JP4980955B2

JP4980955B2 - 三次元道路データの生成方法及びその装置

Info

Publication number: JP4980955B2
Application number: JP2008049276A
Authority: JP
Inventors: 隆伯林; 隆行川上; 徹矢野; 浩二藤本; 正剛宮崎
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2009205584A

Description

本発明は、コンピュータを用いて三次元都市モデルに用いる三次元道路データの作成方法及びその装置に関するものである。

ここで、三次元都市モデルとは、建物や地形などを表した三次元座標値を持つポリゴン、そのポリゴンに貼り付けるテクスチャ、道路中心線や信号の制御情報など都市機能を形成する様々な情報、の３つの要素からなりたつデータを意味する。この三次元都市モデルは、仮想都市または実在都市を模擬したものであるから、ドライビングシミュレータや洪水シミュレータなどシミュレーション分野で利用するために作成される。

三次元都市モデルでは、三次元道路データを構成の一部として、これを生成する。従来は、三次元道路を構成する全てのポリゴンを手作業で作成し、これにテクスチャを貼り付けることが必要であった。この場合、作成自体に時間がかかり、また修正する場合にも修正前のデータを再利用しにくいという問題点があった。

解決しようとする問題点は、三次元道路データを作成するに際して全てのポリゴン作成と画像の貼り付けを手動で行う必要があり時間と熟練技術を要し、また、一度作成したポリゴン形状の修正に際しても修正前のデータを再利用し難く容易でない点である。

上記課題を解決するため請求項１に係る三次元道路データの生成方法は、道路中心線格納部に格納され模擬する道路の中心線のデータであって平面形状及び縦断形状を規定するパラメータ及び道路の進行方向を軸とする道路勾配を有する道路中心線を所定の長さに分割して直線近似し、分割した道路中心線の起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅとを結ぶ線分Ｖｉ上に前記パラメータを有するとともにその終点に道路勾配を有する道路中心線データと、道路断面形状データ格納部に格納され前記所定の長さの道路を模擬するポリゴンの道路単位データとを用い、道路編集手段が、各線分Ｖｉから方向角Ｒｉを計算する第１の過程と、道路編集手段が、道路断面データを起点Ｐ１ｓの座標に配置し最初の線分Ｖ１について方向角Ｒ１のロールを起点Ｐ１ｓの横断勾配としたＲ１ｓだけ回転するとともに、道路断面データを終点Ｐ１ｅの座標に配置し終点Ｐ１ｅの横断勾配としたＲ１ｅだけ回転する第２過程と、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段が、起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅ間に起点Ｐ１ｓの横勾配と終点Ｐ１ｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖ１上に貼り付ける第３の過程と、道路編集手段が、線分Ｖｉについて順次道路断面データを線分Ｖｉの起点Ｐｉｓの座標に配置し、方向角Ｒｉのロールを始点Ｐｉｓの横断勾配として線分Ｖｉに前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して、線分Ｖ（ｉ−１）の次に配置するとともに、道路断面データを線分Ｖｉの終点Ｐｉｅの座標に配置し終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲｉｅだけ回転し、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段が、線分Ｖｉについて順次、起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅ間に起点Ｐｉｓの横勾配と終点Ｐｉｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖｉ上に貼り付けることを、分割した最終の線分まで繰り返す第４過程とからなることを特徴とするものである。

上記課題を解決するため請求項２に係る三次元道路データの生成装置は、模擬する道路の中心線であって、平面形状及び縦断形状を規定するパラメータ及び道路の進行方向を軸とする道路勾配を有する道路中心線を所定の長さに分割して直線近似し、分割した道路中心線の起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅとを結ぶ線分Ｖｉ上に前記パラメータを有するとともにその終点に道路勾配を有する道路中心線を格納する道路中心線データ格納部と、所定長さの道路を模擬するポリゴンの道路単位データを格納する道路断面形状データ格納部と、各線分Ｖｉから方向角Ｒｉを計算し、道路断面データを起点Ｐ１ｓの座標に配置し最初の線分Ｖ１について方向角Ｒ１のロールを起点Ｐ１ｓの横断勾配としたＲ１ｓだけ回転するとともに、道路断面データを終点Ｐ１ｅの座標に配置し終点Ｐ１ｅの横断勾配としたＲ１ｅだけ回転し、線分Ｖｉについて順次道路断面データを線分Ｖｉの起点Ｐｉｓの座標に配置し、方向角Ｒｉのロールを始点Ｐｉｓの横断勾配として線分Ｖｉに前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して、線分Ｖ（ｉ−１）の次に配置するとともに、道路断面データを線分Ｖｉの終点Ｐｉｅの座標に配置し終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲｉｅだけ回転することを、分割した最終線分まで繰り返す道路編集手段と、起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅ間に起点Ｐ１ｓの横勾配と終点Ｐ１ｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖ１上に貼り付け、線分Ｖｉについて順次、起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅ間に起点Ｐｉｓの横勾配と終点Ｐｉｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置したポリゴンを作成し道路表面を模擬するテクスチャを貼り付けることを、分割した最終の線分まで繰り返す道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１に係る三次元道路データの生成方法によると、道路単位データを順次道路中心線データの中心線である線分上に配置させることにより、道路単位データを所定の道路中心線上に配置でき、パラメータに従ってポリゴンの道路単位データを変形することにより、一つの連続した道路として三次元形状を模擬することが、道路単位データの表面に道路表面を模擬するテクスチャを貼り付けることができる。道路中心線データを修正することができ、さらにそこに配置されるポリゴン、テクスチャを修正することができる。

請求項２に係る三次元道路データの生成装置によると、道路編集手段が道路単位データを順次道路中心線データの中心線である線分上に配置させることにより、道路単位データを所定の道路中心線上に配置でき、パラメータに従って道路単位データを変形することにより、一つの連続した道路として三次元形状を模擬することができ、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段により道路単位データの表面に道路表面を模擬するテクスチャを貼り付けることができる。道路編集手段により、配置、変形され、道路単位データを配置させた道路中心線データを修正することができ、さらに、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段により、そこに配置されるポリゴン、テクスチャを修正することができる。

図１は、三次元道路データの作成を説明する機能ブロック図である。図２は三次元道路データの作成方法を説明するフロー図である。
図１において、１０１は道路中心線データ格納部、１０２は道路断面形状データ格納部、１０３は道路編集手段、１０４はデータ記憶部、１０５は道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段、１０６は画像生成手段、１０７は表示装置、１０８は三次元道路データの生成装置である。

道路中心線データ格納部１０１は、模擬する各道路の中心線データ（道路中心線データ）を格納する。道路中心線データは、道路の幾何学的特徴を規定するパラメータ即ち平面線形と縦断線形と横断勾配とからなる。三次元の道路中心線データの構成を説明する模式図を図３に示す。
平面線形とは、道路の中心線を上方視点から見たときのもので、直線・円弧・クロソイドなどの図形の組み合わせによって構成される。各図形は起点方向角、長さ、半径などのパラメータを持っており、これらパラメータを用いて平面線形長ｌにおける点の座標（ｘ，ｙ）を計算することができる。
縦断線形とは、平面線形上に与えられた高さ（例えば標高）を直線および放物線などの図形によって表したもので、横軸を平面線形長、縦軸を標高とする。横方向からみた道路中心線の横軸をさらに平面線形長で変換したものともいえる。各図形は、起点方向角、長さ、半径などのパラメータを持っており、これらパラメータを用いて平面線形長ｌにおける点の標高ｚを計算することができる。
横断勾配は、道路の進行方向を軸とした道路面の勾配を直線によって表したもので、横軸を平面線形長、縦軸を勾配で表す。
上記の平面線形・縦断線形・横断勾配を合成したものが三次元の道路中心線であり、これと後述する道路単位データを用いて三次元道路データを生成する。三次元道路中心線上の平面線形長ｌでの三次元点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）および横断勾配ｉは、平面線形・縦断線形・横断勾配がもつパラメータを用いて計算することが出来る。この計算により、道路中心線を平面線形長において一定間隔に間引き、道路中心線の直線近似データを生成することが出来る。
道路断面形状データ格納部１０２は、各種の道路単位データを格納する。道路単位データは、道路の繰り返しの単位であり、形状を表すポリゴンとその表面情報を表すテクスチャによって構成される。道路単位データの構成を説明する模式図を図４に示す。
道路中心線データと道路単位データは、図５に示すように、固定された一対一の関係を持たず、異なる道路単位データを対応させることができ、ある一つの道路中心線データは全ての道路単位データと組み合わせることができ、またその逆も可能である。

どのような道路を生成するかが決定されると、オペレータは道路中心線データ格納部１０１から当該道路に合致した経路形状の道路中心データを選択し道路編集手段１０３に入力し、道路断面形状データ格納部１０２から当該道路のための道路単位データを選択し道路編集手段１０３に入力する。道路編集手段１０３は、入力した道路中心データが表す道路を一定間隔で区切り、区切られた区域を直線で近似する。ここで、近似直線のｉ番目の線分をＶｉとし、Ｖｉを構成する２頂点をＰｉｓ，Ｐｉｅとする。ただし、Ｐｉｓは起点、Ｐｉｅは終点である。各線分が持つ各頂点は、座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び横断勾配の情報を持つものとする。
各線分Ｖｉから方向角Ｒｉ（ロール、ピッチ、ヨー）を計算する。ただし、初めのロールは０とする。
道路断面データを起点Ｐ１ｓの座標に配置し、最初の線分Ｖ１について方向角Ｒ１のロールを起点Ｐ１ｓの横断勾配としたＲ１ｓだけ回転する。
次に、道路断面データを終点Ｐ１ｅの座標に配置し、Ｒ１のロールをＰｉｅの横断勾配としたＲ１ｅだけ回転する。道路編集手段１０３で上述のように編集されたデータは、データ記憶部１０４に格納される。
道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段１０５は、起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅ間に道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖ１上に貼り付けるように配置する。ポリゴンは、起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅの各横断勾配Ｒ１ｓ，Ｒ１ｅの回転に合わせて、回転するように変形させる。テクスチャには、道路のアスファルトの様子を表した画像、道路の中央分離線等の道路標識、ガードレールの表面を表した画像などがある。テクスチャは、一定距離の基準を道路中心線に対して図ったうえで、該当する三次元道路のポリゴンに貼り付けられる。
２番目以降は、次の手順を分割した最終の線分まで繰り返す。道路編集手段１０３は、線分Ｖｉについて順次、方向角Ｒｉのロールを始点Ｐｉｓの横断勾配として線分Ｖｉに前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して、線分Ｖ（ｉ−１）の次に配置するとともに、終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲｉｅだけ回転する。道路編集手段１０３で上述のように編集されたデータは、データ記憶部１０４に格納される。道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段１０５は、起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅ間に道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖｉ上に貼り付ける。この様子を図６に示す。
従って、各ポリゴンは、起点Ｐｉｓは前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して前のポリゴンと連続するようになり、終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲ１ｅの回転と同じに回転させて後置する線分Ｖ（ｉ＋１）の起点Ｐ（ｉ＋１）ｓに配置されるポリゴンと連続するように変形される。このようにして、順次ポリゴンは連続して貼り付けるように変形され配置される。
画像生成手段１０６は、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段１０５の結果に基づき、テクスチャが貼り付けられた道路を仮定する視点から見た模擬情景において視点の変化に応じた画像を生成する。この画像は、表示装置１０７により表示される。

道路編集手段１０３で編集されたデータ、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段１０５で作成されたテクスチャ付きポリゴンデータを後で修正する場合は、道路編集手段１０３に修正する道路のデータをデータ記憶部１０４から読み出させ、その道路中心線データのみを修正することにより、ポリゴンの修正を行い、データ記憶部１０４に格納し、さらにテクスチャの修正が必要な場合は道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段１０５において修正データをデータ記憶部１０４から読み出しテクスチャを修正することができる。

三次元道路データの作成を説明する機能ブロック図である。三次元道路データの作成方法を説明するフロー図である。道路中心線データの構成を説明する模式図である。道路単位データの構成を説明する模式図である。道路中心線データと道路単位データとの組み合わせを説明する図である。道路中心線データに道路単位データを貼り付ける様子を説明する図である。

符号の説明

１０１…道路中心線データ格納部、１０２…道路断面形状データ格納部、１０３…道路編集手段、１０４…データ記憶部、１０５…道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段、１０６…画像生成手段、１０７…表示装置、１０８…三次元道路データの生成装置。

Claims

道路中心線格納部に格納され模擬する道路の中心線のデータであって平面形状及び縦断形状を規定するパラメータ及び道路の進行方向を軸とする道路勾配を有する道路中心線を所定の長さに分割して直線近似し、分割した道路中心線の起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅとを結ぶ線分Ｖｉ上に前記パラメータを有するとともにその終点に道路勾配を有する道路中心線データと、道路断面形状データ格納部に格納され前記所定の長さの道路を模擬するポリゴンの道路単位データとを用い、
道路編集手段が、各線分Ｖｉから方向角Ｒｉを計算する第１の過程と、
道路編集手段が、道路断面データを起点Ｐ１ｓの座標に配置し最初の線分Ｖ１について方向角Ｒ１のロールを起点Ｐ１ｓの横断勾配としたＲ１ｓだけ回転するとともに、道路断面データを終点Ｐ１ｅの座標に配置し終点Ｐ１ｅの横断勾配としたＲ１ｅだけ回転する第２過程と、
道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段が、起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅ間に起点Ｐ１ｓの横勾配と終点Ｐ１ｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖ１上に貼り付ける第３の過程と、
道路編集手段が、線分Ｖｉについて順次道路断面データを線分Ｖｉの起点Ｐｉｓの座標に配置し、方向角Ｒｉのロールを始点Ｐｉｓの横断勾配として線分Ｖｉに前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して、線分Ｖ（ｉ−１）の次に配置するとともに、道路断面データを線分Ｖｉの終点Ｐｉｅの座標に配置し終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲｉｅだけ回転し、道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段が、線分Ｖｉについて順次、起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅ間に起点Ｐｉｓの横勾配と終点Ｐｉｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖｉ上に貼り付けることを、分割した最終の線分まで繰り返す第４過程とからなることを特徴とする三次元道路データの生成方法。
模擬する道路の中心線であって、平面形状及び縦断形状を規定するパラメータ及び道路の進行方向を軸とする道路勾配を有する道路中心線を所定の長さに分割して直線近似し、分割した道路中心線の起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅとを結ぶ線分Ｖｉ上に前記パラメータを有するとともにその終点に道路勾配を有する道路中心線を格納する道路中心線データ格納部と、
所定長さの道路を模擬するポリゴンの道路単位データを格納する道路断面形状データ格納部と、
各線分Ｖｉから方向角Ｒｉを計算し、道路断面データを起点Ｐ１ｓの座標に配置し最初の線分Ｖ１について方向角Ｒ１のロールを起点Ｐ１ｓの横断勾配としたＲ１ｓだけ回転するとともに、道路断面データを終点Ｐ１ｅの座標に配置し終点Ｐ１ｅの横断勾配としたＲ１ｅだけ回転し、線分Ｖｉについて順次道路断面データを線分Ｖｉの起点Ｐｉｓの座標に配置し、方向角Ｒｉのロールを始点Ｐｉｓの横断勾配として線分Ｖｉに前置する線分Ｖ（ｉ−１）の終点Ｐ（ｉ−１）ｅの横断勾配としたＲ（ｉ−１）ｅだけ回転して、線分Ｖ（ｉ−１）の次に配置するとともに、道路断面データを線分Ｖｉの終点Ｐｉｅの座標に配置し終点Ｐｉｅの横断勾配としたＲｉｅだけ回転することを、分割した最終線分まで繰り返す道路編集手段と、
起点Ｐ１ｓと終点Ｐ１ｅ間に起点Ｐ１ｓの横勾配と終点Ｐ１ｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置した道路単位データであるポリゴンを生成し当該ポリゴンに道路表面を模擬するテクスチャを前記線分Ｖ１上に貼り付け、線分Ｖｉについて順次、起点Ｐｉｓと終点Ｐｉｅ間に起点Ｐｉｓの横勾配と終点Ｐｉｅの横勾配のそれぞれの回転に合わせて変形配置したポリゴンを作成し道路表面を模擬するテクスチャを貼り付けることを、分割した最終の線分まで繰り返す道路位置及び形状及びテクスチャ計算手段とを備えたことを特徴とする三次元道路データの生成装置。