JP2016202171A - 素材を除去することによる所望の３ｄ形状への物体の縮小成形を支援するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、素材を除去することによる所望の３Ｄ形状への物体の縮小成形を支援するシステム及び方法に関する。
【解決手段】
本システムは、ツールとローカライゼーション手段とを備える。前記ツールは、当該ツールのワーキングヘッドにより実行される切断機能又は研削機能により物体から素材を除去するよう構成されている。前記ローカライゼーション手段は、前記所望の３Ｄ形状に対する前記ワーキングヘッドの位置を特定する。前記研削機能又は前記切断機能が前記所望の３Ｄ形状の内部から素材を除去することとなる毎に、前記切断機能又は前記研削機能を非アクティブ化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の３Ｄ形状が得られるまで物体から素材（材料）を除去することにより行う、物体の３次元成形に関する。

物体を所望の３Ｄ形状にすべく素材を除去することは、庭園内の植物を特定形状の房に整える際に用いられることが多い。特に、ガーデニング（造園）の際には、生垣の剪定（hedge cutting）が必要であり、植物についてのより精巧な人工の房形状を得ようとする場合には、低木の刈り込み（shrubbery trimming）やトピアリー（topiary）すらも必要となる。しかしながら、物体の３Ｄ形状を生成すべく素材を除去することは、もちろん、上述のようなガーデニングに限られたものではなく、クレイモデリング（clay modeling）や木彫り（ウッドカービング、wood carving）にも用いられ得る。そのような３Ｄ形状を任意の形状の物体から始めて実現しようとする場合の問題は、完全に自動化された切断、研削、又は機械加工のいずれかが必要となったり、当該物体について最終的な形状を得るまでの素材除去の際に、ツールのオペレータが当該ツールを手で扱わなければならないことである。完全に自動化されたシステムは、もちろん、非常に高価であり、物体がより大きい場合には、そのような大きな物体を扱うことのできるそのような自動化されたシステムを探し出すことは困難となり得る。一方で、人間が切断、研削等のためのツールを手で扱う場合には、３Ｄ形状をきちんと自由にカットしようとすれば何年ものトレーニングが必要になるという問題がある。ガーデンニングに関しては、庭師が、オリエンテーションに沿って作業を行うようにインジケータを用いることが良く知られている。これは、例えば生垣を箱型にカットするような単純な構造の場合には容易に行われ得る。例えば豊かに茂った木々（buxum trees）の形を調える際によく用いられる円錐形状などのより複雑な形状や、動物のような更に複雑な形状の場合には、ワイヤメッシュにより３Ｄ形状の表面を表すワイヤメッシュ・スケルトン（wire mesh skeletons）を用いることが知られている。ただし、もちろん、そのようなモデルの使用には制限があり、特に、モデルのサイズを変えて適応させることはできない。

したがって、本発明の目的は、所望の３Ｄ形状への物体の成形を支援するシステム及び方法を見出すことである。本課題は、独立形式請求項に従うシステム及び方法により解決される。

本発明によると、縮小成形（reductive shaping）を支援する本システムは、物体から素材を除去するよう構成されたツールを備える。素材の除去を行うため、上記ツールは、物体又は素材ブロックから素材を除去することのできる切断（cutting）機能又は研削（grinding）機能を有する。本システムは、また、ローカライゼーション手段を有する。ローカライゼーション手段は、所望の３Ｄ形状に対して、切断機能及び研削機能を実行するワーキングヘッドの位置を決定するよう構成されている。最後に、本システムは、切断機能又は研削機能が所望の３Ｄ形状の内部の素材を除去してしまうような位置にツールが移動したときにいつでも、当該切断機能又は研削機能を非アクティブ化（deactivate）させるよう構成された制御手段を備える。

すなわち、本発明を用いて、まず、ツールのワーキングヘッドの、所望の３Ｄ形状に対する位置が決定され、次に、ツールの移動の際に、当該ツールのワーキングヘッドの現在の位置が３Ｄ形状と比較される。所望の３Ｄ形状の内側にある素材の除去が発生するようなツールの移動が行われる毎に、切断機能又は研削機能が非アクティブ化されることにより停止される。すなわち、ツールの移動又はハンドリングは、必ずしも物体を切断したり又は物体から素材を除去することとはならず、不正確であり得る。すなわち、ハンドリングにおけるエラーによって最終的な成形後の物体の表面に侵食が生ずることはない。

ワーキングヘッドが所望の３Ｄ形状の外側へ来るようにツールがその後に逆方向へ移動された場合に、切断機能又は研削機能が、再度、自動的にアクティブ化（activate）される、ということも実現され得る。しかしながら、安全上の理由から、ツールのオペレータが意図的に当該ツールを始動させることによってのみ、切断機能又は研削機能がアクティブ化される、ということも考えられ得る。オペレータは、自動ハンドリングシステムの場合の監督者であるか、又は当該ツールが例えば庭師により手操作でガイドされる場合の当該庭師自身であり得る。

従属請求項は、本発明の有利な実施形態及び特徴を規定する。特に、本発明は、ツールがハンドヘルド・ツール（handheld tool）である場合に有利である。上述したように、庭師にとり、自由形式の形状を作製することは非常に難しいことである。すなわち、ツールの不正確な動きによって、成形された物体の表面は不精巧なものとなり得る。したがって、特に、自由形式の３Ｄ形状の生成方法を学習する期間においては、庭師のエラーにより３Ｄ形状の全体が損なわれてしまうことが防止される。

ツールのワーキングヘッドが、個別にアクティブ化（activate）されたり非アクティブ化され得る複数のワーキングヘッドセクションで構成されている場合には、特に有用である。複数のワーキングヘッドセクションのいくつかが既に３Ｄ形状の内部に存在し、他のセクションが当該所望の３Ｄ形状の表面に沿って完璧にガイドされている、という場合が有り得るので、これは特に有利である。この場合、ツールのうち完璧にガイドされている部分は、所望の３Ｄ形状に近づくように素材を除去することができる一方、他のワーキングヘッドセクションが当該３Ｄ形状の内部にある部分を意図せずカットして形状を損なってしまう、ということは生じ得ない。

本発明の他の態様によると、効果的なカッティング（切断）を行うべく庭師がツールを動かそうとする方向に関して、例えば庭師をガイドするインディケーション（指示、indication）が与えられれば有利である。そのようなインディケーションは、例えば、それぞれが予め定められた移動方向を表す複数のシグナリングライト（信号ライト）により与えられ得る。これにより、特に経験の浅い庭師は、本発明のシステムによる支援を受けることにより、三次元成形をより迅速に学習し得る。

さらに、ローカライゼーション手段が、カメラユニットと、処理ユニットと、を備えていれば、有利である。カメラユニットは、画像を撮像して処理ユニットへ出力し、処理ユニットは、カメラユニットが撮像した画像の画像処理を実行するよう構成されている。カメラユニットとプロセッサとの統合（integration）は、スマートホン、タブレットなどにおいて実現されているので、上記のようなシステムは、市場において容易に入手することができる。すなわち、そのようなデバイスは、対応するアプリケーションが与えられれば、ローカライゼーション手段として用いられ得る。

効率的な動作条件を得るためには、ツールとローカライゼーション手段とが、ワイヤレスに（wirelessly）互いに通信することが望ましい。特に、Bluetooth（登録商標）（ブルートゥース（登録商標））やＷｉ−Ｆｉなどの無線通信規格（wireless communication standards）を用いるものとすることができる。無線通信（wireless communication）を用いた場合には、ツールからローカライゼーション手段へ又はその逆方向に情報を伝達するためのケーブルを用いないので、オペレータの安全が増す、という利点がある。

これに加えて又はこれに代えて、ローカライゼーション手段が、作業（operation）の前及び又は作業の際に、少なくとも物体の三次元情報を取得するように構成されていれば、有利である。成形が開始される前においても、ローカライゼーション手段が初期物体の３Ｄ形状についての情報を取得できれば、有利である。

初期物体の３Ｄ形状に関する情報、及び、当該物体が最終的に有すべき選択された又は利用可能な３Ｄ形状に関する情報を持つことができれば、所望の又は選択された三次元形状と、物体の初期形状と、の比較を行うことができる。すなわち、利用可能な複数の３Ｄ形状のうちのいずれが初期の未作業の物体の実際の３Ｄ形状に最もフィット（fit）するか、を評価することができる。所望の３Ｄ形状が、当該物体の初期形状を考慮することなく既に選択されている場合でも、その所望の３Ｄ形状の、最もマッチ（match）する向き及び位置を決定することができる。

物体を成形する処理の実行中には、カメラが一つだけである場合には、ツールがローカライゼーション手段から見えなくなる状況が起こり得る。したがって、物体についての作業を時々中断しなければならなる事態を防止すべく、他のローカライゼーションユニットと共に上記ローカライゼーション手段を構成する少なくとも一つの第２のローカライゼーションを備えると、有利である。この場合には、もちろん、ローカライゼーション手段を構成する少なくとも２つのローカライゼーションユニットを、物体の３Ｄ形状の切断又は研削を行う際にツールを位置づけることが必要となる任意の位置をカバーするように配置する必要がある。もちろん、２つより多くのローカライゼーションユニットを組み合わせてローカライゼーション手段を構成することもできる。

これらの複数のローカライゼーションユニットを一つのローカライゼーション手段として用いる場合には、それらのユニットは、その座標系を調整（校正、calibrate）するよう構成される。すなわち、物体についての所望の最終形状を表す３Ｄ形状が、すべてのローカライゼーションユニットに共通の一つの座標系で定義される。

必要なハードウェアがより少ないという利点を有する他の好ましい実施形態によると、一つのローカライゼーションユニットのみが、ローカライゼーション手段として用いられる。この場合、当該ローカライゼーションユニットは、作業の際にツールを位置づけることができない領域ができてしまうのを防止するように、一の位置から他の位置へ移動される。この場合、ローカライゼーション手段は、一の位置から他の位置へ移動された後に、一つの一貫した座標系における自身の位置を特定するよう構成される。

ツールの位置を容易に認識できるように、ツールは、専用のビジュアルマーカを備えることがさらに好ましい。これは、例えば、ツール上に配される、いわゆる拡張現実コード（augmented reality code）であり得る。そのような拡張現実（AR）コードをツール上に配する場合には、ツールがとり得る任意の向きに依存することなく当該ツールの位置及び向きが安全に認識され得ることが保証されるように、そのようなビジュアルマーカを複数持つことが特に有利である。

これまでは、ローカライゼーション手段において予め保存された３Ｄ形状が利用可能であり、それらのうちの一つが、例えばオペレータにより選択されるものと仮定した。ただし、もちろん、ロボットにその位置を教示するのと同様に、本ツールを用いてローカライゼーション手段を訓練することもできる。これを行うためには、ツールは、ローカライゼーション手段に対して当該ツールの現在位置を記録するためのトリガを与える何らかの手段を備えることが好ましい。これは、教示者（guide）が例えば円錐の頂点のような特定の位置にツールを運んだときに例えば当該教示者により押されるボタンであり得る。所望の３Ｄ形状の複数の有意点（significant points）を表す複数の位置を記録したら、ローカライゼーション手段は、これら複数の記録されたツールの位置から３Ｄ形状を決定し得る。ローカライゼーション手段は、したがって、記録された複数の異なる位置を接続して、訓練された又は教示された３Ｄ形状に対応する表面を評価する。

さらに、特にツールが手で操作される場合には、オペレータが、現在作業中である物体についての３Ｄ形状の印象を持てれば非常に有利である。そのような印象をオペレータに与えるため、拡張現実の技術分野から知られているように、３Ｄ形状と物体との間のオーバレイ（重畳表示、overlay）が生成される。システムには、所望の３Ｄ形状と、作業の状態を表す現在画像と、のそのような組み合わせ（combination）を表示するよう構成された表示手段を備え得る。そのような組み合わせは、ユーザの目に投影されることが特に好ましい。以下では、添付図面を参照して本発明を説明する。本発明の特定の特徴及び態様は、好ましい実施形態に記載される。

本発明に従うシステムについての概要を示す図である。 ビジュアルマーカを備えるツールの一例を示す図である。 物体の縮小成形を支援する本方法を説明するための単純化されたフロー図である。

図１は、本発明に従うシステムの概要を示している。図１に示す、本システムが用いられる状況を参照しつつ、本システムについて説明する。物体１は、所望の３Ｄ形状への成形の開始点である初期の状態が示されている。このケースでは、所望の３Ｄ形状が直方体（cuboid）２で示されている。直方体２は、以下に詳述するように、ローカライゼーション手段５に保存された３Ｄ形状であり得る。３Ｄ形状の簡単な例である直方体２は、内部領域３と外部領域４とを規定する。内部領域３は、直方体２の表面の内部に存在するあらゆるものを意味する。

なお、直方体２は、もちろん、任意の３Ｄ形状についての単なる例である。

物体１の所望の３Ｄ形状は、図示の領域４により示された、直方体２の外側にあるもの全てを切断することで得られる。本発明によると、本システムは、物体１の画像を撮像するカメラユニットと、切断により物体１から素材を除去するのに用いられるツール１０と、を有するローカライゼーション手段５を備える。

ローカライゼーション手段５は、更に、画像処理を実行する機能を有する処理手段を備える。画像処理を行うことにより、ローカライゼーション手段５は、図示の例では直方体２により示されている上記３Ｄ形状の表面に対する相対的なツール１０の位置、及び特に当該ツール１０のワーキングヘッドの位置を算出することができる。さらに、ローカライゼーション手段５では、ツール１０のワーキングヘッドの相対位置に基づいて、ワーキングヘッドが現在行っている切断又は研削が、直方体２の内部から素材を除去するものであるか否かが判断される。その場合、この好ましい実施形態においてはローカライゼーション手段５に備えられている制御手段は、ツール１０にディアクティベーション信号（非アクティブ化信号）を送信する。その結果、ツール１０により受信されたディアクティベーション信号に基づいて、当該ツールは、当該ツール１０のワーキングヘッドの切断機能又は研削機能を即座に停止する。

ローカライゼーション手段５が、物体１についての最終的な所望の形状である３Ｄ形状に対する相対的な、定められた位置を持つことが重要であるので、ローカライゼーション手段５は、三脚６上に配される。所望の３Ｄ形状を生成する際にツール１０を移動させるべき全ての位置を視野範囲に入れることはできないので、既知の第１のローカライゼーション手段５に対する相対的な位置と向きとを有する、三脚６´上に配された第２のローカライゼーション手段５´を備えることが好ましい。既知の相対的な位置と向きとに基づき、ローカライゼーション手段５とローカライゼーション手段５´とは、図示のような一貫性のある同じ座標系を用いることができる。

また、ローカライゼーション手段５とローカライゼーション手段５´とは、例えば画像処理を行ってそれぞれの視野範囲から撮像画像内の有意点（significant points）を検出し、それら有意点をマッチングすることで、自身の位置を自律的に校正することもできる。他方のローカライゼーション手段５´、５の撮像画像内における有意点を特定することにより、一方のローカライゼーション手段５、５´は、他方のローカライゼーション手段５、５´により定義される座標系内の、自身の相対位置を算出することができる。この場合、もちろん、ローカライゼーション手段５、５´の一方が、座標系を初期的に設定するマスターとして定義されていれば有利である。他方のローカライゼーション手段５´は、その後に、その座標系を用いる。さらに、図示の例では第２のローカライゼーション手段５´のみが示されているが、もちろん、すべての方向からの、当該３D形状の各表面についての十分な視野を持った複数の撮像画像が必要な場合には、２つより多くのローカライゼーション手段を備えることも可能である。

これら複数のローカライゼーション手段５、５´に代えて又はこれに加えて、ローカライゼーション手段５、５´の初期位置から見た３Ｄ形状の表面についての成形が完了したときに、ローカライゼーション手段５、５´の一方を、他の位置に移動させることもできる。その後、ローカライゼーション手段５、５´は、他の視野範囲をカバーするように新たな位置へ移動される。当該新たな位置も、初期の座標系内で定義される。これは、例えばビジュアルオドメトリ（visual odometry）や“ストラクチャ・フロム・モーション”（ＳｆＭ、structure from motion）アルゴリズムにより実行され得る。後者の場合、多くの特徴点が画像ペア間でマッチングされ、当該マッチングから、初期の座標系におけるカメラの動きが特定され得る。

そのようなストラクチャ・フロム・モーション・アルゴリズムを用いて、初期の物体から所望の３Ｄ形状を最も簡単に切り出し得る位置を提案することもできる。撮像画像の特徴点が所望の３Ｄ形状にマッチングされるこのような場合には、その結果として、未だカットされていない植物（plant）内における当該所望の３Ｄ形状の位置及び向きが提案される。これには、所望の３Ｄ形状のサイズの、初期物体のサイズへのフィッティングに関する提案も含まれ得る。所望の３Ｄ形状は表面点の相対位置により定義され得るので、３Ｄ形状のサイズの調整（adaptation）は、従来技術に従って用いられるようなワイヤメッシュスケレトンとは異なり、本発明においては簡単に実行され得る。

また、ＳｆＭを用いて、ローカライゼーション手段５、５´に保存されている最も良く適合する３Ｄ形状についての提案を行うことにより、使用可能な３Ｄ形状を選択することもできる。

ツール１０の切断機能若しくは研削機能、又は、より正確にはツール１０のワーキングヘッドは、ディアクティベーション信号を受信した後に非アクティブ化されるので、ツール１０をランダムに移動させてもよい。この場合でも、ツール１０を移動させた結果として所望の３D形状が得られることとなる。もちろん、ディアクティベーション信号により修正のみが行われれば、より効率的である。これは、ツールを動かしているオペレータに対し、当該ツールの現在位置を起点とする最も適した移動方向についての指示が生成されることにより行われ得る。ローカライゼーション手段５は、ツール１０の現在位置を知っているので、ローカライゼーション手段５は、ツール１０へ送信されるアシスト信号を生成する。このアシスト信号は、効率的なカッティングを行うためにツール１０が実行すべき相対的な移動についての情報を含んでいる。当該移動は、ツール１０の現在の位置と向きを開始点として、提案される。

上述した説明及び好ましい実施形態は、切断又は研削の機能を実行するハンドヘルド・ツール１０を用いている。ただし、もちろん、本システムは、ロボットなどの、ツール１０のためのハンドリング構造を備えた、自動化されたシステムに適用することもできる。この場合、一つの大きな利点は、ツールのハンドリングがやや不正確なものであり得ても、ポジショニングにおけるエラーが、ツール１０の切断機能の非アクティブ化により補償されることである。

ツール１０としてのハンドヘルド・ツールの一例として、図２には、豊かに茂った木（buxum tree）のカッティングによく用いられる電気カッターが示されている。図２では、ツール１０は、庭師などのオペレータが当該ツール１０を移動させる際に用いるグリップ部分１１を有する。切断機能は、ワーキングヘッド１２により実行される。図示の実施形態では、ワーキングヘッド１２は、一つのワーキングヘッドセクションのみを備えている。これに代えて、複数のそのようなワーキングヘッドセクションがツール１０の一部であり得る。後者の場合、ワーキングヘッドセクションは、当該ワーキングヘッドセクションのそれぞれに対し非アクティブ化が個別に実行され得るように、互いに独立してツール１０により駆動され得ることが、特に好ましい。ワーキングヘッドセクションは、それぞれ、ツール１０の設計により予め定められた、互いに対する既知の相対位置を有している。したがって、ローカライゼーション手段５が例えばツール１０全体の現在の位置と向きとを検出するだけで、異なる複数のワーキングヘッドセクションが、現在、ツール１０に対し相対的に、どこに配置されているかが特定され得る。その後、一つのワーキングヘッドセクションのみについて非アクティブ化を実行することができる。

ツール１０は、さらに、少なくとも切断機能をオンに切り替える機能を有する動作ボタン１３を備える。切断機能又は研削機能のオンへの切り替えは、通常、図示のボタン１０をワーキングヘッド１２の方向へ移動させることにより行われる。これに加えて、ボタン１３は、第２の機能を有し得る。第２の機能は、ボタン１３を押下することによりアクティブ化され得る。ここで、このボタンが押下されたときには、これと同時にワーキングヘッド１２へ向かう動きが実行され得ないものとすることが好ましい。したがって、ボタン１３が押下されたときに誤って切断が行われるということは発生し得ない。ボタン１３を押下することにより、ローカライゼーション手段５へのワーキングヘッド１２の現在位置の保存がトリガされる。したがって、ローカライゼーション手段５が備えるメモリ内において、そのような保存された複数の位置が利用可能である場合には、ローカライゼーション手段内において個々の３Ｄ形状が算出され得る。この場合、オペレータは、当該オペレータが生成しようとする３Ｄ形状の有意部分（significant parts）又は有意点（significant points）を指定する。図１に示された直方体２の場合には、これらの点は、直方体２の角部であり得る。その３Ｄ形状のこれらの有意点に基づいて、ローカライゼーション手段５は、次に、３Ｄ形状を算出し、当該算出した形状に基づいて、上述した方法が実行され得る。すなわち、形状の教示が可能となる。

原理的には、ツール１０の形状からツール１０の位置と向きとを直接的に特定することが可能である。しかしながら、ツール１０の位置及び向きの検出を強化すべく、ツール１０に付されたビジュアルマーカ１４を備えることが好ましい。ビジュアルマーカ１４は、拡張現実から知られる用途について用いられているような、拡張現実コードであるものとすることができ、ツール１０の任意の部分に取り付けることができる。図示することのみを目的として、直方体が、ツール１０のフロント部分に取り付けられている。この直方体の面のそれぞれには、容易に判別し得るサイン（記号）が示されている。これにより、現在の位置と向きとを簡単に認識することが可能となる。ワーキングヘッド１２の位置は、このようなビジュアルマーカ１４に対して相対的に知ることができるので、ビジュアルマーカ１４の位置を特定することにより、ワーキングヘッド１２の実際の位置が、ローカライゼーション手段５において算出され得る。

既に説明したように、ワーキングヘッドセクションは物体１の３Ｄ形状が必然的に所望の結果となるようにアクティブ化されるので、ツール１０は、ほとんどランダムに動かされ得る。ただし、もちろん、ツール１０の移動の方向が、当該ツール１０を動かしているオペレータをアシストすべくツール１０の最適な動きを示す表示手段１５に提供される所望の３Ｄ形状２の表面に、少なくともほぼ従っていれば、より効率的である。このケースでは、矢印形状を有する４つの信号ライトがあり、それぞれの矢印が点灯すれば、オペレータは、ツール１０をほぼどちらの方向へ移動させれば良いかがわかる。４つの矢印による方向表示がツール１０の好ましい移動を表示するための単なる一例であって他の解決策を用いることも可能であることは、自明である。

ツール１０のハンドリング及び移動に関してオペレータを支援する他の方法は、少なくとも物体１についての現在撮像された画像のみを表示するだけでなく、拡張現実から知られているように、或る種のオーバレイ（重畳表示、overlay）により所望の３Ｄ形状をも表示するような、複合画像を提供することである。結果として得られた画像は、ローカライゼーション手段５、５´の少なくとも一方のディスプレイに表示され得るが、そのような複合画像は、ユーザの眼に投影されることが特に好ましい。すなわち、作業の際及びツール１０の移動の際には、オペレータは、常に、作製しようとする３Ｄ形状がどのような表面を持つかを認識するので、庭師は、ツール１０についての、ずっと正確なハンドリングが可能となる。

ローカライゼーション手段５とツール１０との間の情報の伝達は、ブルートゥース（登録商標）やＷｉ―Ｆｉのような無線プロトコルにより行われることが好ましい。庭師は物体１の周辺を歩かなければならず、情報伝達のためのワイヤがあれば当該ワイヤの上に転んでしまう場合があるため、そのようなワイヤは危険となり得るが、これにより、そのようなワイヤは不要となる。

さらに、また、本発明のシステムの動作に関連して説明した計算機能や決定機能（特定機能）等は、すべて、ローカライゼーション手段５の処理手段で実行されるアプリケーションにより提供されることが好ましい。また、上記において既に説明したように、複数のローカライゼーション手段を備える場合には、ローカライゼーション手段５、５´の一方は、マスターデバイスとして機能し、ハンドヘルド・ツール１０と通信することが好ましい。この場合、他のデバイスは、所望の３Ｄ形状の表面に対するツールの相対位置についての情報のみを提供する。

図３には、本発明に従う方法についての単純化されたフロー図が示されている。まず、３Ｄ形状が選択される。この選択は、ローカライゼーション手段５によりアシストされ得る。ローカライゼーション手段５は、まず、未作業の物体１の画像を取得して、所望の３Ｄ形状の位置と向きとを決定するか、または、未作業の物体１に最も適合する可能性のある形状の提案を行う。

次に、３Ｄ形状と物体とが位置合わせされる。すなわち、ローカライゼーション手段は、所望の３Ｄ形状が未作業の物体１から切り出され得るように、当該ローカライゼーション手段５の固定位置からの相対位置を算出する。その後に、ツール１０のツール操作が開始される。説明した実施形態では、これは、オペレータがボタン１３をワーキングヘッドの方向へ移動させて、ツール１０の切断機能を開始することを意味する。作業の間、ツール１０の位置（及びその向き）は、継続的に特定され、切断機能が現在実行されている位置が、３Ｄ形状の位置と比較される。切断機能及び研削機能が３Ｄ形状の内部から素材を除去することとなる毎に、切断／研削機能が非アクティブ化される。上記において説明したように、そのような切断／研削機能は、複数のワーキングヘッドセクションについて個別に制御され得る。

切断機能（又は研削機能）の非アクティブ化が発生した後、ツール１０は、自動化されたハンドリングシステムにより、又は切断動作が停止したことを庭師が認識することにより、当該３Ｄ形状の外へ移動される。切断機能がリスタートする場合として、一般に、２つの可能性が存在する。第１は、切断機能が非アクティブ化される毎に、オペレータがボタン１３を後方及び前方へ移動させることを必要とする場合である。これには、ワーキングヘッドの刃が意図せず動いてしまうというような事態が生じ得ない、という利点がある。他の可能性は、ワーキングヘッドが３Ｄ形状の外へ再び移動されたときに、切断動作が自動的にリスタートされ得ることである。特に、複数のワーキングヘッドセクションがツール１０の一部を構成する場合には、これにより、オペレータは、全てのワーキングヘッドセクションをまず停止させた後に再びリスタートさせる、ということを行う必要がなくなるので、操作が簡単となる。

上述した説明は全て、庭師により手操作されるハンドヘルド・ツールによる、３Ｄ形状の切断に関するものである。上述したように、半自動化されたシステムを使用することや、切断の代わりに研削等を行うことも可能である。本発明は、所望の３Ｄ形状を持った物体を生成するべく、初期の物体から何らかの素材除去を行うことに関して用いられ得る。

Claims (20)

1. 素材を除去することによる所望の３Ｄ形状（２）への物体（１）の縮小成形を支援するシステムであって、
   ツール（１０）であって、当該ツールのワーキングヘッド（１２）により実行される切断機能又は研削機能により前記物体（１）から素材を除去するよう構成されたツールと、
   前記所望の３Ｄ形状に対する前記ワーキングヘッド（１２）の位置を特定するよう構成されたローカライゼーション手段（５、５´）と、
   前記所望の３Ｄ形状に対するワーキング機能の前記特定された位置が、前記切断機能又は前記研削機能が前記所望の３Ｄ形状の内部から素材を除去するようなものであるときに、前記切断機能又は前記研削機能をそれぞれ非アクティブ化するよう構成された制御手段と、
   を有するシステム。
2. 前記ツール（１０）はハンドヘルド・ツールである、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ワーキングヘッド（１２）は、個別にアクティブ化及び非アクティブ化され得る複数のワーキングヘッドセクションを備える、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記ツール（１０）は、最も効率的な移動を示す表示手段（１５）を備える、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、カメラユニットと、当該カメラユニットにより取得された画像の画像処理を実行するよう構成された処理ユニットと、を備える、
   ことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記ツール（１０）と前記制御手段とは、ワイヤレスに通信するよう準備されている、
   ことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、作業の前及び又は作業の際に、少なくとも物体（１）の３Ｄ情報を取得するよう構成されている、
   ことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、前記所望の３Ｄ形状（２）の選択及び又は配置を支援するよう構成されている、
   ことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、少なくとも２つのローカライゼーションユニット（５、５´）を備える、
   ことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、それらの座標系を校正するよう構成されている、
    ことを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、一の位置から他の位置へ移動された後に、一つの一貫した座標系におけるその位置を特定する、よう構成されている、
    ことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記ツール（１０）は、専用のビジュアルマーカ（１４）を備える、
    ことを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記ツール（１０）は、前記ローカライゼーション手段（５、５´）に前記ツール（１０）の現在位置を記録するようトリガを与える手段（１３）を備える、
    ことを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、前記ツールについての複数の記録された位置から３Ｄ形状（２）を決定するよう構成されている、
    ことを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記システムは、前記所望の３Ｄ形状（２）と現在の作業の状態を表す画像との組み合わせを表示するか、又はユーザの眼への当該組み合わせの投影を生成する、よう構成された表示手段を備える、
    ことを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 素材を除去することによる所望の３Ｄ形状への物体の縮小成形を支援する方法であって、
    前記所望の３Ｄ形状（２）に対するツール（１０）のワーキングヘッド（１２）の位置を特定するステップと、
    前記所望の３Ｄ形状（２）に対するワーキングヘッド（１２）の前記特定された位置が、前記ワーキングヘッド（１２）の切断機能又は研削機能が前記所望の３Ｄ形状（２）の内部から素材を除去するようなものであるときに、前記切断機能又は前記研削機能を非アクティブ化するステップと、
    を有する方法。
17. 前記ツール（１０）の最も効率的な動きの方向が、当該ツールにより示される、
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ローカライゼーション手段（５、５´）は、一の位置から他の位置へ移動された後に、一つの一貫した座標系におけるその位置を特定する、
    ことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 対応するトリガ信号が前記ローカライゼーション手段により受信されたときに、前記ツール（１０）の前記ワーキングヘッド（１２）の現在位置が記録される、
    ことを特徴とする、請求項１６ないし１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 複数の記録された位置から３Ｄ形状が算出される、
    ことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。

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