JP4543820B2 - Three-dimensional data processing apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、3次元データ処理装置及びプログラムに関し、より具体的には、地理情報データ(GIS)に代表される3次元データを所定サイズのグリッド上の3次元データに変換する装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional data processing equipment and programs, and more specifically, equipment and program for converting the three-dimensional data represented by spatial data (GIS) to 3-dimensional data on a given size of the grid About.
3次元構造体を表現する方法としては、その構成要素を点、線及び面等のベクトル情報として表現する方法と、3次元構造体を所定サイズのグリッド又はメッシュに分割し、各グリッド又はメッシュ単位で三次元座標を特定する方法とがある。 As a method of expressing a three-dimensional structure, a method of expressing its constituent elements as vector information such as points, lines, and surfaces, and dividing a three-dimensional structure into a grid or mesh of a predetermined size, each grid or mesh unit There is a method for specifying the three-dimensional coordinates.
前者のベクトル表記方法は、多様な形状を少ないデータ数で表現でき、線及び面を特定することでより詳細な情報を持たせることができるという利点があり、データの流通に向いている。他方、後者の方法は、汎用的でコンピュータ処理に向いているものの、データ量が膨大になり,流通性に欠ける。地理情報をデジタル表現する地理情報システム(GIS)等には、前者の方法による3次元ベクトルデータ表現が使用される。GISに関して、例えば、特許文献1,2を参照。
The former vector notation method has an advantage that various shapes can be expressed with a small number of data, and more detailed information can be given by specifying lines and surfaces, which is suitable for data distribution. On the other hand, the latter method is general-purpose and suitable for computer processing, but the amount of data becomes enormous and lacks in distribution. For a geographic information system (GIS) that digitally represents geographic information, a three-dimensional vector data representation by the former method is used. Regarding GIS, see, for example,
地理情報を3次元ベクトルデータで表現する場合、線又は面を構成する複数の点をグループ化し、そのグループに線又は面の属性を付与する。これにより、線又は面を特定でき、名前を付加でき、検索も容易になる。 When geographical information is expressed by three-dimensional vector data, a plurality of points constituting a line or a surface are grouped, and the attribute of the line or surface is given to the group. Thereby, a line or a surface can be specified, a name can be added, and a search is facilitated.
このような3次元データは、地理情報システム以外にも、3次元構造物を表現するのにも利用される。
GIS及びその他のシステムで使用される3次元ベクトルデータは一般に、構造を表現するのに必須の主要点について3次元位置データを収容するものであり、これらの主要点は、例えば、水平面内で見て、均等な間隔には位置しない。 The three-dimensional vector data used in GIS and other systems generally contains three-dimensional position data for key points essential to represent the structure, and these key points can be viewed, for example, in a horizontal plane. And not evenly spaced.
地理情報は、鳥瞰図又は3D画像として表示することで、全体の様子を理解しやすくなる。3次元ベクトルデータから3D画像を得る方法として、3次元ベクトルデータから直接、3D画像を生成する方法と、3次元ベクトルデータで表現される形状を不規則三角形で近似するTIN(triangulated irregular network)モデルでTINデータに変換し、そのTINデータから3D画像を作成する方法と、TINモデルを一定グリッド間隔の複数の点データに変換し、その点データの集合(グリッドデータ)から3D画像を作成する方法が考えられる。 By displaying the geographic information as a bird's-eye view or a 3D image, it becomes easy to understand the overall state. As a method for obtaining a 3D image from 3D vector data, a method for generating a 3D image directly from 3D vector data and a TIN (triangulated irregular network) model for approximating the shape represented by 3D vector data with an irregular triangle A method for converting to TIN data and creating a 3D image from the TIN data, and a method for converting a TIN model into a plurality of point data with a constant grid interval and creating a 3D image from the set of point data (grid data) Can be considered.
3次元ベクトルデータから直接、3D画像を作成する方法は、精密な3D画像を得られるものの、コンピュータの処理負担が重たすぎる。これに対し、TINデータから3D画像を作成する方法は、コンピュータの処理負担は軽減されるものの、TINデータの精度が悪いと、正確な3D画像を得られない。グリッドデータから3D画像を作成する方法も、中間的なTINデータの精度が悪いと、正確な3D画像を得られない。 Although a method for creating a 3D image directly from three-dimensional vector data can obtain a precise 3D image, the processing load on the computer is too heavy. In contrast, the method of creating a 3D image from TIN data reduces the processing burden on the computer, but an accurate 3D image cannot be obtained if the accuracy of the TIN data is poor. In the method of creating a 3D image from grid data, an accurate 3D image cannot be obtained if the accuracy of intermediate TIN data is poor.
また、地理情報として、特定の切断面の面構造及びその面積、特定の面で囲まれる部分の容積等を迅速に表現又は算出したいとする要望があるが、ベクトルデータは、このような要望には向いていない。このような用途には、グリッド方式のデータ形式が向いている。即ち、3次元ベクトルデータから高精細なグリッドデータを高速に得られる手法が望まれている。 In addition, as geographic information, there is a demand to quickly express or calculate the surface structure and area of a specific cut surface, the volume of a part surrounded by a specific surface, etc. Is not suitable. For such applications, the grid data format is suitable. That is, there is a demand for a method capable of obtaining high-definition grid data from three-dimensional vector data at high speed.
本発明は、このような需要に応える3次元データ処理装置及びプログラムを提示することを目的とする。 The present invention aims to present a three-dimensional data processing equipment and programs to meet such a demand.
本発明に係る3次元データ処理装置は、複数の線データを含む3次元ベクトルデータの当該各線データに補助中間点を補間する中間点補間手段と、当該3次元ベクトルデータの各線データを記述する点及び当該補助中間点の3次元座標値から不規則三角形網を形成し、各三角形を規定するTINデータを生成するTIN生成手段と、当該TINデータに対して所定グリッド間隔のグリッドを適用して当該TINデータから各グリッド点の座標値を算出し、個々のグリッド点について3次元座標値を示すグリッドデータを出力するグリッド座標算出手段であって、当該TINデータに含まれるTINを探索する手段と、探索されたTINに含まれるグリッド点の座標値を算出する座標値算出手段とを具備するグリッド座標算出手段とを具備し、当該座標値算出手段が、当該TINに外接する4角形に収容される最大グリッド範囲を決定し、当該最大グリッド範囲内で当該探索されたTINに含まれるグリッド点を探索し、探索された各グリッド点の座標値を当該TINの3頂点の座標値から算出することを特徴とする。 The three-dimensional data processing apparatus according to the present invention includes an intermediate point interpolating means for interpolating an auxiliary intermediate point in each line data of three-dimensional vector data including a plurality of line data, and a point describing each line data of the three-dimensional vector data And a TIN generation means for generating TIN data defining each triangle by forming an irregular triangle network from the three-dimensional coordinate values of the auxiliary intermediate points, and applying a grid with a predetermined grid interval to the TIN data Grid coordinate calculation means for calculating the coordinate value of each grid point from the TIN data and outputting grid data indicating the three-dimensional coordinate value for each grid point, the means for searching for TIN included in the TIN data; Grid coordinate calculation means comprising coordinate value calculation means for calculating coordinate values of grid points included in the searched TIN, The coordinate value calculating means determines the maximum grid range accommodated in the quadrangular shape circumscribing the TIN, searches for the grid points included in the searched TIN within the maximum grid range, and searches each grid The coordinate value of the point is calculated from the coordinate value of the three vertices of the TIN .
本発明に係る3次元データ処理プログラムは、複数の線データを含む3次元ベクトルデータの当該各線データに補助中間点を補間する補間機能と、当該3次元ベクトルデータの各線データを記述する点及び当該補助中間点を使って不規則三角形網を形成し、TINデータを出力するTIN生成機能と、当該TINデータに対して所定グリッド間隔のグリッドを適用して当該TINデータから各グリッド点の座標値を算出し、個々のグリッド点について3次元座標値を示すグリッドデータを出力するグリッド座標算出機能であって、当該TINデータに含まれるTINを順に指定する指定機能と、指定されたTINに含まれる各グリッド点の座標値を、当該TINの3頂点の座標値から算出する算出機能とを具備するグリッド座標算出機能とをコンピュータに実行させる3次元データ処理プログラムであって、当該算出機能が、当該指定されたTINに外接する4角形に収容される最大グリッド範囲を決定するグリッド範囲決定機能と、当該グリッド範囲決定ステップで決定されるグリッド範囲に含まれるグリッド点が、当該指定されたTIN内かどうかを順に調べる機能と、当該指定されたTINに含まれる各グリッド点の座標値を、当該TINの3頂点の座標値から算出する機能とを具備することを特徴とする。A three-dimensional data processing program according to the present invention includes an interpolation function for interpolating an auxiliary intermediate point to each line data of three-dimensional vector data including a plurality of line data, a point describing each line data of the three-dimensional vector data, and A TIN generation function that forms an irregular triangular net using auxiliary intermediate points and outputs TIN data, and a grid having a predetermined grid interval is applied to the TIN data, and the coordinate value of each grid point is determined from the TIN data. A grid coordinate calculation function for calculating and outputting grid data indicating a three-dimensional coordinate value for each grid point, a specification function for sequentially specifying the TIN included in the TIN data, and each of the specified TINs A grid coordinate calculation function including a calculation function for calculating the coordinate value of the grid point from the coordinate value of the three vertices of the TIN. A three-dimensional data processing program to be executed by a computer, wherein the calculation function includes a grid range determination function for determining a maximum grid range accommodated in a rectangle circumscribing the specified TIN, and a grid range determination step A function for sequentially checking whether or not the grid points included in the determined grid range are within the specified TIN, and the coordinate values of the grid points included in the specified TIN are represented by the coordinate values of the three vertices of the TIN. And a function to calculate from the above.
本発明によれば、3次元ベクトルデータから高精度で高密度のTINデータを得ることができ、その結果として、高精度で高密度のグリッドデータを得ることができる。高精度・高密度のグリッドデータを使うことで、地形等の3次元体の形状、断面等を正確且つ迅速に表現できるようになる。 According to the present invention, high-precision and high-density TIN data can be obtained from three-dimensional vector data, and as a result, high-precision and high-density grid data can be obtained. By using high-precision and high-density grid data, the shape, cross-section, etc. of a three-dimensional body such as terrain can be expressed accurately and quickly.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図2は、本実施例によりベクトルデータからグリッドデータを生成するまでのCPU10の動作フローチャートを示す。
FIG. 1 shows a schematic block diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an operation flowchart of the
CPU10は、コンピュータの中央処理装置として図2に示すフローを実行する機能ブロックを具備する。メモリ12には、CPU10の処理過程で生じる一時データが格納される。オペレータは、キーボード14により、種々の設定値をCPU10に入力できる。表示装置16は、CPU10の処理結果を画像として表示できる。
The
3次元ベクトルデータ20は、例えば、GISで提供されるデータであり、基本的に、孤立点を示す点データと、線を示す線データと、面を示す面データを含む。線データは、始点と終点の少なくとも2つの点データからなり、始点と終点の間に1以上の点データを含む場合もあり、これらの点からなるベクトルとして表記される。線データは、例えば、何らかの境界を示したり、鉄道、道路及び川などを示す。面データは、複数の点データで囲まれる領域を示す場合と、複数の線データで囲まれる領域を示す場合とがある。面データは、行政区画等の、他とは区別される領域を示す場合に使用される。線データ及び面データは、3次元座標値以外に、川、道路、行政区画等を示す属性データを具備する。
The three-
3次元ベクトルデータ20の各ベクトルは、先に説明したように、ベクトル表記に必要な点データのみで表現される。ベクトルを構成するこれらの点データから不規則三角形網TIN(triangulated irregular network)を生成すると、得られた三角形は極く粗いものになってしまう。即ち、得られたTINモデルは、そもそもベクトルで表現される微細な形状変化を反映したものにならない。そこで、本実施例では先ず、CPU10の中間点補間プログラム22が、3次元ベクトルデータ20の各ベクトルの線要素上に補助中間点を設定する。
As described above, each vector of the three-
具体的には、3次元ベクトルデータ20をベクトル単位で読み込み(S1)、各ベクトルの図形種別を判別する(S2)。注目するベクトルが線又は面を示す場合に、中間点補間プログラム22が、ベクトルに中間点を補間する(S3)。図形種別が線である場合には、線分上に所定間隔で補助中間点を設定し、図形種別が面である場合には、面を規定する各線分上に所定間隔で補助中間点を設定する。
Specifically, the three-
図3は、2つの道路を規定するベクトルデータ例の平面模式図を示す。道路の境界を規定するベクトルを構成する点を白丸で表記している。図4は、道路1,2の境界を規定するベクトルに対し、適当な間隔で補助中間点を設定した結果を示す。補助中間点を三角で図示してある。補助中間点を設定する間隔は、必要に応じて、適宜に決定すれば良い。線(又は面)の連続性を保持できる程の細かさで、補助中間点を設定する。
FIG. 3 is a schematic plan view of an example of vector data defining two roads. The points constituting the vector that defines the road boundary are indicated by white circles. FIG. 4 shows the result of setting auxiliary intermediate points at appropriate intervals for vectors defining the boundaries of the
3次元ベクトルデータ20の全ての線ベクトル及び面ベクトルについて、このように補助中間点を挿入する(S3)。全ベクトルについてステップS1〜S3を終了すると、3次元座標抽出プログラム24が、全ベクトルデータ20の各点(線データ及び面データの要素となる点を含む)の三次元座標値と中間点補間プログラム22が挿入した補助中間点の三次元座標値を抽出し(S5)、TIN生成プログラム26が、周知のTINモデルに基づき、これらの点群による三角形を形成し、得られた高密度TINデータ28をハードディスクに格納する(S6)。三角形を生成するには、地理情報処理技術で周知のアルゴリズムを使用できる。このようなアルゴリズム自体は、本発明には関係しないので、詳細な説明は、省略する。
In this way, auxiliary intermediate points are inserted for all line vectors and surface vectors of the three-dimensional vector data 20 (S3). When steps S1 to S3 are completed for all vectors, the three-dimensional
図5は、図4に示すように補助中間点を補充した場合の、道路1,2に対するTINデータの一例を示す。参考の為に、補助中間点を挿入しない従来例の場合のTINデータ例を図6に示す。本実施例により、従来例に比べて極めて高密度のTINデータが得られること、そしてまた、ベクトルを反映した補助中間点を使って高密度TINを生成するので、得られる三角形は、元のベクトルデータの変化を従来例よりも忠実に反映したものになっていることが分かる。従来例では、道路1又は2と道路1,2の間の領域が1つの三角形に含まれてしまうことがある。これでは、ベクトルデータを忠実に反映したグリッドデータを得ることは不可能である。
FIG. 5 shows an example of TIN data for the
このようにして、従来例よりも高密度で且つ高精度のTINデータ28を得ることができる。
In this manner,
このようにして得た高密度TINデータ28を使って、次に、グリッドデータ34を算出する。グリッドデータ34は、3次元空間の1つの平面、即ち、基準面(例えば、水平面)上にその2方向で一定間隔にグリッドを配置し、各グリッドに対して残る座標値(例えば、高さを示すz座標値)が割り当てられる。グリッドデータ34は、基準面上では2つの座標値(例えば、X及びY)が一定の規則で表記され得るので、コンピュータ処理が容易になる。
Next,
先ず、オペレータは、キーボード14により、3次元ベクトルデータ20で表記される空間内で、グリッド化を行なう水平面内の範囲とグリッドの間隔をTIN内グリッド探索プログラム30に設定する(S7)。グリッド化範囲は、周縁部分を考慮して、最終的に結果を得たい範囲を包含するように設定される。グリッド間隔は、対象の地形及び表現したい細密さ等を考慮して適宜に決定される。X方向のグリッド間隔とY方向のグリッド間隔は、同じでも異なっても良い。
First, the operator uses the
TIN内グリッド探索プログラム30は、高密度TINデータ28から、設定されたグリッド化範囲内に入る三角形(TIN)を探索し、そのTIN内に位置するグリッドに対して、TINを構成する3頂点の座標値からz座標値を算出し、グリッドに割り当てる(S9,S10)。
The TIN
具体的には、TIN内グリッド探索プログラム30は、高密度TINデータ28に収容される最初のTINを指定し(S8)、その指定TINが、設定されたグリッド化範囲内に入るかどうかを調べる(S9)。指定TINがグリッド化範囲内に入る場合には(S9)、z座標値算出プログラム32が、指定TIN内に入るグリッドを探索し、発見された各グリッドに対して後述する方法で、z座標値を算出する(S10)。
Specifically, the in-TIN
全TINが終了していなければ(S11)、TIN内グリッド探索プログラム30は、次のTINを高密度TINデータ28から読み出して指定し(S12)、ステップS9に戻る。
If all TINs have not been completed (S11), the TIN
このようにして、全TINが終了するまで(S11)、ステップS9,S10,S12が繰り返される。高密度TINデータ28の全TINについてステップS9,S10の処理を終了すると、得られたグリッドデータ34をハードディスク等に保存する(S13)。
In this way, steps S9, S10, and S12 are repeated until all TINs are completed (S11). When the processing of steps S9 and S10 is completed for all TINs of the high-
グリッドデータ34は、ヘッダとして、x方向のグリッド数、y方向のグリッド数、原点(例えば、左下)のx座標値及びy座標値、x方向のグリッド間隔、y方向のグリッド間隔、並びに最小z値及び最大z値を具備し、この後に高さ情報として、各グリッド点のz値を行順又は列順の一定順序で格納される。個々のグリッドのx座標値及びy座標値は、高さ情報内での何個目かと、ヘッダ情報の原点座標並びにx方向及びy方向のグリッド間隔から算出できる。個々のグリッドのx座標値及びy座標値を保持しなくてよいので、データ量を少なくできる。
The
グリッドデータ34には、各グリッドについて、3次元ベクトルデータ20に収容されている属性を付加してもよい。属性を付加することにより、グリッドデータ34を編集又は視覚化する場合、若しくは、他のデータと組み合わせて利用する場合に、属性に応じた表示色又は処理を選択することが可能になる。
The
なお、指定TINがグリッド化範囲に入るか否かの判断(S9)では、指定TINの一部でもグリッド化範囲に入れば範囲内と判断するケースと、指定TINの全部がグリッド化範囲に入れば範囲内と判断するケースの2つのケースがある。前者のケースでは、指定TINを構成する3頂点の少なくとも1つがグリッド化範囲内に入るかどうかを探索することになり、後者のケースでは、指定TINを構成する3頂点の全てがグリッド化範囲内に入るかどうかを探索することになる。前者のケースでは、グリッド化範囲を確実に包含する範囲で全グリッドのz座標値を算出できる。後者のケースでは、グリッド化範囲の周縁部のグリッドについては、z座標値を算出できない可能性がある。何れをとるかは、得たい結果により異なる。 In the determination of whether or not the designated TIN falls within the gridded range (S9), it is judged that the designated TIN is within the range if any part of the designated TIN falls within the gridded range, and all of the designated TIN falls within the gridded range. For example, there are two cases where it is determined to be within the range. In the former case, it is searched whether at least one of the three vertices constituting the specified TIN falls within the gridded range. In the latter case, all the three vertices constituting the designated TIN are within the gridded range. You will be searching for whether to enter. In the former case, z coordinate values of all grids can be calculated within a range that reliably includes the gridded range. In the latter case, there is a possibility that the z-coordinate value cannot be calculated for the peripheral grid in the grid area. Which one is taken depends on the result to be obtained.
z座標値算出プログラム32によるz座標値算出処理(S10)の詳細を説明する。図7は、ステップS10の詳細なフローチャートを示し、図8は、TIN及びグリッド例を示す。注目するTINの3つの頂点P,Q,Rの座標値をそれぞれ、(Xp,Yp,Zp),(Xq,Yq,Zq),(Xr,Yr,Zr)であるとする。また、グリッドデータ34は、図8の左下を原点(Xo,Yo)として、x方向の間隔がDx、y方向の間隔がDyで規程されるとする。従って、整数i,jにより指定されるグリッド(i,j)のx座標値は、Xo+i×Dx、y座標値はYo+j×Dyと計算され得る。
Details of the z coordinate value calculation process (S10) by the z coordinate
先ず、指定TINに外接する四角形に収容される最大のグリッド範囲を決定する(S21,S22)。これは、図8に示す例では、i=1,2,3,j=2,3で特定される範囲である。 First, the maximum grid range accommodated in the rectangle circumscribing the designated TIN is determined (S21, S22). In the example shown in FIG. 8, this is a range specified by i = 1, 2, 3, j = 2, 3.
具体的には、複数の値の最小値を算出する関数min()、及び複数の値の最大値を算出する関数max()を使って、注目するTINの頂点P,Q,Rの座標値から注目TINに外接する長方形の最大x座標値Xmax、最小x座標値Xmin、最大y座標値Ymax及び最小y座標値Yminを算出する(S21)。これにより、指定TINに外接する四角形の4隅の座標値を決定できる。この四角形に収容可能な最大のグリッド範囲をi,jに対応する整数値で求めるために、図8に規定されるImin,Imax,Jmin,Jmaxを次にように計算する。即ち、(Xmin−Xo)/Dxを切り上げ処理で整数化した結果をIminに代入し、(Xmax−Xo)/Dxを切り捨て処理で整数化した結果をImaxに代入し、(Ymin−Yo)/Dyを切り上げ処理で整数化した結果をJminに代入し、(Ymax−Yo)/Dyを切り捨て処理で整数化した結果をJmaxに代入する(S22)。図8に示す例では、Imin=1,Imax=3,jmin=2,Jmax=3となる。 Specifically, using the function min () for calculating the minimum value of the plurality of values and the function max () for calculating the maximum value of the plurality of values, the coordinate values of the vertices P, Q, and R of the TIN of interest Then, the maximum x coordinate value Xmax, the minimum x coordinate value Xmin, the maximum y coordinate value Ymax, and the minimum y coordinate value Ymin of the rectangle circumscribing the attention TIN are calculated (S21). Thereby, the coordinate values of the four corners of the rectangle circumscribing the designated TIN can be determined. In order to obtain the maximum grid range that can be accommodated in this quadrangle with integer values corresponding to i and j, Imin, Imax, Jmin, and Jmax defined in FIG. 8 are calculated as follows. That is, the result of rounding (Xmin−Xo) / Dx into an integer is substituted into Imin, the result of rounding down (Xmax−Xo) / Dx with a rounding process is substituted into Imax, and (Ymin−Yo) / The result of rounding Dy into an integer is substituted into Jmin, and the result of rounding down (Ymax-Yo) / Dy into rounding is substituted into Jmax (S22). In the example shown in FIG. 8, Imin = 1, Imax = 3, jmin = 2, and Jmax = 3.
変数iにIminを代入し、変数jにJminを代入する(S23)。(i,j)で特定されるグリッド(i,j)がz座標値を算出済みであるかどうかを調べる(S24)。これは、各グリッドの設定時に各グリッドのz座標値として無効な値を設定しておくことで、簡単に検出できる。z座標値をまだ算出していない場合(S24)、グリッド(i,j)が指定TIN内かどうかを調べる(S25)。 Imin is substituted for variable i, and Jmin is substituted for variable j (S23). It is checked whether or not the grid (i, j) specified by (i, j) has already calculated the z coordinate value (S24). This can be easily detected by setting an invalid value as the z coordinate value of each grid when setting each grid. When the z coordinate value has not been calculated yet (S24), it is checked whether the grid (i, j) is within the designated TIN (S25).
グリッド(i,j)がTIN内かどうかは、例えば、TINを構成する3辺に対するグリッド点の仰角を計算することで、判別できる。グリッド点が3辺全ての進行方向右側にあるか、グリッド点が3辺全ての進行方向左側にあれば、そのグリッド点はTIN内にある。 Whether the grid (i, j) is within the TIN can be determined, for example, by calculating the elevation angle of the grid points with respect to the three sides constituting the TIN. If a grid point is on the right side in the direction of travel of all three sides, or if the grid point is on the left side in the direction of travel of all three sides, the grid point is within TIN.
グリッド(i,j)が指定TIN内である場合(S25)、指定TINの外積から、指定TIN上の任意の位置の高さを算出できる。具体的には、指定TINの3頂点P,Q,Rの座標値(Xp,Yp,Zp),(Xq,Yq,Zq),(Xr,Yr,Zr)と、グリッド(i,j)のx座標値x及びy座標値yから、下記式に従い、グリッド(i,j)のz座標値zを計算する(S25)。即ち、
z=−(A×x+B×y+D)/C
但し、
A=(Yr−Yp)×(Zq−Zp)−(Yq−Yp)×(Zr−Zp)
B=(Zr−Zp)×(Xq−Xp)−(Zq−Zp)×(Xq−Xp)
C=(Xr−Xp)×(Yq−Yp)−(Xq−Xp)×(Yr−Yp)
D=A×Xp−B×Yp−C×Zp
である。ちなみに、(A,B,C)は、平面PQRの法線ベクトルを示す。
When the grid (i, j) is within the designated TIN (S25), the height of an arbitrary position on the designated TIN can be calculated from the outer product of the designated TIN. Specifically, the coordinate values (Xp, Yp, Zp), (Xq, Yq, Zq), (Xr, Yr, Zr) of the three vertices P, Q, R of the designated TIN and the grid (i, j) From the x coordinate value x and the y coordinate value y, the z coordinate value z of the grid (i, j) is calculated according to the following formula (S25). That is,
z = − (A × x + B × y + D) / C
However,
A = (Yr−Yp) × (Zq−Zp) − (Yq−Yp) × (Zr−Zp)
B = (Zr−Zp) × (Xq−Xp) − (Zq−Zp) × (Xq−Xp)
C = (Xr−Xp) × (Yq−Yp) − (Xq−Xp) × (Yr−Yp)
D = A * Xp-B * Yp-C * Zp
It is. Incidentally, (A, B, C) indicate normal vectors of the plane PQR.
以上のステップS24,S25,S26の処理を、i=Imin〜Imax,j=Jmin〜Jmaxの範囲で繰り返す(S28〜S30)。iがImaxを越えると(S30)、指定TINに包含される全グリッドのz座標値を決定できたことになり、処理を終了する。 The above steps S24, S25, and S26 are repeated in the range of i = Imin to Imax and j = Jmin to Jmax (S28 to S30). When i exceeds Imax (S30), the z coordinate values of all the grids included in the designated TIN have been determined, and the process is terminated.
グリッドデータ34が得られると、任意の断面を計算することや、所望部分の容積を求めることが容易になる。例えば、地上の任意の直線又は曲線に沿った断面図を容易に作成できる。グリッド点上では無い点の高さは、バイリニア法等により、近隣の4つのグリッド点から内挿により求めることができる。
When the
キーボード14により断面を指定し、座標値内挿プログラム36に設定する。垂直断面の場合には、図9に示すように、水平面上での始点座標P1(x,y)と終点座標P2(x,y)を指定する。座標値内挿プログラム36は、図10に示すように、指定された線上で任意の一定間隔又は任意の間隔で中間点M1,M2,M3,M4,M5を内挿し、始点P1、終点P2及び各中間点M1〜M5について、グリッドデータ34の近隣のグリッド点の三次元座標から高さ(z座標値)を算出する。図11は、始点P1、終点P2及び各中間点M1〜M5の高さzの変化例、即ち、断面例を示す。近隣のグリッド点からz座標値を算出するには、例えば、TIN上の任意の点の高さを算出する上述の方法を使用すれば良い。座標値内挿プログラムは、始点P1、終点P2及び各中間点M1〜M5の三次元座標値を断面データ38としてハードディスクに格納する。
A cross section is designated by the
TINデータ28及びグリッドデータ34は、公知の方法で鳥瞰図として3D画像化することが可能である。3D画像化プログラム40は、指定の視点及び距離でTINデータ28をレンダリングして3D画像化する。3D画像化プログラム42は、断面データ38を同じ視点及び距離で3D画像化する。合成プログラム44は、3D画像化プログラム40,42により3D画像化された画像を選択又は合成して、表示装置16に印加する。合成プログラム44が、3D画像化プログラム40,42により3D画像化された画像の一方を選択した場合に、表示装置16の画面には、選択された3D画像が表示される。合成プログラム44が、3D画像化プログラム40,42により3D画像化された画像を合成した場合、表示装置16の画面には、所望の地域の鳥瞰図に、指定の線で見た断面図が合成表示される。3D画像化プログラム40による3D画像を半透明で表示することで、全体と断面の関係を分かりやすく表示できる。TINデータ28の代わりに,グリッドデータ34を3D画像化してもよい。
The
なお、3D画像化プログラム40,42は実際には、単一の3D画像化プログラムによるTINデータ28の3D画像化処理と、断面データ38の3D画像化処理を模式的に示しているに過ぎない。
It should be noted that the
直線に沿った垂直断面の例を説明したが、本実施例では、任意の直線又は曲線での断面画像を容易に形成できる。 Although an example of a vertical section along a straight line has been described, in the present embodiment, a cross-sectional image with an arbitrary straight line or curve can be easily formed.
本実施例によれば、グリッド間隔1m乃至0.5m程度の非常に高密度のグリッドデータ34を得ることができる。このような高密度のグリッドデータ34を入手できると、例えば、所望の断面の面積及び容積を算出することも容易になる。例えば、水平断面積を求めたい場合、その水平断面に入るグリッド点数を計数し、1グリッド当たりの面積をそのグリッド点数に乗算すればよい。即ち、面積Sは、
S=k×s
である。但し、kは指定の範囲に入るグリッド数、sは1メッシュの面積である。ベクトルデータから面積を算出する場合には、複数の線分及び面に対する多くの方程式を解かなければならず、容易ではないが、本実施例では、基本的にグリッドによるメッシュ数を計数すればよいので、簡単且つ迅速に算出できる。
According to the present embodiment, it is possible to obtain very high
S = k × s
It is. Here, k is the number of grids that fall within the specified range, and s is the area of one mesh. When calculating the area from vector data, it is necessary to solve many equations for a plurality of line segments and surfaces, which is not easy, but in this embodiment, the number of meshes based on the grid may be basically counted. Therefore, it can be calculated easily and quickly.
容積についても、同様に簡単に算出できる。ある標高Hよりも高い部分の容積Vは、標高Hより上の部分について、各グリッドの高さhから標高Hを減算して累積し、1メッシュの面積sを乗算すればよい。即ち、
V=Σ(h−H)×s
これは、山を切り崩して発生する切土の容積の計算に利用可能である。同様にして、凹んだ部分を埋める場合に必要な盛土量を算定するのにも利用できる。
Similarly, the volume can be calculated easily. The volume V of a portion higher than a certain elevation H may be accumulated by subtracting the elevation H from the height h of each grid for the portion above the elevation H, and multiplied by the area s of 1 mesh. That is,
V = Σ (h−H) × s
This can be used to calculate the volume of the cut generated by cutting a mountain. Similarly, it can be used to calculate the amount of embankment necessary for filling the recessed portion.
切土と盛土が等しくなる標高を算出することで、凹凸のある場所をどの標高で平坦にできるかが分かる。 By calculating the altitude at which the cut and fill are equal, it is possible to determine at which altitude the flat area can be made flat.
水平面を容積算定の参照面とする例を説明したが、このような参照面は、水平面以外に、斜面、曲面、グリッド化された点群で構成される任意形状の面、又はこれらの組み合わせでもよい。更には、同じ参照面に対する異なる年月日での容積計算結果を比較することで、地形変化を定量的に把握できる。 Although an example in which a horizontal plane is used as a reference plane for volume calculation has been described, such a reference plane may be a plane having an arbitrary shape constituted by slopes, curved surfaces, gridded point groups, or a combination thereof, in addition to the horizontal plane. Good. Furthermore, it is possible to quantitatively grasp the topographic change by comparing the volume calculation results at different dates for the same reference plane.
図2のステップS8〜S10では、先ずグリッド化範囲内に入るTINを見つけ、そのTIN内に入るグリッドに対してz座標値を算出したが、グリッド化範囲内のグリッドを順に指定し、指定グリッドが入るTINを探索し、発見されたTINの3点の座標値から指定グリッドのz座標値を算出してもよい。しかし、この方法では、指定グリッドが入るTINを探索する処理を高速化する必要がある。 In steps S8 to S10 in FIG. 2, first, a TIN that falls within the grid area is found, and the z-coordinate value is calculated for the grid that falls within the TIN. May be searched, and the z coordinate value of the specified grid may be calculated from the coordinate values of the three points of the found TIN. However, in this method, it is necessary to speed up the process of searching for a TIN that includes a designated grid.
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。 Although the invention has been described with reference to specific illustrative embodiments, various modifications and alterations may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the claims. This is obvious to an engineer in the field to which the present invention belongs, and such changes and modifications are also included in the technical scope of the present invention.
10:CPU
12:メモリ
14:キーボード
16:表示装置
20:3次元ベクトルデータ
22:中間点補間プログラム
24:3次元座標抽出プログラム
26:TIN生成プログラム
28:高密度TINデータ
30:TIN内グリッド探索プログラム
32:z座標値算出プログラム
34:グリッドデータ
36:座標値内挿プログラム
38:断面データ
40,42:3D画像化プログラム
44:合成プログラム
10: CPU
12: Memory 14: Keyboard 16: Display device 20: Three-dimensional vector data 22: Intermediate point interpolation program 24: Three-dimensional coordinate extraction program 26: TIN generation program 28: High-density TIN data 30: Grid search program in TIN 32: z Coordinate value calculation program 34: Grid data 36: Coordinate value interpolation program 38:
Claims (6)
当該3次元ベクトルデータ(20)の各線データを記述する点及び当該補助中間点の3次元座標値から不規則三角形網を形成し、各三角形を規定するTINデータ(28)を生成するTIN生成手段(24,26)と、
当該TINデータ(28)に対して所定グリッド間隔のグリッドを適用して当該TINデータから各グリッド点の座標値を算出し、個々のグリッド点について3次元座標値を示すグリッドデータ(34)を出力するグリッド座標算出手段であって、当該TINデータに含まれるTINを探索する手段(30)と、探索されたTINに含まれるグリッド点の座標値を算出する座標値算出手段(32)とを具備するグリッド座標算出手段
とを具備し、
当該座標値算出手段が、当該TINに外接する4角形に収容される最大グリッド範囲を決定し、当該最大グリッド範囲内で当該探索されたTINに含まれるグリッド点を探索し、探索された各グリッド点の座標値を当該TINの3頂点の座標値から算出する
ことを特徴とする3次元データ処理装置。 Intermediate point interpolation means (22) for interpolating auxiliary intermediate points to each line data of the three-dimensional vector data (20) including a plurality of line data;
TIN generating means for forming an irregular triangle network from the points describing each line data of the three-dimensional vector data (20) and the three-dimensional coordinate values of the auxiliary intermediate points and generating TIN data (28) defining each triangle (24, 26) ,
By applying a grid with a predetermined grid interval to the TIN data (28), the coordinate value of each grid point is calculated from the TIN data, and grid data (34) indicating the three-dimensional coordinate value for each grid point is output. Grid coordinate calculation means for searching for a TIN included in the TIN data, and coordinate value calculation means for calculating a coordinate value of a grid point included in the searched TIN (32). Grid coordinate calculation means
And
The coordinate value calculation means determines the maximum grid range accommodated in the rectangle circumscribing the TIN, searches for the grid point included in the searched TIN within the maximum grid range, and searches each grid A three-dimensional data processing apparatus , wherein the coordinate value of a point is calculated from the coordinate value of three vertices of the TIN .
断面を規定する成分又は面を指定する手段と、
当該断面を規定する線分又は面に当該グリッドデータ(34)を適用し、当該断面上の複数の点の3次元座標値を当該グリッドデータ(34)から内挿する内挿手段(36)と、
当該TINデータ(28)及び当該グリッドデータ(34)の一方から3D画像を生成する手段と、
当該断面を示す画像と当該3D画像を合成する合成手段(44)
とを具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の3次元データ処理装置。 Furthermore,
Means for specifying the component or surface defining the cross-section;
Apply the grid data to the line or surface (34) defining the cross section, the interpolation means interpolating the 3-dimensional coordinate values of a plurality of points on the cross section of the grid data (34) and (36) ,
It means for generating one or et 3D image of the TIN data (28) and the grid data (34),
Synthesizing means (44) for synthesizing the image showing the cross section and the 3D image
The three-dimensional data processing apparatus according to claim 1 or 2 , characterized by comprising:
当該3次元ベクトルデータ(20)の各線データを記述する点及び当該補助中間点を使って不規則三角形網を形成し、TINデータ(28)を出力するTIN生成機能(S6)と、
当該TINデータ(28)に対して所定グリッド間隔のグリッドを適用して当該TINデータから各グリッド点の座標値を算出し、個々のグリッド点について3次元座標値を示すグリッドデータ(34)を出力するグリッド座標算出機能(30,32;S7〜S10)であって、当該TINデータに含まれるTINを順に指定する指定機能と、指定されたTINに含まれる各グリッド点の座標値を、当該TINの3頂点の座標値から算出する算出機能とを具備するグリッド座標算出機能
とをコンピュータに実行させる3次元データ処理プログラムであって、
当該算出機能が、
当該指定されたTINに外接する4角形に収容される最大グリッド範囲を決定するグリッド範囲決定機能と、
当該グリッド範囲決定ステップで決定されるグリッド範囲に含まれるグリッド点が、当該指定されたTIN内かどうかを順に調べる機能と、
当該指定されたTINに含まれる各グリッド点の座標値を、当該TINの3頂点の座標値から算出する機能
とを具備することを特徴とする3次元データ処理プログラム。 An interpolation function (S3) for interpolating an auxiliary intermediate point to each line data of the three-dimensional vector data (20) including a plurality of line data;
A TIN generation function (S6) for forming an irregular triangle network using the points describing each line data of the three-dimensional vector data (20) and the auxiliary intermediate points, and outputting TIN data (28) ;
By applying a grid with a predetermined grid interval to the TIN data (28), the coordinate value of each grid point is calculated from the TIN data, and grid data (34) indicating the three-dimensional coordinate value for each grid point is output. Grid coordinate calculation function (30, 32; S7 to S10), which sequentially specifies the TIN included in the TIN data, and the coordinate value of each grid point included in the specified TIN. Grid coordinate calculation function comprising a calculation function for calculating from the coordinate values of three vertices
A three-dimensional data processing program for causing a computer to execute
The calculation function is
A grid range determination function for determining a maximum grid range accommodated in a quadrilateral circumscribing the designated TIN;
A function for sequentially checking whether the grid points included in the grid range determined in the grid range determination step are within the specified TIN;
A three-dimensional data processing program comprising a function of calculating the coordinate value of each grid point included in the designated TIN from the coordinate value of the three vertices of the TIN.
断面を規定する成分又は面を指定する機能と、
当該断面を規定する線分又は面に当該グリッドデータ(34)を適用し、当該断面上の複数の点の3次元座標値を当該グリッドデータ(34)から内挿する内挿機能と、
当該TINデータ(28)及び当該グリッドデータ(34)の一方から3D画像を生成する機能と、
当該断面を示す画像と当該3D画像を合成する機能
とを具備することを特徴とする請求項4又は5に記載の3次元データ処理プログラム。 Furthermore,
The ability to specify the component or surface defining the cross-section;
An interpolation function for applying the grid data (34) to a line segment or a plane defining the cross section, and interpolating three-dimensional coordinate values of a plurality of points on the cross section from the grid data (34);
A function of generating a 3D image from one of the TIN data (28) and the grid data (34) ;
The three-dimensional data processing program according to claim 4 or 5 , comprising an image showing the cross section and a function of synthesizing the 3D image.
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