JP4206449B2 - Method for generating 3D electronic map data - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物の3次元電子データを生成する3次元モデリング技術、および該モデリング方法を用いて3次元電子地図データを生成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピュータで利用可能に電子化された地図データ(以下、「電子地図データ」と呼ぶ)の利用が広まっている。電子地図データは、いわゆるパーソナルコンピュータでの地図表示、車載用のナビゲーションシステム、インターネットを介した地図提供および印刷物としての地図の版下作成などに利用される。また、ナビゲーションシステムでは、運転者が進路を直感的に判断することができるよう、3次元表示が用いられつつある。建造物などを3次元表示することにより、現在位置および進路の把握が容易になる利点がある。
【0003】
3次元表示を行うためには、建造物の3次元モデルが必要となる。地図の表示対象となる多数の建造物について個別に3次元データ、特に高さに関するデータを識別することは多大な労力が要求される。従来、かかる労力を軽減するための技術が種々提案されている。
【0004】
例えば、特許文献1は、飛行体から発射したレーザから得た地表表面の点の三次元座標および飛行体より撮影した写真画像・ビデオ画像を用いて、3次元モデルを生成する技術を開示している。3次元モデルは、予め用意された輪郭ポリゴンの中から一つを選択し、計測結果に適合するように変形することで行われる。
【0005】
【特許文献1】
特開平2002−74323
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、予め用意された輪郭ポリゴンの範囲で3次元モデルを生成するため、輪郭ポリゴンに含まれない複雑な形状の建造物については、3次元モデルを生成することができなかった。また、計測された高さデータは、輪郭ポリゴンの高さを決定するなどの目的で限定的に使用されるに過ぎないため、高さデータを十分に活かすことができなかった。
【0007】
近年、レーザを利用した高さデータの計測は、計測点の間隔が数m単位にまで細かくなるとともに、計測精度が数十cm単位にまで向上しているため、この計測データを利用することにより、3次元モデルの生成精度を更に向上することができる余地が残されていた。一般に計測データには多くのノイズが含まれているため、計測データの活用に際しては、ノイズの適切な処理が課題の一つとなる。
【0008】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、計測された高さデータを活用して、軽い負荷で精度の良い3次元モデリングを可能にすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の3次元モデリング方法によって、建造物の3次元電子データを生成する。生成対象となる建造物を含む2次元の電子地図データを入力する。また、生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する。そして、2次元データから建造物の建造物領域を識別し、建造物領域に存在する高さデータを建造物高さデータとして抽出する。こうして抽出された建造物高さデータに基づいて、建造物の高さを特定することで、建造物の3次元モデルを生成する。また、生成された3次元モデルの各壁面を平面で平滑化する処理を施す。建造物は階層構造をなす建造物である。3次元モデルの生成の際には、建造物高さデータの度数分布に基づき、建造物の各階層の高さを特定する。この高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータである。平滑化処理は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、2つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって行われる。
【0010】
本発明の3次元モデリング方法によれば、2次元の電子地図データを用いることにより、高さデータの計測結果から、建造物の生成に有用なデータを、精度良く抽出することができる。つまり、2次元電子地図データに基づいて、ある特定領域を抽出し、3次元モデルに組み込むことにより、高さデータの計測結果から無用なデータを除去することができる。例えば、建造物の周辺に植えられた樹木、建造物の周辺に存在する車、人などに起因するノイズは容易かつ精度良く除去することができる。また、2次元電子地図データおよびその属性情報から、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定することにより、容易かつ精度良くノイズを除去することも可能となる。このように建造物に関連する高さデータを抽出することにより、抽出された建造物高さデータに含まれるノイズ処理自体も容易となりモデリングの精度を向上させることができる。また、生成された3次元モデルの各壁面を平面で平滑化する処理を施すので、3次元モデルのリアリティをより向上することができる。
【0011】
本発明において、建造物高さデータは、例えば、2次元電子地図データと同じ座標系で、高さデータの計測点を表現することによって抽出可能である。高さデータが、所定面積の計測面を単位として計測されている場合には、建造物領域内に包含される計測面のデータのみを抽出してもよいし、建造物領域と少なくとも一部が重複する計測面を抽出してもよい。
【0012】
こうして抽出された建造物高さデータに対して、更に、高さデータの計測値と所定の基準値との大小関係を比較することで、ノイズを除去するための処理を施しても良い。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータについては、ノイズとみなす方法を採ることができる。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。更に、複数計測点で高さデータの分布状況を解析し、建造物の一部とみなすことができる程度の基準面積に達しない点在するデータをノイズと見なしたり、逆に、この基準面積以上にまとまって分布するデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【0013】
建造物のモデリングは、種々の態様で実現可能である。第1の態様として、本発明において、階層構造をなす建造物をモデリングの対象とする場合には、建造物高さデータの度数分布に基づき、各階層の高さを特定することができる。度数分布には、建造物の形状に応じて、階層ごとに度数が高くなる高さ範囲(以下、「階層データグループ」と称する)が現れるから、例えば、各階層データグループについて、最大度数となる高さ、平均値、中央値など、種々の統計値を用いて各階層の高さを特定することができる。3層以上の階層データグループが現れる場合、各グループごとに独立して高さを決定してもよいし、階層の高さは線形的に変化するという制約条件を考慮しても良い。
【0014】
階層構造をなす建造物の3次元モデリングを行う場合には、階層順に行うことが好ましい。一例として、低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定し、対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、その対象階層に属する領域と特定して、対象階層のモデリングを行う方法を採ることができる。通常、建造物の平面席は、低階層の方が大きいため、各階層のモデルを仮想空間内で積み上げるようにして円滑にモデリングすることができる。また、かかる方法で、階層構造をなす建造物の3次元モデリングを行うことにより、例えば、屋上に存在する給水タンクやエレベータ設備なども比較的忠実にモデリングすることが可能となる。こうして生成されたモデリング結果は、電波障害シミュレーション、大気シミュレーション、日照シミュレーションなどに利用することも可能となる。
【0016】
地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されている場合、3次元モデルの壁面は、メッシュ形状に応じた凹凸が生じ易いため、かかる場合には、特に平滑化処理が有効である。平滑化は、例えば、建造物の角に位置する角メッシュを特定し、2つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面を壁面として定義することによって行うことができる。
【0017】
角メッシュの特定は、種々の方法を採ることができ、例えば、建造物高さデータに対応するメッシュのうち、建造物の外周を規定する外周メッシュを特定し、外周メッシュを順次結ぶ線分間のなす角度に基づいて特定してもよい。線分間のなす角度が、例えば、90°以下になるメッシュを角メッシュと特定することができる。また、低階層については、2次元地図データの建造物領域から建造物の角を見出し、この角に対応するメッシュを角メッシュとして特定してもよい。
【0018】
低階層については、3次元モデルを、建造物領域に対応する鉛直面で切断するブーリアン演算により、壁面の平滑化を行っても良い。
【0019】
本発明において、3次元モデリング方法は、次に示す第2の態様で行っても良い。第2の態様では、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、3次元モデルの生成に使用される3次元の基本モデルを予め用意する。また、生成対象となる建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本モデルを選択する。こうして選択された基本モデルを、建造物領域の形状および建造物高さデータに基づき変形、配置することでモデリングを行う。建造物領域の形状および建造物高さデータを用いることにより、基本モデルの変形、配置をより精度良く行うことが可能となり、3次元モデルのリアリティを向上することができる。
【0020】
属性情報には、マンション、オフィスビル、商用ビル、高速道路など建造物の用途を含めることができる。この属性情報は、オペレータが個別に入力してもよいし、2次元の電子地図データに記録されている場合には、この電子地図データから読み込むものとしてもよい。
【0021】
本発明は、複数の建造物を含む3次元電子地図データを生成する3次元地図データ生成方法として構成してもよい。本発明では、次の手順で、3次元電子地図データを生成する。まず、3次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の3次元モデルで各建造物を表した3次元電子地図データを入力する。この3次元モデルは、本発明の3次元モデル生成方法で生成されたか否かは、不問である。3次元モデルと併せて、対象領域を撮影した広域のカラー画像データも入力する。こうして入力されたカラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、特定された色を用いて3次元モデルの外観を表す外観データを生成する。
【0022】
こうすることにより、複数の建造物について、個別に表面の貼付画像等を用意するまでなく、外観を整えることができる。また、各建造物について、現実に近い色を採用することにより、リアリティを向上することができる。外観データの生成には、画像の貼付、コンピュータグラフィックスでの描画などの方法を適用可能である。外観データは、モデル表面の着色のみならず、窓、ドアなどのデータを、建造物の種類、形状に応じて、適宜配置してもよい。本発明の方法は、特に、多数の建造物が配置された広域の3次元地図データを生成するのに有用である。
【0023】
また、建造物は、階層構造をなした建造物である場合、建造物の2階以上の階層について上述の方法で外観データを生成し、建造物の1階については、別途、外観データを生成してもよい。例えば、1階については、個別に撮影した画像データを貼付けるようにしてもよい。建造物では、1階と2階以上で外観が異なることが多いため、両者を分けて外観データを生成することにより、モデルのリアリティをより向上することができる。
【0024】
1階部分の外観データは、例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、外観データの生成に使用される基本外観データを予め用意し、これを用いて生成してもよい。つまり、建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本外観データを選択し、1階の外観データを生成してもよい。例えば、マンションらしい入り口、オフィスビルらしい入り口などを基本外観データとして予め用意し、マンション、オフィスビルなどの属性情報に応じて、この基本外観データを選択、使用する態様が挙げられる。こうすることにより、1階部分のリアリティをより向上することができる。
【0025】
本発明の3次元地図データ生成方法においては、更に、看板、ベランダ、アンテナなど建造物の表面に取り付けられるべき付属物を生成してもよい。例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、付属物の生成に使用される基本付属物データを予め用意し、属性情報に基づいて、この基本付属物データを選択、使用して付属物データを生成する方法を採ることができる。こうすることにより、3次元モデルのリアリティを更に向上することができる。
【0026】
付属物データは、基本付属物データをそのまま適用してもよいし、基本付属物データに属性情報を反映さえてもよい。例えば、形状を変形させてもよいし、看板などについては建造物またはそこに入っている店舗等の名称を付すようにしてもよい。
【0027】
本発明では、上述の通り、建造物の属性情報を利用して、3次元の基本モデル、外観データ、付属物データを選択、使用することが可能である。この選択に際しては、建造物の属性情報に加えて他の条件を考慮してもよい。例えば、建造物の外観が統一されている地域では、各建造物に共通の外観データ等を適用してもよい。
【0028】
本発明は、上述した3次元モデリング方法と3次元電子地図データの生成方法を、組み合わせた3次元電子地図データ方法として構成してもよい。また、3次元モデリング装置、3次元地図データ生成装置などの態様で構成してもよい。また、本発明の3次元モデリングと3次元電子地図データの生成を、コンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム、かかるプログラムを記録した記録媒体として構成してもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスクやCD−ROM、光磁気ディスク、ICカード、ROMカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置(RAMやROMなどのメモリ)および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
A.地図データ生成装置の構成:
B.データベース構造:
C.3次元モデリング:
D.仮想空間前処理:
E.建造物高さデータ設定処理:
F.ビルモデリング処理:
G.住宅、道路モデリング処理:
H.外観データ生成処理:
I.付属物データ生成処理:
【0030】
A.地図データ生成装置の構成:
図1は実施例としての電子地図データ生成システム100(以下、単にシステム100と称することもある)の構成を示す説明図である。このシステム100は、建造物の3次元モデリングを行い、3次元の電子地図データを生成する。本実施例では、図示する機能ブロックを、コンピュータ内にソフトウェア的に構築することにより、システム100を構成した。以下の例では、単独のコンピュータによってシステムが構成されている場合を例にとって説明するが、ホストコンピュータと端末とをネットワークで接続した構成を用いてもよい。
【0031】
データ入力部101は、外部からモデリング用データを入力する。モデリング用データは、3次元のモデリングに必要となるデータであり、電子地図の生成対象となる広い地域について、高さの計測データ、航空写真、および撮影位置が含まれる。高さの計測データは、地域を数メートルのメッシュ状に区切り、メッシュ単位で高さを測定した結果である。航空機などから地上に向けてレーザをスキャンすることで各地点の高さを約2m程度のメッシュ、約20cm未満の計測制度で高さを計測可能な技術が知られており、一例としてRAMSe(国際航業(株)の登録商標)で得られるデータを利用することができる。モデリング用データは、光磁気ディスクMOなどの媒体を通じて入力するものとしてもよいし、ネットワークその他の通信を介して入力するものとしてもよい。
【0032】
前処理部110は、3次元モデリングの前処理として、3次元モデリングで用いられる仮想空間の設定、高さデータの補正などの処理を行う。前処理部110は、この機能を果たすため、2次元地図データベース103を参照する。2次元地図データベース103は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。2次元地図データベース103としては、例えば、50mメッシュで用意された国土地理院の標高データに、航空写真、衛星写真、住宅地図などを重ね合わせたデータを用いることができる。
【0033】
本実施例では、大きく2通りの手法によって建造物のモデリングを行う。第1の手法は、高さデータに基づき、建造物領域の各部分をメッシュ単位で、高さ方向に立ち上げることによるモデリングである。第2の手法は、予め用意された基本的な3次元モデル(以下、基本モデルと称する)を変形等することによるモデリングである。ビルモデリング部120は、第1のモデリングを行う。本実施例では、マンション、オフィスビル、デパートなどの商用ビルなど、比較的大きなサイズのビルを第1のモデリングの対象とした。
【0034】
住宅、道路モデリング部130は、第2のモデリングを行う。本実施例では、一般の住宅、および高速道路などの高架道路をモデリング対象とした。第2のモデリングを行うために参照される基本モデルは、基本モデルデータベース102に記憶されている。
【0035】
外観データ生成部140は、モデリングされた建造物の外観を整える機能を奏する。ワイヤフレームのモデルにサーフェスを貼り、その表面を着色するとともに、窓、入り口などを生成するのである。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、窓、入り口などの部品を、外観パーツデータベース104に予め用意し、外観データ生成部140は、適宜、このデータベースを参照して外観データを生成するものとした。
【0036】
付属物データ生成部150は、看板、ベランダなど、建造物に取り付けられる付属物を表すデータ(以下、付属物データと称する)を生成する。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、看板などの部品を、付属物パーツデータベース105に予め用意し、付属物データ生成部150は、適宜、このデータベースを参照して付属物データを生成するものとした。付属物データには、例えば、樹木、信号、ガードレールなど、建造物以外に街並みを表現するために必要となるデータを含めても良い。
【0037】
統合部106は、上述した各機能ブロックで生成されたデータを関連づけ、電子地図データのフォーマットに整える機能を奏する。建造物や地名を示すための文字の設定、地図上に表示すべき種々の記号の設定なども併せて行う。統合部106は、こうして統合された電子地図データを、地図データベース10に出力する。電子地図データは、DVD−ROMその他の記録媒体MEに記録するものとしてもよい。
【0038】
B.データベース構造:
図2は2次元地図データベース103の構造を示す説明図である。2次元地図データベース103は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。図の中央には、2次元地図データベース103によって表される地図を例示した。建造物などのオブジェクトは、それぞれ閉図形(以下、ポリゴンと称する)で表され、各建造物の種別などを与える属性情報が対応づけられている。図の上方には、住宅の建造物例を示した。この建造物については、ポリゴン固有のID「HOUSE001」とともに、ポリゴンの形状データとして、各頂点の緯度、経度が記憶されている。また、属性情報としては、建造物の種別「住宅」と、階数「2階」が記憶されている。属性情報は、床面積、玄関の方向など、例示した以外に種々の情報を含めることが出来る。
【0039】
図の下方には、ビルの建造物例を示した。住宅の場合と同様、ポリゴン固有のID、形状が記憶され、属性情報として、ビルの種別「オフィスビル」、「階数」が記憶される。更に、ビルの名称、ビルの中に入っているテナントの種類や名称などを属性情報に含めても良い。ビルの種別は、任意に設定可能であるが、本実施例では、説明の便宜上、ビルの種別として、オフィスビル、マンション、商用ビルの3種類が設定されているものとする。
【0040】
ここでは、住宅、ビルについて例示したが、道路や土地も同様に、ポリゴンで定義され、それぞれ属性情報が併せて記憶されている。道路の属性情報としては、例えば、高速道路、国道などの道路種別、高架道路の場合には、その高さ、道路の車線数などを含め得る。
【0041】
図3は基本モデルデータベース102の構造を示す説明図である。基本モデルとは、住宅、道路モデリング部130がモデリング時に参照する3次元のモデルである。基本モデルデータベース102は、この基本モデルを、建造物の種類、配置方向、高さなどに応じて、多数記憶している。図中には、住宅の基本モデル例として、西向き2階建て、南向き2階建ての2種類を示した。「西向き2階建て」、「南向き2階建て」などの区分に対して平面形状の異なる2種類以上のモデルを用意してもよい。
【0042】
住宅、道路モデリング部130のモデリングでは、これらの基本モデルを適宜、変形して各建造物の3次元モデルを生成する。この際、極端な変形によって、非現実的な3次元モデルになってしまうことを回避するため、各基本モデルには、変形の許容範囲を予め定義しておくことが好ましい。本実施例では、変形率を定義するものとした。例えば、西向き2階の住宅については、東西方向には0.95〜1.05の範囲での伸縮が許容され、南北方向については0.9〜1.1の伸縮が許容される。変形率は、住宅の各部位ごとに設定してもよい。例えば、南向き2階の住宅については、南北方向に、バルコニーのない部分(区間a)と、バルコニーがある部分(区間b)に分けて変形率を設定することができる。東西方向についても、間取りを考慮して、3つの区分c〜eに分けて、変形率を設定することができる。ここでは、2次元的な変形率の設定を例示したが、高さ方向について、変形率の許容範囲を設定してもよい。
【0043】
基本モデルは、住宅のみならず、高架道路についても用意されている。高架道路の場合には、例えば、支柱も含めた単位長さ辺りの道路のモデル、料金所、ジャンクションなどのモデルを用意することができる。
【0044】
基本モデルは、マンションやオフィスビルについて用意してもよい。本実施例では、これらのビルは、ビルモデリング部120が3次元のモデリングを行うため、これらのビルに対する基本モデルは、原則的には不要である。但し、これらのモデルを用意しておけば、例えば、高さデータのノイズや、建造物の平面形状が不明などの理由により、ビルモデリング部120でのモデリングを行うことが出来ないビルについて、基本モデルを利用したモデリングが可能となる。
【0045】
図4は外観パーツデータベース104の構造を示す説明図である。外観パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、モデルの外表面に貼付けられる貼付画像データである。外観パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。建造物の外観は、2階以上と1階部分で異なる場合があるため、本実施例では、更に、適用部位によって区分して外観パーツデータを用意するものとした。図中に示す通り、商用ビルについては、2階以上の外観パーツデータとしては、種々のタイプの窓が含まれ、1階部分の外観パーツデータとしては、ショウウィンドウや、エントランスのデータなどが含まれる。オフィスビルやマンションについても、窓、エントランスなどのデータをそれぞれ用意することができる。住宅については、窓、屋根、雨戸などを用意することができる。
【0046】
図5は付属物パーツデータベース105の構造を示す説明図である。付属物パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、建造物に添付される付属物を表すための3次元モデルデータである。付属物パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。図中に示す通り、オフィスビルについては、看板が含まれる。看板は、取り付け位置によって形状が異なるため、本実施例では、ビルの側面に取り付けられるもの、屋上に取り付けられるものを区分して用意するものとした。側面に取り付けられるものについては、取り付け位置に関する情報も併せて記憶するものとした。高架道路の付属物としては、例えば、遮音壁、道路案内板、中央分離帯などを用意することができる。住宅については、ベランダ、アンテナなどを用意することができる。
【0047】
C.3次元モデリング:
図6は3次元モデリング処理のフローチャートである。本実施例のシステム100が、上述の各種機能ブロックやデータベースを利用して実行する処理である。ここでは、全体の処理概要を説明し、各処理の詳細な内容は、後で順次、説明する。
【0048】
処理が開始されると、システム100は、まず3次元の地図データを生成する対象領域について、2次元地図データ、および高さの計測データを入力する(ステップS100)。
【0049】
次に、モデリングの前処理として、仮想空間前処理(ステップS200)および建造物高さデータ設定処理(ステップS250)を実行する。仮想空間前処理は、3次元モデリングを行う仮想空間を定義し、段差のない平滑化された地表面を定義する処理である。建造物高さデータ設定処理とは、高さの計測データと2次元地図データとを比較し、建造物に対応する高さデータ(以下、建造物高さデータと称する)のみを抽出する処理である。本実施例で入力された高さデータは、建造物であるか否かに関わらず、対象領域全体についてスキャンした結果である。高さデータの計測精度は非常に高いため、これらのデータには、例えば、街路樹、歩行者、車両など、建造物とは無関係のデータが含まれる。建造物高さデータ設定処理では、このように建造物と無関係のデータが除去される。
【0050】
こうして得られたデータに基づき、システム100は、2次元地図データの属性情報を参照し、ビルに対応するオブジェクトを順次選択して、ビルモデリングを行う(ステップS300)。ビルモデリングとは、基本モデルの変形ではなく、建造物高さデータに基づいて、建造物の各部位の高さを決定するというモデリング方法である。
【0051】
ビル以外のオブジェクトについては、システム100は、住宅、道路モデリングを行う(ステップS400)。これは、基本モデルを変形して、配置することによるモデリングである。
【0052】
ビルモデリングと住宅、道路モデリングは、どのような順序で実行してもよい。例えば、ビルのオブジェクトのみを抽出し、全オブジェクトに対してビルモデリングを完了した後、残りのオブジェクトについて住宅、道路モデリングを行うものとしてもよい。また、未処理のオブジェクトを順次選択し、ビルに対応するオブジェクトである場合にはビルモデリングを実行し、そうでない場合には住宅、道路モデリングを行うようにしてもよい。
【0053】
以上の処理によって、対象領域について、ワイヤフレームで3次元モデルが得られる。次に、システム100は、各3次元モデルに対し、外観データおよび(ステップS500)、付属物データを生成する(ステップS600)。これらのデータは、外観パーツデータベース104および付属物パーツデータベース105から、各3次元モデルの属性情報に適したものを選択し、3次元モデルに適合するよう変形して生成される。外観データの生成と付属物データの生成は、並行して行っても良いし、いずれか一方を行った後、他方を行うようにしてもよい。
【0054】
以上の処理によって、各3次元モデルについてのデータが完成すると、システム100は、これらのデータを所定のフォーマットで関連づけ、地図データとして登録して、処理を完了する(ステップS700)。以下、上述の各処理について、その詳細な内容を順次、説明する。
【0055】
D.仮想空間前処理:
図7は仮想空間前処理のフローチャートである。システム100は、まず、地表面メッシュの平滑化を行う(ステップS202)。図中にこの平滑化の処理概要を例示した。システム100は、2次元地図データベース103から標高データを入力する。この標高データは、地表面を既定距離dで区切ったメッシュ単位で標高を記録するものである。この標高データを純粋に仮想3次元空間内に再現すると、図中の地表Sg1のように地表面は階段状となる。階段状の地表面を用いることも可能ではあるが、本実施例では、このメッシュの重心同士を結ぶ三角形のポリゴンを定義することにより、段差のない地表Sgを設定した。
【0056】
次に、システム100は、こうして得られた地表面への建造物の配置を行う。まず、システムは、2次元地図データベース上で、建造物の2次元ポリゴンを配置する(ステップS204)。図中に、2次元の地表面Sg上で、建造物のポリゴンPOLを配置した状態を示した。システム100は、この配置に基づき、ポリゴンPOLを定義する頂点(図中の●)の他、ポリゴンPOLと地表面Sgを定義する三角形のポリゴンとの交点(図中の○)を求める。
【0057】
システム100は、こうして得られた頂点および交点をそれぞれ、3次元の地表面Sg上に投影して、2次元ポリゴンを地表面に配置する(ステップS206)。システム100は、以上の処理を、3次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、仮想空間の前処理を完了する。
【0058】
E.建造物高さデータ設定処理:
図8は建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。仮想空間前処理で定義された三角形ポリゴンに基づいてこの処理を実行することも可能ではあるが、本実施例では、別途定義された2m単位のメッシュを用いて処理するものとした。
【0059】
システム100は、2次元的に定義された2m単位のメッシュ上に、建造物のポリゴン(以下、建造物領域と呼ぶ)POL1および高さデータを重ね合わせて配置する(ステップS252)。図中のマスがメッシュを表し、○が高さデータの計測位置を表している。
【0060】
図示する通り、高さデータの計測位置は、必ずしもメッシュと一致しているとは限らない。システム100は、事後の処理を容易にするため、高さデータを補間して、各メッシュの高さデータを設定する(ステップS254)。図中に、領域Aの拡大図を示した。例えば、ハッチングを付したメッシュについては、その周辺に存在する4カ所の計測位置(図中の●)とメッシュの重心Mcとの距離に基づいて、各計測位置の高さデータを補間することで、高さデータを設定することができる。
【0061】
こうしてメッシュ単位で高さデータが得られると、システム100は、建造物領域に存在する高さデータを、建造物高さデータとして設定する。図中のハッチングを付したメッシュが建造物高さデータに相当する。本実施例では、建造物領域に50%以上が重なるメッシュを抽出するものとした。図中では、高さの相違によって異なるハッチングを付した。システム100は、以上の処理を、3次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、建造物高さデータの設定処理を完了する。このように2次元地図データの建造物領域を利用して、建造物高さデータを設定することにより、建造物と無関係のノイズデータを比較的容易に精度良く除去することができ、以降の処理精度を向上することができる。
【0062】
建造物高さデータを規定するメッシュは、上述の規則に限らず、種々の規則によって選択することができる。例えば、建造物領域に包含されるメッシュを抽出してもよい。建造物領域に少なくとも一部が重なるメッシュを抽出しても良い。
【0063】
本実施例では、建造物領域を基準として建造物高さデータを抽出するものとしたが、逆に、建造物以外の領域を基準としてもよい。例えば、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定し、これらの領域に該当する高さデータを建造物とは無関係のデータとして除去するようにしてもよい。
【0064】
建造物高さデータの特定においては、更に、高さデータの計測値を考慮してもよい。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータをノイズとみなして除去してもよい。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【0065】
F.ビルモデリング処理:
本実施例における第1の3次元モデリング、即ち、基本モデルを用いることなく、建造物高さデータを用いて各部位の高さを決定するビルモデリングについて説明する。実施例では、ビルを対象として行うものとしたが、一般の住宅、高架道路などにも適用可能である。
【0066】
図9は建造物高さデータ例を示す説明図である。図の上方には、モデリング対象となる建造物の斜視図、下方には建造物データを図示した。説明の便宜上、かかる建造物を例にとって処理内容を説明する。この建造物は、図示する通り、建造物領域を規定する低層階と、その上に分かれて形成されたタワー低、タワー高の3つの直方体部分から構成される。建造物データには、低層階に相当する白抜きのメッシュ、タワー低に相当するハッチングのメッシュ、タワー高に相当するクロスハッチのメッシュが含まれる。
【0067】
図10はビルモデリング処理のフローチャートである。システム100は、まず、建造物高さデータを入力し、その度数分布を解析する(ステップS302)。図中に、解析例を示した。横軸に高さ、縦軸に度数、即ち各高さデータを有するメッシュ数を示した。建造物高さデータは、それぞれ計測誤差を含んでいるため、例えば、低層階に相当するメッシュであっても、高さデータは一致しない。また、建造物領域は、必ずしもメッシュと厳密に一致はしていないから、建造物高さデータには、街路樹、車両、歩行者など建造物以外のデータが含まれている可能性もある。
【0068】
図9に示すように、階層化された建造物に対しては、度数分布において、低階層、タワー低、タワー高のそれぞれの高さに対応するピークが現れる。図中の例では、高さ16m近傍のグループAが低層階、高さ28m近傍のグループBがタワー低に対応するピークである。タワー高に対応するピークは図示を省略した。
【0069】
この度数解析結果に基づいて、階層構造における各部位の高さを特定することができる。まず、高さ2m近傍のデータについては、建造物に無関係のデータであるものとして除外する。除外の基準となる高さHLは、任意に設定可能であり、例えば、通常のビルで1階に相当する高さとすることができる。
【0070】
次に、一つ目のピークであるグループAに対応する高さ(以下、階層高さと呼ぶ)を特定する。本実施例では、グループA中で最大度数となる高さを階層高さに設定するものとした。
【0071】
階層高さは、種々の方法で特定することができ、例えば、グループAの平均、中央値などを階層高さとしてもよい。本実施例では、度数がNL以上となる範囲をグループAの範囲と設定し、この範囲での平均値を階層高さと設定するものとした。グループAの範囲を規定する度数NLは、任意に設定可能であり、例えば、有意な度数と言える下限値に設定することができる。
【0072】
システム100は、解析結果に基づき、建造物高さデータを量子化する(ステップS304)。量子化とは、各メッシュの高さデータを、解析結果で得られた階層高さに統一する処理である。例えば、グループAに含まれる全メッシュに対して、グループAの階層高さ16mを与え、グループBに含まれるメッシュに対してグループBの階層高さ28mを与えることにより量子化することができる。建造物の一部とみなすことができる程度の面積に相当する度数NSに満たないメッシュに対して、階層高さを与えるようにして量子化してもよい。
【0073】
いずれの階層に属するか特定できないメッシュについては、例えば、そのメッシュの高さデータに最も近い階層に割り当てるものとしてもよい。この割り当てに対しては、更に、メッシュの高さデータを超えないなどの制約を課してもよい。
【0074】
量子化によって、図中に示すように、階層ごとに明確に区分された度数分布が得られる。システム100は、量子化された高さデータに基づいて、メッシュ単位でのモデリングを行う(ステップS310)。この処理は、後述する通り、高さデータに相当する分、各メッシュを持ち上げることにより、四角柱の集合体としての3次元モデルを生成する処理である。
【0075】
メッシュ単位でのモデリングでは、四角柱の集合体であるため、建造物領域とメッシュの位置関係によっては、壁面に凹凸が生じる場合がある。従って、システム100は、こうした凹凸を除去するため、壁面の平滑化処理を行う(ステップS370)。以上の処理を、対象領域の全ビルについて実行して、システム100は、ビルモデリング処理を終了する。
【0076】
図11はメッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。図10のステップS310に相当する処理である。本実施例では、下の階層から順次処理を行うものとした。まず、システム100は、処理の対象階層を、ビルの最も下に位置する最低階層に設定する(ステップS312)。ここで、最低階層とは、いわゆるビルの1階という意味ではなく、図10の度数分布解析で認識される最低階層を意味する。図9に示した建造物については、低階層部分が対象階層として設定されることになる。
【0077】
システム100は、対象階層に対応するメッシュを、対象階層に対応した建造物高さまで高さ方向に平行移動することにより、対象階層の3次元モデリングを行う(ステップS314)。システム100は、順次対象階層を一つ上の階層に変化させながら、全階層のモデリングを実行する(ステップS316,S318)。
【0078】
ここで、本実施例では、対象階層に対応する高さ以上の高さデータを有するメッシュを、全て対象階層に属するメッシュとして扱うものとした。図中に、3次元のモデリング例を示した。図9に示した建造物に対応した3次元モデルが生成されている。この例に示す通り、低階層の処理時には、タワー低、タワー高に対応するメッシュも、全て低階層に属するメッシュとして扱われることになる。こうすることにより、低階層の3次元モデルAに、タワー低、タワー高の部分に相当する穴が空くことを回避でき、後々のブーリアン演算の容易化を図ることができる。
【0079】
タワー低のモデリング時には、タワー高に対応するメッシュも、全てタワー低に属するメッシュとして扱われる。従って、この階層の処理時には、タワー低のモデルB1と、タワー高の下方のモデルB2が形成される。最後に、タワー高のモデリングを行うことによって、タワー高の上方のモデルCが形成される。
【0080】
システム100は、全階層のモデリングが完了すると、各モデルを結合する処理を実行する(ステップS320)。この処理には、ブーリアン演算を適用することができる。この処理により、図中のモデルA、B1、B2、Cを結合した一つの3次元モデルが生成される。
【0081】
結合処理では、例えば、低階層、タワー低、タワー高ごとに分けたモデルを生成するものとしてもよい。この処理は、例えば、モデルB2、Cのように、底面積が一致するモデルのみを結合することにより実現される。
【0082】
メッシュ単位でのモデリングは、種々の方法を採ることができる。例えば、上層階から順次モデリングを行うものとしてもよい。階層という概念から離れ、各メッシュごとに独立して四角柱を与えた後、全体をブーリアン演算で結合させてもよい。
【0083】
図12は壁面の平滑化処理のフローチャートである。図10のステップS370に相当する処理である。図13は壁面の平滑化処理例を示す説明図である。図中の破線がメッシュを意味し、実線およびハッチングを付したメッシュで囲まれた範囲が建造物の3次元モデルの底面形状POLを意味する。建造物領域とメッシュの関係によっては、このように側面に凹凸が生じる場合がある。これを図中の太い実線で示すように平滑化した壁面を形成するのが平滑化処理の目的である。以下、平滑化処理の内容を、図13の例を適宜参照しながら、図12に沿って、説明する。
【0084】
システム100は、3次元モデルを形成するメッシュのうち、外界との境界面となる縁メッシュを特定する(ステップS372)。縁メッシュは、例えば、各メッシュの4つの側面のうち少なくとも一面がモデル外の空間と接しているメッシュを抽出することにより特定することができる。
【0085】
次に、システム100は、抽出された縁メッシュを連結する処理を行う(ステップS374)。この処理では、任意に一つの縁メッシュを選択し、順次、隣接する縁メッシュを検索し、連結する。連結線が交差したり、隣接する二つの縁メッシュ間で行ったり戻ったりして検索が先に進まないという事態を回避するため、本実施例では、ステップS374の枠中に示すように検索の優先順位を設けた。図のマスはそれぞれメッシュを意味し、マス中の数字は、検索の優先度を意味する。現在位置が中央のメッシュであるとすると、右側に隣接するメッシュを最優先にして、順次、時計回りに優先順位を落として、検索を行う。この連結処理により、図13中に細い矢印で示す連結線が得られる。
【0086】
システム100は、この連結線に基づき、建造物の角に相当する角メッシュを特定する(ステップS376)。本実施例では、連結線同士がなす内角が90度以下となるメッシュを角メッシュに特定するものとした。図13の例では、○をつけた4カ所が角メッシュとして特定される。角メッシュか否かの判定基準となる角度は、任意に設定可能であるが、90度よりも大きくする程、当初の凹凸がそのまま維持される傾向にある。
【0087】
こうして角メッシュが特定されると、システム100は、角メッシュの代表点を結ぶように壁面を生成する(ステップS378)。図13の例では、図中に太線で示す壁面が得られる。本実施例では、メッシュの重心同士を結んで壁面を定義したが、壁面は種々の位置に生成可能であり、角メッシュを包含するように壁面を設定してもよい。
【0088】
以上の処理により、ビルモデリング処理が完了する。建造物高さの計測データに基づいて、モデリングを行うため、複雑な形状のビルも精度良くモデリングすることができる。
【0089】
G.住宅、道路モデリング処理:
次に、本実施例の第2のモデリング手法、即ち、基本モデルを利用したモデリングについて説明する。このモデリングは、住宅、道路モデリング処理において実行される。
【0090】
図14は住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。図6のステップS400に相当する処理である。処理が開始されると、システム100は、未処理構造物を選択する(ステップS402)。この処理では、2次元地図データで、住宅および高架道路の属性が付与されたポリゴンが選択される。先に説明したビルモデリングでのモデリングに失敗したポリゴンを対象に含めても良い。
【0091】
次に、システム100は、処理対象となるポリゴンについて、属性情報、建造物領域、建造物高さを入力する(ステップS404)。また、属性情報に基づき、基本モデルデータベース102から、基本モデルを選択する(ステップS406)。この際、属性情報以外の条件も考慮してもよい。例えば、住宅の処理の場合、処理対象となるポリゴン周辺の道路の位置関係から入り口の方向を判定してもよいし、建造物領域と基本モデルの底面形状を比較してもよい。建造物高さデータに基づいて、切妻、寄棟など、屋根形状を判断するようにしてもよい。
【0092】
システム100は、選択された基本モデルを建造物高さデータおよび建造物領域に基づいて変形し、配置する(ステップS408)。建造物高さデータは、建造物の代表的な部分の高さを特定するのに用いることができる。例えば、図中に示すように切妻の屋根については、建造物高さデータによって、中央部分の高さH1、軒の高さH2などを特定することができる。2次元地図データで、建造物領域が得られない場合には、基本モデルを変形せずに配置してもよいし、処理対象となる土地枠に内接する最大面積の矩形を求め、これを建造物領域と仮定して、処理を行ってもよい。後者の処理では、土地枠から駐車スペースや隣家との間隔などを予め除いて、住宅を建築可能な形状を求め、この形状に基づいて矩形を求めても良い。
【0093】
上述の例では住宅についての処理を説明したが、高架道路についても同様である。高架道路の基本モデルを、建造物高さデータや車線などの情報に基づいて変形し、道路ポリゴンに沿って配置することで高架道路のモデリングを行うことができる。
【0094】
H.外観データ生成処理:
図15は外観データ生成処理のフローチャートである。図6のステップS500に相当する処理である。3次元のポリゴンの表面の着色、および窓などの画像の貼付などを行って、外観を整えるための処理である。
【0095】
この処理では、システム100は、まずポリゴンを着色する色彩を決定するためのデータとして、航空写真のカラー画像データを入力する(ステップS602)。撮影した位置、撮影方向、画角などの撮影条件も併せて入力する。
【0096】
次に、3次元のポリゴンと航空写真との対応関係をとるための処理として、3次元モデルから航空写真に対応する画像(以下、対応ビューと称する)を生成する(ステップS604)。航空写真の撮影位置に相当する緯度、経度、高度に視点PVを設定し、撮影方向、画角を撮影条件に併せて、3次元モデルを見た画像を生成すればよい。航空写真が地表面にほぼ鉛直に撮影されている場合には、この対応ビューは2次元的な画像となる。従って、対応ビューに代えて、2次元地図データを用いてもよい。
【0097】
システム100は、航空写真と対応ビューとを重ね合わせて、各オブジェクトの基本色を決定する(ステップS608)。図中に処理概要を模式的に示した。下側が航空写真、上側が対応ビューを表している。対応ビューに含まれるオブジェクトOBJの基本色には、航空写真中でオブジェクトOBJに対応する画像IMGの色を採用する。このように、各オブジェクトについて、航空写真に基づき基本色を決定することができる。
【0098】
次に、システム100は、オブジェクトの属性情報を2次元地図データベース103から入力し(ステップS610)、属性情報に基づいて外観パーツデータベース104から外観パーツデータを選択する(ステップS612)。この時、ビルについては、2階以上の部分と1階で異なる外観パーツを適用する。適用可能な外観パーツが多数存在する場合には、ランダムに選択してもよいし、ビルと道路等との位置関係を考慮して選択してもよい。例えば、道路との位置関係を考慮することにより、ショーウィンドウやエントランスの外観パーツは、道路側に優先的に適用することができる。
【0099】
一例として、建造物の入り口の方向を決める方法について説明する。まず、2次元地図データベース103を参照して、建造物が配置された土地に接する道路に沿った線分(以下、道路線分と称する)を特定する。2次元地図データベース103が経路探索用の道路ネットワークデータを有している場合には、道路を表すリンクデータを道路線分として利用することができる。次に、2次元地図データベース上で建造物枠を構成する線分のうち、道路線分と最も平行に近い線分を選択する。例えば、道路線分に直交する線分と、建造物枠を構成する各線分とのなす角度が90°に近いほど平行に近い線分であるものと評価することができる。こうして平行に近い線分が特定されると、その線分に対応する面に建造物の入り口を設定することができる。一般家屋のように予め基本的なモデルが用意されている場合には、こうして設定された面に入り口が来るよう、基本モデルの配置方向を決めても良い。
【0100】
なお、角地のように土地に接する線分が2本以上存在する場合には、各道路に対して、上述の方法で、入り口の候補となる面を特定すればよい。こうして特定された全ての面に入り口を設けるようにしても良いし、これらの面の中から、所定の規則に従って一つの面を選択してもよい。規則としては、例えば、道路にもっとも平行に近い面を入り口とする;太い道路に接する面を入り口とする;南向きなど特定の方角を優先的に入り口とするなどが考えられる。
【0101】
以上で、各3次元モデルの基本色、外観パーツデータが決定されると、システム100は、3次元モデルの表面を基本色で着色し、外観パーツデータを貼り付けた状態で画像を表示するための外観データを生成する(ステップS614)。2階以上と1階部分で異なる外観パーツを適用する場合、基本色での着色は2階以上の部分のみに適用してもよい。システム100は、以上の処理を各オブジェクトについて実行し、外観データ生成処理を完了する。
【0102】
本実施例では、外観データの生成に航空写真を用いたが、地上から撮影した写真を用いても良い。例えば、車載のカメラで撮影した静止画像やビデオ画像を用いても良い。地上から撮影した写真では、窓、看板なども撮影されることが多いため、例えば、建造物の画像を構成する各ピクセルのRGB値の変化が小さい領域を壁と見なして、この領域の色に基づき基本色を設定することが好ましい。また、基本色以外の領域を認識し、これに基づいて、窓の有無、2階以上と1階部分との外観の差違の有無などを判断し、外観パーツデータの選択に活用してもよい。こうすることにより、外観データのリアリティを向上することができる。
【0103】
I.付属物データ生成処理:
最後に付属物データ生成処理について説明する。この処理は、図6のS600に相当する処理である。処理内容は、外観データ生成処理(図15)のステップS610〜S614と同様である。
【0104】
即ち、システム100は、処理対象となるオブジェクトについて属性情報を入力し、これに基づいて付属物パーツデータベース105から付属物パーツデータを選択する。こうして得られた付属物パーツデータを、それぞれ対象となる3次元モデルに適合するよう変形して、取り付ける。
【0105】
付属物の取り付け時には、形状の変更のみならず、色彩等の変更も行うことが好ましい。例えば、看板を取り付ける場合には、ビルの名称やテナント情報に基づいて、看板の表示内容を設定することが好ましい。建造物と同じ色で、付属物を着色してもよい。
【0106】
以上で説明した本実施例の地図データ生成装置によれば、建造物の3次元モデルを比較的軽い負荷で精度良く生成することができる。しかも、モデル生成に利用するデータは、建造物の個別の測量データではなく、航空機からのレーザ計測によって短期間に広域に識別可能なデータである。従って、本実施例によれば、広域の3次元モデルを生成するための負担を激減させることができる。
【0107】
上述の実施例については、一部の処理を省略したり、更なる処理を追加したりしてもよい。本実施例では、各処理を自動的に実行するものとしたが、適宜、オペレータの操作を加えても良い。
【0108】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上述の各処理は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例としての電子地図データ生成システム100の構成を示す説明図である。
【図2】 2次元地図データベース103の構造を示す説明図である。
【図3】 基本モデルデータベース102の構造を示す説明図である。
【図4】 外観パーツデータベース104の構造を示す説明図である。
【図5】 付属物パーツデータベース105の構造を示す説明図である。
【図6】 3次元モデリング処理のフローチャートである。
【図7】 仮想空間前処理のフローチャートである。
【図8】 建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。
【図9】 建造物高さデータ例を示す説明図である。
【図10】 ビルモデリング処理のフローチャートである。
【図11】 メッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。
【図12】 壁面の平滑化処理のフローチャートである。
【図13】 壁面の平滑化処理例を示す説明図である。
【図14】 住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。
【図15】 外観データ生成処理のフローチャートである。
【符号の説明】
10…地図データベース
100…電子地図データ生成システム
101…データ入力部
102…基本モデルデータベース
103…2次元地図データベース
104…外観パーツデータベース
105…付属物パーツデータベース
106…統合部
110…前処理部
120…ビルモデリング部
130…住宅、道路モデリング部
140…外観データ生成部
150…付属物データ生成部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional modeling technique for generating three-dimensional electronic data of a building, and a technique for generating three-dimensional electronic map data using the modeling method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of map data digitized so as to be usable by computers (hereinafter referred to as “electronic map data”) has become widespread. The electronic map data is used for displaying a map on a so-called personal computer, a vehicle-mounted navigation system, providing a map via the Internet, and creating a map as a printed matter. In navigation systems, three-dimensional display is being used so that the driver can intuitively determine the course. Displaying a building or the like three-dimensionally has an advantage that it is easy to grasp the current position and the route.
[0003]
In order to perform three-dimensional display, a three-dimensional model of a building is required. It requires a great amount of labor to individually identify three-dimensional data, particularly height-related data, for a large number of buildings to be displayed on a map. Conventionally, various techniques for reducing such labor have been proposed.
[0004]
For example, Patent Document 1 discloses a technique for generating a three-dimensional model using three-dimensional coordinates of points on the surface of the ground surface obtained from a laser emitted from an aircraft and photographic images / video images taken from the aircraft. Yes. The three-dimensional model is performed by selecting one of contour polygons prepared in advance and deforming it so as to match the measurement result.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-74323
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, since a three-dimensional model is generated in a range of contour polygons prepared in advance, a three-dimensional model cannot be generated for a building having a complicated shape not included in the contour polygon. Further, since the measured height data is used only for the purpose of determining the height of the contour polygon, the height data cannot be fully utilized.
[0007]
In recent years, the measurement of height data using a laser has made the interval between measurement points as small as several meters and the measurement accuracy has been improved to several tens of centimeters. There remains room for further improvement in the generation accuracy of the three-dimensional model. In general, measurement data contains a lot of noise, and therefore, appropriate processing of noise becomes one of the issues when using measurement data.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to enable accurate three-dimensional modeling with a light load by utilizing measured height data.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
  In order to solve at least a part of the above problems, in the present invention, three-dimensional electronic data of a building is generated by the following three-dimensional modeling method. Two-dimensional electronic map data including a building to be generated is input. Moreover, the height data measured about many points in the area | region containing the building used as a production | generation object are input. Then, the building area of the building is identified from the two-dimensional data, and the height data existing in the building area is extracted as the building height data. A three-dimensional model of the building is generated by specifying the height of the building based on the building height data thus extracted. Moreover, the process which smoothes each wall surface of the produced | generated three-dimensional model by a plane is performed.A building is a building having a hierarchical structure. When generating the three-dimensional model, the height of each layer of the building is specified based on the frequency distribution of the building height data. This height data is data whose height is measured in a predetermined mesh unit defined on the ground surface. The smoothing process is performed by a vertical plane that specifies a corner mesh positioned at a corner of the building and passes through representative points of the two corner meshes.
[0010]
  According to the three-dimensional modeling method of the present invention, by using two-dimensional electronic map data, it is possible to accurately extract data useful for building generation from the measurement result of height data. That is, useless data can be removed from the measurement result of height data by extracting a specific area based on the two-dimensional electronic map data and incorporating it into the three-dimensional model. For example, it is possible to easily and accurately remove noise caused by trees planted around a building, cars and people existing around the building, and the like. It is also possible to remove noise easily and accurately by specifying areas other than buildings to be modeled, such as general roads, alleys between buildings, parks, etc., from 2D electronic map data and attribute information thereof. It becomes possible. By extracting the height data related to the building in this way, the noise processing itself included in the extracted building height data can be facilitated and the modeling accuracy can be improved.Moreover, since the process which smooth | blunts each wall surface of the produced | generated three-dimensional model with a plane is performed, the reality of a three-dimensional model can be improved more.
[0011]
In the present invention, the building height data can be extracted by expressing the measurement points of the height data in the same coordinate system as the two-dimensional electronic map data, for example. When the height data is measured in units of a measurement surface having a predetermined area, only the measurement surface data included in the building area may be extracted, or at least a part of the building area may be extracted. You may extract the measurement surface which overlaps.
[0012]
The building height data thus extracted may be further subjected to processing for removing noise by comparing the magnitude relationship between the measured value of the height data and a predetermined reference value. For example, a method can be used in which a low value that cannot be taken by a building is set as a reference value, and data below this reference value is regarded as noise. Conversely, a method of removing noise by setting a high value that can be regarded as building measurement data as a reference value and extracting data that is equal to or higher than the reference value as normal data may be adopted. . In addition, the distribution of height data is analyzed at multiple measurement points, and scattered data that does not reach the standard area that can be regarded as a part of the building is regarded as noise. A method of removing noise by extracting data distributed in a batch as normal data may be adopted.
[0013]
Building modeling can be implemented in various ways. As a first aspect, in the present invention, when a building having a hierarchical structure is to be modeled, the height of each layer can be specified based on the frequency distribution of the building height data. In the frequency distribution, a height range (hereinafter referred to as “hierarchical data group”) in which the frequency increases for each hierarchy appears according to the shape of the building. For example, the maximum frequency is obtained for each hierarchical data group. The height of each layer can be specified using various statistical values such as height, average value, and median value. When three or more hierarchical data groups appear, the height may be determined independently for each group, or the constraint that the hierarchical height changes linearly may be considered.
[0014]
When three-dimensional modeling of a building having a hierarchical structure is performed, it is preferably performed in hierarchical order. As an example, the target hierarchy to be modeled is set in order from the lower hierarchy, and the part having the building height data equal to or higher than the height of the target hierarchy is specified as the region belonging to the target hierarchy, and the target hierarchy The method of modeling can be taken. In general, since the flat seats of a building are larger in the lower level, it is possible to model smoothly by stacking models of each level in the virtual space. Further, by performing three-dimensional modeling of a building having a hierarchical structure by such a method, for example, water tanks and elevator facilities existing on the roof can be modeled relatively faithfully. The modeling result generated in this way can be used for radio interference simulation, atmospheric simulation, sunshine simulation, and the like.
[0016]
When the height is measured in units of a predetermined mesh defined on the ground surface, the wall of the 3D model is likely to have irregularities according to the mesh shape, so in such cases, smoothing processing is particularly effective. It is. Smoothing can be performed, for example, by specifying a corner mesh located at a corner of a building and defining a vertical plane passing through a representative point of the two corner meshes as a wall surface.
[0017]
Various methods can be used to identify the corner mesh. For example, among meshes corresponding to the building height data, the outer periphery mesh that defines the outer periphery of the building is specified, and the line segments sequentially connecting the outer periphery meshes are identified. You may specify based on the angle made. For example, a mesh in which the angle between line segments is 90 ° or less can be identified as a square mesh. For the lower hierarchy, the corner of the building may be found from the building area of the two-dimensional map data, and the mesh corresponding to this corner may be specified as the corner mesh.
[0018]
For the lower layer, the wall surface may be smoothed by a Boolean operation that cuts the three-dimensional model along the vertical plane corresponding to the building area.
[0019]
In the present invention, the three-dimensional modeling method may be performed in the second mode described below. In the second aspect, a three-dimensional basic model used for generating a three-dimensional model is prepared in advance in association with attribute information representing the attribute of the building. Moreover, the attribute information of the building used as a production | generation object is input, and a basic model is selected according to this attribute information. Modeling is performed by deforming and arranging the basic model selected in this way based on the shape of the building area and the building height data. By using the shape of the building area and the building height data, the basic model can be deformed and arranged with higher accuracy, and the reality of the three-dimensional model can be improved.
[0020]
The attribute information can include the use of a building such as a condominium, office building, commercial building, or highway. This attribute information may be individually input by an operator, or may be read from this electronic map data when recorded in two-dimensional electronic map data.
[0021]
The present invention may be configured as a 3D map data generation method for generating 3D electronic map data including a plurality of buildings. In the present invention, three-dimensional electronic map data is generated by the following procedure. First, for a target area for generating 3D electronic map data, 3D electronic map data representing each building with a 3D model whose appearance has not been generated is input. It does not matter whether this three-dimensional model is generated by the three-dimensional model generation method of the present invention. Along with the three-dimensional model, wide-area color image data obtained by photographing the target area is also input. From the color image data thus input, the surface color of each building is specified, and appearance data representing the appearance of the three-dimensional model is generated using the specified color.
[0022]
By doing so, it is possible to arrange the appearance of a plurality of buildings without having to prepare surface pasted images or the like individually. Moreover, reality can be improved about each building by employ | adopting the color near reality. For the generation of appearance data, methods such as image pasting and computer graphics drawing can be applied. As the appearance data, not only the color of the model surface but also data such as windows and doors may be appropriately arranged according to the type and shape of the building. The method of the present invention is particularly useful for generating wide-area three-dimensional map data in which a large number of buildings are arranged.
[0023]
If the building is a building having a hierarchical structure, appearance data is generated by the above-described method for two or more floors of the building, and appearance data is separately generated for the first floor of the building. May be. For example, for the first floor, individually captured image data may be pasted. In buildings, since the appearance often differs between the first floor and the second floor or more, the reality of the model can be further improved by generating the appearance data by dividing the two.
[0024]
The appearance data of the first floor portion may be generated using, for example, basic appearance data used for generation of appearance data in advance in association with attribute information representing the attribute of a building. That is, building attribute information may be input, and basic appearance data may be selected in accordance with the attribute information to generate first floor appearance data. For example, an entrance that seems to be a condominium, an entrance that seems to be an office building, and the like are prepared in advance as basic appearance data, and this basic appearance data is selected and used in accordance with attribute information such as an apartment or office building. By carrying out like this, the reality of the 1st floor part can be improved more.
[0025]
In the 3D map data generation method of the present invention, an accessory to be attached to the surface of the building such as a signboard, a veranda, or an antenna may be further generated. For example, prepare basic accessory data to be used for generating accessories in association with the attribute information representing the attributes of the building, and select and use this basic accessory data based on the attribute information. A method of generating object data can be taken. By doing so, the reality of the three-dimensional model can be further improved.
[0026]
As the accessory data, the basic accessory data may be applied as it is, or the attribute information may be reflected in the basic accessory data. For example, the shape may be changed, and the name of a building or a store in the building may be attached to a signboard or the like.
[0027]
In the present invention, as described above, it is possible to select and use a three-dimensional basic model, appearance data, and accessory data by using building attribute information. In this selection, other conditions may be considered in addition to the building attribute information. For example, in an area where the external appearance of a building is unified, external data common to each building may be applied.
[0028]
The present invention may be configured as a three-dimensional electronic map data method in which the above-described three-dimensional modeling method and three-dimensional electronic map data generation method are combined. Moreover, you may comprise with aspects, such as a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional map data generation apparatus. Moreover, you may comprise as a recording medium which recorded the computer program for implement | achieving the three-dimensional modeling of this invention and the production | generation of three-dimensional electronic map data with a computer, and this program. Recording media include flexible disks, CD-ROMs, magneto-optical disks, IC cards, ROM cartridges, punch cards, printed matter printed with codes such as bar codes, computer internal storage devices (memory such as RAM and ROM), and Various computer-readable media such as an external storage device can be used.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described by dividing it into the following items.
A. Configuration of map data generator:
B. Database structure:
C. 3D modeling:
D. Virtual space preprocessing:
E. Building height data setting processing:
F. Building modeling process:
G. Housing and road modeling process:
H. Appearance data generation processing:
I. Accessory data generation processing:
[0030]
A. Configuration of map data generator:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an electronic map data generation system 100 (hereinafter also simply referred to as a system 100) as an embodiment. The system 100 performs three-dimensional modeling of a building and generates three-dimensional electronic map data. In this embodiment, the system 100 is configured by constructing the functional blocks shown in the figure in software. In the following example, a case where the system is configured by a single computer will be described as an example, but a configuration in which a host computer and a terminal are connected via a network may be used.
[0031]
The data input unit 101 inputs modeling data from the outside. The modeling data is data required for three-dimensional modeling, and includes height measurement data, aerial photographs, and shooting positions for a wide area for which an electronic map is generated. The height measurement data is the result of dividing the area into a mesh of several meters and measuring the height in mesh units. A technology that can measure the height of each point with a mesh of about 2m and a measurement system of less than about 20cm by scanning a laser from the aircraft toward the ground is known. Data obtained from Kogyo Co., Ltd. (registered trademark) can be used. The modeling data may be input through a medium such as the magneto-optical disk MO, or may be input via a network or other communication.
[0032]
The preprocessing unit 110 performs processing such as setting of a virtual space used in three-dimensional modeling and correction of height data as preprocessing of three-dimensional modeling. The preprocessing unit 110 refers to the two-dimensional map database 103 in order to perform this function. The two-dimensional map database 103 is an existing map database on a plane, and records elevations in mesh units that divide the ground surface, planar shapes of buildings, and the like. As the two-dimensional map database 103, for example, data obtained by superimposing an aerial photograph, a satellite photograph, a house map, etc. on the elevation data of the Geographical Survey Institute prepared in 50m mesh can be used.
[0033]
In this embodiment, the building is modeled by two methods. The first method is modeling by raising each part of the building area in the height direction in units of meshes based on the height data. The second method is modeling by modifying a basic three-dimensional model (hereinafter referred to as a basic model) prepared in advance. The building modeling unit 120 performs first modeling. In this embodiment, a relatively large building such as a condominium, an office building, or a commercial building such as a department store is the target of the first modeling.
[0034]
The house / road modeling unit 130 performs second modeling. In the present embodiment, general houses and elevated roads such as expressways were modeled. The basic model referred to for performing the second modeling is stored in the basic model database 102.
[0035]
The appearance data generation unit 140 has a function of adjusting the appearance of the modeled building. A surface is affixed to a wireframe model, the surface is colored, and windows, entrances, etc. are generated. In this embodiment, in order to improve the reality of appearance, parts such as windows and entrances are prepared in advance in the appearance part database 104, and the appearance data generation unit 140 appropriately generates appearance data by referring to this database. It was supposed to be.
[0036]
The accessory data generation unit 150 generates data (hereinafter referred to as accessory data) representing an accessory attached to a building such as a signboard or a veranda. In this embodiment, in order to improve the appearance reality, parts such as a signboard are prepared in the accessory parts database 105 in advance, and the accessory data generation unit 150 generates accessory data with reference to this database as appropriate. To do. The accessory data may include, for example, data necessary for expressing the cityscape other than buildings, such as trees, signals, guardrails, and the like.
[0037]
The integration unit 106 has a function of associating data generated in each of the above-described functional blocks and adjusting the format of the electronic map data. The setting of characters to indicate buildings and place names and various symbols to be displayed on the map are also performed. The integration unit 106 outputs the electronic map data thus integrated to the map database 10. The electronic map data may be recorded on a DVD-ROM or other recording medium ME.
[0038]
B. Database structure:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the two-dimensional map database 103. The two-dimensional map database 103 is an existing map database on a plane, and records elevations in mesh units that divide the ground surface, planar shapes of buildings, and the like. In the center of the figure, a map represented by the two-dimensional map database 103 is illustrated. Each object such as a building is represented by a closed figure (hereinafter referred to as a polygon), and is associated with attribute information that gives the type of each building. An example of a residential building is shown above the figure. For this building, the latitude and longitude of each vertex are stored as polygon shape data together with a polygon-specific ID “HOUSE001”. Further, as the attribute information, a building type “house” and a floor number “2nd floor” are stored. The attribute information can include various types of information other than those exemplified, such as the floor area and the direction of the entrance.
[0039]
Below the figure is an example of a building structure. As in the case of a house, a polygon-specific ID and shape are stored, and the building type “office building” and “floor” are stored as attribute information. Furthermore, the name of the building, the type and name of the tenant contained in the building, and the like may be included in the attribute information. The building type can be set arbitrarily, but in this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that three types of office building, condominium, and commercial building are set as the building type.
[0040]
Here, a house and a building are illustrated, but roads and land are similarly defined by polygons, and attribute information is also stored in each. The road attribute information may include, for example, a road type such as an expressway and a national road, and in the case of an elevated road, its height, the number of lanes of the road, and the like.
[0041]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the structure of the basic model database 102. The basic model is a three-dimensional model that the house / road modeling unit 130 refers to when modeling. The basic model database 102 stores a large number of basic models in accordance with the type of building, the arrangement direction, the height, and the like. In the figure, two types of two-story buildings facing west and two-story facing south are shown as examples of basic housing models. Two or more types of models having different planar shapes may be prepared for sections such as “west facing two stories” and “south facing two stories”.
[0042]
In the modeling of the house / road modeling unit 130, these basic models are appropriately modified to generate a three-dimensional model of each building. At this time, in order to avoid an unrealistic three-dimensional model due to extreme deformation, it is preferable to predefine an allowable deformation range for each basic model. In this embodiment, the deformation rate is defined. For example, for a house on the second floor facing west, expansion and contraction in the range of 0.95 to 1.05 is permitted in the east-west direction, and expansion and contraction of 0.9 to 1.1 is permitted in the north-south direction. The deformation rate may be set for each part of the house. For example, for a south-facing second-floor house, the deformation rate can be set separately in a north-south direction into a part without a balcony (section a) and a part with a balcony (section b). Also in the east-west direction, the deformation rate can be set by dividing into three sections c to e in consideration of the floor plan. Here, the setting of the two-dimensional deformation rate is exemplified, but an allowable range of the deformation rate may be set in the height direction.
[0043]
Basic models are available not only for houses but also for elevated roads. In the case of an elevated road, for example, a model of a road around a unit length including struts, a model such as a toll booth, and a junction can be prepared.
[0044]
A basic model may be prepared for an apartment or office building. In this embodiment, since these buildings are three-dimensionally modeled by the building modeling unit 120, the basic models for these buildings are not necessary in principle. However, if these models are prepared, for example, a building that cannot be modeled by the building modeling unit 120 due to noise of height data or unknown plan shape of the building, etc. Modeling using the model becomes possible.
[0045]
FIG. 4 is an explanatory view showing the structure of the appearance part database 104. The appearance part data is pasted image data that is pasted on the outer surface of the model in order to improve the reality of the building. Appearance part data is prepared according to attribute information such as the type of building. Since the appearance of the building may differ between the second floor and above and the first floor portion, in this embodiment, the appearance part data is prepared by further dividing by the application site. As shown in the figure, for commercial buildings, the exterior part data for the second and higher floors includes various types of windows, and the exterior part data for the first floor includes show windows and entrance data. It is. Data on windows, entrances, etc. can be prepared for office buildings and apartments. For houses, windows, roofs, shutters, etc. can be prepared.
[0046]
FIG. 5 is an explanatory view showing the structure of the accessory parts database 105. The accessory part data is three-dimensional model data for representing an accessory attached to a building in order to improve the reality of the building. The accessory part data is prepared according to attribute information such as the type of building. As shown in the figure, the office building includes a signboard. Since the signboard has a different shape depending on the mounting position, in this embodiment, the signboard is prepared separately from those attached to the side of the building and those attached to the rooftop. For the items attached to the side, information on the attachment position is also stored. As an appendage of the elevated road, for example, a sound insulation wall, a road guide plate, a median strip, etc. can be prepared. For houses, verandas, antennas, etc. can be prepared.
[0047]
C. 3D modeling:
FIG. 6 is a flowchart of the three-dimensional modeling process. This is a process executed by the system 100 of the present embodiment using the various functional blocks and database described above. Here, an overview of the entire process will be described, and detailed contents of each process will be described later in order.
[0048]
When the process is started, the system 100 first inputs the two-dimensional map data and the height measurement data for the target region for generating the three-dimensional map data (step S100).
[0049]
Next, as preprocessing for modeling, virtual space preprocessing (step S200) and building height data setting processing (step S250) are executed. The virtual space preprocessing is processing for defining a virtual space for performing three-dimensional modeling and defining a smoothed ground surface without a step. The building height data setting process is a process of comparing height measurement data with two-dimensional map data and extracting only height data corresponding to a building (hereinafter referred to as building height data). is there. The height data input in the present embodiment is the result of scanning the entire target area regardless of whether it is a building or not. Since the measurement accuracy of the height data is very high, these data include data unrelated to the building such as roadside trees, pedestrians, and vehicles. In the building height data setting process, data unrelated to the building is removed in this way.
[0050]
Based on the data thus obtained, the system 100 refers to the attribute information of the two-dimensional map data, sequentially selects objects corresponding to the building, and performs building modeling (step S300). The building modeling is a modeling method in which the height of each part of the building is determined based on the building height data, not the deformation of the basic model.
[0051]
For objects other than buildings, the system 100 performs house and road modeling (step S400). This is modeling by deforming and arranging the basic model.
[0052]
Building modeling, housing, and road modeling may be performed in any order. For example, only building objects may be extracted, and after building modeling is completed for all objects, housing and road modeling may be performed on the remaining objects. Alternatively, unprocessed objects may be sequentially selected. If the object corresponds to a building, building modeling may be executed. If not, housing and road modeling may be performed.
[0053]
With the above processing, a three-dimensional model is obtained with a wire frame for the target region. Next, the system 100 generates appearance data (step S500) and accessory data for each three-dimensional model (step S600). These data are generated by selecting one suitable for the attribute information of each three-dimensional model from the appearance part database 104 and the accessory part database 105 and transforming it so as to fit the three-dimensional model. The generation of the appearance data and the generation of the accessory data may be performed in parallel, or after either one is performed, the other may be performed.
[0054]
When the data for each three-dimensional model is completed by the above processing, the system 100 associates these data in a predetermined format, registers them as map data, and completes the processing (step S700). Hereinafter, the detailed contents of the above-described processes will be sequentially described.
[0055]
D. Virtual space preprocessing:
FIG. 7 is a flowchart of the virtual space preprocessing. The system 100 first smoothes the ground surface mesh (step S202). The smoothing process outline is illustrated in the figure. The system 100 inputs elevation data from the two-dimensional map database 103. This altitude data records the altitude in mesh units obtained by dividing the ground surface by a predetermined distance d. When the altitude data is reproduced purely in the virtual three-dimensional space, the ground surface has a staircase shape like the ground surface Sg1 in the figure. Although it is possible to use a stepped ground surface, in this embodiment, a ground surface Sg without a step is set by defining a triangular polygon that connects the centers of gravity of the mesh.
[0056]
Next, the system 100 arranges the building on the ground surface thus obtained. First, the system places a two-dimensional polygon of a building on a two-dimensional map database (step S204). In the figure, a state in which the building polygon POL is arranged on the two-dimensional ground surface Sg is shown. Based on this arrangement, the system 100 obtains the intersection (◯ in the figure) between the polygon POL and the triangular polygon that defines the ground surface Sg in addition to the vertex (● in the figure) that defines the polygon POL.
[0057]
The system 100 projects the vertices and intersections thus obtained on the three-dimensional ground surface Sg, and places the two-dimensional polygon on the ground surface (step S206). The system 100 executes the above processing for each polygon in the target region of the three-dimensional modeling, and completes the virtual space preprocessing.
[0058]
E. Building height data setting processing:
FIG. 8 is a flowchart of the building height data setting process. Although it is possible to execute this processing based on the triangular polygon defined in the virtual space preprocessing, in this embodiment, processing is performed using a separately defined mesh of 2 m units.
[0059]
The system 100 superimposes and arranges a building polygon (hereinafter referred to as a building area) POL1 and height data on a two-dimensionally defined mesh of 2 m (step S252). The square in the figure represents a mesh, and the circle represents the measurement position of height data.
[0060]
As shown in the figure, the measurement position of the height data does not necessarily coincide with the mesh. In order to facilitate subsequent processing, the system 100 interpolates the height data and sets the height data of each mesh (step S254). In the figure, an enlarged view of region A is shown. For example, for hatched meshes, the height data at each measurement position is interpolated based on the distance between the four measurement positions (● in the figure) and the center of gravity Mc of the mesh. , Height data can be set.
[0061]
When the height data is obtained in units of meshes in this way, the system 100 sets the height data present in the building area as building height data. The hatched mesh in the figure corresponds to the building height data. In this embodiment, a mesh that overlaps 50% or more in the building area is extracted. In the figure, different hatching is given depending on the height. The system 100 executes the above process for each polygon in the target region of the three-dimensional modeling, and completes the building height data setting process. Thus, by setting the building height data using the building area of the two-dimensional map data, noise data unrelated to the building can be removed relatively easily and accurately, and the subsequent processing Accuracy can be improved.
[0062]
The mesh that defines the building height data is not limited to the rules described above, and can be selected according to various rules. For example, a mesh included in a building area may be extracted. You may extract the mesh which at least one part overlaps with a building area.
[0063]
In this embodiment, the building height data is extracted on the basis of the building area, but conversely, an area other than the building may be used as a reference. For example, specify areas other than the building to be modeled, such as general roads, alleys between buildings, and parks, and remove the height data corresponding to these areas as data unrelated to the building. Also good.
[0064]
In specifying the building height data, the measurement value of the height data may be further taken into consideration. For example, a low value that cannot be taken by a building may be set as a reference value, and data below this reference value may be regarded as noise and removed. Conversely, a method of removing noise by setting a high value that can be regarded as building measurement data as a reference value and extracting data that is equal to or higher than the reference value as normal data may be adopted. .
[0065]
F. Building modeling process:
First three-dimensional modeling in this embodiment, that is, building modeling that determines the height of each part using building height data without using a basic model will be described. In the embodiment, it is intended for buildings, but it can also be applied to ordinary houses and elevated roads.
[0066]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of building height data. The perspective view of the building to be modeled is shown in the upper part of the figure, and the building data is shown in the lower part. For convenience of explanation, processing contents will be described by taking such a building as an example. As shown in the figure, this building is composed of three rectangular parallelepiped parts including a lower floor defining a building area and a tower low and a tower height formed separately on the lower floor. The building data includes a white mesh corresponding to the lower floor, a hatching mesh corresponding to the tower low, and a cross hatch mesh corresponding to the tower height.
[0067]
FIG. 10 is a flowchart of the building modeling process. First, the system 100 inputs building height data and analyzes the frequency distribution (step S302). An example of analysis is shown in the figure. The horizontal axis indicates the height, and the vertical axis indicates the frequency, that is, the number of meshes having each height data. Since the building height data includes measurement errors, the height data does not match even for meshes corresponding to lower floors, for example. In addition, since the building area does not necessarily exactly match the mesh, the building height data may include data other than the building such as street trees, vehicles, and pedestrians.
[0068]
As shown in FIG. 9, peaks corresponding to respective heights of a low hierarchy, a tower low, and a tower height appear in the frequency distribution for the hierarchized building. In the example in the figure, group A in the vicinity of 16 m in height is a lower floor, and group B in the vicinity of 28 m in height is a peak corresponding to the tower low. The peak corresponding to the tower height is not shown.
[0069]
Based on the frequency analysis result, the height of each part in the hierarchical structure can be specified. First, data in the vicinity of a height of 2 m is excluded as data unrelated to the building. The height HL serving as a reference for exclusion can be arbitrarily set. For example, the height HL can be set to a height corresponding to the first floor in a normal building.
[0070]
Next, a height corresponding to the first peak, group A (hereinafter referred to as a hierarchical height) is specified. In the present embodiment, the height that is the maximum frequency in the group A is set to the hierarchical height.
[0071]
The layer height can be specified by various methods. For example, the average, median, etc. of group A may be used as the layer height. In the present embodiment, the range in which the frequency is NL or more is set as the group A range, and the average value in this range is set as the hierarchy height. The frequency NL that defines the range of the group A can be arbitrarily set. For example, the frequency NL can be set to a lower limit value that can be said to be a significant frequency.
[0072]
The system 100 quantizes the building height data based on the analysis result (step S304). Quantization is a process for unifying the height data of each mesh to the hierarchical height obtained from the analysis result. For example, quantization can be performed by giving a group height of 16 m to all meshes included in group A, and giving a group height of 28 m to meshes included in group B. You may quantize so that a mesh height may be given with respect to the mesh which is less than the frequency NS corresponding to the area which can be regarded as a part of a building.
[0073]
For a mesh that cannot be specified to which layer, for example, a mesh that is closest to the height data of the mesh may be assigned. For this allocation, a constraint such as not exceeding the mesh height data may be imposed.
[0074]
By quantization, as shown in the figure, a frequency distribution clearly divided for each hierarchy is obtained. The system 100 performs modeling in units of meshes based on the quantized height data (step S310). As will be described later, this process is a process for generating a three-dimensional model as an assembly of quadrangular prisms by lifting each mesh by an amount corresponding to the height data.
[0075]
Since modeling in units of meshes is an assembly of quadrangular prisms, the wall surface may be uneven depending on the positional relationship between the building area and the mesh. Therefore, the system 100 performs a wall surface smoothing process to remove such irregularities (step S370). The above process is executed for all the buildings in the target area, and the system 100 ends the building modeling process.
[0076]
FIG. 11 is a flowchart of modeling in units of meshes. This process corresponds to step S310 in FIG. In this embodiment, the processing is sequentially performed from the lower layer. First, the system 100 sets the processing target hierarchy to the lowest hierarchy located at the bottom of the building (step S312). Here, the lowest hierarchy does not mean the so-called first floor of a building, but the lowest hierarchy recognized by the frequency distribution analysis of FIG. For the building shown in FIG. 9, the lower hierarchy part is set as the target hierarchy.
[0077]
The system 100 performs three-dimensional modeling of the target hierarchy by translating the mesh corresponding to the target hierarchy in the height direction to the building height corresponding to the target hierarchy (step S314). The system 100 executes modeling of all layers while sequentially changing the target layer to the next higher layer (steps S316 and S318).
[0078]
Here, in this embodiment, all the meshes having height data higher than the height corresponding to the target hierarchy are handled as meshes belonging to the target hierarchy. In the figure, a three-dimensional modeling example is shown. A three-dimensional model corresponding to the building shown in FIG. 9 is generated. As shown in this example, at the time of low-level processing, all the meshes corresponding to the tower low and tower height are handled as meshes belonging to the low level. By doing so, it is possible to avoid holes corresponding to the tower low and tower height portions in the low-level three-dimensional model A, and it is possible to facilitate later Boolean calculations.
[0079]
When modeling tower low, meshes corresponding to tower height are all handled as meshes belonging to tower low. Therefore, at the time of processing of this hierarchy, a model B1 with a tower low and a model B2 below the tower height are formed. Finally, by modeling the tower height, a model C above the tower height is formed.
[0080]
When the modeling of all hierarchies is completed, the system 100 executes a process of combining the models (step S320). A Boolean operation can be applied to this processing. By this processing, one three-dimensional model obtained by combining the models A, B1, B2, and C in the figure is generated.
[0081]
In the combination process, for example, a model divided for each of the lower hierarchy, the tower low, and the tower height may be generated. This process is realized by combining only models with the same bottom area, such as models B2 and C, for example.
[0082]
Various methods can be used for modeling in units of meshes. For example, modeling may be performed sequentially from the upper floor. Apart from the concept of hierarchy, after giving a quadrangular prism independently for each mesh, the whole may be combined by a Boolean operation.
[0083]
FIG. 12 is a flowchart of the wall surface smoothing process. This process corresponds to step S370 in FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of wall surface smoothing processing. A broken line in the figure means a mesh, and a range surrounded by a solid line and hatched mesh means a bottom shape POL of a three-dimensional model of a building. Depending on the relationship between the building area and the mesh, the side surface may be uneven in this way. The purpose of the smoothing process is to form a smoothed wall surface as shown by the thick solid line in the figure. Hereinafter, the content of the smoothing process will be described with reference to FIG. 12 with reference to the example of FIG. 13 as appropriate.
[0084]
The system 100 identifies an edge mesh that is a boundary surface with the outside world from among the meshes forming the three-dimensional model (step S372). The edge mesh can be specified by, for example, extracting a mesh in which at least one of the four side surfaces of each mesh is in contact with a space outside the model.
[0085]
Next, the system 100 performs processing for connecting the extracted edge meshes (step S374). In this process, one edge mesh is arbitrarily selected, and adjacent edge meshes are sequentially searched and connected. In this embodiment, in order to avoid the situation where the search does not proceed due to the intersection of the connecting lines or between the two adjacent edge meshes, the search is performed as shown in the frame of step S374. Priorities were set. Each square in the figure means a mesh, and the numbers in the square mean search priority. Assuming that the current position is the center mesh, the search is performed with the meshes adjacent to the right side having the highest priority, and the priority is sequentially lowered clockwise. By this connection process, a connection line indicated by a thin arrow in FIG. 13 is obtained.
[0086]
Based on this connecting line, the system 100 identifies a corner mesh corresponding to the corner of the building (step S376). In the present embodiment, the mesh whose inner angle formed by the connecting lines is 90 degrees or less is specified as the angular mesh. In the example of FIG. 13, four places with ◯ are identified as corner meshes. The angle that serves as a criterion for determining whether or not the mesh is a square mesh can be arbitrarily set, but the initial unevenness tends to be maintained as it is larger than 90 degrees.
[0087]
When the corner mesh is specified in this way, the system 100 generates a wall surface so as to connect the representative points of the corner mesh (step S378). In the example of FIG. 13, a wall surface indicated by a thick line in the drawing is obtained. In this embodiment, the wall surface is defined by connecting the center of gravity of the mesh. However, the wall surface can be generated at various positions, and the wall surface may be set so as to include the square mesh.
[0088]
The building modeling process is completed by the above process. Since modeling is performed on the basis of building height measurement data, it is possible to accurately model buildings with complex shapes.
[0089]
G. Housing and road modeling process:
Next, the second modeling method of this embodiment, that is, modeling using a basic model will be described. This modeling is executed in a housing / road modeling process.
[0090]
FIG. 14 is a flowchart of the house / road modeling process. This process corresponds to step S400 in FIG. When the process is started, the system 100 selects an unprocessed structure (step S402). In this process, polygons with attributes of houses and elevated roads are selected from the two-dimensional map data. Polygons that have failed modeling in the building modeling described above may be included in the target.
[0091]
Next, the system 100 inputs attribute information, a building area, and a building height for the polygon to be processed (step S404). Also, a basic model is selected from the basic model database 102 based on the attribute information (step S406). At this time, conditions other than the attribute information may be considered. For example, in the case of housing processing, the direction of the entrance may be determined from the positional relationship of the road around the polygon to be processed, or the building area may be compared with the bottom shape of the basic model. You may make it judge roof shape, such as a gable and a dormitory, based on building height data.
[0092]
The system 100 deforms and arranges the selected basic model based on the building height data and the building area (step S408). Building height data can be used to identify the height of a representative portion of the building. For example, as shown in the figure, for the roof of the gable, the height H1 of the central portion, the height H2 of the eaves, and the like can be specified by the building height data. If the building area cannot be obtained with 2D map data, the basic model may be placed without deformation, or the maximum area rectangle inscribed in the land frame to be processed is obtained and built. Processing may be performed assuming a physical region. In the latter process, a shape capable of building a house may be obtained by previously removing a parking space, an interval with a neighboring house, and the like from the land frame, and a rectangle may be obtained based on this shape.
[0093]
In the above-described example, the processing for a house has been described, but the same applies to an elevated road. An elevated road can be modeled by transforming a basic model of an elevated road based on information such as building height data and lanes and arranging it along road polygons.
[0094]
H. Appearance data generation processing:
FIG. 15 is a flowchart of appearance data generation processing. This process corresponds to step S500 in FIG. This is a process for adjusting the appearance by coloring the surface of a three-dimensional polygon and pasting an image such as a window.
[0095]
In this process, the system 100 first inputs color image data of an aerial photograph as data for determining a color for coloring a polygon (step S602). The shooting conditions such as the shooting position, shooting direction, and angle of view are also entered.
[0096]
Next, as processing for taking the correspondence between the three-dimensional polygon and the aerial photograph, an image corresponding to the aerial photograph (hereinafter referred to as a corresponding view) is generated from the three-dimensional model (step S604). The viewpoint PV is set at the latitude, longitude, and altitude corresponding to the shooting position of the aerial photograph, and an image in which the three-dimensional model is viewed is generated by combining the shooting direction and the angle of view with the shooting conditions. When the aerial photograph is taken almost vertically on the ground surface, the corresponding view is a two-dimensional image. Accordingly, two-dimensional map data may be used instead of the corresponding view.
[0097]
The system 100 determines the basic color of each object by superimposing the aerial photograph and the corresponding view (step S608). The outline of the process is shown schematically in the figure. The lower side shows an aerial photograph and the upper side shows a corresponding view. The basic color of the object OBJ included in the corresponding view is the color of the image IMG corresponding to the object OBJ in the aerial photograph. In this way, the basic color can be determined for each object based on the aerial photograph.
[0098]
Next, the system 100 inputs the attribute information of the object from the two-dimensional map database 103 (step S610), and selects appearance part data from the appearance part database 104 based on the attribute information (step S612). At this time, for the building, different external parts are applied on the second floor and the first floor. When there are many applicable appearance parts, the appearance parts may be selected at random or may be selected in consideration of the positional relationship between the building and the road. For example, by considering the positional relationship with the road, appearance parts of the show window and the entrance can be preferentially applied to the road side.
[0099]
As an example, a method for determining the direction of the entrance of a building will be described. First, with reference to the two-dimensional map database 103, a line segment (hereinafter referred to as a road line segment) along the road in contact with the land where the building is arranged is specified. When the two-dimensional map database 103 has road network data for route search, link data representing roads can be used as road line segments. Next, of the line segments constituting the building frame on the two-dimensional map database, the line segment closest to the road line segment is selected. For example, it can be evaluated that the closer the angle between a line segment orthogonal to the road line segment and each line segment constituting the building frame is closer to 90 °, the more parallel the line segment is. When a line segment close to parallel is specified in this way, the entrance of the building can be set on the surface corresponding to the line segment. When a basic model is prepared in advance like a general house, the arrangement direction of the basic model may be determined so that the entrance comes to the surface set in this way.
[0100]
In addition, when there are two or more line segments that touch the land, such as corner lots, a plane that is a candidate for entrance may be specified for each road by the above-described method. Entrances may be provided on all the surfaces thus identified, or one surface may be selected from these surfaces according to a predetermined rule. As a rule, for example, a plane closest to the road may be used as an entrance; a plane in contact with a thick road may be used as an entrance; a specific direction such as south may be preferentially used as an entrance.
[0101]
As described above, when the basic color and appearance part data of each three-dimensional model are determined, the system 100 displays the image with the appearance part data pasted by coloring the surface of the three-dimensional model with the basic color. Appearance data is generated (step S614). When different appearance parts are applied to the second and higher floors and the first floor, coloring with the basic color may be applied only to the second and higher floors. The system 100 executes the above process for each object, and completes the appearance data generation process.
[0102]
In this embodiment, the aerial photograph is used to generate the appearance data, but a photograph taken from the ground may be used. For example, you may use the still image and video image which were image | photographed with the vehicle-mounted camera. Since photographs taken from the ground often take pictures of windows, signs, etc., for example, an area where the change in RGB value of each pixel constituting a building image is small is regarded as a wall, and the color of this area is changed. It is preferable to set a basic color based on this. Also, areas other than the basic colors may be recognized, and based on this, the presence / absence of a window, the presence / absence of a difference in appearance between the second floor and the first floor portion, and the like may be determined and utilized for selection of appearance part data. . By doing so, the reality of appearance data can be improved.
[0103]
I. Accessory data generation processing:
Finally, the accessory data generation process will be described. This process corresponds to S600 in FIG. The processing contents are the same as steps S610 to S614 of the appearance data generation process (FIG. 15).
[0104]
That is, the system 100 inputs attribute information for an object to be processed, and selects accessory part data from the accessory part database 105 based on the attribute information. The accessory part data obtained in this way is transformed and fitted so as to match the target three-dimensional model.
[0105]
When attaching the accessory, it is preferable to change not only the shape but also the color and the like. For example, when a signboard is attached, it is preferable to set the display contents of the signboard based on the building name and tenant information. Accessories may be colored in the same color as the building.
[0106]
According to the map data generation apparatus of the present embodiment described above, a three-dimensional model of a building can be generated with high accuracy with a relatively light load. Moreover, the data used for model generation is not individual surveying data of buildings, but data that can be identified in a wide area in a short time by laser measurement from an aircraft. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to drastically reduce the burden for generating a wide-area three-dimensional model.
[0107]
About the above-mentioned Example, a part of process may be abbreviate | omitted or a further process may be added. In this embodiment, each process is automatically executed, but an operator's operation may be added as appropriate.
[0108]
Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention. For example, each process described above may be realized by software or hardware.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an electronic map data generation system 100 as an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a structure of a two-dimensional map database 103. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a structure of a basic model database 102;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a structure of an appearance part database 104;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a structure of an accessory parts database 105;
FIG. 6 is a flowchart of a three-dimensional modeling process.
FIG. 7 is a flowchart of virtual space preprocessing.
FIG. 8 is a flowchart of a building height data setting process.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of building height data.
FIG. 10 is a flowchart of a building modeling process.
FIG. 11 is a flowchart of modeling in units of meshes.
FIG. 12 is a flowchart of wall surface smoothing processing;
FIG. 13 is an explanatory view showing an example of wall surface smoothing processing;
FIG. 14 is a flowchart of a house / road modeling process.
FIG. 15 is a flowchart of appearance data generation processing.
[Explanation of symbols]
10 ... Map database
100 ... Electronic map data generation system
101: Data input section
102 ... Basic model database
103 ... 2D map database
104 ... Appearance parts database
105 ... Accessory parts database
106. Integration unit
110: Pre-processing unit
120 ... Building Modeling Department
130… Housing, road modeling department
140 ... Appearance data generation unit
150 ... accessory data generation unit

Claims (4)

建造物の3次元電子データを生成する3次元モデリング方法であって、
(a)コンピュータが、生成対象となる建造物を含む2次元の電子地図データを入力してメモリに格納する工程と、
(b)前記コンピュータが、該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力して前記メモリに格納する工程と、
(c)前記コンピュータが、前記2次元の電子地図データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に存在する高さデータを建造物高さデータとして抽出する工程と、
(d)前記コンピュータが、該建造物高さデータに基づいて、該建造物の高さを特定することで、該建造物の3次元モデルを生成する工程と、
(e)前記コンピュータが、該生成された3次元モデルの各壁面を平面で平滑化する工程と、
を有し、
前記建造物は階層構造をなす建造物であり、
前記工程(d)は、前記建造物高さデータの度数分布に基づき、前記建造物の各階層の高さを特定する工程を含み、
前記高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータであり、
前記工程(e)は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、2つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって前記平滑化を行う、3次元モデリング方法。
A 3D modeling method for generating 3D electronic data of a building,
(A) a computer that inputs two-dimensional electronic map data including a building to be generated and stores it in a memory ;
(B) The computer inputs height data measured for a number of points in an area including the building to be generated and stores the height data in the memory ;
(C) the computer identifying a building area of the building from the two-dimensional electronic map data, and extracting height data existing in the building area as building height data;
(D) the computer generating a three-dimensional model of the building by specifying the height of the building based on the building height data;
(E) the computer smoothing each wall surface of the generated three-dimensional model with a plane;
I have a,
The building is a building having a hierarchical structure,
The step (d) includes a step of identifying the height of each level of the building based on the frequency distribution of the building height data,
The height data is data in which the height is measured in a predetermined mesh unit defined on the ground surface,
The step (e) specifies a corner mesh located at a corner of the building, and performs the smoothing by a vertical plane passing through representative points of the two corner meshes .
請求項記載の3次元モデリング方法であって、
前記工程(d)は、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記3次元モデルの生成に使用される3次元の基本モデルを予め用意する工程と、
前記生成対象となる建造物の属性情報を入力する工程と、
該属性情報に応じて、前記基本モデルを選択する工程と、
前記建造物領域の形状および前記建造物高さデータに基づき、前記基本モデルを変形、配置する工程と、
低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定する工程と、
該対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、該対象階層に属する領域と特定して、該対象階層のモデリングを行う、工程とを備える3次元モデリング方法。
The three-dimensional modeling method according to claim 1 ,
The step (d)
Associating with the attribute information representing the attribute of the building, preparing a three-dimensional basic model used for generating the three-dimensional model in advance;
Inputting attribute information of the building to be generated;
Selecting the basic model according to the attribute information;
Deforming and arranging the basic model based on the shape of the building area and the building height data; and
In order from the lowest level, setting the target level to be modeled,
A three-dimensional modeling method comprising: a step of modeling a target hierarchy by specifying a part having building height data equal to or higher than the height of the target hierarchy as a region belonging to the target hierarchy.
建造物の3次元電子データを生成する3次元モデリング装置であって、
生成対象となる建造物を含む2次元の電子地図データを入力する2次元地図入力部と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する高さデータ入力部と、
前記2次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に存在する高さデータを建造物高さデータとして抽出する抽出部と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の高さを特定することで、該建造物の3次元モデルを生成するモデル生成部と、
該生成された3次元モデルの各壁面を平面で平滑化する平滑化処理部と、
を有し、
前記建造物は階層構造をなす建造物であり、
前記モデル生成部は、前記建造物高さデータの度数分布に基づき、前記建造物の各階層の高さを特定し、
前記高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータであり、
前記平滑化処理部は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、2つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって前記平滑化を行う、3次元モデリング装置。
A 3D modeling device for generating 3D electronic data of a building,
A two-dimensional map input unit for inputting two-dimensional electronic map data including a building to be generated;
A height data input unit for inputting height data measured for a number of points in the region including the building to be generated;
An extraction unit for identifying a building area of the building from the two-dimensional data, and extracting height data existing in the building area as building height data;
A model generation unit that generates a three-dimensional model of the building by specifying the height of the building based on the building height data;
A smoothing processing unit for smoothing each wall surface of the generated three-dimensional model with a plane;
I have a,
The building is a building having a hierarchical structure,
The model generation unit specifies the height of each level of the building based on the frequency distribution of the building height data,
The height data is data in which the height is measured in a predetermined mesh unit defined on the ground surface,
The three-dimensional modeling apparatus , wherein the smoothing processing unit specifies a corner mesh positioned at a corner of the building and performs the smoothing by a vertical plane passing through representative points of the two corner meshes .
建造物の3次元電子データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
生成対象となる建造物を含む2次元の電子地図データを入力する機能と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する機能と、
前記2次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に存在する高さデータを建造物高さデータとして抽出する機能と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の高さを特定することで、該建造物の3次元モデルを生成するモデル生成機能と、
該生成された3次元モデルの各壁面を平面で平滑化する平滑化処理機能と、
をコンピュータによって実現するためのコンピュータプログラムであり、
前記建造物は階層構造をなす建造物であり、
前記モデル生成機能は、前記建造物高さデータの度数分布に基づき、前記建造物の各階層の高さを特定し、
前記高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータであり、
前記平滑化処理機能は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、2つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって前記平滑化を行う、コンピュータプログラム
A computer program for generating three-dimensional electronic data of a building,
A function for inputting two-dimensional electronic map data including a building to be generated;
A function of inputting height data measured for a large number of points in an area including the building to be generated;
A function of identifying a building area of the building from the two-dimensional data, and extracting height data existing in the building area as building height data;
A model generation function for generating a three-dimensional model of the building by specifying the height of the building based on the building height data;
A smoothing function for smoothing each wall surface of the generated three-dimensional model in a plane;
Is a computer program for realizing by a computer ,
The building is a building having a hierarchical structure,
The model generation function specifies the height of each level of the building based on the frequency distribution of the building height data,
The height data is data in which the height is measured in a predetermined mesh unit defined on the ground surface,
The smoothing processing function is a computer program that identifies a corner mesh positioned at a corner of the building and performs the smoothing by a vertical plane that passes through representative points of the two corner meshes .
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