JP6601180B2 - 長尺材測位方法及び長尺材測位支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺材の位置を計測する長尺材測位方法及び長尺材測位支援装置に関する。

従来、工事現場では、トータルステーションによって杭、柱等の位置の三次元座標の計測が行われている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３２５８８４号公報

ところが、トータルステーションを用いる方法では、杭や柱等が施工された工事現場において計測作業を行わなければならかった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、実際の工事現場において計測作業を行わずとも、杭や柱等の長尺材の位置を計測できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明の長尺材測位方法は、工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルと長尺材モデルとを、前記長尺材モデルの端面に向かって見るように表示部に表示させる表示工程と、前記表示工程後に、前記長尺材モデルを前記表示部の画面内で移動させることによって、前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群により構成される外周部に前記長尺材モデルの端面の外縁を合わせるように、前記長尺材モデル及び前記工事現場点群モデルを前記表示部に表示させる移動表示工程と、前記移動表示工程において、前記長尺材モデルの端面の中心のＸＹ座標を取得するＸＹ座標取得工程と、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の長尺材測位支援装置は、入力部と、表示部と、コンピュータと、を備え、前記コンピュータが、工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルと長尺材モデルとを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルを読み込み、互いに直交するＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸によって表された仮想三次元空間に前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをモデリングし、その仮想三次元空間にモデリングされた前記長尺材モデルの端面に向かって見るように前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをレンダリングして前記表示部に表示させる表示処理と、前記表示処理後に、操作された前記入力部からの信号に従って、前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群により構成される外周部に前記長尺材モデルの端面の外縁を合わせるように前記長尺材モデルを前記仮想三次元空間に再モデリングし、その仮想三次元空間に再モデリングされた前記長尺材モデルの端面に向かって見るように前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをレンダリングして前記表示部に表示させる移動表示処理と、前記移動表示処理において再モデリングされた前記長尺材モデルの端面の中心のＸＹ座標を取得するＸＹ座標取得処理と、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、表示部の画面を見ながら入力部を操作することで、長尺材モデルの端面の中心のＸＹ座標を取得し、そのＸＹ座標が長尺材の端面の水平位置に相当するので、実際の工事現場で長尺材の位置の計測を行わずとも、長尺材の水平位置を計測することができる。

図１は、長尺材測位支援装置のブロック図である。 図２は、設計構造物モデルを構成する構成要素モデルのデータ構成を示した図面である。 図３は、仮想三次元空間にモデリングされた杭モデルを示した図面である。 図４は、仮想三次元空間にモデリングされた柱モデルを示した図面である。 図５は、工事現場点群モデルのデータ構成を示した図面である。 図６は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図７は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図８は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図９は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図１０は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１１は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１２は、コンピュータ及びそれにインストールされたプログラムを用いて、杭の位置を計測する工程を示したフローチャートである。 図１３は、コンピュータの表示画面に表示された杭頭部の点群及び杭モデルを示した図面である。 図１４は、コンピュータの表示画面に表示された杭頭部の点群及び杭モデルを示した図面である。 図１５は、コンピュータ及びそれにインストールされたプログラムを用いて、柱の位置を計測する工程を示したフローチャートである。 図１６は、コンピュータの表示画面に表示された柱頭部の点群及び柱モデルを示した図面である。 図１７は、コンピュータの表示画面に表示された柱頭部の点群及び柱モデルを示した図面である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 長尺材測位支援装置
図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は、鉛直部材としての杭及び柱の位置の計測を支援するための装置である。長尺材測位支援装置１０は、アプリケーションプログラム８０がインストールされたデスクトップ型、ノートブック型又はタブレット型のパーソナルコンピュータである。図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は演算処理装置１１、入力部１２、表示部１３及び記憶部１４等を備える。演算処理装置１１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。
入力部１２は、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス等の入力装置である。この入力部１２は、操作されることによって操作内容に応じた信号を演算処理装置１１に出力する。演算処理装置１１は、入力部１２から入力した信号に従った演算処理を行う。
表示部１３は、画面表示を行うディスプレイ装置である。演算処理装置１１が演算処理に従ったビデオ信号を表示部１３に出力し、この表示部１３がそのビデオ信号を入力してそのビデオ信号に従った表示を行う。

記憶部１４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部１４には、演算処理装置１１によって実行可能なアプリケーションプログラム８０が格納されている。このアプリケーションプログラム８０は、三次元グラフィックス処理プログラムである。

記憶部１４には、ＢＩＭ（Building Information Modeling：ビルディング インフォメーション モデリング）を実現する設計用ソフトウェアによって作成された設計構造物モデル２０が記憶されている。設計構造物モデル２０は複数の構成要素モデル２１の集合体である。構成要素モデル２１は、設計された構造物（例えば建物、橋梁等）の構成要素（例えば杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）をモデリングしたものである。図２に示すように、構成要素モデル２１は、構成要素モデル２１を識別するために一意的な要素識別子（要素ＩＤ）２２と、構成要素モデル２１の三次元形状を定義する三次元形状情報２３と、三次元形状情報２３によって定義された構成要素モデル２１の三次元形状の仮想三次元空間内における位置を定義する位置情報２４と、を有する。

三次元形状情報２３及び位置情報２４が要素識別子２２に対応付けられた状態で記憶部１４に記録されている。三次元形状情報２３では構成要素モデル２１の三次元形状がローカル座標系で表されており、位置情報２４では構成要素モデル２１の位置及び向きがワールド座標系で表されている。

演算処理装置１１は、アプリケーションプログラム８０による座標機能によって、設計構造物モデル２０の各構成要素モデル２１を仮想三次元空間にモデリングすることができる。つまり、構成要素モデル２１の三次元形状は、アプリケーションプログラム８０を実行する演算処理装置１１によって、三次元形状情報２３に従ってローカル座標系の空間に配される。更に、その構成要素モデル２１の三次元形状は、アプリケーションプログラム８０を実行する演算処理装置１１により、位置情報２４に従ってローカル座標系からワールド座標系に座標変換されることによって、ワールド座標系の仮想三次元空間に配される。ここで、ローカル座標系のｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸は互いに直交し、ワールド座標系のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸も互いに直交する。

図３は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち杭モデル２１Ａを模式的に示したものである。この杭モデル２１Ａは円柱状又は円筒状の杭をモデリングしたものであり、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３には少なくとも半径情報（外周面の半径の値）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの距離）が含まれている。そして、円柱状の杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａ、下端面２１Ａｂ及び外周面２１Ａｃが半径情報及び長さ情報に従ってローカル座標系の仮想空間に配され、その杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａ、下端面２１Ａｂ及び外周面２１Ａｃが位置情報２４に基づいてワールド座標系の仮想三次元空間に配される。ここで、杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの中心点２１Ａｆが代表点であり、杭モデル２１Ａの位置情報２４はその代表点のＸＹＺ座標で表されている。なお、杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの中心点２１Ａｆは、杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａと杭芯２１Ａｄとの交点に相当する。

図４は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち柱モデル２１Ｂを模式的に示したものである。この柱モデル２１Ｂは矩形柱状（例えば正方形柱状）の柱をモデリングしたものであり、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３には少なくとも辺長情報（頭頂面や下端面における各頂点の座標及びそれら座標から求まる頂点間の距離）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの長さの値）が含まれている。そして、正方形柱状の柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａ、下端面２１Ｂｂ及び外周面２１Ｂｃが辺長情報及び長さ情報に従ってローカル座標系の空間に配され、その柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａ、下端面２１Ｂｂ及び外周面２１Ｂｃが位置情報２４に従ってワールド座標系の仮想三次元空間に配される。ここで、柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの中心点２１Ｂｆが代表点であり、柱モデル２１Ｂの位置情報２４は、その代表点を通る柱芯２１Ｂｄ回りの回転角と、その代表点のＸＹＺ座標とで表されている。

図１に示すように、記憶部１４には、工事中の実際の工事現場を点群（point cloud）でモデリングした三次元の工事現場点群モデル３０，４０が記憶されている。
工事現場点群モデル３０，４０は、仮想三次元空間に配置される複数の点の集合体である。より具体的には、図５に示すように、工事現場点群モデル３０，４０の各点の情報は、点を識別するために一意的な識別子と、仮想三次元空間での点の位置を表す三次元座標値と、点の濃淡を表すデータ値（例えば、赤（Ｒ）の階調値、緑（Ｇ）の階調値、青（Ｂ）の階調値）とから構成されている。三次元座標値及びデータ値が識別子に対応付けられた状態で記憶部１４に記憶されている。なお、図５では、工事現場点群モデル３０，４０がフルカラーのモデルを例にしているので、データ値が三原色（ＲＧＢ）の階調値からなるが、工事現場点群モデル３０，４０が単色スケール（グレースケール）のモデルである場合、データ値が一色の階調値からなり、工事現場点群モデル３０，４０が二値（モノクロ）のモデルである場合、工事現場点群モデル３０，４０にはデータ値が含まれない。

工事現場点群モデル３０，４０は、実際の工事現場を上空から測量装置によって測量することによって作成されたものである。測量装置は例えばレーザースキャナ等を用いて工事現場を走査することによって工事現場の地面上の各点の位置、構造物の各種の構成要素（杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）の表面上の各点の位置を計測する走査型表面計測装置である。

工事の進行に伴って工事現場点群モデル３０，４０が作成されて記憶部１４に蓄積される。そのため、記憶部１４に記憶された複数の工事現場点群モデル３０，４０は作成時刻が異なる。具体的には、工事現場点群モデル３０は、実際の工事現場に円柱状又は円筒状の杭が構築された段階で作成されたものであり、工事現場点群モデル４０は、実際の工事現場に正方形柱状の柱が建て込まれた段階で作成されたものである。

演算処理装置１１はアプリケーションプログラム８０による機能によって工事現場点群モデル３０，４０を仮想三次元空間にモデリングすることができる。そして、演算処理装置１１は、アプリケーションプログラム８０による機能によって、モデリングした工事現場点群モデル３０，４０を表示部１３に表示することができる。表示部１３に表示される工事現場点群モデル３０，４０について、図６〜図１１を参照して説明する。図６は工事現場点群モデル３０の平面図である。図７は図６に示すVII部の斜視図であり、図８はそのVII部の側面図である。図９は工事現場点群モデル４０の平面図である。図１０は図９に示すX部の斜視図であり、図１１はそのX部の側面図である。

実際の工事現場の鉛直方向が工事現場点群モデル３０，４０のＺ座標軸に相当するように、また工事現場の水平面が工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸及びＹ座標軸によって定義される面に相当するように、工事現場点群モデル３０、４０のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸が定義されている。工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸、Ｙ座標及びＺ座標軸は互いに直交する。

工事現場点群モデル３０は杭が構築された段階で作成されたものであるから、図６〜図８に示すように、工事現場点群モデル３０には杭頭部の点群３１が含まれている。また、工事現場の杭はその頭頂部が地面から突出した状態に施工されるので、図８に示すように杭頭部の点群３１のＺ座標は地面の点群３２のＺ座標よりも大きい。

工事現場点群モデル４０は柱が構築された段階で作成されたものであるから、図９〜図１１に示すように、工事現場点群モデル４０には柱頭部の点群４１が含まれている。工事現場の柱が立設されたものであり、柱頭部が他のもの（例えば、地面、基礎、スラブ、壁等）よりも高い位置にあるので、柱頭部の点群４１のＺ座標は工事現場点群モデル４０に含まれる他の点群のＺ座標よりも大きい。

２． 杭の測位方法
図１２に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて杭の位置を計測する方法について説明する。

２−１． ステップＳ１：起動
まず、ユーザが入力部１２を操作することによってアプリケーションプログラム８０を起動させる。以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能は、起動されたアプリケーションプログラム８０によって実現される。

２−２． ステップＳ２：表示
次に、ユーザが入力部１２を操作することによって工事現場点群モデル３０を演算処理装置１１に読み込ませる。そうすると、演算処理装置１１が工事現場点群モデル３０の各点を仮想三次元空間に配置することによって工事現場点群モデル３０を仮想三次元空間にモデリングする。

また、ユーザが入力部１２を操作することによって設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち杭モデル２１Ａを演算処理装置１１に読み込ませる。そうすると、演算処理装置１１が杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３及び位置情報２４に従って杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａ、下端面２１Ａｂ及び外周面２１Ａｃを仮想三次元空間に配置することによって杭モデル２１Ａを仮想三次元空間にモデリングする。この際、演算処理装置１１は、杭モデル２１Ａの頭頂面２１ＡａをＸ座標軸及びＹ座標軸に対して平行になるように、且つ杭芯２１ＡｄをＺ座標軸に対して平行になるように、杭モデル２１Ａを仮想三次元空間にモデリングする。また、演算処理装置１１は、杭モデル２１Ａのモデリングに際して座標演算処理を行うので、これにより杭モデル２１Ａの代表点（頭頂面２１Ａａの中心点２１Ａｆ）のＸＹＺ座標を取得（検出）する。

そして、演算処理装置１１は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａのレンダリング処理を行うことによって工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａを表示部１３に表示させる。具体的には、演算処理装置１１は、視点及び視線ベクトルを仮想三次元空間に設定するとともに、その視点及び視線ベクトルに基づいた透視投影変換によって工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａをレンダリングする。ここで、レンダリング処理における視線ベクトルの方向に複数のオブジェクト（工事現場点群モデル３０の各点や杭モデル２１Ａの表面）が重なっている場合、演算処理装置１１は例えばＺバッファ処理によって視点に近いものを優先して表示部１３に表示させる（後述の図１３及び図１４参照）。

また、演算処理装置１１は、取得した杭モデル２１Ａの代表点のＸＹＺ座標を表示部１３に表示させる。ここで、表示部１３の表示画面には、杭モデル２１Ａの代表点のＸＹＺ座標を表示する領域と、工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａを表示する領域がある。

２−３． ステップＳ３：視点及び視線ベクトルの設定
次に、ユーザは、入力部１２を操作することにより仮想三次元空間内の視点及び視線ベクトルを変更することによって、工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａを平面視で表示部１３に表示させる。つまり、演算処理装置１１が、入力部１２の操作内容に従って、レンダリング処理における視点を仮想三次元空間内の杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの上方（Ｚ座標軸の正の向き）の位置に設定するとともに、レンダリング処理における視線ベクトルを下向き（Ｚ座標軸の負の向き）に設定する。そのため、工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａは、それらの上方から見た状態で表示部１３に表示される。ここで、視線ベクトルは、Ｘ座標軸及びＹ座標軸の両方に対して直交する。

２−４． ステップＳ４：杭モデルのＸＹ方向の平行移動及びＸＹ座標の取得
次に、ユーザは、入力部１２を操作することによって、杭モデル２１Ａを表示部１３の画面内で平行移動させる。具体的には、ユーザは、杭モデル２１ＡのＺ座標を変化させずにＸ座標若しくはＹ座標又はこれらの両方を変化させるように、入力部１２を操作する。そうすると、演算処理装置１１が入力部１２の操作内容に従った位置に杭モデル２１Ａを仮想三次元空間に再モデリングして、ステップＳ３で設定された視点及び視線ベクトルに基づくレンダリング処理により工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａを表示部１３に表示させる。この際、ユーザは表示部１３を見ながら入力部１２を操作することによって、図１３に示すように表示部１３に表示される杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａを杭頭部の点群３１に重ねて、杭頭部の点群３１が構成する外周円に杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの外縁を重ねる。

また、演算処理装置１１は、Ｘ方向及びＹ方向の平行移動後の杭モデル２１Ａのモデリングの際の座標演算処理によって杭モデル２１Ａの代表点のＸＹＺ座標を取得し、取得したＸＹＺ座標を表示部１３に表示させる。ユーザは、表示部１３を見ることによって、平行移動後の杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標を認識することができる。

ここで、表示部１３の表示画面では杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの外縁が杭頭部の点群３１によって構成された外周円に重なっているので、杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標は杭頭部の点群３１によって構成される外周円の中心点のＸＹ座標にほぼ等しい。また、工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１よって構成される外周円の中心点のＸＹ座標は実際の工事現場における杭芯の水平方向の位置に相当する。従って、表示部１３に表示された杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標は、実際の杭芯の水平方向の位置に相当する。よって、ユーザは、表示部１３に表示された杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標を認識して取得することによって、杭芯の水平方向の位置を計測することができる。

２−５． ステップＳ５：杭モデルのＺ方向の平行移動及びＺ座標の取得
次に、ユーザは、入力部１２を操作することによって、杭モデル２１Ａを表示部１３の画面の奥行き方向に平行移動させる。具体的には、ユーザは、杭モデル２１ＡのＸＹ座標を変化させずにＺ座標のみを変化させるように、入力部１２を操作する。そうすると、演算処理装置１１が入力部１２の操作内容に従った位置に杭モデル２１Ａを仮想三次元空間に再モデリングして、レンダリング処理により工事現場点群モデル３０及び杭モデル２１Ａを表示部１３に表示させる。この際、ユーザは表示部１３を見ながら入力部１２を操作することによって、図１４に示すように杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの略半分を杭頭部の点群３１によって隠すように、表示部１３に表示させる。

また、演算処理装置１１は、Ｚ方向の平行移動後の杭モデル２１Ａのモデリングの際の座標演算処理によって杭モデル２１Ａの代表点のＸＹＺ座標を取得し、取得したＸＹＺ座標を表示部１３に表示させる。ユーザは、表示部１３を見ることによって、平行移動後の杭モデル２１Ａの代表点のＺ座標を認識することができる。

ここで、表示部１３に表示される杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの半分が杭頭部の点群３１によって隠れているので、杭モデル２１Ａの代表点のＺ座標は杭頭部の点群３１のうち杭の頭頂面を構成する点のＺ座標の平均値にほぼ等しい。また、工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１のうち杭の頭頂面を構成する点のＺ座標の平均値は、実際の工事現場における杭の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。従って、表示部１３に表示された杭モデル２１Ａの代表点のＺ座標は、実際の杭の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。よって、ユーザは、表示部１３に表示された杭モデル２１Ａの代表点のＺ座標を認識して取得することによって、杭の頭頂面の鉛直方向の位置を計測することができる。なお、Ｚ方向の平行移動後の杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標も、実際の杭芯の水平方向の位置に相当する。

２−６． 別の杭の測位
その後、工事現場点群モデル３０に含まれる他の杭頭部の点群３１に対しても同様にして、杭頭部の点群３１が構成する外周円に杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの外縁を重ねて、杭モデル２１Ａの代表点のＸＹ座標を取得した（ステップＳ４参照）後に、杭モデル２１Ａの頭頂面２１Ａａの半分を杭頭部の点群３１によって隠すように表示させて、杭モデル２１Ａの代表点のＺ座標を取得する（ステップＳ５参照）。

３． 柱の測位方法
図１５に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて柱の位置を計測する方法について説明する。

３−１． ステップＳ１１：起動
まず、ユーザが入力部１２を操作することによってアプリケーションプログラム８０を起動させる。以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能は、起動されたアプリケーションプログラム８０によって実現される。

３−２． ステップＳ１２：表示
次に、ユーザが入力部１２を操作することによって工事現場点群モデル４０を演算処理装置１１に読み込ませる。そうすると、演算処理装置１１が工事現場点群モデル４０の各点を仮想三次元空間に配置することによって工事現場点群モデル４０を仮想三次元空間にモデリングする。

また、ユーザが入力部１２を操作することによって設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち柱モデル２１Ｂを演算処理装置１１に読み込ませる。そうすると、演算処理装置１１が柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３及び位置情報２４に従って柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａ、下端面２１Ｂｂ及び外周面２１Ｂｃを仮想三次元空間に配置することによって柱モデル２１Ｂを仮想三次元空間にモデリングする。この際、演算処理装置１１は、柱モデル２１Ｂの頭頂面２１ＢａをＸ座標軸及びＹ座標軸に対して平行になるように、且つ柱芯２１ＢｄをＺ座標軸に対して平行になるように、柱モデル２１Ｂを仮想三次元空間にモデリングする。また、演算処理装置１１は、柱モデル２１Ｂのモデリングに際して座標演算処理を行うので、これにより柱モデル２１Ｂの代表点（柱芯２１Ｂｄと頭頂面２１Ｂａの中心）のＸＹＺ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を取得する。

そして、演算処理装置１１は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂのレンダリング処理を行うことによって工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂを表示部１３に表示させる。具体的には、演算処理装置１１は、視点及び視線ベクトルを仮想三次元空間に設定するとともに、その視点及び視線ベクトルに基づいた透視投影変換によって工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂのレンダリング処理を行う。ここで、レンダリング処理における視線ベクトルの方向に複数のオブジェクト（工事現場点群モデル４０の各点や柱モデル２１Ｂの表面）が重なっている場合、演算処理装置１１は例えばＺバッファ処理により視点に近いものを優先して表示部１３に表示させる（後述の図１６及び図１７参照）。

また、演算処理装置１１は、取得した柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹＺ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を表示部１３に表示させる。ここで、表示部１３の表示画面には、柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹＺ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を表示する領域と、工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂを表示する領域がある。

３−３． ステップＳ１３：視点及び視線ベクトルの設定
次に、ユーザは、入力部１２を操作することにより仮想三次元空間内の視点及び視線ベクトルを変更することによって、工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂを平面視で表示部１３に表示させる。つまり、演算処理装置１１が、入力部１２の操作内容に従って、レンダリング処理における視点を仮想三次元空間内の柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの上方（Ｚ座標軸の正の向き）の位置に設定するとともに、レンダリング処理における視線ベクトルを下向き（Ｚ座標軸の負の向き）に設定する。そのため、工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂは、それらの上方から見た状態で表示部１３に表示される。ここで、視線ベクトルは、Ｘ座標軸及びＹ座標軸の両方に対して直交する。

３−４． ステップＳ１４：柱モデルのＸＹ方向の回転・平行移動及び回転角・ＸＹ座標の取得
次に、ユーザは、入力部１２を操作することによって、柱モデル２１Ｂを表示部１３の画面内で平行移動させつつ、柱モデル２１Ｂを柱芯２１Ｂｄ回りに回転させる。具体的には、ユーザは、柱モデル２１ＢのＺ座標を変化させずにＸ座標若しくはＹ座標又はこれらの両方を変化させるように、更に柱芯２１Ｂｄ回りの回転角を変化させるように、入力部１２を操作する。そうすると、演算処理装置１１が入力部１２の操作内容に従った回転角及び位置に柱モデル２１Ｂを仮想三次元空間に再モデリングして、ステップＳ１３で設定された視点及び視線ベクトルに基づくレンダリング処理により工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂを表示部１３に表示させる。この際、ユーザは表示部１３を見ながら入力部１２を操作することによって、図１６に示すように表示部１３に表示される柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａを柱頭部の点群４１に重ねて、柱頭部の点群４１が構成する外周矩形に柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの外縁を重ねる。

また、演算処理装置１１は、Ｘ方向及びＹ方向の平行移動後の柱モデル２１Ｂのモデリングの際の座標演算処理によって柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹＺ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を取得し、取得したＸＹＺ座標及び回転角を表示部１３に表示させる。ユーザは、表示部１３を見ることによって、平行移動後の柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を認識することができる。

ここで、柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの外縁が柱頭部の点群４１によって構成された外周矩形に重なっているので、柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標は柱頭部の点群４１によって構成される外周矩形の中心点のＸＹ座標にほぼ等しい上、柱モデル２１Ｂの回転角は点群４１によって構成される各柱面の向きを表す。また、工事現場点群モデル４０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、柱頭部の点群４１よって構成される外周矩形の中心点のＸＹ座標は実際の工事現場における柱芯の水平方向の位置に相当し、点群４１によって構成される各柱面の向きは実際の工事現場における柱の各柱面の向きに相当する。従って、表示部１３に表示された柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標は、実際の柱芯の水平方向の位置に相当し、表示部１３に表示された柱モデル２１Ｂの回転角は、実際の柱の各柱面の向きに相当する。よって、ユーザは、表示部１３に表示された柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を認識して取得することによって、柱芯の水平方向の位置及び各柱面の向きを計測することができる。

３−５． ステップＳ２５：柱モデルのＺ方向の平行移動及びＺ座標の取得
次に、ユーザは、入力部１２を操作することによって、柱モデル２１Ｂを表示部１３の画面の奥行き方向に平行移動させる。具体的には、ユーザは、柱モデル２１ＢのＸＹ座標及び回転角を変化させずにＺ座標のみを変化させるように、入力部１２を操作する。そうすると、演算処理装置１１が入力部１２の操作内容に従った位置に柱モデル２１Ｂを仮想三次元空間に再モデリングして、レンダリング処理により工事現場点群モデル４０及び柱モデル２１Ｂを表示部１３に表示させる。この際、ユーザは表示部１３を見ながら入力部１２を操作することによって、図１７に示すように柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの略半分を柱頭部の点群４１によって隠すように、表示部１３に表示させる。

また、演算処理装置１１は、Ｚ方向の平行移動後の柱モデル２１Ｂのモデリングの際の座標演算処理によって柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹＺ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を取得し、取得したＸＹＺ座標及び回転角を表示部１３に表示させる。ユーザは、表示部１３を見ることによって、平行移動後の柱モデル２１Ｂの代表点のＺ座標を認識することができる。

ここで、表示部１３に表示される柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの半分が柱頭部の点群４１によって隠れているので、柱モデル２１Ｂの代表点のＺ座標は、柱頭部の点群４１のうち柱の頭頂面を構成する点のＺ座標の平均値にほぼ等しい。また、工事現場点群モデル４０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、柱頭部の点群４１のうち柱の頭頂面を構成する点のＺ座標の平均値は、実際の工事現場における柱の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。従って、表示部１３に表示された柱モデル２１Ｂの代表点のＺ座標は、実際の柱の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。よって、ユーザは、表示部１３に表示された柱モデル２１Ｂの代表点のＺ座標を認識して取得することによって、柱の頭頂面の鉛直方向の位置を計測することができる。なお、Ｚ方向の平行移動後の柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角も、実際の柱芯の水平方向の位置及び各柱面の向きに相当する。

３−６． 別の柱の測位
その後、工事現場点群モデル４０に含まれる他の柱頭部の点群４１に対しても同様にして、柱頭部の点群４１が構成する外周矩形を柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの外縁を重ねて、柱モデル２１Ｂの代表点のＸＹ座標及び柱モデル２１Ｂの回転角を取得した（ステップＳ１４参照）後に、柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ｂａの半分を柱頭部の点群４１によって隠すように表示させて、柱モデル２１Ｂの代表点のＺ座標を取得する（ステップＳ１５参照）。

４． 効果
以上説明した本発明の実施の形態によれば、長尺材測位支援装置１０を用いることにより、以下の効果が得られる。

（１） 工事現場点群モデル３０，４０が工事現場を点群で表したものであるので、実際の工事現場において各種の測量器を用いずとも、工事現場点群モデル３０，４０に含まれる点群３１，４１に基づいて実際の杭や柱の位置を計測することができる。

（２） コンピュータ（長尺材測位支援装置１０）を操作するだけで、実際の杭や柱の位置を計測することができる。特に、位置を計測する杭や柱の数が多いほど、実際の杭や柱の位置の計測がより省力的になる。

（３） 実際の工事現場で計測作業を行わずとも、実際の杭や柱の位置を計測することができる。

（４） 前記実施形態では、ステップＳ５，Ｓ１５において杭モデル２１Ａや柱モデル２１Ｂの頭頂面２１Ａａ，２１Ｂａを略半分隠したが、頭頂面２１Ａａ，２１Ｂａの隠す割合を例えば４割、６割等に適宜変更してもよい。

５． 変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

（１） 上記実施形態では、測位対象の柱の芯が水平面に対して垂直であり、その柱の頭頂面が水平であった。それに対して、測位対象の柱の芯が水平面に対して傾斜し、その柱の頭頂面がその芯に対して直交してもよい。この場合、演算処理装置１１は、柱モデル２１Ｂの柱芯２１Ｂｄが仮想三次元空間のＸＹ平面に対して傾斜するように、柱モデル２１Ｂをモデリングする。また、ステップＳ１３における視線ベクトルは、柱モデル２１Ｂの柱芯２１Ｂｄに揃うように設定する。また、ステップＳ１４における柱モデル２１Ｂの移動方向は、柱モデル２１Ｂの柱芯２１Ｂｄに対して平行とする。

（２） 上記実施形態では、測位対象の長尺材が鉛直部材としての杭或いは柱であったが、水平部材としての梁であってもよい。

（３） 上記実施形態では、実際の工事現場の杭が円筒状又は円柱状であり、杭モデル２１Ａが円筒状又は円柱状であり、杭頭部の点群３１の外形が円筒状又は円柱状であったが、これらが矩形柱状であってもよい。その場合、上述の「３． 柱の測位方法」のように杭を測位する。

（４） 上記実施形態では、実際の工事現場の柱が矩形柱状であり、柱モデル２１Ｂが矩形柱状であり、杭頭部の点群３１の外形が矩形柱状であったが、これらが円柱状であってもよい。その場合、上述の「２． 杭の測位方法」のように柱を測位する。

１０…長尺材測位支援装置， １１…演算処理装置， １２…入力部， １３…表示部， １４…記憶部， ２１Ａ…杭モデル， ２１Ｂ…柱モデル， ３０…工事現場点群モデル， ３１…杭頭部の点群， ４０…工事現場点群モデル， ４１…柱頭部の点群， ８０…アプリケーションプログラム

Claims (5)

1. 工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルと長尺材モデルとを、前記長尺材モデルの端面に向かって見るように表示部に表示させる表示工程と、
   前記表示工程後に、前記長尺材モデルを前記表示部の画面内で移動させることによって、前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群により構成される外周部に前記長尺材モデルの端面の外縁を合わせるように、前記長尺材モデル及び前記工事現場点群モデルを前記表示部に表示させる移動表示工程と、
   前記移動表示工程において、前記長尺材モデルの端面の中心のＸＹ座標を取得するＸＹ座標取得工程と、を含むことを特徴とする長尺材測位方法。
2. 前記移動表示工程後に、前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群によって前記長尺材モデルの端面が所定割合隠れるように、前記長尺材モデル及び前記工事現場点群モデルを前記表示部に表示させる隠し表示工程と、
   前記隠し表示工程において、前記長尺材モデルの端面の中心のＺ座標を取得するＺ座標取得工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の長尺材測位方法。
3. 前記移動表示工程では、前記表示部の画面内で前記長尺材モデルを芯回りに回転させ、
   前記ＸＹ座標取得工程では、前記長尺材モデルの芯回りの回転角を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の長尺材測位方法。
4. 前記長尺材モデルが杭モデル又は柱モデルであり、前記長尺材モデルの端面が頭頂面であり、
   前記表示工程では、前記長尺材モデルの芯が仮想三次元空間の座標軸に対して平行になるように且つ前記長尺材の端面が前記仮想三次元空間のＸ座標軸及びＹ座標軸に対して平行になるように、前記長尺材モデルを前記仮想三次元空間にモデリングし、更に前記工事現場点群モデルを前記仮想三次元空間にモデリングし、それらモデリングされた前記長尺材モデル及び前記工事現場点群モデルのレンダリング処理により前記長尺材モデル及び前記工事現場点群モデルを前記表示部に表示させ、
   前記移動表示工程では、前記Ｘ座標軸及び前記Ｙ座標軸の方向に前記長尺材モデルを平行移動させることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の長尺材測位方法。
5. 入力部と、表示部と、コンピュータと、を備え、
   前記コンピュータが、
   工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルと長尺材モデルとを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルを読み込み、互いに直交するＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸によって表された仮想三次元空間に前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをモデリングし、その仮想三次元空間にモデリングされた前記長尺材モデルの端面に向かって見るように前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをレンダリングして前記表示部に表示させる表示処理と、
   前記表示処理後に、操作された前記入力部からの信号に従って、前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群により構成される外周部に前記長尺材モデルの端面の外縁を合わせるように前記長尺材モデルを前記仮想三次元空間に再モデリングし、その仮想三次元空間に再モデリングされた前記長尺材モデルの端面に向かって見るように前記工事現場点群モデル及び前記長尺材モデルをレンダリングして前記表示部に表示させる移動表示処理と、
   前記移動表示処理において再モデリングされた前記長尺材モデルの端面の中心のＸＹ座標を取得するＸＹ座標取得処理と、を実行することを特徴とする長尺材測位支援装置。