JP2007034415A - 設計支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元仮想空間の表示及び該空間における視点移動等の操作性を向上し、設計者及び依頼主等の間で該設計物に対する認識を共有することが可能な設計支援システムを提供することを課題とする。
【解決手段】 設計支援コンピュータ１は、制御コンピュータ２と、設計図面３の投影される載置投影面４を有する投影スクリーン部６と、投影スクリーン部６の載置投影面４に設計図面３を投影し、表示するプロジェクタ９と、載置投影面４の設計図面３の図面上に置かれ、識別子１０が付された疑似モデル１２と、疑似モデル１２に係る疑似モデル情報を取得するためのＣＣＤカメラ１４と、設計情報から構築された三次元仮想空間１５及び疑似モデル１２に対応する仮想モデル１６を表示する液晶ディスプレイ１８とを主に具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、設計支援システムに関するものであり、特に、三次元的に表現可能に構築された三次元仮想空間を用い、住宅あるいは製品の設計に係る設計検討を容易に行うことが可能な設計支援システムに関するものである。

近年において、住宅等の設計または種々の機械設備・備品等の製品設計を行う場合、完成後の立体的なイメージを想像しながら設計対象となる住宅（建築物）や機械設備等の設計物を設計可能とする「３Ｄ−ＣＡＤ（三次元ＣＡＤ）システム」が多く利用されるようになっている。これらの３Ｄ−ＣＡＤシステムは、従来の平面的（二次元的）に作成される設計図面と比較し、建築物等の様子を立体感を伴って表現可能であり、施行前の段階で建築物の外観等をある程度イメージすることができたり、機械設備における所定部位の可動範囲やそれぞれの部品同士の位置関係や連動動作などを容易に把握することができる優れた利点を有するものである。そのため、これらの３Ｄ−ＣＡＤシステムの使用は現在において、著しく普及している。これにより、従来の二次元的（平面的）な設計図面（主に紙媒体に出力）に比べ、設計作業を行う設計者、設計の妥当性を判断する設計検討者、或いは建築物の場合、係る建築物の施工を依頼した依頼主等が立体的に表現された設計物を視覚を通じて直感的に把握することができる。

特に、これらの設計作業において、各段階における設計内容の妥当性を判断する目的で、当該設計に携わる複数の人々によって、その設計内容を確認し、修正点等を協議するための設計検討が適宜行われている。この設計検討は、前述した三次元ＣＡＤシステムによって構築し、表現された三次元的な仮想空間に基づいて行われることが多く、複数の設計者が同時に、かつ立体的な形状等を共通の認識で把握できるものである。この場合、三次元仮想空間の表示には、従前の液晶ディスプレイや投影用のプロジェクタなどが用いられている。

さらに、これらの三次元ＣＡＤシステムは、液晶ディスプレイ等に立体的に表現された設計物（建築物等）を自由に移動させたり、回転させたりするもの、或いは三次元仮想空間全体を回転させたりすることが可能なものも知られている。さらに、三次元仮想空間を表示するシステムの一例としては、指などが触れた接触圧力を検知する圧力検出パネルを備え、作業者の手（指）の動きを当該圧力検出パネルによって接触情報として認識し、取得した該接触情報によってアバタ（ネット或いは仮想空間上における「仮像」・「化身」を意味する用語）の動作を制御するもの（特許文献１参照）、或いは表示する画面の視点位置を適宜変更可能とするために、基準となる二次元画像に対する描写角度を決定し、視点移動に伴って変化する立体的な映像をスムーズに表示するもの（特許文献２参照）などが知られている。

特開２００４−４６３１１号公報 特開平１０−１１６１５号公報

しかしながら、上述した設計検討作業を行う場合、その参加者の中には建築物の依頼主などの設計作業に直接携わらない人が含まれることがあった。すなわち、これらの人々は立体的に表現される三次元仮想空間の画像（映像）を視認することはできるものの、高度な操作性を有する三次元ＣＡＤシステムの操作をすることができなかったり、あるいはその操作に不慣れな場合があった。そのため、設計検討の際に依頼主の希望を伝えたり、修正個所を的確に示すことができないことがあった。そのため、設計に対して十分な意見を主張することができず、設計物に係る意見を反映させることができなかった。

特に、これらの三次元ＣＡＤシステムは、汎用のコンピュータを用いて構築されることが多く、このコンピュータ本体に接続される操作入力機器として、キーボードと共に、画面上のカーソルを操作するためのマウス、またはトラックボール等の既知のポインティングデバイスを使用することが多かった。しかしながら、これらのマウス等は、画面上のカーソルを平面的に移動させ、さらにマウス等に付された右ボタンや左ボタンをクリックすることによって上述の操作を可能とするものであり、三次元ＣＡＤシステムでは特に高度な操作を要し、習熟に多くの時間が必要となる場合があった。すなわち、物品等を立体的に表現し、さらにこれに対して移動等の操作を行う場合、前後・左右・上下の少なくとも六軸方向への独立した操作が必要となる。しかしながら、上述したマウス等は、基本的に平面上に載置され、マウスパッドのパッド面を水平方向に移動するものであり、その結果、三次元仮想空間に対して行う種々の操作が困難となることが多かった。

加えて、建築物の依頼主等の顧客に対して説明を必要とする場合、上記の三次元ＣＡＤシステムによって表示される三次元仮想空間の認識に不慣れなケースもあり、かえって建築物の全体のイメージを把握しにくいことがあった。このようなケースでは、従来通りの二次元的（平面的）に紙媒体に出力した設計図面を用いたり、簡易な模型を作成し、これに基づいた設計検討等の説明を行うことがあった。そのため、三次元仮想空間の画像と従前の設計図面との理解の統一を図ることが難しく、依頼主を逆に混乱させてしまうことがあった。その結果、設計者等と依頼主との間に、当該設計物におけるイメージの相違や認識のずれが生じ、依頼主の思い描いたものと異なる建築物が建設され、不満を感じることもあった。また、予め間取りが決められた住宅の各部屋にどのような家具や住宅設備（浴槽、トイレ、シンク等）を配したり、或いは大型テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の大型家電施品などのレイアウトを予め決定する場合、係る三次元ＣＡＤシステムを応用した場合、上記のような操作性の複雑さから、使用が敬遠されることがあった。加えて、家具等のレイアウトの場合、住宅に居住する居住者の身長と家具のサイズとの相対的な関係を考慮する必要があり、例えば、「収納庫が天井付近の高所にあり、居住者の身長では手が届かないため扉の開閉に不便」などの、実際に使用（居住）した後でないと、その不具合を認識することができないことが多く、係る問題点を解消または改善することが可能な設計支援システムの構築が望まれていた。

そこで、本発明は、上記実情に鑑み、建築物等の設計検討及び家具等のレイアウトの際に利用可能であり、三次元仮想空間の表示及び該空間における視点移動等の操作性を向上し、設計者及び依頼主等の間で該設計物に対する認識を共有することが可能な設計支援システムの提供を課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる設計支援システムは、「設計対象となる設計物を二次元的に表現する設計図面を物理的手法を用いて提示する設計図面提示手段と、前記設計図面と対応し、前記設計物を三次元的に表現するための設計情報を記憶する設計情報記憶手段と、前記設計図面提示手段によって提示された前記設計図面の図面上に載置される一または複数の疑似モデルと、前記設計図面の図面上に載置された前記疑似モデルの相対的な位置、前記疑似モデルの正面方向、及び前記疑似モデルの姿勢の少なくいずれか一つに係る状態を認識し、疑似モデル情報を取得する疑似モデル情報取得手段と、前記設計情報に基づいて前記設計物を三次元的に構築し、表現された三次元仮想空間に、取得した前記疑似モデル情報を利用して、前記疑似モデルに対応する仮想モデルを配するための座標位置を算出する座標算出手段と、算出された前記座標位置に従って、前記三次元仮想空間に前記仮想モデルを配して表示する仮想モデル表示制御手段と」を具備するものから主に構成されている。

ここで、設計図面提示手段とは、例えば、住宅等の間取り図、或いは各機器の機械図面のような設計図面を、これまでの紙媒体に平面的に出力した設計図の状態で提示するものや、或いはフラットタイプの液晶ディスプレイのディスプレイ面に電気的に出力して表示するものであってもよい。すなわち、設計検討を行う設計者等に対して視覚を通じて認識可能な提示方法であれば特に構わない。

さらに、設計情報とは、提示される設計図面に含まれる間取り等の情報を、該設計図面と対応させるとともに、三次元的に変換して出力することが可能な三次元データを含んで構成されているものである。なお、紙媒体からなる設計図とこの設計情報との対応は、例えば、設計図の端部に個々の設計図を識別可能なバーコードを設け、このバーコードの情報をバーコードリーダによって読込み、予め設計情報記憶手段にデータベース化して記憶された設計情報と対応可能とするようなものを想定することが可能である。また、液晶ディスプレイを設計図面提示手段とする場合は、設計検討者からの選択によって、複数の設計情報から所望の一つが選択され、それを液晶ディスプレイに出力することにより、物理的に提示される設計図面と、電気的に記憶された設計情報をそれぞれ対応させるものであってもよい。

また、疑似モデルとは、物理的手法によって提示された設計図面の図面上に実際に載置される模型のようなものであり、例えば、住宅の室内におけるレイアウトを検討する場合には、係る室内に配されるテレビ、冷蔵庫、洗濯機等の大型家電製品、或いはソファ、ダイニングテーブル、タンス類、ベッド等の家具に対応する疑似モデルが予め用意される。さらに、これらの物品に対応する疑似モデルとともに、係る住宅に居住する居住者に対応する疑似モデルを用意される。なお、疑似モデルの外観形状は特に限定されないが、レイアウトの構成を感覚的に把握するために、元となる家具等の形状を模して形成されることが望ましく、また居住者に対応する場合には、例えば、人の形状に合わせたものであることが望ましい。なお、これらの疑似モデルは、設計検討やレイアウトの際の家具等の占める位置や占有面積、さらには、居住者の身長等をできるだけ、三次元仮想空間の縮尺に合わせて形成することが望ましい。これにより、表示される三次元仮想空間内の仮想モデル（疑似モデルに対応）もより実際の現実空間に近似したものとなる。

さらに、疑似モデル情報取得手段とは、提示された設計図面の図面上に載置された疑似モデルの位置、向き（疑似モデルの正面方向の向き等）、傾き等の状態を認識し、疑似モデル情報として取得するためのものであり、係る疑似モデル情報の取得には、従来の画像認識、光学的認識、或いは無線通信技術による認識などの各種手段を用いることが可能である。例えば、図面上の疑似モデルをＣＣＤカメラ等の光学機器によって撮影し、周知の画像認識手段によって上記疑似モデル情報を取得したり、疑似モデルに埋設されたＩＣタグを利用するものなどが想定される。なお、前述した三次元仮想空間における相対的なサイズを仮想モデルに反映させるため、係る疑似モデル情報にはサイズや仮想モデルの外観形状を指定する基本モデル情報を含むものであってもよい。

一方、座標算出手段及び仮想モデル表示制御手段は、取得された疑似モデル情報等を利用し、立体的に表される三次元仮想空間に疑似モデルに対応する仮想モデルを配し、画面上に合成して表示するための座標位置を算出処理するものであり、また、その結果を視覚を通じて認識可能なように、三次元的（立体的）に液晶ディスプレイ等を介して表示可能とするものである。なお、係る機能は、従前の三次元ＣＡＤシステム等に利用される表示手段等を応用することが可能である。

したがって、本発明の設計支援システムによれば、二次元的に表された設計図面に対応する設計情報を利用して、三次元仮想空間が構築される。そして、上述の設計図面の図面上に載置された実物の疑似モデルが、当該設計図面の相対的な関係を一致させるようにして三次元仮想空間に仮想モデルとして合成して表示されることになる。すなわち、設計図面の上の疑似モデルの位置、向き、姿勢等に係る情報がＣＣＤカメラ等の疑似モデル情報取得手段に基づいて取得され、さらに仮想モデルの三次元仮想空間における座標位置が算出される。すなわち、疑似モデルと設計図面との関係を反映させて、仮想モデルを三次元仮想空間の所定の座標位置に配することが可能となる。なお、疑似モデル情報取得手段は、一度、係る疑似モデル情報の取得を行ったのちも、常に若しくは一定の間隔で、疑似モデル情報の更新を継続する。そのため、設計者等が手で、設計図面の図面上の疑似モデルを持ち上げ、別の位置に置くことによって、移動の結果が三次元仮想空間内の仮想モデルに対応することとなる。

そのため、住宅における家具等のレイアウトを検討する場合、疑似モデル（居住者、家具等）の高さやサイズを考慮し、各々の配置を決定することが可能となり、従来の紙媒体の設計図面に基づいて係る作業を行っていた場合に比べ、より現実のイメージを感じやすくなっている。加えて、従来の三次元ＣＡＤシステムを利用した設計支援に比べ、設計図面上の疑似モデルを単純に移動させるだけで、表示される映像（画像）に反映させることが可能となり、複雑、かつ高度な操作を要求されることがない。そのため、三次元ＣＡＤシステムの操作に不慣れな場合であっても、設計検討の際に自らの意見を主張し、専門家（設計者）の意見を聞く機会が与えられる。さらに、室内に配する家具や家電製品等の入れ替えや変更なども、実空間にある疑似モデルを入れ替える簡易な操作で完了するため、従来のような複雑な操作を要することがない。その結果、依頼主及び設計者の双方に完成品（住宅）への共通認識が生じ、設計検討時と住宅完成後との間でのイメージの相違が低くなり、双方が満足のいく結果を得ることが可能となる。一方、本発明を機械設備・部品等の製品の設計に応用した場合、簡易な操作により、誰にでも設計検討に参加することができるため、様々な視点で設計データを確認できるようになり、早期に不具合を確認することが可能である。また、部品のレイアウト検討や、部品の入れ替えによるデザイン検討（車のホイールデザイン検討）も可能である。そのため、これまで無駄に要していた設計コストや製作コストを大きく抑えることが可能となる。

さらに、本発明にかかる設計支援システムは、上記構成に加え、「前記設計図面提示手段は、前記設計情報記憶手段に記憶された前記設計情報を利用し、前記設計図面を光学的に投影する光学投影手段と、前記光学投影手段によって投影される前記設計図面を映し出すとともに、前記疑似モデルの載置される載置投影面を有する投影スクリーン部と」を具備するものであっても構わない。

ここで、光学投影手段とは、大画面のスクリーン等に映像を投影可能な、いわゆる「プロジェクタ」が相当し、予め記憶された設計図面に係る設計情報をスクリーンに相当する投影スクリーン部に投影し、画像を形成することが可能なものである。この場合、投影スクリーン部は、その載置面（スクリーン面）が略水平方向に沿うようにして配し、その載置面に前述した疑似モデルを載置する。一方、設計図面は、該載置面と相対する載置裏面側に設けられたプロジェクター（光学投影手段）によって投影される。なお、プロジェクタは、前述した設計情報を記憶する設計情報記憶手段や座標算出手段等の処理を行うコンピュータに接続している必要がある。

したがって、本発明の設計支援システムによれば、設計図面が光学投影手段によって投影される。さらに、設計図面が投影された投影スクリーン部の載置面に上述の疑似モデルが載置される。これにより、疑似モデルと設計図面の設計情報との関係に対応させて、三次元仮想空間に仮想モデルを配することが可能となる。さらに、例えば、住宅の設計検討を行っている場合、一階、二階、三階等とそれぞれに階について検討する必要がある。このとき、従来の紙媒体に出力された設計図面を用いる際には、テーブルの上から、設計検討を完了した階（例えば、一階）に相当する設計図面を取り除き、新たな検討を行う階（例えば、二階等）の設計図面をテーブルの上に交換して置く必要がある。しかしながら、本発明の設計支援システムを用いることにより、投影する設計情報を切り替えることにより、設計図面自体を交換するような煩雑な作業を必要としない。設計検討に係る作業を円滑に行えるようになる。

さらに、本発明の設計支援システムは、上記構成に加え、「前記疑似モデル情報取得手段は、前記設計図面の図面上に載置された前記疑似モデルの仮想視点位置及び仮想視点方向を認識し、視点情報として取得する視点情報取得手段をさらに具備し、取得された前記視点情報に基づいて、前記疑似モデルの前記仮想視点位置及び前記仮想視点方向から見た前記三次元仮想空間を表示する視点表示制御手段と、前記仮想モデル表示制御手段及び前記視点表示制御手段を切替える表示切替手段と」具備するものであっても構わない。

したがって、本発明の設計支援システムによれば、仮想モデル表示制御手段によって表示される三次元仮想空間を、疑似モデル（対応する仮想モデル）の視点位置からの映像に切替えることが可能となる。これにより、他の疑似モデル（タンス等の家具）との相対的な関係を複雑な操作を要することなく、簡易に把握することが可能となる。このとき、疑似モデルによって取得される疑似モデル情報の中には、疑似モデルの視点に相当する位置に係る情報が含まれ、さらに仮想モデル表示制御手段は、特定された視点位置からの三次元仮想空間を表示するために予め記憶された視点表示用データに基づいて、係る表示をすることが可能となっている。これにより、設計検討者は、恰も自らが三次元仮想空間内において住宅等の設計物を検討しているような類似の感覚を感じることが可能となる。

さらに、本発明に係る設計支援システムは、上記構成に加え、「前記疑似モデルは、モデル表面に付され、複数の前記疑似モデルを個々に識別可能とするとともに、前記疑似モデル情報を提供可能な識別子をさらに有して構成され、前記疑似モデル情報取得手段は、前記疑似モデルの前記識別子を光学的に読取可能な光学読取機器と、前記光学読取機器によって読取った前記識別子に対応する前記疑似モデル情報を取得する光学取得手段と」を具備するものであっても構わない。

したがって、本発明の設計支援システムによれば、疑似モデル情報取得手段として、光学機器の一種である、例えば、ＣＣＤカメラ等のような撮影機器が光学取得手段として用いられる。ここで、疑似モデルの表面には、例えば、”○”、”△”、”×”のような図形等が、個々の疑似モデルに対して識別子として貼付されている。そして、係る識別子（マーク）を光学的に取得し、さらに画像認識技術によって認識する。このとき、ＣＣＤカメラのレンズ部分から疑似モデルまでの距離、或いは捉えられた識別子の形状によって疑似モデルの載置位置や疑似モデルの向きなどを判断することが可能となる。なお、複数の疑似モデルによって周囲を囲まれ、当該識別子を光学機器によって読取ることができないことも想定される。係る不具合を回避するために、識別子を読取る光学機器を設計図面の周囲に複数配し、少なくともいずれかの一つの光学機器によって読取ることができるようにするものであっても構わない。これにより、疑似モデル情報の取得が比較的容易となり、またＣＣＤカメラ等の従来から周知の技術を応用することが可能であるため、本システムの製作に係るコストを比較的低く抑えることができるようになる。

さらに、本発明に係る設計支援システムは、上記構成に加え、「前記疑似モデル情報は、前記仮想モデルの性状若しくは機能に係る機能情報をさらに含んで構成され、前記仮想モデル表示制御手段は、前記機能情報に基づいて前記三次元仮想空間及び前記機能情報の少なくともいずれか一方を表示する機能表示制御手段を」具備するものであっても構わない。

したがって、本発明の設計支援システムによれば、疑似モデル情報の中に、仮想モデルの性状や機能を示す機能情報が含まれている。ここで、機能情報とは、三次元仮想空間に表現される仮想モデルの機能等を示すものであり、例えば、”カッターナイフ”に係る仮想モデルが三次元仮想空間に配された場合、その他の仮想モデル（例えば、”紙”等）と先端の刃の部分が接触すると当該仮想モデルを切断する機能を機能情報として付与したりするものなどが例示される。すなわち、三次元仮想空間に仮想モデルを表示するだけでなく、その仮想モデルが有する機能によって、どのような作用を奏するかを確認することが可能となる。これにより、設計検討における理解が良好となる。

本発明の効果として、複雑な三次元ＣＡＤシステムの操作を習得する必要がなく、疑似モデルを二次元的に提示された設計図面の上で位置や向き等を変化させることにより、三次元仮想空間の中の仮想モデルを感覚的に操作することができる。これにより、施工主等であっても自らの意見や要求する仕様等を明確に第三者に伝達することができるようになり、設計検討の作業を円滑に行うことができる。加えて、従来に二次元的な施形図面と三次元仮想空間との連動（連携）が維持されるため、設計物の理解に特に有効である。

以下、本発明の一実施形態である設計支援システム１について、図１乃至図４に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の設計支援システム１の概略構成を示す説明図であり、図２は設計支援システム１における主に制御コンピュータ２の機能的構成を示す説明図であり、図３及び図４は制御コンピュータ２の処理の流れを示すフローチャートである。なお、本実施形態の設計支援システム１は、三次元的に表現された住宅等の三次元仮想空間１５に対し、種々の家具等を配し、そのレイアウトの妥当性等を判断するための設計検討に応用されるものについて例示することとする。

本実施形態の設計支援システム１は、図１に主として示すように、種々の情報を処理するための制御コンピュータ２と、二次元的に表現される設計図面３の投影される載置投影面４を有し、四隅を脚部５によって支持した投影スクリーン部６と、制御コンピュータ２と電気的に接続され、投影スクリーン部６の載置投影面４の裏面７側から該設計図面３を光学的に投影し、表示するために設計情報８を投影するプロジェクタ９と、プロジェクタ９によって載置投影面４に投影された設計図面３の図面上に置かれ、個々を識別するための識別子１０がモデル表面１１に付された疑似モデル１２と、識別子１０に基づいて、設計図面３に対する疑似モデル１２の相対的な位置、向き、及び姿勢等に係る疑似モデル情報１３を取得するために、当該疑似モデル１２及び設計図面３を含む画像を撮影し、制御コンピュータ２に送出するためのＣＣＤカメラ１４と、設計図面３を三次元的に表現した三次元仮想空間１５及び疑似モデル１２に対応する仮想モデル１６を合成し、ディスプレイ面１７に表示可能な液晶ディスプレイ１８とを具備して主に構成されている。

さらに、制御コンピュータ２は、図２に示すように、その機能的構成として、プロジェクタ９から投影するための複数の設計情報８を予めデータベース化して記憶する設計情報記憶手段２１と、該設計情報記憶手段の中から選択された一つの設計情報８の二次元データ８ａを利用して、プロジェクタ９を通じて投影スクリーン部６の載置投影面４に光学的に制御して投影するための投影制御手段２２と、ＣＣＤカメラ１４によって撮影された画像を受付け、疑似モデル１２に付された識別子１０を認識するとともに、該識別子１０に基づいて疑似モデル１２の設計図面３に対する位置、向き、姿勢等を解析する画像解析手段２３と、画像解析手段２３の解析結果として得られた疑似モデル情報１３に基づいて、疑似モデル１２に対応する仮想モデル１６の三次元仮想空間１５における座標位置を算出する座標算出手段２４と、設計図面３として投影される設計情報８の三次元データ８ｂに基づいて構築された三次元仮想空間１５に、算出された座標位置に仮想モデル１６を配し、三次元仮想空間１５を液晶ディスプレイ１８に表示制御する空間表示制御手段２５と、取得された疑似モデル情報１３から疑似モデル１２の仮想視点位置及び仮想視点方向を認識し、視点情報２６を取得する視点情報取得手段２７と、取得された視点情報２６に基づいて、疑似モデル１２の仮想視点位置及び仮想視点方向から見た三次元仮想空間１５を表示制御し、液晶ディスプレイ１８に表示する視点表示制御手段２８と、液晶ディスプレイ１８への表示を空間表示制御手段２５または視点表示制御手段２８にそれぞれ切替える表示切替手段２９とから主に構成されている。

ここで、プロジェクタ９、投影制御手段２２、及び投影スクリーン部６が本発明における設計図面提示手段に相当し、さらにこれらの中でプロジェクタ９及び投影制御手段２２が本発明における光学投影手段に相当する。さらに、ＣＣＤカメラ１４が本発明のおける光学読取機器に相当し、さらに画像解析手段２３が本発明における光学取得手段に相当し、これらのＣＣＤカメラ１４及び画像解析手段２３が本発明における疑似モデル情報取得手段に相当する。

さらに、制御コンピュータ２は、その他の機能的構成として、取得した疑似モデル情報１３、算出した座標位置に係る座標位置データ３１、視点情報２６、及び載置される疑似モデル１２に対応する仮想モデル１６の詳細な形状、色、基本姿勢等を定義した基本的な情報を含むモデルデータ３２等の種々のデータを記憶する記憶手段３０を具備して構成されている。また、図示しないが、制御コンピュータ２を操作し、各種命令及びデータの入出力を行うための周知のキーボード及びマウス等の操作手段を備えている。

次に、本実施形態の設計支援システム１を利用した設計検討の一例について、主に制御コンピュータ２の処理の流れに基づいて説明する。ここで、図３及び図４が本実施形態の設計支援システム１における制御コンピュータ２の処理の流れを示すフローチャートである。始めに、制御コンピュータ２の投影制御手段２２によって、設計情報記憶手段２１に記憶された設計情報８の二次元データ８ａを利用し、設計図面３を投影スクリーン部６の載置投影面４に投影する（ステップＳ１）。このとき、プロジェクタ９の光源から投影された二次元データ８ａに基づく投影光９ａは、透明性状を呈する板状の投影スクリーン部６の裏面７から侵入し、さらに投影スクリーン部６の内部を透過して載置投影面４に到達し、設計図面３を表示するように結像する。その結果、設計者等が設計図面３を視覚的に認識可能に現れる。このとき、載置投影面４に投影される設計図面３に係る設計情報８の三次元データ８ａを利用し、三次元仮想空間１５を構築し、空間表示制御手段２８を利用して液晶ディスプレイ１８に表示する（ステップＳ２）。

さらに、制御コンピュータ２は、ＣＣＤカメラ１４を利用して、設計図面３が投影された載置投影面４付近の画像を取得する（ステップＳ３）。そして、ＣＣＤカメラ１４によって撮影された画像データが制御コンピュータ２に送出され、係る画像データの解析を行う（ステップＳ４）。すなわち、解析の対象となる画像データ（解析画像）の中に、予め定められた識別子１０が存在するか否かの判断を行う（ステップＳ５）。すなわち、解析画像中に識別子１０が検出されること、換言すると、疑似モデル１２が設計図面３の図面上に載置されている場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、設計図面３に対する疑似モデル１２の位置、向き、姿勢等に係る疑似モデル情報１３が取得される（ステップＳ６）。ここで、図１に示すように、本実施形態では、それぞれの疑似モデル１２に対して、”○”や”／”等の比較的簡易な記号を組合わせ、個々の疑似モデル１２を識別可能な識別子１０がモデル表面１１に付されている。そして、周知の画像認識技術を応用し、ＣＣＤカメラ１４によって撮影された画像データの中から、識別子１０と同一又は類似する形状のマークを検出する。これにより、設計図面３の図面上の疑似モデル１２の存在が確認される。なお、前述したように、設計図面３の図面上に複数の疑似モデル１２が載置され、一台のＣＣＤカメラ１４では、隣接する疑似モデル１２によって、当該識別子１０（または疑似モデル１２）を認識する可能性が想定される。そのため、係るＣＣＤカメラ１４は、投影スクリーン部６の周囲を全て可能なように数台（例えば、四台）を準備し、疑似モデル１２の識別子１０を漏れなく検出することができるようにすることが望ましい。

一方、解析画像中に識別子１０が検出されない、換言すると、疑似モデル１２が設計図面３の図面上に載置されてない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、対象となる疑似モデル１２が存在しないため、疑似モデル情報１３の取得を行うことができない。そのため、以降の処理をキャンセルし、ステップＳ１７の処理に移行する。

その後、疑似モデル情報１３を取得した制御コンピュータ２は、取得した疑似モデル情報１３及び投影された設計図面３に係る設計情報８（二次元データ８ａ、三次元データ８ｂを含む）に基づいて、設計図面３に対する疑似モデル１２の位置に相当する、三次元仮想空間１５における仮想モデル１６の座標位置を算出する（ステップＳ７）。さらに、制御コンピュータ２は、検出された識別子１０に基づいて、当該識別子１０が付与された疑似モデル１２が、視点位置や視点方向に係る視点情報２６が含むか否かを判断する（ステップＳ８）。なお、係る判断は、記憶手段３０に記憶された仮想モデル１６を表示するための基本的データを含むモデルデータ３２によって、予め視点情報２６の有無が提示されており、之に対応してそれぞれの判断がなされる。そして、疑似モデル１２が視点情報２６を含む場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、Ｆ＝１を与え（ステップＳ９）、さらにその疑似モデル１２に対応する視点位置・視点方向を含む視点情報２６を取得する（ステップＳ１０）。

そして、三次元仮想空間１５の算出された座標位置（座標位置データ３１）に、疑似モデル１２に対応する仮想モデル１６をモデルデータ３２に基づいて表示する（ステップＳ１１）。これにより、三次元仮想空間１５に仮想モデル１６が重ね合わされた映像が液晶ディスプレイ１８に表示される。なお、係る映像は、仮想モデル１６の全体を表現したものであり、設計図面３に係る住宅の外観全体等を表現するもの（例えば、建築物全体を俯瞰で観測したもの）等である。そして、Ｆの値が判断され（ステップＳ１２）、Ｆ＝１であると判断されると（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、疑似モデル１２が前述した視点情報２６を含むものとされ、疑似モデル１２（仮想モデル１６）の視点位置等からの三次元仮想空間１５の表示に切替える旨の指示の入力を待機する（ステップＳ１３）。そして、係る視点からの表示に切替える旨の指示の入力（要求）がなされる場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、仮想モデル１６の視点からの三次元仮想空間１５を表示するように切替える（ステップＳ１４）。これにより、設計対象となる設計物の住宅の中に、自らが入った状態で設計検討を行うことが可能となり、詳細な検討を行うことができる。特に、予め疑似モデル１２に対応するモデルデータ３２に、居住者に実際の身長等のデータを付与しておくことにより、天井付近に配した収納棚の高さなど、実際に居住してみないと判断することが従来はできなかった問題点を認識することができる。その結果、係る設計検討の段階で設計変更を行い、依頼主の希望に沿った住宅等を建築することが容易となる。

その後、制御コンピュータ２は、設計図面３の図面上に載置された疑似モデル１２の位置や向き等に変化の有無をＣＣＤカメラ１４によって検出する（ステップＳ１５）。ここで、疑似モデル１２に移動等の変化がない場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、ステップＳ１６の処理に移行する。一方、設計検討者等が疑似モデル１２を手で動かすことなどによって疑似モデル情報１５が変化している場合（ステップＳ１５においてＮＯ）、ステップＳ４に戻り、撮影された画像データを再び解析（ステップＳ４）し、新たな疑似モデル情報１３を取得し（ステップＳ６）、三次元仮想空間１５に仮想モデルを表示する（ステップＳ１１）等の前述したステップＳ４からステップＳ１４に至る処理を繰返し、継続する。

その後、設計情報８の二次元データ８ａに基づいて投影される設計図面３を変更する旨の指示の有無を検出し（ステップＳ１６）、係る指示がない場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、ステップＳ１７の処理に移行する。一方、設計図面３を変更する旨の指示が有る場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、ステップＳ１に戻り、新たな設計情報８の二次元データ８ａに基づいて設計図面３の投影を行う。すなわち、例えば、１階部分の設計検討を行い、次に２Ｆ部分の設計検討を行う場合、従来の紙媒体に出力された設計図を使用する場合、古い（設計検討済み）の設計図面を机上から取り除き、新しい（設計検討予定）の設計図面を机上に配する作業が必要となる。これに対し、本実施形態の設計支援システム１によれば、プロジェクタ９から投影する設計情報８を適宜選択することにより、新たな設計図面３を速やかに表示し、設計検討に使用することが可能となる。

さらに、制御コンピュータ２は、本システムを終了する旨の指示の入力の有無を検出し（ステップＳ１７）、係る旨の指示の入力がある場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、システムを終了する（ステップＳ１８）。一方、係る旨の指示の入力がない場合（ステップＳ１７においてＮＯ）、ステップＳ１１の処理にもどり、三次元仮想空間１５への仮想モデル１６の表示を継続する。

以上、説明したように、本実施形態の設計支援システム１によれば、複雑な操作を要することなく、設計図面３の図面上に疑似モデル１２をそれぞれ任意の位置に載置することにより、ＣＣＤカメラ１４によって捉えられた識別子１０に基づいて、三次元仮想空間１５における仮想モデル１６が表示させる座標位置を算出し、反映させることができる。特に、仮想モデル１６が表示された三次元仮想空間１５に対応する設計図面３の上で、疑似モデル１２を手で動かす簡易な操作をするだけで、この動きに伴って三次元仮想空間１５における仮想モデル１６の位置が連動する。その結果、従来の設計検討の際に使用される三次元ＣＡＤシステム等と比較し、操作性を著しく簡易となり、複雑な操作性を要求されることがなく、施工主や直接設計に携わらない人々であっても、自らの主張や意見を三次元仮想空間１５に反映して表示させることができ、設計検討の内容を有意義に行うことができる。加えて、設計図面３の上に複数の疑似モデル１２を配することにより、それぞれの相対的な関係を三次元的に容易に認識することができる。特に、本実施形態で示したように、室内の家具等のレイアウトを検討する場合、他種類のレイアウトを検討し、顧客（施工主）が自由に係る室内の設計を簡易な操作で確認することができ、好適である。また、制御コンピュータ２、ＣＣＤカメラ１４、及びプロジェクタ９等の既存の画像認識及び画像投影に係る技術を応用し、本システムを構築することが可能であり、製作コストを比較的低く抑えることができる。さらに、設計図面３の図面上に載置される疑似モデル１２は、係るモデル表面１１に光学的にＣＣＤカメラ１４によって画像として取得され、容易に識別（判別）可能な識別子１０が付与されていればよいため、特に複雑な構成を有するものでなく、複数種類の疑似モデル１２を容易に容易することができる。そのため、上述の設計検討における検討内容を多岐に進めることができる。

加えて、本実施形態の設計支援システム１によれば、複数階の住宅（建築物）に対して設計検討を行う場合であっても、プロジェクタ９から投影する設計情報８（二次元データ８ａ）を変更するだけで済み、従来の紙媒体の設計図を用いる場合に比べて、設計検討の煩雑さを解消することができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、本実施形態の設計支援システム１として設計図面提示手段の一例としてプロジェクタ９等の構成を用いるものを示したが、これに限定されるものではなく、従来の紙媒体に出力された設計図面を用いるものであっても構わない。これにより、本実施形態で述べたプロジェクタ９や投影スクリーン部６のような構成を必要とすることがなく、簡易に設計検討を行うことができる。なお、係る紙媒体からなる設計図面を用いる場合、三次元仮想空間１５を構築する設計情報８との対応を図るため、紙媒体の設計図面の一部にバーコードなどの情報伝達コード等の識別情報を付し、バーコードリーダや或いは識別情報をＣＣＤカメラ１４等によって捉える構成が必要となる場合もある。

また、本実施形態の設計支援システム１において、主に住宅や住宅に配する設計検討のために用いるものを示したが、これに限定されるものではなく、例えば、機械部品の設計の際に用いるものであっても構わない。これにより、本実施形態の設計支援システムを幅広い分野で応用することが可能となる。

加えて、三次元仮想空間１５に表示される仮想モデル１６の疑似モデル情報１３に機能情報を含むものであっても構わない。すなわち、係る機能情報によって、上述したように、三次元仮想空間１５における仮想モデル１６の動き等をより実空間に近似するものとして提示することができる。

本実施形態の設計支援システムの概略構成を示す説明図である。 設計支援システムにおける主に制御コンピュータの機能的構成を示す説明図である。 制御コンピュータの処理の流れを示すフローチャートである。 制御コンピュータの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 設計支援システム
２ 制御コンピュータ
３ 設計図面
４ 載置投影面
６ 投影スクリーン部（設計図面提示手段）
８ 設計情報
８ａ 二次元データ（設計情報）
８ｂ 三次元データ（設計情報）
９ プロジェクタ（設計図面提示手段、光学投影手段）
１０ 識別子
１１ モデル表面
１２ 疑似モデル
１３ 疑似モデル情報
１４ ＣＣＤカメラ（疑似モデル情報取得手段、光学読取機器）
１５ 三次元仮想空間
１６ 仮想モデル
２１ 設計情報記憶手段
２２ 投影制御手段（疑似モデル情報取得手段）
２３ 画像解析手段（疑似モデル情報取得手段、光学取得手段）
２４ 座標算出手段
２５ 空間表示制御手段（仮想モデル表示制御手段）
２６ 視点情報
２７ 視点情報取得手段（疑似モデル情報取得手段）
２８ 視点表示制御手段
２９ 表示切替手段

Claims (5)

1. 設計対象となる設計物を二次元的に表現する設計図面を物理的手法を用いて提示する設計図面提示手段と、
   前記設計図面と対応し、前記設計物を三次元的に表現するための設計情報を記憶する設計情報記憶手段と、
   前記設計図面提示手段によって提示された前記設計図面の図面上に載置される一または複数の疑似モデルと、
   前記設計図面の図面上に載置される前記疑似モデルの相対的な位置、前記疑似モデルの方向、及び前記疑似モデルの姿勢の少なくいずれか一つに係る状態を認識し、疑似モデル情報を取得する疑似モデル情報取得手段と、
   前記設計情報に基づいて前記設計物を三次元的に構築し、表現した三次元仮想空間に、取得した前記疑似モデル情報を利用して、前記疑似モデルに対応する仮想モデルを配するための座標位置を算出する座標算出手段と、
   算出された前記座標位置に従って、前記三次元仮想空間に前記仮想モデルを配して表示する仮想モデル表示制御手段と
   を具備することを特徴とする設計支援システム。
2. 前記設計図面提示手段は、
   前記設計情報記憶手段に記憶された前記設計情報を利用し、前記設計図面を光学的に投影する光学投影手段と、
   前記光学投影手段によって投影される前記設計図面を映し出すとともに、前記疑似モデルの載置される載置投影面を有する投影スクリーン部と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の設計支援システム。
3. 前記疑似モデル情報取得手段は、
   前記設計図面の図面上に載置された前記疑似モデルの仮想視点位置及び仮想視点方向を視点情報として取得する視点情報取得手段をさらに具備し、
   取得された前記視点情報に基づいて、前記疑似モデルの前記仮想視点位置及び前記仮想視点方向から見た前記三次元仮想空間を表示する視点表示制御手段と、
   前記仮想モデル表示制御手段及び前記視点表示制御手段を切替える表示切替手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の設計支援システム。
4. 前記疑似モデルは、
   モデル表面に付され、複数の前記疑似モデルを個々に識別可能とするとともに、前記疑似モデル情報を提供可能な識別子をさらに有して構成され、
   前記疑似モデル情報取得手段は、
   前記疑似モデルの前記識別子を光学的に読取可能な光学読取機器と、
   前記光学読取機器によって読取った前記識別子に対応する前記疑似モデル情報を取得する光学取得手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の設計支援システム。
5. 前記疑似モデル情報は、
   前記仮想モデルの性状若しくは機能に係る機能情報をさらに含んで構成され、
   前記仮想モデル表示制御手段は、
   前記機能情報に連動し、前記三次元仮想空間及び前記仮想モデルの少なくともいずれか一方を表示する機能表示制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の設計支援システム。

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