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欠損部分を持つ3次元人体データの対称性を用いた補完


近年、コンピュータの利用が多様化したことにより、コンピュータ上で3次元空間を表現する機会が多くなってきた。これとともに、3次元形状モデルに対するニーズも増えてきており、なかでも、人体の3次元形状モデルは、アパレル、医療等の分野でのシミュレーションのために非常に、大きなニーズがある。

3次元人体形状モデルを得るには、実際の人体の3次元形状をレンジセンサなどの3次元形状計測装置を使って、計測する必要がある。計測によって得られるデータは、そのままでは、3次元形状モデルとしては利用できない。

計測データからの3次元人体形状のモデル化に関する研究としては、ポイント距離センサにより得られた体幹部の3次元人体計測データをBスプライン曲面によりフィッティングし、弾性的な形状モデルをつくる研究や、モアレ写真により得られる、立位静止状態にある人体体幹部の3次元計測データから、 Bezier曲面パッチによる自由曲面モデルを生成処理する研究などがある。

しかし、3次元形状計測装置から実際に得られる 3次元の人体形状データの中には、本来存在すべき点データが欠損していたり、逆に、本来存在しないはずの点データが存在していたりしていて、人体のデータとしては誤っている場合も多く存在する。このことは、結果として得られる人体形状モデルを、実際の人体と比較して不自然なものにしている。そのため、計測データからの人体形状のモデル化においては、人体上に存在するには不自然なこれらのデータを検出、補完し、より本来の人体に近い形状にする、という処理が必要となる。

そこで本稿では、光切断法により計測されるデータを基に、胴や腕、脚のような体節の断面輪郭形状(以下、スライスと呼称)の集合として記述された、直立姿勢をとる3次元人体形状のデータを処理対象とする。この計測データから、より実際の人間の形に近い人体モデルを獲得するため、データ中の欠損や、モデルを構成する上で不適切なデータを検出して、これを棄却し、本来存在する欠損と同様に補完する手法を提案する。

人体を対象としたデータの補完を行う手法としては、予め別に、標準的な人体形状モデルを作成しておいて、そのモデルを元に補完を行う手法も考えられるが、この手法では、個々のデータに対する補完の際に、補完対象のデータに応じて、標準モデルを調整する必要が生じる。そこで本研究では、補完の対象としている人体形状モデルの姿勢が直立姿勢であることから、この姿勢での人体の特徴を利用することを考える。つまり、直立姿勢をとっている人体は、ほぼ左右対称であることから、対応する体節の同一切断面にあるスライスは、ほぼ同一のものであると見なすことができる。したがって、誤りデータの検出や欠損データの補完を行う上で、対応する体節のスライスを標準モデルとして使うことができる。

また、実際の人体表面が滑らかであることから、補完によって得られる人体の形状モデルの表面も、滑らかなものであるべきである。そこで、欠損データを補完した後、3次元人体モデル生成の際に、データに対して、4階Bスプライン曲線によるフィッティングを行うことにより、全体的に、滑らかな3次元人体形状モデルを作成する。

以上の手法の有効性を確認するため、同一の3次元人体形状モデルに対して、提案手法を適用したものと、適用しなかったものとについて、 4階ユニフォームBスプライン曲線のフィッティングを行う実験を行った。その結果、適用しなかったものに比べ、提案手法を適用したものの方が、実際の人体形状に近いモデルを生成することができ、このことから本手法の有効性を確認した。


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