JP6377536B2 - 空間情報可視化装置、プログラムおよび空間情報可視化方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空間情報可視化装置、プログラムおよび空間情報可視化方法に関する。

原子力発電所などの大型かつ複雑構造の施設（プラント）では、３Ｄレーザスキャナなどの非接触型の３次元計測装置や画像を用いた３Ｄ再構成技術により、既設の建造物からレーザ照射面のデータ（アズビルドデータ）を取得することで、既設の建造物の壁面の範囲を計測し、機器の改造・追設工事の計画や機器の搬入の計画などが行われている。

このような３次元計測装置は、計測対象物を計測する際に、基点に設置した３Ｄレーザスキャナを回転させながらレーザを周囲に照射することで多くのデータを同時に取得することができるが、１回の計測では、影の部分ができることから計測対象物全体の３次元表面形状を計測することは難しい。

このため、基点を変えて複数の位置から計測した計測データを重ね合わせることで、影の部分をできるだけ少なくして３次元表面形状のデータ（３次元データ）を求めるようにしている。

従来から、このように取得した３次元データを用いて３次元ＣＡＤモデルを形成することで、大型かつ複雑な構造の施設にある設備のエンジニアリングデータを作成する３次元ＣＡＤの技術がある。

このような３次元ＣＡＤ技術の適用例として、例えば各種プラント機器の設計仕様データを自動的に取得し設計３次元ＣＡＤモデルを簡便に修正することが可能な３次元ＣＡＤモデル作成システムが公開されている。

特開２０１２−６８０４７号公報

ところで、大型かつ複雑な構造の施設の中で、特に人が立ち入ることが難しい環境下では、施設内の仕切られた壁面の形状だけでなく、その中にある物体や機器の場所や空きスペース、周囲の作業性、遠隔操作ロボットのアクセス性などを把握する必要があり、空間の存在を効率的かつ早期に特定することが重要である。

上述した従来の３次元ＣＡＤモデル作成の技術では、空間の位置をある程度特定することは可能ではあるものの、調査対象範囲の全ての設備のエンジニアリング情報と組み合わせなければ正確なデータを作成できないため、莫大な作業時間がかかることになる。

また、スキャンされていない部位については人手の作業で形状を推定することになるため、作業者の経験とスキルによりデータの品質にバラツキが生じる。

これに加えて、その作業の経緯がデータに残らないため、モデルと実体とが異なった場合に、推定した形状の修正作業やそれに伴う改造・追設工事計画や機器の搬入計画などの見直しが発生する。

このように従来の３次元ＣＡＤモデル作成システムでは、３次元計測装置で計測した空間を短時間で正確に表現することは難しい。

本発明が解決しようとする課題は、計測範囲内の空間の情報を短時間でかつ正確に表現することができる空間情報可視化装置、プログラムおよび空間情報可視化方法を提供することにある。

実施形態の空間情報可視化装置は、記憶部、空きスペース特定部、空間情報生成部、画像生成部を備える。記憶部にはある空間の設計寸法と前記空間内の異なる基準点に配置した空間スキャナにより測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が基準点毎に記憶されている。空きスペース特定部は記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と基準点の座標と空間の設計寸法とを基に、測定済みの空間である第１範囲内に存在する空きスペースである第２範囲を特定する。空間情報生成部は第１範囲と第２範囲と空間の設計寸法から空間の測定箇所までの未測定の空間である第３範囲とを区別した空間の情報を生成する。画像生成部は空間の情報に含まれる第１範囲、第２範囲および第３範囲を視覚的に区別した空間画像または平面画像を生成する。

測定範囲における「測定箇所」と「空きスペース」の定義。 空間情報可視化システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図。 第１実施形態の動作を示すフローチャート。 測定範囲と計測位置を示す図。 空きスペースとして判定される範囲を示す図。 複数の計測位置からの計測で狭めた未計測範囲を示す図。 空きスペースとして判定される範囲が広がったことを示す図。 計測範囲内の調査方向と調査範囲を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（０≦ｚ≦１）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（０≦ｚ≦１）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（０≦ｚ≦ａ）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（０≦ｚ≦ａ）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（ａ≦ｚ≦１）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｘ−ｙ平面（ａ≦ｚ≦１）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（０≦ｘ≦１）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（０≦ｘ≦１）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（０≦ｘ≦ｃ−Ｄ）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（０≦ｘ≦ｃ−Ｄ）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（ｃ＋Ｄ＜ｘ≦１）」の分類結果（立体画像）を示す図。 調査範囲「ｙ−ｚ平面（ｃ＋Ｄ＜ｘ≦１）」の空間を可視化した平面画像を示す図。 物の配置を検討する空間を示す図。 空間に配置する物（判定対象物）を示す図。 物（判定対象物）の配置パターンを示す図。 物の通過経路を検討する空間を示す図。 空間を通過させる物（判定対象物）を示す図。 物（判定対象物）の通過経路を示す図。 空間格子の１単位としてのセルの定義。 空間情報可視化システムの第２実施形態の構成を示すブロック図。 第２実施形態の動作を示すフローチャート。 計測範囲を任意の大きさのセルに分割した図。 計測範囲内において、空きセルと判定される範囲を示す立体画像を示す図。 図１９ＡのＡ方向から空きセルと判定される範囲を投射した平面画像を示す図。 図１９ＡのＢ方向から空きセルと判定される範囲を投射した平面画像を示す図。 計測結果より計測範囲の空きセルを和集合し空きスペースの範囲を示す立体画像を示す図。 計測範囲内の調査方向の設定及び調査範囲を示す図。 図２１の調査範囲について、調査方向（ｘ−ｙ平面）に空きセルを積集合して可視化した平面画像を示す図。 図２１の調査範囲について、調査方向（ｙ−ｚ平面）に空きセルを積集合して可視化した平面画像を示す図。 空間情報可視化システムの第３実施形態の構成を示すブロック図。 遠隔操作ロボットの概略寸法を示す図。 第３実施形態の動作を示すフローチャート。 ３次元計測装置を搭載した遠隔操作ロボットによる移動ルートを示す図。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。

まず、図１を参照して内部に物体がある空間の用語の定義について説明する。図１に示すように、ある測定点（以下「計測位置１１」と称す）からレーザを周囲に照射し遮蔽物１０や壁面にレーザが当った位置を測定するものとする。レーザが遮蔽物１０に当った部分は測定箇所１２である。計測位置１１と測定箇所１２との間は遮蔽物１０が存在しない範囲、つまり空きスペース１３である。レーザが遮蔽物１０に当ったその先の部分（遮蔽物１０の内部とその後ろ側）は計測が実施されていない範囲、つまり未計測範囲１４である。

（第１実施形態）
図２を参照して空間情報可視化システムの第１の実施形態を説明する。

図２に示すように、第１実施形態は、空間情報可視化装置およびコンピュータとしてのパーソナルコンピュータ２（以下「ＰＣ２」と称す）、空間スキャナとしての３次元計測装置３、３次元データ処理装置４、ＰＣ２に接続された表示装置７および入力装置８などを有する。

３次元計測装置３は、例えば３Ｄレーザスキャナであり、レーザを照射してレーザが返ってくるまでの時間を計測することで、測定対象の構造物の表面を非接触計測により計測し、対象構造物の表面の位置および形状を算出するための計測データを取得する。

３次元計測装置３は、非接触計測により自身の基準位置を基に測定対象の構造物の表面上までの距離を測定して、それらの計測データ（例えば点群データ）を得る。なおレーザの照射角度から測定対象の構造物の３次元空間上の位置（ｘ，ｙ，ｘ座標）を算出することができる。

３次元計測装置３としては、レーザ以外に、例えば光から電波までの含む指向性を持つ電磁波、および超音波、ステレオビジョンを用いてもよい。

表示装置７は、ＰＣ２が３次元データ処理装置４から読み出した測定データや、計測範囲内の分類結果、その他のデータを表示する。表示装置７は、例えばモニタなどである。

入力装置８は例えばキーボード、マウスなどであり、この他、例えばタッチパネル等であってもよい。入力装置８はＰＣ２の設定入力および入力操作などを行う装置である。入力装置８は例えば計測範囲内の調査方向や調査範囲の設定のための数値や方向の指示をＰＣ２へ入力する。

調査方向とは３次元空間を２次元平面に投影するための方向であり、例えばｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面、ｚ−ｘ平面などの面の方向である。調査範囲は調査対象の面に対する法線方向、例えばｘ−ｙ平面（建物の床面）であれば、その上下の高さの範囲であり、床面の上０．１５ｍ〜２．５ｍなどというように指定するものとする。

なお入力装置８は予め調査方向や調査範囲の情報をファイル化したものをインプット情報としてメモリなどに記憶しておき、それを読み込む装置であってもよい。

３次元データ処理装置４はデータ合成部５およびデータベース６（以下「ＤＢ６」と称す）を有する。データ合成部５は３次元計測装置３により得られた異なる計測位置の計測データを同一座標系に変換し、変換したデータを合成して３次元形状データを生成しＤＢ６に記憶する。

ＤＢ６には３次元計測装置３により各基準位置毎に計測された測定データおよび座標データ（計測情報）とこれらデータの座標系を変換おび合成した空間の３次元形状データ（空間情報）が記憶される。

すなわちこのＤＢ６はある空間の設計寸法と空間内の異なる基準位置（基準点）に配置した３次元計測装置３により測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が基準点毎に記憶された記憶部である。

ＰＣ２はメモリやハードディスク装置などの記憶装置と、ＣＰＵなどの演算装置と、３次元データ処理装置４や他のコンピュータとデータのやりとり（通信）を行うためのネットワークインターフェース（ＬＡＮインターフェースなど）、外部機器（表示装置７や入力装置８）の接続用の入出力インターフェースなどを備える。

ＰＣ２ではハードディスク装置にインストールされたソフトウェア（空間情報可視化プログラム）が３次元データ処理装置４に記憶されている３次元形状データを用いて測定対象の空間の空きスペース１３の判定およびデータ化、調査方向と調査範囲の設定、空間の可視化などを行う。

ＰＣ２は、ソフトウェア（空間情報可視化プログラム）の機能構成として、空きスペース特定部３１、空間情報生成部３２、空間情報記憶部３３、調査パラメータ設定部３４、可視化部３５などを有する。

空きスペース特定部３１はＤＢ６より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所１２の座標と空間情報（基準位置（基準点））の座標と空間の輪郭の設計寸法）とを基に、測定済みの空間である測定箇所１２の範囲内に存在する空きスペース１３（第２範囲）を特定する。なお測定済みの空間である測定箇所１２を第１範囲といい、空きスペース１３を第２範囲といい、未計測範囲１４を第３範囲という。

より詳細に説明すると、空きスペース特定部３１はＤＢ６より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所１２の座標と基準位置（基準点）の座標との間を結ぶレーザ照射の軌跡を生成し、生成した軌跡が通過した空間を特定し、特定した空間の和集合をとることで空間が存在する範囲を空きスペースと特定する。

空間情報生成部３２は空きスペース特定部３１により特定された空きスペース１３（第２範囲）と測定箇所１２（第１範囲）と未計測範囲１４（第３範囲）との属性情報を３次元形状データに付与して空間情報記憶部３３に記憶する。

すなわち空きスペース特定部３１および空間情報生成部３２は、ＤＢ６より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と基準位置（基準点）の座標と空間の輪郭の設計寸法とを基に、測定済みの空間である測定箇所１２（第１範囲）とこの測定箇所１２の範囲内（第１範囲内）に存在する空きスペース１３（第２範囲）と空間の設計寸法から空間の測定箇所までの未測定の空間である未計測範囲１４（第３範囲）とを区別した空間の情報を生成する空間情報生成部として機能する。空間の輪郭の設計寸法とは例えば部屋であれば部屋の内寸、通路であれば壁面や柱の寸法である。

空間情報記憶部３３には、測定箇所１２、空きスペース１３、未計測範囲１４などといった属性情報が付与された３次元形状データが記憶される。

調査パラメータ設定部３４は入力装置８からの入力また指定された調査範囲および調査方向などの調査パラメータをメモリなどに設定する。

可視化部３５は調査パラメータ設定部３４によりメモリなどに設定された調査パラメータと空間情報とを読み出し、調査範囲および調査方向に従い３次元形状データ（空間の情報）を部分的に取り出しまたは投射（投影または射影などともいう）し、測定箇所１２、空きスペース１３、未計測範囲１４のうち少なくとも空きスペース１３を他の範囲と視覚的に区別した空間画像（立体画像または３Ｄ画像ともいう）または平面画像（２Ｄ画像ともいう）を生成する画像生成部として機能する。

すなわち、可視化部３５は、３次元形状データ（空間の情報）に含まれる測定箇所１２、空きスペース１３、未計測範囲１４のうち少なくとも空きスペース１３を他の範囲と視覚的に区別した空間画像または平面画像を生成する機能を有する。

設計者９ａはＰＣ２により可視化された表示装置７の画面の画像を確認し、その空間への物の収まり具合や人や機器の通過可否の判定を行う。

以下、図３乃至図１４を参照して第１実施形態の処理動作を説明する。
図３は３次元形状データから空間をデータ化し、可視化することで物の収まり具合および物の通過可否を判定するまでのフローチャートである。

ＰＣ２では、空きスペース特定部３１が、測定データおよび座標データ（計測情報）と３次元形状データ（空間情報）を読み出す（ステップＳ１０１）。

続いて空きスペース特定部３１は、基準位置（基準点）と測定箇所の座標の組み合わせデータを読み出し（ステップＳ１０２）、基準位置（基準点）と測定箇所を結ぶレーザの軌跡を生成する（ステップＳ１０３）。軌跡は一本の線であってもレーザの拡散を考慮した幅を持つ形状（円錐形状など）であってもよい。

空きスペース特定部３１は、生成した軌跡が通過している３次元形状データ（空間情報）上の空間の座標を特定する（ステップＳ１０４）。

これを他の測定箇所についても順次行い、特定した空間の座標で囲まれる範囲を空きスペースと判定し（ステップＳ１０５）、判定結果を空間情報記憶部３３に記憶し和集合済みとする（ステップＳ１０６）。

すなわち図４Ａに示すように、計測範囲４１内においてある計測位置１１から計測された３次元形状データ（空間の情報）を用いて、図４Ｂに示すように、計測位置１１から非接触で計測された測定箇所１２までの範囲を空きスペース１３と判定し、それをデータ化、つまり３次元形状データ（空間の情報）の該当箇所に空きスペース１３としての属性情報を付与する。

なお図５Ａに示すように、計測範囲４１内において異なる複数の計測位置１１ａ〜１１ｃから計測した計測データを用いて生成した軌跡が通過している３次元形状データ（空間情報）上の空間を求めることで、図５Ｂに示すように、未計測範囲１４ａを少なくし、空きスペース１３として判定する領域を広げることもできる。

空きスペース１３の情報を付与した３次元形状データ（空間の情報）を可視化する場合、調査範囲と調査方向を指定および設定する。

この場合、設計者９ａが入力装置８より調査範囲のパラメータとして例えば幅、高さ、奥行き、位置などの値を入力し、また調査方向のパラメータとして例えばｘ−ｙ平面を指定入力し、ＰＣ２に調査範囲と調査方向を設定すると（ステップＳ１０７）、ＰＣ２では、可視化部３５が、調査範囲と調査方向のパラメータと３次元形状データ（空間の情報）を読み出し（ステップＳ１０８）、３次元形状データ（空間の情報）のうちの調査範囲と調査方向を決定する。

ここでは、例えば図６に示すように、計測範囲４１について、指定された調査方向６２のｘ−ｙ平面を設定し、そのｘ−ｙ平面の法線方向に沿って調査範囲６１、例えば高さなどを設定する。ここで調査方向６２とは設定した平面の法線方向である。また調査範囲６１は計測範囲４１内において、調査方向６２（設定したｘ−ｙ平面の法線方向）に沿った範囲であり、範囲は任意に設定できる。

なお図中、符号２Ｄは円柱状の遮蔽物の直径を示す。符号ａは直方体の遮蔽物の高さを示す。符号ｂは直方体の遮蔽物の幅を示す。符号ｃは円柱状の遮蔽物のｘ軸上の位置を示す。符号ｄは円柱状の遮蔽物のｙ軸上の位置を示す。

可視化部３５は、決定した調査方向６２に空きスペース１３を積集合することで、調査範囲６１の調査方向６２に沿った空きスペース１３の場所（幅）を算出し、その場所（幅）を調査方向６２に投射した平面画像のうち空きスペースとされた画素を特定し（ステップＳ１０９）、調査範囲の空間に対して測定箇所１２と空きスペース１３と未計測範囲１４とを別個に色付け（別個の色で着色）した画像を生成し表示装置７へ出力することで（ステップＳ１１０）、表示装置７の画面に画像を表示して可視化する。

なお調査方向６２に空きスペース１３と未計測範囲１４が存在する場合は空きスペース１３と未計測範囲１４の割合に応じて「空きスペースと未計測範囲を含む範囲１００１」（図１０Ｂ参照）として可視化することで他の範囲（測定箇所１２など）と区別する。測定箇所１２については測定箇所あり７１の範囲を他の範囲と異なる色で描画して可視化することで、他の範囲を区別するものとする。

図７Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｘ−ｙ平面の法線方向、調査範囲６１を０≦ｚ≦１に設定した立体画像の例、図７Ｂは図７Ａの立体画像を調査方向に投射して可視化した平面画像の例である。

図８Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｘ−ｙ平面の法線方向、調査範囲６１を０≦ｚ≦ａ１に設定した立体画像の例、図８Ｂは図８Ａの立体画像を調査方向に投射して可視化した平面画像の例である。

図９Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｘ−ｙ平面の法線方向、調査範囲６１をａ２≦ｚ≦１に設定した立体画像の例、図９Ｂは図９Ａの立体画像を調査方向に投射した平面画像の例である。

図１０Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｙ−ｚ平面の法線方向、調査範囲６１を０≦ｘ≦１に設定した立体画像の例、図１０Ｂは図１０Ａの立体画像を調査方向に投射して可視化した平面画像の例である。

図１１Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｙ−ｚ平面の法線方向、調査範囲６１を０≦ｘ≦ｃ−Ｄに設定した立体画像の例、図１１Ｂは図１１Ａの立体画像を調査方向に投射した平面画像の例である。符号Ｄは円柱状の遮蔽物の半径を示す。

図１２Ａは計測範囲４１について調査方向６２をｙ−ｚ平面の法線方向、調査範囲６１をｃ＋Ｄ≦ｘ≦１に設定した立体画像の例、図１２Ｂは図１２Ａの立体画像を調査方向に投射して可視化した平面画像の例である。

上記図７Ａ乃至図１２Ｂにそれぞれ示したように、調査範囲６１内を上記の４種類に分類および可視化することで、その可視化した画像を表示装置７の画面でみた作業員は、調査範囲６１内の空きスペース１３の位置を正確に把握することができる。

以上説明したように測定対象の範囲を指定して空きスペース１３の可視化を行うことで、物の収まり具合や物の通過の可否を人の目で視覚的に判定することができる。

ここで、図１３Ａ〜図１３Ｃ、図１４Ａ〜図１４Ｃを参照して空きスペース１３への物（判定対象物）１３０１の収まり具合や物の通過の可否をＰＣ２に判定させる方法を説明する。

図１３Ａに示すように、調査範囲６１内で空きスペース１３として判定された範囲に対して、物（判定対象物）１３０１の収まり具合や物の通過の可否を判定する。なお未計測範囲１４はさらに測定することで空きスペース１３として扱える可能性のある範囲である。

（例１）
例１として、例えば図１３Ｂに示したような直方体（外形寸法として幅α＝1/2、高さβ＝1/2、奥行きγ＝1）の形状の物（判定対象物）１３０１を、調査範囲６１内に設置する場合、上記図７乃至図１２の空間の情報より、調査範囲６１について物（判定対象物）１３０１の位置を変えながら、空きスペース１３の範囲内に収まるよう物（判定対象物）１３０１を配置する。

この結果、図１３Ｃに示すように、ｘ−ｙ平面に投射した平面画像に対して、ｙ軸方向に奥行きγを向けて物（判定対象物）１３０１を配置した第１パターンＡと、ｘ−ｙ平面に投射した平面画像に対して、ｘ軸方向に奥行きγを向けて物（判定対象物）１３０１を配置した第２パターンＢとの２つのパターンが得られる。

（例２）
例２として、例えば直方体（外形寸法として幅α＝1/2、高さβ＝1/2、奥行きγ＝1）の形状の物（判定対象物）を、調査範囲６１内のｙ−ｚ平面の法線方向に通過させたい場合の通過経路の求めた方を図１４Ａ乃至図１４Ｃに示す。

図１４Ａに示すように、ある空間について、調査方向６２：ｙ−ｚ平面の法線方向、調査範囲６１：０≦ｘ≦１とした場合に、図１４Ｂに示すような直方体（外形寸法として幅α＝1/2、高さβ＝1/2、奥行きγ＝1）の形状の物（判定対象物）１３０１の通過経路は、図１４Ｃに示す１つのパターンＣとなることが分かる。

このようにこの第１実施形態によれば、３次元計測装置３により得られた３次元形状データ（空間情報）から３次元計測装置３のレーザの軌跡を求めて、軌跡のある箇所を空きスペース１３として計測した３次元空間を区別し、３次元空間の調査範囲や調査方向を指定して平面画像または立体画像を生成する際に、空間内の物体が存在する測定箇所１２と空きスペース１３とを色分けして分かりやすく可視化することで、計測範囲内の空間の情報を短時間でかつ正確に表現することができる。この結果、測定対象の空間への物（判定対象物）１３０１の収まり具合や物（判定対象物）１３０１の通過の可否を容易に判定できるようになる。

（第２実施形態）
図１５乃至図２２を参照して空間情報可視化システムの第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。この第２実施形態では、空間を格子状に区切りセルの単位で取り扱うものとする。

この第２実施形態を説明するにあたり、まず図１５を参照して内部に物がある空間の用語の定義について説明する。

図１５に示すように、ある空間を任意の大きさ（細かさ）で格子状に分割した一つをセル１５という。計測位置１１から非接触に計測された測定箇所１２までの間でレーザが通過したセル１５を空きセル１６という。遮蔽物１０が存在するセル、つまり測定箇所１２を含むセル１５は空きセル１６とは言わない。空きセル１６の和集合をとった範囲を空きセル１６の集合を空きスペースという。

図１６に示すように、この第２実施形態は、空間分割部３６と空きセル特定部３７とを有する。

空間分割部３６は測定対象の空間を所定の細度で細分してセルとする。空きセル特定部３７はセルの単位に遮蔽物１０が存在しない空きセルを特定し、各基準位置（基準点）の空きセルの和集合をとることで空きセルが存在する範囲を空きスペースとして特定する。

以下、図１７乃至図２２を参照して第２実施形態の処理動作を説明する。
図１７は３次元形状データを格子状に分割してセルとし、セルの単位に空きセルを特定し、空きセルの和集合である空きスペースを特定して可視化するまでのフローチャートである。

ＰＣ２では、空間分割部３６が、測定データおよび座標データ（計測情報）と計測範囲の３次元形状データ（空間の情報）を読み出す（ステップＳ２０１）。

続いて空間分割部３６は、予めメモリなどに設定されているセルの設定情報（空間を分割する細かさやセルの大きさなど）をメモリから読み出し（ステップＳ２０２）、図１８に示すように、構造物、機器などの物体１７０２が存在する計測範囲を、セルの設定情報に従い格子状に分割し複数のセル１７０１を生成する（ステップＳ２０３）。

続いて、空きセル特定部３７は基準位置（基準点）と測定箇所の座標の組み合わせデータをＤＢ６より読み出し（ステップＳ２０４）、基準位置（基準点）と測定箇所を結ぶレーザの軌跡を生成する（ステップＳ２０５）。軌跡は一本の線であってもレーザの拡散を考慮した幅を持つ形状（円錐形状など）であってもよい。

空きセル特定部３７は、生成した軌跡が通過している３次元形状データ（空間の情報）上のセルの座標を特定する（ステップＳ２０６）。

すなわち、測定対象が例えば図１９Ａに示すように、物体１７０２が存在する計測範囲の空間の場合に、図１９Ｂ、図１９Ｃに示すように、計測位置１１から非接触に計測された測定箇所１２までの間で、レーザが通過した軌跡１７０４を求め、その軌跡１７０４の座標が含まれるセル１７０１を空きセル１７０３と判定する。

セル１７０１内に測定箇所１２（例えば点群など）が存在する場合は空きセル１７０３と判定しない。なお異なる複数の計測位置１１から同じ空間を計測し、レーザの軌跡を増やすことで、空きセル１７０３の数を増やすことができる。

この空きセル１７０３の特定処理を他の測定位置についても順次行い、特定した座標を持つ空きセル１７０３の和集合をとった範囲を空きスペース１３（図２０参照）と判定し（ステップＳ２０７）、空きスペース１３の属性情報を付与した３次元形状データ（空間の情報）を空きスペースの判定結果として空間情報記憶部３３に記憶し和集合済みとする（ステップＳ２０８）。

すなわちこの処理では、特定した空きセル１７０３のデータの和集合をとることで、図２０に示すように、計測範囲１４内の空きスペース１３を特定する。この際、測定箇所１２が存在するセル１９０１、空きスペース１３および未計測範囲を示すセル１９０２をそれぞれ別個の色で描画して可視化することで、それぞれの範囲（領域）を人の目で見て識別できるようにする。

次に、空きスペース１３の情報を付与した３次元形状データ（空間の情報）を可視化する場合、調査範囲と調査方向を指定および設定する（ステップＳ２０９）。

この場合、設計者９ａが入力装置８より調査範囲のパラメータとして例えば幅、高さ、奥行き、位置などの値を入力し、また調査方向のパラメータとして例えばｘ−ｙ平面を指定入力し、ＰＣ２に調査範囲と調査方向を設定する。

すると、ＰＣ２では、可視化部３５が、調査範囲と調査方向のパラメータと３次元形状データ（空間の情報）を読み出し（ステップＳ２１０）、３次元形状データ（空間の情報）のうちの調査範囲と調査方向を決定する。

ここでは、図２０に示す計測範囲４１について、入力装置８より任意の方向に調査する平面と調査範囲を指定することで、調査パラメータ設定部３４は、図２１に示すようなｘ−ｙ平面の調査方向６２と、「０」〜「５ａ」といった調査範囲６１を設定する。ここで、調査方向６２とは設定した平面の法線方向であり、この例の場合ｚ軸の方向（高さ）となる。また、調査範囲６１とは計測範囲１４内において、調査方向６２（設定した平面の法線方向）に沿って任意に範囲（高さ方向ならば下端と上端の２つ）を設定できる。

そして、可視化部３５は、決定した調査方向６２に空きセル１９０３を積集合することで、調査範囲６１の調査方向６２に沿った空きスペース１３の場所（高さの幅）を算出し、その場所（高さの幅）を調査方向６２に投射した平面画像のうち空きセル１９０３とされた画素を特定し（ステップＳ２１１）、調査範囲の平面画像に対して測定箇所と空きスペース１３と未計測範囲１４とを別個に色付け（別個の色で着色）した画像を生成し表示装置７へ出力することで（ステップＳ１１０）、表示装置７の画面に画像を表示して可視化する。

そして、可視化部３５は、図２１に示すように、特定した空きスペース１３を調査方向６２に沿って積集合をとることで、調査範囲６１の調査方向６２に沿った空きセル１９０３の場所（高さの幅）を算出し、その場所（高さの幅）を調査方向６２に投射した平面画像のうち空きセル１９０３とされた画素を特定し（ステップＳ２１１）、図２２Ａに示すように、ｚ軸方向の「０」〜「５ａ」までの調査範囲に対して空きセル１９０３と未計測範囲１９０２と測定箇所ありのセル１９０１とを色分けした平面画像を生成し、表示装置７へ出力して可視化する（ステップＳ２１２）。

図２２Ａは調査方向６２をｘ-ｙ平面の法線方向、調査範囲６１を０≦ｚ≦５ａに設定した例である。この他、調査方向６２をｙ-ｚ平面とした場合は、図２２Ｂに示すように、０≦ｘ≦５ａの調査範囲６１で、それぞれのセル１９０１〜１９０３が異なる色や線で描画されて可視化される。

調査方向６２に空きセル１９０３と未計測範囲のセル１９０２が存在する場合は空きセル１９０３と未計測範囲のセル１９０２との割合に応じて可視化することでそれぞれの範囲を区別する。

例えば図２１に示した調査範囲６１の空間のうち、図２２Ａに示す列２１０１には一列のセル５個のうち、空きセルが４個と未計測範囲を示すセル１個が存在し、未計測範囲率が１／５であることが分かる。またその上のセルの列２１０２には、空きセルが３個と測定箇所ありを示すセル７１が１個と未計測範囲を示すセルが２個存在し、未計測範囲率は２／５であることが分かる。

このようにして調査範囲６１の空きスペース１３を他の範囲とは異なる色で可視化することで、物の収まり具合や物の通過の可否を視覚的に判断することができる。

このようにこの第２実施形態によれば、測定範囲を格子状に分割してセルを生成し、測定データから求めた軌跡を通過するセルを空きセルとして特定することで、第１実施形態に比べて情報処理量が極端に少なくなり、高速にかつ確実に空きスペースを可視化することができる。

（第３実施形態）
図２３乃至図２６を参照して空間情報可視化システムの第３実施形態を説明する。なお第３実施形態において第１実施形態および第２実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。図２３は空間情報可視化システムの第３実施形態の構成を示す図である。

図２３に示すように、この第３実施形態は、３次元計測装置３を搭載した移動ロボットとしての遠隔操作ロボット４２と、この遠隔操作ロボット４２を遠隔操作する遠隔操作装置４０とを備える。

遠隔操作ロボット４２は、図２４に示すように、電動の荷物車に３次元計測装置３を搭載したものであり、高さh、全長l、全幅wの寸法を有しており、これらの外形データが予め遠隔操作装置４０の制御部４５のメモリに記憶されているものとする。なお、図２４（ａ）は、遠隔操作ロボット４２の側面図、図２４（ｂ）は、その上面図である。

遠隔操作装置４０は通信部としての無線部４６と制御部４５と表示装置４３および入力装置４４などを有する。

入力装置４４は例えばラジコン操縦機（プロポなど）のレバー操作型の操作装置であり、遠隔操作者９ｂが操作したり、また移動ルートの計算を指示する。

無線部４６は遠隔操作装置４０と無線で通信する。なお遠隔操作装置４０と遠隔操作ロボット４２とを通信ケーブルで接続し有線で通信してもよい。

制御部４５は入力装置４４からの指示によりメモリの遠隔操作ロボット４２の外形データやＰＣ２から通知される空きスペース１３を含む空間の３次元形状データなどを基に遠隔操作装置４０が空きスペース１３（第２範囲）（図２６参照）を通過可能な移動ルートを計算し、計算した移動ルートを、無線部４６を通じて遠隔操作ロボット４２に指示する。

なお移動ルートの計算をＰＣ２側で行い、計算結果の移動ルートをＰＣ２から遠隔操作装置４０に通知するようにしてもよい。また表示装置４３に表示された空きスペース１３の画像から遠隔操作者９ｂが移動ルートを判断し、入力装置４４から指示操作してもよい。

以下、図２５乃至図２６を参照して第３実施形態の処理動作を説明する。
図２５は遠隔操作ロボット４２に設置された３次元計測装置３により計測された計測データから空きスペース１３を特定し、３次元形状データ（空間の情報）に属性を付与することで、調査範囲内６１の空きスペース１３の位置を特定し、遠隔操作ロボット４２の通過可否を判定するまでのフローチャートである。

この場合、遠隔操作ロボット４２を測定対象の３次元空間内の測定位置へ移動し、遠隔操作ロボット４２に搭載された３次元計測装置３がその３次元空間を測定し測定データを得る（図２５のステップＳ３０１）。

そして３次元計測装置３が得た測定データを３次元データ処理装置４のデータ合成部５にて座標変換および合成し３次元形状データ（空間の情報）を生成してＤＢ６に記憶する。

ＰＣ２では、第１実施形態で説明した処理手順を実行することで、空きスペース１３を含む測定範囲を平面画像として可視化する（ステップＳ１０１〜Ｓ１１０）。空間を可視化するにあたり平面画像だけでなくも３次元形状のままの画像（立体画像または空間画像という）を生成し可視化してもよい。

詳細には、ＤＢ６から３次元形状データ（空間の情報）を読み出し、計測位置１１から非接触に計測された測定箇所１２までの範囲を空きスペース１３と特定し、それをデータ化する。なお遠隔操作ロボット４２を他の位置に移動させて計測を複数回行って空きスペース１３を増やすことができる。

計測範囲４１内の空きスペース１３の和集合をとることで空きスペース１３を特定する。そして、計測範囲４１について、任意の方向に平面を設定し、調査方向６２を設定する。また、その平面の法線方向に沿って調査範囲６１を設定する。そして、特定した空きスペースを調査方向６２に積集合することで、調査範囲６１の調査方向６２に沿った空きスペース１３の場所（調査範囲がx-y平面ならば高さ方向の幅）を算出し、空きスペース１３を含む調査範囲６１の空間を可視化する。

続いて、制御部４５は入力装置４４からの指示によりメモリの遠隔操作ロボット４２の外形データやＰＣ２から通知される空きスペース１３を含む空間の３次元形状データなどを基に遠隔操作装置４０が空きスペース１３（第２範囲）（図２６参照）を通過可能な移動ルートを計算し（ステップＳ３０２）、計算した移動ルートを無線部４６を通じて遠隔操作ロボット４２に指示する（ステップＳ３０３）。

なお遠隔操作ロボット４２が通過可能な空きスペース１３が存在せず、遠隔操作ロボット４２の通過が不可能な場合は、調査方向６２および調査範囲６１の設定の見直しを行い、新たな空間の情報を取得する。

通過可否の判定により、通過可能の場合は移動し、移動後は必要に応じて、新たな計測位置１１での３次元計測を行い、空きスペース１３を特定し移動ルートの計算を繰り返し行うものとする。

このようにして、図２６に示すように、遠隔操作ロボット４２が移動した計測位置１１において、空きスペース１３を含む空間の可視化と計算した移動ルート５２、５３の可視化を行うことで、遠隔操作者９ｂが遠隔操作装置４０を操作しつつ遠隔操作ロボット４２の通過可否を視覚的に判定することができるようになる。

このようにこの第３実施形態によれば、遠隔操作ロボット４２に３次元計測装置３を搭載して空間を移動しつつ所望の計測位置１１に停止させて、空間を計測して空きスペース１３を含む空間を可視化すると共に、同時に計算した移動ルート５２、５３の可視化を行うことで、遠隔操作ロボット４２の通過可否を視覚的に判断することができる。
また現場の空間の３次元形状データを測定しつつ遠隔操作ロボット４２を所望の場所まで移動させて作業を行わせるといったことに利用することができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上記実施形態では、３次元計測装置３にて測定した測定データを利用して空きスペース１３を含む空間を可視化したが、この他、例えば従来の３次元ＣＡＤモデル再構成技術を用いて得たデータを基に、第１実施形態乃至第３実施形態と同様な方法で空きスペース１３を特定し空間を可視化してもよい。
また上記実施形態では、３次元データ処理装置４のＤＢ６に測定情報や空間の情報を記憶したが、測定情報や空間の情報をＰＣ２のハードディスク装置に記憶してもよい。

また上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。

すなわち、コンピュータを、ある空間の設計寸法と前記空間内の異なる基準点に配置した空間スキャナにより測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が前記基準点毎に記憶された記憶部と、前記記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標と前記空間の設計寸法とを基に、測定済みの空間である第１範囲内に存在する空きスペースである第２範囲を特定する空きスペース特定部と、前記第１範囲と前記第２範囲と前記空間の設計寸法から前記空間の測定箇所までの未測定の空間である第３範囲とを区別した空間の情報を生成する空間情報生成部と、前記空間の情報に含まれる前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を視覚的に区別した立体画像または平面元画像を生成する画像生成部として機能させるプログラムとしてもよい。

前記空きスペース特定部は、前記記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標との間をスキャンした軌跡を生成し、生成した軌跡が通過した空間を特定し、特定した各基準点の空間の和集合をとることで前記空間が存在する範囲を空きスペースと特定する。

前記空きスペース特定部は、前記空間を所定の細度で細分してセルとし、前記セルの単位に空きセルを特定し、各基準点の空きセルの和集合をとることで前記空きセルが存在する範囲を空きスペースと特定する。

前記画像生成部は、指定された調査範囲および調査方向に従い前記空間の情報を部分的に取り出しまたは投射して前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲のうち少なくとも前記第２範囲を他の範囲と視覚的に区別した立体画像または平面画像を生成する。

前記画像生成部は、前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を、それぞれ別個の色および／または線で描画することで視覚的に区別した３次元画像または２次元画像を生成する。

前記空間スキャナを搭載した移動ロボットに対して、前記移動ロボットが前記第２範囲を通るよう計算した移動ルートを有線通信または無線通信で指示する制御部として前記コンピュータを機能させる。

１…３次元ＣＡＤシステム、２…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、３…３次元計測装置、４…３次元データ処理装置、５…データ合成部、６…データベース（ＤＢ）、７、４３…表示装置、８、４４…入力装置、１０…遮蔽物、１１…計測位置、１１ａ〜１１ｃ…計測位置、１２…測定箇所、１３…空きスペース、１４…未計測範囲、１５…セル、１６…空きセル、３１…空きスペース特定部、３２…空間情報生成部、３３…空間情報記憶部、３４…調査パラメータ設定部、３５…可視化部、３６…空間分割部、３７…セル特定部、４０…遠隔操作装置、４１…計測範囲、４２…遠隔操作ロボット、４５…制御部、４６…無線部。

Claims (13)

1. ある空間の設計寸法と前記空間内の異なる基準点に配置した空間スキャナにより測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が前記基準点毎に記憶された記憶部と、
   前記記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標と前記空間の設計寸法とを基に、測定済みの空間である第１範囲内に存在する空きスペースである第２範囲を特定する空きスペース特定部と、
   前記第１範囲と前記第２範囲と前記空間の設計寸法から前記空間の測定箇所までの未測定の空間である第３範囲とを区別した空間の情報を生成する空間情報生成部と、
   前記空間の情報に含まれる前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲のうち少なくとも前記第２範囲を他の範囲と視覚的に区別した立体画像または平面画像を生成する画像生成部と
   を具備する空間情報可視化装置。
2. 前記空きスペース特定部は、
   前記記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標との間を結ぶレーザ照射の軌跡を生成し、生成した軌跡が通過した空間を特定し、特定した空間の和集合をとることで前記空間が存在する範囲を空きスペースと特定する請求項１に記載の空間情報可視化装置。
3. 前記空きスペース特定部は、
   前記空間を所定の細度で細分してセルとし、前記セルの単位に遮蔽物が存在しない空きセルを特定し、各基準点の空きセルの和集合をとることで前記空きセルが存在する範囲を空きスペースとして特定する請求項１に記載の空間情報可視化装置。
4. 前記画像生成部は、
   指定された調査範囲および調査方向に従い前記空間の情報を部分的に取り出しまたは投射して前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲のうち少なくとも前記第２範囲を他の範囲と視覚的に区別した立体画像または平面画像を生成する請求項１に記載の空間情報可視化装置。
5. 前記画像生成部は、
   前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を、それぞれ別個の色および／または線で描画することで視覚的に区別した３次元画像または２次元画像を生成する請求項１に記載の空間情報可視化装置。
6. 前記空間スキャナを搭載した移動ロボットと、
   前記移動ロボットと有線または無線で通信する通信部と、
   前記移動ロボットが前記第２範囲を通るよう計算した移動ルートを、前記通信部を通じて前記移動ロボットに指示する制御部と
   を具備する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空間情報可視化装置。
7. ある空間の設計寸法と前記空間内の異なる基準点に配置した空間スキャナにより測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が前記基準点毎に記憶し、
   記憶した前記各基準点毎の測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標と前記空間の設計寸法とを基に、測定済みの空間である第１範囲内に存在する空きスペースである第２範囲を特定する空きスペース特定部と、
   前記第１範囲と前記第２範囲と前記空間の設計寸法から前記空間の測定箇所までの未測定の空間である第３範囲とを区別した空間の情報を生成し、
   前記空間の情報に含まれる前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を視覚的に区別した立体画像または平面元画像を生成する空間情報可視化方法。
8. 記憶した測定情報を各基準点毎に読み出し、読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標との間をスキャンした軌跡を生成し、生成した軌跡が通過した空間を特定し、特定した各基準点の空間の和集合をとることで前記空間が存在する範囲を空きスペースと特定する請求項７に記載の空間情報可視化方法。
9. 前記空間を所定の細度で細分してセルとし、前記セルの単位に空きセルを特定し、各基準点の空きセルの和集合をとることで前記空きセルが存在する範囲を空きスペースと特定する請求項７に記載の空間情報可視化方法。
10. 前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を、それぞれ別個の色および／または線で描画することで視覚的に区別した３次元画像または２次元画像を生成する請求項７に記載の空間情報可視化方法。
11. 指定された調査範囲および調査方向に従い前記空間の情報を部分的に取り出しまたは投射して前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲のうち少なくとも前記第２範囲を他の範囲と視覚的に区別した立体画像または平面画像を生成する請求項７に記載の空間情報可視化方法。
12. 前記空間スキャナを搭載した移動ロボットに対して、前記移動ロボットが前記第２範囲を通るよう計算した移動ルートを有線通信または無線通信で指示する
    請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の空間情報可視化方法。
13. コンピュータを、
    ある空間の設計寸法と前記空間内の異なる基準点に配置した空間スキャナにより測定された空間の測定箇所の座標を示す測定情報が前記基準点毎に記憶された記憶部と、
    前記記憶部より各基準点毎に読み出した測定情報に含まれる空間の測定箇所の座標と前記基準点の座標と前記空間の設計寸法とを基に、測定済みの空間である第１範囲内に存在する空きスペースである第２範囲を特定する空きスペース特定部と、
    前記第１範囲と前記第２範囲と前記空間の設計寸法から前記空間の測定箇所までの未測定の空間である第３範囲とを区別した空間の情報を生成する空間情報生成部と、
    前記空間の情報に含まれる前記第１範囲、前記第２範囲および前記第３範囲を視覚的に区別した立体画像または平面元画像を生成する画像生成部
    として機能させるプログラム。

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