JP6079990B2 - 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の高精度立体地図製作システムは、数値地図デ−タをSTLデ−タに変換し、該STLデ−タを光造形装置に入力して立体地図を製作する。数値地図デ−タからSTLデ−タに計算機により自動的に変換処理する場合に、立体地図の製作範囲内に水平面を設定し、この水平面上に基点となる格子点と、この格子点に隣接する3つの格子点を設定し、数値地図CD−ROMから前記各格子点における標高を読み込み、各格子点から前記標高隔たった上方に新たな4つの格子点を設定し、この4つの格子点が構成する四辺形を、対角線で2つの三角形に分割し、分割した三角形の集合体をSTLデ−タに変換して、このSTLデ−タを光造形装置に入力して立体地図を造形することで、数値地図データから任意地域の高精度立体地図を低コスト・短時間で製作することができる高精度立体地図作製システムを提供するものである。
ステップS103において、三次元CADデータを三次元加工機(NCもしくはCNC工作機械、光造型機、積層造型機等)へ入力する。
次いで、ステップS104において、ツールパス(工具を動かす道筋を指示するデータ)等を生成し、それに従って加工機を駆動し、立体模型を造型することで、処理を終了する(ステップS105)。
このように、立体模型を造型し、その表面に画像や映像をプロジェクタ等で投影する手法は以前から存在していた。
しかしながら、それらの手法は、地形図や地質図に代表される高精細な図面を、立体模型に投影して、例えば学術的な研究や発表等を行うには、精度的に問題があった。
また立体造型の元となる地形情報等の大容量データを処理するには時間がかかり、またこれを実際に立体造型する際にも造型に要する時間や、寸法安定性、コスト面での問題を抱えているケースが多かった。
本発明は、高精細な図面を、立体模型に投影する際、両者の合わせ精度を向上させることを目的とする。
前記2次元図面データに等高線データが付与されている場合には、前記等高線データに基づいて、補正処理後の前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定部を有することが好ましい。GIS等に読み込んだ平滑な立体形状データを、等高線の情報を持つ立体形状データに加工する事で、立体模型上の等高線の形状と、各種図面の等高線とを画像投影時に合致させ、最終的な投影精度を向上させることが可能となる。
前記マッチング判定部の前段に、前記3次元データに等高線情報を付加して段彩処理を行う段彩処理部を有するようにすると良い。平滑な立体形状データを、等高線の情報を持つ立体形状データに加工する事で、データを単純化し、処理効率を上げる。またその際、等高線の間隔を任意に設定し、単純化したにも関わらず実用上の精度を低下させないようにすることができる。
等高線データが付与されてない2次元図面データ(画像データ等)の一例として、衛星写真等が挙げられる。これに等高線データを付与することが使用上望ましくないケースにおいては、等高線をマーカーとして使用することが出来ないため、z方向の情報を持ち、幹線や河川流路等の線情報(線状データ)や、三角点・水準点などの位置情報、もしくは現場にてGPS等で測量した位置情報等の点情報を含む複数の点状データを用いて歪みを補正することが可能である。この場合、図面の投影対象となる立体模型の側には必ずしも等高線が存在する必要は無く、むしろ、上記の線情報や点情報を立体模型上にも造型しておき、マッチングに使用することが望ましい。
その他の補正方法としては、画像および立体模型の余白部分に、幾何学模様等のマーカー(例、二次元バーコード、ARマーカー等)を複数設置し、これらのマーカーを用いて投影時のマッチングを行っても良い。
前記2次元図面データおよび前記3次元データに関連付けされた、z方向の情報を持つ線情報又は点情報に基づいて、補正処理後の前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定部を有するようにしても良い。
本発明の他の観点によれば、3次元データと、前記3次元データに基づく立体模型の表面に投影する2次元図面データとの座標系を整合させるために前記3次元データ又は前記2次元図面データの少なくともいずれか一方の補正を行うステップと、前記2次元図面データに等高線データが付与されている等高線データに基づいて、前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定ステップとを有することを特徴とする情報処理方法が提供される。
本発明は、コンピュータに、上記に記載の情報処理方法を実行させるためのプログラムであっても良く、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっても良い。
図1Aは、本発明の一実施の形態による情報処理装置の一構成例を示す機能ブロック図である。この情報処理装置Aは、被投影模型を作成するための3次元(立体)データと、投影用の2次元図面データ(平面図形データ)とを生成するこれらの処理は、別々に行うようにしても良い。図1Bは、情報処理装置Aの出力である立体データに基づいて作成した被投影模型に対して、情報処理装置Aの出力である投影用の2次元図面データに基づいて、投影用データを作成して被投射模型に投影するプロジェクタシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。
情報処理装置Aは、数値標高モデルDEMと例えば地質図などの2次元図面データとを入力する入力部1と、入力部1から入力された数値標高モデルDEMに合わせて2次元図面データを幾何補正する幾何補正部3と、数値標高モデルDEMと幾何補正後の2次元図面とをオーバーレイして整合性を判定するオーバーレイ判定部5と、数値標高モデルDEMに段彩処理を施す段彩処理部7と、段彩処理後の数値標高モデルDEMと2次元図面とのマッチング判定を行うマッチング判定部11と、段彩処理後の数値標高モデルDEMと2次元図面データとを出力する出力部15と、を有する。段彩処理部7には、等高線情報が入力される。出力部15から出力される等高線の形状を持った数値標高モデルDEMデータは被投射模型の作成に用いられ(x(緯度),y(経度),z(標高、高度等))、2次元図面データ(x、y)は、投影用データの作成に用いられる。座標系等の整合には、2次元図面データには衛星写真の幾何学的歪みを補正する場合等も含まれる。等高線は、z方向の高さを示す指標として例示したものである。等高線に代えて、z方向の情報を持つ線情報、点情報等を指標として用いても良い。尚、幾何補正部3は、数値標高モデルDEMと2次元図面データとの座標軸が整合するように2次元図面データを補正する例を示したが、補正部としては、数値標高モデルDEM(3次元データ)と2次元図面データとの座標系を整合させるために、数値標高モデルDEM(3次元データ)又は2次元図面データの少なくともいずれか一方の補正を行うようにすれば良い。
DEMは、数値標高モデルであり、地表面の地形のデジタル表現であり、数値地形モデル(DTM: digital Terrain Model)と呼ばれることも多い。地形図は、土地の高低や起伏、河川や湖沼、植生、土地の利用状況、交通路、都市その他の集落など、地表面上の自然・人工のすべてのものを均等に表現した地図(一般図)のうち、ある程度の詳しさを持った地図を地形図という。国土地理院発行の2万5000分の1や5万分の1の地形図は、その代表的なものである。地質図は、地殻表層部の各種岩体を、その種類や年代、岩相等で区分し、それらの分布や累重関係に加え、断層や褶曲等の地質構造を表現した図である。段彩とは、地形等をわかりやすくするために、高度帯毎に色分けすることを言う。CADは、コンピュータ支援設計とも呼ばれ、コンピュータを用いて設計等を行うことを言う。或いは、コンピュータによる設計支援ツールのことを言う。
尚、幾何補正は、数値標高モデルDEMと2次元図面との座標系が異なる場合、データを整合させるために行われる2次元図面への補正であり、例えば、ヘルマート変換、アフィン変換、射影変換等、二次元回転変換、三次元回転変換が含まれる。また、DEM側の座標系を変換して2次元図面側にフィッティングさせる補正方法や、DEMと2次元図面の両方を、別の座標系に変換してフィッティングさせる補正方法を取ることも可能である。
ステップS4で、DEMと2次元図面データを、レイヤーとして重ね、ステップS5で、オーバーレイ判定部が、ズレの有無を判定する。ステップS5で、ズレが有れば(Yes)、ステップS3に戻って、さらに2次元図面データの幾何補正を行う。ずれが無ければ(No: 有る許容値以内のズレであれば)、ステップS6に進み、段彩処理部7が、等高線情報に基づいて、DEMに段彩処理を行って等高線情報を付加し、段彩処理データを作成する。ステップS7において、マッチング判定部11が、段彩処理データと2次元図面との、等高線データに関するマッチングを判定する。ステップS8で、マッチングされていない場合には(No)、ステップS3に戻る。マッチングされていれば(Yes)、ステップS9に進み、出力部15が、段彩処理データと投影用2次元図面データを出力する。これにより、処理を終了する(S10)。図1Aにおいて、等高線の幅を設定する等高線幅設定部を有していても良い。
以上の処理により、整合された被投射造形用の段彩処理データと、投影用の2次元図形データとを、例えば、IDを付すことで、組として識別可能な形態で出力し、又は、メモリ等に格納しておくことができる。
尚、上記のように、等高線を用いる代わりに、z方向の立体感を表す指標、例えば、幹線や河川流路等の線情報(線状データ)や、三角点・水準点などの位置情報、もしくは現場にてGPS等で測量した位置情報等の点情報を含む複数の点状データを基準として補正処理やマッチング処理を行っても良い。
図4に示すように、処理が開始されると(ステップS21)、ステップS22において、造型に先立ち、まず陸上地形のDEM(数値標高モデル:数値地図、航空測量による実測データ)や地下構造の三次元データ等と、投影に使用する各種図面(地形図、地質図等)データをGISに入力する。DEMが点群データである場合は、必要に応じて空間補完を行い、面データへと変換する。変換にはTIN(Triangulated Irregular Network:三角形不規則ネットワーク)などの幾何学的手法や、スプライン補間法、加重平均法、クリギング法などの数式モデルを用いた手法を用いる。
この処理を行うことによってデータが単純化でき、データの処理効率が向上する。尚、等高線の間隔は任意に設定できる(例、0.002mm〜1mmもしくはそれ以上)ため、実用上の精度は低下しない。
ステップS25で、立体形状データとして、ここでは24bitグレースケールの段彩画像を3次元CADデータ(DXF、STL等)に変換する。本来スムーズな形状の地形データが、等高線の形状を持ったデータとなる。
そして、ステップS27において、立体造型を行う立体造型マシンに3次元CADデータを入力する。図6に示すように、立体造型には、コストと迅速性および寸法安定性に優れた切削型造型機を使用することができるが、その他の造型機でも応用は可能である。ここでは、時間のかかる荒削りは行わず、大径かつ刃長の長いエンドミによって最初から仕上げ作業を行うことができる。次に小径エンドミル(0.4mm以下)によって再度仕上げを行う。小径エンドミルに切り替え時、原点設定を0.5mm下げることで、表面の薄皮を剥くような仕上げ作業を行う。例えば、ツールパスを生成し、それに従って加工機を駆動、立体模型を造型する。切削時間短縮および精度向上のため荒削りは行わず、2種類のストレートエンドミル(例: 大径3mm・小径0.4mm以下)によって仕上げ切削を2回行う。研削の操作方向は、図6(b)に示すように、ある同じ方向への操作の繰り返しで良い。
ステップS31において、造型された立体模型の表面に、あらかじめGIS上で座標系を合致させた各種図面に基づく2次元図面データをプロジェクタで投影、もしくはフィルム化した画像を被覆して三次元情報化する。この方法を用いれば、ずれの無い投影もしくは被覆結果が得られる。しかしながら実際にはプロジェクタの傾きや、プロジェクタを支えるフレームの歪み、もしくはフィルムの部分的な伸び率の違い等によってミリ単位もしくはそれ以下での僅かなずれが発生する。
それを補正するために、立体模型上の等高線の形状と、各種図面に基づく2次元図面データの等高線とを合致させ、両者を積極的にシンクロさせることで最終的な投影もしくは被覆精度を向上させることが可能となる(図7)。
尚、DEMの座標(x、y、z)において、本実施の形態では標高zがプラスである例について説明したが、標高zがマイナスの場合、すなわち、地下や海底などにも応用できることは言うまでもない。
等高線データが付与されてない2次元図面データ(画像データ等)の一例として、衛星写真等が挙げられる。これに等高線データを付与することが使用上望ましくないケースにおいては、等高線をマーカーとして使用することが出来ないため、z方向の情報を持ち、幹線や河川流路等の線情報(線状データ)や、三角点・水準点などの位置情報、もしくは現場にてGPS等で測量した位置情報等の点情報を含む複数の点状データを用いて歪みを補正することが可能である。この場合、図面の投影対象となる立体模型の側には必ずしも等高線が存在する必要は無く、むしろ、上記の線情報や点情報を立体模型上にも造型しておき、マッチングに使用することが望ましい。
その他の補正方法としては、画像および立体模型の余白部分に、幾何学模様のマーカー(例、二次元バーコード、ARマーカー等)を複数設置し、これらのマーカーを用いて投影時のマッチングを行っても良い。
上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。
Claims (8)
- 3次元データと、前記3次元データに基づく立体模型の表面に投影する2次元図面データとの座標系を整合させるために、前記3次元データ又は前記2次元図面データの少なくともいずれか一方の補正を行う補正部を有し、
前記2次元図面データに等高線データが付与されている場合には、前記等高線データに基づいて、補正処理後の前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定部を有することを特徴とする情報処理装置。 - 3次元データと、前記3次元データに基づく立体模型の表面に投影する2次元図面データとの座標系を整合させるために、前記3次元データ又は前記2次元図面データの少なくともいずれか一方の補正を行う補正部を有し、
前記2次元図面データに等高線データが付与されていない場合には、前記等高線データを前記2次元図面データに付与したデータに基づいて、補正処理後の前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定部と
を有することを特徴とする情報処理装置。 - 前記マッチング判定部の前段に、
前記3次元データに等高線情報を付加して段彩処理を行う段彩処理部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。 - 前記段彩処理部の後段に、
前記段彩処理部において段彩処理を行った3次元データを、等高線の形状を持つ段彩画像にする画像処理部を有することを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記等高線データの幅を調整する等高線幅調整部を有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 3次元データと、前記3次元データに基づく立体模型の表面に投影する2次元図面データとの座標系を整合させるために前記3次元データ又は前記2次元図面データの少なくともいずれか一方の補正を行うステップと、
前記2次元図面データに等高線データが付与されている等高線データに基づいて、前記3次元データと前記2次元図面データとのマッチング判定を行うマッチング判定ステップと
を有することを特徴とする情報処理方法。 - コンピュータに、請求項6に記載の情報処理方法を実行させるためのプログラム。
- 請求項1から5までのいずれか1項に記載の情報処理装置の出力に基づいて造形した被投影造形物に、前記等高線データを有する前記2次元図面データに基づく画像を投影する投影装置であって、
前記等高線データに基づいて、前記被投影造形物の3次元表面に、前記等高線を基準として前記2次元図面データに基づく画像を投影する機能を有する投影装置。
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