JP2013080391A - 三次元データ処理装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】建造物を現物計測して得た点群データを、各構成部品に切り分けて、三次元座標上で操作可能とする三次元データ処理技術を提供する。
【解決手段】三次元データ処理装置は、取得した点群データ５１及びＣＡＤデータを三次元座標に重ね合わせる重ね合わせ部と、ＣＡＤデータのＣＡＤ部品に対応する点群データ５１のセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）を抽出するセグメント抽出部と、三次元座標においてセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）を操作するセグメント操作部と、を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、建造物をレーザスキャンして得た三次元画像を処理する三次元データ処理技術に関する。

レーザスキャンにより建造物を現物計測し、三次元位置データの集合である点群データによりこの建造物の表面形状を認識する技術が知られている。さらにこの技術は、レーザスキャナを配置する基準点を複数とり、それぞれ取得した点群データを合成し、プラント、作業現場、街並、文化財建造物等といった大規模で複雑な形態を三次元情報化することに応用される。

ところで、各種産業のプラントなどの建造物では、補修工事、改造工事、増設工事が頻繁に行われる。これらの諸工事では、機器や材料などの物品を建造物の内部や外部に搬送する作業が発生する。
これら物品の搬送方法の検討は、設計情報の集大成である三次元ＣＡＤデータを用い、計算機上のシミュレーションにより実施している(例えば、特許文献１参照)。

しかし、建造物と三次元ＣＡＤデータの間において形状上の差異がある場合があり、また当初同じであっても補修工事などを経て形状が変化する場合もある。このために、設計当初の三次元ＣＡＤデータのみでは、物品の搬送シミュレーションを、正確に実施できないおそれがある。そこで、建造物をレーザスキャン等により現物計測した点群データと、三次元ＣＡＤデータとを合成することにより、物品の搬送シミュレーションの正確性を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献２参照)。

特開２０１０−２１１７３６号公報 特開２００５−１８１１３１号公報

しかし、建造物を現物計測した点群データは、連続した一つのデータ群であるために、構成部品（配管、機器等）の個々の属性（大きさ、形状等）を考慮したうえで、搬送シミュレーションを検討することが困難であった。
また、物品搬送の進展に伴って刻々と変化する建造物の状態に、点群データの画像表示を、追随させることが困難であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、建造物を現物計測して得た点群データを、各構成部品に切り分けて、三次元座標上で操作可能とする三次元データ処理技術を提供することを目的とする。

三次元データ処理装置において、取得した点群データ及びＣＡＤデータを三次元座標に重ね合わせる重ね合わせ部と、前記ＣＡＤデータのＣＡＤ部品に対応する点群データのセグメントを抽出するセグメント抽出部と、前記三次元座標において前記セグメントを操作するセグメント操作部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、建造物を現物計測して得た点群データを、各構成部品に切り分けて、三次元座標上で操作可能とする三次元データ処理技術が提供される。

本発明に係る三次元データ処理装置の実施形態を示すブロック図。 点群データの表示画像。 各種ＣＡＤ部品から構成されるＣＡＤデータの表示画像。 点群データ及びＣＡＤデータの合成画像。 各種ＣＡＤ部品に対応するセグメントに切り分けられた点群データの表示画像。 点群データの一部のセグメントがＣＡＤ部品に変換された状態を示す表示画像。 構成部品の一部を外部に搬送するシミュレーションを示す表示画像。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、三次元データ処理装置１０は、取得した点群データ５１（図２）及びＣＡＤデータ５２（図３）を三次元座標に重ね合わせる重ね合わせ部２２（適宜図４参照）と、ＣＡＤデータ５２のＣＡＤ部品５３（５３ａ〜５３ｈ）（図３）に対応する点群データ５１のセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）（図５）を抽出するセグメント抽出部２３と、三次元座標においてセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）を操作するセグメント操作部２５と、を備える。

点群データ蓄積部１１に蓄積されている点群データ５１（図２）は、建造物の表面をスキャンしたレーザの反射光により現物計測されたこの建造物の三次元像のデータファイルである。一つの点群データ５１は、複数の基準点のレーザスキャンにより得た三次元像の各々を合成したもので、一つの基準点当り数千万点ものピクセルで構成されている。
なお、図２，４，５，６，７に示されるドットは、三次元像のピクセルを模擬したものであるが、実際のピクセルは、図示されるようなドット状に視認されるとは限らない。

ＣＡＤデータ蓄積部１２は、種々のＣＡＤ部品５３（図３）及びこれらの属性情報１６が蓄積される部品情報蓄積部１３と、三次元座標におけるＣＡＤ部品５３の配置データが蓄積される配置情報蓄積部１４とから構成されている。
ＣＡＤ部品５３は、配管等の汎用部品については、形状、管径、長さ、材質等の規格化されたものが登録されており、複雑な形状を有する機器については、抽象像（例えば、符号５３ｇ）に置き換える場合がある。ここで属性情報１６は、ＣＡＤ部品５３の各々に付随する各種情報（部品番号等）である。

データ処理部２０は、ヒューマンインターフェース部４０の入力部４１からの入力情報に応じて、これら蓄積部１１，１２から点群データ５１及びＣＡＤデータ５２を取得し、各種処理を行った後に、画像表示部４２に建造物の三次元画像を表示させるものである。

部品配置部２１は、部品情報蓄積部１３から取得したＣＡＤ部品５３を、配置情報蓄積部１４から取得した配置データに基づき配置して、三次元座標に建造物のＣＡＤデータ５２を形成するものである（図３）。
重ね合わせ部２２は、多数のピクセルの集合体である点群データ５１（図２）と、複数のＣＡＤ部品５３の配列したＣＡＤデータ５２（図３）とを三次元座標に重ね合わせるものである。

画像表示部４２において点群データ５１（図２）及びＣＡＤデータ５２（図３）の重ね合わせ画像が表示される。一般に、建造物の建設前に作成されているＣＡＤデータ５２と、建設後の時間が経過した建造物を示す点群データ５１とでは、修理や改築等の実施により一致しないことがある。

セグメント抽出部２３により、ＣＡＤ部品５３（５３ａ〜５３ｈ）（図３）に対応する点群データ５１のセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）（図５）を抽出する具体的方法は、いくつか挙げられる。
領域拡張部２４は、ＣＡＤ部品５３の占有領域（図３の実線部）を拡張させた拡張領域５４（図４の破線部）を設定するものである。これにより、拡張領域５４（５４ａ〜５４ｈ）に含まれる点群データ５１がセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）として抽出される。
他の方法として、ＣＡＤ部品５３の表面座標から最小距離をとる点群データ５１の部分を、セグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）として抽出することもできる。

セグメント操作部２５は、図５に示すように、指定したセグメント５５ｄを三次元座標で移動操作することにより、その背後に隠れていたセグメント５５ｇ，５５ｈの画像を表示させることができる。その他に、セグメント操作部２５は、指定したセグメント５５の削除、拡大、縮小、回転、色彩変更等の操作を実行することができる。
これにより、建造物から設備を搬送するシミュレーションを行う場合、点群データ５１のセグメント５５を操作することにより作業途中の建造物内の状態を忠実に再現することができる。

画像表示部４２には、図３に示すようにＣＡＤ部品５３の属性情報１６（１６ａ〜１６ｈ）を表示させることができるが、図５に示すように、抽出したセグメント５５（５５ａ〜５５ｈ）に対しても割り付け表示することができる。
このように点群データ５１のセグメント５５についても、属性情報１６を参照することができ、建造物の現状把握の視認性が向上する。

データ変換部２６は、セグメント５５をＣＡＤ部品５３に変換するものである。
これにより、抽象像のＣＡＤ部品５３ｇ（図３）で表された複雑形状機器は、図６に示すように、現物形状に忠実なＣＡＤ部品５３ｊとして表される。
なお、セグメント５５に付随していた属性情報１６は、データ変換されたＣＡＤ部品５３に、そのまま引き継ぎすることができる。

図１に示される移動解析部３０は、ＣＡＤ部品５３又はセグメント５５もしくはこれらの拡張領域５４を三次元座標で移動させる部品移動部３１と、この三次元座標における部品移動の軌跡領域１７を識別する軌跡識別部３２と、軌跡領域１７と点群データ５１との重複部分１８を検知する点群検知部３３とから構成されている。

図６，図７を参照しつつ、プラントにおける各種工事において、建造物内の固定物と搬送物との干渉検証を主目的とした搬送シミュレーションを例示する。
原子力プラント等における各種工事においては、建造物内に緻密に配置された配管や機器の搬送シミュレーションを高精度化することが求められている。

領域拡張部２４は、図６に示すように、移動対象となる部品５３ｊに対し、大きめのオフセットを有する拡張領域５４ｊを設定する。このオフセットは、部品５３ｊを移動させる支持部材の設置スペースや、他の部品５３との接触を回避するための余裕代を見込んで設定する。
そして、部品移動部３１において設定した搬送経路に沿って、この部品５３ｊ及び拡張領域５４ｊが、三次元座標を移動する。

軌跡識別部３２は、搬送経路に沿って移動する部品５３ｊ及び／又はその拡張領域５４ｊの軌跡を包絡した軌跡領域１７を生成する。
部品の軌跡領域１７と建造物の点群データ５１との重複を検証することによって、搬送時に干渉する対象物を特定することができ、より効率的で安全性に優れた部品の搬送プランを作成することができる。

点群検知部３３は、点群データ５１のうち軌跡領域１７の内部に含まれる重複部分１８を判定する。この重複部分１８のうち拡張領域５４ｊが重なる領域は、当該部品５３ｊの搬送時に干渉する危険性の高い部分であり、部品５３ｊが重なる部分は確実に干渉して搬送の妨げになる部分と判定される。
画像表示部４２では、この重複部分１８のうち、干渉する部分及び干渉の危険性のある部分を色分け表示するとともに、干渉する部品の属性情報１６を表示する。これにより、干渉物のリストアップが容易になる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の三次元データ処理装置によれば、現物計測による点群データで表された建造物の三次元画像が構成部品を単位として操作されるために、精度の高い構成部品の搬送シミュレーションが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、三次元データ処理装置は、コンピュータによって各手段を実現することも可能であり、各機能プログラムを結合した三次元データ処理プログラムにより動作させることができる。

１０…三次元データ処理装置、１１…点群データ蓄積部、１２…ＣＡＤデータ蓄積部、１３…部品情報蓄積部、１４…配置情報蓄積部、１６…属性情報、１７…軌跡領域、１８…重複部分、２０…データ処理部、２１…部品配置部、２２…重ね合わせ部、２３…セグメント抽出部、２４…領域拡張部、２５…セグメント操作部、２６…データ変換部、３０…移動解析部、３１…部品移動部、３２…軌跡識別部、３３…点群検知部、４０…ヒューマンインターフェース部、４１…入力部、４２…画像表示部、５１…点群データ、５２…ＣＡＤデータ、５３（５３ａ〜５３ｊ）…ＣＡＤ部品、５４（５４ａ〜５４ｊ）…拡張領域、５５（５５ａ〜５５ｈ）…セグメント。

Claims (8)

1. 取得した点群データ及びＣＡＤデータを三次元座標に重ね合わせる重ね合わせ部と、
   前記ＣＡＤデータのＣＡＤ部品に対応する点群データのセグメントを抽出するセグメント抽出部と、
   前記三次元座標において前記セグメントを操作するセグメント操作部と、を備えることを特徴とする三次元データ処理装置。
2. 請求項１に記載の三次元データ処理装置において、
   前記ＣＡＤ部品の占有領域を拡張させた拡張領域を設定する領域拡張部を備え、
   前記拡張領域に含まれる点群データが前記セグメントとして抽出されることを特徴とする三次元データ処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の三次元データ処理装置において、
   前記ＣＡＤ部品の属性情報が対応する前記セグメントに割り付けられることを特徴とする三次元データ処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元データ処理装置において、
   前記セグメントを前記ＣＡＤ部品に変換するデータ変換部を備えることを特徴とする三次元データ処理装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の三次元データ処理装置において、
   前記ＣＡＤ部品又は前記セグメントもしくはこれらの前記拡張領域を前記三次元座標で移動させたときの軌跡領域を識別する軌跡識別部を備えることを特徴とする三次元データ処理装置。
6. 請求項５に記載の三次元データ処理装置において、
   前記軌跡領域と前記点群データとの重複部分を検知する点群検知部を備えることを特徴とする三次元データ処理装置。
7. 取得した点群データ及びＣＡＤデータを三次元座標に重ね合わせるステップと、
   前記ＣＡＤデータのＣＡＤ部品に対応する点群データのセグメントを抽出するステップと、
   前記三次元座標において前記セグメントを操作するステップと、を含むことを特徴とする三次元データ処理方法。
8. コンピュータに、
   取得した点群データ及びＣＡＤデータを三次元座標に重ね合わせるステップ、
   前記ＣＡＤデータのＣＡＤ部品に対応する点群データのセグメントを抽出するステップ、
   前記三次元座標において前記セグメントを操作するステップ、を実行させることを特徴とする三次元データ処理プログラム。

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