特定の３Ｄ造形装置での造形が可能なレベルにまで調整されたデータである。すなわち、構造上の問題だけでなく、造形上の問題も解決された状態のデータである。「造形データのメタデータ（プロパティ）」には、造形データそのものに関わる情報、例えば、出力先として指定された３Ｄ造形装置の情報、造形条件、色・素材の情報などが格納される。なお、これらの情報は、造形データの中に埋め込んでもよい。「造形データのメタデータ（ナレッジ）」には、造形データを生成したときの作業の履歴情報、例えば、構造データから造形データを生成したときに発生した問題、問題の解決方法、未解決の問題などが格納される。

なお、図３のデータ構造はあくまでも一例であり、プロジェクトのデータ構造はこれに限られない。例えば、図３の例では、モデルごとにメタデータを格納したが、プロジェクトのメタデータの中に各モデルのプロパティやナレッジを格納してもよい。また、メタデータを３Ｄデータ中に埋め込むことができる場合には、３Ｄデータとは別にメタデータを格納しておく必要はない。また、入力データ、構造データ、造形データ以外の３Ｄデータ（例えば、３Ｄ表示装置用のデータなど）をプロジェクトの中に追加することもできる。

＜プロパティの例＞
図４は、プロジェクトのメタデータに格納されるプロパティの一例である。「種別」はメタデータが指定されるデータのスコープを表し、「分類」はプロパティの情報の種類、「詳細」はプロパティの項目、「型」はプロパティのデータ型を表す。「編集」欄の「○」は、ユーザが変更できる項目を、「×」は、３Ｄデータ管理装置１が自動的に定義し、ユーザが変更できない項目を表している。

「プロジェクトのタイトル」は、プロジェクトデータのファイル名と同義であり、このプロジェクトを他のプロジェクトと区別するときの名称として利用される。「プロジェクトデータ形式のフォーマットタイプ」は、プロパティデータの形式を表すバージョン番号であり、異なるバージョンのプロパティデータを誤解なく読み込むための情報である。「プロジェクト保存時の言語」は、ユーザが使う言語（日本語、英語など）を表す。プロジェクト内の文字列を読み込むときや表示するときに、言語にあわせた処理が可能となる。「制作者名」は、このプロジェクトの作成者名であり、「最終更新者」は、このプロジェクトを最後に更新した人の名前である。これらの情報はプロジェクトの作成者等を調べる場合や、作成者等でプロジェクトを検索する場合に利用される。「Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ（コメント）」は、ユーザが任意の文字列を記載可能なコメント欄である。「プロジェクトのタグ」は、ユーザによって付加される任意の文字列である。プロジェクトを検索するときに利用できる。なお、カンマ区切りにすることで、複数のタグを設定することができる。「プロジェクト作成日時」は、このプロジェクトを新規作成したときの日時の情報
であり、「プロジェクト更新日時」は、このプロジェクトが最後に更新された日時の情報である。いずれも、プロジェクトを日時で検索・ソートする場合に利用される。「３Ｄモデルのライセンス情報」は、このプロジェクトデータの著作権情報が記述される。「構造モデルのサムネイル画像」は、構造データ（３Ｄデータ）をある視点から見た２次元画像である。このプロジェクトに係る３Ｄ物体を迅速に確認するために利用される。

「セキュリティ情報」は、このプロジェクトのデータの変更を保護するための機能として使用される。セキュリティ情報は、３Ｄモデル、プロパティ、ナレッジ、２Ｄ印刷、３Ｄ印刷それぞれに対し、個別に可否の設定ができる。「読み取りパスワード設定フラグ」は、プロジェクトの読み取りを許可する「読み取りパスワード」が設定されている場合に、真となる。「セキュリティ属性変更パスワード設定フラグ」は、セキュリティ情報の変更を許可する「セキュリティ属性変更パスワード」が設定されている場合に、真となる。３Ｄデータが暗号化されている場合は、「３Ｄモデルの暗号化フラグ」が真となり、「暗号レベル」に３Ｄデータの暗号レベルが記述される。なお、メタデータは暗号化されない。「３Ｄモデルの追加・変更・削除を拒否するフラグ」、「プロパティの変更を拒否するフラグ」、「ナレッジの変更を拒否するフラグ」、「２Ｄ印刷を拒否するフラグ」、「３Ｄ造形出力を拒否するフラグ」に真を入れると、該当する処理が実行できなくなる。

図５は、各モデルのメタデータに格納されるプロパティの一例を示している。「入力モデル」のメタデータには、「入力モデルのＩＤ」、「入力モデルの名称」、「入力モデルのタイプ」、「入力モデルのプロパティ」、「入力モデルの単位系」が格納される。これらは入力データに関する情報であり、「ＩＤ」は入力データのファイル名、「タイプ」は入力データの形式（例えば、点群データ、ＣＡＤデータ、ポリゴンデータなど）、「単位系」は入力データの寸法の単位がｃｍかインチかを示す。「プロパティ」には、元の入力データに付加されていたプロパティがコピーされる。

「構造モデル」のメタデータには、「構造モデルのＩＤ」、「構造モデルの名称」、「構造モデル作成日時」、「構造モデル更新日時」が格納される。「構造モデルのＩＤ」は構造データのファイル名であり、「構造モデル作成日時」と「構造モデル更新日時」はそれぞれ構造データを新規作成した日時と最後に更新した日時である。また変換情報として、構造モデルの「最小ポリゴンサイズ」、「最大ポリゴンサイズ」、「ポリゴン数」、「頂点数」、「トレランスセット」、「変換時間」が格納される。トレランスセットには、この構造データを完成させるために用いられた各種しきい値（例えば、穴埋めを行う場合の最大サイズなど。内部的にはアルゴリズムのパラメータとして使用される。）が格納される。変換時間は、入力データから構造データへの変換に要した時間である。この変換時間やトレランスセットは、例えば、変換作業の是非を確認したり、入力データの「よくある問題点」を抽出するために利用される。さらに、構造モデルの「横（Ｘ）方向サイズ」、「縦（Ｙ）方向サイズ」、「奥行（Ｚ）方向サイズ」、「変換元の入力モデルＩＤ」、「マテリアルＩＤ」、「マテリアルの表示色」なども格納される。マテリアルＩＤ及び表示色は、構造モデルを画面表示するときのテクスチャマッピングや色付けなどに利用される。

「造形モデル」のメタデータには、「造形モデルのＩＤ」、「造形モデルの名称」、「造形モデル作成日時」、「造形モデル更新日時」が格納される。「造形モデルのＩＤ」は造形データのファイル名であり、「造形モデル作成日時」と「造形モデル更新日時」はそれぞれ造形データを新規作成した日時と最後に更新した日時である。また、造形モデルの「横（Ｘ）方向サイズ」、「縦（Ｙ）方向サイズ」、「奥行（Ｚ）方向サイズ」、「変換元の構造モデルＩＤ」、「マテリアルＩＤ」、「マテリアルの表示色」なども格納される。さらに、造形情報として、「色設定情報」、「造形機器情報」、「造形材情報」、「サポート材情報」が格納される。「色設定情報」は、造形時の色付けの要否、及び、色付け
要の場合の色を指定する情報である。「造形機器情報」は、３Ｄ造形装置の機種を特定するための情報（機器ＩＤ、ネットワークアドレスなど）、３Ｄ造形装置の仕様や要求精度を示す情報である。「造形材情報」は、３Ｄ物体の造形に用いる材料を特定するための情報であり、「サポート材情報」は、サポート構造の造形に用いる材料を特定するための情報である。

＜３Ｄデータ管理装置の動作＞
図６を参照して、３Ｄデータ管理装置１の動作の一例を説明する。図６は、３Ｄデータ管理装置１が新規のプロジェクトを作成し、入力データ、構造データ、造形データを順に生成・登録する処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ６０は、新規のプロジェクトを生成する工程である。例えば、ユーザが３Ｄデータ管理装置１のＧＵＩを操作して「プロジェクトの新規作成」を指示し、プロジェクト名を入力する。そうすると、プロジェクト管理部２０が、記憶部２５内に新たなプロジェクトファイル（ファイル名はプロジェクト名と同じ）を作成する。このとき、コンテナ形式のプロジェクトファイルを用いることで、プロジェクトに関するすべてのデータ（３Ｄデータ、メタデータなど）を１つのファイル（コンテナ）として取り扱えるようにしてもよい。

また、プロジェクト管理部２０は、プロジェクトのメタデータ（プロパティ）を生成する。例えば、フォーマットタイプ、言語、制作者名、作成日時などの情報は、プロジェクトの新規作成時に自動で登録される。さらに、ユーザがＧＵＩを操作し、ライセンス情報やセキュリティ情報を入力すると、それらの情報がメタデータ（プロパティ）に登録される。

ステップＳ６１は、入力データを取得する工程である。例えば、ユーザがＧＵＩを操作して「入力データのインポート」を指示し、取り込むべき入力データを選択すると、データ入力部２１が入力データの取り込みを行う。取り込まれた入力データは、プロジェクト管理部２０によってプロジェクトに登録される。なお、入力データのインポート先として３Ｄスキャナなどの３Ｄ入力装置を指定してもよい。その場合、３Ｄ入力装置で生成されたデータが直接３Ｄデータ管理装置１に取り込まれる。

３Ｄスキャナで物体を複数の方向から計測した場合や、物体が複数のパーツで構成されている場合など、１つの物体の３Ｄデータが複数のファイルに分かれることがある。そのような場合には、データ入力部２１は、すべてのファイルを取り込み、それらを位置合わせしてマージする処理を行う。なお、ファイル間のデータの位置合わせは、データ入力部２１が自動で行ってもよいし、必要に応じてユーザが行ってもよい。

また、データ入力部２１は、入力モデルのメタデータ（プロパティ）を生成する。例えば、入力モデルのＩＤ（入力データのファイル名）、入力モデルの名称、タイプ（点群データ／ＣＡＤデータ／ポリゴンデータ）、入力モデル自体のプロパティ、単位系などの情報が、自動でメタデータ（プロパティ）に登録される。また、データ入力部２１は、入力データの読み込み処理、位置合わせ・マージ処理などの作業履歴をメタデータ（ナレッジ）に登録する。

ステップＳ６２は、入力データを構造データへ変換する工程である。例えば、ユーザがＧＵＩを操作して「構造データへ変換」を指示すると、構造データ生成部２２が当該プロジェクト内の入力モデルのメタデータを参照し、入力データのファイル名、タイプ、単位系などを取得する。そして、構造データ生成部２２は、記憶部２５から入力データを読み込み、その入力データのタイプに応じた変換アルゴリズムにより、入力データを構造デー
タへ変換する。生成された構造データはプロジェクトに登録される。なお、点群データやＣＡＤデータからポリゴンデータへの変換に関しては、公知のアルゴリズムを利用できるため、ここでは詳しい説明を割愛する。

ステップＳ６３は、構造データの修正を行う工程である。例えば、ユーザは、構造データを画面表示し、意図通りの変換が行われているかを確認する。もし、面と面の間に意図しない隙間や段差（不連続）が存在したり、トポロジエラーが発生したりしていた場合は、ユーザは変換アルゴリズムやパラメータを変更してデータの再変換を行う。変更可能なパラメータとしては、最小ポリゴンサイズ、最大ポリゴンサイズ、トレランス（しきい値）などがある。

トレランスを変更する例として「物体表面の穴埋め」について説明する。物体表面の穴埋めとは、点群データをポリゴンデータに変換する際に、トレランス（しきい値）で設定されたサイズ（直径）より小さい穴を埋める（ポリゴンで覆う）処理である。この処理により、細かな穴が空いた構造を単純な面に変換することで造形を容易にしたり、スキャンミスに起因する微小な隙間を自動で修復することができる。例えば、最初に生成された構造データを確認したときに、意図しない穴や隙間が物体表面に残っていた場合には、穴埋めサイズを規定するトレランス（しきい値）を変更し再変換をかけることで、不要な穴や隙間を除去することができる。

なお、変換アルゴリズムやパラメータの変更だけでは問題が解決できない場合には、構造データ生成部２２が提供する編集ツールを利用して、入力データ又は構造データを部分的に修正することもできる。あるいは、入力データ又は構造データをプロジェクトからエクスポートして、他のシステムのツールや３Ｄ造形装置等に付属のユーティリティソフトを使って変換ないし修正した後、そのデータをプロジェクトにインポートしてもよい。

構造データ生成部２２は、構造データの生成が完了すると、構造モデルのメタデータ（プロパティ）を生成する。例えば、構造モデルのＩＤ（構造データのファイル名）、構造モデルの名称、作成日時、各種の変換情報、サイズ情報、元の入力データの入力モデルＩＤなどの情報が、自動でメタデータ（プロパティ）に登録される。ユーザは、ＧＵＩを操作し、構造モデルのマテリアルＩＤや表示色などの情報を登録することができる。また、構造データ生成部２２は、構造データをある視点（正面、斜め上方など）から見た２次元画像を生成し、そのデータをプロジェクトのメタデータ（プロパティ）のサムネイルに登録する。さらに、構造データ生成部２２は、構造データの変換処理、修正処理などの作業履歴をメタデータ（ナレッジ）に登録する。例えば、トレランスなどのパラメータを何度も調整し再変換を繰り返した場合には、各回のパラメータの値や変換結果（残問題）などの情報が履歴として登録される。

ステップＳ６４は、構造データを造形データへ加工する工程である。例えば、ユーザがＧＵＩを操作して、出力先の３Ｄ造形装置を指定し、「造形データの生成」を指示する。そうすると、造形データ生成部２３は、指定された３Ｄ造形装置の要求仕様や造形条件などの情報と構造データとを記憶部２５から読み込み、構造データに対し必要な加工を施し、造形データを生成する。例えば、造形データ生成部２３は、壁厚の無い部分（面のみの部分）や、壁厚が薄すぎて３Ｄ造形装置の要求強度を満たさない部分を検出すると、当該部分に対し必要な厚みを付ける加工を行う。また、造形データ生成部２３は、オーバーハング部を支えるサポート構造が必要と判断した場合は、サポート構造を表すポリゴンデータを造形データに追加する。あるいは、中空構造をもつ物体の場合は、造形後に中空内部の材料を除去するための抜き穴を加工する処理を行う。さらに、造形データ生成部２３は、造形時に３Ｄ造形装置で用いられるパラメータを造形データの中に記述することもできる。生成された造形データはプロジェクトに登録される。

造形データ生成部２３は、造形データの生成が完了すると、造形モデルのメタデータ（プロパティ）を生成する。例えば、造形モデルのＩＤ（造形データのファイル名）、造形モデルの名称、作成日時、サイズ情報、元の構造データのモデルＩＤ、造形情報などが、自動でメタデータ（プロパティ）に登録される。また、ユーザは、ＧＵＩを操作し、造形モデルのマテリアルＩＤや表示色などの情報を登録することができる。さらに、造形データ生成部２３は、造形データの加工処理の作業履歴をメタデータ（ナレッジ）に登録する。

なお、ユーザは、プロジェクト管理部２０が提供するＧＵＩを利用して、プロジェクト内のメタデータ（編集可能なプロパティとナレッジ）をいつでも更新することができる。ナレッジには、例えば、入力データの取得・合成、構造データの変換・修正、造形データの加工などの各作業においてユーザが気づいた事項、発生した問題、解決できた問題についてはその解決方法などの情報を記録するとよい。

＜利点＞
本実施形態の３Ｄデータ管理装置１とプロジェクトデータは次のような利点を有する。
物体の３次元構造に関わる情報が１つのプロジェクトで一元的に管理されているため、データの利用や管理が容易になる。特に、物体のオリジナルのデータ（入力データ）、物体表面の３次元構造を表すデータ（構造データ）、デバイス依存の出力用データ（造形データ）がすべて残っているので、データの流用や展開が容易である。例えば、他の３Ｄ造形装置に出力する場合には、構造データから新たな造形データを作ることができるので、従来のように点群データやＣＡＤデータから作り直すのに比べて、大幅に処理コストを低減できる。しかも、メタデータを参照することで、過去に行った作業の内容（例えば、入力データから構造データへの変換で用いたアルゴリズムやパラメータ）を利用したり確認したりできるため、作業の効率を高めることができる。

また、仮に、３Ｄ造形装置で造形している最中にデータの不備が発覚しても、（点群データやＣＡＤデータからでなく）途中の段階から作業をやり直すことができる。例えば、データの不備が「強度不足（壁厚が薄すぎる）」というものなら、構造データに問題ないことは明らかなので、造形データの作り直しだけ行えばよい。

また、３Ｄデータ管理装置１を用いることで、高度な知識やスキルがなくても容易に３Ｄデータの変換や加工を行うことができると共に、出力先の３Ｄ造形装置に適した（造形上の要求を満足した）造形データを簡単に作成することができる。

また、ナレッジとして記録された、データの変換、修正、加工などの履歴情報は、さまざまな用途が期待できる。例えば、上部に穴（口）が空いたボトルを３Ｄスキャナで計測すると、上部に穴が空いた形状として読み込まれる（ボトルの壁厚は読み込まれない）。この点群データを構造データへ変換するときに、穴の直径がトレランス（しきい値）よりも小さければ穴が埋まり、棒状の形状のデータが得られ、穴の直径がトレランスより大きければ、穴の開いた壁厚ゼロのボトル形状のデータが得られる。どちらの構造データがよいかはユーザ次第なので、ユーザは意図する形状のデータが得られるように、トレランスを適切な値に調整する。このような一連の履歴がナレッジに記録されていく。そうすると、ユーザは、穴が空いた他の物体のデータを取り扱う際に、過去に記録されたナレッジを参照することで、処理の効率が良い（意図通りの結果が得られる）トレランスの値を再利用することができる。あるいは、穴が空いた物体のデータが多数蓄積されると、それらのナレッジを参照することで、よく利用されているトレランスの値が分かるため、トレランスの値を自動的に最適化したり、適切なトレランスの値をユーザにレコメンドすることも可能になる。

１：３Ｄデータ管理装置

Claims (13)

1. プロジェクト管理部と記憶部と演算処理部とを備え、３Ｄ物体の造形に関わる情報を管理する３Ｄデータ管理装置であって、
   前記プロジェクト管理部は、
   前記３Ｄ物体のオリジナルデータである入力データと、
   前記演算処理部が、前記入力データに特定の３Ｄ造形装置からの出力に必要な加工を施して生成した造形データと、
   前記入力データから前記造形データを生成するまでに生じる情報と、
   を１つのデータセットとして前記記憶部に格納する
   ことを特徴とする３Ｄデータ管理装置。
2. 前記データセットは、前記入力データと前記造形データと前記入力データから前記造形データを生成するまでに生じる情報として、前記入力データに対して行ったデータ加工処理に関する情報を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄデータ管理装置。
3. 前記データ加工処理に関する情報は、前記データ加工処理で用いたパラメータの情報を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄデータ管理装置。
4. 前記データ加工処理に関する情報は、前記入力データを基に生成される前記３Ｄ物体の３次元構造を表す構造データ、および前記構造データを生成する変換に関する情報を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の３Ｄデータ管理装置。
5. 前記３Ｄデータ管理装置は入力部を備えており、
   前記データ加工処理に関する情報は、前記入力部から編集可能なコメント情報を含む
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の３Ｄデータ管理装置。
6. 前記データセットは、さらに前記入力データに関わるプロパティ情報および／または造
   形データに関わるプロパティ情報を含む
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の３Ｄデータ管理装置。
7. ３Ｄ出力装置と、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の３Ｄデータ管理装置と、を備え、
   前記３Ｄデータ管理装置は、前記記憶部に格納しているデータセットの中から前記造形データを前記３Ｄ出力装置に出力する
   ことを特徴とするシステム。
8. コンピュータが３Ｄ物体の造形に関わる情報を管理する３Ｄデータ管理方法であって、
   前記コンピュータが、
   取得した前記３Ｄ物体のオリジナルデータである入力データに、特定の３Ｄ造形装置からの出力に必要な加工を施して造形データを生成するステップと、
   前記入力データと前記造形データと前記入力データから前記造形データを生成するまでに生じる情報とを、１つのデータセットとして保存するステップと、
   を実行する
   ことを特徴とする３Ｄデータ管理方法。
9. 前記データセットは、前記入力データと前記造形データと前記入力データから前記造形データを生成するまでに生じる情報として、前記入力データに対して行ったデータ加工処理に関する情報を含む
   ことを特徴とする請求項８に記載の３Ｄデータ管理方法。
10. 前記データ加工処理に関する情報は、前記入力データを基に生成される前記３Ｄ物体の３次元構造を表す構造データ、および前記構造データを生成する変換に関する情報を含むことを特徴とする請求項９に記載の３Ｄデータ管理方法。
11. 前記データセットは、さらに前記入力データに関わるプロパティ情報および／または造形データに関わるプロパティ情報を含む
    ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の３Ｄデータ管理方法。
12. 請求項８から１１のいずれか一項に記載の３Ｄデータ管理方法を前記コンピュータに実行させる
    ことを特徴とする制御プログラム。
13. 請求項１２に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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