WO2014141383A1 - ３次元情報処理装置 - Google Patents

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WO2014141383A1
WO2014141383A1 PCT/JP2013/056797 JP2013056797W WO2014141383A1 WO 2014141383 A1 WO2014141383 A1 WO 2014141383A1 JP 2013056797 W JP2013056797 W JP 2013056797W WO 2014141383 A1 WO2014141383 A1 WO 2014141383A1
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model
height
building
calculation unit
terrain
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PCT/JP2013/056797
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English (en)
French (fr)
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義広 都丸
淳平 羽藤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • G06T2219/20—Indexing scheme for editing of 3D models
    • G06T2219/2016—Rotation, translation, scaling

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional information processing apparatus that adjusts display information in the height direction of a three-dimensional model such as a building.
  • a device equipped with a map display function such as a car navigation system arranges a building model such as a commercial facility on a undulating 3D terrain model and views the terrain model and the building model from a bird's eye view. It has a function.
  • Data for realizing the 3D map bird's-eye view display function is a terrain model or a building model, which is generally 3D information provided by a map data creation company, and these 3D information is converted to data obtained by actual positioning. Created based on.
  • the positioning of the 3D information of the terrain and the building includes an error, when the 3D map based on the 3D information is displayed, the building model floats with respect to the terrain model, or There was a problem that the building model would sink.
  • Patent Document 1 As an altitude correction process in accordance with actual terrain, the altitude at each vertex coordinate on the bottom surface of the building to be processed is extracted from three-dimensional terrain data, and the maximum value among the extracted altitudes is determined as the building concerned. By adding it to the height coordinates of each vertex other than the bottom of the building as the standard elevation of the building, and adding the minimum value of the extracted elevations to the height coordinates of each vertex of the building bottom as the bottom elevation of the building Is floating from the terrain model, or the building model is suppressed from sinking with respect to the terrain model.
  • This invention was made to solve the above problems, and even if the terrain is large and the distance between the vertices of the bottom of the building is long, the building model floats with respect to the terrain model, Alternatively, the object is to suppress the building model from sinking too much with respect to the terrain model.
  • the three-dimensional information processing apparatus includes a structure bottom surface extraction unit that extracts a bottom surface of a structure model represented by a polygonal column, and a rectangle circumscribing the bottom surface of the structure model extracted by the structure bottom surface extraction unit.
  • the terrain model including the bottom surface range of the structure model calculated by the structure bottom surface range calculation unit with reference to the top surface model calculation unit that stores the set of topographic models and the bottom surface range calculation unit that calculates the bottom surface range of the structure model
  • a terrain model extraction unit that extracts a terrain, a terrain vertex synthesis unit that synthesizes a plurality of terrain models extracted by the terrain model extraction unit, and generates a vertex set of the terrain model including the bottom surface range of the structure model, and a terrain vertex synthesis unit
  • a bottom intersection calculation unit that calculates the intersection of the line segment formed by the vertex set of the terrain model generated by and the outer peripheral line segment of the bottom surface of the structure model extracted by the structure bottom extraction unit, and the bottom intersection calculation From the height of the terrain model calculated by the all-point height calculation unit and the all-point height calculation unit that calculates the height of the terrain model at each vertex constituting each intersection and the bottom of the structure model calculated by the unit,
  • Reference height calculation unit for calculating the reference height in the three-dimensional
  • the present invention it is possible to provide three-dimensional information that suppresses the occurrence of a malfunction when the building model floats with respect to the terrain model or the building model sinks too much with respect to the terrain model.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the first embodiment. It is a figure which shows an example of the building model accumulate
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of calculation of a building bottom surface range of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating synthesis of a topographic model of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • 6 is a diagram illustrating calculation of an intersection with a line segment parallel to the meridian of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating calculation of an intersection with a line segment parallel to the latitude line of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating calculation of an intersection with a line segment parallel to an oblique line of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating calculation of an intersection with a line segment parallel to an oblique line of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating calculation of an intersection with a line segment parallel to an oblique line of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the intersection of the outer periphery line segment of the building bottom face of the three-dimensional information processing apparatus by Embodiment 1, and the line segment which a topography vertex set comprises.
  • 6 is a diagram illustrating a calculation example of an all-point height calculation unit of the three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the second embodiment.
  • 10 is an explanatory diagram illustrating acquisition of a base model of a three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional information processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the three-dimensional information processing apparatus 100 includes a building model database 1, a building model input unit 2, a building bottom surface extraction unit (structure bottom surface extraction unit) 3, a building bottom surface range calculation unit (structure bottom surface range calculation unit) 4, and a terrain model database. 5. Topographic model extraction unit 6, topographic vertex composition unit 7, bottom surface intersection calculation unit 8, all-point height calculation unit 9, reference height calculation unit 10 and building height correction unit (structure height correction unit) 11 It is configured.
  • the building model database 1 is a database in which building models that represent a plurality of buildings existing in an arbitrary map range as a three-dimensional model are accumulated.
  • the building model input unit 2 acquires a building model related to one building from the building model database 1.
  • the building bottom surface extraction unit 3 extracts vertices constituting the bottom surface of the building model acquired by the building model input unit 2.
  • the building bottom range calculation unit 4 calculates the range where the building exists on the map from the top of the bottom of the building model.
  • the terrain model database 5 is a database that accumulates terrain models that represent the terrain as a three-dimensional model.
  • the terrain model extraction unit 6 extracts all terrain models existing in the range calculated by the building bottom surface range calculation unit 4 from the terrain model database 5.
  • the terrain vertex composition unit 7 synthesizes the adjacent terrain models among the terrain models extracted by the terrain model extraction unit 6 into one vertex group.
  • the bottom surface intersection calculation unit 8 is an intersection of a two-dimensional line segment group in which all the line segments formed by the combined topographic vertices are projected onto the horizontal plane and a two-dimensional line segment group in which the outer peripheral line segment of the building bottom surface is projected onto the horizontal plane. Is calculated.
  • the all-point height calculation unit 9 calculates the heights of all intersections acquired by the bottom surface intersection calculation unit 8 and the heights at the vertices constituting the building bottom surface.
  • the reference height calculation unit 10 calculates the height of the corrected building model using the heights of all the vertices calculated by the all-point height calculation unit 9.
  • the building height correction unit 11 corrects the heights of all vertices constituting the building model using the height calculated by the reference height calculation unit 10, and reconstructs the building model.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the first embodiment.
  • the building model input unit 2 acquires one building model from the building model database 1 (step ST1).
  • FIG. 3 is a view showing an example of a building model stored in the building database 1
  • FIG. 3 (a) shows an overhead view thereof
  • FIG. 3 (b) shows a horizontal plane projection view thereof.
  • the building model is a set of hexagonal prisms as shown in FIG.
  • step ST1 hexagonal prism data as shown in FIG. 3 is acquired.
  • the building bottom surface extraction unit 3 extracts only vertices constituting the bottom surface of the building from the building model acquired in step ST1 (step ST2). Specifically, only the vertex having the smallest Z value (height) is extracted from the vertices constituting the building model.
  • the building bottom range calculation unit 4 extracts the minimum X, Y coordinates and the maximum X, Y coordinates from the X, Y coordinates of each vertex constituting the bottom of the building extracted in step ST2 (step ST3). A range surrounded by a point obtained by combining the extracted minimum X and Y coordinates and the maximum X and Y coordinates is calculated as a building bottom surface range (step ST4).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the calculation of the building bottom surface range by the building bottom surface range calculation unit 4, and illustrates a horizontal plane projection diagram in which the building bottom surface and the building bottom surface range are projected onto a horizontal plane.
  • a method of calculating the building bottom area will be described in detail with reference to FIG.
  • step ST3 using the X and Y coordinates of all the building bottom vertices A1, A2, A3, A4, A5 and A6 extracted by the building bottom extracting unit 3, the smallest X coordinate (XbMin), the smallest The Y coordinate (YbMin), the maximum X coordinate (XbMax), and the maximum Y coordinate (YbMax) are extracted.
  • step ST4 four points of vertex B1 (XbMin, YbMin), vertex B2 (XbMax, YbMin), vertex B3 (XbMin, YbMax), and vertex B4 (XbMax, YbMax) obtained by combining the extracted coordinates are enclosed.
  • the range B to be calculated is calculated as the building bottom surface range B.
  • the building bottom surface range B is equivalent to a circumscribed rectangle that circumscribes a range obtained when the building bottom surface is projected onto a horizontal plane.
  • the terrain model extraction unit 6 extracts from the terrain model database 5 a terrain model that overlaps the building bottom area calculated in step ST4 (step ST5).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the terrain model stored in the terrain database 5, FIG. 5 (a) shows an overhead view thereof, and FIG. 5 (b) shows a horizontal plane projection view thereof.
  • the terrain model is the latitude and longitude coordinates of the vertices and the Z coordinate is the altitude (m system) as in the building model.
  • FIG. 5B a mesh model set consisting of a set of vertices constituting a grid composed of straight lines parallel to the latitude meridian is obtained.
  • the minimum X coordinate is XlMin
  • the minimum Y coordinate is YlMin
  • the maximum X coordinate is XlMax
  • the maximum Y coordinate is Is YlMax
  • the distance between vertices in the longitude direction is Xdiv
  • the distance between vertices in the latitude direction is Ydiv.
  • the number of vertices in the longitude direction composing the terrain model is XNum
  • the number of vertices in the latitude direction is YNum
  • XNum and YNum are all the same in each terrain model.
  • XNum and YNum may be different numbers.
  • the building bottom surface range of the building model calculated in step ST4 and the minimum X and Y coordinates and the maximum X and Y coordinates of each terrain model stored in the terrain model database 5 are as follows. A comparison is made using the following formula (1), and only those having a true result are extracted. By performing extraction using Expression (1), it is possible to extract all terrain models that partially overlap the building bottom surface range.
  • the terrain vertex composition unit 7 synthesizes the terrain models adjacent in the terrain model extracted in step ST4 to generate a set of terrain vertices (step ST6).
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the composition of the terrain model by the terrain vertex composition unit 7, FIG. 6 (a) shows each terrain model before composition, and FIG. 6 (b) shows the terrain model after composition. .
  • FIG. 6A when, for example, four terrain models C, D, E, and F are extracted in step ST5, the smallest XlMin among the four terrain models C, D, E, and F is extracted.
  • a value (XlMinMin), a maximum XlMax value (XlMaxMax), a minimum YlMin value (YlMinMin), and a maximum YlMax value (YlMaxMax) are obtained.
  • XlMinMin is the value of XlMin of the terrain model C
  • XlMaxMax is the value of XlMax of the terrain model E
  • YlMinMin is the value of YlMin of the terrain model C
  • YlMaxMax is the value of YlMax of the terrain model F.
  • the longitude direction vertex number XcNum and the latitude direction vertex YcNum of the combined vertex set are calculated based on the following equation (2).
  • a composite vertex storage buffer having an area for storing vertices of XcNum ⁇ YcNum is created.
  • the vertex coordinates of each terrain model are set in the combined vertex storage buffer using the following equation (3) to complete the terrain vertex set.
  • P c (i, j) is i-th in the longitude direction (i starts from 0) from the southwest end in the composite vertex storage buffer to be set, and j-th (j is in the latitude direction).
  • P l [s, t] (m, n) is the m-th (m is the m) in the longitude direction in the terrain model having X, Y coordinates (s, t) as XlMin, YlMin.
  • n-th vertex coordinate (n starts from 0) in the latitude direction
  • floor is a floor function that rounds off the decimal part.
  • a terrain vertex set G is generated.
  • the bottom surface intersection point calculation unit 8 calculates an intersection point between the line segment formed by the vertex formed when the topographic vertex set generated in step ST6 is projected on the horizontal plane and the outer peripheral line segment of the building bottom surface when the building bottom surface is projected on the horizontal plane. Calculate (step ST7).
  • the intersection point calculation is performed by dividing the line segment formed by the terrain vertex set into three points: an intersection point with a line segment parallel to a meridian line, an intersection point with a line segment parallel to a latitude line, and an intersection point with an oblique line.
  • the X coordinate of the line segment parallel to the meridian among the line segments formed by the set of topographic vertices between Xa and Xb is calculated using the following equation (5).
  • Yk is calculated by substituting all Xk calculated using the above-described equation (5) into the above-described equation (4).
  • This set of (X k , Y k ) becomes the coordinates of the intersection of the line segment formed by the two vertices of the bottom of the building and the line segment parallel to the meridian among the line segments formed by the terrain vertex set.
  • the above-described process is a process for one line segment on the outer periphery of a certain building bottom surface. By performing this process for all the line segments on the outer periphery, the calculation of the intersection point with the line segment parallel to the meridian is completed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the intersection of the outer periphery of the building bottom surface H and the line segment parallel to the meridian among the line segments formed by the topography vertex set G.
  • X k is calculated by substituting all Y k calculated using the above-described equation (6) into the above-described equation (4).
  • This set of (X k , Y k ) is the coordinates of the intersection of the line segment formed by the two vertices of the building bottom and the line segment parallel to the latitude line among the line segments formed by the terrain vertex set.
  • the above-described processing is processing for one line segment on the outer periphery of a certain building bottom, but by performing this processing for all the line segments on the outer periphery, calculation of intersections with line segments parallel to the parallels is completed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the intersection of the outer periphery of the building bottom H and a line segment parallel to the latitude line among the line segments formed by the topography vertex set G.
  • the outer periphery of the bottom face H of the building intersects with line segments g3, g4, and g5 parallel to the latitude line at intersections H5, H6, H7, H8, H9, and H10.
  • FIG. 9 shows topographical vertices for one grid of the topographical vertex set. As shown in FIG. 9, the angle formed between the oblique line and the latitude line is ⁇ (0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ / 2), and sin ⁇ and cos ⁇ are calculated.
  • FIG. 10 is a diagram showing the coordinate transformation according to the above-described equation (7)
  • FIG. 10 (a) shows the building bottom surface H and the terrain vertex set G before the coordinate transformation
  • FIG. 10 (b) shows the building after the coordinate transformation.
  • a bottom surface H ′ and a topographic vertex set G ′ are shown.
  • a point G0 (XlMinMin, YlMinMin) composed of the minimum X coordinate value and the minimum Y coordinate value in the terrain vertex set G is translated to the origin O by the matrix T of Expression (7).
  • the matrix R is rotated by an angle ⁇ in the y-axis direction.
  • the diagonal line formed by the point vertex set G ′ is parallel to the x-axis direction.
  • both end coordinates (X a , Y a ) and (X b , Y b ) of the outer peripheral line segment with the building bottom are (X a ′, Y a ′), (X b ', Y b' is converted into).
  • a linear equation passing through both the converted coordinates is calculated using the following equation (8).
  • the Y ′ coordinate of the diagonal line is calculated among the line segments formed by the set of topographic vertices between Ya ′ and Yb ′.
  • This can be calculated by Y k ′ shown by the following equation (9).
  • X k ′ is calculated by substituting all Y k ′ calculated using the above-described equation (9) into the above-described equation (8).
  • This set of (X k ′, Y k ′) is the coordinates of the intersection of the line segment formed by the two vertices of the bottom of the building and the diagonal line in the line segment formed by the terrain vertex set.
  • the processing described above is processing for one line segment on the outer periphery of a building bottom, but by performing this processing for all the line segments on the outer periphery of the building bottom, the intersections with diagonal lines in the X′Y ′ space are calculated. Is done.
  • FIG. 11 is a diagram showing intersections between the outer periphery of the building bottom surface H ′ and line segments parallel to the diagonal lines among the line segments formed by the topography vertex set G ′.
  • the outer periphery of the building bottom H ′ intersects with line segments g6, g7, g8, and g9 parallel to the oblique lines at intersections H11, H12, H13, H14, H15, H16, H17, H18, and H19. Shows the case.
  • FIG. 12 shows all the intersections calculated by the above-described three intersection calculation processes shown in (1) to (3).
  • the outer line segment of the building bottom surface H and the line segment formed by the topography vertex set G are shown in FIG. It becomes an intersection.
  • the all-point height calculation unit 9 uses the terrain vertex set to calculate the X and Y coordinate positions of the intersection calculated in step ST6 and the heights of the vertices constituting the building bottom at the X and Y coordinate positions. Calculate (see FIG. 13). In calculating the heights of the vertices constituting the building bottom at the X and Y coordinate positions, it is first determined in which triangle of the terrain vertex set each vertex is present (step ST8).
  • step ST9 the terrain height Z 1 at the X and Y coordinate positions of the investigation target vertex is calculated according to the following equation (11) (step ST9).
  • step ST8 and step ST9 By performing the processing of step ST8 and step ST9 on the intersection of the line segment formed by the set of topographical vertices and the outer peripheral line segment of the building bottom, and the vertex constituting the bottom of the building, the set of topographic heights at those points (Vertex height set) is calculated.
  • the reference height calculation unit 10 extracts the lowest point in the vertex height set calculated in step ST7, and sets the extracted vertex height as the reference height (step ST10).
  • the building height correction unit 11 calculates the difference between the reference height calculated in step ST10 and the vertex height calculated in step ST9, and uses the calculated difference value as the height of all the vertices constituting the building model. By adding to the height, the height of the building model is corrected (step ST11), and the process ends.
  • the bottom surface intersection calculation unit 8 that calculates the intersection point where the outer periphery of the building bottom surface and the topography vertex set intersect, and the intersection point calculated by the bottom surface intersection calculation unit 8 is the highest.
  • a building model that extracts a point having a low height matches the height of the bottom of the building with the reference height calculation unit 10 that uses the height of the extracted vertex as a reference height, and the reference height calculated by the reference height calculation unit 10 Since the building height correction unit 11 for adjusting the height of the building is provided, the terrain model can be buried without being buried more than necessary without causing a gap between the terrain model and the building model. The amount can also be minimized.
  • the building model is expressed by a hexagonal column
  • the expression of the building model is not limited to the hexagonal column, and all polygons can be applied.
  • the direction of the oblique line of the terrain model indicates a line connecting the southeast and the northwest, but it may be a line connecting the southwest and the northeast.
  • the reference height calculation unit 10 has shown the case where the lowest value in the vertex height set is set as the reference height, but the terrain model is buried in the building model. In consideration of the amount of burial, for example, an average value or median value of the vertex height set can be set.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of the three-dimensional information processing apparatus according to the second embodiment.
  • the three-dimensional information processing apparatus 100 ′ illustrated in FIG. 14 is different from the three-dimensional information processing apparatus 100 according to the first embodiment illustrated in FIG. 1 in the correction mode input unit 12, the correction processing selection unit 13, the base texture database 14, and A base model generation unit 15 is additionally provided.
  • the same or corresponding parts as those of the components of the three-dimensional information processing apparatus 100 shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1 and the description thereof is omitted or simplified. .
  • the correction mode input unit 12 receives a correction mode input from the user.
  • the correction process selection unit 13 selects whether the subsequent correction process is performed by the building height correction unit 11 or the base model generation unit 15 according to the correction mode input via the correction mode input unit 12.
  • the foundation texture database 14 is a database that accumulates a plurality of foundation images.
  • the foundation model generation unit 15 uses the vertexes that constitute the building bottom extracted by the building bottom extraction unit 3, the reference height calculated by the reference height calculation unit 10, and the foundation texture accumulated in the foundation texture database 14. A model is generated, and the generated base model is added to the building model.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional information processing apparatus according to the second embodiment.
  • the same steps as those of the three-dimensional information processing apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 2, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the input mode input via the correction mode input unit 12 is either the height correction mode or the base addition mode, and the height of the building is adjusted according to the user's intention regarding the correction of the building model. It is assumed that it has a function capable of selecting either to fill a gap with a base texture without changing the height of the building.
  • the correction mode input unit 12 receives an input of the correction mode from the user (step ST21).
  • the correction process selection unit 13 determines whether the correction mode received in step ST21 is the height correction mode or the base addition mode (step ST22).
  • the building height correction unit 11 corrects the height of the building model (step ST11) and ends the process.
  • the base model generation unit 15 changes the vertices constituting the building bottom extracted in step ST2 and the heights of those vertices to the reference height calculated in step ST10.
  • a vertex group based on the vertices is generated (step ST23).
  • a polygonal column is generated by connecting each vertex on the bottom of the building and the vertex after the change to the reference height with a line segment, and a base model is acquired (step ST24).
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing acquisition of a base model
  • FIG. 16 (a) is an overhead view showing a change to the reference height of vertices constituting the building bottom
  • FIG. 16 (b) is a base model. It is an overhead view which shows the production
  • step ST23 the vertices I1, I2, I3, I4, I5, I6 constituting the building bottom are changed to the reference height, and the changed vertices J1, J2, J3, J4, J5, and J6 are generated.
  • step ST23 the vertices I1, I2, I3, I4, I5, I6 constituting the building bottom are changed to the reference height, and the changed vertices J1, J2, J3, J4, J5, and J6 are generated.
  • step ST23 the vertices I1, I2, I3, I4, I5, I6 constituting the building bottom are changed to the reference height, and the changed vertices J1, J2, J3, J4, J5, and J6 are generated.
  • the vertex I1 and the vertex J1 are the line segment K1
  • the vertex I2 and the vertex J2 are the line segment K2
  • the vertex I3 and the vertex J3 are the line segment K3.
  • Vertex I4 and vertex J4 are connected by line segment K4
  • vertex I5 and vertex J5 are connected by line segment K5
  • vertex I6 and vertex J6 are connected by line segment K6, hexagonal column L is generated, and a base model is acquired.
  • the base model acquired in step ST24 is only a plurality of vertex information, and the display colors in multiple faces are indeterminate, so the base model generation unit 15 selects one of the base textures stored in the base texture database 14. One base texture is selected (step ST25).
  • the base model generation unit 15 sets the base texture selected in step ST25 as the mapping texture of the base model acquired in step ST24, adds the base model to the building model (step ST26), and ends the process.
  • one appropriate base texture may be selected at random, or a texture set corresponding to the city where the building exists or the material of the building has a one-to-one correspondence is prepared in advance. It is also possible to search for the set according to the location and material of the building, select a texture, and select a foundation model that looks according to the atmosphere of the land.
  • the polygon formed by the vertex constituting the building bottom is defined as the top surface of the polygonal column, and the outer periphery of the building bottom Since a polygonal column is created with the polygon formed by the vertex of the minimum height among the intersections of the terrain as the lower surface of the polygonal column, it is configured as a base model, and the base model is added to the building model.
  • the base model is added to the building model.
  • the base model creation unit 15 has a configuration in which the shape of the upper surface and the lower surface of the base model is the same shape as the bottom surface of the building. It can also be generated as a rectangular parallelepiped using a shape, and it is a shape that includes a building in the XY direction, and the height of the upper surface is the height of the bottom surface of the building and the height of the lower surface is the reference height A base model having the same effect can be created with any shape as long as it is a prism.
  • the three-dimensional information processing apparatus has a three-dimensional map bird's-eye display function that places a building model such as a commercial facility on a undulating three-dimensional terrain model and views them overhead.
  • the present invention can be applied to a navigation device provided, and can suppress display data inconsistency caused by a positioning error included in actually-positioned data.

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Abstract

　地形頂点合成部７が生成した地形モデルの頂点集合の成す線分と、建物底面抽出部３が抽出した建物モデルの底面の外周線分との交点を算出する底面交点算出部８と、底面交点算出部８が算出した各交点および建物モデルの底面を構成する各頂点における地形モデルの高さを算出する全点高さ算出部９と、全点高さ算出部９が算出した地形モデルの高さから、所定領域の３次元情報における基準高さを算出する基準高さ算出部１０と、基準高さ算出部１０が算出した基準高さと、全点高さ算出部９が算出した建物モデルの底面を構成する頂点における地形モデルの高さとの差分を用いて、建物モデルの高さを補正する建物高さ補正部１１とを備える。

Description

３次元情報処理装置
　この発明は、建物などの３次元モデルの高さ方向の表示情報を調整する３次元情報処理装置に関するものである。
　例えば、カーナビゲーションなどの地図表示機能を備えた機器は、起伏のある３次元の地形モデル上に商業施設などの建物モデルを配置し、当該地形モデルおよび建物モデルを俯瞰視する３次元地図俯瞰表示機能を備えている。３次元地図俯瞰表示機能を実現するためのデータは、一般的に地図データ作成会社から提供される３次元情報である地形モデルや建物モデルであり、これらの３次元情報は実地測位されたデータに基づいて作成される。しかし、地形や建物の３次元情報の測位には誤差が含まれることから、当該３次元情報に基づく３次元地図を表示した場合に、地形モデルに対して建物モデルが浮く、または地形モデルに対して建物モデルが沈むという問題があった。
　この対策として、特許文献１では実際の地形に即した標高修正処理として、処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を３次元地形データから抽出し、抽出した標高のうち最大値を当該建物の基準標高として建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算し、また抽出した標高のうち最小値を当該建物の底面標高として建物底面の各頂点の高さ座標に加算することにより、建物モデルが地形モデルから浮く、または地形モデルに対して建物モデルが沈むのを抑制している。
特開２００１－２６６１７７号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、建物底面の各頂点座標の標高のみを考慮しているため、建物底面の位置に存在する地形の起伏が大きく、且つ建物底面の頂点間の距離が長い場合には、地形モデルと建物モデルとの間に隙間が生じる、または地形モデルに対して建物モデルが沈み過ぎるという課題があった。
　例えば、ある建物底面の２頂点の標高が共に５ｍであり、当該２頂点間で地形の標高が最小で０ｍとなる場合に、本来であれば建物底面の標高を０ｍに合わせるべきであるが、建物底面の標高を５ｍに合わせてしまい、結果として地形モデルに対して建物モデルが浮いてしまう。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、地形の起伏が大きく、且つ建物底面の頂点間の距離が長い場合であっても、地形モデルに対して建物モデルが浮く、あるいは地形モデルに対して建物モデルが沈み過ぎるのを抑制することを目的とする。
　この発明に係る３次元情報処理装置は、多角柱で表現された構造物モデルの底面を抽出する構造物底面抽出部と、構造物底面抽出部が抽出した構造物モデルの底面に外接する矩形を構造物モデルの底面範囲として算出する構造物底面範囲算出部と、地形モデルの集合を蓄積した地形モデルデータベースを参照し、構造物底面範囲算出部が算出した構造物モデルの底面範囲を含む地形モデルを抽出する地形モデル抽出部と、地形モデル抽出部が抽出した複数の地形モデルを合成し、構造物モデルの底面範囲を含む地形モデルの頂点集合を生成する地形頂点合成部と、地形頂点合成部が生成した地形モデルの頂点集合の成す線分と、構造物底面抽出部が抽出した構造物モデルの底面の外周線分との交点を算出する底面交点算出部と、底面交点算出部が算出した各交点および構造物モデルの底面を構成する各頂点における地形モデルの高さを算出する全点高さ算出部と、全点高さ算出部が算出した地形モデルの高さから、所定領域の３次元情報における基準高さを算出する基準高さ算出部と、基準高さ算出部が算出した基準高さと、全点高さ算出部が算出した構造物モデルの底面を構成する頂点における地形モデルの高さとの差分を用いて、構造物モデルの高さを補正する構造物高さ補正部とを備えるものである。
　この発明によれば、地形モデルに対して建物モデルが浮く、あるいは地形モデルに対して建物モデルが沈み過ぎるとの不具合の発生を抑制した３次元情報を提供することができる。
実施の形態１による３次元情報処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１による３次元情報処理装置の建物データベースに蓄積された建物モデルの一例を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の建物底面範囲の算出の一例を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の地形データベースに蓄積された地形モデルの一例を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の地形モデルの合成を示す説明図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の経線に平行な線分との交点の算出を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の緯線に平行な線分との交点の算出を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の斜め線に平行な線分との交点の算出を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の斜め線に平行な線分との交点の算出を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の斜め線に平行な線分との交点の算出を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の建物底面の外周線分と地形頂点集合の成す線分との交点を示す図である。 実施の形態１による３次元情報処理装置の全点高さ算出部の算出例を示す図である。 実施の形態２による３次元情報処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２による３次元情報処理装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による３次元情報処理装置の土台モデルの取得を示す説明図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。また、以下の各実施の形態では、所定領域の地形を３次元座標で示した地形モデルと、所定領域内に位置する建物を３次元座標で示した建物モデルを用いて説明を行うが、建物に限定されることなく、３次元情報内に含まれる種々の構造物などを対象とすることが可能である。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による３次元情報処理装置の構成を示すブロック図である。
　３次元情報処理装置１００は、建物モデルデータベース１、建物モデル入力部２、建物底面抽出部（構造物底面抽出部）３、建物底面範囲算出部（構造物底面範囲算出部）４、地形モデルデータベース５、地形モデル抽出部６、地形頂点合成部７、底面交点算出部８、全点高さ算出部９、基準高さ算出部１０および建物高さ補正部（構造物高さ補正部）１１で構成されている。
　建物モデルデータベース１は、任意の地図範囲に存在する複数の建物を３次元モデル化して表現した建物モデルを蓄積したデータベースである。建物モデル入力部２は、建物モデルデータベース１から１つの建物に関する建物モデルを取得する。建物底面抽出部３は、建物モデル入力部２が取得した建物モデルの底面を構成する頂点を抽出する。建物底面範囲算出部４は、建物モデルの底面の頂点から、地図上の建物の存在する範囲を算出する。地形モデルデータベース５は、地形を３次元モデル化して表現した地形モデルを蓄積したデータベースである。地形モデル抽出部６は、地形モデルデータベース５から、建物底面範囲算出部４が算出した範囲に存在する全ての地形モデルを抽出する。地形頂点合成部７は、地形モデル抽出部６が抽出した地形モデルの中で隣接する地形モデル同士を合成して１つの頂点群にまとめる。
　底面交点算出部８は、合成された地形頂点が成す全ての線分を水平面上へ投影した２次元の線分群と、建物底面の外周線分を水平面上へ投影した２次元の線分群の交点を算出する。全点高さ算出部９は、底面交点算出部８が取得した全交点の高さと、建物底面を構成する頂点における高さを算出する。基準高さ算出部１０は、全点高さ算出部９が算出した全ての頂点の高さを用いて、補正後の建物モデルの高さを算出する。建物高さ補正部１１は、基準高さ算出部１０が算出した高さを用いて建物モデルを構成する全頂点の高さを補正し、建物モデルを再構築する。
　次に、３次元情報処理装置の動作について図２のフローチャートおよび図３から図１２の説明図を参照しながら説明を行う。
　図２は、実施の形態１による３次元情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
　まず、建物モデル入力部２は、建物モデルデータベース１から建物モデルを１つ取得する（ステップＳＴ１）。図３は建物データベース１に蓄積された建物モデルの一例を示す図であり、図３（ａ）はその俯瞰図を示し、図３（ｂ）はその水平面投影図を示している。建物モデルは、図３（ａ）に示すような六角柱の集合であり、各頂点の３次元座標はＸ，Ｙ座標が緯度経度座標であり、Ｚ座標が標高（ｍ系）である。ステップＳＴ１の処理では、図３に示すような六角柱のデータが取得される。
　次に、建物底面抽出部３は、ステップＳＴ１で取得された建物モデルから建物の底面を構成する頂点のみを抽出する（ステップＳＴ２）。詳細には、建物モデルを構成する頂点の中でＺ値（高さ）が最小である頂点のみを抽出する。建物底面範囲算出部４は、ステップＳＴ２で抽出された建物の底面を構成する各頂点のＸ，Ｙ座標から、最小のＸ，Ｙ座標、最大のＸ，Ｙ座標を抽出し（ステップＳＴ３）、抽出した最小のＸ，Ｙ座標、最大のＸ，Ｙ座標を組み合わせて得られる点で囲まれる範囲を建物底面範囲として算出する（ステップＳＴ４）。
　図４は、建物底面範囲算出部４による建物底面範囲の算出の一例を示す図であり、建物底面および建物底面範囲を水平面に投影した水平面投影図を示している。
　図４を参照しながら建物底面範囲の算出手法を詳細に説明する。ステップＳＴ３として、建物底面抽出部３が抽出した全ての建物底面頂点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６のＸ，Ｙ座標を用いて、その中から最小のＸ座標（ＸｂＭｉｎ）、最小のＹ座標（ＹｂＭｉｎ）、最大のＸ座標（ＸｂＭａｘ）、最大のＹ座標（ＹｂＭａｘ）を抽出する。続いてステップＳＴ４として、抽出した座標を組み合わせて得られる頂点Ｂ１（ＸｂＭｉｎ、ＹｂＭｉｎ）、頂点Ｂ２（ＸｂＭａｘ、ＹｂＭｉｎ）、頂点Ｂ３（ＸｂＭｉｎ、ＹｂＭａｘ）、頂点Ｂ４（ＸｂＭａｘ、ＹｂＭａｘ）の４点で囲まれる範囲Ｂを建物底面範囲Ｂとして算出する。図４に示すように建物底面範囲Ｂは、建物底面を水平面に投影した際に得られる範囲に外接する外接矩形と等価である。
　地形モデル抽出部６は、ステップＳＴ４で算出した建物底面範囲に重複する地形モデルを、地形モデルデータベース５から抽出する（ステップＳＴ５）。
　図５は、地形データベース５に蓄積された地形モデルの一例を示す図であり、図５（ａ）はその俯瞰図を示し、図５（ｂ）はその水平面投影図を示している。図５（ａ）に示すように、地形モデルは建物モデルと同様に頂点のＸ，Ｙ座標は緯度経度、Ｚ座標は標高（ｍ系）である。また、地形モデルを水平面投影した場合、図５（ｂ）に示すように緯線経線に平行な直線からなる格子を構成する頂点の集合からなるメッシュモデルの集合となる。
　図５（ｂ）に示すように、１つの地形モデルを構成する各頂点の座標の中で、最小のＸ座標はＸｌＭｉｎ、最小のＹ座標はＹｌＭｉｎ、最大のＸ座標はＸｌＭａｘ、最大のＹ座標はＹｌＭａｘであり、経度方向の頂点間距離はＸｄｉｖ、緯度方向の頂点間距離はＹｄｉｖであるものとする。また、地形モデルを構成する経度方向の頂点数をＸＮｕｍ、緯度方向の頂点数をＹＮｕｍとした場合に、ＸＮｕｍとＹＮｕｍは各地形モデルにおいて全て同数であるものとする。なお、ＸＮｕｍとＹＮｕｍはそれぞれ異なる数であってもよい。
　地形モデルの抽出の詳細としては、ステップＳＴ４で算出した建物モデルの建物底面範囲と、地形モデルデータベース５に蓄積された各地形モデルの最小のＸ，Ｙ座標および最大のＸ，Ｙ座標とを、以下の式（１）を用いて比較し、結果が真のもののみを抽出する。式（１）を用いた抽出を行うことにより建物底面範囲に一部でも重複する地形モデルを全て抽出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　地形頂点合成部７は、ステップＳＴ４で抽出された地形モデルの中で隣接する地形モデル同士を合成し、地形頂点集合を生成する（ステップＳＴ６）。
　図６は地形頂点合成部７による地形モデルの合成を示す説明図であり、図６（ａ）は合成前の各地形モデルを示し、図６（ｂ）は合成後の地形モデルを示している。
　図６（ａ）に示すように、ステップＳＴ５において例えば４つの地形モデルＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆが抽出された場合に、４つの地形モデルＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆの中で最小のＸｌＭｉｎの値（ＸｌＭｉｎＭｉｎ）、最大のＸｌＭａｘの値（ＸｌＭａｘＭａｘ）、最小のＹｌＭｉｎの値（ＹｌＭｉｎＭｉｎ）、最大のＹｌＭａｘの値（ＹｌＭａｘＭａｘ）を取得する。図６（ａ）の場合、ＸｌＭｉｎＭｉｎは地形モデルＣのＸｌＭｉｎの値、ＸｌＭａｘＭａｘは地形モデルＥのＸｌＭａｘの値、ＹｌＭｉｎＭｉｎは地形モデルＣのＹｌＭｉｎの値、ＹｌＭａｘＭａｘは地形モデルＦのＹｌＭａｘの値となる。
　次に、以下の式（２）に基づいて、合成後の頂点集合の経度方向頂点数ＸｃＮｕｍおよび緯度方向頂点ＹｃＮｕｍを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　算出後、ＸｃＮｕｍ×ＹｃＮｕｍの頂点を保存する領域を持つ合成頂点保存バッファを作成する。
　次に、以下の式（３）を用いて合成頂点保存バッファへ各地形モデルの頂点座標を設定し、地形頂点集合を完成させる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　上述した式（３）において、Ｐｃ（ｉ，ｊ）は設定対象である合成頂点保存バッファ内の南西端から経度方向にｉ番目（ｉは０から開始）、緯度方向にｊ番目（ｊは０から開始）の頂点座標であり、Ｐｌ［ｓ，ｔ］（ｍ，ｎ）はＸ，Ｙ座標（ｓ，ｔ）をＸｌＭｉｎ，ＹｌＭｉｎとして持つ地形モデル内の経度方向にｍ番目（ｍは０から開始）、緯度方向にｎ番目（ｎは０から開始）の頂点座標を示し、ｆｌｏｏｒは小数点以下を切り捨てる床関数である。図６（ｂ）に示した合成後の地形モデルでは、地形頂点集合Ｇが生成される。
　底面交点算出部８は、ステップＳＴ６で生成された地形頂点集合を水平面へ投影した際にできる頂点の成す線分と、建物底面を水平面へ投影した際の建物底面の外周線分との交点を算出する（ステップＳＴ７）。交点算出は、地形頂点集合の成す線分の中で、経線に平行な線分との交点、緯線に平行な線分との交点、斜め線との交点の３つに分けて算出する。
（ａ）経線に平行な線分との交点算出
　建物底面の外周を成す線分ごとに、地形頂点集合の成す線分の中で経線に平行な線分との交点を算出する。建物底面のある外周の線分の両端座標をそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。なお、Ｘａ≦Ｘｂの関係を満たすものとする。まず、以下の式（４）を用いて２頂点を通る直線式を算出する。
　ｙ＝（Ｙｂ－Ｙａ）（ｘ－Ｘａ）／（Ｘｂ－Ｘａ）＋Ｙａ　　・・・（４）
　次に、ＸａとＸｂの間にある地形頂点集合の成す線分の中で経線に平行な線分のＸ座標を、以下の式（５）を用いて算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　上述した式（５）を用いて算出したＸｋ全てを、上述した式（４）に代入してＹｋを算出する。この（Ｘｋ，Ｙｋ）の集合が建物底面の２頂点の成す線分と、地形頂点集合の成す線分の中で経線に平行な線分との交点の座標となる。上述した処理はある建物底面の外周の１線分についての処理であるが、これを外周上の全ての線分について行うことにより、経線に平行な線分との交点算出が完了する。
　図７は、建物底面Ｈの外周と、地形頂点集合Ｇの成す線分の中で経線に平行な線分との交点を示す図である。図７に示す例では、建物底面Ｈの外周が経線に平行な線分ｇ１，ｇ２と交点Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４で交わる場合を示している。
（ｂ）緯線に平行な線分との交点算出
　建物底面の外周を成す線分ごとに、地形頂点集合の成す線分の中で緯線に平行な線分との交点を算出する。建物底面のある外周の線分の両端座標をそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。なお、Ｙａ≦Ｙｂの関係を満たすものとする。まず、ＹａとＹｂの間にある地形頂点集合の成す線分の中で緯線に平行な線分のＹ座標を、以下の式（６）を用いて算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　上述した式（６）を用いて算出したＹｋ全てを、上述した式（４）に代入してＸｋを算出する。この（Ｘｋ，Ｙｋ）の集合が建物底面の２頂点の成す線分と、地形頂点集合の成す線分の中で緯線に平行な線分との交点の座標となる。上述した処理はある建物底面の外周の１線分についての処理であるが、これを外周上の全ての線分について行うことで、緯線に平行な線分との交点算出が完了する。
　図８は、建物底面Ｈの外周と、地形頂点集合Ｇの成す線分の中で緯線に平行な線分との交点を示す図である。図８に示す例では、建物底面Ｈの外周が緯線に平行な線分ｇ３，ｇ４，ｇ５と、交点Ｈ５，Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１０で交わる場合を示している。
（ｃ）斜め線との交点算出
　建物底面の外周を成す線分ごとに、地形頂点集合の成す線分の中で斜め線との交点を算出する。建物底面のある外周の線分の両端座標をそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。ここで、図９では地形頂点集合の格子１つ分の地形頂点を示している。図９で示すように斜め線と緯線とのなす角をθ（０≦θ≦π／２）とし、ｓｉｎθ、ｃｏｓθを算出する。ｔａｎθ＝ＹＤｉｖ／ＸＤｉｖであるため、三角関数を用いて容易に算出できる。次に、斜め線がＸ軸と平行であり、かつ地形頂点集合の南西端点が原点に位置するような空間であるＸ´Ｙ´空間へ座標変換する。座標は以下の式（７）を用いて変換する。行列Ｔにより原点へ平行移動させ、行列Ｒによりｙ軸方向に角度θ回転させる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　図１０は上述した式（７）による座標変換を示す図であり、図１０（ａ）は座標変換前の建物底面Ｈおよび地形頂点集合Ｇを示し、図１０（ｂ）は座標変換後の建物底面Ｈ´および地形頂点集合Ｇ´を示している。
　図１０（ａ）において地形頂点集合Ｇのうち、最小のＸ座標値および最小のＹ座標値で構成される点Ｇ０（ＸｌＭｉｎＭｉｎ，ＹｌＭｉｎＭｉｎ）を、式（７）の行列Ｔで原点Ｏまで平行移動させ、さらに行列Ｒでｙ軸方向に角度θ回転させる。これにより、地点頂点集合Ｇ´の成す斜め線が、ｘ軸方向と平行となる。
　式（７）を用いた座標変換により、建物底面のある外周の線分の両端座標（Ｘａ，Ｙａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ）は（Ｘａ´，Ｙａ´）、（Ｘｂ´，Ｙｂ´）に変換される。当該変換された両座標を通る直線式を以下の式（８）を用いて算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　次に、Ｙａ´とＹｂ´の間にある地形頂点集合の成す線分の中で斜め線のＹ´座標を算出する。これは以下の式（９）で示すＹｋ´により算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　上述した式（９）を用いて算出したＹｋ´全てを、上述した式（８）に代入して、Ｘｋ´を算出する。この（Ｘｋ´，Ｙｋ´）の集合が建物底面の２頂点の成す線分と、地形頂点集合の成す線分の中で斜め線との交点の座標となる。上述した処理はある建物底面の外周の１線分についての処理であるが、この処理を建物底面外周上の全ての線分について行うことにより、Ｘ´Ｙ´空間における斜め線との交点が算出される。
　図１１は、建物底面Ｈ´の外周と、地形頂点集合Ｇ´の成す線分の中で斜め線に平行な線分との交点を示す図である。図１１に示す例では、建物底面Ｈ´の外周が斜め線に平行な線分ｇ６，ｇ７，ｇ８，ｇ９と、交点Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５，Ｈ１６，Ｈ１７，Ｈ１８，Ｈ１９で交わる場合を示している。これらの頂点に対してＲ＊Ｔ行列の逆行列を作用させることにより、斜め線に平行な線分との最終的な交点を得ることができる。
　図１２は、上述した（１）から（３）で示した３つの交点算出処理により算出された交点すべてを示しており、建物底面Ｈの外周線分と地形頂点集合Ｇの成す線分との交点となる。
　次に、全点高さ算出部９は、ステップＳＴ６で算出された交点のＸ，Ｙ座標位置と、建物底面を構成する頂点のＸ，Ｙ座標位置における高さを、地形頂点集合を用いて算出する（図１３参照）。建物底面を構成する頂点のＸ，Ｙ座標位置における高さの算出では、まず各頂点が地形頂点集合のいずれの三角形に存在するか判定する（ステップＳＴ８）。ここで調査対象である頂点のＸ，Ｙ座標を（Ｘｔ，Ｙｔ）とすると、調査対象の頂点が存在する三角形の３つの頂点Ｐｔｒｉ０、Ｐｔｒｉ１、Ｐｔｒｉ２はそれぞれ以下の式（１０）で示す通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　上述の三角形の３つの頂点Ｐｔｒｉ０、Ｐｔｒｉ１、Ｐｔｒｉ２を用いて、以下の式（１１）に従って、調査対象頂点のＸ，Ｙ座標位置における地形の高さＺｌを算出する（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ８およびステップＳＴ９の処理を地形頂点集合の成す線分と建物底面の外周線分との交点、および建物底面を構成する頂点に対して実行することにより、それらの地点における地形の高さ集合（頂点高さ集合）が算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　基準高さ算出部１０は、ステップＳＴ７で算出された頂点高さ集合の中で最も高さの低い点を抽出し、抽出した頂点の高さを基準高さとする（ステップＳＴ１０）。最後に、建物高さ補正部１１は、ステップＳＴ１０で算出された基準高さとステップＳＴ９で算出された頂点高さの差分を算出し、算出した差分値を建物モデルを構成する全ての頂点の高さに加算することにより、建物モデルの高さ補正を行い（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。
　以上のように、この実施の形態１によれば、建物底面の外周と地形頂点集合とが交わる交点を算出する底面交点算出部８と、底面交点算出部８が算出した交点の中で最も高さの低い点を抽出し、抽出した頂点の高さを基準高さとする基準高さ算出部１０と、基準高さ算出部１０が算出した基準高さに建物底面の高さを合わせて建物モデルの高さを調整する建物高さ補正部１１を備えるように構成したので、地形モデルと建物モデルとの間に隙間を生じさせることなく、且つ必要以上に地形モデルを地形へ埋もれさせることなく埋もれる量も最小に抑制することができる。
　なお、上述した実施の形態１では、建物モデルを六角柱で表現する場合を示したが、建物モデルの表現は六角柱に限定することなく全ての多角形を適用することができる。
　また、上述した実施の形態１では、地形モデルの斜め線の方向は南東と北西を結ぶ線を示したが、南西と北東を結ぶ線としてもよい。
　また、上述した実施の形態１では、基準高さ算出部１０が頂点高さ集合の中で最も高さの低い値を基準高さとする場合を示したが、地形モデルが建物モデルに対して埋もれる埋もれ量を考慮して、例えば頂点高さ集合の平均値や中央値を設定することも可能である。
実施の形態２．
　上述した実施の形態１では、地形モデルを構成する頂点の高さを変更することにより地形モデルと建物モデル間に隙間が生じるのを抑制する構成を示したが、この実施の形態２では建物モデルの位置を変えずに地形モデルとの隙間を埋めるために、地形モデルと建物モデルとの間に新たなモデルを作成する構成について説明する。
　図１４は、実施の形態２による３次元情報処理装置の構成を示すブロック図である。
　図１４で示した３次元情報処理装置１００´は、図１で示した実施の形態１の３次元情報処理装置１００に対して補正モード入力部１２、補正処理選択部１３、土台テクスチャデータベース１４および土台モデル生成部１５を追加して設けている。なお、以下では、実施の形態１で示した３次元情報処理装置１００の構成要素と同一または相当する部分には図１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　補正モード入力部１２は、ユーザからの補正モードの入力を受け付ける。補正処理選択部１３は、補正モード入力部１２を介して入力された補正モードに応じて、以降の補正処理を建物高さ補正部１１により行うか、あるいは土台モデル生成部１５により行うか選択する。土台テクスチャデータベース１４は、複数の土台用画像を蓄積するデータベースである。土台モデル生成部１５は、建物底面抽出部３が抽出した建物底面を構成する頂点、基準高さ算出部１０が算出した基準高さ、および土台テクスチャデータベース１４に蓄積された土台テクスチャを用いて土台モデルを生成し、生成した土台モデルを建物モデルに付加する。
　次に、実施の形態２による３次元情報処理装置１００´の動作について説明する。図１５は実施の形態２による３次元情報処理装置の動作を示すフローチャートである。なお、以下では実施の形態１による３次元情報処理装置と同一のステップには図２で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
　この実施の形態２では、補正モード入力部１２を介して入力される入力モードは、高さ補正モードと土台付加モードのいずれかとし、建物モデルの補正に関してユーザの意図に従って建物の高さを調整する、あるいは建物の高さを変えずに土台テクスチャにより隙間を埋めるいずれかを選択可能な機能を有するものとする。
　ステップＳＴ１０で基準高さ算出部１０が基準高さを算出すると、補正モード入力部１２はユーザからの補正モードの入力を受け付ける（ステップＳＴ２１）。補正処理選択部１３は、ステップＳＴ２１で受け付けた補正モードが高さ補正モードであるか、土台付加モードであるか判定を行う（ステップＳＴ２２）。高さ補正モードであると判定された場合、建物高さ補正部１１は建物モデルの高さ補正を行い（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。
　一方、土台付加モードであると判定された場合、土台モデル生成部１５はステップＳＴ２で抽出した建物底面を構成する頂点と、それらの頂点の高さをステップＳＴ１０で算出した基準高さに変更した頂点とによる頂点群を生成する（ステップＳＴ２３）。次に、建物底面の各頂点と、基準高さに変更後の頂点をそれぞれ線分で結ぶことで多角柱を生成し、土台モデルを取得する（ステップＳＴ２４）。
　図１６は、土台モデルの取得を示す説明図であり、図１６（ａ）は建物底面を構成する頂点の基準高さへの変更を示す俯瞰図であり、図１６（ｂ）は土台モデルである多角柱の生成を示す俯瞰図である。
　図１６（ａ）に示す例では、まずステップＳＴ２３として、建物底面を構成する頂点Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６を、基準高さへの変更を行い、変更した頂点Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を生成する。次に、図１６（ｂ）に示すように、ステップＳＴ２４として、頂点Ｉ１と頂点Ｊ１を線分Ｋ１で、頂点Ｉ２と頂点Ｊ２を線分Ｋ２で、頂点Ｉ３と頂点Ｊ３を線分Ｋ３で、頂点Ｉ４と頂点Ｊ４を線分Ｋ４で、頂点Ｉ５と頂点Ｊ５を線分Ｋ５で、頂点Ｉ６と頂点Ｊ６を線分Ｋ６で結び、六角柱Ｌを生成して土台モデルを取得する。
　なお、ステップＳＴ２４で取得した土台モデルは複数の頂点情報のみであり、多面中の表示色は不確定であるため、土台モデル生成部１５は土台テクスチャデータベース１４に蓄積された土台テクスチャの中から１つの土台テクスチャを選択する（ステップＳＴ２５）。土台モデル生成部１５は、ステップＳＴ２５で選択した土台テクスチャをステップＳＴ２４で取得した土台モデルのマッピング用テクスチャとし、土台モデルを建物モデルへ付加し（ステップＳＴ２６）、処理を終了する。
　なお、ステップＳＴ２５の土台テクスチャの選択では、適当な１つの土台テクスチャをランダムに選択してもよいし、あらかじめ建物の存在する都市や建物の素材などと一対一で対応するテクスチャのセットを用意しておき、建物の場所や素材に応じて当該セットを検索してテクスチャを選択して土地の雰囲気に合わせた見た目とした土台モデルを選択するように構成することもできる。
　以上のように、この実施の形態２によれば、受け付けた補正モードが土台付加モードである場合に、建物底面を構成する頂点が形成する多角形を多角柱の上面とし、建物底面の外周と地形が交わる交点の中で最小の高さの頂点が形成する多角形を多角柱の下面とした多角柱を作成して土台モデルとし、当該土台モデルを建物モデルに付加するように構成したので、ユーザが建物自体の位置の変更を避けたい場合に、建物の位置を動かすことなく、地形と建物間の隙間をなくすことができる。
　なお、この実施の形態２によれば、土台モデル作成部１５は、土台モデルの上面および下面の形状を建物底面と同様の形状とする構成を示したが、例えば建物底面の外接矩形である四角形形状を用いた直方体として生成することも可能であり、Ｘ－Ｙ方向に建物を包含する形状であり、且つ上面の高さが建物底面の高さ、下面の高さが基準高さである多角柱であればどのような形状のものでも同様の効果を有する土台モデルを作成することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　以上のように、この発明に係る３次元情報処理装置は、起伏のある３次元の地形モデル上に商業施設などの建物モデルを配置し、それらを俯瞰視するような３次元地図俯瞰表示機能を備えたナビゲーション装置などに適用可能であり、実地測位されたデータに含まれる測位誤差により発生する表示データの不整合を抑制することができる。
　１　建物モデルデータベース、２　建物モデル入力部、３　建物底面抽出部、４　建物底面範囲算出部、５　地形モデルデータベース、６　地形モデル抽出部、７　地形頂点合成部、８　底面交点算出部、９　全点高さ算出部、１０　基準高さ算出部、１１　建物高さ補正部、１２　補正モード入力部、１３　補正処理選択部、１４　土台テクスチャデータベース、１５　土台モデル生成部、１００，１００´　３次元情報処理装置。

Claims (7)

  1. 　所定領域の地形を３次元座標で示した地形モデルと、前記所定領域内に位置する構造物を３次元座標で示した構造物モデルとを用いて、前記所定領域の３次元情報を生成する３次元情報処理装置において、
    　多角柱で表現された前記構造物モデルの底面を抽出する構造物底面抽出部と、
    　前記構造物底面抽出部が抽出した構造物モデルの底面に外接する矩形を前記構造物モデルの底面範囲として算出する構造物底面範囲算出部と、
    　前記地形モデルの集合を蓄積した地形モデルデータベースを参照し、前記構造物底面範囲算出部が算出した前記構造物モデルの底面範囲を含む地形モデルを抽出する地形モデル抽出部と、
    　前記地形モデル抽出部が抽出した複数の地形モデルを合成し、前記構造物モデルの底面範囲を含む地形モデルの頂点集合を生成する地形頂点合成部と、
    　前記地形頂点合成部が生成した地形モデルの頂点集合の成す線分と、前記構造物底面抽出部が抽出した前記構造物モデルの底面の外周線分との交点を算出する底面交点算出部と、
    　前記底面交点算出部が算出した各交点および前記構造物モデルの底面を構成する各頂点における前記地形モデルの高さを算出する全点高さ算出部と、
    　前記全点高さ算出部が算出した前記地形モデルの高さから、前記所定領域の３次元情報における基準高さを算出する基準高さ算出部と、
    　前記基準高さ算出部が算出した基準高さと、前記全点高さ算出部が算出した前記構造物モデルの底面を構成する頂点における前記地形モデルの高さとの差分を用いて、前記構造物モデルの高さを補正する構造物高さ補正部とを備えたことを特徴とする３次元情報処理装置。
  2. 　前記底面交点算出部は、前記地形頂点合成部が生成した地形モデルを水平面上に投影した頂点集合の成す２次元の線分群と、前記構造物底面抽出部が抽出した前記構造物モデルの底面の外周線分を水平面上に投影した２次元の線分群との交点を２次元座標として算出することを特徴とする請求項１記載の３次元情報処理装置。
  3. 　前記全点高さ算出部は、前記底面交点算出部が算出した各交点および前記構造物モデルの底面を構成する各頂点の２次元座標が、前記地形モデルを水平面上に投影した頂点集合の成す２次元線分群が形成した三角形集合のうちいずれの三角形に属するかを特定し、特定した三角形を構成する三頂点の高さを用いて線形補間を行い、前記各交点および前記各頂点における前記地形モデルの高さを算出することを特徴とする請求項２記載の３次元情報処理装置。
  4. 　前記基準高さ算出部は、前記全点高さ算出部が算出した前記地形モデルの高さの最小値、平均値、または中間値のいずれかを基準高さとすることを特徴とする請求項１記載の３次元情報処理装置。
  5. 　前記構造物底面抽出部が抽出した前記構造物モデルの底面と、前記基準高さ算出部が算出した基準高さとから土台モデルを生成し、生成した土台モデルを前記地形モデルと前記建物モデルとの間に生じる隙間に付加する土台モデル生成部と、
    　ユーザによる補正モードの指定を受け付ける補正モード入力部と、
    　前記補正モード入力部が受け付けた補正モードに応じて、前記構造物高さ補正部による構造物モデルの高さの補正処理、あるいは前記土台モデル生成部による土台モデルの付加処理のいずれかの処理を選択する補正処理選択部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元情報処理装置。
  6. 　前記土台モデル生成部は、前記構造物モデルの底面を前記土台モデルの上面とし、前記基準高さを構成する各頂点が形成する平面を前記土台モデルの下面とした多角柱を前記土台モデルとして生成することを特徴とする請求項５記載の３次元情報処理装置。
  7. 　前記土台モデル生成部は、前記土台モデルのテクスチャを蓄積した土台テクスチャデータベースを参照し、前記生成した多角柱の土台モデルの側面に適用するテクスチャを選択することを特徴とする請求項５記載の３次元情報処理装置。
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