JP2013137652A - 日影領域検索装置、及び日影領域検索方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使い勝手の良好な日影領域検索装置、及び日影領域検索方法の提供を目的とする。
【解決手段】街並の３次元モデルが格納され、モデル空間内の建物に対するＩＤを参照可能なデータベース１と、
前記データベース１の３次元モデル空間内に太陽位置情報から得られた日照方向ベクトル２を設定し、該日照方向ベクトル２の始点を建物の適宜箇所に順次設定する日照ベクトル設定部３と、
前記日照方向ベクトル２による日影領域を検索する日影検索部４と、
前記日影検索部４における日影領域の検索時に該日影領域に日影原因建物のＩＤを対応付けて登録する登録部５と、
を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、日影領域検索装置、及び日影領域検索方法に関するものである。

３次元モデルを使用した日影領域検索装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例において、システムは、地図情報データベースと、地図情報データベースから生成した建物の立体形状に対して所定の方向から太陽光を照射して日影を発生させる日影生成手段とを有し、特定建物に対する周辺建物からの日影をシミュレート可能に形成される。

特開２００１−２６５８３３号公報

しかし、上述した従来例においては、
対象建物の日影形成範囲のみを目的とするために、日影を形成している建物を特定することはできないために、得られた結果を有効利用できないという問題がある。

すなわち、例えば、都市計画等において、日影領域の原因となる建物を特定しようとする場合、上記従来例においては、日影、および建物が表示された３Ｄ画像を目視して感覚的に決定する必要があり、正確性、迅速性に劣るという欠点がある。

本発明は、以上の欠点を解決すべくなされたものであって、使い勝手の良好な日影領域検索装置の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、上記日影領域検索装置に採用可能な日影領域検索方法の提供にある。

本発明によれば上記目的は、
街並の３次元モデルが格納され、モデル空間内の建物に対するＩＤを参照可能なデータベース１と、
前記データベース１の３次元モデル空間内に太陽位置情報から得られた日照方向ベクトル２を設定し、該日照方向ベクトル２の始点を建物の適宜箇所に順次設定する日照ベクトル設定部３と、
前記日照方向ベクトル２による日影領域を検索する日影検索部４と、
前記日影検索部４における日影領域の検索時に該日影領域に日影要因建物のＩＤを対応付けて登録する登録部５と、
を有する日影領域検索装置を提供することにより達成される。

本発明における日影領域検索は、３次元データ空間内の建物モデルに日照方向ベクトル２を照射することによる日影領域探索と同時に、日影領域の原因となる建物の特定がなされ、日影領域と建物ＩＤとが関連付けて登録される。

この結果、必要に応じて日影領域を指定してその原因となっている建物を例えば、色違いにして識別可能に表示することが可能になり、使い勝手を良好にすることができる。

また、日影領域検索装置は、
前記３次元データは、数値表層モデルとして形成され、
前記日影検索部４は、前記数値表層モデルの表層ピクセルを始点とする日照方向ベクトル２に対応する表層ピクセル単位で日影領域を検索するするように構成することができる。

３次元データとして数値表層モデルを使用した場合には、別途立体を面情報で構成したサーフェイスモデル等の３次元形状モデルを生成する必要がなく、さらに影領域の境界を決定する３次元形状モデルの端点を求めることも不要になるために、処理効率が向上する。

３次元モデルに数値表層モデルを使用する場合、日影領域検索装置は、
前記日影検索部４は、地表面に投影した日照方向ベクトル２の始点から終点方向に順次判定対象ピクセルを移動させ、該判定対象ピクセルの標高が日照方向ベクトル２に比して低い場合に日影ピクセルとしてベクトル始点が属する建物の建物ＩＤとともに出力し、
判定対象ピクセルの標高が日照方向ベクトル２に比して高い場合には、当該日照方向ベクトル２による日影領域検索を終了するように構成することができる。

日影検索部４における日影領域の検索は、地表面に投影した日照方向ベクトル２の始点から日照方向ベクトル２の終点方向に判定対象ピクセルを順次移動させながら、各々の判定対象ピクセルに対して日影となるか否かを判定することにより行われる。特定の日照方向ベクトル２に対する判定処理は、判定対象ピクセルが、ＤＴＭ（数値地形モデル：Digital Terrain Model）等によって地表面であることが検出されるまで続けることも可能であるが、判定対象ピクセルの標高が日照方向ベクトル２に比して高い場合、すなわち、特定の日照方向ベクトル２に対して日向であることが検出されることを探索の終了条件とすると、探索終了判定に複雑な処理が不要となるために、全体の処理効率を高めることができる。

さらに、日影領域検索装置は、
前記日照ベクトル設定部３は、他の表層ピクセルを始点とする日照方向ベクトル２により日影ピクセルとして判定された影判定済みピクセルを始点ピクセル候補から除外するとともに、
日影検索部４は、前記影判定済みピクセルを判定対象ピクセルから除外するように構成することができる。

本発明によれば、適宜の表層ピクセルを始点とする日照方向ベクトル２によって一旦日影ピクセルと判定された表層ピクセルは、判定対象ピクセル、および日照方向ベクトル２の始点ピクセル候補から除外されて、再び判定、探索始点とならないために、処理効率を高めることができる。

この場合、前記日照ベクトル設定部３は、標高値の高い順に日照方向ベクトル２の始点を選択するように日影領域検索装置を構成すると、日照方向ベクトル２の始点の標高が高ければ高いほど日影領域は広くなり、この結果、除外される判定対象ピクセル、および日照方向ベクトル２の始点ピクセル候補が多くなるために、より処理効率が向上する。

また、日影領域検索装置は、
建物と日影領域を表示した影付き画像を生成する影付き画像生成部６と、
影付き画像内の日影領域を該影領域の原因となる建物に対応させて格納した影建物リンクデータ７と、
影付き画像中の影領域がポインティングデバイスにより指定された際に該日影領域に対応する建物を影建物リンクデータ７から検索する建物検索部と、
建物検索部において検索された建物を画像中で識別可能に表示する識別表示部８と、
を有して構成することができる。

本発明において、影建物リンクデータ７には登録部５において登録された日影領域と日影原因建物のＩＤが相互に関連して格納されており、画像生成部により生成された日影付き画像が表示されるディスプレイ装置上で日影領域をマウス等のポインティング手段により指定すると、建物検索部は上記日影領域に対応する建物を影建物リンクデータ７から検索し、識別表示部８は、検索された建物に対し、色彩の変更等の利用者による識別可能な変更を加える。

この結果、本発明によれば、利用者が画像中の影領域をクリック、あるいはカーソルによる指示操作等のポインティング操作をするだけで、日影原因建物を容易に目視することが可能になり、利用範囲が拡大する。

以上の日影領域検索装置の実行には、
与えられた太陽位置情報をもとに実空間に対応する３次元モデル空間内に日照方向を示す日照方向ベクトル２を設定し、
該日照方向ベクトル２を前記３次元モデルに照射して形成される日影領域を日影原因建物の特定情報とともに順次記憶し、
日影領域により日影原因建物を特定可能とした日影領域検索方法が使用できる。

本発明によれば、日影領域に対応して日影原因建物を特定できるために、使い勝手を良好にすることができる。

本発明を示すブロック図である。 本発明の動作を示す図で、（ａ）は数値表層モデルを示す平面図、（ｂ）は影ピクセルの判定方法を示す説明図である。 影付き画像を示す図である。 データベースのデータ構造を示す図で、（ａ）は日影データ、（ｂ）は影建物リンクデータ、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）から導かれた影建物リンクデータである。 本発明の動作を示すフローチャートで、（ａ）は本発明の実施の形態のフローチャート、（ｂ）は（ａ）の変形例を示すフローチャートである。 図５（ａ）の他の変形例を示すフローチャートである。

図１に示すように、日影領域検索装置は、制御部９と、制御部９により制御されて動作する建物照合部１０、日照ベクトル設定部３、日影検索部４、登録部５、影付き画像生成部６、建物検索部１１、識別表示部８、およびデータベース１を有する。

データベース１は、建物１３、道路１４等の地物を数値表層モデルとして格納した３次元データ１ａと、建物１３のポリゴンデータを建物１３の名称、ＩＤ等に関連付けて格納した建物データ１ｂと、後述する日影検索部４において検索された日影領域の位置を示す日影データ１ｃと、上記日影データ１ｃを日影原因建物１３と関係付ける影建物リンクデータ７とを有する。

数値表層モデル（以下、「ＤＳＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ」）は、図２（ａ）に示すように、データ格納範囲を
多数の矩形メッシュに分割し、各メッシュ（ピクセル１２）に標高データを割り当てて構成される。なお、図２（ａ）においてメッシュは見やすさを重視して大きなメッシュサイズで示されており、さらに、図中点線で対応する建物１３、道路１４等を示す。

日影データ１ｃは、後述するように、日影検索部４において”日影”判定されたＤＳＭ（１ａ）のメッシュ１２の中心座標を経緯度で表記したもので、例えば、図４（ａ）に示すように、各日影ピクセルに対して振り当てられたピクセルＩＤとともに格納される。

影建物リンクデータ７は、日影ピクセルと、日影の原因となった建物１３とを対応させて登録したもので、図４（ｂ）に示すように、日影ピクセルのピクセルＩＤと、建物ＩＤとを対応させて構成することができる。この場合、影建物リンクデータ７と日影データ１ｃとから、図４（ｃ）に示すように、日影ピクセル位置と建物ＩＤとを対応させたテーブルを生成することができる。

建物照合部１０は、ＤＳＭ（１ａ）上のピクセル１２が属する建物１３を特定するもので、例えば、ＤＳＭレイヤ上に建物ポリゴンレイヤを重ねることにより、建物１３を特定することができる。

日照ベクトル設定部３は、方向演算部３ａと始点設定部３ｂとを有しており、方向演算部３ａは、利用者が図外の入力手段により入力した日付、時間等から割り出した太陽位置から太陽光の方向を演算して方向ベクトル（日照方向ベクトル２）を生成し、始点設定部３ｂは、日照方向ベクトル２の始点となるＤＳＭ（１ａ）上のピクセル１２を決定する。後述するように、始点設定部３ｂは、建物照合部１０により選択された建物１３毎に順次始点を決定するように設計したり、あるいは建物１３との関係を無視してＤＳＭ（１ａ）上のピクセル１２を配列に沿って順次決定したり、さらには、一旦ピクセル１２を標高値でソートした後、標高値の高いピクセル１２から順次始点ピクセル１２として指定するように構成することもできる。

日影検索部４は、上記日照ベクトル設定部３において設定したピクセル１２を始点とする日照方向ベクトル２により評価対象ピクセル１２が日影になるか否かを判定する。評価方法は、図２（ｂ）に示すように、まず、日照方向ベクトル２に平面視において重合するピクセル１２、すなわち地表面に投影した日照方向ベクトルの始点から終点方向に沿って隣接するピクセル１２を評価対象ピクセル１２として指定した後、該評価対象ピクセル１２の標高と同一平面位置における日照方向ベクトル２の標高とを比較し、日照方向ベクトル２が高い場合には”日影”と判定し、同じまたは低い場合には”日向”と判定する。図２（ｂ）に、日照方向ベクトル２による判定結果を、”日影”と判定された日影ピクセルにハッチングを施して示す。

また、日影検索部４における評価対象ピクセル１２は、日照方向ベクトル２の始点に隣接するピクセル１２から順次日照方向ベクトル２の終点に向けて、すなわち、図２（ｂ）において左から右に順次選択される。さらに、本例において、同一の日照方向ベクトル２に対する日影検索部４の検索処理は、図２（ｂ）に示すように、日向ピクセルの検出によって終了する。

登録部５は、評価対象ピクセル１２が日影検索部４により日影ピクセルと判定された際、当該日影ピクセルと、日照方向ベクトル２の始点が属する建物ＩＤとを関連付けて影建物リンクデータ７に登録する。

影付き画像生成部６は、上記建物データ１ｂ、および日影データ１ｃ等を使用して利用者のディスプレイに表示するためのインタラクティブマップを生成する。図３に影付き画像を示し、画像中の日影領域をクリックすると後述する建物検索部１１と通信して日影原因となっている建物１３が特定される。

建物検索部１１は、上記影付き画像の日影ピクセルがクリック等により指示された際に影建物リンクデータ７を検索して対応する建物１３を検索し、識別表示部８は検索された建物１３の表示色等を識別可能に表示させる。

以上のように構成される日影領域検索装置の動作を説明する。図５に示すように、日影領域検索装置は、日影領域検索に際し、日照ベクトル設定部３における日照方向ベクトル２の始点設定を実行する（ステップＳａ１）。上述したように、日照方向ベクトル２を生成した後、当該日照方向ベクトル２をＤＳＭ（１ａ）上の適宜のピクセル１２上に始点を配置させることにより行われ、次いで、日影検索部４において日照方向ベクトル２の始点に隣接するピクセル１２に対する日影判定を実行する（ステップＳａ２）。

ステップＳａ２において、判定対象が”日向ピクセル”と判定されると（ステップＳａ３）、始点ピクセル１２を移動して（ステップＳａ４）隣接ピクセル１２があるか否か、すなわち、未調査ピクセル１２があるか否かを判定する（ステップＳａ５）。ステップＳａ５で未調査ピクセル１２がない場合、全ピクセル１２に対する調査が終了したため制御を終了し、未調査ピクセル１２がある場合には、ステップＳａ２を実行して移動後の始点ピクセル１２に隣接するピクセル１２を判定対象ピクセル１２として日影判定を実行する。

これに対し、ステップＳａ３において判定対象ピクセル１２が日影ピクセルと判定された場合、建物照合部１０において当該日影ピクセルが属する建物１３を検索して建物ＩＤを取得し（ステップＳａ３１）、次いで、登録部５において影建物リンクデータ７に建物-日影ピクセル関係を登録し（ステップＳａ３２）、さらに判定対象ピクセル１２を日照方向ベクトル２の終点側に１ピクセル移動させた後（ステップＳａ３３）、ステップＳａ３による日影判定ステップに移動する。

以上の動作により、図３に示すように、各日影領域には、日影原因建物１３が割り当てられる。図３において、ａ（Ａ）は日影領域ａに属するピクセル１２は建物Ａによって形成されることを、ｃ（Ａ，Ｃ，Ｄ）は日影領域ｃに属するピクセル１２は、建物Ａ、Ｃ、Ｄにより形成されることを各々示す。

図５（ｂ）に図５（ａ）の変形例を示す。この変形例は、建物１３単位で日照方向ベクトル２の始点を決定していく場合を示すもので、まず、処理に際して建物１３が選択され（ステップＳｂ１）、次いで、当該建物１３内のピクセル１２を始点とする日照方向ベクトル２に対する日影判定が上述した図５（ａ）と同様の手順で実行される（ステップＳｂ３、Ｓｂ４、Ｓｂ５）。

ステップＳｂ４で判定対象ピクセル１２が”日影ピクセル”と判定された場合には、建物-日影ピクセル関係を登録した後（ステップＳｂ４１）、判定対象ピクセル１２を日照方向ベクトル２の終点側に１ピクセル移動させ（ステップＳｂ４２）、ステップＳｂ４に復帰する。

一方、ステップＳｂ４において”日向ピクセル”と判定された場合には、始点ピクセル１２を移動させ（ステップＳｂ５）、建物１３内に未調査ピクセル１２がなくなるまでステップＳｂ３、Ｓｂ４、Ｓｂ５を繰り返す。

以上のようにして建物１３内の未調査ピクセル１２がなくなるまで建物１３内のピクセル１２を始点とする日照方向ベクトル２による判定が行われると（ステップＳｂ６、Ｓｂ７）、他の建物１３に対してＳｂ１以下の処理が行われ、全建物１３に対する調査が終了するとステップ処理が終了する。

図６に図５（ａ）の他の変形例を示す。この変形例は、処理の高速化を目的とした変形で、処理に際してまずＤＳＭ（１ａ）上の全ピクセル１２を標高で降順ソートする（ステップＳｃ１）。この後、日照ベクトルの始点が“日影”判定済みであるか否かを判定し（ステップＳｃ２）、判定済みでない場合、日照ベクトルの始点を設定する（ステップＳｃ３）。次いで、判定対象ピクセル１２を移動し（ステップＳｃ４）、判定対象ピクセル１２が“日影”判定済みであるか否かを判定し（ステップＳｃ５）、判定済みである場合、ステップＳｃ４を再び実行する。

一方、ステップＳｃ５で判定対象ピクセル１２が“日影”判定済みでない場合、“日影”判定を行い（ステップＳｃ６）、“日影”と判定された場合には建物ＩＤを取得した後（ステップＳｃ６１）、建物-日影ピクセル関係を登録し（ステップＳｃ６２），この後、ステップＳｃ４以下を実行する。

これに対し、ステップＳｃ６で“日影”と判定されなかった場合、始点ピクセル１２を移動し（ステップＳｃ７）、全ピクセルに対して判定が終了している場合には（ステップＳｃ８）、処理を終了し、未だ全ピクセルに対する判定が終了していない場合にはステップＳｃ２からの処理を繰り返す。

本実施例によれば、標高が高い、すなわち日影を多く生成するピクセル１２から順に処理するため、処理の早い段階で日影ピクセルを除外し、処理を高速化することができる。

１ データベース ２ 日照方向ベクトル
３ 日照ベクトル設定部
４ 日影検索部
５ 登録部
６ 影付き画像生成部
７ 影建物リンクデータ
８ 識別表示部

Claims (7)

1. 街並の３次元モデルが格納され、モデル空間内の建物に対するＩＤを参照可能なデータベースと、
   前記データベースの３次元モデル空間内に太陽位置情報から得られた日照方向ベクトルを設定し、該日照方向ベクトルの始点を建物の適宜箇所に順次設定する日照ベクトル設定部と、
   前記日照方向ベクトルによる日影領域を検索する日影検索部と、
   前記日影検索部における日影領域の検索時に該日影領域に日影原因建物のＩＤを対応付けて登録する登録部と、
   を有する日影領域検索装置。
2. 前記３次元データは、数値表層モデルとして形成され、
   前記日影検索部は、前記数値表層モデルの表層ピクセルを始点とする日照方向ベクトルに対応する表層ピクセル単位に影領域を検索する請求項１記載の日影領域検索装置。
3. 前記日影検索部は、地表面に投影した日照方向ベクトルの始点から終点方向に順次判定対象ピクセルを移動させ、該判定対象ピクセルの標高が当該ピクセル位置における日照方向ベクトルの標高に比して低い場合に日影ピクセルとしてベクトル始点が属する建物の建物ＩＤとともに出力し、
   判定対象ピクセルの標高が当該ピクセル位置における日照方向ベクトルの標高に比して高い場合には、当該日照方向ベクトルによる影検索を終了する請求項２記載の日影領域検索装置。
4. 前記日照ベクトル設定部は、他の表層ピクセルを始点とする日照方向ベクトルにより日影ピクセルとして判定された影判定済みピクセルを始点ピクセル候補から除外するとともに、
   日影検索部は、前記影判定済みピクセルを判定対象ピクセルから除外する請求項２または３記載の日影領域検索装置。
5. 前記日照ベクトル設定部は、標高値の高い順に日照方向ベクトルの始点を選択する請求項１から４のいずれかに記載の日影領域検索装置。
6. 建物と日影領域を表示した影付き画像を生成する影付き画像生成部と、
   影付き画像内の影領域を該影領域の原因となる建物に対応させて格納した影建物リンクデータと、
   影付き画像中の影領域が指示された際に該影領域に対応する建物を影建物リンクデータから検索し、検索建物を当該日影領域に対する日影原因建物として画像中で識別可能に表示する識別表示部と、
   を有する請求項１から５のいずれかに記載の日影領域検索装置。
7. 与えられた太陽位置情報をもとに実空間に対応する３次元モデル空間内に日照方向を示す日照方向ベクトルを設定し、
   該日照方向ベクトルを前記３次元モデルに照射して形成される日影領域を日影原因建物の特定情報とともに順次記憶し、
   日影領域により日影原因建物を特定可能とした日影領域検索方法。

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