JP2004102474A - ３次元建物モデルデータ生成装置及び３次元都市モデルデータ生成装置及び３次元建物モデルデータ生成方法及びプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】実在する建物を撮影した１枚の写真から、複雑な面も、隠れている面も容易な操作で短時間に３次元モデル化し、更新も行うことを目的とする。
【解決手段】撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部１０１と、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部１０２と、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部１０３と、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、建物設置位置と上記建物の高さと補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベース１０５とを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部１０１と、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部１０２と、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部１０３と、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、建物設置位置と上記建物の高さと補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベース１０５とを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、３次元建物モデルデータ生成装置又は３次元都市モデルデータ生成装置又はコンピュータに実行させるためのプログラム又はコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
また、この発明は、実際の建物と同じ景観を３次元モデルとして記録するための装置または、既に記録してある建物の３次元モデルのデータを更新する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の３次元モデルを作成するごく一般的な建物の３次元モデル化手法としては、モデル化したい建物を航空写真を用いて撮影し、撮影位置の異なる複数の航空写真に写った同一の建物を構成する面の頂点を操作員が写真を表示した画面上で指示する。そして、それぞれの写真の撮影位置を撮影した位置が異なることによる視差を利用して、ステレオ写真の原理にて３次元モデル化する。建物の面の図柄であるテクスチャを取得するためには、地上をカメラを持って歩き、テクスチャを取得したい建物を撮影し、画像の編集ソフトウェアである例えばアドビ社のフォトショップといった製品を用いて建物部分だけを切り出し、３次元モデルの建物の表面に貼り付ける。貼り付けるときには、例えば３Ｄスタジオマックスといった３次元ＣＡＤソフトウェアを用いる。
写真を元にした手法としては、下記特許文献１「３次元都市地図データベースの作成方法及び３次元都市データベース用測定装置」に従来の例が記述されている。
特許文献１の例では、２次元地図を元に建物のある位置を取得し、所定の位置にカメラおよび、水準器・分度計付三脚、レーザや超音波を用いた測距器を三脚で固定し、操作員がこれらの出力値を読み、これらの値から三角測量の原理で建物の高さを測定し、２次元地図から予め取得してある建物位置に対応付ける手法をとっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１３６０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４８４３５号公報
【特許文献３】
特開平９−９７３５５号公報
【特許文献４】
特開平１１−１２０３７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３次元建物のモデル化手法では、航空機を飛ばす手法においては、費用がかかる。
また、建物の表面の写真を建物の３次元モデルに貼るためには、地上から建物を撮影する必要があるので、航空機および地上から２度同じ建物を撮影するという無駄があった。
【０００５】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、２次元地図を利用して位置を求めているため、２次元地図を元にした準備作業が煩雑であり、２次元地図がある程度正しい状態で整備されていないとモデル化が難しいという課題があった。
また、カメラを三脚で固定し、複数の計測機器類を人が読んだ値を用いて計算する手法では、１つの建物をモデル化するにも時間がかかった。
同一地表面からの建物の高さを計測する方法では、凹凸や傾きのある地面、建物が盛り土の上に載っている地面では、正確に計測できなかった。
さらに、複雑な形状の建物の３次元モデル化には複数の方向から建物を撮影してこれらの撮影結果や記録を管理する必要があった。
【０００６】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、狭い路地などでは、どうしても建物の側面が撮影できないでモデル化できなかった。
【０００７】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、そもそも、２次元地図を元にしているため、２次元地図と形状の異なる建物のモデル化は困難である。
更に、建物が建て変わったり、無くなったりしたときに既存の建物のデータを更新する部がない。
また、航空機を用いた３次元モデル化においても、建物の立替えや消滅、新規建物の建設を反映するためにはいちいち飛行機を飛ばさなくてはならず、費用がかかる。
【０００８】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、水準器・分度計付三脚、レーザや超音波を用いた測距器の値を人が読み込みんで計算するという煩わしさがあった。
【０００９】
この発明は、実在する建物を撮影した１枚の写真から、建物の複雑な面も、他の建物に隠れてしまっている建物の面も容易な操作で短時間に３次元モデル化でき、既に３次元モデル化した建物の３次元モデルの更新も行うことができることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成装置は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成装置において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置と上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部と、
上記画像表示部により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部と、
上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正部により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベースと
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、撮影画像とカメラの撮影位置とカメラの撮影方向と撮影時のカメラ高さとを有していることを特徴とする。
【００１２】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、カメラの撮影位置とカメラの撮影方向と上記カメラの撮影位置から上記建物までの複数の距離データである測距データとを有し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記測距データに基づいて上記１つの画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記建物設置位置計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて建物設置位置を計算し、
上記建物高さ計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて上記建物の高さを計算することを特徴とする。
【００１４】
また、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さとに基づく新たな建物面とが接続する面であるかどうかを判断し、判断された結果、接続する場合には、登録建物面と新たな建物面とを１つの建物面として上記１つの建物面を構成する３次元建物モデルデータを建物データベースに記録させ、判断された結果、接続しない場合には、登録建物面と新たな建物面とを別の建物面として上記新たな建物面を構成する複数の３次元建物モデルデータをさらに建物データベースに記録させる接続建物判断部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物を構成する所定の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、上記所定の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、上記補助線入力部は、補助入力された辺と上記所定の面を構成する他の辺との交点を第２の頂点位置として、上記第２の頂点位置に対する第２の画素位置を計算することを特徴とする。
【００１７】
また、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さに基づく新たな建物面とが同じ位置にある場合、登録建物面と新たな建物面とが同じ建物を構成するかどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベースに記録された複数の３次元建物モデルデータを新たな建物面が構成される複数の３次元建物モデルデータに更新する更新部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成装置は、カメラから撮影した画像と撮影された時間とを取り込む画像取り込み部と、
ジャイロから検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部と、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から受信した経度と緯度とを受信する位置受信部と、
方位計から受信した方位を受信する方位受信部と、
上記ピッチ受信部により受信された傾き度合いと上記位置受信部により受信された経度と緯度と上記方位受信部により受信された方位とを、上記画像取り込み部により取り込まれた画像が撮影された時間と同期させて撮影情報として記録する記録同期部と、
上記記録同期部により記録された撮影情報と上記画像取り込み部により取り込まれた画像とに基づいて３次元建物モデルデータを生成する生成部と
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記生成部は、上記画像表示部と上記建物設置位置計算部と上記建物高さ計算部と上記建物テクスチャ切り出し補正部と上記建物データベースとを有していることを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る３次元都市モデルデータ生成装置は、上記３次元建物モデルデータ生成装置により生成された複数の３次元建物モデルデータに基づいて３次元都市モデルデータを生成することを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成方法は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成方法において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示工程と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算工程と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置と上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算工程と、
上記画像表示工程により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正工程と、
上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算工程により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正工程により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録工程と
を備えていることを特徴とする。
【００２２】
この発明に係るプログラムは、撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１を示す構成図である。
図１において、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報と記述して枠でかこってある部分が、入力データ（所定の情報の一例である）である。
入力データは、主に地上から建物を撮影した画像の電子ファイルである撮影画像と、撮影した経度緯度である撮影位置を示す電子データと、撮影時にカメラが向いていた方向として、北を０度とした海抜０メートルの地表に水平な面上で時計まわりの方位の角度と、同じく海抜０メートルの地表に水平な面上から上へ向けて何度傾いていたかというピッチの角度からなる電子データと、カメラの地表面からの高さの電子データとを有する。
図１において、３次元建物モデルデータ生成装置１００は、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０を備えている。また、３次元建物モデルデータ生成装置１００は、複数の建物モデルデータを生成することで、３次元都市モデルデータ生成装置ともなる。操作部１０は、画像表示部１０１を有する。計測部２０は、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３を有する。画像処理部３０は、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を有する。記録部４０は、建物データベース１０５を有する。
【００２５】
操作部１０においては、撮影画像を表示し、操作員が操作を行う。
計測部２０においては、入力データと操作員の操作した結果得られたデータを元に建物面の３次元モデルの座標を計測する。
画像処理部３０においては、建物面のテクスチャ画像を変形処理する。
記録部４０においては、３次元の建物面の座標および、テクスチャ画像を記録する。
画像表示部１０１は、撮影画像を表示し、画像に写っている建物の頂点（頂点位置）を操作員により指示入力させ、入力された画像上の頂点の画素位置をえる。操作員が画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する面の頂点位置を入力する。
図２は、画面上の画素位置の説明図である。
画素位置とは、図２に示すように、画像の基準位置を例えば画像の左上の点であったとすると、指定した頂点が垂直方向にＹドット下であり、水平方向にＸドット右であるような場合のＸ、Ｙの値を画素位置とする。
建物設置位置計算部１０２は、画像表示部１０１ので得た建物頂点の画素位置と、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報から、建物の設置位置の経度緯度を求める。建物設置位置計算部１０２は、３次元モデル化したい建物の面が、実空間の中で、どの経度緯度に建っていて、幅がどの程度であるかを計算により推測する。
建物高さ計算部１０３は、建物の設置位置、画像表示部１０１で得た建物頂点の画素位置、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報から、建物の高さを求める。建物高さ計算部１０３は、３次元モデル化したい建物の高さを計算により推測する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、撮影画像から、画像表示部１０１で得た建物頂点の画素位置を用いて建物の面の画像部分だけを切り出して切り出した画像部分を長方形の形状に変形して補正する。建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、３次元モデル化したい建物の表面の図柄であるテクスチャを撮影した画像イメージから切り出す。
建物データベース１０５は、３次元モデル化した建物面の座標および建物面のテクスチャである画像データ（３次元建物モデルデータの一例である）を記録している電子データである。建物データベース１０５は、３次元モデル化したい建物面の設置位置、幅、高さ、表面の図柄である画像の電子データを記録する。
【００２６】
図３は、建物データベースの構成を示す図である。
図３において、表形式のデータベースになっていて、テーブルは、建物１件１件の通し番号である建物番号と、１件の建物を構成する建物面の通し番号である建物面番号と、一つの建物面の頂点（頂点Ａ、頂点Ｂ、頂点Ｃ、頂点Ｄ）の経度、緯度、高さの座標値と、テクスチャである画像の電子データとを記録する列を持っている。一つの建物面は、４つの頂点にて表現できることとした。複雑な形状の建物面は長方形単位で分割して記録することとする。また、画像の電子データについては、例えば、建物データベース１０５が市販のリレーショナルデータベースシステムにて構築したデータベースであれば、電子データの形式で座標値や通し番号といった数値と同じようにデータベーステーブルの中に記録できる。または、画像の電子データにファイル名称を付けて記録し、このファイル名称の文字列をデータベーステーブルの中に記録してもよい。
【００２７】
次に動作について説明する。
まず、画像表示部１０１において、撮影した画像を表示し、操作員は、図２のように、３次元モデル化したい建物面の頂点Ａ、頂点Ｂ、頂点Ｃ、頂点Ｄを表示画面上で指示する。画像表示部１０１は、各頂点の画像上の画素位置を得て、建物設置位置計算部１０２へ渡す。
【００２８】
建物設置位置計算部１０２では、以下の情報を元に建物の設置位置を求める。実空間を東方向をＸ軸の正、北方向をＹ軸の正、上空方向をＺ軸の正として表現することとする。
撮影位置は緯度経度で取得できるが、幾何学計算を行うために、座標に変換してから計算する。予め決めておいた基準点となる経度緯度からＸｍ東、Ｙｍ北の撮影位置であった場合、Ｘ，Ｙという座標とする。
また、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた測位の例では、地上からＧＰＳ衛星を見上げたときに、ＧＰＳ衛星が見える位置が、水平から７０度以上の上空にＧＰＳ衛星が複数見える軌道上にＧＰＳ衛星があれば、ビルの谷間においても測位が可能である。さらに、超高層ビルの谷間でＧＰＳ衛星が見えないところにおいても、超高層ビルにスードライトと呼ばれる擬似測位衛星が設置してあれば、あたかもＧＰＳ衛星が見えているように測位できる。
また、地上を０として、三脚をつけたときにカメラのレンズの高さを撮影位置の高さとする。または人がカメラを用いて撮影する場合は、人の目の高さを計っておき、これを高さとする。また、高さについては、ＧＰＳで取得した高さを用いてもよく、この場合は地上が０ではなく、ＧＰＳが基準とする地球の表面の位置を高さの０基準とする。
撮影位置からの撮影方向を方位方向として、真北から時計まわりにρ度、カメラの仰角を、水平方向から上に向けてθ度であったとする。
【００２９】
次の幾何学計算により、建物面の設置位置を求める。
図４は、撮影画像から得る情報を示す図である。
図４において、撮影画像全体の画素数を縦方向をＳＶ、横方向をＳＨとする。また、画像を撮影したときのカメラの画角を縦方向をα度、横方向をβ度とする。
撮影画像中の建物面の頂点を１、２、３、４と名称を付ける。
撮影画像の中心Ｏからの画素数を図４のように例えば点４の場合は垂直方向にＤＶ４、水平方向にＤＨ４とする。中心Ｏから垂直、水平の補助線を引き、点４から垂直、水平にひいた補助線との交点を図４のようにＰ、Ｑとする。
撮影地点をＬとし、角度ＯＬＰをα４度とすると、
ｔａｎα４＝ ＤＶ４ ／ ｛（ＳＶ／２）／ｔａｎ（α／２）｝
であるから、ｔａｎの逆関数をｉｎｖｔａｎと記述するとすれば、
α４＝ｉｎｖｔａｎ［ＤＶ４ ／ ｛（ＳＶ／２）／ｔａｎ（α／２）｝］
となる。同様に角度ＯＬＱをβ４度とすると、
β４＝ｉｎｖｔａｎ［ＤＨ４ ／ ｛（ＳＨ／２）／ｔａｎ（β／２）｝］
頂点１、２、３、４について、同様にα１、β１、α２、β２、α３、β３、α４、β４を求める。
このとき、頂点１、２、３、４のそれぞれの点が、撮影画像内で写っている位置が、撮影画像の中心より上にある場合は、αｎ（ｎ＝１，２，３，４）の符号を正とし、下にある場合は、負とする。
同様に、頂点１、２、３、４のそれぞれの点が、撮影画像内で写っている位置が、撮影画像の中心より右にある場合は、βｎ（ｎ＝１，２，３，４）の符号を正とし、左にある場合は、負とする。
【００３０】
図５は、建物設置位置の説明図である。
図５では、建物設置位置の計算について記す。カメラの設置位置と撮影対象の建物を真横から見た図である。
撮影位置Ｌは、高さＣメートルの位置にあるとする。カメラの撮影方向の中心は、図４における点Ｏであるが、真横から見ると建物のある点Ａにあたるとする。カメラの撮影位置の高さと水平な線が建物と交わるところをＶとする。建物の一番上部の頂点をＴとし、一番下部の頂点をＢとする。
撮影位置Ｌの座標は、ＧＰＳの取得した経度緯度、カメラの高さ、経度緯度の基準位置から、点Ｌ（ＸＬ、ＹＬ、Ｃ）であったとする。
地表面を（Ｘ，Ｙ，０）で表現できる平面とする。
ここで、図４における点４の地上における座標を求める。点４は、地上平面上で建物が建っている点である。
撮影位置Ｌを通り、撮影の中心方向に延びる線は、垂直方向の傾きがθ、北方向を基準として、時計周り方向の傾きがρである。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α４、時計周り方向の傾きがρ＋β４の直線が、地表面であるＺ＝０で表現できる平面と交わる点を点Ｇ４（ＸＧ４，ＹＧ４，０）とする。
図４中の点３について同様の処理を行う。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α３、時計周り方向の傾きがρ＋β３の直線が、地表面であるＺ＝０で表現できる平面と交わる点を点Ｇ３（ＸＧ３，ＹＧ３，０）とする。
点Ｇ３，点Ｇ４が３次元モデル化しようとする建物の設置位置を示す座標であり、この情報を建物高さ計算部１０３へ渡す。
【００３１】
建物高さ計算部１０３では、以下の処理により３次元化したい建物の面の上の部分を求める。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α１、時計周り方向の傾きがρ＋β１の直線を直線Ｌ１とする。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α２、時計周り方向の傾きがρ＋β２の直線を直線Ｌ２とする。
直線Ｌ１と直線Ｌ２から構成できる平面と、地面に垂直な直線Ｘ＝ＸＧ４，Ｙ＝ＹＧ４の交点を点Ｇ１（ＸＧ１，ＹＧ１，ＺＧ１）とする。
直線Ｌ１と直線Ｌ２から構成できる平面と、地面に垂直な直線Ｘ＝ＸＧ３，Ｙ＝ＹＧ３の交点を点Ｇ２（ＸＧ２，ＹＧ２，ＺＧ２）とする。
３次元モデル化対象の建物の面は、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の４点で囲まれる面である。点Ｇ１、点Ｇ２のＺ軸の座標値が等しくない場合には、点ＺＧ１、点ＺＧ２の平均値を、点ＺＧ１、点ＺＧ２の値とする。
点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の座標値を建物データベース１０５に記録する。
【００３２】
画像表示部１０１にて、操作員が撮影画像中の建物の頂点を指定すると、建物設置位置計算部１０２と同時に建物テクスチャ切り出し補正部１０４を動作する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、操作員が入力した建物の頂点を指定した範囲で画像を切り出す。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、切り出した画像を長方形に変形する。
【００３３】
図６は、テクスチャ変形の説明図である。
実際のテクスチャでは、縦方向および横方向の両方に歪みがあるが、縦方向も横方向も同じ手法により整形する。
図６の説明においては、横方向の整形について、説明する。
撮影画像に操作員が、図４における点１、点２、点３、点４を指定し、切り出したテクスチャが図６の左側のサイズであったとする。幅の最小画素数が、Ｗドットであるとする。
出力する画像は、図６の右側のテクスチャ画像であり、幅は上から下までＷドットであり、高さは整形前のテクスチャ画像と同じであるとする。
図６の左のテクスチャ画像のうち、上からＮドット目のテクスチャ画像の幅がＷＮドットであるとする。
上からＮドット目のテクスチャ画像の左からＭドット目の画素の値を、結果画像の上からＮドット目のテクスチャ画像の左からＡＢＳ｛（Ｗ／ＷＮ）Ｍ｝ドット目にコピーする。この式の例におけるＡＢＳ｛ ｝とは｛ ｝の中の数値の絶対値である。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、図６のように変形した結果のテクスチャ画像を、建物データベース１０５に記録する。
また、操作の見やすさを向上する目的で、建物高さ計算部１０３から、画像表示部１０１へ、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の座標値を送り、同時に建物テクスチャ切り出し補正部１０４からテクスチャデータを画像表示部１０１へ送ってもよい。この場合、画像表示部１０１は、この座標に近い建物面のデータを建物データベース１０５から取得する。そして、建物データベースから取得した建物面と、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる建物面にテクスチャを貼り付けた面を同時に表示してもよい。この時点で、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の値を数値入力することにより変更できることとする。
【００３４】
実施の形態１では、操作員は、画像表示部１０１の表示する建物の撮影画像の中から、建物の頂点を指定するだけで、自動的に、建物面の３次元モデルの設置位置や幅、高さといった座標を算出し、建物データベースに記録し、建物面のテクスチャを切り出してこれも建物データベースに記録する。
以上のように、自動的に３次元モデルの形状を算出し、テクスチャを切り出し変形処理を行うことができる。
そして、操作員が計器類を読んだり、自ら電卓等を用いて計算をする必要がない。
また、２次元地図といった予め建物の位置を記録してある情報を用いる必要がない。
また、建物のテクスチャを別途撮影したり加工したりする必要はない。
【００３５】
以上のように、実施の形態１における３次元都市モデルデータ生成装置は、
撮影した画像を表示して、操作員が画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する面の頂点位置を入力する画像表示部１０１と、
３次元モデル化したい建物の面が、実空間の中で、どの経度緯度に建っていて、幅がどの程度であるかを計算により推測する建物設置位置計算部１０２と、
３次元モデル化したい建物の高さを計算により推測する建物高さ計算部１０３と、
３次元モデル化したい建物の表面の図柄であるテクスチャを撮影した画像イメージから切り出す建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、
３次元モデル化したい建物面の設置位置、幅、高さ、表面の図柄である画像の電子データを記録する建物データベース１０５と
を備えていることを特徴とする。
【００３６】
以上のように、本実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成装置において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部１０１と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部１０１により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部１０２と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部１０１により計算された画素位置と上記建物設置位置計算部１０２により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部１０３と、
上記画像表示部１０１により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、
上記建物設置位置計算部１０２により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正部１０４により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベース１０５と
を備えていることを特徴とする。
【００３７】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、上記所定の情報は、撮影画像とカメラの撮影位置とカメラの撮影方向と撮影時のカメラ高さとを有していることを特徴とする。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１における３次元都市モデルデータ生成装置は、３次元建物モデルデータ生成装置１００により生成された複数の３次元建物モデルデータに基づいて３次元都市モデルデータを生成することを特徴とする。
【００３９】
以上のように、本実施の形態１における３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成方法は、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示工程と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算工程と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置と上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算工程と、
上記画像表示工程により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正工程と、
上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算工程により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正工程により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録工程と
を備えていることを特徴とする。
【００４０】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２を示す構成図である。
図７において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
撮影時に取得する撮影画像および撮影情報において、測距データ群を含んでいる。
測距データ群とは、撮影を行うカメラの位置と同じ位置から道路および建物までの距離を測ったデータである。具体的には、レーザレンジスキャナという装置を用いる。図８に示すように、カメラの真下方向から建物方向へ向かって例えば９０度の範囲を１度毎に距離を計測した値を得ることができる。装置によっては、毎秒数回カメラの真下方向から建物方向へ向かって９０度の範囲を計測できる。
また、機器によっては、１８０度や３６０度の範囲も計測できる。
【００４１】
図８は、１回の計測における測距データ群である。
計測部２０において、測距データ群を用いて、カメラの方向データを補正するカメラ方向補正部２０１を備えている。
【００４２】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１は、実施の形態１と同じ動作である。
カメラ方向補正部２０１は、撮影画像を撮影した時点の測距データ群の値から、歩道の段差や撮影時に三脚を用いて撮影したときの、路面の傾きを検知して、撮影方向や、地表面の高さを補正する。カメラ方向補正部２０１は、測距データを元に画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正する。
まず、歩道の検知について記す。
カメラ方向補正部２０１は、図８のように、測距データ群をカメラの真下から水平方向に向かって距離のグラフを描いたときに、図８のＡのように、角度が水平に近づくにつれ、距離が伸びていったが、あるところで、段差があると距離が短くなる部分がある。この場合、歩道または段差があると検知する。
段差がある場合、測距の方向が水平に近い図８のＢのような山の部分を見つける。Ｂより水平に近いところでは、建物までの距離を測っているので、殆ど距離の変化がないか、水平に近づくにつけ若干近づいてくる。山の左側では、平坦な部分との距離を測っているため、水平に近づくにつれ、距離が長くなってくる。図８のＢの山の部分までの距離をＤｂとし、水平で建物までの部分の距離をＤｈとする。
（Ｄｂ×Ｄｂ−Ｄｈ×Ｄｈ）の平方根が、Ｄｖである。カメラの地上からの高さをＣとすると、Ｃ−Ｄｖの高さの平面に建物が建っていることになる。
カメラ方向補正部２０１は、建物設置位置計算部１０２に建物がＣ−Ｄｖの高さの平面にあることを伝えると、実施の形態１と同じ動作をする建物設置位置計算部１０２、において、地表面Ｚ＝０として建物の設置位置を求めていた部分で、Ｚ＝Ｃ−Ｄｖとして、建物の設置位置を求めることとする。
【００４３】
次に傾きの補正について述べる。
図９は、測距データの説明図である。
図９におけるＦように、カメラ方向補正部２０１は、測距データ群をカメラの真下から水平方向に向かって距離のグラフを描いたときに、水平付近で建物にあたって、ほぼ距離が一定の部分に谷間がある場合、この位置が最も建物に近いので、この谷間の部分とカメラ位置が水平ということになる。
ところが、図９のように、予め水平な位置で計測し、測距装置の例えばレーザが水平方向を向く場合の測距離方向角度を記録しておいたとする。図９のようにκ度ずれているとすれば、カメラが建物方向を向いてκ度上を向いていることになる。道路の歪みや凹凸が原因である。
この場合、カメラ方向補正部２０１は、撮影位置からの撮影方向のカメラの仰角を、水平方向から上に向けてθ度であった場合にこれに更にκ度を加算して、この値を建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３で使うこととする。これ以外では、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５の各動作は、実施の形態１と同じ動作である。
【００４４】
実施の形態２では、カメラ方向補正部２０１が、建物の建っている土地が高くなっている場合や、撮影位置が傾いている場合でも正確な建物面の３次元モデル化の計算ができるように撮影情報のデータを補正する。
【００４５】
以上のように、歩道や盛り土の上に建っている建物の建物面の３次元モデル化や、傾いている所から撮影した撮影画像を用いた建物の建物面の３次元モデル化が正確にできる。
【００４６】
以上のように、実施の形態２における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態２における構成に、さらに、測距データを元に画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部２０１を備えていることを特徴とする。
【００４７】
以上のように、実施の形態２における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、
上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、カメラの撮影位置とカメラの撮影方向と上記カメラの撮影位置から上記建物までの複数の距離データである測距データとを有し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、さらに、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、上記測距データに基づいて上記１つの画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部２０１を備えていることを特徴とする。
【００４８】
また、上記建物設置位置計算部１０２は、上記カメラ方向補正部２０１により補正されたカメラの撮影方向に基づいて建物設置位置を計算し、
上記建物高さ計算部１０３は、上記カメラ方向補正部２０１により補正されたカメラの撮影方向に基づいて上記建物の高さを計算することを特徴とする。
【００４９】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３を示す構成図である。
図１０において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
記録部４０において、既に記録してある３次元モデルの建物面と、操作員が現在操作して３次元モデル化している３次元モデルの接続関係を調べ、接続する面であれば、一つの建物の建物面としてデータベースに記録する接続建物取得部３０１（接続建物判断部の一例である）を備えている。
【００５０】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１の動作は実施の形態１と同じである。
建物設置位置計算部１０２の動作は、建物の実空間における設置位置の座標を求めるところまでは、実施の形態１と同じである。
建物設置位置計算部１０２は、例えば図４の撮影画像の絵における点３の設置位置の座標Ｇ３と、点４の設置位置の座標を点Ｇ４とする。点Ｇ３と点Ｇ４の値を接続建物取得部３０１へ送る。
接続建物取得部３０１は、点Ｇ３、または点Ｇ４と同じか、または距離の近い点が既に建物データベース１０５に記録されているかを確認し、ある場合には、建物データベースから座標、建物の通し番号同じ建物に含まれる面の通し番号を取り出す。このとき、近い点とは座標の距離が例えば０．２以下といった基準を決めておき、これを満たすものであるとする。接続建物取得部３０１は、建物面の接続関係を元に３次元建物モデルのデータを建物データベース１０５に記録する。
次に、建物高さ計算部１０３も実施の形態１と同様の動作によって、建物の高さを求めたとする。
例えば図４の撮影画像の絵における点１の設置位置の座標をＧ１、点２の設置位置の座標を点Ｇ２とする。点Ｇ１と点Ｇ２の値を接続建物取得部３０１へ送る。
【００５１】
図１１は、接続建物取得部の判断説明図である。
接続建物取得部３０１が、建物データベース１０５から取り出した座標はＺ１、Ｚ２、３、Ｚ４の４点であったとし、Ｚ１、Ｚ２、３、Ｚ４と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とは図１１のような関係であったとする。図１１の左側の例のように、Ｚ１、Ｚ２、３、Ｚ４で構成する面と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の構成する面の高さが１５％以上高さが違う場合は別の建物の面として、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を建物データベース１０５に記録する。
接続建物取得部３０１は、図１１の右側の例のように、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４で構成する面と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の構成する面の高さの違いが１５％以内の場合は、同じ建物を構成する面と判断し、同じ建物の通し番号で、異なる建物面の通し番号を付けてＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の座標を建物データベース１０５に記録する。
この場合、接続建物取得部３０１は、Ｇ２の座標値をＺ２の座標値と同じにし、Ｇ３の座標値をＺ４の座標値に同じに変更する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は実施の形態１と同じ動作をする。
【００５２】
実施の形態３では、撮影した建物の面を３次元モデル化するときに、既にモデル化した建物面と接続する面であるかどうかを判断し、接続する面であれば、これを１つの建物として記録する。
建物を撮影する順番にとらわれずに、撮影した建物の面を次々にモデル化しても、建物単位で記録できる。撮影する順番の計画を立てる必要もなく、車両等にビデオカメラを設置して走りながら撮影してもよい。
【００５３】
以上のように、実施の形態３における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、建物データベース１０５に既に記録してある建物面と接続する面であるかどうかを判断して、建物面の接続関係を元に３次元建物モデルのデータを建物データベース１０５に記録する接続建物取得部３０１を備えていることを特徴とする。
【００５４】
以上のように、実施の形態３における３次元建物モデルデータ生成装置１００において、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部１０２により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された複数の建物の高さとに基づく新たな建物面とが接続する面であるかどうかを判断し、判断された結果、接続する場合には、登録建物面と新たな建物面とを１つの建物面として上記１つの建物面を構成する３次元建物モデルデータを建物データベース１０５に記録させ、判断された結果、接続しない場合には、登録建物面と新たな建物面とを別の建物面として上記新たな建物面を構成する複数の３次元建物モデルデータをさらに建物データベース１０５に記録させる接続建物判断部を備えたことを特徴とする。
【００５５】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４を示す構成図である。
図１２において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
操作部１０において、撮影画像ではモデル化したい建物面が遮蔽物によりはっきり写っていないときに、補助線を入れることにより、モデル化できるようにする補助線入力部４０１を備えている。補助線入力部４０１は、３次元モデル化対象とする建物の面を構成する辺を補助入力する。
【００５６】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１の動作は実施の形態１と同じである。
しかしながら、３次元化したい建物面が遮蔽物により覆われていて、その頂点を指定できない場合、画像表示部１０１から撮影画像を補助線入力部４０１へ送る。
補助線入力部４０１では、遮蔽物に覆われた面に補助線を入れることにより、後段の処理を可能にする。
補助線入力部４０１では既存の辺の延長線、既存の辺に並行な線を指定した頂点から引くことができるようにしておく、これを用いて、必要な補助線を書き込める。
【００５７】
図１３は、道路から見て側面が遮蔽されている建物の入力例の図である。
図１３は説明のため若干下から覗き込んだ絵になっているので本来見えないはずの点も下から見えてしまっている。
図１３のその１の例では、モデル化対象建物のモデル化対象面を頂点Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれた面とすると、頂点Ｄが地上から写した写真には写らない。操作員が点Ｃ、点Ｐを指示し、延長という命令を入力する。次に同様に点Ｂ、点Ｑを指示し、延長という命令を入力する。すると、ＢＱの延長とＣＰの延長の点Ｄを画面上に表示する。操作員は、画像表示部１０１と同様に、Ｃ，Ｄ、Ｂ、Ａを指示する。指示した頂点の撮影画像上の画素位置を建物設置位置計算部１０２に送る。
図１３のその１の例では、モデル化対象建物のモデル化対象面を頂点Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄを含む面であるとする。ＡＣの延長上も建物は続くが、長さがわからない、そこで、ＡＲと並行線をＣから引くことを操作員が指示する。次にＡＰと並行線をＱから引くことを操作員が支持する。次に、ＡＲの延長線を引くことを操作員が指示する。ＡＲの延長線とＱから伸ばしたＰＡの平行線の交点Ｂを画面上に表示する。ＢからＡＣに並行な線を引くことを操作員が指示する。この線とＣからＡＲに並行に伸ばした線との交点をＤとすることにより、Ｃ，Ｄ，Ｂ、Ａという側面の頂点を指示できる。指示した頂点の撮影画像上の画素位置を建物設置位置計算部１０２に送る。
建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
【００５８】
実施の形態４では、３次元モデル化したい建物の面が、遮蔽物に覆われていても、補助線を入れることでその面の頂点を設定し、モデル化することができる。遮蔽物を避けるためにあらゆる角度から建物を撮影してモデル化するといった手間が省ける。
【００５９】
以上のように、実施の形態４における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、撮影した画像の内容において、３次元モデル化対象とする建物の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、３次元モデル化対象とする建物の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部４０１を備えていることを特徴とする。
【００６０】
以上のように、実施の形態４における上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１おける上記３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物を構成する所定の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、上記所定の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部４０１を備えたことを特徴とする。
【００６１】
また、上記補助線入力部４０１は、補助入力された辺と上記所定の面を構成する他の辺との交点を第２の頂点位置として、上記第２の頂点位置に対する第２の画素位置を計算することを特徴とする。
【００６２】
実施の形態５．
図１４は、実施の形態５を示す構成図である。
図１４において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
図１４において、２００は、記録装置である。記録装置２００は、記録部４０を備えている。図１４に示すように、記録装置２００は、３次元建物モデルデータ生成装置１００の外部に構成しても構わない。また、記録装置２００は、上記実施の形態１〜４における構成のように、３次元建物モデルデータ生成装置１００の内部に構成しても構わない。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
画像処理部３０においては、３次元モデル化した建物面と既に３次元モデル化してある建物面が同一の場所にある場合に、建物が建て変わったことを判断して建物データベース１０５を更新するを備えている。更新部５０１は、建物データベース１０５の内容を更新する。
【００６３】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２の動作は実施の形態１と同じである。
建物高さ計算部１０３にて、建物面の頂点の座標である点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２を求めたら、
更新部５０１へ送る。
更新部５０１は、地上から上空へ伸びるＺ軸を無視して、東西南北方向のＸ軸Ｙ軸について、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２で示される面が他の既に建物データベース１０５に記録されている建物面と重なっていないかを確認する。
【００６４】
図１５は、更新部の判断真上から見下ろした図である。
図１５のように、建物データベース１０５に既に記録してある建物面を真上から見たときに、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる面と重なる場合および、既に記録してある建物面の１件分を図１５の右側のように表示し、開放端を結んだときに、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる面と重なる場合については、古い建物が建て変わったと判断し、既に記録してあった建物データを建物データベース１０５から１件分削除し、新たに取得した点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２で示される面を建物データベース１０５に記録する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
【００６５】
実施の形態５では、撮影画像に写っているある位置の建物の形状が変化した場合、変化する前の建物データを消し、新しい建物データに更新する。
街並みを撮影し、建物が建て変わったかどうかを確認することができる。
建物が建て変わった場合に、現地に行って写真を写せば新しい建物の３次元モデルに更新することができる。飛行機を飛ばして測量したり、２次元地図の上で建物の情報が更新されるのを待つ必要はない。
【００６６】
以上のように、実施の形態５における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、画像に写っている３次元モデル化したい建物と、建物データベース１０５に既に記録されている同じ位置にある建物面が同じ建物かどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベース１０５の内容を更新する更新部５０１を備えていることを特徴とする。
【００６７】
以上のように、実施の形態５における３次元建物モデルデータ生成装置１００において、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
実施の形態５における上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物データベース１０５が既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部１０２により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された複数の建物の高さに基づく新たな建物面とが同じ位置にある場合、登録建物面と新たな建物面とが同じ建物を構成するかどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベース１０５に記録された複数の３次元建物モデルデータを新たな建物面が構成される複数の３次元建物モデルデータに更新する更新部５０１を備えたことを特徴とする。
【００６８】
実施の形態６．
図１６は、実施の形態６を示す構成図である。
図１６において、デジタルカメラ６０１、ジャイロ６０２、ＧＰＳ６０３、方位計６０４は金属またはプラスチックのステーで一つに固定してある。
これらのセンサー類とＲＳ２３２ＣケーブルまたはＩＥＥＥ１３９４ケーブルで接続したパソコンまたは、携帯情報端末の中には、これらのセンサー類のデータを受け取り記録するための手段がある。
デジタルカメラ６０１は、画像を撮影する。
ジャイロ６０２は、カメラの傾き度合いを検知する。
ＧＰＳ６０３は、カメラの自位置を経度緯度で検知する。
方位計６０４は、カメラの向いている方位を検知する。
デジタルカメラ６０１のシャッター操作を行い、撮影した画像を電子ファイルである撮影画像６１０に記録するのは、制御および画像取り込み部６０５である。制御および画像取り込み部６０５は、カメラを制御して撮影し撮影した画像を電子データの撮影画像６１０として記録する。
ジャイロ６０２の出力する上下の傾き角度を取得するのはピッチ受信部６０６である。ピッチ受信部６０６は、ジャイロ６０２の検知した傾き度合いを受信する。
ＧＰＳ６０３の出力する経度緯度高度情報を取得するのは位置受信部６０７である。位置受信部６０７は、ＧＰＳ６０３の受信した経度と緯度を記録する。
方位計６０４の出力する方位データ受信するのは方位受信部６０８である。方位受信部６０８は、方位計６０４の受信した方位を受信する。
これらの受信データを同期して電子ファイルである撮影情報６１１に記録するのは記録同期部６０９である。記録同期部６０９は、撮影を行った瞬間の傾き度合い、経度緯度、方位を同期して撮影情報６１１として記録する。
操作部６１２は、実施の形態１における操作部１０と同じである。操作部６１２は、実施の形態１における画像表示部１０１を備えている。
処理部６１３は、実施の形態１における計測部２０、画像処理部３０と同じである。処理部６１３は、実施の形態１における建物設置位置計算部１０２，建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を備えている。
記録部６１４は、実施の形態１における記録部４０と同じである。記録部６１４は、実施の形態１における建物データベース１０５を備えている。
図１６に示すように、記録装置２００が有する記録部６１４については、ＬＡＮまたはＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）によって接続した他のパソコン上に記録してあってもよい。
【００６９】
次に動作について説明する。
ピッチ受信部６０６は例えば１秒に１回傾きのデータを受信して、記録同期部６０９へ送る。
位置受信部６０７は例えば１秒に１回経度緯度高度の情報を受信して記録同期部６０９へ送る。
方位受信部６０８は例えば１秒に１回方位データを受信して記録同期部６０９へ送る。
記録同期部６０９は、ピッチ情報、位置情報、方位情報を数秒間捨てないでメモリ上に記録してあることとする。
操作員は、カメラを３次元モデル化したい建物に向けて構え、制御および画像取り込み部６０５を用いてシャッターを切る。このとき、シャッターは自動連写にしてもよいし、操作員がカメラを構えず車両に搭載して撮影しながら移動してもよい。
制御および画像取り込み部６０５は、撮影した画像を電子ファイルとして出力すると共に、シャッターを切った瞬間の時間を記録同期部６０９へ送る。
記録同期部６０９は、制御および画像取り込み部６０５からシャッターを切った時間を受け取ると、この時間より前に受け取った最後のピッチ情報Ａと、この時間の直後に受け取ったピッチ情報Ｂの２つのピッチ情報をメモリ上から読み込む。
シャッターを切った時間が例えば１／１０００秒単位であった場合、ピッチ情報Ａが１２度、ピッチ情報Ａが１２．３度であったとする。
ピッチ情報Ｂはピッチ情報Ａを受信してから丁度１秒後に受信していることとする。
ピッチ情報Ａを受信してからシャッターを押すまでの時間がＴ／１０００秒であったとする。
シャッターを押した瞬間のピッチ情報は、時間で按分を行って求める。
この場合、｛１２＋（Ｔ／１０００）×０．３｝度であると計算する。
これはピッチ情報の例であるが、同様にして、経度、緯度、高度、方位をシャッターを押した瞬間の時間を元に按分計算を行う。
これによって得たピッチ情報、経度、緯度、高度、方位のデータを撮影情報６１１として記録する。
処理部６１３の動作は、実施の形態１における画像処理部３０の動作と同じである。、記録部６１４の動作は、実施の形態１における記録部４０の動作と同じである。
【００７０】
実施の形態６では、操作員はカメラを構えてシャッターを押すだけで建物のモデル化に必要な情報を記録できる。
また、シャッターを押した時間に最も近いピッチ情報、経度、緯度、高度、方位のデータの同期をとっている。
操作員は建物をモデル化したいときに次々に建物の撮影を行ってもよいし、車両に設備を載せて走行しながら撮影してもよいので、短時間に大量の建物の撮影が可能である。
操作員は、建物を撮影し、１件１件その場で撮影画像の中から頂点を指示することにより３次元モデルデータを取得して蓄積できるので、１人でも迅速に街の景観を３次元モデルデータにできる。
【００７１】
以上のように、実施の形態６における３次元都市モデルデータ生成装置は、画像を撮影するデジタルカメラ６０１と、カメラの傾き度合いを検知するジャイロ６０２と、カメラの自位置を経度緯度で検知するＧＰＳ６０３と、カメラの向いている方位を検知する方位計６０４を固定し、カメラを制御して撮影し撮影した画像を電子データの撮影画像６１０として記録する制御および画像取り込み部６０５と、ジャイロ６０２の検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部６０６と、ＧＰＳの受信した経度と緯度を記録する位置受信部６０７と、方位計６０４の受信した方位を受信する方位受信部６０８と、撮影を行った瞬間の傾き度合い、経度緯度、方位を同期して撮影情報６１１として記録する記録同期部６０９と、請求項１の画像表示部１０１からなる操作部６１２と、実施の形態１〜５における建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を有する処理部６１３と、実施の形態１〜５における建物データベース１０５を有する記録部６１４を備えていることを特徴とする。
【００７２】
以上のように、実施の形態６における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、
カメラから撮影した画像と撮影された時間とを取り込む画像取り込み部の一例である制御および画像取り込み部６０５と、
ジャイロ６０２から検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部６０６と、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）６０３から受信した経度と緯度とを受信する位置受信部６０７と、
方位計６０４から受信した方位を受信する方位受信部６０８と、
上記ピッチ受信部６０６により受信された傾き度合いと上記位置受信部６０７により受信された経度と緯度と上記方位受信部６０８により受信された方位とを、上記画像取り込み部により取り込まれた画像が撮影された時間と同期させて撮影情報として記録する記録同期部６０９と、
上記記録同期部６０９により記録された撮影情報と上記画像取り込み部により取り込まれた画像とに基づいて３次元建物モデルデータを生成する生成部と
を備えたことを特徴とする。
上記生成部は、実施の形態１における画像表示部１０１と実施の形態１における建物設置位置計算部１０２と実施の形態１における建物高さ計算部１０３と実施の形態１における建物テクスチャ切り出し補正部１０４と実施の形態１における建物データベース１０５とを有していることを特徴とする。
【００７３】
以上のように、実施の形態１〜６における３次元都市モデルデータ生成装置は、実在する建物をカメラで撮影し、撮影した画像を元に建物を構成する面の幅、高さを計算し、表面の写真を加工処理することにより、実際の建物と同じ景観を３次元モデルとして記録するための装置、或いは、既に記録してある建物の３次元モデルのデータを更新する装置でもある。
【００７４】
以上のように、実施の形態１〜６における３次元都市モデルデータ生成装置は、地上から建物を撮影し、撮影した画像上で建物の頂点を指定するだけの簡単な操作で、テクスチャのついた建物の３次元モデルを構築できる。
また、データの記録においても。撮影の操作だけで、必要な情報は全て誤差が少ないように同期して記録されるので、操作に煩雑さがない。
また、２次元地図や航空写真データは不要なので、低価格で迅速にモデル化できる。
また、モデル化範囲も広範囲の場合には、車両を用いて広範囲をモデル化でき、路地裏等のいりくんだ場所においては操作員がカメラで撮影することによりモデル化できる。
また、建物面に遮蔽物があっても、撮影場所が傾斜地であっても、建物が高くなった土手の上に建っていてもモデル化できる。
また、建物の道路から見た正面と、道路からみた側面は別々にモデル化しても１つの建物として自動的に記録されるので、モデル化順序にとらわれない。
また、建物の立替えにも柔軟に対応して、古いデータを消去し、最新のデータに更新することができる。
【００７５】
以上のように、都市の建物の３次元モデルを構築するには、航空写真から３次元モデルを構築するという手間や費用のかかる。地上から建物をモデル化しないと路地等のデータ化ができないといった問題に対し、地上から建物を撮影し、簡単な操作入力をすると、建物の幅、高さ、設置位置を自動的に計算する建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３により簡単に地上から建物の３次元モデルを構築できるようになった。
【００７６】
以上の説明において、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したものは、一部或いはすべてコンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。これらのプログラムは、例えば、Ｃ言語により作成することができる。或いは、ＨＴＭＬやＳＧＭＬやＸＭＬを用いても構わない。或いは、ＪＡＶＡ（登録商標）を用いて画面表示を行っても構わない。
また、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェア或いは、ハードウェア或いは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
また、上記各実施の形態を実施させるプログラムは、また、磁気ディスク装置、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のその他の記録媒体による記録装置を用いても構わない。
また、３次元都市モデルデータ生成装置、或いは、３次元建物モデルデータ生成装置は、ＣＲＴ表示装置、その他の表示装置、プリンタ装置等の出力装置、マウス、キーボード等の入力装置を備えていても構わない。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、地上から建物を撮影し、撮影した画像上で建物の頂点を指定するだけの簡単な操作で、テクスチャのついた建物の３次元モデルを構築できる。
【００７８】
本発明によれば、２次元地図や航空写真データは不要なので、低価格で迅速にモデル化できる。
【００７９】
本発明によれば、撮影方向の補正を可能とすることができる。
【００８０】
本発明によれば、必要な情報の誤差が少ないようにモデル化することができる。
【００８１】
本発明によれば、建物の道路から見た正面と、道路からみた側面は別々にモデル化しても１つの建物かどうか判断することができる。
【００８２】
本発明によれば、建物の一部が遮蔽されても遮蔽された部分を構成することができる。
【００８３】
本発明によれば、建物の一部が遮蔽されてもモデル化することができる。
【００８４】
本発明によれば、建物の立替えにも柔軟に対応して、古いデータを消去し、最新のデータに更新することができる。
【００８５】
本発明によれば、モデル化範囲も広範囲の場合には、車両を用いて広範囲をモデル化でき、路地裏等のいりくんだ場所においては操作員がカメラで撮影することによりモデル化できる。
【００８６】
本発明によれば、建物モデルとともに都市モデルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す構成図である。
【図２】画面上の画素位置の説明図である。
【図３】建物データベースの構成を示す図である。
【図４】撮影画像から得る情報を示す図である。
【図５】建物設置位置の説明図である。
【図６】テクスチャ変形の説明図である。
【図７】実施の形態２を示す構成図である。
【図８】１回の計測における測距データ群である。
【図９】測距データの説明図である。
【図１０】実施の形態３を示す構成図である。
【図１１】接続建物取得部の判断説明図である。
【図１２】実施の形態４を示す構成図である。
【図１３】道路から見て側面が遮蔽されている建物の入力例の図である。
【図１４】実施の形態５を示す構成図である。
【図１５】更新部の判断真上から見下ろした図である。
【図１６】実施の形態６を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 操作部、２０ 計測部、３０ 画像処理部、４０ 記録部、１０１ 画像表示部、１０２ 建物設置位置計算部、１０３ 建物高さ計算部、１０４ 建物テクスチャ切り出し補正部、１０５ 建物データベース、２０１ カメラ方向補正部、３０１ 接続建物取得部、４０１ 補助線入力部、５０１ 更新部、６０１ デジタルカメラ、６０２ ジャイロ、６０３ ＧＰＳ、６０４ 方位計、６０５ 制御および画像取り込み部、６０６ ピッチ受信部、６０７ 位置受信部、６０８ 方位受信部、６０９ 記録同期部、６１２ 操作部、６１３ 処理部、６１４ 記録部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、３次元建物モデルデータ生成装置又は３次元都市モデルデータ生成装置又はコンピュータに実行させるためのプログラム又はコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
また、この発明は、実際の建物と同じ景観を３次元モデルとして記録するための装置または、既に記録してある建物の３次元モデルのデータを更新する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の３次元モデルを作成するごく一般的な建物の３次元モデル化手法としては、モデル化したい建物を航空写真を用いて撮影し、撮影位置の異なる複数の航空写真に写った同一の建物を構成する面の頂点を操作員が写真を表示した画面上で指示する。そして、それぞれの写真の撮影位置を撮影した位置が異なることによる視差を利用して、ステレオ写真の原理にて３次元モデル化する。建物の面の図柄であるテクスチャを取得するためには、地上をカメラを持って歩き、テクスチャを取得したい建物を撮影し、画像の編集ソフトウェアである例えばアドビ社のフォトショップといった製品を用いて建物部分だけを切り出し、３次元モデルの建物の表面に貼り付ける。貼り付けるときには、例えば３Ｄスタジオマックスといった３次元ＣＡＤソフトウェアを用いる。
写真を元にした手法としては、下記特許文献１「３次元都市地図データベースの作成方法及び３次元都市データベース用測定装置」に従来の例が記述されている。
特許文献１の例では、２次元地図を元に建物のある位置を取得し、所定の位置にカメラおよび、水準器・分度計付三脚、レーザや超音波を用いた測距器を三脚で固定し、操作員がこれらの出力値を読み、これらの値から三角測量の原理で建物の高さを測定し、２次元地図から予め取得してある建物位置に対応付ける手法をとっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１３６０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４８４３５号公報
【特許文献３】
特開平９−９７３５５号公報
【特許文献４】
特開平１１−１２０３７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３次元建物のモデル化手法では、航空機を飛ばす手法においては、費用がかかる。
また、建物の表面の写真を建物の３次元モデルに貼るためには、地上から建物を撮影する必要があるので、航空機および地上から２度同じ建物を撮影するという無駄があった。
【０００５】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、２次元地図を利用して位置を求めているため、２次元地図を元にした準備作業が煩雑であり、２次元地図がある程度正しい状態で整備されていないとモデル化が難しいという課題があった。
また、カメラを三脚で固定し、複数の計測機器類を人が読んだ値を用いて計算する手法では、１つの建物をモデル化するにも時間がかかった。
同一地表面からの建物の高さを計測する方法では、凹凸や傾きのある地面、建物が盛り土の上に載っている地面では、正確に計測できなかった。
さらに、複雑な形状の建物の３次元モデル化には複数の方向から建物を撮影してこれらの撮影結果や記録を管理する必要があった。
【０００６】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、狭い路地などでは、どうしても建物の側面が撮影できないでモデル化できなかった。
【０００７】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、そもそも、２次元地図を元にしているため、２次元地図と形状の異なる建物のモデル化は困難である。
更に、建物が建て変わったり、無くなったりしたときに既存の建物のデータを更新する部がない。
また、航空機を用いた３次元モデル化においても、建物の立替えや消滅、新規建物の建設を反映するためにはいちいち飛行機を飛ばさなくてはならず、費用がかかる。
【０００８】
また、写真を用い３次元建物モデルの構築手法において、水準器・分度計付三脚、レーザや超音波を用いた測距器の値を人が読み込みんで計算するという煩わしさがあった。
【０００９】
この発明は、実在する建物を撮影した１枚の写真から、建物の複雑な面も、他の建物に隠れてしまっている建物の面も容易な操作で短時間に３次元モデル化でき、既に３次元モデル化した建物の３次元モデルの更新も行うことができることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成装置は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成装置において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置と上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部と、
上記画像表示部により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部と、
上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正部により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベースと
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、撮影画像とカメラの撮影位置とカメラの撮影方向と撮影時のカメラ高さとを有していることを特徴とする。
【００１２】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、カメラの撮影位置とカメラの撮影方向と上記カメラの撮影位置から上記建物までの複数の距離データである測距データとを有し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記測距データに基づいて上記１つの画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記建物設置位置計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて建物設置位置を計算し、
上記建物高さ計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて上記建物の高さを計算することを特徴とする。
【００１４】
また、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さとに基づく新たな建物面とが接続する面であるかどうかを判断し、判断された結果、接続する場合には、登録建物面と新たな建物面とを１つの建物面として上記１つの建物面を構成する３次元建物モデルデータを建物データベースに記録させ、判断された結果、接続しない場合には、登録建物面と新たな建物面とを別の建物面として上記新たな建物面を構成する複数の３次元建物モデルデータをさらに建物データベースに記録させる接続建物判断部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物を構成する所定の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、上記所定の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、上記補助線入力部は、補助入力された辺と上記所定の面を構成する他の辺との交点を第２の頂点位置として、上記第２の頂点位置に対する第２の画素位置を計算することを特徴とする。
【００１７】
また、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さに基づく新たな建物面とが同じ位置にある場合、登録建物面と新たな建物面とが同じ建物を構成するかどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベースに記録された複数の３次元建物モデルデータを新たな建物面が構成される複数の３次元建物モデルデータに更新する更新部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成装置は、カメラから撮影した画像と撮影された時間とを取り込む画像取り込み部と、
ジャイロから検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部と、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から受信した経度と緯度とを受信する位置受信部と、
方位計から受信した方位を受信する方位受信部と、
上記ピッチ受信部により受信された傾き度合いと上記位置受信部により受信された経度と緯度と上記方位受信部により受信された方位とを、上記画像取り込み部により取り込まれた画像が撮影された時間と同期させて撮影情報として記録する記録同期部と、
上記記録同期部により記録された撮影情報と上記画像取り込み部により取り込まれた画像とに基づいて３次元建物モデルデータを生成する生成部と
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記生成部は、上記画像表示部と上記建物設置位置計算部と上記建物高さ計算部と上記建物テクスチャ切り出し補正部と上記建物データベースとを有していることを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る３次元都市モデルデータ生成装置は、上記３次元建物モデルデータ生成装置により生成された複数の３次元建物モデルデータに基づいて３次元都市モデルデータを生成することを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る３次元建物モデルデータ生成方法は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成方法において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示工程と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算工程と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置と上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算工程と、
上記画像表示工程により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正工程と、
上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算工程により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正工程により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録工程と
を備えていることを特徴とする。
【００２２】
この発明に係るプログラムは、撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１を示す構成図である。
図１において、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報と記述して枠でかこってある部分が、入力データ（所定の情報の一例である）である。
入力データは、主に地上から建物を撮影した画像の電子ファイルである撮影画像と、撮影した経度緯度である撮影位置を示す電子データと、撮影時にカメラが向いていた方向として、北を０度とした海抜０メートルの地表に水平な面上で時計まわりの方位の角度と、同じく海抜０メートルの地表に水平な面上から上へ向けて何度傾いていたかというピッチの角度からなる電子データと、カメラの地表面からの高さの電子データとを有する。
図１において、３次元建物モデルデータ生成装置１００は、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０を備えている。また、３次元建物モデルデータ生成装置１００は、複数の建物モデルデータを生成することで、３次元都市モデルデータ生成装置ともなる。操作部１０は、画像表示部１０１を有する。計測部２０は、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３を有する。画像処理部３０は、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を有する。記録部４０は、建物データベース１０５を有する。
【００２５】
操作部１０においては、撮影画像を表示し、操作員が操作を行う。
計測部２０においては、入力データと操作員の操作した結果得られたデータを元に建物面の３次元モデルの座標を計測する。
画像処理部３０においては、建物面のテクスチャ画像を変形処理する。
記録部４０においては、３次元の建物面の座標および、テクスチャ画像を記録する。
画像表示部１０１は、撮影画像を表示し、画像に写っている建物の頂点（頂点位置）を操作員により指示入力させ、入力された画像上の頂点の画素位置をえる。操作員が画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する面の頂点位置を入力する。
図２は、画面上の画素位置の説明図である。
画素位置とは、図２に示すように、画像の基準位置を例えば画像の左上の点であったとすると、指定した頂点が垂直方向にＹドット下であり、水平方向にＸドット右であるような場合のＸ、Ｙの値を画素位置とする。
建物設置位置計算部１０２は、画像表示部１０１ので得た建物頂点の画素位置と、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報から、建物の設置位置の経度緯度を求める。建物設置位置計算部１０２は、３次元モデル化したい建物の面が、実空間の中で、どの経度緯度に建っていて、幅がどの程度であるかを計算により推測する。
建物高さ計算部１０３は、建物の設置位置、画像表示部１０１で得た建物頂点の画素位置、撮影時に取得する撮影画像および撮影情報から、建物の高さを求める。建物高さ計算部１０３は、３次元モデル化したい建物の高さを計算により推測する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、撮影画像から、画像表示部１０１で得た建物頂点の画素位置を用いて建物の面の画像部分だけを切り出して切り出した画像部分を長方形の形状に変形して補正する。建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、３次元モデル化したい建物の表面の図柄であるテクスチャを撮影した画像イメージから切り出す。
建物データベース１０５は、３次元モデル化した建物面の座標および建物面のテクスチャである画像データ（３次元建物モデルデータの一例である）を記録している電子データである。建物データベース１０５は、３次元モデル化したい建物面の設置位置、幅、高さ、表面の図柄である画像の電子データを記録する。
【００２６】
図３は、建物データベースの構成を示す図である。
図３において、表形式のデータベースになっていて、テーブルは、建物１件１件の通し番号である建物番号と、１件の建物を構成する建物面の通し番号である建物面番号と、一つの建物面の頂点（頂点Ａ、頂点Ｂ、頂点Ｃ、頂点Ｄ）の経度、緯度、高さの座標値と、テクスチャである画像の電子データとを記録する列を持っている。一つの建物面は、４つの頂点にて表現できることとした。複雑な形状の建物面は長方形単位で分割して記録することとする。また、画像の電子データについては、例えば、建物データベース１０５が市販のリレーショナルデータベースシステムにて構築したデータベースであれば、電子データの形式で座標値や通し番号といった数値と同じようにデータベーステーブルの中に記録できる。または、画像の電子データにファイル名称を付けて記録し、このファイル名称の文字列をデータベーステーブルの中に記録してもよい。
【００２７】
次に動作について説明する。
まず、画像表示部１０１において、撮影した画像を表示し、操作員は、図２のように、３次元モデル化したい建物面の頂点Ａ、頂点Ｂ、頂点Ｃ、頂点Ｄを表示画面上で指示する。画像表示部１０１は、各頂点の画像上の画素位置を得て、建物設置位置計算部１０２へ渡す。
【００２８】
建物設置位置計算部１０２では、以下の情報を元に建物の設置位置を求める。実空間を東方向をＸ軸の正、北方向をＹ軸の正、上空方向をＺ軸の正として表現することとする。
撮影位置は緯度経度で取得できるが、幾何学計算を行うために、座標に変換してから計算する。予め決めておいた基準点となる経度緯度からＸｍ東、Ｙｍ北の撮影位置であった場合、Ｘ，Ｙという座標とする。
また、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた測位の例では、地上からＧＰＳ衛星を見上げたときに、ＧＰＳ衛星が見える位置が、水平から７０度以上の上空にＧＰＳ衛星が複数見える軌道上にＧＰＳ衛星があれば、ビルの谷間においても測位が可能である。さらに、超高層ビルの谷間でＧＰＳ衛星が見えないところにおいても、超高層ビルにスードライトと呼ばれる擬似測位衛星が設置してあれば、あたかもＧＰＳ衛星が見えているように測位できる。
また、地上を０として、三脚をつけたときにカメラのレンズの高さを撮影位置の高さとする。または人がカメラを用いて撮影する場合は、人の目の高さを計っておき、これを高さとする。また、高さについては、ＧＰＳで取得した高さを用いてもよく、この場合は地上が０ではなく、ＧＰＳが基準とする地球の表面の位置を高さの０基準とする。
撮影位置からの撮影方向を方位方向として、真北から時計まわりにρ度、カメラの仰角を、水平方向から上に向けてθ度であったとする。
【００２９】
次の幾何学計算により、建物面の設置位置を求める。
図４は、撮影画像から得る情報を示す図である。
図４において、撮影画像全体の画素数を縦方向をＳＶ、横方向をＳＨとする。また、画像を撮影したときのカメラの画角を縦方向をα度、横方向をβ度とする。
撮影画像中の建物面の頂点を１、２、３、４と名称を付ける。
撮影画像の中心Ｏからの画素数を図４のように例えば点４の場合は垂直方向にＤＶ４、水平方向にＤＨ４とする。中心Ｏから垂直、水平の補助線を引き、点４から垂直、水平にひいた補助線との交点を図４のようにＰ、Ｑとする。
撮影地点をＬとし、角度ＯＬＰをα４度とすると、
ｔａｎα４＝ ＤＶ４ ／ ｛（ＳＶ／２）／ｔａｎ（α／２）｝
であるから、ｔａｎの逆関数をｉｎｖｔａｎと記述するとすれば、
α４＝ｉｎｖｔａｎ［ＤＶ４ ／ ｛（ＳＶ／２）／ｔａｎ（α／２）｝］
となる。同様に角度ＯＬＱをβ４度とすると、
β４＝ｉｎｖｔａｎ［ＤＨ４ ／ ｛（ＳＨ／２）／ｔａｎ（β／２）｝］
頂点１、２、３、４について、同様にα１、β１、α２、β２、α３、β３、α４、β４を求める。
このとき、頂点１、２、３、４のそれぞれの点が、撮影画像内で写っている位置が、撮影画像の中心より上にある場合は、αｎ（ｎ＝１，２，３，４）の符号を正とし、下にある場合は、負とする。
同様に、頂点１、２、３、４のそれぞれの点が、撮影画像内で写っている位置が、撮影画像の中心より右にある場合は、βｎ（ｎ＝１，２，３，４）の符号を正とし、左にある場合は、負とする。
【００３０】
図５は、建物設置位置の説明図である。
図５では、建物設置位置の計算について記す。カメラの設置位置と撮影対象の建物を真横から見た図である。
撮影位置Ｌは、高さＣメートルの位置にあるとする。カメラの撮影方向の中心は、図４における点Ｏであるが、真横から見ると建物のある点Ａにあたるとする。カメラの撮影位置の高さと水平な線が建物と交わるところをＶとする。建物の一番上部の頂点をＴとし、一番下部の頂点をＢとする。
撮影位置Ｌの座標は、ＧＰＳの取得した経度緯度、カメラの高さ、経度緯度の基準位置から、点Ｌ（ＸＬ、ＹＬ、Ｃ）であったとする。
地表面を（Ｘ，Ｙ，０）で表現できる平面とする。
ここで、図４における点４の地上における座標を求める。点４は、地上平面上で建物が建っている点である。
撮影位置Ｌを通り、撮影の中心方向に延びる線は、垂直方向の傾きがθ、北方向を基準として、時計周り方向の傾きがρである。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α４、時計周り方向の傾きがρ＋β４の直線が、地表面であるＺ＝０で表現できる平面と交わる点を点Ｇ４（ＸＧ４，ＹＧ４，０）とする。
図４中の点３について同様の処理を行う。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α３、時計周り方向の傾きがρ＋β３の直線が、地表面であるＺ＝０で表現できる平面と交わる点を点Ｇ３（ＸＧ３，ＹＧ３，０）とする。
点Ｇ３，点Ｇ４が３次元モデル化しようとする建物の設置位置を示す座標であり、この情報を建物高さ計算部１０３へ渡す。
【００３１】
建物高さ計算部１０３では、以下の処理により３次元化したい建物の面の上の部分を求める。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α１、時計周り方向の傾きがρ＋β１の直線を直線Ｌ１とする。
撮影位置Ｌを通り、水平方向にθ＋α２、時計周り方向の傾きがρ＋β２の直線を直線Ｌ２とする。
直線Ｌ１と直線Ｌ２から構成できる平面と、地面に垂直な直線Ｘ＝ＸＧ４，Ｙ＝ＹＧ４の交点を点Ｇ１（ＸＧ１，ＹＧ１，ＺＧ１）とする。
直線Ｌ１と直線Ｌ２から構成できる平面と、地面に垂直な直線Ｘ＝ＸＧ３，Ｙ＝ＹＧ３の交点を点Ｇ２（ＸＧ２，ＹＧ２，ＺＧ２）とする。
３次元モデル化対象の建物の面は、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の４点で囲まれる面である。点Ｇ１、点Ｇ２のＺ軸の座標値が等しくない場合には、点ＺＧ１、点ＺＧ２の平均値を、点ＺＧ１、点ＺＧ２の値とする。
点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の座標値を建物データベース１０５に記録する。
【００３２】
画像表示部１０１にて、操作員が撮影画像中の建物の頂点を指定すると、建物設置位置計算部１０２と同時に建物テクスチャ切り出し補正部１０４を動作する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、操作員が入力した建物の頂点を指定した範囲で画像を切り出す。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、切り出した画像を長方形に変形する。
【００３３】
図６は、テクスチャ変形の説明図である。
実際のテクスチャでは、縦方向および横方向の両方に歪みがあるが、縦方向も横方向も同じ手法により整形する。
図６の説明においては、横方向の整形について、説明する。
撮影画像に操作員が、図４における点１、点２、点３、点４を指定し、切り出したテクスチャが図６の左側のサイズであったとする。幅の最小画素数が、Ｗドットであるとする。
出力する画像は、図６の右側のテクスチャ画像であり、幅は上から下までＷドットであり、高さは整形前のテクスチャ画像と同じであるとする。
図６の左のテクスチャ画像のうち、上からＮドット目のテクスチャ画像の幅がＷＮドットであるとする。
上からＮドット目のテクスチャ画像の左からＭドット目の画素の値を、結果画像の上からＮドット目のテクスチャ画像の左からＡＢＳ｛（Ｗ／ＷＮ）Ｍ｝ドット目にコピーする。この式の例におけるＡＢＳ｛ ｝とは｛ ｝の中の数値の絶対値である。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４は、図６のように変形した結果のテクスチャ画像を、建物データベース１０５に記録する。
また、操作の見やすさを向上する目的で、建物高さ計算部１０３から、画像表示部１０１へ、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の座標値を送り、同時に建物テクスチャ切り出し補正部１０４からテクスチャデータを画像表示部１０１へ送ってもよい。この場合、画像表示部１０１は、この座標に近い建物面のデータを建物データベース１０５から取得する。そして、建物データベースから取得した建物面と、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる建物面にテクスチャを貼り付けた面を同時に表示してもよい。この時点で、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２の値を数値入力することにより変更できることとする。
【００３４】
実施の形態１では、操作員は、画像表示部１０１の表示する建物の撮影画像の中から、建物の頂点を指定するだけで、自動的に、建物面の３次元モデルの設置位置や幅、高さといった座標を算出し、建物データベースに記録し、建物面のテクスチャを切り出してこれも建物データベースに記録する。
以上のように、自動的に３次元モデルの形状を算出し、テクスチャを切り出し変形処理を行うことができる。
そして、操作員が計器類を読んだり、自ら電卓等を用いて計算をする必要がない。
また、２次元地図といった予め建物の位置を記録してある情報を用いる必要がない。
また、建物のテクスチャを別途撮影したり加工したりする必要はない。
【００３５】
以上のように、実施の形態１における３次元都市モデルデータ生成装置は、
撮影した画像を表示して、操作員が画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する面の頂点位置を入力する画像表示部１０１と、
３次元モデル化したい建物の面が、実空間の中で、どの経度緯度に建っていて、幅がどの程度であるかを計算により推測する建物設置位置計算部１０２と、
３次元モデル化したい建物の高さを計算により推測する建物高さ計算部１０３と、
３次元モデル化したい建物の表面の図柄であるテクスチャを撮影した画像イメージから切り出す建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、
３次元モデル化したい建物面の設置位置、幅、高さ、表面の図柄である画像の電子データを記録する建物データベース１０５と
を備えていることを特徴とする。
【００３６】
以上のように、本実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成装置において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部１０１と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部１０１により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部１０２と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部１０１により計算された画素位置と上記建物設置位置計算部１０２により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部１０３と、
上記画像表示部１０１により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部１０４と、
上記建物設置位置計算部１０２により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正部１０４により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベース１０５と
を備えていることを特徴とする。
【００３７】
また、上記１つの画像は、カメラにより撮影され、上記所定の情報は、撮影画像とカメラの撮影位置とカメラの撮影方向と撮影時のカメラ高さとを有していることを特徴とする。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１における３次元都市モデルデータ生成装置は、３次元建物モデルデータ生成装置１００により生成された複数の３次元建物モデルデータに基づいて３次元都市モデルデータを生成することを特徴とする。
【００３９】
以上のように、本実施の形態１における３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成方法は、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示工程と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算工程と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置と上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算工程と、
上記画像表示工程により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正工程と、
上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算工程により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正工程により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録工程と
を備えていることを特徴とする。
【００４０】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２を示す構成図である。
図７において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
撮影時に取得する撮影画像および撮影情報において、測距データ群を含んでいる。
測距データ群とは、撮影を行うカメラの位置と同じ位置から道路および建物までの距離を測ったデータである。具体的には、レーザレンジスキャナという装置を用いる。図８に示すように、カメラの真下方向から建物方向へ向かって例えば９０度の範囲を１度毎に距離を計測した値を得ることができる。装置によっては、毎秒数回カメラの真下方向から建物方向へ向かって９０度の範囲を計測できる。
また、機器によっては、１８０度や３６０度の範囲も計測できる。
【００４１】
図８は、１回の計測における測距データ群である。
計測部２０において、測距データ群を用いて、カメラの方向データを補正するカメラ方向補正部２０１を備えている。
【００４２】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１は、実施の形態１と同じ動作である。
カメラ方向補正部２０１は、撮影画像を撮影した時点の測距データ群の値から、歩道の段差や撮影時に三脚を用いて撮影したときの、路面の傾きを検知して、撮影方向や、地表面の高さを補正する。カメラ方向補正部２０１は、測距データを元に画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正する。
まず、歩道の検知について記す。
カメラ方向補正部２０１は、図８のように、測距データ群をカメラの真下から水平方向に向かって距離のグラフを描いたときに、図８のＡのように、角度が水平に近づくにつれ、距離が伸びていったが、あるところで、段差があると距離が短くなる部分がある。この場合、歩道または段差があると検知する。
段差がある場合、測距の方向が水平に近い図８のＢのような山の部分を見つける。Ｂより水平に近いところでは、建物までの距離を測っているので、殆ど距離の変化がないか、水平に近づくにつけ若干近づいてくる。山の左側では、平坦な部分との距離を測っているため、水平に近づくにつれ、距離が長くなってくる。図８のＢの山の部分までの距離をＤｂとし、水平で建物までの部分の距離をＤｈとする。
（Ｄｂ×Ｄｂ−Ｄｈ×Ｄｈ）の平方根が、Ｄｖである。カメラの地上からの高さをＣとすると、Ｃ−Ｄｖの高さの平面に建物が建っていることになる。
カメラ方向補正部２０１は、建物設置位置計算部１０２に建物がＣ−Ｄｖの高さの平面にあることを伝えると、実施の形態１と同じ動作をする建物設置位置計算部１０２、において、地表面Ｚ＝０として建物の設置位置を求めていた部分で、Ｚ＝Ｃ−Ｄｖとして、建物の設置位置を求めることとする。
【００４３】
次に傾きの補正について述べる。
図９は、測距データの説明図である。
図９におけるＦように、カメラ方向補正部２０１は、測距データ群をカメラの真下から水平方向に向かって距離のグラフを描いたときに、水平付近で建物にあたって、ほぼ距離が一定の部分に谷間がある場合、この位置が最も建物に近いので、この谷間の部分とカメラ位置が水平ということになる。
ところが、図９のように、予め水平な位置で計測し、測距装置の例えばレーザが水平方向を向く場合の測距離方向角度を記録しておいたとする。図９のようにκ度ずれているとすれば、カメラが建物方向を向いてκ度上を向いていることになる。道路の歪みや凹凸が原因である。
この場合、カメラ方向補正部２０１は、撮影位置からの撮影方向のカメラの仰角を、水平方向から上に向けてθ度であった場合にこれに更にκ度を加算して、この値を建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３で使うこととする。これ以外では、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５の各動作は、実施の形態１と同じ動作である。
【００４４】
実施の形態２では、カメラ方向補正部２０１が、建物の建っている土地が高くなっている場合や、撮影位置が傾いている場合でも正確な建物面の３次元モデル化の計算ができるように撮影情報のデータを補正する。
【００４５】
以上のように、歩道や盛り土の上に建っている建物の建物面の３次元モデル化や、傾いている所から撮影した撮影画像を用いた建物の建物面の３次元モデル化が正確にできる。
【００４６】
以上のように、実施の形態２における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態２における構成に、さらに、測距データを元に画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部２０１を備えていることを特徴とする。
【００４７】
以上のように、実施の形態２における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、
上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、カメラの撮影位置とカメラの撮影方向と上記カメラの撮影位置から上記建物までの複数の距離データである測距データとを有し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、さらに、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、上記測距データに基づいて上記１つの画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部２０１を備えていることを特徴とする。
【００４８】
また、上記建物設置位置計算部１０２は、上記カメラ方向補正部２０１により補正されたカメラの撮影方向に基づいて建物設置位置を計算し、
上記建物高さ計算部１０３は、上記カメラ方向補正部２０１により補正されたカメラの撮影方向に基づいて上記建物の高さを計算することを特徴とする。
【００４９】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３を示す構成図である。
図１０において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
記録部４０において、既に記録してある３次元モデルの建物面と、操作員が現在操作して３次元モデル化している３次元モデルの接続関係を調べ、接続する面であれば、一つの建物の建物面としてデータベースに記録する接続建物取得部３０１（接続建物判断部の一例である）を備えている。
【００５０】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１の動作は実施の形態１と同じである。
建物設置位置計算部１０２の動作は、建物の実空間における設置位置の座標を求めるところまでは、実施の形態１と同じである。
建物設置位置計算部１０２は、例えば図４の撮影画像の絵における点３の設置位置の座標Ｇ３と、点４の設置位置の座標を点Ｇ４とする。点Ｇ３と点Ｇ４の値を接続建物取得部３０１へ送る。
接続建物取得部３０１は、点Ｇ３、または点Ｇ４と同じか、または距離の近い点が既に建物データベース１０５に記録されているかを確認し、ある場合には、建物データベースから座標、建物の通し番号同じ建物に含まれる面の通し番号を取り出す。このとき、近い点とは座標の距離が例えば０．２以下といった基準を決めておき、これを満たすものであるとする。接続建物取得部３０１は、建物面の接続関係を元に３次元建物モデルのデータを建物データベース１０５に記録する。
次に、建物高さ計算部１０３も実施の形態１と同様の動作によって、建物の高さを求めたとする。
例えば図４の撮影画像の絵における点１の設置位置の座標をＧ１、点２の設置位置の座標を点Ｇ２とする。点Ｇ１と点Ｇ２の値を接続建物取得部３０１へ送る。
【００５１】
図１１は、接続建物取得部の判断説明図である。
接続建物取得部３０１が、建物データベース１０５から取り出した座標はＺ１、Ｚ２、３、Ｚ４の４点であったとし、Ｚ１、Ｚ２、３、Ｚ４と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とは図１１のような関係であったとする。図１１の左側の例のように、Ｚ１、Ｚ２、３、Ｚ４で構成する面と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の構成する面の高さが１５％以上高さが違う場合は別の建物の面として、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を建物データベース１０５に記録する。
接続建物取得部３０１は、図１１の右側の例のように、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４で構成する面と、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の構成する面の高さの違いが１５％以内の場合は、同じ建物を構成する面と判断し、同じ建物の通し番号で、異なる建物面の通し番号を付けてＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の座標を建物データベース１０５に記録する。
この場合、接続建物取得部３０１は、Ｇ２の座標値をＺ２の座標値と同じにし、Ｇ３の座標値をＺ４の座標値に同じに変更する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は実施の形態１と同じ動作をする。
【００５２】
実施の形態３では、撮影した建物の面を３次元モデル化するときに、既にモデル化した建物面と接続する面であるかどうかを判断し、接続する面であれば、これを１つの建物として記録する。
建物を撮影する順番にとらわれずに、撮影した建物の面を次々にモデル化しても、建物単位で記録できる。撮影する順番の計画を立てる必要もなく、車両等にビデオカメラを設置して走りながら撮影してもよい。
【００５３】
以上のように、実施の形態３における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、建物データベース１０５に既に記録してある建物面と接続する面であるかどうかを判断して、建物面の接続関係を元に３次元建物モデルのデータを建物データベース１０５に記録する接続建物取得部３０１を備えていることを特徴とする。
【００５４】
以上のように、実施の形態３における３次元建物モデルデータ生成装置１００において、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部１０２により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された複数の建物の高さとに基づく新たな建物面とが接続する面であるかどうかを判断し、判断された結果、接続する場合には、登録建物面と新たな建物面とを１つの建物面として上記１つの建物面を構成する３次元建物モデルデータを建物データベース１０５に記録させ、判断された結果、接続しない場合には、登録建物面と新たな建物面とを別の建物面として上記新たな建物面を構成する複数の３次元建物モデルデータをさらに建物データベース１０５に記録させる接続建物判断部を備えたことを特徴とする。
【００５５】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４を示す構成図である。
図１２において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
操作部１０において、撮影画像ではモデル化したい建物面が遮蔽物によりはっきり写っていないときに、補助線を入れることにより、モデル化できるようにする補助線入力部４０１を備えている。補助線入力部４０１は、３次元モデル化対象とする建物の面を構成する辺を補助入力する。
【００５６】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１の動作は実施の形態１と同じである。
しかしながら、３次元化したい建物面が遮蔽物により覆われていて、その頂点を指定できない場合、画像表示部１０１から撮影画像を補助線入力部４０１へ送る。
補助線入力部４０１では、遮蔽物に覆われた面に補助線を入れることにより、後段の処理を可能にする。
補助線入力部４０１では既存の辺の延長線、既存の辺に並行な線を指定した頂点から引くことができるようにしておく、これを用いて、必要な補助線を書き込める。
【００５７】
図１３は、道路から見て側面が遮蔽されている建物の入力例の図である。
図１３は説明のため若干下から覗き込んだ絵になっているので本来見えないはずの点も下から見えてしまっている。
図１３のその１の例では、モデル化対象建物のモデル化対象面を頂点Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれた面とすると、頂点Ｄが地上から写した写真には写らない。操作員が点Ｃ、点Ｐを指示し、延長という命令を入力する。次に同様に点Ｂ、点Ｑを指示し、延長という命令を入力する。すると、ＢＱの延長とＣＰの延長の点Ｄを画面上に表示する。操作員は、画像表示部１０１と同様に、Ｃ，Ｄ、Ｂ、Ａを指示する。指示した頂点の撮影画像上の画素位置を建物設置位置計算部１０２に送る。
図１３のその１の例では、モデル化対象建物のモデル化対象面を頂点Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄを含む面であるとする。ＡＣの延長上も建物は続くが、長さがわからない、そこで、ＡＲと並行線をＣから引くことを操作員が指示する。次にＡＰと並行線をＱから引くことを操作員が支持する。次に、ＡＲの延長線を引くことを操作員が指示する。ＡＲの延長線とＱから伸ばしたＰＡの平行線の交点Ｂを画面上に表示する。ＢからＡＣに並行な線を引くことを操作員が指示する。この線とＣからＡＲに並行に伸ばした線との交点をＤとすることにより、Ｃ，Ｄ，Ｂ、Ａという側面の頂点を指示できる。指示した頂点の撮影画像上の画素位置を建物設置位置計算部１０２に送る。
建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
【００５８】
実施の形態４では、３次元モデル化したい建物の面が、遮蔽物に覆われていても、補助線を入れることでその面の頂点を設定し、モデル化することができる。遮蔽物を避けるためにあらゆる角度から建物を撮影してモデル化するといった手間が省ける。
【００５９】
以上のように、実施の形態４における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、撮影した画像の内容において、３次元モデル化対象とする建物の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、３次元モデル化対象とする建物の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部４０１を備えていることを特徴とする。
【００６０】
以上のように、実施の形態４における上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１おける上記３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物を構成する所定の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、上記所定の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部４０１を備えたことを特徴とする。
【００６１】
また、上記補助線入力部４０１は、補助入力された辺と上記所定の面を構成する他の辺との交点を第２の頂点位置として、上記第２の頂点位置に対する第２の画素位置を計算することを特徴とする。
【００６２】
実施の形態５．
図１４は、実施の形態５を示す構成図である。
図１４において、３次元建物モデルデータ生成装置１００、操作部１０、計測部２０、画像処理部３０、記録部４０、画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
図１４において、２００は、記録装置である。記録装置２００は、記録部４０を備えている。図１４に示すように、記録装置２００は、３次元建物モデルデータ生成装置１００の外部に構成しても構わない。また、記録装置２００は、上記実施の形態１〜４における構成のように、３次元建物モデルデータ生成装置１００の内部に構成しても構わない。
実施の形態１と異なる構成を説明する。
画像処理部３０においては、３次元モデル化した建物面と既に３次元モデル化してある建物面が同一の場所にある場合に、建物が建て変わったことを判断して建物データベース１０５を更新するを備えている。更新部５０１は、建物データベース１０５の内容を更新する。
【００６３】
次に動作について説明する。
画像表示部１０１、建物設置位置計算部１０２の動作は実施の形態１と同じである。
建物高さ計算部１０３にて、建物面の頂点の座標である点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２を求めたら、
更新部５０１へ送る。
更新部５０１は、地上から上空へ伸びるＺ軸を無視して、東西南北方向のＸ軸Ｙ軸について、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２で示される面が他の既に建物データベース１０５に記録されている建物面と重なっていないかを確認する。
【００６４】
図１５は、更新部の判断真上から見下ろした図である。
図１５のように、建物データベース１０５に既に記録してある建物面を真上から見たときに、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる面と重なる場合および、既に記録してある建物面の１件分を図１５の右側のように表示し、開放端を結んだときに、点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２からなる面と重なる場合については、古い建物が建て変わったと判断し、既に記録してあった建物データを建物データベース１０５から１件分削除し、新たに取得した点Ｇ１、点Ｇ４、点Ｇ３、点Ｇ２で示される面を建物データベース１０５に記録する。
建物テクスチャ切り出し補正部１０４、建物データベース１０５は、実施の形態１と同じである。
【００６５】
実施の形態５では、撮影画像に写っているある位置の建物の形状が変化した場合、変化する前の建物データを消し、新しい建物データに更新する。
街並みを撮影し、建物が建て変わったかどうかを確認することができる。
建物が建て変わった場合に、現地に行って写真を写せば新しい建物の３次元モデルに更新することができる。飛行機を飛ばして測量したり、２次元地図の上で建物の情報が更新されるのを待つ必要はない。
【００６６】
以上のように、実施の形態５における３次元都市モデルデータ生成装置は、実施の形態１における構成と、さらに、画像に写っている３次元モデル化したい建物と、建物データベース１０５に既に記録されている同じ位置にある建物面が同じ建物かどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベース１０５の内容を更新する更新部５０１を備えていることを特徴とする。
【００６７】
以上のように、実施の形態５における３次元建物モデルデータ生成装置１００において、上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
実施の形態５における上記３次元建物モデルデータ生成装置１００は、実施の形態１における３次元建物モデルデータ生成装置１００の構成と、さらに、上記建物データベース１０５が既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部１０２により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部１０３により計算された複数の建物の高さに基づく新たな建物面とが同じ位置にある場合、登録建物面と新たな建物面とが同じ建物を構成するかどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベース１０５に記録された複数の３次元建物モデルデータを新たな建物面が構成される複数の３次元建物モデルデータに更新する更新部５０１を備えたことを特徴とする。
【００６８】
実施の形態６．
図１６は、実施の形態６を示す構成図である。
図１６において、デジタルカメラ６０１、ジャイロ６０２、ＧＰＳ６０３、方位計６０４は金属またはプラスチックのステーで一つに固定してある。
これらのセンサー類とＲＳ２３２ＣケーブルまたはＩＥＥＥ１３９４ケーブルで接続したパソコンまたは、携帯情報端末の中には、これらのセンサー類のデータを受け取り記録するための手段がある。
デジタルカメラ６０１は、画像を撮影する。
ジャイロ６０２は、カメラの傾き度合いを検知する。
ＧＰＳ６０３は、カメラの自位置を経度緯度で検知する。
方位計６０４は、カメラの向いている方位を検知する。
デジタルカメラ６０１のシャッター操作を行い、撮影した画像を電子ファイルである撮影画像６１０に記録するのは、制御および画像取り込み部６０５である。制御および画像取り込み部６０５は、カメラを制御して撮影し撮影した画像を電子データの撮影画像６１０として記録する。
ジャイロ６０２の出力する上下の傾き角度を取得するのはピッチ受信部６０６である。ピッチ受信部６０６は、ジャイロ６０２の検知した傾き度合いを受信する。
ＧＰＳ６０３の出力する経度緯度高度情報を取得するのは位置受信部６０７である。位置受信部６０７は、ＧＰＳ６０３の受信した経度と緯度を記録する。
方位計６０４の出力する方位データ受信するのは方位受信部６０８である。方位受信部６０８は、方位計６０４の受信した方位を受信する。
これらの受信データを同期して電子ファイルである撮影情報６１１に記録するのは記録同期部６０９である。記録同期部６０９は、撮影を行った瞬間の傾き度合い、経度緯度、方位を同期して撮影情報６１１として記録する。
操作部６１２は、実施の形態１における操作部１０と同じである。操作部６１２は、実施の形態１における画像表示部１０１を備えている。
処理部６１３は、実施の形態１における計測部２０、画像処理部３０と同じである。処理部６１３は、実施の形態１における建物設置位置計算部１０２，建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を備えている。
記録部６１４は、実施の形態１における記録部４０と同じである。記録部６１４は、実施の形態１における建物データベース１０５を備えている。
図１６に示すように、記録装置２００が有する記録部６１４については、ＬＡＮまたはＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）によって接続した他のパソコン上に記録してあってもよい。
【００６９】
次に動作について説明する。
ピッチ受信部６０６は例えば１秒に１回傾きのデータを受信して、記録同期部６０９へ送る。
位置受信部６０７は例えば１秒に１回経度緯度高度の情報を受信して記録同期部６０９へ送る。
方位受信部６０８は例えば１秒に１回方位データを受信して記録同期部６０９へ送る。
記録同期部６０９は、ピッチ情報、位置情報、方位情報を数秒間捨てないでメモリ上に記録してあることとする。
操作員は、カメラを３次元モデル化したい建物に向けて構え、制御および画像取り込み部６０５を用いてシャッターを切る。このとき、シャッターは自動連写にしてもよいし、操作員がカメラを構えず車両に搭載して撮影しながら移動してもよい。
制御および画像取り込み部６０５は、撮影した画像を電子ファイルとして出力すると共に、シャッターを切った瞬間の時間を記録同期部６０９へ送る。
記録同期部６０９は、制御および画像取り込み部６０５からシャッターを切った時間を受け取ると、この時間より前に受け取った最後のピッチ情報Ａと、この時間の直後に受け取ったピッチ情報Ｂの２つのピッチ情報をメモリ上から読み込む。
シャッターを切った時間が例えば１／１０００秒単位であった場合、ピッチ情報Ａが１２度、ピッチ情報Ａが１２．３度であったとする。
ピッチ情報Ｂはピッチ情報Ａを受信してから丁度１秒後に受信していることとする。
ピッチ情報Ａを受信してからシャッターを押すまでの時間がＴ／１０００秒であったとする。
シャッターを押した瞬間のピッチ情報は、時間で按分を行って求める。
この場合、｛１２＋（Ｔ／１０００）×０．３｝度であると計算する。
これはピッチ情報の例であるが、同様にして、経度、緯度、高度、方位をシャッターを押した瞬間の時間を元に按分計算を行う。
これによって得たピッチ情報、経度、緯度、高度、方位のデータを撮影情報６１１として記録する。
処理部６１３の動作は、実施の形態１における画像処理部３０の動作と同じである。、記録部６１４の動作は、実施の形態１における記録部４０の動作と同じである。
【００７０】
実施の形態６では、操作員はカメラを構えてシャッターを押すだけで建物のモデル化に必要な情報を記録できる。
また、シャッターを押した時間に最も近いピッチ情報、経度、緯度、高度、方位のデータの同期をとっている。
操作員は建物をモデル化したいときに次々に建物の撮影を行ってもよいし、車両に設備を載せて走行しながら撮影してもよいので、短時間に大量の建物の撮影が可能である。
操作員は、建物を撮影し、１件１件その場で撮影画像の中から頂点を指示することにより３次元モデルデータを取得して蓄積できるので、１人でも迅速に街の景観を３次元モデルデータにできる。
【００７１】
以上のように、実施の形態６における３次元都市モデルデータ生成装置は、画像を撮影するデジタルカメラ６０１と、カメラの傾き度合いを検知するジャイロ６０２と、カメラの自位置を経度緯度で検知するＧＰＳ６０３と、カメラの向いている方位を検知する方位計６０４を固定し、カメラを制御して撮影し撮影した画像を電子データの撮影画像６１０として記録する制御および画像取り込み部６０５と、ジャイロ６０２の検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部６０６と、ＧＰＳの受信した経度と緯度を記録する位置受信部６０７と、方位計６０４の受信した方位を受信する方位受信部６０８と、撮影を行った瞬間の傾き度合い、経度緯度、方位を同期して撮影情報６１１として記録する記録同期部６０９と、請求項１の画像表示部１０１からなる操作部６１２と、実施の形態１〜５における建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３、建物テクスチャ切り出し補正部１０４を有する処理部６１３と、実施の形態１〜５における建物データベース１０５を有する記録部６１４を備えていることを特徴とする。
【００７２】
以上のように、実施の形態６における３次元建物モデルデータ生成装置１００は、
カメラから撮影した画像と撮影された時間とを取り込む画像取り込み部の一例である制御および画像取り込み部６０５と、
ジャイロ６０２から検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部６０６と、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）６０３から受信した経度と緯度とを受信する位置受信部６０７と、
方位計６０４から受信した方位を受信する方位受信部６０８と、
上記ピッチ受信部６０６により受信された傾き度合いと上記位置受信部６０７により受信された経度と緯度と上記方位受信部６０８により受信された方位とを、上記画像取り込み部により取り込まれた画像が撮影された時間と同期させて撮影情報として記録する記録同期部６０９と、
上記記録同期部６０９により記録された撮影情報と上記画像取り込み部により取り込まれた画像とに基づいて３次元建物モデルデータを生成する生成部と
を備えたことを特徴とする。
上記生成部は、実施の形態１における画像表示部１０１と実施の形態１における建物設置位置計算部１０２と実施の形態１における建物高さ計算部１０３と実施の形態１における建物テクスチャ切り出し補正部１０４と実施の形態１における建物データベース１０５とを有していることを特徴とする。
【００７３】
以上のように、実施の形態１〜６における３次元都市モデルデータ生成装置は、実在する建物をカメラで撮影し、撮影した画像を元に建物を構成する面の幅、高さを計算し、表面の写真を加工処理することにより、実際の建物と同じ景観を３次元モデルとして記録するための装置、或いは、既に記録してある建物の３次元モデルのデータを更新する装置でもある。
【００７４】
以上のように、実施の形態１〜６における３次元都市モデルデータ生成装置は、地上から建物を撮影し、撮影した画像上で建物の頂点を指定するだけの簡単な操作で、テクスチャのついた建物の３次元モデルを構築できる。
また、データの記録においても。撮影の操作だけで、必要な情報は全て誤差が少ないように同期して記録されるので、操作に煩雑さがない。
また、２次元地図や航空写真データは不要なので、低価格で迅速にモデル化できる。
また、モデル化範囲も広範囲の場合には、車両を用いて広範囲をモデル化でき、路地裏等のいりくんだ場所においては操作員がカメラで撮影することによりモデル化できる。
また、建物面に遮蔽物があっても、撮影場所が傾斜地であっても、建物が高くなった土手の上に建っていてもモデル化できる。
また、建物の道路から見た正面と、道路からみた側面は別々にモデル化しても１つの建物として自動的に記録されるので、モデル化順序にとらわれない。
また、建物の立替えにも柔軟に対応して、古いデータを消去し、最新のデータに更新することができる。
【００７５】
以上のように、都市の建物の３次元モデルを構築するには、航空写真から３次元モデルを構築するという手間や費用のかかる。地上から建物をモデル化しないと路地等のデータ化ができないといった問題に対し、地上から建物を撮影し、簡単な操作入力をすると、建物の幅、高さ、設置位置を自動的に計算する建物設置位置計算部１０２、建物高さ計算部１０３により簡単に地上から建物の３次元モデルを構築できるようになった。
【００７６】
以上の説明において、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したものは、一部或いはすべてコンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。これらのプログラムは、例えば、Ｃ言語により作成することができる。或いは、ＨＴＭＬやＳＧＭＬやＸＭＬを用いても構わない。或いは、ＪＡＶＡ（登録商標）を用いて画面表示を行っても構わない。
また、各実施の形態の説明において「〜部」として説明したものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェア或いは、ハードウェア或いは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
また、上記各実施の形態を実施させるプログラムは、また、磁気ディスク装置、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のその他の記録媒体による記録装置を用いても構わない。
また、３次元都市モデルデータ生成装置、或いは、３次元建物モデルデータ生成装置は、ＣＲＴ表示装置、その他の表示装置、プリンタ装置等の出力装置、マウス、キーボード等の入力装置を備えていても構わない。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、地上から建物を撮影し、撮影した画像上で建物の頂点を指定するだけの簡単な操作で、テクスチャのついた建物の３次元モデルを構築できる。
【００７８】
本発明によれば、２次元地図や航空写真データは不要なので、低価格で迅速にモデル化できる。
【００７９】
本発明によれば、撮影方向の補正を可能とすることができる。
【００８０】
本発明によれば、必要な情報の誤差が少ないようにモデル化することができる。
【００８１】
本発明によれば、建物の道路から見た正面と、道路からみた側面は別々にモデル化しても１つの建物かどうか判断することができる。
【００８２】
本発明によれば、建物の一部が遮蔽されても遮蔽された部分を構成することができる。
【００８３】
本発明によれば、建物の一部が遮蔽されてもモデル化することができる。
【００８４】
本発明によれば、建物の立替えにも柔軟に対応して、古いデータを消去し、最新のデータに更新することができる。
【００８５】
本発明によれば、モデル化範囲も広範囲の場合には、車両を用いて広範囲をモデル化でき、路地裏等のいりくんだ場所においては操作員がカメラで撮影することによりモデル化できる。
【００８６】
本発明によれば、建物モデルとともに都市モデルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す構成図である。
【図２】画面上の画素位置の説明図である。
【図３】建物データベースの構成を示す図である。
【図４】撮影画像から得る情報を示す図である。
【図５】建物設置位置の説明図である。
【図６】テクスチャ変形の説明図である。
【図７】実施の形態２を示す構成図である。
【図８】１回の計測における測距データ群である。
【図９】測距データの説明図である。
【図１０】実施の形態３を示す構成図である。
【図１１】接続建物取得部の判断説明図である。
【図１２】実施の形態４を示す構成図である。
【図１３】道路から見て側面が遮蔽されている建物の入力例の図である。
【図１４】実施の形態５を示す構成図である。
【図１５】更新部の判断真上から見下ろした図である。
【図１６】実施の形態６を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 操作部、２０ 計測部、３０ 画像処理部、４０ 記録部、１０１ 画像表示部、１０２ 建物設置位置計算部、１０３ 建物高さ計算部、１０４ 建物テクスチャ切り出し補正部、１０５ 建物データベース、２０１ カメラ方向補正部、３０１ 接続建物取得部、４０１ 補助線入力部、５０１ 更新部、６０１ デジタルカメラ、６０２ ジャイロ、６０３ ＧＰＳ、６０４ 方位計、６０５ 制御および画像取り込み部、６０６ ピッチ受信部、６０７ 位置受信部、６０８ 方位受信部、６０９ 記録同期部、６１２ 操作部、６１３ 処理部、６１４ 記録部。
Claims (14)
- ３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成装置において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示部と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算部と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示部により計算された画素位置と上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算部と、
上記画像表示部により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正部と、
上記建物設置位置計算部により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正部により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する建物データベースと
を備えていることを特徴とする３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、撮影画像とカメラの撮影位置とカメラの撮影方向と撮影時のカメラ高さとを有していることを特徴とする請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記１つの画像は、カメラにより撮影され、
上記所定の情報は、カメラの撮影位置とカメラの撮影方向と上記カメラの撮影位置から上記建物までの複数の距離データである測距データとを有し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記測距データに基づいて上記１つの画像を撮影したときのカメラの撮影方向を補正するカメラ方向補正部を備えていることを特徴とする請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記建物設置位置計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて建物設置位置を計算し、
上記建物高さ計算部は、上記カメラ方向補正部により補正されたカメラの撮影方向に基づいて上記建物の高さを計算することを特徴とする請求項３記載の３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さとに基づく新たな建物面とが接続する面であるかどうかを判断し、判断された結果、接続する場合には、登録建物面と新たな建物面とを１つの建物面として上記１つの建物面を構成する３次元建物モデルデータを建物データベースに記録させ、判断された結果、接続しない場合には、登録建物面と新たな建物面とを別の建物面として上記新たな建物面を構成する複数の３次元建物モデルデータをさらに建物データベースに記録させる接続建物判断部を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物を構成する所定の面が、他の建物によって遮蔽されている場合において、上記所定の面を構成する辺を補助入力する補助線入力部を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置。
- 上記補助線入力部は、補助入力された辺と上記所定の面を構成する他の辺との交点を第２の頂点位置として、上記第２の頂点位置に対する第２の画素位置を計算することを特徴とする請求項６記載の３次元建物モデルデータ生成装置。
- 上記３次元建物モデルデータの内、複数の建物設置位置と複数の建物の高さとにより構成される複数の点をつないだ多角形は、上記建物の建物面を構成し、
上記３次元建物モデルデータ生成装置は、さらに、上記建物データベースが既に複数の３次元建物モデルデータを記録してある場合に、既に記録してある複数の３次元建物モデルデータが有する複数の建物設置位置と複数の建物の高さとに基づく登録建物面と、新たに上記建物設置位置計算部により計算された複数の建物設置位置と上記建物高さ計算部により計算された複数の建物の高さに基づく新たな建物面とが同じ位置にある場合、登録建物面と新たな建物面とが同じ建物を構成するかどうかを判断して、異なる建物であれば、建物データベースに記録された複数の３次元建物モデルデータを新たな建物面が構成される複数の３次元建物モデルデータに更新する更新部を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置。 - カメラから撮影した画像と撮影された時間とを取り込む画像取り込み部と、
ジャイロから検知した傾き度合いを受信するピッチ受信部と、
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から受信した経度と緯度とを受信する位置受信部と、
方位計から受信した方位を受信する方位受信部と、
上記ピッチ受信部により受信された傾き度合いと上記位置受信部により受信された経度と緯度と上記方位受信部により受信された方位とを、上記画像取り込み部により取り込まれた画像が撮影された時間と同期させて撮影情報として記録する記録同期部と、
上記記録同期部により記録された撮影情報と上記画像取り込み部により取り込まれた画像とに基づいて３次元建物モデルデータを生成する生成部と
を備えたことを特徴とする３次元建物モデルデータ生成装置。 - 上記生成部は、請求項１記載の画像表示部と請求項１記載の建物設置位置計算部と請求項１記載の建物高さ計算部と請求項１記載の建物テクスチャ切り出し補正部と請求項１記載の建物データベースとを有していることを特徴とする請求項９記載の３次元建物モデルデータ生成装置。
- 請求項１記載の３次元建物モデルデータ生成装置により生成された複数の３次元建物モデルデータに基づいて３次元都市モデルデータを生成することを特徴とする３次元都市モデルデータ生成装置。
- ３次元建物モデルデータを生成する３次元建物モデルデータ生成方法において、
撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示工程と、
所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算工程と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示工程により計算された画素位置と上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算工程と、
上記画像表示工程により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正工程と、
上記建物設置位置計算工程により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算工程により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正工程により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録工程と
を備えていることを特徴とする３次元建物モデルデータ生成方法。 - 撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 撮影した１つの画像を表示して、操作員に上記表示された１つの画像の中から３次元モデル化したい建物を構成する所定の面の頂点位置の入力を促し、入力された頂点位置に対する画素位置を計算する画像表示処理と、所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置とに基づき、上記建物に対する建物設置位置を計算する建物設置位置計算処理と、
上記所定の情報を入力し、入力された所定の情報と上記画像表示処理により計算された画素位置と上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置とに基づき、上記建物の高さを計算する建物高さ計算処理と、
上記画像表示処理により計算された画素位置と上記１つの画像とに基づき、上記建物の表面の図柄であるテクスチャを切り出し、切り出したテクスチャの形状を補正する建物テクスチャ切り出し補正処理と、
上記建物設置位置計算処理により計算された建物設置位置と上記建物高さ計算処理により計算された上記建物の高さと上記建物テクスチャ切り出し補正処理により補正されたテクスチャとを有する３次元建物モデルデータを記録する記録処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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