JPH0654497B2 - 整形形状作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術 Ｄ発明が解決しようとする問題点 Ｅ問題点を解決するための手段（第１図〜第３図、第７
図） Ｆ作用（第１図〜第３図、第７図） Ｇ実施例（第１図〜第７図） Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は整形形状表示装置に関し、例えば整形手術や、
自動車、電気製品のボデイの設計などをする際に使用し
て好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、整形対象の外形形状を作成する整形形状作成
方法において、整形対象の部分的な変形量を、当該整形
対象の変形部分の動き易さを表す自由度制限パラメータ
によつて変形量を修正することにより、整形対象の特徴
に適応した整形形状を作成できるようにしたものであ
る。

Ｃ従来の技術 例えば整形手術を行う場合、患者の希望は、「鼻を少し
高く」、「目をぱっちり」、「女優の某のように」とい
うように、、曖昧であることが多い。また整形後の顔に
ついては、患者に対して具体的に画像として提示できる
ような手段がないために、医師及び患者は共に整形後の
顔をイメージとして想像するしか方法はなかつた。従つ
て整形後の顔について、医師及び患者間に争いが生ずる
ような結果になることがあつた。

特に顔ないし体の整形をしようとする場合、表皮部分の
整形形状は、表皮部分が覆つている内部構造体としての
骨との関係によつては、無理な整形をすれば、表皮が引
きつつたり、骨を削らなければならないような結果にな
るおそれがあり、このような結果を整形手術開始前に予
測して、整形後の表皮部分の整形形状をリアルタイムで
目視確認できるような表示装置があれば、整形手術をト
ラブルなく行うことができると考えられる。

また自動車や電気製品などにおいて内部構造体の周りを
覆うボデイの形状を設計しようとする場合、当該ボデイ
の形状は、ボデイが固定される内部構造体の構造によつ
て制限を受け、かかる制限を無視してボデイの形状を設
計しようとしても、実用上使用に耐え得るようなボデイ
を設計することは不可能であり、このような結果になる
前に、予め設計された設計形状を目視確認できるような
表示装置があれば、ボデイの外形形状を設計する際に有
効な手段となると考えられる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、内部構造
体の周りを覆う表皮部分、ボデイ等の表面部分の外形形
状を、内部構造体の制限を考慮して整形表示できるよう
にすることにより、当該表面部分の整形後の形状を具体
的に提示し得るような整形形状表示装置を提供しようと
するものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、整形対
象７を表示する画像を原面ＳＯＲ上の座標で表し、原面
ＳＯＲ上の画像に対して、作用点ＣＰ_ｉ ^＊を含む所定の
変形領域ＶＣＦを指定し、この変形領域ＶＣＦ内の各点
における相対的な変形率を表すベクトル場関数Ｆ_ｉを決
め、変形領域ＶＣＦの作用点ＣＰ_ｉ ^＊における変形量及
び方向を表す変形ベクトルＶ_ｉ ^＊を指定し、変形ベクト
ルＶ_ｉ ^＊及びベクトル場関数Ｆ_ｉを乗算することによつ
て変形領域ＶＣＦ内の曲面の変形量を表す位置ベクトル
Ｕ^＊を得、変形量を表す位置ベクトルＵ^＊を、整形対象
７の各位置部分の動き易さを表す自由度制限パラメータ
Ｊ_０、Ｊ_１……Ｊ_ｍによつて修正し、修正後の変形量を
表す位置ベクトルによつて変形前の面を表す位置ベクト
ルＰ_i-1 ^＊を変形することによつて、原面ＳＯＲ上の画
像の変形後の曲面を表す位置ベクトルＰ_ｉ ^＊を得るよう
にする。

Ｆ作用 整形対象７を表す画像を原面ＳＯＲ上に表して、所定の
変形領域ＶＣＦを指定し、変形領域ＶＣＦ内の各点につ
いてベクトル場関数Ｆ_ｉと、変形ベクトルＶ_ｉ ^＊との乗
算値によつて当該変形領域ＶＣＦ内の曲面の変形量を表
す位置ベクトルＵ^＊を得る。

この位置ベクトルＵ^＊に対して、整形対象７の表面部分
の特徴を表す自由度制限パラメータＪ_０、Ｊ_１……Ｊ_ｍ
によつて修正すれば、変形量を整形対象の特性に適応し
たように修正することができる。

従つて実用上整形できないような整形形状（内部構造体
例えば骨の内側にまで表面部分例えば顔の表皮部分を削
り落とすような形状）を表示装置３上に表示するような
おそれを有効に回避し得、かくして効率的かつ実情に即
した整形形状を作成することができるような整形形状作
成装置を実現し得る。

Ｇ実施例 以下図面について本発明を人間の顔を整形する場合に適
用した実施例を詳述する。

第１図において、１は全体として整形形状作成装置を示
し、曲面演算装置２における処理結果を、例えば陰極線
管（ＣＲＴ）構成の表示装置３の表示面ＤＳＰ上に表示
する。

曲面演算装置２は、画像変換装置４及びこれを制御する
画像データ処理制御装置５とを有し、テレビジョンカメ
ラ６によつて整形手術をしようとする患者７の顔を正面
から写したビデオ入力信号ＶＤ_INを画像変換装置４に入
力する。画像変換装置４はビデオ入力信号ＶＤ_INをデイ
ジタル信号に変換して２次元平面上に写し出された平面
的な画像データに変換して画像変換装置４内に設けられ
た曲面データメモリ１２に格納するようになされてい
る。

一方画像データ処理制御装置５には、パラメータ入力手
段としてトラツクボール８、複数のレバー９、マウス１
０が接続され、トラツクボール８によつて変形後の形状
を見る視点を設定し、またレバー９によつて変形領域及
び変形ベクトルに関するパラメータを入力し、さらにマ
ウス１０によつて作用点の位置を表示装置３の表示面Ｄ
ＳＰ上にカーソル１４を表示することによつて指定でき
るようになされている。

これに加えて画像データ処理制御装置５には断層撮影装
置（computer tomogram：ＣＴ）から、患者７の顔の頭
骨の立体形状を表す内部構造データＩＮＤが供給され
る。

画像変換装置４は画像データ処理制御装置５から供給さ
れる変形制御データＤＥＦに基づいて、この変形制御デ
ータＤＥＦが変形を指示していないときには、テレビジ
ョンカメラ６によつて撮像した患者７の顔の正面画像
を、第２図に示すように、ｘｙ座標で表される原面ＳＯ
Ｒに張りつけてそのまま表示装置３に表示させるように
なされている。

画像データ処理制御装置５は、パラメータ入力手段によ
つて入力されたパラメータに基づいて原面ＳＯＲの座標
（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）に作用点ＣＰ_ｉ ^＊を表す位置ベクトルを
指定し、作用点ＣＰ_ｉ ^＊を含む変形領域ＶＣＦの範囲に
限つて変形演算を実行する。その演算の結果、第３図に
示すように、表示装置３の表示面ＤＳＰ上に、任意に決
めた視点位置から変形後の立体曲面を見たと同様の変換
画面ＳＣＨを表示することができる。かかる変形領域Ｖ
ＣＦ内における曲面の変形は次式 Ｐ_ｉ ^＊＝ Ｊ^＊（Ｐ_i-1 ^＊、Ｊ_０、Ｊ_１……Ｊ_ｍ） ……（１） で表される変換式を用いて演算される。

（１）式においてＰ_ｉ ^＊は３次元空間に形成される変形
後の曲面の各点を表す位置ベクトルで、この位置ベクト
ルＰ_ｉ ^＊は変形前の原面ＳＯＲ上にある対応する点の位
置ベクトルＰ_i-1 ^＊と、当該変形前の位置ベクトルＰ_i-1
^＊からの変形量ベクトルＵ^＊と、自由度制限パラメータ
Ｊ_０、Ｊ_１……Ｊ_ｍを変数として決定される自由度制限
関数ベクトルＪ^＊によつて表される。

ここで変形量ベクトルＵ^＊は次式 Ｕ^＊＝Ｖ_ｉ ^＊＊Ｆ_ｉ（Ｐ_i-1 ^＊、ＣＰ_ｉ＊） ……（２） で示すように、ベクトル場関数Ｆ_ｉ（Ｐ_i-1 ^＊、ＣＰ_ｉ
^＊）に対して変形ベクトルＶ_ｉ ^＊を乗算して得られる位
置ベクトルで表される。変形ベクトルＶ_ｉ ^＊は、変形処
理前の原面ＳＯＲにおいて、作用点ＣＰ_ｉ ^＊が指定され
たとき、当該作用点ＣＰ_ｉ ^＊において原面ＳＯＲに対し
て与えるべき変形の方向及び大きさをベクトル量で表し
たもので、これにより原面ＳＯＲの作用点ＣＰ_ｉ ^＊は、
変形ベクトルＶ_ｉ ^＊だけ持ち上げられるような変形を受
けることになる。

またベクトル場関数Ｆ_ｉ（Ｐ_i-1 ^＊、ＣＰ_ｉ ^＊）は、作
用点ＣＰ_ｉ ^＊を含んで決められる変形領域ＶＣＦ（その
大きなパラメータを設定入力することにより指定でき
る）の各点Ｐ_i-1 ^＊に対して、相対的にどの程度の変形
を与えるかを決める相対的な変形率の分布を表してい
る。この相対的な変形率の分布は、変形領域ＶＣＦの内
部にのみ値をもち、かつ周辺部に行くと「０になる」、
又は「０に収束する」ようなスカラー量の分布をもつ。

従つて、変形量ベクトルＵ^＊は、変形領域ＶＣＦの各点
における変形量を表す位置ベクトルでなり、その方向は
変形ベクトルＶ_ｉ ^＊と平行な方向をもち、かつ大きさは
変形ベクトルＶ_ｉ ^＊の大きさと、ベクトル場関数Ｆ
_ｉ（Ｐ_i-1 ^＊、ＣＰ_ｉ ^＊）によつて表される相対的な変
形率の分布の乗算値（スカラ量）をもつ、かくして変形
領域ＶＣＦの曲面の変形は、作用点ＣＰ_ｉ ^＊において変
形ベクトルＶ_ｉ ^＊の方向及び大きさで生じ、この作用点
ＣＰ_ｉ ^＊から周辺部に行くに従つて変形ベクトルＶ_ｉ ^＊
の方向に、かつベクトル場関数Ｆ_ｉの変形率の変化に対
応して変化する大きさで生じる。

ここで、ベクトル場関数Ｆ_ｉ（Ｐ_i-1 ^＊、ＣＰ_ｉ ^＊）と
して例えばガウス分布関数のように中心点から外側に行
くに従つて対称的に徐々に０に収束するような関数が割
り当てられた場合には、変形量ベクトルＵ^＊は作用点Ｃ
Ｐ_ｉ ^＊においてベクトルＶ_ｉ ^＊の方向の最大値をもち、
かつ作用点ＣＰ_ｉ ^＊から外周部に行くに従つて変形ベク
トルＶ_ｉ ^＊の方向をもち、かつ大きさが次第に０に収束
して行くような変形曲面Ｐ_ｉ＊が得られることになる。

また、（１）式において自由度制限パラメータＪ_０、Ｊ
_１……Ｊ_ｍは、曲面上の各点ごとに設定し得るパラメー
タで、例えば３次元空間について、次式 で表されるように、３つのパラメータＪ_０、Ｊ_１、Ｊ_２
を用いて自由度制限関数ベクトルＪ^＊を決めることがで
きる。

（３）式においてＪ_ｘ及びＪ_ｙは、自由度制限関数ベク
トルＪ^＊のうち、原面ＳＯＲ上のｘ及びｙ座標に沿う方
向の成分を示すと共に、Ｊ_ｚは原面ＳＯＲと直交する高
さ方向の座標軸ｚに沿う方向の成分を表している。

同様にしてＰ_x(i-1)、Ｐ_y(i-1)、Ｐ_z(i-1)は、変形しよ
うとする曲面上の各点を表す位置ベクトルＰ_i-1 ^＊の
ｘ、ｙ、ｚ軸に沿う方向の成分を表す。また、Ｕ_ｘ、Ｕ
_ｙ、Ｕ_ｚは、（１）式の変形量ベクトルＵ^＊のｘ、ｙ、
ｚ軸に沿う方向の成分を表す。

（３）式から明らかなように、自由度制限関数ベクトル
Ｊ^＊のｘ方向の成分Ｊ_ｘは、次式 Ｊ_ｘ＝Ｐ_x(i-1)＋Ｕ_ｘ＊Ｊ_０……（４） で表されるように、自由度制限パラメータＪ_０をｘ方向
の変形量Ｕ_ｘに乗算した項をもつている。このとき自由
度制限パラメータＪ_０は、変形領域ＶＣＦ内の各点にお
けるｘ方向への動き難さを例えば数値０〜１によつて表
している。例えば人の顔の場合表面部分のうち、脂肪分
が少ない部分は、多い部分より動き難くなるので、比較
的小さい値に設定される。また骨に接続されている位置
から遠い表面部分は、近い表面部分より動き易いので、
自由度制限パラメータＪ_０の値は比較的大きくなる。さ
らに例えば瞳は各人固有の位置にあり、整形手術によつ
て動かすことができるものではないので、瞳部分におけ
る自由度制限パラメータＪ_０の値は０になる。

このようにして（４）式で表される自由度制限関数ベク
トルＪ^＊のｘ成分は、変形しようとする曲面上の、ｘ方
向の位置Ｐ_x(i-1)の点において、変形量ベクトルＵ^＊の
ｘ方向成分Ｕ_ｘに対して自由度制限パラメータＪ_０を乗
算した値を加算するいわゆる漸化式で表されることにな
る。

また（３）式の自由度制限関数ベクトルＪ^＊のｙ方向成
分Ｊ_ｙは、次式 Ｊ_ｙ＝Ｐ_y(i-1)＋Ｕ_ｙ＊Ｊ_１……（５） によつて表される。この（５）式は、（４）式について
上述した内容を、ｙ軸方向に適用したと全く同様の内容
を表しており、変形しようとする曲面Ｐ_i-1 ^＊のｙ方向
成分Ｐ_y(i-1)に対して、変形量ベクトルＵ_ｙにｙ方向の
自由度制限パラメータＪ_１を乗算した値を加算する漸化
式で表される。ここで自由度制限パラメータＪ_１は、変
形演算をしたとき、ｙ方向への動き易さを値０〜１によ
つて表すものである。

さらに（３）式の自由度制限関数ベクトルＪ^＊のｚ方向
の成分Ｊ_ｚは、ｚ方向の自由度制限パラメータＪ_２を基
準にして、変形後の曲面の高さＰ_z(i-1)＋Ｕ_ｚが Ｐ_z(i-1)＋Ｕ_ｚ＞Ｊ_２……（６） のように自由度制限パラメータＪ_２より大きい場合に
は、次式 Ｊ_ｚ＝Ｐ_z(i-1)＋Ｕ_ｚ……（７） で表されるように、変形前のｚ方向の位置から、変形量
ベクトルＵ^＊のｚ方向成分を加算した位置に変形させる
ようになされている。

これに対して変形演算後の位置Ｐ_z(i-1)＋Ｕ_ｚが Ｐ_z(i-1)＋Ｕ_ｚ≦Ｊ_２……（８） のように自由度制限パラメータＪ_２と等しいか又は小さ
い場合には、自由度制限関数ベクトルＪ^＊のｚ成分Ｊ_ｚ
を、 Ｊ_ｚ＝Ｊ_２……（９） で表されるように、ｚ方向の最小値Ｊ_２に固定する。

ここで自由度制限パラメータＪ_２は、断層撮影装置１５
から得られた内部構造データＩＮＤに基づいて、当該位
置における頭骨の高さ位置（ｚ方向の位置）を表してい
る。従つて（６）式の演算結果が得られた場合には、当
該変形位置における変形操作を、骨の外側で行う条件に
あることを意味している。

これに対して演算結果が（８）式の条件を満足するよう
な値になつたときには、当該変形操作を、骨より低い位
置（換言すれば骨の内側）において行なわなければなら
ないことを意味している。このような条件で整形をしよ
うとすれば、骨を削らなければならないことになり、実
用上整形手術を実施し得ない条件にあると言い得、従つ
てこのような条件下においては、ｚ方向の自由度制限関
数ベクトルＪ^＊の値を骨の位置Ｊ_２により低い位置には
行かないように、制限するようにする。

このようにしてパラメータ入力手段を構成するトラツク
ボール８、レバー９、マウス１０を操作することによつ
て、（２）式に基づいて変形量ベクトルＵ^＊が求めら
れ、このｘ、ｙ、ｚ方向成分がそれぞれ（３）式に基づ
いて自由度制限パラメータＪ_０、Ｊ_１、Ｊ_２の条件の下
に変形前の位置ベクトルＰ_x(i-1)、Ｐ_y(i-1)、Ｐ_z(i-1)
と加算されて変形後の位置ベクトルＪ^＊のｘ、ｙ、ｚ方
向成分Ｊ_ｘ、Ｊ_ｙ、Ｊ_ｚが求められる。かかる変形演算
はパラメータ入力手段が変形操作される度に（３）式に
よつて表される漸化式を演算することによつて、変形前
の位置ベクトルＰ_i-1 ^＊に基づいて変形曲面Ｐ_ｉ ^＊を表
す位置ベクトルＪ^＊が繰り返し漸化的に演算されて行
く。

かかる漸化的な演算がＮ回繰り返された結果、最終的な
変形曲面Ｐ_Ｎ ^＊を表す位置ベクトルは変形開始前の原面
ＳＯＲの点Ｐ_０ ^＊を表す位置ベクトルに対して、Ｎ回の
変形演算（ｉ＝１〜Ｎ）によつて順次得られた変形量の
総和（すなわちトータル変形量）を加算した自由度制限
関数ベクトルＪ^＊として求められる。

そこでオペレータはテレビジヨンカメラ６によつて表示
装置３の表示画面ＤＳＰ上に原面ＳＯＲとして表示され
た患者の顔を見ながら、整形したい部分を作用点ＣＰ_ｉ
^＊及びこれを囲む変形領域ＶＣＦを指定すると共に、変
形ベクトルＶ_ｉ ^＊を指定することによつて、変形前の曲
面Ｐ_i-1 ^＊から変形させたい部分及びその変形態様をオ
ペレータの判断に基づいて任意に指定できる。

そして、ベクトル場関数Ｆ_ｉ及び変形ベクトルＶ_ｉ ^＊を
決めるパラメータを指定し直すことによつて、変形領域
ＶＣＦの大きさ、変形曲面の変形率分布、変形の方向
を、同様にオペレータの判断に基づいて任意に設定し直
すことができることになる。

このようにしてオペレータは、１回の変形操作を実行す
るごとに、変形前の曲面に対して所望の位置に、所望の
方向に、所望の大きさをもつ変形を加えるような操作を
漸化的に積み重ねることができる。かくするにつき
（３）式について上述したように、顔の内部構造となる
骨の形状に基づいて、表皮部分の動き易さの条件や、整
形が不可能な範囲への制限の条件を満足させながら、実
際に手術が可能な実効的な曲面の作成操作を行なうこと
ができる。

第１図の整形形状作成装置１の曲面演算装置２は、
（１）式〜（９）式について上述した曲面作成方法によ
つて原面ＳＯＲ上の各点の座標位置を、３次元空間の点
を表す位置ベクトルＰ_ｉ ^＊に変換させるような変形制御
データＤＥＦを画像データ処理制御装置５において発生
し、この変形制御データＤＥＦによつて画像変換装置４
を変換制御する。これにより画像変換装置４は、変形制
御データＤＥＦによつて表される自由曲面上に、テレビ
ジヨンカメラ６によつて入力されたビデオ入力信号ＶＤ
_INを張り付ける（これをマツピングと呼ぶ）ような画像
変換処理を実行する。

ここで画像変換装置４としては、特開昭58-19975号公報
に開示のものを適用し得、次の手段で、入力ビデオ信号
ＶＤ_INを自由曲面上にマツピング処理する。

すなわち先ず入力ビデオ信号ＶＤ_INが表されるｘｙ座標
上の原面ＳＯＲを必要に応じた大きさの領域に分割し、
各分割領域の代表点について変形制御データＤＥＦに基
づく変形演算を実行することによつて、自由曲面上に座
標変換する。

かくして、変形制御データＤＥＦに対応する自由曲面上
に代表点による変換画像が形成されるが、画像変換装置
４は続いて当該変換後の各代表点を中心として、周囲に
ある４つの代表点から、当該中心の代表点を含む所定の
大きさの平行四辺形領域を形成し、この平行四辺形領域
内に含まれる各画素に対して、当該中心の代表点がもつ
ている画像情報に基づいて補間演算を実行する。この補
間演算は、平行四辺形内における各画素の位置に応じて
例えば線形演算を実行することにより求められる。

このようにしてビデオ入力信号ＶＤ_INを表してなる原面
の画像データを、代表点によつて画像変換処理すると共
に、変換後の代表点に基づいて補間演算処理することに
よつて、変換画像に変換するようにしたことにより、画
像変換装置４の変換換処理は実用上リアルタイムでなし
得る。

かくして変形制御データＤＥＦを、パラメータ入力手段
によつて繰り返し変更することによつて、自由曲面を繰
り返し変形操作すれば、画像変換装置４はこれをリアル
タイムで演算して表示装置３の表示画面上にその都度変
形後の自由曲面上に原面ＳＯＲに表されている画像を張
り付けた内容をもつ変形後の画像を、その都度表示する
ことができ、かくしてインターラクテイブに画像の変形
操作をなし得ることになる。

この実施例の場合画像データ処理制御装置５は、ベクト
ル場関数Ｖ_ｉ ^＊としてガウス分布関数を用いると共に、
変形領域ＶＣＦとして円又は楕円形状の領域を指定し得
るようになされている。

このときベクトル場関数Ｆ_ｉは次式 で表されるように、ｘｙ平面上の作用点ＣＰ
_ｉ ^＊（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）を中心として、ｘ方向及びｙ方向の
半径がα_ｉ及びβ_ｉの楕円（α_ｉ≠β_ｉ）又は円（α_ｉ
＝β_ｉ）について、第４図に示すように、ｘ方向及びｙ
方向にガウス分布関数を呈するようになる（第４図の場
合はｘ方向のみについて示す）。

従つて変形量ベクトルＵ^＊は、次式 で表されることになる。

このようにするとき、オペレータは、ベクトル場関数Ｆ
_ｉについて、作用点ＣＰ_ｉ ^＊のパラメータを座標
（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）に設定し、また変形領域ＶＣＦのパラメ
ータとしてｘ方向及びｙ方向の半径α_ｉ及びβ_ｉを設定
すると共に、変形ベクトルＶ_ｉ ^＊のパラメータを設定す
る。かくしてオペレータは、作用点ＣＰ_ｉ ^＊（Ｘ_ｉ、Ｙ
_ｉ）を中心として、半径α_ｉ及びβ_ｉの円又は楕円の変
形領域ＶＣＦについて、作用点ＣＰ_ｉ ^＊（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）
に立てられた変形ベクトルＶ_ｉ ^＊の方向に、変形ベクト
ルＶ_ｉ ^＊を中心にして周辺部に行くに従つてガウス分布
曲線を描くように変形率がなめらかに０に収束して行く
ような変形曲面を得ることができる。

かくして変形前の曲面Ｐ_i-1 ^＊のうち、原面ＳＯＲ上の
作用点ＣＰ_ｉ ^＊を中心とした局所的な領域ＶＣＦについ
て、変形ベクトルＶ_ｉ ^＊の方向にガウス分布関数で示さ
れるようななめらかな自由曲面を呈するような変形曲面
Ｐ_ｉ ^＊を得ることができる。かくして人の顔面と同様に
柔らかさをもつた顔の画像を表してなる顔画像を作成す
ることができる。

実際上オペレータは、パラメータ入力手段のうちマウス
１０を用いて、原面ＳＯＲが表されているｘｙ平面上の
作用点ＣＰ_ｉ ^＊を設定するためのパラメータＸ_ｉ、Ｙ_ｉ
を入力し、これにより、（１０）式及び（１１）式にお
いて作用点ＣＰ_ｉ ^＊の座標（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）を指定する。
このとき作用点ＣＰ_ｉ ^＊は、表示装置３の表示画面上に
映し出されたカーソル１４によつて表示される。

またオペレータはレバー９を用いて変形領域ＶＣＦの大
きさを決めるためのパラメータα_ｉ及びβ_ｉを設定する
と共に、変形ベクトルＶ_ｉ ^＊の方向及び高さについての
パラメータを設定する。

さらにオペレータはトラツクボール８を用いて、曲面に
対する視点位置を設定、かくして表示装置３上に表示す
る立体曲面の向きを必要に応じて任意に変更できる。

このようなオペレータの入力操作に対して、曲面演算装
置２は第５図に示す処理手順を実行することによつて、
ビデオ入力信号ＶＤ_INの画像変換処理を実行する。

すなわち画像データ処理制御装置５に設けられている中
央処理ユニツト（ＣＰＵ）は、ステツプＳＰ１において
当該処理手順をスタートした後、ステツプＳＰ２におい
て原面ＳＯＲを表す位置ベクトルＰ_０ ^＊を、曲面演算装
置２に設けられている曲面データメモリ１２（第６図
（Ａ））に設定する。ここで曲面データメモリ１２に入
力される画像データは、テレビジヨンカメラ６によつて
撮像された患者の顔の正面画像を表す。

続いてＣＰＵは、次のステツプＳＰ３に移つて、オペレ
ータによつてレバー９及びマウス１０を用いて設定され
たパラメータα_ｉ、β_ｉ、Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｖ_ｉ ^＊を入力す
る。

画像データ処理制御装置５のＣＰＵは、次のステツプＳ
Ｐ４においてオペレータによつてトラツクボール８から
入力される視点位置データを取り込んだ後、ステツプＳ
Ｐ５に移る。このステツプＳＰ５は、（３）式において
上述した演算を実行する。ここで変形前の位置ベクトル
Ｐ_i-1 ^＊（ｘ、ｙ）は曲面データメモリ１２に設定され
ているものを用い、また各パラメータα_ｉ、β_ｉ、
Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｖ_ｉ ^＊はステツプＳＰ３において設定され
たものを用いる。

これに加えて自由度制限パラメータＪ_０、Ｊ_１、Ｊ
_２は、自由度制限パラメータメモリ１３に予め格納され
たデータを用いる。ここで自由度制限パラメータメモリ
１３へのデータの格納は、予め断層撮影装置１５から得
られる内部構造データＩＮＤに基づいて、画像データ処
理制御装置５において、患者の正面画像の各座標位置に
おけるｘ、ｙ、ｚ方向の自由度制限パラメータＪ_０、Ｊ
_１、Ｊ_２を演算により求めて自由度制限パラメータメモ
リ１３に格納しておくようにする。

続いて画像データ処理制御装置５のＣＰＵは、ステツプ
ＳＰ６において、ステツプＳＰ５で演算された変形後の
位置ベクトルＰ_ｉ ^＊によつて表される曲面を画像変換装
置４において形成させて表示装置３に表示させる。

この状態において、画像データ処理制御装置５のＣＰＵ
は曲面Ｐ_ｉ ^＊の表示を継続させることにより、次のステ
ツプＳＰ７においてオペレータが表示装置３の表示を見
ながら変形の程度がオペレータの要求に適応したもので
あるか否かを確認させる。その後画像データ処理制御装
置５のＣＰＵは、次のステツプＳＰ８に移つてオペレー
タが確認信号を入力したか否かの判断をする。

ここで否定結果が得られると、画像データ処理制御装置
５のＣＰＵは、上述のステツプＳＰ３に戻つて新たなパ
ラメータの設定を待ち受ける状態に戻る。

このときオペレータは、ステツプＳＰ３、ＳＰ４におい
て、新たなパラメータの設定をし直すことにより、ステ
ツプＳＰ５、ＳＰ６において変形演算式の演算をし直し
た後、その演算結果に基づく画像を表示装置３に表示さ
せ、ステツプＳＰ８において再度オペレータに対して変
形が要求通りであるか否かの判断をさせる。

かくして画像データ処理制御装置５のＣＰＵは、ステツ
プＳＰ３−ＳＰ４−ＳＰ５−ＳＰ６−ＳＰ７−ＳＰ８−
ＳＰ３のループＬＯＯＰ１によつて、オペレータが自分
の要求に合う変形ができるまで繰り返し作用点ＣＰ_ｉ ^＊
の位置、変形領域ＶＣＦの大きさ、変形ベクトルＶ_ｉ ^＊
の方向及び高さを設定し直すことができる。

やがてオペレータが自分の設定操作に満足して設定終了
信号を画像データ処理制御装置５に入力すると、そのＣ
ＰＵは、次のステツプＳＰ９に移つて設定されたデータ
α_ｉ、β_ｉ、Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ、Ｖ_ｉ ^＊を画像データ処理制御
装置５内に設けられたコマンドリストメモリ（第６図
（Ｂ））１１の第１回目の設定操作に対応するパラメー
タメモリエリアＮ＝１に格納した後、ステツプＳＰ１０
に移つて操作回数ｉに＋１加算をした後（ｉ＝２にな
る）、ステツプＳＰ１１に戻る。

このステツプＳＰ１１は、オペレータが変形操作を終了
したか否かを確認するステツプで、オペレータからの操
作終了指令が入力されていないとき、画像データ処理制
御装置５のＣＰＵは、ステツプＳＰ１１において否定結
果を得ることにより、ループＬＯＯＰ２を通つて上述の
ステツプＳＰ３に戻つて、オペレータによる第２回目の
変形操作（Ｎ＝２）を待ち受ける状態になる。

この状態において、オペレータは新たな意図の下に第１
回目の画面の変形操作によつて作成した曲面に対して、
第２回目の曲面の変形操作をし得る。かくして第１回目
の変形操作によつて変形した作用点ＣＰ_１ ^＊とは異なる
作用点ＣＰ_２ ^＊について、オペレータは再度、自分の要
求に合う変形操作を実行し得る。

この第２回目の変形操作において、画像データ処理制御
装置５は、ステツプＳＰ３において取り込まれたパラメ
ータデータに基づいて、ステツプＳＰ４において設定さ
れた視点位置から見た変形画像をステツプＳＰ５におい
て演算し、ステツプＳＰ６において表示装置３上に表示
した後、ステツプＳＰ９において入力されたパラメータ
データをコマンドリストメモリ１１に格納する一連の変
形操作を実行する。

以下同様にして画像データ処理制御装置５のＣＰＵは、
オペレータが新たな変形操作をするごとに上述の変形処
理及びその処理結果の表示装置３への表示を実行した
後、パラメータデータをコマンドリストメモリ１１に格
納する操作を繰り返す。

やがてオペレータが全ての変形処理を終了すると、画像
データ処理制御装置５はこれに応じてステツプＳＰ１１
において肯定結果を得ることによつてステツプＳＰ１２
に移つて当該プログラムを終了する。

従つて第１図の構成の整形形状表示装置１によれば、医
師は患者の顔を表示装置３に表示させながら、整形手術
をすべき部分を必要に応じて変形領域ＶＣＦとして特定
して、手術しようとする変形量に相当する変形量ベクト
ルＵ^＊を表すパラメータをパラメータ入力手段によつて
入力することにより、変形後の画像（すなわち整形後の
顔）を表示装置３上に表示させることができ、かくして
表示装置３に表示された整形後の顔を患者に見せながら
整形手術の内容を相談しながら決めることができる。

かくするにつき、画像データ処理制御装置５において実
行される変形演算処理は、自由度制限パラメータＪ_０、
Ｊ_１、Ｊ_２を含んだ変換式に基づいて実行されることに
より、人間の顔の特性として、表皮部分に対して内部構
造を構成する骨との関係で、顔の表面部分の動き易さに
制限があること、及びこれより深い位置に整形手術を施
すことができないことなどの条件を加味した実用上有効
な整形画像を作成することができる。

なお上述の実施例においては、ベクトル場関数Ｆ_ｉとし
てガウス分布関数を用いた場合について述べたが、ベク
トル場関数Ｆ_ｉはこれに限らず種々のものを適用し得
る。

また上述の実施例においては、本発明を人の顔を整形す
る際の整形後の画像を得る場合に適用した実施例を述べ
たが、これに限らず体を整形する場合にも同様にして本
発明を適用し得る。

さらに本発明は人の顔又は人体の整形に限らず、第７図
に示すように、例えば自動車や電気製品の外装部材（こ
れをボデイと呼ぶ）を設計する場合にも有効に適用し得
る。

自動車や電気製品においては、第７図に示すように、例
えば台車でなる内部構造体２１の周囲を覆うようにボデ
イ２２を設けることにより、外観形状の特徴を出すよう
な工夫がされている。実際上ボデイ２２はその一部２２
Ａ及び２２Ｂにおいて内部構造体２１に固定されてお
り、その固定部２２Ａ及び２２Ｂ間の中間部分２２Ｃを
内部構造体２１から浮かせた状態に維持することによ
り、当該中間部分２２Ｃの外形形状を必要に応じて変形
することによつて外観上の特徴を作り出すことができ
る。

ところがかかる中間部分２２Ｃは、円線Ｘで示すよう
に、固定部２２Ａに近いほど動き易さの自由度が小さく
なり、固定部２２Ａ及び２２Ｂから離れるに従つて動き
易さの自由度が大きくなる。

なお、第７図において円線Ｘはその半径によつて変形し
得る許容範囲を表しており、これにより半径が大きけれ
ば大きいほど自由度があることを表すものとする。

従つて第１図の整形形状表示装置１を用いて第７図に示
すような自動車、電気製品などのボデイを設計しようと
する場合、第１図の断層撮影装置１５から得られる内部
構造データＩＮＤに代えて、内部構造体２１についての
内部構造データＩＮＤを入力するようにし、これにより
円線Ｘで表されるような動き易さのデータに基づいて自
由度制限パラメータＪ_０、Ｊ_１、Ｊ_２を作成するように
すれば、実用上内部構造体２１の構造に適合する範囲で
ボデイ２２の形状を設計することができる。

例えば第７図の場合、ボデイ２２の中間部分２２Ｃのう
ち、固定部２２Ａ及び２２Ｂから遠い部分の円線Ｘの半
径はかなり大きいが、この部分には内部構造体２１の突
起部分２１Ａが突出しているから、これに当接するよう
な形状にボデイ２２を変形することは実用上有効ではな
い。この点について第１図の画像データ処理制御装置５
は、自由度制限パラメータメモリ１３に格納された自由
度制限パラメータＪ_０、Ｊ_１、Ｊ_２を用いて変形演算を
実行することにより、当該内部構造体との関係において
受ける制限を加味してボデイの変形演算を実行できるこ
とにより、実用上有効かつ効率的な変形処理ができるこ
とになる。

Ｈ発明の効果 以上のように本発明によれば、パラメータ入力手段によ
つてパラメータを設定入力するだけの簡易の操作によつ
て、整形後の形状を表示可視することができるが、かく
するにつき特に本発明によれば、自由度制限パラメータ
Ｊ_０、Ｊ_１、Ｊ_２を含んで変形演算を実行するようにし
たことにより、有効な整形形状を作成し得る整形形状表
示装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による整形形状表示装置の一実施例を示
すブロック図、第２図はその原面ＳＯＲの説明に供する
略線図、第３図は表示装置３上の表示を示す略線図、第
４図は画像データ処理制御装置５における演算に用いら
れるベクトル場関数Ｆ_ｉの説明に供する略線図、第５図
は画像データ処理制御装置５の曲面変形処理手順を示す
フローチヤート、第６図は曲面演算装置２に設けられて
いるメモリを示す略線図、第７図は本発明の他の実施例
を示す略線図である。 １……整形形状作成装置、２……曲面演算装置、３……
表示装置、４……画像変換装置、５……画像データ処理
制御装置、６……テレビジヨンカメラ、７……患者の頭
部、８……トラツクボール、９……レバー、１０……マ
ウス、１５……断層撮影装置、２１……内部構造体、２
２……ボデイ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】整形対象を表示する画像を原面上の座標で
   表し、 上記原面上の画像に対して、作用点を含む所定の変形領
   域を指定し、上記変形領域内の各点における相対的な変
   形率を表すベクトル場関数Ｆ_ｉを決め、 上記変形領域の上記作用点における変形量及び方向を表
   す変形ベクトルＶ_ｉ ^＊を指定し、 上記変形ベクトルＶ_ｉ ^＊及び上記ベクトル場関数Ｆ_ｉを
   乗算することによつて上記変形領域内の曲面の変形量を
   表す位置ベクトルＵ^＊を得、 上記変形量を表す位置ベクトルＵ^＊を、上記整形対象の
   各位置部分の動き易さを表す自由度制限パラメータによ
   つて修正し、 当該修正後の変形量を表す位置ベクトルによつて変形前
   の面を表す位置ベクトルＰ_i-1 ^＊を変形することによつ
   て、上記原面上の画像の変形後の曲面を表す位置ベクト
   ルＰ_ｉ ^＊を得る。 ことを特徴とする整形形状作成方法。
2. 【請求項２】上記自由度制限パラメータは上記変形ベク
   トルＶ_ｉ ^＊と直交するｘ及びｙ方向への動き易さを表す
   第１及び第２のパラメータＪ_０及びＪ_１を有し、上記変
   形量を表す位置ベクトルＵ^＊のｘ及びｙ方向成分Ｕ_ｘ及
   びＵ_ｙにそれぞれ上記パラメータＪ_０及びＪ_１を乗算し
   て上記修正後の変形量のｘ及びｙ方向成分を得るように
   してなる特許請求の範囲第１項に記載の整形形状作成方
   法。
3. 【請求項３】上記自由度制限パラメータは上記整形対象
   の内部構造体の位置を表す第３のパラメータＪ_２を有
   し、上記変形量を表す位置ベクトルＵ^＊によつて上記変
   形前の面を表す位置ベクトルＰ_i-1 ^＊を変形したとき、
   当該変形後のｚ方向の位置が上記第３のパラメータＪ_２
   より小さい値であれば、上記変形後の曲面を表す位置ベ
   クトルＰ_ｉ ^＊のｚ方向成分を所定値に固定するようにし
   てなる特許請求の範囲第１項に記載の整形形状作成方
   法。