JP6653517B2 - Three-dimensional data processing method, three-dimensional data processing program, and three-dimensional data processing device - Google Patents
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Description
本技術は、三次元データ処理方法、三次元データ処理プログラム及び三次元データ処理装置に関する。 The present technology relates to a three-dimensional data processing method, a three-dimensional data processing program, and a three-dimensional data processing device.
三次元空間における位置を表す方法には、所定のX軸、Y軸及びZ軸を基準とした直交座標系を用いる方法や、1つの動径及び2つの偏角によって表される極座標系を用いる方法がある。また、空間における物体の回転や波の伝播といった事象を扱う方法にも、様々なものがある。例えば、ベクトルをある座標空間から他の座標空間へ座標変換するための行列を用いて事象を表現することができる。また、互いに垂直な3軸を中心とした複数の回転によって1つの角変位を表現するオイラー角を用いるようにしてもよい。また、複素数を拡張した四元数を定義して、三次元を表現する手法もある。四元数を用いる技術としては、例えば、マニピュレータの動作経路を内挿し、動作を制御するものが提案されている(特許文献1)。 As a method of representing a position in a three-dimensional space, a method using an orthogonal coordinate system based on predetermined X axis, Y axis, and Z axis, or a polar coordinate system represented by one radial and two declinations is used. There is a way. In addition, there are various methods for handling events such as rotation of an object in space and propagation of waves. For example, an event can be represented using a matrix for performing a coordinate transformation of a vector from one coordinate space to another coordinate space. Further, an Euler angle expressing one angular displacement by a plurality of rotations around three axes perpendicular to each other may be used. There is also a method of defining a quaternion by extending a complex number to express three dimensions. As a technique using a quaternion, for example, a technique has been proposed in which an operation path of a manipulator is interpolated to control the operation (Patent Document 1).
ところで、例えば空間における方向を表現する場合、従来の方法はユーザにとって把握しにくい。例えば、変換行列を乗じて事象理解することは、膨大な手間を要するばかりでユーザが事象の本質を把握しにくくなるばかりである。オイラー角の場合は、3回の回転を経る中で回転の基準となる軸が変わるため、ユーザが直感的に事象を把握するのは難しい。また、任意の軸の周りの3つの回転によって角変位を表現することができるため、ある方向を表す表現が一意に定まらない点でもユーザは直感的に事象を把握し辛いものといえる。四元数については、空間との関係を把握し辛い上に、3つの虚数を定義するための演算規則を設けておりユーザにとっては理解が難しい。 By the way, when expressing a direction in space, for example, the conventional method is difficult for the user to grasp. For example, understanding an event by multiplying it by a transformation matrix requires enormous effort and also makes it difficult for the user to grasp the essence of the event. In the case of the Euler angle, since the axis serving as the rotation reference changes after three rotations, it is difficult for the user to intuitively grasp the event. In addition, since the angular displacement can be expressed by three rotations around an arbitrary axis, it is difficult for the user to intuitively grasp the event even if the expression indicating a certain direction is not uniquely determined. Regarding quaternions, it is difficult to grasp the relationship with the space, and an operation rule for defining three imaginary numbers is provided, so that it is difficult for the user to understand.
本発明は上記のような問題に鑑みてなされてものであり、ユーザにとって空間的に把握し易い態様で三次元空間を表現及び処理することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problem, and has as its object to represent and process a three-dimensional space in a manner that is easy for a user to grasp spatially.
本発明に係る三次元データ処理方法は、仮想的な虚数i及びjを用いて表す三次元極座標A=r・eiφ+jθ(ただし、i2=−1、j2=−1、i・j=0、j・f(φ)=j・f(0)、φは実軸−i軸平面上における実軸からの偏角、θは実軸−i軸平面からの偏角、及びf(φ)は変数φを有する項)を用いて事物の位置を表し、三次元空間における情報処理をコンピュータが実行する。 In the three-dimensional data processing method according to the present invention, the three-dimensional polar coordinates A = r · e iφ + jθ (where i 2 = −1, j 2 = −1, i · j = 0, j · f (φ) = j · f (0), φ is the declination from the real axis on the real axis−i-axis plane, θ is the declination from the real axis−i-axis plane, and f (φ ) Indicates the position of an object using a term having a variable φ, and the computer executes information processing in a three-dimensional space.
このように、虚数i及びjに関して独自の制約を設けることにより、三次元極座標を、実軸、虚数i軸及び虚数j軸からなる空間の複素関数として表すことができるようになる。 As described above, by providing unique constraints on the imaginary numbers i and j, the three-dimensional polar coordinates can be expressed as a complex function of a space including the real axis, the imaginary i-axis, and the imaginary j-axis.
また、三次元空間における情報処理は、動径に対する加減乗除、偏角方向の回転、動径方向又は偏角方向の微分を含むようにしてもよい。これらの処理であれば、上記の制約のもとでも計算結果が整合する。 The information processing in the three-dimensional space, add, subtract, multiply, and divide against radial rotation of the polarization angle direction, may include a fine min radial direction or polarization angle direction. With these processes, the calculation results match even under the above-mentioned restrictions.
また、地震波に係る波形データを複数の観測地点におけるセンサからそれぞれ取得するステップと、複数の波形データを観測した時刻の差分に基づき、三次元極座標を用いて各観測地点と震源との距離及び震源の位置を推定するステップと、をさらにコンピュータが実行するようにしてもよい。このようにすれば、上記の仮想的な虚数を用いた三次元極座標を利用し、簡易に震源位置の推定を行うことができる。 In addition, the step of acquiring waveform data relating to seismic waves from sensors at a plurality of observation points, and the distance between each observation point and the epicenter and the epicenter using three-dimensional polar coordinates based on a difference between times when the plurality of waveform data are observed. The step of estimating the position of may be further executed by a computer. This makes it possible to easily estimate the epicenter using the three-dimensional polar coordinates using the virtual imaginary numbers.
上記課題を解決するための手段の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、上記手段をコンピュータに実行させるプログラムや、上記手段を実行する処理部を備えた装置を提供するようにしてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録して提供するようにしてもよい。コンピュータが読み取り可能な記録媒体とは、情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、又は化学的作用によって蓄積し、コンピュータによって読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうち、コンピュータから取り外し可能なものとしては、例えば光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。また、コンピュータに固定された記録媒体としてHDD(Hard Disk Drive)、
SSD(Solid State Drive)、ROM(Read Only Memory)等が挙げられる。
The contents of the means for solving the above problems can be combined as much as possible without departing from the problems and technical ideas of the present invention. Further, a program that causes a computer to execute the above means, and an apparatus including a processing unit that executes the above means may be provided. The program may be provided by being recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium refers to a recording medium in which information is accumulated by electrical, magnetic, optical, mechanical, or chemical action, and can be read by a computer. Among such recording media, those removable from a computer include, for example, optical disks, magneto-optical disks, flexible disks, magnetic tapes, memory cards, and the like. HDD (Hard Disk Drive) as a recording medium fixed to the computer,
Examples include an SSD (Solid State Drive) and a ROM (Read Only Memory).
本発明によれば、ユーザにとって空間的に把握し易い態様で三次元空間を表現及び処理することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a three-dimensional space can be represented and processed in the aspect which a user can easily grasp spatially.
<処理の概要>
三次元ユークリッド空間における極座標表示によれば、ある点Aの座標は次の数1のように表現することができる。
According to the polar coordinate display in the three-dimensional Euclidean space, the coordinates of a certain point A can be expressed as in the following
本発明に係る三次元極座標の複素関数表示では、所定の座標(原点)に対する上述の点Aを次の数2のように表すものとする。ここでは、1つの実軸と2つの虚軸からなる空間を考える。
i2=−1
j2=−1
i・j=0
j・f(φ)=j・f(0)
であるものとする。
In the complex function display of the three-dimensional polar coordinates according to the present invention, the above-described point A with respect to a predetermined coordinate (origin) is represented as in the following
i 2 = -1
j 2 = -1
i · j = 0
j · f (φ) = j · f (0)
It is assumed that
直交座標系を用いるよりも、極座標系を用いる方がユーザにとって直感的に理解し易いことがある。すなわち、空間における物体の回転や波の伝播といった方向を表現する場合等、所定の基準(原点)からの距離と角度とを用いることで、ユーザが一見して事象を把握できるようになる場合がある。本発明では上記のような定義を採用し、所定の用途においては三次元極座標を複素関数で扱うことができるようにした。 It may be easier for a user to intuitively understand a polar coordinate system than to use a rectangular coordinate system. In other words, in the case where the direction such as the rotation of an object in a space or the propagation of a wave is expressed, by using a distance and an angle from a predetermined reference (origin), the user may be able to grasp the event at a glance. is there. In the present invention, the above definition is adopted, and in a predetermined application, three-dimensional polar coordinates can be handled by a complex function.
(オイラーの公式)
数2を用いることで、次のような数3が成り立つ。
By using
(動径及び偏角に対する演算)
数4に示すように、動径rついては加法及び減法を行うことができる。すなわち、加法性がある。
As shown in Equation 4, addition and subtraction can be performed on the radius r. That is, there is an additive property.
また、数5に示すように、動径rについては乗法及び除法を行うことができる。すなわち、斉次性がある。
また、数6に示すように、偏角φ方向にΔφだけ回転する演算は、eiΔφを乗じることにより算出できる。
同様に、数7に示すように、偏角θ方向にΔθだけ回転する演算は、eiΔθを乗じることにより算出できる。
(微分)
動径方向の導関数は、数8に示すように求められる。
The derivative in the radial direction is obtained as shown in Expression 8.
また、φ方向の導関数は、数9に示すように求められる。
同様に、θ方向の導関数は、数11に示すように求められる。
以上のように、φ方向及びθ方向の導関数は、元の関数となる。例えば三角関数では導関数を求めると正弦と余弦とが互いに入れ替わるところ、上記のような指数関数で表現した方がユーザにとっても扱い易くなる。 As described above, the derivatives in the φ direction and the θ direction are the original functions. For example, in the case of a trigonometric function, when a derivative is obtained, the sine and the cosine are exchanged with each other, but the exponential function described above makes it easier for the user to handle .
以上のように、オイラーの公式の適用、動径rに対する四則演算、X−Y平面上におけるX軸からの偏角φの回転、回転後の点及びZ軸が含まれる平面上におけるZ軸からの偏角θの回転、微分といった演算について、三次元極座標の複素関数表示が可能となる。実軸、虚数i軸及び虚数j軸からなる空間の複素関数として表すことができるため、ユーザにとっては空間上の位置及び方向が把握し易くなる。 As described above, the application of Euler's formula, the four arithmetic operations on the radial radius r, the rotation of the declination φ from the X axis on the XY plane, the point after rotation and the Z axis on the plane including the Z axis rotation of the deflection angle theta, the calculation finely minutes say, it is possible to display complex function of the three-dimensional polar coordinates. Since it can be represented as a complex function of a space composed of a real axis, an imaginary i-axis, and an imaginary j-axis, it is easy for the user to grasp the position and direction in the space.
<実施形態>
本発明は、建築、土木、振動、流体、電磁気、航空等、様々な分野における三次元の情報処理に用いることができる。ここでは一例として、地震の震源位置の推定を行う方法について説明する。
<Embodiment>
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for three-dimensional information processing in various fields such as architecture, civil engineering, vibration, fluid, electromagnetism, and aviation. Here, as an example, a method of estimating the epicenter of an earthquake will be described.
(原理)
図2は、震源eと観測地点mとの関係を説明するための図である。本実施形態では、直線状にない3以上の観測地点(図2の例では、m、m+1及びm+2)で、加速度、速度又は変位を時刻と対応付けて継続的に測定し、波形データを取得する。なお、本実施形態は地表面を平面として扱い、観測地点は同一のX−Y平面(「地表面」とも呼ぶ)上に存在するものとしているが、例えば観測地点の海抜に応じてz座標を設定するようにしてもよい。数12は、震源eと観測地点mとの間の地盤が均一である場合のある観測地点mにおけるP波及びS波の到達時刻の差を、震源eとの距離を用いて表した式である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the epicenter e and the observation point m. In this embodiment, at three or more observation points that are not linear (m, m + 1, and m + 2 in the example of FIG. 2), the acceleration, velocity, or displacement is continuously measured in association with time to acquire waveform data. I do. In this embodiment, the ground surface is treated as a plane, and the observation points are assumed to be on the same XY plane (also referred to as “ground surface”). You may make it set. The number 12 is the difference between the arrival times of the P wave and S wave at the observation point m with the case ground is uniform between the epicenter e and observation point m, the formula expressed using the distance between the seismic source e is there.
数12の式を変形すると、震源からm地点までの距離Rmは、次の数13のように求められる。
ところで、震源eと地表面の観測地点mとがある程度離隔されている場合、2地点間の地盤はたいてい均一でなく、複数の地層を含んでいる。また、地震波の伝播する速度は地層ごとに異なる。そして、地震波の伝播速度が異なる地層の境界で、地震波は屈折する。図3は、震源eと観測地点mとの間に2種類の地層が存在する場合の模式的な縦断面図である。図3に示すように、進行波の伝播する速度がV1である地層と、進行波の伝播する速度がV2である地層とが存在する場合、速度V1及びV2と地震波が進行する角度との関係は、スネルの法則より数14のようになる。
ここで、未知数である震源eの仮の座標を(Xe,Ye,Ze)とおく。また、仮の原点Oを地表面上に設定し、各観測地点の座標(Xm,Ym,Zm)を仮定する。このとき、震源eを始点とするm地点における位置ベクトルMは、極座標を用いて表すと数15のようになる。
そして、震源eを始点とした場合のm地点へのベクトルによって次の数16から数19に示す関数が成り立つ。なお、偏角φ及びθは、震源eを原点とした場合のm地点への偏角である。また、m地点が地表面である場合、Zmは0である。
なお、Tmは所定の波形(例えば、図4に矢印で示すようなS波の振幅の所定期間における極大値)を観測した時刻、Teは所定の波形が震源において発生した時刻、tmは所定の波形がm地点まで伝達するのに要した時間とする。また、vは、S波が伝播する速度とする。なお、図4は、実体波(P波及びS波を含む)の振幅の大きさを測定したデータの一例である。数15に基づく数16から数18の導出は、i2=−1、j2=−1、i・j=0、j・f(φ)=j・f(0)、φは実軸−i軸平面上における実軸からの偏角、θは実軸−i軸平面からの偏角、f(φ)は変数φを有する項といった制約のもとで成り立っている。
Incidentally, T m is a predetermined waveform (e.g., the maximum value in a predetermined period of the amplitude of the S wave as shown by the arrows in FIG. 4) time time was observed, T e is the predetermined waveform generated in the epicenter, t m Is the time required for a given waveform to propagate to point m. Also, v is the speed at which the S wave propagates. FIG. 4 is an example of data obtained by measuring the amplitude of a body wave (including a P wave and an S wave). Derivation of Expression 18 from Expression 16 based on
ここまでで、Rmは数13により求まる。また、Xm、Ym及びZmも、任意の原点Oとの相対的な経度、緯度及び海抜の差に基づいて求めることができる。さらに、vは、現地の地層におけるS波の速度として推定することができる。また、tmは、Rm及びvに基づいて推定することができる。同様に、Teも、Rm、v、及びTmに基づいて推定することができる。ここで、Xe、Ye、Zeは変数である。 Up to this point, R m is obtained by Expression 13 . Further, X m , Y m, and Z m can also be obtained based on a difference in longitude, latitude, and sea level with respect to an arbitrary origin O. Further, v can be estimated as the velocity of the S wave in the local formation. Also, t m can be estimated based on R m and v. Similarly, T e can also be estimated based on R m, v, and T m. Here, Xe , Ye , and Ze are variables.
しかし、地震波が複数の地層を通過すると、数14に示したように地層の境界で屈折す
るため、地震波は震源eから最短距離を伝播して観測地点mに到達するわけではない。図5は、地層の境界で地震波が屈折する例を示す模式図である。例えば2種類の地層が存在する場合、地層境界のZ座標を震源eからの極座標の関数で表すと次のようになる。
このとき、震源eから観測地点mへ伝播する地震波と地層の境界面との交点Jmを数2
1のようにおく。
Set as 1 .
そして、地層境界面での屈折後の偏角をφjm2(XY平面上でX軸となす角)、θjm2(Z軸及び垂線の足Hを含む平面上でXY平面となす角)とおくと、φ方向の導関数(数9)及びθ方向の導関数(数11)並びにスネルの法則(数14)より次の数22及び数23が成り立つ。すなわち、点Jmを境にφ及びθの値が変化する。なお、境界面よりも地下側の地層における地震波の伝播速度をV1、境界面よりも地上側の地層における地震波の伝播速度をV2とする。
図6は、図5に示した地震波の屈折を、震源e、境界面と地震波との交点Jm及びJmからXY平面への垂線の足Hを含む平面上に表した図である。なお、観測地点mは同一平面上にないため、図6に表されたRm2及びθm2の外見上の大きさは正確ではない。境界は、模式的に境界面を平面とし、震源e、境界面と地震波との交点Jm及びJmからXY平面への垂線の足Hを含む平面と交わる直線を示している。鉛直方向であるZ軸と境界の法線とのなす角を、θ方向の導関数で表すことができる。 6, the refraction of seismic waves shown in FIG. 5 is a diagram showing a plane containing a perpendicular foot H of source e, from the intersection J m and J m of the boundary surface and seismic to the XY plane. Since the observation point m is not on the same plane, the apparent magnitudes of R m2 and θ m2 shown in FIG. 6 are not accurate. Boundary schematically the boundary surface between the plane, shows a straight line intersecting seismic source e, from the intersection J m and J m of the boundary surface and the seismic and the plane containing the foot H of a perpendicular to the XY plane. The angle between the vertical Z-axis and the normal to the boundary can be represented by a derivative in the θ-direction.
また、図7は、図5に示した地震波の屈折を、XY平面上に表した図である。図7の例でも模式的に境界面を平面とし、XY平面と平行な、点Jmを通過する平面と交わる直線を示している。この場合は、Y軸と境界の法線とのなす角を、φ方向の導関数で表すことができる。 FIG. 7 is a diagram showing the refraction of the seismic wave shown in FIG. 5 on an XY plane. Schematically by the boundary surface between the plane in the example of FIG. 7, XY plane parallel shows a straight line intersecting the plane passing through the point J m. In this case, the angle between the Y axis and the normal of the boundary can be represented by a derivative in the φ direction.
また、屈折により方向の変化した2つのベクトルの和が観測地点mに一致することから、次の数24の関係が成り立つ。数22〜数24に示すような進行方向の変化は、極座標
で表すとユーザにとって空間的に把握し易くなる。また、震源の推定処理とともに、数22〜数24や、図5〜図7に示したような表示をユーザに提示するようにしてもよい。
数24の未知数Rm1、φm1、θm1、Rm2、φm2及びθm2は、数16〜数23の方程式より求めることができる。なお、数16〜数18を用いて地震波が2つの地層を通過する場合における数19は、数25のように表すことができる。
また、Rmは誤差を含む未定値であるとみなし、次の数26、数27に示す関係によって定義される変数Xe、Ye、Ze、Xm1、Ym1、Zm1の関数とする。
そして、数25に示すt m を変数とみなし、次の数28に示す関数を定義する。
なお、nは観測地点の数である。数28に示すΨ(tme)は、観測値から算出した震源からの距離Rm(Rm1+Rm2)及び地震波の速度に基づく地震波が到達するまでの時間と、仮定上の地震発生時刻Teから観測地点に到達するまでの時間との差分を、複数の観測地点について合計した値である。そして、変数を変動させ、このΨを最小にする変数の組合せ(Xe,Ye,Ze,Te)を求める。変数は、例えばモンテカルロ法によりランダムに変動させて近似するようにしてもよいし、その他の方法で求めるようにしてもよい。このように、同一の地震波形が観測された時刻のずれから推定される震源からの距離に基づいて、震源の位置を推定することができる。観測地点の個数mが増えるほど、Rmを算出する過程で含まれる観測誤差は低減され、震源の位置を精度よく推定することができるようになる。 Note that n is the number of observation points. Ψ (t me ) shown in Expression 28 is a time until the seismic wave arrives based on the distance R m (R m1 + R m2 ) from the epicenter calculated from the observed value and the velocity of the seismic wave, and the hypothetical earthquake occurrence time T This is a value obtained by summing the difference from the time from e to the arrival at the observation point for a plurality of observation points. Then, varying the variable, combination of variables that the Ψ minimizes (X e, Y e, Z e, T e) is determined. The variables may be approximated by randomly varying them by, for example, the Monte Carlo method, or may be obtained by other methods. Thus, the position of the epicenter can be estimated based on the distance from the epicenter estimated from the time difference when the same earthquake waveform was observed. As the number m of the observation point increases, measurement error included in the process of calculating the R m is reduced, it is possible to estimate the seismic position accurately.
(構成)
図8は、本実施形態に係るシステムの概要を示すブロック図である。図8のシステムは、三次元データ処理装置1と、複数のセンサ2(図8の例では2a、2b、2c・・・)
とを有し、三次元データ処理装置1とセンサ2とは互いに接続されている。センサ2は、加速度、速度又は変位を時刻と対応付けて継続的に測定し、波形データを三次元データ処理装置1へ送信する。三次元データ処理装置1は、受信した波形データの到達時刻の差に基づいて震源の位置を推定する。
(Constitution)
FIG. 8 is a block diagram illustrating an outline of a system according to the present embodiment. The system in FIG. 8 includes a three-dimensional
The three-dimensional
図9は、本実施形態に係る三次元データ処理装置1の一例を示す機能ブロック図である。三次元データ処理装置1は、データ記憶部101と、設定取得部102と、波形データ取得部103と、位置推定部104と、結果出力部105とを有する。データ記憶部101には、センサ2の位置を示す情報や地層の構成を表す情報、各地層中を波形が進む速度等が予め保持されているものとする。なお、センサ2の位置は、所定の原点を基準とした座標が予め算出されているものとする。例えば、センサ2の設置された地点における緯度及び経度と、所定の原点に定められた地点の緯度及び経度とに基づき、空間上の座標に変換しておく。また、データ記憶部101には、センサ2から取得した波形データが保持される。また、設定取得部102は、データ記憶部101から、センサ2の位置やセンサ2の周辺に存在する地層において地震波が進む速度等の情報を取得する。波形データ取得部103は、センサ2が観測した波形データを取得する。波形データは、例えば、加速度、速度又は位相を示すデータであり、それぞれ既存のセンサによって観測することができる。また、位置推定部104は、原理の説明において示した数27が最小となる変数の組み合わせを求め、震源の座標を推定する。また、結果出力部105は、推定した震源の位置等を、三次元データ処理装置1に接続されているモニタ等に出力する。なお、例えばネットワークを介して他の装置に結果を出力するようにしてもよい。
FIG. 9 is a functional block diagram illustrating an example of the three-dimensional
(装置構成)
図10は、コンピュータの一例を示す装置構成図である。三次元データ処理装置1は、図10に示すようなコンピュータである。図10に示すコンピュータ1000は、CPU(Central Processing Unit)1001、主記憶装置1002、補助記憶装置1003、
通信IF(Interface)1004、入出力IF(Interface)1005、ドライブ装置1006、通信バス1007を備えている。CPU1001は、プログラム(「ソフトウェア」又は「アプリケーション」とも呼ぶ)を実行することにより本実施の形態に係る処理を行う。主記憶装置1002は、CPU1001が読み出したプログラムやデータをキャッシュしたり、CPUの作業領域を展開したりする。主記憶装置は、具体的には、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等である。補助記憶装置1003は、CPU1001により実行されるプログラムや、本実施の形態で用いる設定情報などを記憶する。補助記憶装置1003は、具体的には、HDD(Hard-disk Drive)やSS
D(Solid State Drive)、フラッシュメモリ等である。主記憶装置1002や補助記憶
装置1003は、監視装置1のデータ記憶部101として働く。通信IF1004は、他のコンピュータとの間でデータを送受信する。通信IF1004は、具体的には、有線又は無線のネットワークカード等である。三次元データ処理装置1は、通信IF1004によりインターネット等のネットワークを介してセンサ2と接続されるようにしてもよい。入出力IF1005は、入出力装置と接続され、ユーザから操作を受け付けたり、ユーザへ情報を提示したりする。入出力装置は、具体的には、キーボード、マウス、ディスプレイ、タッチパネル等である。ドライブ装置1006は、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等の記憶媒体に記録されたデータを読み出したり、記憶媒体にデータを書き込んだりする。以上のような構成要素が、通信バス1007で接続されている。なお、これらの構成要素はそれぞれ複数設けられていてもよいし、一部の構成要素(例えば、ドライブ装置1006等)を設けないようにしてもよい。また、入出力装置がコンピュータと一体に構成されていてもよい。また、ドライブ装置1006で読み取り可能な可搬性の記憶媒体や、フラッシュメモリのような可搬性の補助記憶装置1003、通信IF1004などを介して、本実施の形態で実行されるプログラムが提供されるようにしてもよい。そして、CPU1001がプログラムを実行することにより、図10に示したコンピュータを
三次元データ処理装置1として働かせる。
(Device configuration)
FIG. 10 is an apparatus configuration diagram illustrating an example of a computer. The three-dimensional
A communication IF (Interface) 1004, an input / output IF (Interface) 1005, a
D (Solid State Drive), flash memory, and the like. The
(震源推定処理)
図11は、震源推定処理の一例を示す処理フローである。震源推定処理では、上述した原理に従って震源の位置を推定する。まず、三次元データ処理装置1の設定取得部102は、データ記憶部101からセンサの位置や、当該地盤において実体波が伝達される速さ等の設定データを取得する(図11:S1)。これらは、例えばユーザが予め入力してデータ記憶部101に保持させておくものとする。
(Earthquake estimation processing)
FIG. 11 is a processing flow illustrating an example of the hypocenter estimation processing. In the hypocenter estimation processing, the position of the hypocenter is estimated according to the above-described principle. First, the setting
また、三次元データ処理装置1の波形データ取得部103は、センサ2から波形データを取得する(S2)。なお、波形データは、観測した時刻と対応付けてデータ記憶部101へ記憶させる。なお、時刻を示す情報は、各観測地点において付加されたものを取得してもよいし、波形データ取得部103が例えば各観測地点からの伝送にかかる時間を加味して決定してもよい。ここでは、各センサから図4に示したようなデータが取得される。
Further, the waveform
その後、三次元データ処理装置1の位置推定部105は、震源の座標を推定する(S3)。本ステップでは、三次元極座標形式を用いて、地層の境界で変化する地震波の進行方向を定義する。そして、変数である震源の座標を変動させつつ、原理の欄で説明した数27のΨを最小にする震源の座標を求める。このとき、三次元極座標形式を用いて、計算過程又は計算結果をユーザに対して表示するようにしてもよい。
Then, the
そして、三次元データ処理装置1の結果出力部106は、推定された震源の位置を出力する(S4)。出力先は、三次元データ処理装置1に接続された表示装置であってもよいし、他のコンピュータであってもよい。
Then, the result output unit 106 of the three-dimensional
<その他>
本発明は、上述の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加え得るものである。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
上でも述べた通り、本発明に係る三次元極座標の複素関数表示は、建築、土木、振動、流体、電磁気、航空等、様々な分野に用いることができる。このような表現によれば、特にユーザにとって空間上の位置や方向が把握し易くなるという利点がある。よって、機器の操作、仮想空間における3Dオブジェクトの移動、その他様々なユーザインタフェースや、ユーザ同士の情報伝達手段にも好適に用いることができる。 As described above, the complex function representation of the three-dimensional polar coordinates according to the present invention can be used in various fields such as architecture, civil engineering, vibration, fluid, electromagnetic, and aeronautical. According to such an expression, there is an advantage that it is easy for the user to easily grasp the position and the direction in the space. Therefore, it can be suitably used for operation of a device, movement of a 3D object in a virtual space, various other user interfaces, and information transmission means between users.
1 三次元データ処理装置
101 データ記憶部
102 設定取得部
103 波形データ取得部
104 位置推定部
105 結果出力部
2 センサ
Claims (4)
前記処理部は、前記シミュレーションにおいて、 The processing unit, in the simulation,
三次元ユークリッド空間における座標(r・cosφ・cosθ,r・sinφ・cosθ,r・sinθ)を、直交する3軸をそれぞれ実軸、虚数i軸および虚数j軸に対応付けた三次元空 The coordinates (r · cosφ · cosθ, r · sinφ · cosθ, r · sinθ) in the three-dimensional Euclidean space are represented by a three-dimensional space in which three orthogonal axes are respectively associated with a real axis, an imaginary i-axis, and an imaginary j-axis.
間における三次元極座標A=r・ePolar coordinate A = r · e between iφ+jθiφ + jθ (φは実軸−i軸平面上における実軸からの偏角、θは実軸−i軸平面からの偏角)として表現し、(Φ is a declination from the real axis on the real axis-i-axis plane, θ is a declination from the real axis-i-axis plane)
虚数単位iについてi I for imaginary unit i 22 を−1に置き換え、虚数単位jについてjTo -1 and j 22 を−1に置き換えると共に、キャンセル項として、i・jを含む項を0に置き換え、j・f(φ)を含む項をj・f(0)に置き換えることで、Is replaced by −1, the term containing i · j is replaced with 0, and the term containing j · f (φ) is replaced with j · f (0) as the cancellation term.
動径に対する加減乗除、偏角方向の回転、動径方向又は偏角方向の微分のシミュレーションを行う Simulates addition, subtraction, multiplication, division, rotation in the declination direction, and differentiation in the radial or declination direction
三次元データ処理方法。 3D data processing method.
仮定上の震源から第1の地層と第2の地層との境界上の点までを、地震波が伝播する第1の距離と、前記境界上の点から観測地点までを前記地震波が伝播する第2の距離との和を前記三次元極座標を用いて表し、仮定上の地震発生時刻から前記観測地点において前記地震波を観測するまでの時間と、仮定上の震源から前記観測地点に前記地震波が到達するまでの時間との差分が小さくなるような、前記仮定上の震源及び前記仮定上の地震発生時刻を、前記複数の観測地点における前記波形データを用いて探索するステップと、
をさらに前記処理部が実行する請求項1に記載の三次元データ処理方法。 Acquiring waveform data relating to seismic waves from sensors at a plurality of observation points whose positions are known in advance,
A first distance at which the seismic wave propagates from the hypothetical hypocenter to a point on the boundary between the first and second strata, and a second distance at which the seismic wave propagates from the point on the boundary to the observation point. Represents the sum of the distance and the three-dimensional polar coordinates, the time from the hypothetical earthquake occurrence time to the observation of the seismic wave at the observation point, and the seismic wave reaches the observation point from the hypothetical hypocenter Searching for the hypothetical hypocenter and the hypothetical earthquake occurrence time using the waveform data at the plurality of observation points, such that the difference from the time until becomes smaller,
The three-dimensional data processing method according to claim 1, further comprising:
前記シミュレーションにおいて、 In the simulation,
三次元ユークリッド空間における座標(r・cosφ・cosθ,r・sinφ・cosθ,r・sinθ)を、直交する3軸をそれぞれ実軸、虚数i軸および虚数j軸に対応付けた三次元空 The coordinates (r · cosφ · cosθ, r · sinφ · cosθ, r · sinθ) in the three-dimensional Euclidean space are represented by a three-dimensional space in which three orthogonal axes are respectively associated with a real axis, an imaginary i-axis, and an imaginary j-axis.
間における三次元極座標A=r・ePolar coordinate A = r · e between iφ+jθiφ + jθ (φは実軸−i軸平面上における実軸からの偏角、θは実軸−i軸平面からの偏角)として表現し、(Φ is a declination from the real axis on the real axis-i-axis plane, θ is a declination from the real axis-i-axis plane)
虚数単位iについてi I for imaginary unit i 22 を−1に置き換え、虚数単位jについてjTo -1 and j 22 を−1に置き換えると共に、キャンセル項として、i・jを含む項を0に置き換え、j・f(φ)を含む項をj・f(0)に置き換えることで、Is replaced by −1, the term containing i · j is replaced with 0, and the term containing j · f (φ) is replaced with j · f (0) as the cancellation term.
動径に対する加減乗除、偏角方向の回転、動径方向又は偏角方向の微分のシミュレーションを行う Simulates addition, subtraction, multiplication, division, rotation in the declination direction, and differentiation in the radial or declination direction
三次元データ処理プログラム。 3D data processing program.
前記処理部は、前記シミュレーションにおいて、 The processing unit, in the simulation,
三次元ユークリッド空間における座標(r・cosφ・cosθ,r・sinφ・cosθ,r・sinθ)を、直交する3軸をそれぞれ実軸、虚数i軸および虚数j軸に対応付けた三次元空 The coordinates (r · cosφ · cosθ, r · sinφ · cosθ, r · sinθ) in the three-dimensional Euclidean space are represented by a three-dimensional space in which three orthogonal axes are respectively associated with a real axis, an imaginary i-axis, and an imaginary j-axis.
間における三次元極座標A=r・ePolar coordinate A = r · e between iφ+jθiφ + jθ (φは実軸−i軸平面上における実軸からの偏角、θは実軸−i軸平面からの偏角)として表現し、(Φ is a declination from the real axis on the real axis-i-axis plane, θ is a declination from the real axis-i-axis plane)
虚数単位iについてi I for imaginary unit i 22 を−1に置き換え、虚数単位jについてjTo -1 and j 22 を−1に置き換えると共に、キャンセル項として、i・jを含む項を0に置き換え、j・f(φ)を含む項をj・f(0)に置き換えることで、Is replaced by −1, the term containing i · j is replaced with 0, and the term containing j · f (φ) is replaced with j · f (0) as the cancellation term.
動径に対する加減乗除、偏角方向の回転、動径方向又は偏角方向の微分のシミュレーションを行う Simulates addition, subtraction, multiplication, division, rotation in the declination direction, and differentiation in the radial or declination direction
三次元データ処理装置。 3D data processing device.
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