JP3572253B2 - 3次元モデル生成方法及び装置、並びにこの方法の実行プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地理情報システム(GIS:Geographic Information System)などで利用される3次元図形データを作成する方法に関するものであって、特に、レンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、都市の複雑化に伴い、高層ビル、地下街、立体交差、上下水道、電気・電話・ガスなどの設備に見られるような地上や地下にまで及ぶ都市の階層化が進んできており、GISにおいて、より高度な管理や利用をするために、従来の2次元地図ではなく、より表現能力の高い3次元地図を利用したいという要望が高まっている。
【0003】
このような3次元地図の生成手法に関して、2次元地図の図形に高さ情報を付与することにより3次元地図を生成する技術がこれまでに開発されている。例えば、特開2000−112345号「3次元地図の作成方法」に記載の方法は、2次元地図の図形に付与された属性情報の住所情報から抽出された階数情報や部屋番号情報を利用して、高さ情報を付与するものである。
【0004】
これに対して、より高精度な高さ情報を利用できるように、レーザ測距装置などを利用して高さ情報を計測するという技術も開発されている。例えば、公表平11−508359号あるいは特開平8−21729号に記載の装置が開発され、比較的簡単に高さ情報を取得することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、2次元地図の図形に高さ情報を付与して3次元地図を生成する従来の技術では、これらの高さ情報は階数情報や部屋番号情報の階数、及び1階当たりの適当な高さを利用して算出されるので、高精度の高さ情報を付与することは難しい。
【0006】
また、レーザ測距装置などを利用して計測した高さ情報には一般的に計測誤差が多く含まれている。この測定誤差の影響により、この2次元地図の図形に付与しようとする高さ情報は、他の方法で正確に測量して作成された2次元地図のような情報との間にずれが生じてしまう。そのため、この高さ情報と2次元地図データとをそのまま利用すると、実際の高さとは異なる高さ情報をもつ3次元地図データが生成されることになり、実用的に利用することが非常に難しくなっている。
【0007】
また何より、これらの技術では元となる2次元地図データが必要となり、これらのデータが無い場合には3次元地図データを生成することができないのが現状である。
【0008】
上述したように、従来の技術では、2次元地図データが存在しない場合には、3次元地図データを生成することは非常に難しい。このため、人手を介して3次元地図データの生成を行う必要がある。この作業はかなりの時間と経験を要するものであり、その省力化、更には自動化が強く望まれている。
【0009】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点や技術的な背景に鑑みてなされたものであって、レーザ測距装置などを利用して得られるレンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する方法及び装置を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明による3次元モデル生成方法は、レンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する方法であって、レンジデータから得られる距離情報から、対象点と当該対象点について座標軸方向の前後に隣接する2点を含む連続する4点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第1のパターンである「平ら、のぼり、平ら」、または第2のパターンである「平ら、下り、平ら」のいずれかに該当するパターンである場合、その対象点に対し、各座標軸方向のパターンが前記第1または第2のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、形状のエッジに関する特徴量を算出し設定するエッジ特徴量算出処理手順と、前記算出された形状のエッジに関する特徴量から、当該特徴量が設定された点に囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該探索した対象点のうち前記形状のエッジに関する特徴量が設定されていない対象点に対し、各座標軸方向のパターンが第3のパターンである旨の情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、対象点の領域に関する特徴量を算出し設定する領域特徴量算出処理手順と、前記算出された形状のエッジに関する特徴量、及び前記算出された対象点の領域に関する特徴量から、当該形状とその閉領域を抽出する形状抽出処理手順と、前記形状抽出処理手順にて抽出された形状の閉領域に含まれる対象点に対して、当該閉領域内のレンジデータから、対象点と当該対象点について座標軸方向に隣接する点を含む連続する2点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第4のパターンである「平ら」、第5のパターンである「のぼり」、または第6のパターンである「下り」のいずれに該当するかを調べ、その結果に基づき、各座標軸方向のパターンが前記第4、第5、または第6のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、勾配に関する特徴量を算出し設定する勾配特徴量算出処理手順と、前記算出された勾配に関する特徴量から前記閉領域の分割を行い、得られた形状に基づき3次元形状を算出して3次元モデルを生成する形状整形処理手順と、を備えることを特徴とする。
【0013】
あるいは、上記3次元モデル生成方法において、前記形状抽出処理手順では、前記各座標軸方向のパターンが共に同じである特徴量を有する点の集合を一単位として形状を構成する直線を算出し、前記領域特徴量算出処理手順にて算出された対象点の領域に関する特徴量を利用して前記算出された直線群から同じ形状を構成する直線を抽出することを特徴とする。
【0015】
あるいは、上記3次元モデル生成方法において、前記形状整形処理手順では、前記勾配特徴量算出処理手順にて算出された勾配に関する特徴量を分類し、該分類された同じ勾配に関する特徴量を有する対象点から構成される領域の最外郭点を抽出し、その点の分布を示す近似直線を算出し、該直線と前記形状抽出処理手順にて算出された形状を構成する直線に対して、閾値を満たし同じ直線とみなすことができるものを統合して該形状の整形を行うことを特徴とする。
【0016】
また、本発明による3次元モデル生成装置は、レンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する装置であって、レンジデータから得られる距離情報から、対象点と当該対象点について座標軸方向の前後に隣接する2点を含む連続する4点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第1のパターンである「平ら、のぼり、平ら」、または第2のパターンである「平ら、下り、平ら」のいずれかに該当するパターンである場合、その対象点に対し、各座標軸方向のパターンが前記第1または第2のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、形状のエッジに関する特徴量を算出し設定するエッジ特徴量算出処理手段と、前記算出された形状のエッジに関する特徴量から、当該特徴量が設定された点に囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該探索した対象点のうち前記形状のエッジに関する特徴量が設定されていない対象点に対し、各座標軸方向のパターンが第3のパターンである旨の情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、対象点の領域に関する特徴量を算出し設定する領域特徴量算出処理手段と、前記算出された形状のエッジに関する特徴量、及び前記算出された対象点の領域に関する特徴量から、当該形状とその閉領域を抽出する形状抽出処理手段と、前記形状抽出処理手段にて抽出された形状の閉領域に含まれる対象点に対して、当該閉領域内のレンジデータから、対象点と当該対象点について座標軸方向に隣接する点を含む連続する2点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第4のパターンである「平ら」、第5のパターンである「のぼり」、または第6のパターンである「下り」のいずれに該当するかを調べ、その結果に基づき、各座標軸方向のパターンが前記第4、第5、または第6のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、勾配に関する特徴量を算出し設定する勾配特徴量算出処理手段と、前記算出された勾配に関する特徴量から前記閉領域の分割を行い、得られた形状に基づき3次元形状を算出して3次元モデルを生成する形状整形処理手段と、を備えることを特徴とする。
【0017】
また、上記の3次元モデル生成方法における手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを、該コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録したことを特徴とする。
【0018】
本発明では、レンジデータから得られる距離情報から算出される特徴量を利用することにより、3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する。レンジデータから得られる距離情報から対象点を含む例えば連続する4点の高低差を算出し、その高低差が或る特定のパターンを有する場合、その方向におけるパターン、及び位置を特徴量として算出することにより、レンジデータの計測誤差により生じるノイズを軽減し、非常に効率の良い高速な処理を実現する。
【0019】
また、X方向、及びY方向といった座標軸方向の高低差パターンが同じである特徴量を有する点の集合を一単位として形状を構成する直線を算出すること、及び領域特徴量算出処理の手順/手段にて算出された特徴量を利用して算出された直線群から同じ形状を構成する直線を抽出することにより、形状抽出処理の手順/手段におけるノイズが軽減し、処理の高精度化、高速化を実現する。
【0020】
また、形状抽出処理の手順/手段にて算出された形状を構成する領域に対して、レンジデータから得られる距離情報から連続する2点の高低差を算出し、X方向、及びY方向といった座標軸方向の勾配を平ら、のぼり、くだりに分類することにより、平面ではない複雑な勾配を有するモデルを生成する。
【0021】
また、勾配特徴量算出処理の手順/手段にて算出された勾配を分類したものに対して同じ勾配を有する領域を構成する直線を算出すること、及び該直線と形状抽出処理の手順/手段にて算出された直線に対して、閾値を満たし同じ直線とみなすことができるものを統合して該形状の整形を行うことにより、複雑な形状を有するモデルを生成し、また、効率の良い非常に高速な処理を実現する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例について図面を用いて説明する。
【0023】
本発明の一実施形態例の3次元モデル生成方法を実現する装置の構成を図1に示す。
【0024】
本実施形態例における装置は、オペレータから処理を受け付け、その処理結果を3次元モデルデータベース7ヘ格納する入出力処理手段1と、レンジデータベース8から得られる距離情報から対象点とこの対象点に隣接する点との高低差を算出し、その高低差が或る特定のパターンとなる形状のエッジに関する特徴量を算出するエッジ特徴量算出処理手段2と、前記エッジ特徴量算出処理手段2にて算出された形状のエッジに関する特徴量から、それに囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該対象点の領域に関する特徴量を算出する領域特徴量算出処理手段3と、前記エッジ特徴量算出処理手段2にて算出された形状のエッジに関する特徴量、及び領域特徴量算出処理手段3にて算出された対象点の領域に関する特徴量から形状を抽出する形状抽出処理手段4と、前記形状抽出処理手段4にて算出された閉領域に対して、レンジデータベース8の該領域内のレンジデータから勾配に関する特徴量を算出する勾配特徴量算出処理手段5と、前記勾配特徴量算出処理手段5にて算出された領域内の勾配に関する特徴量から該閉領域の分割を行い、該形状のモデルを算出する形状整形処理手段6と、を備えている。
【0025】
本発明の或る一つの態様においては、3次元モデルデータベース7は、モデル形状を構成する各点の3次元座標点のデータ、及び構成面のデータを含むデータを格納する。レンジデータベース8は、格子上の点(i,j)に対する距離情報Range(i,j)、及びこの格子間隔、(0,0)に対応する座標値を含むデータを格納する。
【0026】
入出力処理手段1は、オペレータからの指示により処理対象領域を受け付け、処理結果を3次元モデルデータベース7ヘ格納する。この処理は、図2に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理対象領域を取得する。
[ステップ2] エッジ特徴量算出処理を行う
[ステップ3] 領域特徴量算出処理を行う。
[ステップ4] 形状抽出処理を行う。
[ステップ5] 処理対象領域を閉領域ShapeRgn(o)毎として閾値を下げて、[ステップ2]〜[ステップ4]を再度実行する。
[ステップ6] 勾配特徴量算出処理を行う。
[ステップ7] 形状整形処理を行う。
[ステップ8] 3次元モデルデータベースに処理結果を格納する。
【0027】
上記の閾値は、画像毎あるいは処理対象地域毎の値として、あらかじめ決めておくとしてもよいし、取得された処理対象領域に含まれる対象点のレンジデータの分散に応じて動的に設定するとしてもよい。
【0028】
エッジ特徴量算出処理手段2は、レンジデータから得られる距離情報から対象点に隣接する点との高低差を算出し、その高低差が或る特定のパターンとなる形状のエッジに関する特徴量を算出する。この処理は、図3に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理領域に含まれる対象点に対するレンジデータ、閾値を取得する。
[ステップ2] 対象点(i,j)に対して、(i−1,j)−(i,j)間、(i,j)−(i+1,j)間、(i+1,j)−(i+2,j)間の高低差を算出する。
[ステップ3] 算出された高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間のX方向の高低関係を↑(のぼり)、↓(下り)、→(平ら)と分類する。
[ステップ4] 分類された高低関係のパターンを調べ、該当するパターンの場合、特徴量F(n)=(type,sx,sy,i,j)を格納する。typeは分類種別、sxはX方向のパターン(Up or Down or Plane or Between)、syはY方向のパターン(Up or Downor Plane or Between)、i,jは位置を示す。→↑→となる場合には、(1,Up,NULL,i,j)、(1,Up,NULL,i+1,j)となり、→↓→となる場合には、(1,Down,NULL,i,j)、(1,Down,NULL,i+1,j)となる。
[ステップ5] (i,j)に対して、(i,j−1)−(i,j)間、(i,j)−(i,j+1)間、(i,j+1)−(i,j+2)間の高低差を算出する。
[ステップ6] 算出された高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間のY方向の高低関係を↑、↓、→と分類する。
[ステップ7] 分類された高低関係のパターンを調べ、該当するパターンの場合、F(n)を格納する。→↑→となる場合には、(1,NULL,Up,i,j)、(1,NULL,Up,i,j+1)となり、→↓→となる場合には、(1,NULL,Down,i,j)、(1,NULL,Down,i,j+1)となる。
[ステップ8] 対象となるすべての(i,j)に対して処理が終わるまで、[ステップ2]〜[ステップ7]を繰り返す。
【0029】
領域特徴量算出処理手段3は、前記エッジ特徴量算出処理手段2にて算出された形状のエッジに関する特徴量から、それに囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該対象点の領域に関する特徴量を算出する。この処理は、図4に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理領域に含まれる対象点に対する特徴量F(n)を取得する。
[ステップ2] type=1のF(n)を高さの高い順に並べ替える。
[ステップ3] sx=Upとなるtype=1のF(n)を順に取得する。
[ステップ4] 対象点(i,j)からX方向にスキャンして、type=1で最初にsx=Downとなる(i1,j)を算出する。
[ステップ5] (i,j)−(i1,j)間の各点のF(n)にsxがまだ設定されていない場合、type=3,sx=Betweenを設定する。
[ステップ6] (i,j)からY方向にスキャンして、type=1で最初にsy=Downとなる(i,j1)を算出する。
[ステップ7] (i,j)−(i,j1)間の各点のF(n)にsyがまだ設定されていない場合、type=3,sy=Betweenを設定する。
[ステップ8] (i,j)、(i1,j)、(i,j1)のF(n)にtype=2を設定する。
[ステップ9] すべてのtype=1のF(n)に対して処理が終わるまで、[ステップ2]〜[ステップ8]を繰り返す。
【0030】
形状抽出処理手段4は、前記エッジ特徴量算出処理手段2にて算出された形状のエッジに関する特徴量、及び領域特徴量算出処理手段3にて算出された対象点の領域に関する特徴量から、形状を抽出する。この処理は、図5に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理領域に含まれる対象点に対する特徴量F(n)、閾値を取得する。
[ステップ2] sx、及びsyが共に同じF(n)を有する点に対して、その間の最短距離が閾値を満たす集合に分類する。
[ステップ3] 算出された集合毎に、該集合に含まれる点の分布を示す近似直線Line(m)を最小二乗法により算出する。
[ステップ4] type=3のF(n)を高さの高い順に並べ替える。
[ステップ5] type=3のF(n)を順に取得し、該対象点に隣接する点のF(n)の分類種別を順に調べ、同じtype=3を有する領域を抽出し、その領域を構成するすべて点のF(n)にtype=4を設定する。
[ステップ6] 算出された領域に隣接するLine(m)を取得し、その各交点を算出し、閉領域ShapeRgn(o)を抽出する。
[ステップ7] すべてのtype=3のF(n)に対して処理が終わるまで、[ステップ5]〜[ステップ6]を繰り返す。
【0031】
なお、この[ステップ3]の最小二乗法により直線を算出する方法は、従来の手法と特に変わるところがないので、ここではその詳細な説明は省略する。
【0032】
勾配特徴量算出処理手段5は、前記形状抽出処理手段4にて算出された閉領域に対して、該領域内のレンジデータから勾配に関する特徴量を算出する。この処理は図6に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理領域に含まれるShapeRgn(o)、該領域に含まれる対象点のレンジデータを取得する。
[ステップ2] ShapeRgn(o)を高さの高い順に並べ替える。
[ステップ3] ShapeRgn(o)を順に取得し、該領域に含まれる対象点(i,j)に対して、(i,j)−(i+1,j)間の高低差を算出する。
[ステップ4] 算出された高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間の高低関係を↑、↓、→と分類特徴量を格納する。↑の場合は(5,Up,NULL,i,j)、↓の場合は(5,Down,NULL,i,j)、→の場合は(5,Plane,NULL,i,j)となる。
[ステップ5] (i,j)に対して、(i,j)−(i,j+1)間の高低差を算出する。
[ステップ6] 算出された高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間の高低関係を↑、↓、→と分類特徴量を格納する。↑の場合は(5,NULL,Up,i,j)、↓の場合は(5,NULL,Down,i,j)、→の場合は(5,NULL,Plane,i,j)となる。
[ステップ7] 対象となるすべてのShapeRgn(o)に対して処理が終わるまで、[ステップ3]〜[ステップ6]を繰り返す。
[ステップ8] type=5のF(n)を取得し、(i,j)に対して、(i+1,j)、(i−1,j)のF(n)のsxが同じ場合は、(i,j)のF(n)のsxを変更する。↑,↓,↑の場合はsx=Plane、↑,→,↑の場合はsx=Up、→,↑,→の場合はsx=Plane、→,↓,→の場合はsx=Plane、↓,→,↓の場合はsx=Down、↓,↑,↓の場合はsx=Planeとなる。
[ステップ9] type=5のF(n)を取得し、(i,j)に対して、(i,j+1)、(i,j−1)のF(n)のsyが同じ場合は、(i,j)のF(n)のsyを変更する。↑,↓,↑の場合はsy=Plane、↑,→,↓はsy=Up、→,↑,→の場合はsy=Plane、→,↓,→の場合はsy=Plane、↓,→,↓の場合はsy=Down、↓,↑,↓の場合はsy=Planeとなる。
【0033】
なお、この閾値は処理対象地域毎の値としてあらかじめ決めておくとしてもよいし、取得された特徴量を有する点の距離情報の分散に応じて動的に設定するとしてもよい。
【0034】
形状整形処理手段6は、前記勾配特徴量算出処理手段5にて算出された勾配に関する特徴量から、該閉領域の分割を行い、該形状のモデルを算出する。この処理は、図7に示す手順で以下のように行われる。
[ステップ1] 処理領域に含まれるShapeRgn(o)、該領域を構成する対象点、及び該領域に含まれる対象点に対する特徴量F(n)を取得する。
[ステップ2] ShapeRgn(o)を順に取得し、該領域を構成するsx=Upの対象点(i,j)に対して、X方向にスキャンして、sxが同じである連続する領域に分類する。
[ステップ3] 該領域を構成するsy=Upの(i,j)に対して、Y方向にスキャンして、syが同じである連続する領域に分類する。
[ステップ4] 分類された領域で隣接するものを9つの集合にまとめる。すなわち、(sx=Up,sy=Up)、(sx=Up,sy=Down)、(sx=Up,sy=Plane)、(sx=PIane,sy=Up)、(sx=Plane,sy=Down)、(sx=Plane,sy=Plane)、(sx=Down,sy=UP)、(sx=Down,sy=Down)、(sx=Down,sy=Plane)の集合である。
[ステップ5] 同じ分類の集合を構成する最外郭点を抽出し、その点の分布を示す近似直線を最小二乗法により算出する。
[ステップ6] 算出された直線、及びShapeRgn(o)を構成するLine(m)に対して、各傾き、切片が閾値を満たす直線の組み合わせを算出し、統合する。
[ステップ7] 統合された直線の各交点を算出し、閉領域を抽出する。
[ステップ8] 算出された閉領域の各辺に対して、分類された領域の勾配となるように該辺の高さ情報を算出する。
【0035】
なお、この[ステップ3]の最小二乗法により直線を算出する方法は、従来の手法と特に変わるところがないので、ここではその詳細な説明は省略する。また、この閾値は処理対象地域毎の値としてあらかじめ決めておくとしてもよいし、算出された直線の傾き、切片の値の分散に応じて動的に設定するとしてもよい。
【0036】
以降では、上述した処理手順を実際のデータに即して、具体的に示す。
【0037】
入出力処理にて、オペレータから処理を受付け、処理対象領域を取得し、処理をエッジ特徴量算出処理に移す。エッジ特徴量算出処理にて、処理領域に含まれる対象点に対するレンジデータ、閾値を取得する。ここでは、例えば、レンジデータの距離情報Range(i,j)を濃淡値として画像で表した際、図8の801で示されるようなレンジデータを対象とする。この対象点(i,j)に対して、(i−1,j)−(i,j)間、(i,j)−(i+1,j)間、(i+1,j)−(i+2,j)間の高低差を算出し、その高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間のX方向の高低関係を↑、↓、→と分類し、その分類された高低関係のパターンを調べ、→↑→、あるいは、→↓→となる場合に、特徴量F(n)を格納する。Y方向についても同様に処理を行い、これらの処理を対象となるすべての(i,j)に対して繰り返す。例えば、F(n)=(1,Up,Up,i,j)となる特徴を有する点は図9(a)の901に、F(n)=(1,Up,Down,i,j)となる特徴を有する点は図9(b)の902に、更に、F(n)=(1,Down,Up,i,j)となる特徴を有する点は図10(a)の1001に、F(n)=(1,Down,Down,i,j)となる特徴を有する点は図10(b)の1002に、示すようになる。
【0038】
次に、領域特徴量算出処理にて、処理領域に含まれる対象点に対するF(n)を取得し、type=1のF(n)を高さの高い順に並べ替える。これに対し、sx=Upとなるtype=1のF(n)を順に取得し、(i,j)からX方向にスキャンして、type=1で最初にsx=Downとなる(i1,j)を算出し、(i,j)−(i1,j)間の各点の特徴量にsxがまだ設定されていない場合、type=3,sx=Betweenを設定する。例えば、図11の1101は、図9の901,902、及び図10の1001,1002を重畳表示したものであるが、この図11の1102で示される(i,j)からX方向にスキャンして、type=1で最初にsx=Downとなるのは、図11の1103で示される(i1,j)であり、このとき、図11の1104で示されるこの(i,j)−(i1,j)間の各点のF(n)にsxがまだ設定されていない場合type=3,sx=Betweenが設定される。更に、(i,j)からY方向にスキャンして、type=1で最初にsy=Downとなる(i,j1)を算出し、(i,j)−(i,j1)間の各点のF(n)にsyがまだ設定されていない場合、type=3,sy=Betweenを設定する。最後に、(i,j)、(i1,j)、(i,j1)のF(n)にtype=2を設定し、これらの処理をすべてのtype=1のF(n)に対して処理が終わるまで繰り返す。
【0039】
更に、形状抽出処理にて、処理領域に含まれる対象点に対するF(n)、閾値を取得し、sx、及びsyが共に同じF(n)を有する点に対して、その間の最短距離が閾値を満たす集合に分類する。例えば、図9の903で示される点は、図12(a)の1202,1203の2つに分類される。これらの算出された集合気に、該集合に含まれる点の分布を示す近似直線Line(m)を最小二乗法により算出する。例えば、図12(a)の1202,1203の各集合に対して、図12(b)の1205,1206で示される直線が算出される。次に、type=3のF(n)を高さの高い順に並べ替え、順に取得し、該対象点に隣接する点のF(n)の分類種別を順に調べ、同じtype=3を有する領域を抽出し、その領域を構成するすべて点のF(n)にtype=4を設定する。例えば、図13(a)の1301に示されるような領域が抽出される。これに対して、この領域に隣接するLine(m)を取得し、その各交点を算出し、閉領域ShapeRgn(o)を抽出する。例えば、図13(a)の1301に対しては、図13(b)の1302に示されるようなShapeRgn(o)が抽出される。これらの処理をすべてのtype=3のF(n)に対して繰り返す。
【0040】
また、勾配特徴量算出処理にて、処理領域に含まれるShapeRgn(o)、該領域に含まれる対象点のレンジデータを取得し、ShapeRgn(o)を高さの高い順に並べ替える。このShapeRgn(o)を順に取得し、該領域に含まれる対象点(i,j)に対して、(i,j)−(i+1,j)間の高低差を算出し、この高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間の高低関係を↑,↓,(i,j+1)間の高低差を算出し、この高低差が閾値を満たすかどうかを調べ、各対象点間の高低関係を↑,↓,→と分類し、特徴量を格納する。これらの処理を、対象となるすべてのShapeRgn(o)に対して繰り返す。次に、type=5のF(n)を取得し、(i,j)に対して、(i+1,j)、(i−1,j)のF(n)のsxが同じ場合は、(i,j)のF(n)のsxを変更し、(i,j+1)、(i,j−1)のF(n)のsxが同じ場合は、(i,j)のF(n)のsyを変更する。例えば、図13(b)の1302に示されるようなShapeRgn(o)中で、図13(b)の1303で示される領域の高さが最も高かったとして処理を行った結果、F(n)=(5,Up,Up,i,j)となる特徴を有する点は図14(a)の1401に、F(n)=(5,Plane,Plane,i,j)なる特徴を有する点は図14(b)の1402に示すようになる。
【0041】
更に、形状整形処理にて、処理領域に含まれるShapeRgn(o)、該領域を構成する対象点、及び該領域に含まれる対象点に対するF(n)を取得し、このShapeRgn(o)を順に取得し、該領域を構成するsx=Upの対象点(i,j)に対して、X方向にスキャンして、sxが同じである連続する領域に分類する。また、sy=Upの(i,j)に対して、Y方向にスキャンして、syが同じである連続する領域に分類する。分類された領域で隣接するものを9つの集合にまとめ、同じ分類の集合を構成する最外郭点を抽出し、その点の分布を示す近似直線を最小二乗法により算出し、その直線、及びShapeRgn(o)を構成するLine(m)に対して、各傾き、切片が閾値を満たす直線の組み合わせを算出し、統合する。これらの直線の各交点を算出して閉領域を抽出し、算出された閉領域の各辺に対して分類された領域の勾配となるように該辺の高さ情報を算出する。例えば、図13(b)の1303で示される領域に対しては、図14(a)の1401、図14(b)の1402で示される領域に分類され、この各領域の閉領域を算出すると、図14(c)の1403で示される領域となる。ここで、この図14(c)の1404で示される領域はF(n)=(5,Up,Up,i,j)となるのでのぼりの面となり、図14(c)の1405で示される領域はF(n)=(5,Plane,Plane,i,j)となるので平面となる。こうして、図14(d)の1406で示されるような形状が算出される。また、例えば、図12(b)の1205,1206で示される直線のような場合、傾きや切片の値が近いので統合されでひとつの直線となり、形状構成点の削減が行われる。
【0042】
最後に、入出力処理にて、処理結果を3次元モデルデータベースヘ格納する。ここでは、例えば、図15に示すような3次元モデルデータが格納されることになる。
【0043】
なお、図1で示した装置各部の一部もしくは全部の処理機能を、コンピュータを用いて実現することができること、あるいは、図2〜図7で示した処理手順をコンピュータに実行させることができることは言うまでもなく、コンピュータでその各部の処理機能を実現するためのプログラム、あるいは、コンピュータにその処理手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記憶媒体、例えば、FD(フロッピーディスク:登録商標)や、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、提供したり、配布したりすることが可能である。
【0044】
以上、本発明を実施形態例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、レンジデータから得られる距離情報から算出される特徴量を利用するようにしたので、3次元形状を算出し、3次元モデルを生成することができる効果が得られる。
【0046】
また、レンジデータから得られる距離情報から対象点を含む連続する4点の高低差を算出し、その高低差が或る特定のパターンを有する場合、その方向におけるパターン、及び位置を特徴量として算出するようにしたので、レンジデータの計測誤差により生じるノイズが軽減でき、非常に効率の良い高速な処理を実現することができる効果が得られる。
【0047】
また、X方向、及びY方向といった座標軸方向の高低差パターンが同じである特徴量を有する点の集合を一単位として形状を構成する直線を算出すること、及び領域特徴量算出処理にて算出された特徴量を利用して算出された直線群から同じ形状を構成する直線を抽出するようにしたので、形状抽出処理におけるノイズが軽減でき、処理の高精度化、高速化を実現することができる効果が得られる。
【0048】
また、形状抽出処理にて算出された形状を構成する領域に対して、レンジデータから得られる距離情報から連続する2点の高低差を算出し、X方向、及びY方向といった座標軸方向の勾配を平ら、のぼり、くだりに分類するようにしたので、平面ではない複雑な勾配を有するモデルを生成することができる効果が得られる。
【0049】
また、勾配特徴量算出処理にて分類された勾配に対して同じ勾配を有する領域を構成する直線を算出すること、及び該直線と形状抽出処理にて算出された直線に対して、閾値を満たし同じ直線とみなすことができるものを統合して該形状の整形を行うようにしたので、複雑な形状を有するモデルを生成することができ、また、効率の良い非常に高速な処理を実現することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例における3次元モデル生成方法を実現する装置の構成図である。
【図2】本実施形態例における入出力処理処理フローを説明する図である。
【図3】本実施形態例におけるエッジ特徴量算出処理フローを説明する図である。
【図4】本実施形態例における領域特徴量算出処理フローを説明する図である。
【図5】本実施形態例における形状抽出処理フローを説明する図である。
【図6】本実施形態例における勾配特徴量算出処理フローを説明する図である。
【図7】本実施形態例における形状整形処理フローを説明する図である。
【図8】本実施形態例における距離情報Range(i,j)を濃淡値として画像で表したレンジデータの一例を説明する図である。
【図9】(a),(b)は、本実施形態例におけるエッジ特徴量算出処理の一例を説明する図である。
【図10】(a),(b)は、本実施形態例におけるエッジ特徴量算出処理の一例の続きを説明する図である。
【図11】本実施形態例における領域特徴量算出処理の一例を説明する図である。
【図12】(a),(b)は、本実施形態例における形状抽出処理の一例を説明する図である。
【図13】(a),(b)は、本実施形態例における形状抽出処理の一例の続きを説明する図である。
【図14】(a),(b),(c),(d)は、本実施形態例における勾配特徴量算出処理、及び形状整形処理の一例を説明する図である。
【図15】本実施形態例において生成された3次元モデルデータの一例を説明する図である。
【符号の説明】
1…入出力処理手段
2…エッジ特徴量算出処理手段
3…領域特徴量算出処理手段
4…形状抽出処理手段
5…勾配特徴量算出処理手段
6…形状整形処理手段
7…3次元モデルデータベース
8…レンジデータベース
Claims (5)
- レンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する方法であって、
レンジデータから得られる距離情報から、対象点と当該対象点について座標軸方向の前後に隣接する2点を含む連続する4点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第1のパターンである「平ら、のぼり、平ら」、または第2のパターンである「平ら、下り、平ら」のいずれかに該当するパターンである場合、その対象点に対し、各座標軸方向のパターンが前記第1または第2のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、形状のエッジに関する特徴量を算出し設定するエッジ特徴量算出処理手順と、
前記算出された形状のエッジに関する特徴量から、当該特徴量が設定された点に囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該探索した対象点のうち前記形状のエッジに関する特徴量が設定されていない対象点に対し、各座標軸方向のパターンが第3のパターンである旨の情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、対象点の領域に関する特徴量を算出し設定する領域特徴量算出処理手順と、
前記算出された形状のエッジに関する特徴量、及び前記算出された対象点の領域に関する特徴量から、当該形状とその閉領域を抽出する形状抽出処理手順と、
前記形状抽出処理手順にて抽出された形状の閉領域に含まれる対象点に対して、当該閉領域内のレンジデータから、対象点と当該対象点について座標軸方向に隣接する点を含む連続する2点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第4のパターンである「平ら」、第5のパターンである「のぼり」、または第6のパターンである「下り」のいずれに該当するかを調べ、その結果に基づき、各座標軸方向のパターンが前記第4、第5、または第6のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、勾配に関する特徴量を算出し設定する勾配特徴量算出処理手順と、
前記算出された勾配に関する特徴量から前記閉領域の分割を行い、得られた形状に基づき3次元形状を算出して3次元モデルを生成する形状整形処理手順と、を備える
ことを特徴とする3次元モデル生成方法。 - 前記形状抽出処理手順では、
前記各座標軸方向のパターンが共に同じである特徴量を有する点の集合を一単位として形状を構成する直線を算出し、前記領域特徴量算出処理手順にて算出された対象点の領域に関する特徴量を利用して前記算出された直線群から同じ形状を構成する直線を抽出する
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元モデル生成方法。 - 前記形状整形処理手順では、
前記勾配特徴量算出処理手順にて算出された勾配に関する特徴量を分類し、該分類された同じ勾配に関する特徴量を有する対象点から構成される領域の最外郭点を抽出し、その点の分布を示す近似直線を算出し、該直線と前記形状抽出処理手順にて算出された形状を構成する直線に対して、閾値を満たし同じ直線とみなすことができるものを統合して該形状の整形を行う
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の3次元モデル生成方法。 - レンジデータから3次元形状を算出し、3次元モデルを生成する装置であって、
レンジデータから得られる距離情報から、対象点と当該対象点について座標軸方向の前後に隣接する2点を含む連続する4点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第1のパターンである「平ら、のぼり、平ら」、または第2のパターンである「平ら、下り、平ら」のいずれかに該当するパターンである場合、その対象点に対し、各座標軸方向のパターンが前記第1または第2のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、形状のエッジに関する特徴量を算出し設定するエッジ特徴量算出処理手段と、
前記算出された形状のエッジに関する特徴量から、当該特徴量が設定された点に囲まれる領域に含まれる対象点を探索し、該探索した対象点のうち前記形状のエッジに関する特 徴量が設定されていない対象点に対し、各座標軸方向のパターンが第3のパターンである旨の情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、対象点の領域に関する特徴量を算出し設定する領域特徴量算出処理手段と、
前記算出された形状のエッジに関する特徴量、及び前記算出された対象点の領域に関する特徴量から、当該形状とその閉領域を抽出する形状抽出処理手段と、
前記形状抽出処理手段にて抽出された形状の閉領域に含まれる対象点に対して、当該閉領域内のレンジデータから、対象点と当該対象点について座標軸方向に隣接する点を含む連続する2点の当該座標軸方向の高低差を算出し、その高低差が規定した第4のパターンである「平ら」、第5のパターンである「のぼり」、または第6のパターンである「下り」のいずれに該当するかを調べ、その結果に基づき、各座標軸方向のパターンが前記第4、第5、または第6のパターンのいずれであるかの情報と当該対象点の位置情報とを含む情報である、勾配に関する特徴量を算出し設定する勾配特徴量算出処理手段と、
前記算出された勾配に関する特徴量から前記閉領域の分割を行い、得られた形状に基づき3次元形状を算出して3次元モデルを生成する形状整形処理手段と、を備える
ことを特徴とする3次元モデル生成装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれかに記載の3次元モデル生成方法における手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを、該コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録した
ことを特徴とする3次元モデル生成方法の実行プログラムを記録した記録媒体。
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