特開 2026-160126 データ生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】

(43)【公開日】

(54)【発明の名称】データ生成方法

(51)【国際特許分類】

   

【ＦＩ】

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】

(21)【出願番号】

(22)【出願日】

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129791

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 真由美

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100197561

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 三喜男

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 晃平

【テーマコード（参考）】

【Ｆターム（参考）】

5B146AA05

5B146DJ08

5B146EA15

(57)【要約】

【課題】物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを比較的簡素な計算で生成する。
【解決手段】物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成方法は、物体の表面形状の３次元形状データを読み込み、３次元形状データを覆うように複数のボクセルを生成し、複数のボクセルのそれぞれについてボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算し、複数のボクセルのうち最短距離が所定閾値以下であるボクセルを抽出して物体の表面形状ボクセルデータを生成する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項】

物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成方法であって、
物体の表面形状の３次元形状データを読み込むデータ読込ステップと、
前記３次元形状データを覆うように複数のボクセルを生成するボクセル生成ステップと、
前記複数のボクセルのそれぞれについて前記ボクセルの中心と前記物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下である前記ボクセルを抽出して物体の表面形状ボクセルデータを生成するボクセル抽出ステップと、を有する、
データ生成方法。

【請求項】

前記ボクセルは、立方体形状ボクセルである、
請求項１に記載のデータ生成方法。

【請求項】

前記所定閾値は、前記ボクセルの辺長の二分の一である、
請求項２に記載のデータ生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【】

本開示は、データ生成方法に関する。

【背景技術】

【】

自動車の車体設計時など、車体周りの流れ場を予測解析するために、車体の表面形状の３次元形状データから３次元モデルを作成してシミュレーションに用いることが行われている。また、車体の表面形状の３次元形状データとして三角形要素などのポリゴン要素集合体である３次元形状データから立方体要素であるボクセルデータを生成してシミュレーションに用いることも知られている。

【】

特許文献１には、形状モデルのＣＡＤデータからファセット（微細多角形）データを読み込み、モデル全体を囲む空きボクセルを発生させ、全てのファセットに対してそれぞれのファセットと交差する空きボクセルに数値データを格納して形状モデルのＣＡＤデータに対応した表面形状のボクセルデータを生成することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【】

【特許文献】特開平８－１５３２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【】

前記特許文献１に記載されるデータ生成方法では、ファセットデータとしての法線と３つの頂点とを有する三角形要素とボクセルとが交差するか否かを判定して表面形状のボクセルデータを生成しているが、形状モデルの表面形状データによっては交差判定が困難になったり、計算時間が長くなったりするおそれがある。

【】

本開示は、物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを比較的簡素な計算で生成することができるデータ生成方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【】

本開示は、物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成方法であって、物体の表面形状の３次元形状データを読み込むデータ読込ステップと、前記３次元形状データを覆うように複数のボクセルを生成するボクセル生成ステップと、前記複数のボクセルのそれぞれについて前記ボクセルの中心と前記物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算する距離計算ステップと、前記複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下である前記ボクセルを抽出して物体の表面形状ボクセルデータを生成するボクセル抽出ステップと、を有する、データ生成方法を提供する。

【】

本開示によれば、物体の表面形状ボクセルデータを生成する際に、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算してボクセルが抽出されるので、形状データの三角形要素とボクセルとの交差判定を計算する場合に比して、物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを比較的簡素な計算で生成することができる。物体の表面形状の３次元形状データに隙間が存在する場合など不完全な３次元形状データについても、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算して物体の表面形状ボクセルデータを生成することができる。

【】

前記ボクセルは、立方体形状ボクセルであり得る。

【】

本構成によれば、立方体形状ボクセルを用いることで、直方体形状ボクセルを用いる場合に比して、物体の表面形状の３次元形状データに応じた物体の表面形状ボクセルデータを精度良く生成することができる。

【】

前記所定閾値は、前記ボクセルの辺長の二分の一であり得る。

【】

本構成によれば、所定閾値として、立方体形状ボクセルの辺長の二分の一とすることで、物体の表面形状の３次元形状データに応じた物体の表面形状ボクセルデータを精度良く生成することができる。

【発明の効果】

【】

本開示に係るデータ生成方法によれば、物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを比較的簡素な計算で生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【】

【図】本開示の実施形態に係るデータ生成に用いる物体の３次元形状データを示す図である。

【図】本開示の実施形態に係るデータ生成によって生成された物体の表面形状ボクセルデータを示す図である。

【図】物体の３次元形状データを覆うように生成された複数のボクセルを示す図である。

【図】ボクセルの中心と物体の３次元形状データとの距離の計算を説明するための説明図である。

【図】ボクセルの中心と物体の３次元形状データとの最短距離が閾値以下であるボクセルを示す図である。

【図】本開示の実施形態に係るデータ生成に用いるシステム構成を示すブロック図である。

【図】データ生成動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【】

以下、本開示の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

【】

本開示の実施形態に係るデータ生成は、物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成であり、物体の表面形状の３次元形状データを読み込み、物体の表面形状の３次元形状データを覆うように複数のボクセルを生成し、複数のボクセルのそれぞれについてボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算し、複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下であるボクセルを抽出して物体の表面形状ボクセルデータを生成する。

【】

図１は、本開示の実施形態に係るデータ生成に用いる物体の３次元形状データを示す図である。物体の３次元形状データからボクセルデータを生成する際には先ず、図１に示すように、物体の表面形状の３次元形状データ１が読み込まれ、本実施形態では物体としての車体の表面形状の３次元形状データ１が読み込まれる。図１では、物体の３次元形状データを模式的に示しているが、３次元形状データは、例えば三角形要素の集合体であるＳＴＬデータが用いられる。

【】

図２は、本開示の実施形態に係るデータ生成によって生成された物体の表面形状ボクセルデータを示す図である。図２に示すように、本実施形態では、物体の表面形状の３次元形状データ１から物体の表面形状ボクセルデータ１０を生成する。ボクセルとして、立方体形状ボクセルが用いられ、ボクセルデータ１０は、物体の表面形状を複数の立方体によって近似したデータとして生成される。

【】

図３は、物体の３次元形状データを覆うように生成された複数のボクセルを示す図である。物体の３次元形状データからボクセルデータを生成する際に物体の表面形状の３次元形状データ１が読み込まれると、物体の表面形状の３次元形状データ１を覆うように複数のボクセルが設定されて生成される。

【】

図３に示すように、ＸＹＺ座標系に配置された物体の表面形状の３次元形状データ１に対し、ユーザによって物体の表面形状の３次元形状データ１を覆うようにボクセルの領域及びサイズが入力されて設定される。そして、設定されたボクセルの領域及びサイズに基づいて複数の立方体形状ボクセル３が生成される。

【】

図３では、物体としての車体の前後方向をＸ方向、車幅方向をＹ方向、上下方向をＺ方向としたＸＹＺ座標系に配置された物体の３次元形状データ１が示されている。図３に示すように、物体の３次元形状データ１全体を覆うように車体の前後方向、車幅方向、上下方向にそれぞれ所定量大きいボクセルの領域２が設定される。例えば、物体が車体である場合、ボクセルの領域２として、車体に対して前後方向、車幅方向、上下方向にそれぞれ５０ｃｍ大きいボクセルの領域が設定される。

【】

そして、設定されたボクセルの領域２内に、ユーザによって入力されたボクセルのサイズに基づいて複数のボクセル３が生成される。図３では、一部のボクセル３のみ示すとともに、ボクセル３を拡大して示している。例えば、物体が車体である場合、ボクセルのサイズとして１ｃｍが設定される。ボクセルの領域及びサイズは、ユーザによって入力されて設定されるが、物体に応じて予め設定されたものを用いることも可能である。ボクセルの領域及びサイズは、任意の領域及びサイズが設定可能である。このようにして生成された複数のボクセル３はそれぞれ、中心座標及びサイズ、すなわち立方体の辺長のデータを有している。

【】

物体の表面形状の３次元形状データ１を覆うように複数のボクセル３が生成されると、複数のボクセル３のそれぞれについてボクセル３の中心と物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が計算される。

【】

図４は、ボクセルの中心と物体の３次元形状データとの距離の計算を説明するための説明図である。図４では、１つのボクセル３と物体の表面形状の３次元形状データ１を構成する１つの三角形要素１ａとを示している。図４に示すように、ボクセル３はそれぞれ、中心Ｃの座標及びサイズＳ、すなわち立方体の辺長Ｓのデータを有している。物体の表面形状の３次元形状データ１を構成する三角形要素１ａは、頂点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃの座標及び法線ベクトルＮのデータを有している。

【】

各ボクセル３についてボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１を構成する全ての三角形要素１ａとの距離がそれぞれ計算される。図４に示すボクセル３については、ボクセル３の中心Ｃと三角形要素１ａとの距離Ｄが、ボクセル３と三角形要素１ａとの最短距離として計算されている。各ボクセルについて、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１を構成する全ての三角形要素１ａとの間の距離Ｄを計算して最も小さい距離が最短距離として計算される。

【】

最短距離の計算は、例えば符号なし距離関数を計算して行うことができる。最短距離の計算はまた、例えば符号付き距離関数を計算して行うことができる。符号付き距離関数は、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データを構成する三角形要素との距離と、内外判定用の正負の積として計算される。従って、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データを構成する三角形要素との最短距離は、符号付き距離関数の計算結果の絶対値となる。その他、各ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの間の最短距離が計算できるものとであれば、他の計算方法を用いることも可能である。

【】

複数のボクセル３のそれぞれについてボクセル３の中心と物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が計算されると、複数のボクセル３のうちボクセル３の中心と物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が所定閾値以下であるボクセルが抽出されて物体の表面形状ボクセルデータが生成される。

【】

本実施形態では、図４に示すようにボクセル３のサイズがＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向にそれぞれ所定値Ｓに設定される場合、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１を構成する三角形要素１ａとの最短距離が所定閾値Ｒ以下であるボクセルが、物体の表面形状に対応するボクセルとして抽出される。所定閾値Ｒとして、ボクセル３のサイズである辺長Ｓの二分の一（Ｓ／２）が用いられる。図４に示すボクセル３は、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離Ｄが、閾値Ｒ（＝Ｓ／２）より大きくなっている。

【】

図５は、ボクセルの中心と物体の３次元形状データとの最短距離が閾値以下であるボクセルを示す図である。図５では、ボクセル３の中心と物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が閾値Ｒ以下であるボクセル３を実線で示し、ボクセル３の中心と物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が閾値Ｒより大きいボクセルを二点鎖線で示し、一部のボクセル３のみを示している。図５に実線で示す複数のボクセル３は、物体の表面形状の３次元形状データ１を覆うように３次元形状データ１近傍に設けられ、図５に二点鎖線で示す複数のボクセル３は、物体の表面形状の３次元形状データ１から離れた位置に設けられている。

【】

図５に示すように、複数のボクセル３についてそれぞれ、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が所定閾値Ｒ以下であるか否かが判定され、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が所定閾値Ｒ以下であるボクセル３が抽出され、図２に示すように、物体の表面形状ボクセルデータ１０が生成される。

【】

本実施形態では、物体の３次元形状データから表面形状ボクセルデータを生成する際に、３次元形状データを覆うように生成された複数のボクセルのそれぞれについてボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離が計算され、前記最短距離が所定閾値以下であるボクセルが抽出されて物体の表面形状ボクセルデータが生成される。

【】

これにより、物体の表面形状ボクセルデータを生成する際に、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算してボクセルが抽出されるので、形状データの三角形要素とボクセルとの交差判定を計算する場合に比して、物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを比較的簡素な計算で生成することができる。物体の表面形状の３次元形状データに隙間が存在する場合など不完全な３次元形状データについても、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算して物体の表面形状ボクセルデータを生成することができる。

【】

図６は、本開示の実施形態に係るデータ生成に用いるシステム構成を示すブロック図である。図６に示すように、物体の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成に用いるシステムは、コンピュータ２０を中心として構成され、コンピュータ２０は、中央演算装置２１と、物体の表面形状ボクセルデータの生成に必要なデータなどを入力するためのキーボードなどの入力装置２２と、物体の表面形状の３次元形状データや物体の表面形状ボクセルデータなどを表示するためのディスプレイなどの表示装置２３と、物体の表面形状ボクセルデータを生成するためのプログラムなどを記憶するメモリなどの記憶装置２４と、生成された物体の表面形状ボクセルデータなどを出力するプリンタなどの出力装置２５とを有している。

【】

中央演算装置２１は、入力装置２２、表示装置２３及び出力装置２５を制御するとともに、記憶装置２４にアクセス可能に構成される。中央演算装置２１は、入力装置２２を介して入力された情報と記憶装置２４に記憶されているプログラムやデータなどを用いて、物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成することができるように構成されている。

【】

記憶装置２４は、プログラム記憶部とデータ記憶部とを有している。プログラム記憶部には、ボクセルデータを生成するためのメインプログラム、ユーザによって入力されるボクセルの領域及びサイズに基づいて複数のボクセルを生成するボクセル生成プログラム、複数のボクセルについてそれぞれボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算する距離計算プログラム、複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下であるボクセルを抽出して表面形状ボクセルデータを生成するボクセル抽出プログラム、及び物体の表面形状の３次元形状データや生成された物体の表面形状ボクセルデータなどを表示するための表示プログラムなどが記憶されている。

【】

データ記憶部には、物体の表面形状の３次元形状データが記憶される３次元形状データファイル、ユーザによって入力されるボクセルの領域及びサイズが記憶されるボクセル条件データファイル、物体の表面形状ボクセルデータを生成するための判定に用いるボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離の閾値が記憶される閾値データファイル、各ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が記憶される最短距離データファイル、複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下として抽出されたボクセルが記憶されるボクセル抽出データファイルなどが設けられている。

【】

図７は、データ生成動作を示すフローチャートである。物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成する際には、図７に示すように、コンピュータ２０に先ず、ユーザによって入力装置２２を介して物体の表面形状の３次元形状データ１が読み込まれる（ステップＳ１）。ステップＳ１において読み込まれた物体の表面形状の３次元形状データ１は、データ記憶部の３次元形状データファイルに記憶される。

【】

次に、物体の表面形状の３次元形状データ１を覆うように、ユーザによってボクセルの領域２及びサイズが入力されて設定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において設定されたボクセルの領域２及びサイズは、データ記憶部のボクセル条件データファイルに記憶される。本実施形態では、物体の表面形状ボクセルデータを生成するための判定に用いるボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離の閾値Ｒがボクセルのサイズである辺長Ｓの二分の一に設定されるので、閾値Ｒとして前記サイズの二分の一が設定され、閾値データファイルに記憶される。

【】

次に、ステップＳ２において設定されたボクセルの領域及びサイズに基づいて複数のボクセル３が生成される（ステップＳ３）。そして、複数のボクセル３について、各ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が計算される（ステップＳ４）。計算された各ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離は、データ記憶部の最短距離データファイルに記憶される。

【】

各ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離を計算する際に、例えば符号付き距離関数を計算する場合、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状を構成する三角形要素との最短距離は、前記距離関数の計算結果の絶対値として計算される。

【】

ステップＳ４において各ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離が計算されると、複数のボクセル３のうち前記最短距離が所定閾値Ｒ以下であるボクセル３が抽出されて物体の表面形状ボクセルデータ１０が生成される（ステップＳ５）。抽出された物体の表面形状ボクセルデータ１０は、データ記憶部のボクセル抽出データファイルに記憶される。

【】

本実施形態では、物体の表面形状の３次元形状データ１全体を覆うように複数のボクセル３を生成しているが、物体の表面形状の３次元形状データ１の一部を覆うようにボクセルの領域を設定して複数のボクセルを生成するようにしてもよい。また、所定閾値Ｒとしてボクセルのサイズの二分の一が設定されているが、他の閾値を用いるようにしてもよい。また、ボクセル３として、立方体形状ボクセルが用いられているが、直方体形状ボクセルを用いることも可能である。また、物体として車体について説明しているが、車体以外の他の物体であっても同様に行うことができる。

【】

このように、本実施形態に係るデータ生成方法は、物体の表面形状の３次元形状データ１から物体の表面形状ボクセルデータ１０を生成するデータ生成方法であって、物体の表面形状の３次元形状データ１を読み込むデータ読込ステップと、３次元形状データ１を覆うように複数のボクセル３を生成するボクセル生成ステップと、複数のボクセル３のそれぞれについてボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離を計算する距離計算ステップと、複数のボクセル３のうち前記最短距離が所定閾値Ｒ以下であるボクセル３を抽出して物体の表面形状ボクセルデータ１０を生成するボクセル抽出ステップとを有する。

【】

これにより、物体の表面形状ボクセルデータ１０を生成する際に、ボクセル３の中心Ｃと物体の表面形状の３次元形状データ１との最短距離を計算してボクセル３が抽出されるので、形状データの三角形要素とボクセルとの交差判定を計算する場合に比して、物体の３次元形状データ１から物体の表面形状ボクセルデータ１０を比較的簡素な計算で生成することができる。物体の表面形状の３次元形状データに隙間が存在する場合など不完全な３次元形状データについても、ボクセルの中心と物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算して物体の表面形状ボクセルデータを生成することができる。

【】

また、ボクセル３は、立方体形状ボクセルであり得る。これにより、立方体形状ボクセル３を用いることで、直方体形状ボクセルを用いる場合に比して、物体の表面形状の３次元形状データ１に応じた物体の表面形状ボクセルデータ１０を精度良く生成することができる。

【】

また、所定閾値Ｒは、ボクセル３の辺長Ｓの二分の一であり得る。これにより、所定閾値Ｒとして、立方体形状ボクセル３の辺長Ｓの二分の一とすることで、物体の表面形状の３次元形状データ１に応じた物体の表面形状ボクセルデータ１０を精度良く生成することができる。

【】

本開示は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

【】

［付記１］
物体の表面形状の３次元形状データから物体の表面形状ボクセルデータを生成するデータ生成方法であって、
物体の表面形状の３次元形状データを読み込むデータ読込ステップと、
前記３次元形状データを覆うように複数のボクセルを生成するボクセル生成ステップと、
前記複数のボクセルのそれぞれについて前記ボクセルの中心と前記物体の表面形状の３次元形状データとの最短距離を計算する距離計算ステップと、
前記複数のボクセルのうち前記最短距離が所定閾値以下である前記ボクセルを抽出して物体の表面形状ボクセルデータを生成するボクセル抽出ステップと、を有する、
データ生成方法。
［付記２］
前記ボクセルは、立方体形状ボクセルである、
付記１に記載のデータ生成方法。
［付記３］
前記所定閾値は、前記ボクセルの辺長の二分の一である、
付記１又は付記２に記載のデータ生成方法。

【符号の説明】

【】

１ ３次元形状データ
３ ボクセル
１０ ボクセルデータ
Ｃ ボクセルの中心
Ｓ ボクセルの辺長

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】