JP5587677B2 - 地形起伏画像生成方法及び地形起伏画像生成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、DEMデータを基に、傾斜度が大きいほど濃い赤色となるように最大傾斜度に応じた赤色の階調表示をするとともに、凹凸度を表す浮沈度に応じて赤色の明度を階調表示することで、尾根が白く谷底が黒く表現された傾斜赤色化立体画像を生成する視覚化処理システムが開示されている。また、この特許文献1には、地上開度に応じたグレースケールと地下開度に応じたグレースケールとの合成画像と、傾斜度に応じた赤色画像とを合成することで、赤色化立体画像を生成する構成も開示されている。
また、特許文献2における立体画像では、尾根と谷を判読し易いが、例えばベース画像としてカラー段彩画像と混合した場合、段彩画像の色彩と凹凸部の色彩とが同系色であると、尾根や谷が判読し難くなるという問題があった。また、凹部と凸部と平坦部とが3階調で階調表現(3階調表現)されるだけなので、凹部や凸部の度合までは判読し難かった。また、細い凹部と大きな窪みとを区別した表現ができるように空間周波数の設定を変えて別々に凹部の地形データを生成する必要があった。
請求項6に記載の発明は、標高を含む三次元地形データを基に地形起伏画像を生成する地形起伏画像生成装置であって、入力した前記三次元地形データに基づき画素となる各地点に当該地点の標高に応じた色彩を付与する段彩処理を行って標高段彩データを生成する標高段彩処理手段と、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における地形の凹凸度を演算する凹凸度演算手段と、前記各地点に当該地点毎の前記凹凸度に応じた色彩を付与する段彩処理を行って凹凸度段彩データを生成する凹凸度段彩処理手段と、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における傾斜度を演算する傾斜度演算手段と、前記各地点に当該地点毎の前記傾斜度に応じた陰影を付与する陰影処理を行って陰影データを生成する陰影生成手段と、前記標高段彩データと前記凹凸度段彩データと前記陰影データとを合成して段彩地形データを生成する合成処理手段と、前記段彩地形データに基づく地形起伏画像を出力する出力手段と、を備え、前記合成処理手段は、前記三次元地形データにおける前記各地点に対応する三次元の空間座標点に、前記合成処理手段で取得した色情報を三成分の色座標で付加することにより、三次元の空間座標と三成分の色座標とを含む六次元以上の前記段彩地形データを生成し、前記出力手段は、前記段彩地形データの空間座標点を指定の視野方向にある出力面に写像した点を画素として当該画素に当該空間座標に対応する色座標を画素値として与えることで前記地形起伏画像を生成することを要旨とする。この発明によれば、上記地形起伏画像生成方法に係る発明と同様の効果を得ることができる。
図1は、地形起伏画像生成装置の一例である地図生成装置の機能構成を示すブロック図である。図1に示す地図生成装置100は、地形起伏画像生成用プログラムがパーソナルコンピュータPCの本体10にインストールされて構築される。地図生成装置100は、通信インターフェイス(例えばUSBポート、LANポート等)や光ディスク読取装置などからなる入力部11と、キーボードやマウス等からなる入力操作部12とに接続されている。地図生成装置100には、入力部11を通じて三次元地形データ(デジタル標高モデルデータ)DEM(X,Y,Z)が入力される。地図生成装置100は、三次元地形データDEM(X,Y,Z)(DEM:Digital Elevation Model(数値標高モデル))を基に、標高Z及び尾根谷度に応じて段彩され、かつ傾斜度に応じて陰影を施した地形起伏画像データG(R,G,B)を生成する。地図生成装置100が生成した地形起伏画像データGに基づく地形起伏画像(立体地形図)は、本体10内の表示ドライバ13を介してモニタ14に表示されたり、本体10内の印刷ドライバ15を介してプリンタ16により用紙に印刷されたりする。
第2段彩演算部25は、尾根谷度αを色彩に変換するための尾根谷度色彩変換テーブルT2(図8(b)参照)を作成するための第2変換テーブル作成部32を備え、第2変換テーブル作成部32が作成した尾根谷度色彩変換テーブルT2を参照して、各点の標高値Zに応じた色彩を取得する。この色彩を表す点のデータは尾根谷度段彩データC2(R,G,B)として合成処理部28に入力される。
陰影演算部27は、傾斜度θを陰影(明暗)に変換するための傾斜度陰影変換テーブル(図示せず)又は傾斜度陰影変換用の計算式を用いて、傾斜度θに応じた陰影値を取得する。この陰影を表す点のデータは陰影データGθとして合成処理部28に入力される。
ステップS10では、三次元地形データDEM(X,Y,Z)の全点の標高Zを取得する。図8(a)に示す標高色彩変換テーブルT1の段彩設定から分かるように、低標高を緑(厳密には最小値が薄青緑色)、高標高を茶色(厳密には最大値が濃茶色)とすることを基本とする。
ステップS40では、対象点から設定距離内の点のデータ(X,Y,Z)を基に、尾根谷度αを計算する。ここで、図3〜図6を用いて、尾根谷度αの算出方法を説明する。尾根谷度αとは、地上開度と地下開度の平均角度より計算される凹凸の度合いを表す地形量である。
地上開度とは、各メッシュが周辺に比べて地上に突き出た度合いを表現する地形量パラメータである。地上開度は、着目する地点(対象点)から設定距離Lの範囲内で見える空の広さを表し、一般に周囲から突出している地点ほどその値が大きくなる。地上開度は、山頂や尾根で大きな値、窪地や谷底では小さい値を示し、突出した山頂や尾根が強調される。
尾根谷度α=(ΦL−ΨL)/2 …(1)
図5(a)に示す凸部では、相対的に地上開度ΦLが大きな値、地下開度ΨLが小さな値をとるので、尾根谷度αは正(α>0)となる。一方、図5(b)に示す凹部では、相対的に地上開度ΦLが小さな値、地下開度ΨLが大きな値をとるので、尾根谷度αは負(α<0)となる。こうして尾根谷度αは、最小値αmin(<0)〜最大値αmax(>0)の範囲の値として求められる。
Rz=R2+(R1−R2)・(Z−Z2)/(Z1−Z2) …(2)
Gz=G2+(G1−G2)・(Z−Z2)/(Z1−Z2) …(3)
Bz=B2+(B1−B2)・(Z−Z2)/(Z1−Z2) …(4)
この標高段彩データC1(Rz,Gz,Bz)を空間座標(X,Y,Z)に付与した全点を画素としてカラー表示したものが、図10に示す標高段彩画像C1である。図10の標高段彩画像C1に示すように、この表示エリアでは標高Zに応じて薄青緑〜茶色に段彩され、段彩された色の違いから比較的大きな起伏の判読が可能である。
Rα=R2+(R1−R2)・(α−α2)/(α1−α2) …(5)
Gα=G2+(G1−G2)・(α−α2)/(α1−α2) …(6)
Bα=B2+(B1−B2)・(α−α2)/(α1−α2) …(7)
この尾根谷度段彩データC2(Rα,Gα,Bα)を空間座標(X,Y,Z)に付与した全点を画素としてカラー表示したものが、図11に示す尾根谷度段彩画像C2である。図11の尾根谷度段彩画像C2に示すように、この表示エリアでは尾根谷度αに応じて青〜赤のうちの青緑〜黄色に段彩され、段彩された色の違いから尾根や谷などの比較的小さな凹凸の判読が可能である。
Rzα=(w1・Rz+w2・Rα)/(w1+w2) …(8)
Gzα=(w1・Gz+w2・Gα)/(w1+w2) …(9)
Bzα=(w1・Bz+w2・Bα)/(w1+w2) …(10)
ここで、w1は標高段彩の重み係数、w2は尾根谷度段彩の重み係数である。この第1合成データG1(Rzα,Gzα,Bzα)を空間座標(X,Y,Z)に付与した全点を画素としてカラー表示したものが、図12に示す第1合成画像G1である。この第1合成画像G1は、標高段彩の重み係数w1=0.5、尾根谷度段彩の重み係数w2=0.5の例を示している。各変換テーブルT1,T2に設定された色彩範囲(緑系〜茶系)(青系〜赤系)の組合せに応じて、標高Zによる段彩と尾根谷度αによる段彩とを識別できるように、適宜な重み係数w1,w2を設定することができる。
Sx=((Z1+Z4+Z6)−(Z3+Z5+Z8))/6/Msize …(11)
Sy=((Z1+Z2+Z3)−(Z6+Z7+Z8))/6/Msize …(12)
ここで、Msizeはメッシュサイズ(1画素1辺のサイズ(長さ))である。次にx方向の傾斜度Sxとy方向の傾斜度Syとを用いて、次式により傾斜度(傾斜角)θを計算する。
傾斜度θ=arctan(√(Sx・Sx +Sy・Sy) …(13)
このように本実施形態では、x方向の傾斜度Sxとy方向の傾斜度Syとを合成して傾斜度θを計算している。この傾斜度θの使用によって、対象点Pjの周囲8方位の傾斜角のうち最大傾斜角を使用して陰影を付与する方法に比べ、周囲8方位の傾斜角が適度にスムージングされ、傾斜度θに応じた自然な陰影が付与される。もちろん、「(Z1+Z4+Z6)/3−(Z3+Z5+Z8)/3」のようなx方向両側の各3点の標高平均の差をメッシュサイズMsizeで除した値を傾斜度θに用いてもよい。なお、傾斜度θとして式 θ=√(Sx・Sx +Sy・Sy)を使用することもできる。
Rzαθ=Rzα・Gθ …(14)
Gzαθ=Gzα・Gθ …(15)
Bzαθ=Bzα・Gθ …(16)
この第2合成データG2(Rzαθ,Gzαθ,Bzαθ)を空間座標(X,Y,Z)に付与した全点を画素としてカラー表示したものが、図14に示す第2合成画像G2である。この第2合成画像G2の表示エリアでは、標高Zに応じた緑〜茶の範囲の段彩と、尾根谷度αに応じた青〜赤の範囲の段彩と、傾斜度θに応じた陰影とが色合成され、平地が薄緑、標高の高い部分が焦茶でその中に明るい茶色で尾根部が脈状に延び、標高の次に高い部分の中に黄茶の尾根部が脈状に延び、さらに脈状に延びる谷部が青緑で表現されている。そして、尾根部の両側では傾斜度の大きな斜面が濃灰色の混色、傾斜度の小さな斜面が明灰色の混色で表現される。よって、この第2合成画像G2では、段彩された色の違いから、比較的大きな起伏と比較的小さな凹凸の両方の判読が可能であるうえ、陰影から傾斜の大きさも判読可能である。なお、第2合成データG2(Rzαθ,Gzαθ,Bzαθ)は、空間座標(X,Y,Z)と共に、空間座標と色値とを合わせた6次元のデータ(X,Y,Z,Rzαθ,Gzαθ,Bzαθ)として、バッファ35に格納される。
(1)標高段彩と尾根谷度段彩(凹凸度段彩)との合成により、標高段彩により比較的大きな起伏を判読し易くなり、尾根谷度段彩により尾根・谷などの比較的小さな凹凸(微地形)を判読し易くなる。
・変換テーブルT1,T2の色彩範囲は前記実施形態に限定されず、適宜な色彩範囲を設定することができる。例えば各変換テーブルT1,T2で使用する色彩範囲を入れ替えてもよい。さらに、変換テーブルT1,T2のうち少なくとも一方について、標高Z又は尾根谷度αの最小値側が暖色、最大値側が寒色となるような色彩範囲を設定してもよい。また、標高用と尾根谷度用で同一の変換テーブルを用いて、使用する色彩範囲を同じとしてもよい。
・尾根谷度αを求める計算式は適宜変更してもよい。また、探索方向は8方向に限らず、4方向や16方向、あるいは32方向等でもよい。
Claims (6)
- 標高を含む三次元地形データを基に地形起伏画像を生成する地形起伏画像生成装置による地形起伏画像生成方法であって、
標高段彩処理手段により、入力した前記三次元地形データに基づき画素となる各地点に当該地点の標高に応じた色彩を付与する段彩処理を行って標高段彩データを生成する標高段彩処理手順と、
凹凸度演算手段により、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における地形の凹凸度を演算する凹凸度演算手順と、
凹凸度段彩処理手段により、前記各地点に当該地点毎の前記凹凸度に応じた色彩を付与する段彩処理を行って凹凸度段彩データを生成する凹凸度段彩処理手順と、
傾斜度演算手段により、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における傾斜度を演算する傾斜度演算手順と、
陰影生成手段により、前記各地点に当該地点毎の前記傾斜度に応じた陰影を付与する陰影処理を行って陰影データを生成する陰影生成手順と、
合成処理手段により、前記標高段彩データと前記凹凸度段彩データと前記陰影データとを合成して段彩地形データを生成する合成処理手順と、
出力手段により、前記段彩地形データに基づく地形起伏画像を出力する出力手順と、
を備え、
前記標高段彩処理手順では、前記標高の最小値と最大値との間に設定された第1の色彩範囲に従って標高に応じた色彩を付与して前記標高段彩データを生成し、
前記凹凸度段彩処理手順では、前記凹凸度の最小値と最大値との間に設定された第2の色彩範囲に従って凹凸度に応じた色彩を付与して前記凹凸度段彩データを生成し、
前記第1の色彩範囲と前記第2の色彩範囲は設定された色彩範囲が互いに異なるとともに、前記標高と前記凹凸度との各最小値に対応する色彩が互いに異なる寒色、最大値に対応する色彩が互いに異なる暖色に設定されることを特徴とする地形起伏画像生成方法。 - 前記凹凸度演算手順では、前記三次元地形データにおける前記地点毎に、当該地点から複数の方向に地上角と地下角とをそれぞれ求め、前記地上角の平均である地上開度と、前記地下角の平均である地下開度とに基づき、前記凹凸度としての尾根谷度を演算することを特徴とする請求項1に記載の地形起伏画像生成方法。
- 前記傾斜度演算手順では、前記三次元地形データに基づいて前記各地点におけるx方向傾斜度とy方向傾斜度とを演算し、当該x方向傾斜度とy方向傾斜度とを合成して前記傾斜度を演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の地形起伏画像生成方法。
- 標高を含む三次元地形データを基に地形起伏画像を生成する地形起伏画像生成装置による地形起伏画像生成方法であって、
標高段彩処理手段により、入力した前記三次元地形データに基づき画素となる各地点に当該地点の標高に応じた色彩を付与する段彩処理を行って標高段彩データを生成する標高段彩処理手順と、
凹凸度演算手段により、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における地形の凹凸度を演算する凹凸度演算手順と、
凹凸度段彩処理手段により、前記各地点に当該地点毎の前記凹凸度に応じた色彩を付与する段彩処理を行って凹凸度段彩データを生成する凹凸度段彩処理手順と、
傾斜度演算手段により、前記三次元地形データに基づいて前記各地点における傾斜度を演算する傾斜度演算手順と、
陰影生成手段により、前記各地点に当該地点毎の前記傾斜度に応じた陰影を付与する陰影処理を行って陰影データを生成する陰影生成手順と、
合成処理手段により、前記標高段彩データと前記凹凸度段彩データと前記陰影データとを合成して段彩地形データを生成する合成処理手順と、
出力手段により、前記段彩地形データに基づく地形起伏画像を出力する出力手順と、
を備え、
前記合成処理手順では、前記三次元地形データにおける前記各地点に対応する三次元の空間座標点に、前記合成処理手順で取得した色情報を三成分の色座標で付加することにより、三次元の空間座標と三成分の色座標とを含む六次元以上の前記段彩地形データを生成し、
前記出力手順では、前記段彩地形データの空間座標点を指定の視野方向にある出力面に写像した点を画素として当該画素に当該空間座標に対応する色座標を画素値として与えることで前記地形起伏画像を生成することを特徴とする地形起伏画像生成方法。 - 標高を含む三次元地形データを基に地形起伏画像を生成する地形起伏画像生成装置であって、
入力した前記三次元地形データに基づき画素となる各地点に当該地点の標高に応じた色彩を付与する段彩処理を行って標高段彩データを生成する標高段彩処理手段と、
前記三次元地形データに基づいて前記各地点における地形の凹凸度を演算する凹凸度演算手段と、
前記各地点に当該地点毎の前記凹凸度に応じた色彩を付与する段彩処理を行って凹凸度段彩データを生成する凹凸度段彩処理手段と、
前記三次元地形データに基づいて前記各地点における傾斜度を演算する傾斜度演算手段と、
前記各地点に当該地点毎の前記傾斜度に応じた陰影を付与する陰影処理を行って陰影データを生成する陰影生成手段と、
前記標高段彩データと前記凹凸度段彩データと前記陰影データとを合成して段彩地形データを生成する合成処理手段と、
前記段彩地形データに基づく地形起伏画像を出力する出力手段と、
を備え、
前記標高段彩処理手段は、前記標高の最小値と最大値との間に設定された第1の色彩範囲に従って標高に応じた色彩を付与して前記標高段彩データを生成し、
前記凹凸度段彩処理手段は、前記凹凸度の最小値と最大値との間に設定された第2の色彩範囲に従って凹凸度に応じた色彩を付与して前記凹凸度段彩データを生成し、
前記第1の色彩範囲と前記第2の色彩範囲は設定された色彩範囲が互いに異なるとともに、前記標高と前記凹凸度との各最小値に対応する色彩が互いに異なる寒色、最大値に対応する色彩が互いに異なる暖色に設定されることを特徴とする地形起伏画像生成装置。 - 標高を含む三次元地形データを基に地形起伏画像を生成する地形起伏画像生成装置であって、
入力した前記三次元地形データに基づき画素となる各地点に当該地点の標高に応じた色彩を付与する段彩処理を行って標高段彩データを生成する標高段彩処理手段と、
前記三次元地形データに基づいて前記各地点における地形の凹凸度を演算する凹凸度演算手段と、
前記各地点に当該地点毎の前記凹凸度に応じた色彩を付与する段彩処理を行って凹凸度段彩データを生成する凹凸度段彩処理手段と、
前記三次元地形データに基づいて前記各地点における傾斜度を演算する傾斜度演算手段と、
前記各地点に当該地点毎の前記傾斜度に応じた陰影を付与する陰影処理を行って陰影データを生成する陰影生成手段と、
前記標高段彩データと前記凹凸度段彩データと前記陰影データとを合成して段彩地形データを生成する合成処理手段と、
前記段彩地形データに基づく地形起伏画像を出力する出力手段と、
を備え、
前記合成処理手段は、前記三次元地形データにおける前記各地点に対応する三次元の空間座標点に、前記合成処理手段で取得した色情報を三成分の色座標で付加することにより、三次元の空間座標と三成分の色座標とを含む六次元以上の前記段彩地形データを生成し、
前記出力手段は、前記段彩地形データの空間座標点を指定の視野方向にある出力面に写像した点を画素として当該画素に当該空間座標に対応する色座標を画素値として与えることで前記地形起伏画像を生成することを特徴とする地形起伏画像生成装置。
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