JP6719368B2 - ３次元空間可視化装置、３次元空間可視化方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、３次元空間可視化装置、３次元空間可視化方法およびプログラムに関する。

近年、例えば３Ｄレーザスキャナなどの非接触の３次元計測装置や画像を用いた３次元空間の再構成技術の開発が進んでおり、例えば既設の大型かつ複雑な構造の施設（建造物）内部をスキャンして得たアズビルトデータをさまざまな用途に利用することが考えられている。例えば機器の改造・追設工事計画や機器の搬入計画などの立案などもその一例である。

ところで、既設の原子力プラントなどの建屋のように大型で人が立ち入れない場所の通路や屋内空間を、３Ｄレーザスキャナなどの計測装置によって計測する場合、ある基準位置に３Ｄレーザスキャナをセッティングしてその位置からビームを照射してデータを得ることから、１回の計測で計測対象の空間全体の３次元形状を計測することは難しい。

そこで、従来の技術として、複数の位置から計測したデータを重ね合わせることで、計測対象の空間の３次元データを取得する技術が考えられている。

この他、３Ｄレーザスキャナなどから取得したデータと計測位置の情報を基に、計測対象となる空間を計測済みの空間と未計測の空間に分類して可視化する空間可視化技術がある。

一方、上記の３次元計測装置などにより取得した３次元データから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技術がある。

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するとともに、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作成システムがある。

特開２０１４−１３７２４４号公報 特開２０１５−３４７１１号公報 特開２０１２−６８０４７号公報 特開２０１６−１３３８１８号公報

上述したように、原子力プラントのような大型かつ複雑な構造の施設において、人が立ち入ることが難しい環境下では、実際の設備の形状だけでなく、新たに設備を設置するスペースや周囲の作業性、遠隔操作ロボットのアクセス性を把握する必要があり、設置などに利用できる空間の位置を効率的かつ早期に特定することが重要である。

しかしながら、上記の従来の技術では、どの位置が計測済みで何も物が置かれていない空間であるか、つまり空きスペースを特定するためには、測定したデータと、調査対象範囲のすべての設備のエンジニアリング情報とを組み合わせて、既設の物の位置を含めた正確な空間データを作成する必要があり、莫大な作業時間を要するという課題がある。

また、未計測の空間については、作業者が、構造物の形状を推定することで補うため、作業者の経験とスキルによって、求めたデータの品質にばらつきが生じる。

加えて、その補正作業の経緯がデータに残らないため、モデルと実体が異なった場合に、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、機器の搬入計画などの見直しが発生する。

本発明が解決しようとする課題は、建造物内への機器の設置・搬入計画の過程において、計測済の空間や未計測の空間の情報から物の収まりや通過可否を利用者が容易に判定できる３次元空間可視化装置、３次元空間可視化方法およびプログラムを提供することにある。

実施形態の３次元空間可視化装置は、配置部、干渉判定部を備える。配置部は物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データと、この形状データに基づき前記計測対象空間内で前記物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別して得られた未計測エリアデータとを基に計測対象空間内に表現した計測部位と未計測エリア、を含む３次元画像上に任意のオブジェクトを配置するための画面を表示する。干渉判定部は３次元画像に配置されたオブジェクトと、３次元画像の計測部位および未計測エリアの少なくとも一方との干渉の有無を判定する。

本発明によれば、建造物内への機器の設置・搬入計画の過程において、計測済の空間や未計測の空間の情報から物の収まりや通過可否を利用者が容易に判定できる３次元空間可視化装置、３次元空間可視化方法およびプログラムを提供できる。

第１実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示す図である。 図１の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。 計測済空間と未計測エリアとを区別して表した３次元画像の一例を示す図である。 図３Ａの３次元画像を座標Ｚ₀で切り取った断面図である。 計測済空間の計測データ上に直方体形状のオブジェクトを配置して生成した３次元画像の一例を示す図である。 図４Ａの３次元画像を座標Ｚ₀で切り取った断面図である。 干渉空間を３次元画像で表した一例を示す図である。 図５Ａの３次元画像を座標Ｚ₀で切り取った断面図である。 干渉部位を３次元画像で表した一例を示す図である。 図６Ａの３次元画像を座標Ｚ₀で切り取った断面図である。 オブジェクトおよび未計測エリアを含めて干渉空間を３次元画像で表した一例を示す図である。 図７Ａの３次元画像を座標Ｚ₀で切り取った断面図である。 第２実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示す図である。 図８の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。 設定した調査範囲を３次元画像で表した一例を示す図である。 図１０Ａの３次元画像を座標Ｚ₀〜Ｚ₁の位置で切り取った断面図である。 調査範囲を座標Ｚ₁〜Ｚ₂の位置に設定して３次元画像で表した一例を示す図である。 図１０Ａの３次元画像を座標Ｚ₁〜Ｚ₂の位置で切り取った断面図である。 第３実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示す図である。 図１２の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。 オブジェクトの移動経路を設定した状況を示す図である。 図１４Ａの３次元画像を座標Ｚ₀の位置で切り取った断面図である。 移動経路上を移動するオブジェクトの移動軌跡と干渉の様子を示す図である。 図１５Ａの３次元画像を座標Ｚ₀の位置で切り取った断面図である。 第４実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示す図である。 図１６の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示すブロック図である。図２は図１の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。

第１実施形態の３次元空間干渉判定システム１０は、３次元計測装置１１、データ処理部としてのパソナルコンピュータ１２（以下「ＰＣ１２」と称す）、入出力装置としてのパラメータ入力部１３や表示装置１４などを備える。

３次元計測装置１１は、非接触計測により、対象構造物の表面（例えば建造物の屋内（通路や部屋）であれば内壁面）の位置および形状の３次元データ（アズビルトデータ）を計測する装置である。

例えば非接触計測する装置が３Ｄレーザ計測装置の場合、空間のある位置（基準位置）に３Ｄレーザ計測装置を配置する。そして３Ｄレーザ計測装置は、対象構造物に向かってレーザを走査する。次に３Ｄレーザ計測装置は対象構造物で反射したレーザを受光して基準位置からの距離を計測し、レーザの出力方向と距離から対象構造物の表面点の３次元座標を算出する。

すなわち、３次元計測装置１１は、非接触計測により自身が設置されている基準位置を基に対象構造物の表面上までの距離を測定し、それらの形状データ（例えば、点群データ）を得る。

３次元計測装置１１としては、上記３Ｄレーザ以外にも光から電波までの指向性を持つ電磁波測定装置、および超音波測定装置、ステレオビジョン測定装置などの機器を用いることができる。

パラメータ入力部１３は、例えばキーボードやマウス、外部入力インターフェース装置などであり、ユーザの操作によって、例えばオブジェクトの配置や点群データを閲覧する際のデータを見る視点位置および角度、配置するオブジェクトの種類、位置および姿勢のパラメータ、キー操作や画面のボタンクリックによる指示などが入力された場合、その入力指示および入力データを受け付けてＰＣ１２に入力する。

つまりパラメータ入力部１３は、３次元画像を切り取る断面の方向および位置を設定する断面設定部として機能する。表示装置１４は、ＰＣ１２から出力された画面や画像を表示する。具体的には画像生成部１０７により生成された画像などを表示する。

ＰＣ１２は、形状データ取得部１００、データ蓄積部１０１、座標統合部１０２、未計測エリア識別部１０３、オブジェクト配置部１０４、干渉判定部１０６、画像生成部１０７などを備える。

データ蓄積部１０１は、例えばハードディスクドライブ装置やメモリなどであり、形状データ蓄積部１０１ａ、空間データ蓄積部１０１ｂ、オブジェクトデータ蓄積部１０１ｃ、干渉空間データ蓄積部１０１ｄなどの記憶領域を有する。この他、データ蓄積部１０１は、上記各部がデータの処理を行う上での作業領域（一時記憶領域など）として機能する。

形状データ蓄積部１０１ａには、形状データ取得部１００により取得された形状データが蓄積（記憶）される。形状データは、レーザ計測により測定された空間の範囲（壁面）を示す点群データであり、例えば物が置かれていない箱形の室内では、箱形の形状を示すものとなる。この形状データは座標統合部１０２により必要に応じて読み出される。

空間データ蓄積部１０１ｂには、未計測エリア識別部１０３により識別された、計測が実施されていない空間のデータ（未計測エリアデータｄ２）が蓄積（記憶）される。未計測エリアとは、例えば室内に物が置かれている状況でレーザ計測を行った結果、レーザ照射点（基準位置）から物の陰になり計測されない領域である。

オブジェクトデータ蓄積部１０１ｃには、機器や設備の形状を表現した３次元オブジェクトデータｄ３（オブジェクト情報）が複数記憶されている。

干渉空間データ蓄積部１０１ｄには、干渉判定部１０６により計測済空間や未計測エリアなどとして判定された３次元空間の形状データに相当する３次元画像とオブジェクトとの干渉状況を示す干渉空間データが蓄積（記憶）される。

形状データ取得部１００は、例えば柱や配管などの物が存在する計測対象空間内のある基準位置３１（図３Ａ、図３Ｂ参照）からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データ（図３Ａの計測データ３２や計測済空間など）を取得する。すなわち形状データ取得部１００は、このＰＣ１２の外部、つまり３次元計測装置１１から入力される形状データｄ１を取得する。

形状データｄ１は３次元計測装置１１が設置される位置を基準として得られる点群データであり、３次元計測装置１１の位置が変われば同じ壁面を計測した点群データであっても各点の座標が異なる。座標統合部１０２は、その点群データの座標系を、３次元計測装置１１の位置によらない同一の座標系（グローバル座標系）に統合（変換）し、統合形状データとする。

すなわち座標統合部１０２は、物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示すローカル座標系の形状データを、一つのグローバル座標系に統合して統合形状データを生成する。

なお、計測対象空間内の異なる計測位置での複数の点群データが得られた場合、各々の基準位置で計測されたローカル座標系の複数の点群データを統合し、一つのグローバル座標系の統合形状データを生成する。

未計測エリア識別部１０３は、統合形状データにおける計測位置と点群データとの位置関係から、計測が実施されていない空間（未計測エリア）（図３Ａ参照）を識別し、識別した未計測エリアのデータｄ２を空間データ蓄積部１０１ｂに記憶する。
すなわち未計測エリア識別部１０３は、座標統合部１０２により統合された統合形状データに基づき、計測対象空間内で柱や配管などの物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別し未計測エリアデータを生成する。

オブジェクト配置部１０４は、生成された未計測エリアデータと計測データ３２を基に計測対象空間内に計測部位と未計測エリアを表現し、これら計測部位と未計測エリアを含む３次元画像に任意のオブジェクト４１を配置するための画面（図４Ａなど、参照）を表示する。ここでオブジェクト４１とは、配置対象の物（ロッカーや棚など）の形状を示す３次元または２次元の図形である。

オブジェクト配置部１０４は、画面における干渉の判定対象となる対象構造物（部屋や通路に後付されたロッカーや棚、柱、配管や補強部材、今後設置する機材など）の配置操作に応じて、対応する３次元オブジェクトをオブジェクトデータ蓄積部１０１ｃから読み出して点群データ中に配置する。

干渉判定部１０６は、３次元画像に配置されたオブジェクト４１と、３次元画像の計測データ３２（計測部位）および未計測エリア３３の少なくとも一方との干渉の有無を判定する。つまり干渉判定部１０６は、ユーザが配置したオブジェクトと他のデータ（測定済空間のデータや未測定空間のデータなど）との干渉を判定する。

干渉判定部１０６は干渉空間データ生成部１０６ａを有する。干渉空間データ生成部１０６ａは、干渉判定部１０６が干渉ありと判定した干渉部位に相当する干渉空間データを生成し干渉空間データ蓄積部に１０１ｄに蓄積（記憶）する。

干渉判定部１０６は、オブジェクト４１と計測データ３２（計測部位）との第１干渉部位５１の有無、およびオブジェクト４１と未計測エリア３３との第２干渉部位５２の有無をそれぞれ識別する（図５Ｂ参照）。

干渉空間データ生成部１０６ａは、干渉判定部１０６により干渉ありと判定された第１干渉部位５１に相当する第１干渉空間データと第２干渉部位５２に相当する第２干渉空間データとをそれぞれ生成し、干渉空間データ蓄積部１０１ｄに蓄積（記憶）する。

画像生成部１０７は、データ蓄積部１０１から計測済の形状データ（計測データ３２）、未計測空間のデータ（未計測エリア３３のデータ）、オブジェクトデータ（配置した機器、設備の図形データ）、干渉空間データ（干渉部位５１、５２のデータ）などを読み出して、これらのデータを基に３次元画像３０を生成し、生成した３次元画像３０に干渉部位５１、５２を重ね合わせた画像を生成し表示部１４へ出力する。つまり画像生成部１０７は点群データや干渉判定結果などの表示画像を生成する。

画像生成部１０７は、干渉空間データを基に、３次元画像３０に干渉部位５１、５２（図５Ａ参照）を重ね合わせた画像を生成し表示部１４へ出力する。なおこの例（図５Ａ）の干渉部位５１は小さいため図５Ｂを参照。

画像生成部１０７は、干渉空間データを基に、オブジェクト４１に干渉部位５２（図６Ａ参照）を重ねた画像を生成し出力する。なお３次元画像３０の計測部位や未計測エリアにオブジェクト４１との干渉部位５１、５２が重なる場合、画像生成部１０７は、その両方に干渉部位５１、５２を重ねた画像を生成し出力する。

この際、画像生成部１０７は、干渉部位５２をオブジェクト４１とは異なる表示形態にしてオブジェクト４１と重ねた画像を生成し表示部１４へ出力する。異なる表示形態とは例えば干渉部位５２の模様や塗りつぶしの色を元のオブジェクト４１の模様や塗りつぶしの色と異ならせることをいう。

画像生成部１０７は、第１干渉部位５１と第２干渉部位５２とを異なる表示形態で３次元画像３０に重ね合わせた画像を生成し出力する（図５Ｂ、図６Ｂ参照）。

次に、図２のフローチャートおよび図３Ａ乃至図７Ｂを参照してこの３次元空間干渉判定システムの動作を説明する。
この３次元空間干渉判定システム１０の場合、計測対象となる計測対象空間内の複数の計測位置に３次元計測装置１１を配置し、各位置において３次元計測装置１１が計測を行い、形状データｄ１を取得し（ステップＳ１）、形状データ蓄積部１０１ａに保存する。

次に、座標統合部１０２は、形状データ蓄積部１０１ａに保存された各々の形状データｄ１を読み出し、異なるローカル座標系で表された形状データの座標系を同一の座標系（グローバル座標系）に変換し（ステップＳ２）、１つの形状データに統合する。統合された形状データｄ２は、一旦、形状データ蓄積部１０１ａに保存される。

続いて、未計測エリア識別部１０３は、計測が実施されていない未計測エリア３３を識別する（ステップＳ３）。

詳細に説明すると、未計測エリア識別部１０３は、統合された形状データを形状データ蓄積部１０１ａから読み出し、読み出した形状データのうち、計測位置と計測データ３２の間を計測済みで構造物が存在しない空間、その他の空間を計測が実施されていない未計測エリア３３として識別する。

複数の計測位置において未計測エリア３３を識別した結果の積集合（ＡＮＤ演算）をとることで、最終的な計測空間内の未計測エリア３３を得ることができる。

図３Ａ、図３Ｂは、計測位置と付した位置で形状計測を行ったときに、計測位置と計測データ３２の位置関係から未計測エリア３３を識別し、未計測エリア３３に相当する３次元データを生成し表示した例である。また、図３Ｂの平面図は、図３Ａに示す３次元画像（空間画像）を任意の位置で切断したときの断面（平面）を示す例である。

なお図３Ａの左上に方向線を示しているが、断面に垂直な方向（法線方向）をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とし、Ｚ軸方向の断面はＸＹ平面、Ｙ軸方向の断面はＸＺ平面、Ｘ軸方向の断面はＹＺ平面などと定義する。

断面位置（図３ＡではＺ軸の座標Ｚ＝Ｚ₀）は、ユーザの入力により自由に変更でき、ＸＹ平面上に存在する構造物の計測データ３２（図の太い実線部）、未計測エリア３３などを表示できる。

図３Ｂに示す断面図中に示した破線矢印は、計測位置から照射されるレーザの一例であり、未計測エリア識別部１０３は、レーザの照射方向について計測位置から計測データ３２間を計測済み空間、計測データ３２以降の空間を未計測エリア３３と識別する。

そして、未計測エリア識別部１０３は、識別した未計測エリア３３、および計測済み空間に関する空間データｄ２を空間データ蓄積部１０１ｂに保存する（ステップＳ４）。

画像生成部１０７は、データ蓄積部１０１に記憶されている各データ（計測済空間、未計測エリア３３、干渉空間、オブジェクト４１などのデータ）を読み出し、３次元計測装置１１から取得した形状データに重ね合わせ、または形状データとは別個にして、３次元画像または２次元画像を生成し、表示部１４へ出力することで表示部１４の画面に表示する（ステップＳ５）。

３次元画像の場合、ユーザの入力により、視点の位置・姿勢、点群データの表示倍率といったパラメータを自由に変更することができる。また、２次元画像は、上面図、側面図、断面図など形状データを２次元的に表現した画像を生成でき、ユーザの入力により視点位置や断面平面、断面位置などのパラメータをパラメータ入力部１３より入力および設定することで、３次元画像から切り取る断面を自由に変更することができる。また、識別した未計測エリア３３などの空間データも合わせて表示する。

オブジェクト情報が格納されているオブジェクトデータ蓄積部１０１ｃに記憶されている機器や設備の形状を表現したオブジェクトデータ郡（集まり）の中から、ユーザが干渉を確認したい所望のオブジェクト４１を選択し配置する位置を指定することで、オブジェクト配置部１０４は、指定されたオブジェクトデータｄ３を読み込み、形状データの中に配置する（ステップＳ６）。

配置するオブジェクト４１の種類の選択や配置位置、姿勢の設定はユーザの入力操作によって行われる。また、オブジェクトデータｄ３は記憶されているデータに限らず、ユーザの入力によって任意の形状の３次元データを作成し、ユーザ固有のオブジェクトデータとしてオブジェクトデータ蓄積部１０１ｃに登録し、形状データとの干渉判定に利用してもよい。

図４は直方体形状のオブジェクトデータを形状データの中に配置したときの配置例（表示画像の一例）を示している。図４に示すように、オブジェクト４１は、一つとは限らず、複数配置してもよい。

干渉判定部１０６は、オブジェクト配置部１０４により配置されたオブジェクト４１について、測定済空間のデータと未測定空間のデータとの干渉判定を行い（ステップＳ７）、干渉空間データを生成する。

干渉判定は、３次元のオブジェクトデータ内に形状データが存在する（重なる）か否かを判定する。オブジェクト４１の３次元データの外形内に形状データが含まれる場合、その位置（空間）データを生成し、干渉空間データとする。

また干渉判定部１０６は、形状データとの干渉だけでなく、未計測エリア３３との干渉判定を行う。この場合もオブジェクト４１に含まれる未計測エリア３３を検出することで、干渉の判定を行い、未計測エリア３３との干渉空間データを生成する。

ここで、オブジェクト４１と未計測エリア３３との干渉判定動作（手順）を詳細に説明する。
計測対象空間を予め設定した所定の大きさの複数のブロック（例えば、一辺１０ｍｍの立方体）に分割する。ブロックの大きさや形状についてはこの例に限定されるものではなく、対象空間の大きさなどに応じて適宜設定してよい。

干渉判定部１０６は、各ブロックが未計測エリア３３に含まれているか否かを判定した結果に応じて、対象のブロックに属性を付与し、未計測エリア３３の情報を各ブロックの属性値として持たせる。

次に、干渉判定部１０６は、配置したオブジェクト４１の一部を含むブロックを抽出し、各ブロックの属性を確認する。オブジェクト４１を含むブロックのうち、未計測エリア３３の情報を持つものは、そのブロック内で未計測エリア３３と干渉するものと判定する。

これにより、干渉判定部１０６は、オブジェクト４１と未計測エリア３３が干渉するブロックを検出し、未計測エリア３３との干渉空間データを生成する。この他、未計測エリア３３とオブジェクト４１の共通部分を直接抽出してもよく、また干渉空間データを生成してもよい。

ここから元の処理手順に戻ると、画像生成部１０７は、ステップＳ７の処理で干渉判定部１０６が干渉判定を行った結果、生成した未計測エリア３３を点群データ上に重ね合わせて互いの干渉画像を生成し（ステップＳ８）、表示部１４へ出力することで、該画像を表示部１４の画面に表示する。

図５Ａ、図５Ｂは干渉空間データの生成例（表示画像の一例）であり、図５Ａは３次元画像、図５Ｂは平面画像の生成例である。

なお、パラメータ入力部１３により３次元画像を切り取る断面の方向および位置が設定されることで、画像生成部１０７は、パラメータ入力部１３により設定された断面の方向および位置を基に、図５Ｂに示すようなＺ軸方向の設定位置Ｚ₀（任意の位置）で３次元画像を切り取った２次元の画像、つまり断面画像（平面画像）を表示する。

また、図５Ｂ（断面図）に示すように、オブジェクト４１と計測データ３２との干渉部５１と、オブジェクト４１と未計測エリア３３との干渉部５２とを、例えばその部分の色や模様、その他表示形態を変えることで、干渉状況の違いを区別して表示する。

干渉空間データに対応するオブジェクト４１の干渉部位を特定し、オブジェクト４１全体とその一部の干渉部位との表示形式を変更して表示した場合の表示例（一例）を図６Ａ、図６Ｂに示す。

図７Ａ、図７Ｂは、オブジェクト４１を配置した計測済空間の空間データに、未計測エリア３３の空間データをさらに重ね合わせて表示した場合の表示例（一例）である。

最後に、画像生成部１０７は、干渉空間データを干渉空間データ蓄積部１０１ｂに保存する（ステップＳ９）。

以上説明したようにこの第１実施形態によれば、表示された画像を見ることで、計測対象空間に配置したオブジェクト４１のうち、計測データ３２と干渉する部分、および未計測エリア３３と干渉する部分を視覚的に確認できるようになり、機器の干渉を確認しながら、物の収まり具合や通過可否を判定できる。

また、作業前の現場確認時に注意して確認する部分を未計測部分との干渉部に限定でき、現場確認が必要な場合も現場作業工程を短縮できる。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示すブロック図である。図９は図８の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。なお第２実施形態の構成を説明するにあたり第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。

図８に示すように、第２実施形態の場合、ＰＣ１２は調査範囲設定部１０９を備える。調査範囲設定部１０９は、調査範囲を設定するための画面を表示部１４に表示する。表示された画面の入力欄にユーザが平面の法線方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれか）、調査範囲の始点・終点位置を入力し、確定操作を行うことで、入力された調査範囲がデータ蓄積部１０１に設定される。

調査範囲設定部１０９は、パラメータ入力部１３により入力および設定された断面と直交する方向に調査範囲を設定する。

調査範囲が設定されている場合、干渉空間データ生成部１０６ａは、調査範囲内の干渉部位を、設定された方向に沿って、始点・終点位置に範囲で干渉空間データの和集合を取った干渉空間データを生成する。画像生成部１０７は、調査範囲内の３次元画像の範囲でオブジェクト４１と形状データ（計測部位３２）との干渉部位５１およびオブジェクト４１と未計測エリア３３との干渉部位５２を重ね合わせた画像を生成する。

続いて、図９のフローチャートおよび図１０Ａ乃至図１１Ｂを参照して第２実施形態の３次元空間干渉判定システムの動作を説明する。なお第２実施形態の動作を説明するにあたり第１実施形態と同じ動作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、図９のステップＳ１からステップＳ７までの処理ステップは、第１実施形態と同じであり、ここまでの処理によって、形状データとオブジェクト４１との干渉判定が行われる。

続いて、計測対象範囲について、任意の法線方向の平面を設定し、その法線方向を調査方向とする。

次に、その平面の法線方向に沿って調査範囲を設定する。ユーザの入力により、平面の法線方向、調査範囲の始点・終点位置を設定することで、調査範囲が設定される（ステップＳ１０）。

設定した調査範囲について、調査方向に沿って、設定された始点・終点位置の範囲で、干渉空間データの積集合をとり、干渉空間データを表示する（ステップＳ８）。なお３次元画像については、設定した調査範囲を包含する直方体を表示することを選んでもよい。

図１０ＡはＺ軸方向を調査方向とし、Ｚ₀≦Ｚ≦Ｚ₁を調査範囲に設定したときの３次元画像の表示例、図１０Ｂは図１０Ａの３次元画像を座標Ｚ₀〜Ｚ₁の位置で切り取った断面の一例を示す図である。

図１１ＡはＺ軸方向を調査方向とし、Ｚ₁≦Ｚ≦Ｚ₂を調査範囲に設定したときの３次元画像の表示例、図１１Ｂは図１１Ａの３次元画像を座標Ｚ₁〜Ｚ₂の位置で切り取った断面の一例を示す図である。

以上のようにこの第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、調査範囲設定部１０９が設定した調査範囲内の空間における干渉空間の可視化を行うことで、注目領域の機器の干渉を確認しながら配置可否や通過可否を視覚的に判定できる。

（第３実施形態）
図１２は第３実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示すブロック図である。なお第３実施形態の構成を説明するにあたり第１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１２に示すように、第３実施形態の場合、ＰＣ１２はオブジェクト経路設定部１１０を備える。

オブジェクト経路設定部１１０は、計測対象空間内に配置したオブジェクト４１を移動させる移動経路を設定する。

移動経路が設定されている場合、干渉判定部１０６は、オブジェクト４１を移動させた移動経路上の任意の位置において、オブジェクト４１と形状データ３２（計測部位）との干渉の有無、およびオブジェクト４１と未計測エリア３３との干渉の有無を判定する。干渉空間データ生成部１０６ａは、干渉判定部１０６により干渉ありと判定された干渉部位の移動位置毎または移動時間毎の干渉空間データ（時系列干渉空間データ）を生成する。

画像生成部１０７は、時系列干渉空間データから任意の位置または時刻における干渉空間データを抽出し、その位置または時刻でのオブジェクト４１と形状データ３２（計測部位）を重ね合わせた画像、および／またはオブジェクト４１と未計測エリア３３とを重ね合わせた画像を生成する。

画像生成部１０７は、移動経路上の各位置における時系列干渉空間データの和集合データを生成し、生成した和集合データと形状データ３２（計測部位）を重ね合わせた画像、および／または生成した和集合データと未計測エリア３３とを重ね合わせた画像を生成する。

続いて、図１３のフローチャートと図１４Ａ乃至図１５Ｂを参照してこの３次元空間干渉判定システムの動作を説明する。図１３は図１２の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。図１４Ａ、図１４Ｂはオブジェクト４１の移動経路１４０１を設定した状況を示した図であり、図１４Ａはオブジェクト４１の移動経路１４０１を表示した３次元画像、図１４Ｂは図１４Ａの３次元画像を座標Ｚ₀の位置で切り取った断面の一例を示す図である。なお第３実施形態の動作を説明するにあたり第１実施形態または第２実施形態と同じ動作には同一の符号を付しその説明は省略する。

この第３実施形態では、ステップＳ１乃至ステップＳ５までの動作は第１実施形態と同じである。

そして、ユーザが、干渉を確認すべき所望のオブジェクト４１を計測対象空間（形状データ）上に配置し（ステップＳ６）、経路設定ボタンなどをクリックすると、オブジェクト経路設定部１１０は、例えば図１４Ａに示すように、計測対象空間内でのオブジェクト４１の中心点１４０６などを表示し、その中心点１４０６の位置を移動開始位置として設定する（ステップＳ１１）。

ユーザの操作によってオブジェクト４１を移動させると、オブジェクト経路設定部１１０は、移動に伴い移動開始位置からオブジェクト４１の中心点１４０６が通過する通過ポイント１４０２の３次元位置情報を順に追加し、最終的な移動停止位置までの通過ポイント１４０２を設定する。通過ポイント１４０２は、その３次元座標をユーザの入力（点群画像のマウスクリックや数値入力）により設定する。

次に、オブジェクト経路設定部１１０は、通過ポイント１４０２間のオブジェクト４１の位置を補完する。これは、例えば、通過ポイント１４０２間を直線で結び、その直線上を移動ステップ量ずつ、オブジェクト４１を移動させたときの３次元座標を求めることで補完する。なお、通過ポイント１４０２間の補完は、直線の軌道だけでなく、曲線の軌道（移動）として設定してもよい。

以上により、オブジェクト４１の移動開始位置から移動経路１４０１上を動くオブジェクト４１の時系列の変化が伴う３次元位置情報（点の移動情報）を生成する。なお時系列の変化ではなく、通過ポイント１４０２の番号の順で移動方向を決めるようにしてもよい。

移動経路設定後、干渉判定部１０６は、オブジェクト４１の時系列の３次元位置情報を基に、各時刻におけるオブジェクト４１と計測データ３２との干渉判定、およびオブジェクト４１と未計測エリア３３との干渉判定を行い、干渉ありと判定した干渉部位の移動位置毎または移動時間毎の干渉空間データ（時系列干渉空間データ）を生成する（ステップＳ７）。

画像生成部１０７は、時系列干渉空間データを計測データ３２上に重ね合わせた画像を生成し、表示部１４に出力することで表示する（ステップＳ８）。ここでは、時系列の干渉空間データから、任意の時刻（任意の通過位置）を選択して表示する。

この場合は、第１実施形態の図５Ａから図７Ｂに示したように、その時刻のオブジェクト４１や干渉空間データが表示されることになる。なお時系列の干渉空間データの和集合を求め、図１５Ａに示すように、移動経路上のオブジェクト４１を３次元画像として表示してもよい。この表示方法では、移動経路全体において干渉がある部分を一度に確認することができる。図１５Ｂには、図１５Ａに示したオブジェクト４１の移動経路のうち、計測部位３２や未測定エリア３３との干渉が発生した部位５１、５２の平面を切り出して表示した例を示す。

干渉空間表示後の動作、つまりステップＳ９の干渉空間データ保存処理について第１実施形態と同様である。

以上説明したようにこの第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、移動して配置する機器などのオブジェクト４１の移動経路を設定するオブジェクト経路設定部１１０を設け、オブジォクト４１が移動する各時刻の位置のオブジォクト４１と計測データ３２との干渉部位５１、および未計測エリア３３とオブジォクト４１との干渉部位５２を可視化することで、機器や設備の搬入・搬出計画や調査機器のアクセス経路の検討を視覚的に判断しながら実施することができる。

なお、この第３実施形態の構成に、さらに第２の実施形態に示した調査範囲設定部１０９を加えて調査範囲を設定した上で、調査範囲内の時系列の干渉空間データを表示するようにしてもよい。

（第４実施形態）
図１６は第４実施形態の３次元空間干渉判定システムの構成を示すブロック図である。図１７は図１６の３次元空間干渉判定システムの動作を示すフローチャートである。この第４実施形態の構成は、第１の実施形態に示した構成から３次元計測装置１１、座標統合部１０２、未計測エリア識別部１０３を省き、これら装置および各部から得られるデータ（形状データｄ１、未計測エリアデータｄ２）を予めＰＣ１２のデータ蓄積部１０１に蓄積しておき、ＰＣ１２だけで処理を行うよう構成したものであり、ＰＣ１２に未計測エリア取得部１１１を追加している。

この場合、データ取得部１００は、データ蓄積部１０１の形状データ蓄積部１０１ａから形状データｄ１を取得し、未計測エリア取得部１１１に渡す。未計測エリア取得部１１１は、データ蓄積部１０１の空間データ蓄積部１０１ｂから未計測エリアデータｄ２を取得し、未計測エリアデータｄ２と形状データｄ１とをオブジェクト配置部１０４へ渡す。

形状データｄ１は、未計測エリア取得部１１１を介さずにデータ取得部１００から、直接、オブジェクト配置部１０４へ渡してもよい。すなわちデータ取得部１００と未計測エリア取得部１１１は、形状データｄ１と未計測エリアデータｄ２とをデータ蓄積部１０１（蓄積部）から読み出す取得部として機能する。

また、この場合、オブジェクト配置部１０４は、物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データｄ１と、この形状データｄ１に基づき計測対象空間内で物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別して得られた未計測エリアデータｄ２とを基に、計測対象空間内に表現した計測部位と未計測エリアを含む３次元画像に任意のオブジェクトを配置するための画面を表示する配置部として機能する。

この例では、形状データｄ１と未計測エリアデータｄ２を予め記憶しておくものとしたが、未計測エリア取得部１１１を削除し、未計測エリア識別部１０３を残し、未計測エリア識別部１０３が、形状データ蓄積部１０１ａから取得した形状データｄ１を基に未計測エリアデータｄ２を生成するようにしてもよい。

以下、図１７のフローチャートを参照してこの第４実施形態の３次元空間干渉判定システム１０の動作を説明する。なお図１７を参照して第４実施形態の動作を説明するにあたり、上記第１乃至第３実施形態と同じ説明には同一のステップ番号（符号）を付しその説明は省略する。

この第４実施形態の場合、形状データ取得部１００は、予め対象空間をスキャンしてデータ蓄積部１０１の形状データ蓄積部１０１ａに記憶しておいた形状データｄ１を読み出し取得する（図１７のステップＳ１）。

続いて、未計測エリア取得部１１１は、未計測エリアデータｄ２を記憶する空間データ蓄積部１０１ｂから未計測エリアデータｄ２を取得し（ステップＳ１３）、オブジェクト配置部１０４に渡す。オブジェクト配置部１０４は、各取得部により得られた形状データｄ１および未計測エリアデータｄ２を含む３次元画像を表示部１４へ出力し、オブジェクト配置用の画面を表示する。

その後のステップＳ６からステップＳ９までの処理は、第１実施形態と同様に、機器の３次元オブジェクトデータを形状データ中に配置し、形状データ（計測済空間）および未計測エリア３３との干渉を判定して表示する。

また、図１６に示した第４実施形態の構成に、第２および第３実施形態に示した調査範囲設定部１０９および／またはオブジェクト経路設定部１１０などの構成を加えることで、設定した調査範囲の干渉データの閲覧やオブジェクト４１の移動経路中の干渉範囲の確認を行うことができる。

以上説明したようにこの第４実施形態によれば、計測対象の空間を予め３次元計測装置にて計測しておき、その形状データｄ１や未計測エリアデータｄ２のうち少なくとも形状データｄ１を蓄積しておくことで、ＰＣ１２単体でも第１から第３実施形態と同様に、３次元空間に配置したオブジェクトと計測済空間や未計測エリアとの干渉を判定し、それぞれの部分との干渉状況を色分け表示することで、対象空間の物の収まりや通過可否を利用者が容易に判定できるようになる。

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。

また上記実施形態に示したＰＣ１２の各構成要素を、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。

１０…３次元空間干渉判定システム
１１…３次元計測装置
１２…ＰＣ
１３…パラメータ入力部
１４…表示部
１００…形状データ取得部
１０１…データ蓄積部
１０１ａ…形状データ蓄積部
１０１ｂ…空間データ蓄積部
１０１ｃ…オブジェクトデータ蓄積部
１０１ｄ…干渉空間データ蓄積部
１０２…座標統合部
１０３…未計測エリア識別部
１０４…オブジェクト配置部
１０６…干渉判定部
１０６ａ…干渉空間データ生成部
１０７…画像生成部
１０９…調査範囲設定部
１１０…オブジェクト経路設定部
１１１…未計測エリア取得部
ｄ１…形状データ
ｄ２…未計測エリアデータ
ｄ３…３次元オブジェクトデータ

Claims (14)

1. 物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データと、この形状データに基づき、前記計測対象空間内で前記物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別して得られた未計測エリアデータとを基に前記計測対象空間内に表現した前記計測部位と未計測エリア、を含む３次元画像に任意のオブジェクトを配置するための画面を表示する配置部と、
   前記３次元画像に配置されたオブジェクトと、前記３次元画像の前記計測部位および前記未計測エリアの少なくとも一方との干渉の有無を判定する干渉判定部と
   を具備する３次元空間可視化装置。
2. 前記形状データと前記未計測エリアデータを記憶した蓄積部と、
   前記形状データと前記未計測エリアデータとを前記蓄積部から読み出す取得部と
   を具備する請求項１記載の３次元空間可視化装置。
3. 前記形状データを外部から取得する計測データ取得部と、
   前記形状データに基づき、前記未計測エリアを識別し前記未計測エリアデータを生成す
   る未計測エリア識別部と
   を具備する請求項１記載の３次元空間可視化装置。
4. 前記干渉判定部は、干渉ありと判定した干渉部位に相当する干渉空間データを生成する
   干渉空間データ生成部を具備する請求項１および請求項３いずれか１項に記載の３次元空間可視化装置。
5. 前記干渉空間データを基に、前記３次元画像および前記オブジェクトの少なくとも一方に前記干渉部位を重ね合わせた画像を生成し出力する画像生成部を具備する請求項４に記載の３次元空間可視化装置。
6. 前記画像生成部は、
   前記干渉部位を、前記オブジェクトとは異なる表示形態にして前記オブジェクトと重ねた画像を生成し出力する請求項５に記載の３次元空間可視化装置。
7. 物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示すローカル座標系の形状データを、一つのグローバル座標系に統合する座標統合部を具備する請求項１に記載の３次元空間可視化装置。
8. 前記干渉判定部は、
   前記オブジェクトと前記計測部位との第１干渉部位の有無、および前記オブジェクトと前記未計測エリアとの第２干渉部位の有無をそれぞれ識別し、
   前記干渉空間データ生成部は、
   前記干渉判定部により干渉ありと判定された前記第１干渉部位に相当する第１干渉空間データと前記第２干渉部位に相当する第２干渉空間データとをそれぞれ生成する請求項４記載の３次元空間可視化装置。
9. 前記３次元画像を切り取る断面の方向および位置を設定する断面設定部と、
   前記断面設定部により設定された断面と直交する方向に調査範囲を設定する調査範囲設定部とを備え、
   前記干渉空間データ生成部は、
   前記調査範囲内の前記干渉部位を前記方向に沿って、設定された位置の範囲で、前記干渉空間データの和集合を取った干渉空間データを生成し、
   前記画像生成部は、
   前記調査範囲内の３次元画像および前記オブジェクトの少なくとも一方に前記干渉部位を重ね合わせた画像を生成する請求項５または請求項６いずれか記載の３次元空間可視化装置。
10. 前記計測対象空間内における前記オブジェクトの移動経路を設定する設定部を備え、
    前記干渉判定部は、
    前記オブジェクトを移動させた前記移動経路上の任意の位置において、前記オブジェクトと前記計測部位との干渉の有無、および前記オブジェクトと前記未計測エリアとの干渉の有無を判定し、
    前記干渉空間データ生成部は、
    前記干渉判定部により干渉ありと判定された干渉部位の移動位置毎または移動時間毎の時系列干渉空間データを生成する請求項４に記載の３次元空間可視化装置。
11. 前記画像生成部は、
    前記時系列干渉空間データから任意の位置または時刻における干渉空間データを抽出し、その位置または時刻での前記オブジェクトと前記計測部位を重ね合わせた画像、および／または前記オブジェクトと前記未計測エリアとを重ね合わせた画像を生成する請求項１０に記載の３次元空間可視化装置。
12. 前記画像生成部は、
    前記移動経路上の各位置における前記時系列干渉空間データの和集合データを生成し、生成した前記和集合データと前記計測部位を重ね合わせた画像、および／または生成した前記和集合データと前記未計測エリアとを重ね合わせた画像を生成する請求項１０記載の３次元空間可視化装置。
13. 物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データと、この形状データに基づき、前記計測対象空間内で前記物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別して得られた未計測エリアデータとを基に前記計測対象空間内に表現した前記計測部位と前記未計測エリア、を含む３ 次元画像に任意のオブジェクトを配置するための画面を表示し、
    干渉判定部によって、前記３次元画像に配置されたオブジェクトと、前記３次元画像の前記計測部位および前記未計測エリアの少なくとも一方との干渉の有無を判定する３次元空間可視化方法。
14. 物が存在する計測対象空間内のある基準位置からスキャンして計測された３次元の計測部位を示す形状データと、この形状データに基づき、前記計測対象空間内で前記物に隠れて計測されていない未計測エリアを識別して得られた未計測エリアデータとを基に前記計測対象空間内に表現した前記計測部位と前記未計測エリア、を含む３次元画像に任意のオブジェクトを配置するための画面を表示し、
    前記３次元画像に配置されたオブジェクトと、前記３次元画像の前記計測部位および前記未計測エリアの少なくとも一方との干渉の有無を判定する
    手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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