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発明の名称 三次元モデリング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−30635(P2003−30635A)
公開日 平成15年1月31日(2003.1.31)
出願番号 特願2001−210524(P2001−210524)
出願日 平成13年7月11日(2001.7.11)
代理人 【識別番号】100085501
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
【テーマコード(参考)】
5B047
5C061
【Fターム(参考)】
5B047 AA07 AB02 BA03 BB04 BC16 BC20 
5C061 AA06 AA21 AA25
発明者 北條 三木夫 / 藤田 悟朗 / 久保 良子
要約 課題
形状の崩れの無い綺麗な人体の三次元グラフィックス画像を得ることができる三次元モデリング装置を提供する。

解決手段
垂直回転軸Xを中心として回転する回転台1を備えるとともにこの回転台上に設定した三次元空間と対向するようにCCDカメラ3、4を固定配置し、回転台を回転させながら被撮影者Hを全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、三次元空間の各ボクセルについて各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、被撮影者を所定の姿勢で動かないように支えるサポート手段12を設けたことを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】 静止した被撮影者の周囲を相対的に回転するカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、所定の位置にあらかじめ設定した三次元空間の各ボクセルについて前記各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、被撮影者を所定の姿勢で動かないように支えるサポート手段を設けたことを特徴とする三次元モデリング装置。
【請求項2】 垂直回転軸を中心として回転する回転台を備えるとともにこの回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、前記回転台を回転させながら被撮影者を撮影するようにしたものであることを特徴とする請求項1に記載の三次元モデリング装置。
【請求項3】 前記サポート手段が無色透明であることを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元モデリング装置。
【請求項4】 前記サポート手段が、垂直方向に延びる背もたれ部と、この背もたれ部に上下動可能に取り付けられ、被撮影者の頭頂部を垂直下方に押さえる頭部押さえ部と、前記背もたれ部の両側に設けられ、被撮影者の胴体の両側に広げた腕を支持する一対の腕支持部とを備えたものであることを請求項3に記載の三次元モデリング装置。
【請求項5】 前記サポート手段における被撮影者の五体の背面側に対向する部分は、その縁部や角部が被撮影者と重なり合って撮影されることがないように前面が広い板状の部材により形成されていることを特徴とする請求項4に記載の三次元モデリング装置。
【請求項6】 前記サポート手段は、被撮影者が片脚を臑がほぼ垂直になるように膝の部分で屈曲させて持ち上げた姿勢を維持できるように前記片脚の下面を支持するものであることを特徴とする請求項3に記載の三次元モデリング装置。
【請求項7】 前記サポート手段は、両側面が開口した中空の直方体状のものであることを特徴とする請求項6に記載の三次元モデリング装置。
【請求項8】 前記サポート手段は、略水平な頂壁と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁とから成るものであることを特徴とする請求項6に記載の三次元モデリング装置。
【請求項9】 前記サポート手段は、被撮影者が中腰の姿勢を維持できるように形成された腰掛け台状のものであることを特徴とする請求項3に記載の三次元モデリング装置。
【請求項10】 前記サポート手段は、両側面が開口した中空の直方体状のものであることを特徴とする請求項9に記載の三次元モデリング装置。
【請求項11】 前記サポート手段は、略水平な頂壁と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁とから成るものであることを特徴とする請求項9に記載の三次元モデリング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体の三次元グラフィックス画像を作成する三次元モデリング装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ゲーム機等に用いる人体の三次元グラフィックス画像を作成するためのものとして、三次元モデリング装置が用いられているのは周知の通りである。そして、この種の三次元モデリング装置として、静止した被撮影者の周囲を相対的に回転するカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、所定の位置にあらかじめ設定した三次元空間の各ボクセルについて各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにしたものが提案されている。
【0003】ボーティング処理についてより詳しく説明すると、まず、前記三次元空間を構成する多数の微小なボクセルについてそれぞれ全シルエット画像への投影点を求め、シルエット領域に含まれている投影点の数を得点とする。そして、あらかじめ設定した閾値によって得点が一定値未満のボクセルを削除し、残ったボクセルを人体部分とみなす。
【0004】このようにして再構成された被撮影者の三次元形状の表面に対応するボクセルの隣接頂点間を接続してポリゴンデータを生成し、これにテクスチャ(色彩、模様)を貼り付けると被撮影者の三次元グラフィックス画像が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種の装置では、撮影の開始から終了までに数十秒程度の時間を要するが、その間に被撮影者が動くと、人体形状を構成する予定のボクセルのうちの一部の得点が閾値よりも低くなって削除されるため、得られるグラフィックス画像の一部が欠けてしまうという問題がある。
【0006】なお、この種の三次元モデリング装置の一形態として、垂直回転軸を中心として回転する回転台を備えるとともにこの回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、回転台を回転させながら被撮影者を撮影するようにしたものがあるが、このような装置においては、撮影中に被撮影者が回転するため、特に上述した問題が生じ易い。
【0007】本発明の目的は、このような問題点の解消を図った三次元モデリング装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成するために、請求項1記載の発明は、静止した被撮影者の周囲を相対的に回転するカメラによって被撮影者を全周にわたって撮影し、得られた所定回転角度毎の画像からそれぞれ被撮影者のシルエット画像を抽出し、所定の位置にあらかじめ設定した三次元空間の各ボクセルについて前記各シルエット画像を用いてボーティング処理を行うことにより被撮影者の三次元形状を再構成し、この三次元形状に基づいて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成するようにした三次元モデリング装置において、被撮影者を所定の姿勢で動かないように支えるサポート手段を設けたことを特徴としている。
【0009】また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の三次元モデリング装置が、垂直回転軸を中心として回転する回転台を備えるとともにこの回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、前記回転台を回転させながら被撮影者を撮影するようにしたものであることを特徴としている。
【0010】また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段が無色透明であることを特徴としている。
【0011】また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段が、垂直方向に延びる背もたれ部と、この背もたれ部に上下動可能に取り付けられ、被撮影者の頭頂部を垂直下方に押さえる頭部押さえ部と、前記背もたれ部の両側に設けられ、被撮影者の胴体の両側に広げた腕を支持する一対の腕支持部とを備えたものであることを特徴としている。
【0012】また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段における被撮影者の五体の背面側に対向する部分が、その縁部や角部が被撮影者と重なり合って撮影されることがないように前面が広い板状の部材により形成されていることを特徴としている。
【0013】また、請求項6記載の発明は、請求項3記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段は、被撮影者が片脚を臑がほぼ垂直になるように膝の部分で屈曲させて持ち上げた姿勢を維持できるように前記片脚の下面を支持するものであることを特徴としている。
【0014】また、請求項7記載の発明は、請求項6記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段は、両側面が開口した中空の直方体状のものであることを特徴としている。
【0015】また、請求項8記載の発明は、請求項6記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段が、略水平な頂壁と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁とから成るものであることを特徴としている。
【0016】また、請求項9記載の発明は、請求項3記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段は、被撮影者が中腰の姿勢を維持できるように形成された腰掛け台状のものであることを特徴としている。
【0017】また、請求項10記載の発明は、請求項9記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段は、両側面が開口した中空の直方体状のものであることを特徴としている。
【0018】また、請求項11記載の発明は、請求項9記載の三次元モデリング装置において、前記サポート手段が、略水平な頂壁と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁とから成るものであることを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施形態である三次元モデリング装置の概略斜視図である。この三次元モデリング装置は、回転台1と、この回転体1上に固定されたサポート手段2と、回転台1上に設定された仮想の三次元空間(後述)と水平方向に対向するように配置された上下一対のCCDカメラ3、4と、このCCDカメラ3、4と回転台1を挟んで対向するように垂直に立設された背景パネル5と、CCDカメラ3、4に接続されたコンピュータ6と、このコンピュータ6及び回転台1に接続された回転台コントローラ7とを備えている。
【0020】回転台1は、上部が平坦な六角錐状に形成され、駆動モータ(図示せず)に接続されており、この駆動モータを駆動すると、回転台1の中心点を通る垂直回転軸Xを中心として矢印方向に回転するようになっている。回転台1の各側面には、図示しないが、互いに色が異なる複数個のカラーパターンが付されており、これらのカラーパターンは各側面毎に異なる配列となっている。
【0021】CCDカメラ3、4は、床面上に垂直に立設された支柱8に上下方向に所定間隔をおいて取り付けられている。下側のCCDカメラ4は、回転台1上に載せた被撮影者Hの略下半分と、回転台1と、回転台1の上方に配置されるキャリブレーション用治具(図示せず)が撮影範囲内に入るように支柱8上に位置決め固定されている。このキャリブレーション用治具は回転台1と同様に形成されており、その底部に取り付けられた脚体により回転台1の上面から所定の高さの位置に水平に配置されるようになっている。また、上側のCCDカメラ3は被撮影者Hの略上半分と前記キャリブレーション用治具が撮影範囲内に入るように支柱8上に位置決め固定されている。
【0022】背景パネル5は、被撮影者Hと対向する面が一つの色により着色されており、この色は、被撮影者Hが着用した衣服や肌の色と異なっている。回転台コントローラ7は、コンピュータ6から与えられる情報に基づいて回転台1の駆動モータを制御する。
【0023】サポート手段2は、被撮影者Hが腕を胴体の両側に広げた姿勢を維持できるように形成されたものであって、アクリル樹脂等の無色透明の材料により形成されており、垂直方向に延びる板状の背もたれ部9と、この背もたれ部9の上部に上下動可能に取り付けられた板状の頭部押さえ部10と、背もたれ部9の両側縁から側方に張り出すように形成された一対の側板11、11の前面にそれぞれ前方に突出するように設けられた円柱状の腕支持部12とを備えている。
【0024】背もたれ部9及び各側板11は、その縁部や角部が被撮影者Hの五体(頭、首、胴体、両腕、両脚)と重なり合って撮影されることがないよう、前面9a、11aが広い板材により形成されている。このようにしているのは、背もたれ部9や側板11の縁部や角部で光が屈折するため、これらの部分が被撮影者と重なり合って撮影されると歪んだ画像となるからである。
【0025】次に、本実施形態の三次元モデリング装置を用いて実際に被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成する手順について説明する。
【0026】まず、CCDカメラ3、4のキャリブレーションを行う。回転台1上に前記キャリブレーション用治具を載せてCCDカメラ3、4で撮影する。回転台1上には、回転台1の上面の中心を原点とする所定の大きさの三次元空間が設定されており、コンピュータ6は、CCDカメラ3、4が撮影したキャリブレーション用治具の画像からCCDカメラ3、4の位置関係を算出してキャリブレーションを行う。
【0027】CCDカメラ3、4のキャリブレーションが終了すると、被撮影者Hを回転台1上に載せて、その背中を背もたれ部9に軽くもたれかけさせ、腕を胴体の両側に広げさせて各腕をそれぞれ腕支持部12に支持させる。そして、頭部押さえ部10を下降させて頭頂部を押さえる。
【0028】次いで、コンピュータ6の操作入力部で撮影開始の指示入力を行うと、回転台1が図の矢印方向に所定速度で連続回転し、これと同期してCCDカメラ3、4が撮影を行う。そして、回転台1が360゜回転すると、回転台1が停止するとともにCCDカメラ3、4が撮影を停止する。
【0029】コンピュータ6は、CCDカメラ3、4が撮影した動画から所定の回転角度(本実施形態では10゜)毎に静止画像を抽出し、これらの画像から背景パネル5の部分を分離して被撮影者Hのシルエット画像を抽出する。また、コンピュータ6は、CCDカメラ4が撮影した回転台1の画像から三次元空間内におけるCCDカメラ4の位置や向きを算出してキャリブレーションを行う。
【0030】次いで、コンピュータ6は、抽出した複数枚のシルエット画像を用いて、前記三次元空間を構成する多数のボクセル(本実施形態では2.5mm角)についてそれぞれボーティング処理を行って被撮影者Hの三次元形状を再構成する。そして、コンピュータ6は、この三次元形状の表面に対応するボクセルの隣接頂点間を接続してポリゴンデータを生成し、これにテクスチャを貼り付けて被撮影者の三次元グラフィックス画像を作成する。
【0031】回転台1が回転している間、被撮影者Hの動きやすい部分である胴体、両腕、頭はそれぞれサポート手段2で支えられているため、被撮影者Hが動きにくい。したがって、形状の崩れの無い綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。
【0032】次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は第2の実施形態のサポート手段の外観斜視図、図3はこのサポート手段の使用方法の説明図である。なお、以下の各実施形態において、第1の実施形態と共通する部分には同一の符号を使用し、重複する説明は省略してある。
【0033】本実施形態のサポート手段21は、被撮影者が片脚を臑がほぼ垂直になるように膝の部分で屈曲させて持ち上げた姿勢を維持するためのものである。図2に示すように、このサポート手段21は、両側面が開口した縦断面ロの字形の中空の直方体状のもので、無色透明の板材により形成されており、頂壁22と、この頂壁22に対して上下方向に対向する底壁23と、頂壁22及び底壁23の対向する端部を互いに連結する前後一対の垂直壁24、25とから成っている。
【0034】このサポート手段21を回転台1の上面の適当な位置に載置し、被撮影者は、片脚を臑がほぼ垂直になるように膝の部分で屈曲させて持ち上げ、その下面をサポート手段21の頂壁22の上面に支持させる(図3参照)。この状態で回転台1を回転させて撮影を行うと、片脚の下面がサポート手段21で支持されているため、被撮影者Hの体が動きにくく、形状の崩れのない綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。
【0035】本実施形態のサポート手段21は、両側面が開口した中空状のものであるため、カメラ4が被撮影者Hの右側を撮影するとき、左脚の下端部がサポート手段21の中空部を通して撮影されるため、この部分の画像が歪むのを防ぐことができる。したがって、精度の高いグラフィックス画像を得ることができる。なお、図4に示すように、略水平な頂壁27と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁28、29とから成るサポート手段26でも同様の作用効果を得ることができる。
【0036】次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5は第3の実施形態のサポート手段の外観斜視図、図6はこのサポート手段の使用方法の説明図である。
【0037】本実施形態のサポート手段31は、被撮影者が中腰の姿勢を維持できるように形成された腰掛け台状のものである。図5に示すように、このサポート手段31は、両側面が開口した縦断面ロの字形の中空の直方体状のもので、無色透明の板材により形成されており、頂壁32と、この頂壁32に対して上下方向に対向する底壁33と、頂壁32及び底壁33の対向する端部を互いに連結する前後一対の垂直壁34、35とから成っている。
【0038】このサポート手段31を回転台1の上面の適当な位置に載置し、被撮影者は、両脚を膝の部分で屈曲させて腰をサポート手段21の頂壁32の上面に支持させる(図3参照)。この状態で回転台1を回転させて撮影を行うと、腰がサポート手段31で支持されているため、被撮影者Hの体が動きにくく、形状の崩れのない綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。
【0039】本実施形態のサポート手段31は、両側面が開口した中空状のものであるため、カメラ4が被撮影者Hの両側から撮影を行うとき、両脚の膝から下の部分の一部がサポート手段31の中空部を通して撮影されるため、この部分の画像が歪むのを防ぐことができる。したがって、精度の高いグラフィックス画像を得ることができる。なお、図7に示すように、略水平な頂壁37と、その前後両端から下方に向けて延びる前後一対の垂直壁38、39とから成るサポート手段36でも同様の作用効果を得ることができる。
【0040】なお、上述した各実施形態では、被撮影者を載せた回転台を回転させながら固定配置したカメラで被撮影者を撮影するようにした三次元モデリング装置に本発明を適用した場合について説明したが、固定面上に載せた被撮影者の周囲をカメラが回転して撮影を行うようにした三次元モデリング装置にも本発明を適用することができる。
【0041】また、その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態に種々の変形を施すことができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被撮影者を所定の姿勢で動かないように支えるサポート手段を設けたことにより、形状の崩れの無い綺麗なグラフィックス画像を得ることができる。なお、本発明は、特に、垂直回転軸を中心として回転する回転台を備えるとともにこの回転台上に設定した三次元空間と対向するようにカメラを固定配置し、回転台を回転させながら被撮影者を撮影するようにした三次元モデリング装置に適用した場合に効果が高い。
【0043】また、請求項3の発明によれば、サポート手段が無色透明であることにより、サポート手段が被撮影者と重なり合って撮影された場合に画像が欠けるのを防ぐことができる。
【0044】また、請求項5の発明によれば、サポート手段における被撮影者の五体の背面側に対向する部分の縁部や角部が被撮影者と重なり合って撮影されることがないように形成されているため、縁部や角部で屈折した光により画像が歪むのを防ぐことができ、より精度の高いグラフィックス画像を得ることができる。
【0045】また、請求項7、8の発明によれば、サポート手段で支持した脚と反対の脚の一部の画像がサポート手段と重なり合って撮影されることにより歪むのを防ぐことができるため、より精度の高いグラフィックス画像を得ることができる。
【0046】また、請求項10、11の発明によれば、両脚の一部の画像がサポート手段と重なり合って撮影されることにより歪むのを防ぐことができるため、より精度の高いグラフィックス画像を得ることができる。




 

 


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