JP7344488B2 - Three-dimensional model data generation device, computer program, and three-dimensional model data generation method - Google Patents

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本開示は、三次元モデルデータ生成装置及び三次元モデルデータ生成方法に関する。 The present disclosure relates to a three-dimensional model data generation device and a three-dimensional model data generation method.

路面、及び、その他の地表上のオブジェクトを、三次元点群により表す三次元点群地図データが知られている(例えば、非特許文献1参照)。地表上のオブジェクトには、自然物の他、建造物等の人工物が含まれる。三次元点群地図データは、例えば面情報を含む三次元モデルデータに変換されて、使用される。 Three-dimensional point cloud map data that represents road surfaces and other objects on the ground using three-dimensional point clouds is known (for example, see Non-Patent Document 1). Objects on the ground include natural objects as well as artificial objects such as buildings. The three-dimensional point cloud map data is used after being converted into three-dimensional model data including surface information, for example.

三次元モデルデータは、例えば車両の自動運転検証用のシミュレータ、特にはレーザレーダから発射される光のトレーシングを含むLiDAR(Light Detection and Ranging)シミュレーションに使用される。 The three-dimensional model data is used, for example, in a simulator for verifying automatic driving of a vehicle, particularly in a LiDAR (Light Detection and Ranging) simulation that includes tracing of light emitted from a laser radar.

三次元モデルデータの生成に際し、三次元点群は、例えば立方体のボクセルの一群に変換される。この変換により、三次元点群地図データから、路面及びその他の地表上のオブジェクトに関する面情報を有する三次元モデルデータが生成される。 When generating three-dimensional model data, a three-dimensional point group is converted into, for example, a group of cubic voxels. Through this conversion, three-dimensional model data having surface information regarding road surfaces and other objects on the ground is generated from the three-dimensional point cloud map data.

あるいは、三次元点群地図データは、ポアソン表面再構築(Poisson Surface Reconstruction)及びボールピボットアルゴリズム(BPA:Ball Pivoting Algorithm)等の表面再構築技術を用いた三次元点群のメッシュ化により、面情報が付加された三次元モデルデータに変換される。 Alternatively, the 3D point cloud map data can be converted into surface information by meshing the 3D point cloud using surface reconstruction techniques such as Poisson Surface Reconstruction and Ball Pivoting Algorithm (BPA). is converted to 3D model data with added.

橘川 雄樹、外4名、「自動運転実証実験:位置推定精度の検証」、国際交通安全学会誌、vol.42,No.2,pp.48-53、[online]、平成29年10月、[令和3年8月10日検索]、インターネット<URL: http://www.iatss.or.jp/common/pdf/publication/iatss-review/42-2-06.pdf>Yuki Kikkawa and 4 others, "Autonomous Driving Demonstration Experiment: Verification of Position Estimation Accuracy", Journal of the International Society of Traffic Safety, vol. 42, No. 2, pp. 48-53, [online], October 2017, [searched on August 10, 2021], Internet <URL: http://www.iatss.or.jp/common/pdf/publication/iatss- review/42-2-06.pdf>

上記表面再構築技術を用いたメッシュ化による三次元モデルデータの生成技術によれば、三次元形状の表面を滑らかに表現した三次元モデルデータを生成することができる。一方、この技術によれば、三次元モデルデータの生成に係る処理負荷が大きく、データ生成に要するプロセッサの演算時間が長い。 According to the three-dimensional model data generation technique by meshing using the surface reconstruction technique described above, it is possible to generate three-dimensional model data that smoothly expresses the surface of a three-dimensional shape. On the other hand, according to this technique, the processing load associated with the generation of three-dimensional model data is large, and the calculation time of the processor required for data generation is long.

三次元点群のボクセル化による三次元モデルデータの生成技術によれば、上記メッシュ化による三次元モデルデータの生成技術と比較して、三次元モデルの生成に係る処理負荷を小さくすることができ、データ生成に要するプロセッサの演算時間を短くすることができる。一方、この技術によれば、点を、8頂点6面のボクセルに変換することから、三次元モデルデータのデータ量が大きく、必要なメモリ量が多い。 According to the generation technology of 3D model data by voxelization of a 3D point group, the processing load related to the generation of a 3D model can be reduced compared to the generation technology of 3D model data by meshing. , it is possible to shorten the calculation time of the processor required for data generation. On the other hand, according to this technique, since points are converted into voxels with 8 vertices and 6 sides, the amount of three-dimensional model data is large and the amount of memory required is large.

そこで、本開示の一側面によれば、三次元点群データから、面情報を含む三次元モデルデータを、高速にかつ少ないデータ量で生成可能な技術を提供できることが望ましい。 Therefore, according to one aspect of the present disclosure, it is desirable to be able to provide a technique that can generate three-dimensional model data including surface information from three-dimensional point group data at high speed and with a small amount of data.

本開示の一側面に係る三次元モデルデータ生成装置は、取得部と、分離部と、生成部とを備える。取得部は、三次元点群により路面を含む地表上の三次元形状を表す点群データを取得する。点群データは、三次元点群における各点の三次元座標を記述する。 A three-dimensional model data generation device according to one aspect of the present disclosure includes an acquisition section, a separation section, and a generation section. The acquisition unit acquires point cloud data representing a three-dimensional shape on the ground surface including a road surface using a three-dimensional point cloud. Point cloud data describes the three-dimensional coordinates of each point in a three-dimensional point cloud.

分離部は、点群データに基づき、三次元点群を、路面に対応する第一の点群と、第一の点群以外の第二の点群とに分離する。生成部は、第一の点群を平面要素の一群に変換し、第二の点群を立体要素の一群に変換することによって、平面要素の一群により路面の形状を表し、立体要素の一群により路面以外の形状を表す三次元モデルデータを生成する。 The separation unit separates the three-dimensional point group into a first point group corresponding to the road surface and a second point group other than the first point group based on the point group data. The generation unit converts the first point group into a group of planar elements and converts the second point group into a group of three-dimensional elements, thereby representing the shape of the road surface with the group of planar elements and expressing the shape of the road surface with the group of three-dimensional elements. Generate three-dimensional model data representing shapes other than road surfaces.

路面に対応する第一の点群を平面要素の一群に変換して、面情報を有する三次元モデルデータを生成する場合には、第一の点群及び第二の点群を含む点群全体を一律に、8頂点6面の立体要素に変換するよりも、三次元モデルデータのデータ量を抑えることができ、三次元モデルデータの記憶に必要なメモリ量を低減することができる。 When converting the first point group corresponding to the road surface into a group of planar elements to generate three-dimensional model data with surface information, the entire point group including the first point group and the second point group The amount of 3D model data can be suppressed, and the amount of memory required to store the 3D model data can be reduced, compared to uniformly converting 3D elements into 3D elements with 8 vertices and 6 faces.

この変換技術によれば更に、メッシュ化による三次元モデルデータの生成技術と比較して、三次元モデルデータ生成装置の処理負荷を抑えることができる。従って、本開示の一側面によれば、三次元点群データから、面情報を含む三次元モデルデータを、高速にかつ少ないデータ量で生成可能な三次元モデルデータ生成装置を提供することができる。 According to this conversion technique, the processing load on the three-dimensional model data generation device can be further reduced compared to the three-dimensional model data generation technique using meshing. Therefore, according to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a three-dimensional model data generation device that can generate three-dimensional model data including surface information from three-dimensional point cloud data at high speed and with a small amount of data. .

本開示の一側面によれば、平面要素のそれぞれは、四角形の平面要素であり得る。三次元モデルデータは、平面要素のそれぞれの4頂点及び1面を定義するデータを備え得る。 According to one aspect of the present disclosure, each of the planar elements may be a quadrangular planar element. The three-dimensional model data may include data defining each of the four vertices and one face of the planar element.

本開示の一側面によれば、立体要素のそれぞれは、三角柱の立体要素であり得る。三次元モデルデータは、立体要素のそれぞれの6頂点及び3面を定義するデータを備え得る。三角柱の立体要素が用いられる場合には、立方体又は四角柱の立体要素が用いられる場合と比較して、三次元モデルデータのデータ量を更に抑えることができる。 According to one aspect of the present disclosure, each of the three-dimensional elements may be a triangular prism three-dimensional element. The three-dimensional model data may include data defining six vertices and three faces of each three-dimensional element. When a triangular prism three-dimensional element is used, the amount of three-dimensional model data can be further reduced compared to a case where a cubic or quadrangular prism three-dimensional element is used.

本開示の一側面によれば、三次元モデルデータ生成装置が備える取得部と、分離部と、生成部としての機能を少なくとも部分的にコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムが提供されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能な一時的ではない記録媒体に記録され得る。 According to one aspect of the present disclosure, a computer program may be provided that causes a computer to at least partially realize the functions of an acquisition unit, a separation unit, and a generation unit included in a three-dimensional model data generation device. A computer program may be recorded on a computer-readable non-transitory storage medium.

本開示の一側面によれば、三次元モデルデータ生成方法が提供されてもよい。三次元モデルデータ生成方法は、コンピュータにより実行され得る。 According to one aspect of the present disclosure, a three-dimensional model data generation method may be provided. The three-dimensional model data generation method can be executed by a computer.

三次元モデルデータ生成方法は、三次元点群により路面を含む地表上の三次元形状を表し、三次元点群における各点の三次元座標を記述する点群データを取得することと、点群データに基づき、三次元点群を、路面に対応する第一の点群と、第一の点群以外の第二の点群とに分離することと、第一の点群を平面要素の一群に変換し、第二の点群を立体要素の一群に変換することによって、平面要素の一群により路面の形状を表し、立体要素の一群により路面以外の形状を表す三次元モデルデータを生成することとを含み得る。 The 3D model data generation method represents the 3D shape on the ground surface including the road surface using a 3D point cloud, and acquires point cloud data that describes the 3D coordinates of each point in the 3D point cloud. Based on the data, the three-dimensional point group is separated into a first point group corresponding to the road surface and a second point group other than the first point group, and the first point group is separated into a group of planar elements. By converting the second point group into a group of three-dimensional elements, three-dimensional model data is generated in which the shape of the road surface is represented by a group of planar elements, and the shape other than the road surface is represented by a group of three-dimensional elements. may include.

この三次元モデルデータ生成方法によれば、三次元モデルデータ生成装置と同様に、三次元点群データから、面情報を含む三次元モデルデータを、高速にかつ少ないデータ量で生成可能である。 According to this three-dimensional model data generation method, like the three-dimensional model data generation device, three-dimensional model data including surface information can be generated from three-dimensional point group data at high speed and with a small amount of data.

三次元モデルデータ生成装置の構成を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional model data generation device. プロセッサが実行するデータ生成処理を表すフローチャートである。3 is a flowchart showing data generation processing executed by a processor. 三次元点群の簡単な例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a simple example of a three-dimensional point group. 三次元モデルデータの簡単な例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a simple example of three-dimensional model data.

以下に本開示の例示的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1に示す本実施形態の三次元モデルデータ生成装置1は、汎用の情報処理装置に、当該情報処理装置を三次元モデルデータ生成装置1として機能させるためのコンピュータプログラム(以下、三次元モデルデータ生成プログラムPRという。)がインストールされて構成される。
Exemplary embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
The three-dimensional model data generation device 1 of the present embodiment shown in FIG. The generation program PR) is installed and configured.

三次元モデルデータ生成装置1は、図1に示すように、プロセッサ11と、メモリ13と、ストレージ15と、表示部17と、操作部19と、データ入出力部21と、を備える。プロセッサ11は、ストレージ15に格納されたコンピュータプログラムに従う処理を実行する。メモリ13は、RAMを備え、プロセッサ11による処理実行時に作業用メモリとして使用される。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional model data generation device 1 includes a processor 11, a memory 13, a storage 15, a display section 17, an operation section 19, and a data input/output section 21. The processor 11 executes processing according to a computer program stored in the storage 15. The memory 13 includes a RAM and is used as a working memory when the processor 11 executes processing.

ストレージ15は、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブにより構成され、コンピュータプログラム、及び、コンピュータプログラムに従う処理の実行時に使用される各種データを記憶する。ストレージ15は、三次元モデルデータ生成プログラムPRを記憶する。 The storage 15 is configured with a hard disk drive or a solid state drive, and stores computer programs and various data used when executing processes according to the computer programs. The storage 15 stores a three-dimensional model data generation program PR.

表示部17は、プロセッサ11により制御されて、三次元モデルデータ生成装置1を操作するユーザに対し、各種情報を表示するように構成される。表示部17は、例えば液晶ディスプレイを含む。 The display unit 17 is controlled by the processor 11 and is configured to display various information to a user operating the three-dimensional model data generation device 1. The display unit 17 includes, for example, a liquid crystal display.

操作部19は、三次元モデルデータ生成装置1に対するユーザからの操作信号をプロセッサ11に入力するように構成される。操作部19は、例えばキーボード及びポインティングデバイスを含む。 The operation unit 19 is configured to input an operation signal from a user to the three-dimensional model data generation device 1 to the processor 11. The operation unit 19 includes, for example, a keyboard and a pointing device.

データ入出力部21は、外部からのデータ入力及び外部へのデータ出力に使用される。データ入出力部21は、例えば有線又は無線により外部機器と通信する通信インタフェースを備えることができる。データ入出力部21は、USBメモリに対するデータの読込及び書込が可能なUSBインタフェースを備えることができる。データ入出力部21は、カード型の記録メディアに対するデータの読込及び書込が可能なメディアリーダ/ライタを備えることができる。 The data input/output unit 21 is used for inputting data from the outside and outputting data to the outside. The data input/output unit 21 can include a communication interface that communicates with an external device, for example, by wire or wirelessly. The data input/output unit 21 can include a USB interface that can read and write data to and from a USB memory. The data input/output unit 21 can include a media reader/writer capable of reading and writing data to and from a card-type recording medium.

プロセッサ11は、三次元モデルデータの生成指令が操作部19を介してユーザから入力されると、ストレージ15が記憶する三次元モデルデータ生成プログラムPRに従うデータ生成処理(図2参照)を実行する。 When a three-dimensional model data generation command is input from the user via the operation unit 19, the processor 11 executes data generation processing (see FIG. 2) according to the three-dimensional model data generation program PR stored in the storage 15.

図2に示すデータ生成処理を開始すると、プロセッサ11は、指定場所から、三次元モデルデータの生成対象である三次元点群地図データを取得する(S110)。三次元点群地図データは、例えば、通信により外部機器から取得される。あるいは、三次元点群地図データは、USBメモリ又はその他の記録メディアから読み込まれる。 When starting the data generation process shown in FIG. 2, the processor 11 acquires three-dimensional point cloud map data, which is a target for generating three-dimensional model data, from a specified location (S110). The three-dimensional point cloud map data is obtained from an external device through communication, for example. Alternatively, the three-dimensional point cloud map data is read from a USB memory or other recording media.

三次元点群地図データは、所定地域の三次元形状、具体的には路面及び路面以外の地表上のオブジェクトの三次元形状(特に外形)を、三次元点群で表す点群データである。上記オブジェクトには、建造物等の人工物、及び、草木等の自然物が含まれる。 The three-dimensional point cloud map data is point cloud data that represents the three-dimensional shape of a predetermined area, specifically, the three-dimensional shape (particularly the external shape) of a road surface and an object on the ground surface other than the road surface, using a three-dimensional point cloud. The objects include artificial objects such as buildings and natural objects such as plants.

三次元点群地図データは、三次元点群を構成する各点の三次元座標を記述する。三次元点群地図データは、例えば、車両に搭載されたレーザレーダ等の計測機器を用いて作成される。この場合、三次元点群地図データは、車両の走行道路に対応する路面及びその周囲の地表上のオブジェクトの三次元形状を三次元点群で表すデータとして構成され得る。 The three-dimensional point cloud map data describes the three-dimensional coordinates of each point constituting the three-dimensional point cloud. The three-dimensional point cloud map data is created using a measuring device such as a laser radar mounted on a vehicle, for example. In this case, the three-dimensional point cloud map data may be configured as data that represents the three-dimensional shape of an object on the road surface corresponding to the road on which the vehicle is traveling and the surrounding ground surface as a three-dimensional point group.

三次元点群地図データは、例えば、PCD(Point Cloud Data)形式の点群データとして用意される。PCD形式の点群データは、三次元点群を構成する各点の位置を、三次元座標(x,y,z)で記述する。 The three-dimensional point cloud map data is prepared, for example, as point cloud data in PCD (Point Cloud Data) format. PCD format point cloud data describes the position of each point constituting a three-dimensional point group using three-dimensional coordinates (x, y, z).

PCD形式の点群データは、更に各点の法線ベクトルの情報を有し得る。すなわち、三次元点群地図データは、三次元点群における各点の三次元座標及び法線ベクトルを記述する点群データであってもよい。 The PCD format point cloud data may further include information on the normal vector of each point. That is, the three-dimensional point cloud map data may be point cloud data that describes the three-dimensional coordinates and normal vector of each point in the three-dimensional point cloud.

S110の処理後、プロセッサ11は、取得した三次元点群地図データに対するフィルタリング処理により、三次元点群の点数を低減するように、三次元点群地図データを加工する(S120)。 After the processing in S110, the processor 11 processes the three-dimensional point cloud map data by filtering the acquired three-dimensional point cloud map data so as to reduce the number of points in the three-dimensional point cloud (S120).

具体的には、プロセッサ11は、三次元点群を備える三次元座標空間を所定サイズのグリッドにより区画化し、グリッドセル毎に一つの代表点を配置し、残りの点を削除するように、三次元点群地図データを加工することができる(S120)。代表点は、対応するグリッドセル内の点群の重心に対応し得る。 Specifically, the processor 11 divides the three-dimensional coordinate space including the three-dimensional point group into grids of a predetermined size, places one representative point in each grid cell, and deletes the remaining points. The original point cloud map data can be processed (S120). The representative point may correspond to the centroid of the point cloud within the corresponding grid cell.

従って、フィルタリング処理後の三次元点群地図データは、上記三次元座標空間において、点群を構成する各点がグリッドセルに対応する間隔で配置された点群データとして構成され得る。間隔は、例えば実空間での20cmに対応する間隔であり得る。 Therefore, the three-dimensional point cloud map data after the filtering process can be configured as point cloud data in which each point constituting the point group is arranged at intervals corresponding to grid cells in the three-dimensional coordinate space. The spacing may be, for example, a spacing corresponding to 20 cm in real space.

例えば、フィルタリング処理後の三次元点群地図データは、三次元座標空間を実空間相当で20cmのグリッドにより区画化したときの、20cmの立方体のグリッドセル毎に代表点が定められ、その他の点群が除去された点群データであり得る。 For example, in the 3D point cloud map data after filtering processing, when the 3D coordinate space is divided into 20cm grids equivalent to real space, a representative point is determined for each grid cell of a 20cm cube, and other points are It can be point cloud data with the clouds removed.

続くS130において、プロセッサ11は、フィルタリング処理後の三次元点群地図データが示す三次元点群のセグメンテーションを行う。すなわち、プロセッサ11は、三次元点群を、路面に対応する特徴を示す第一の点群PG1と、それ以外の第二の点群PG2とに分離する。この分離は、例えばポイントクラウドライブラリ(PCL)を用いて実現可能である。 In subsequent S130, the processor 11 performs segmentation of the three-dimensional point cloud indicated by the three-dimensional point cloud map data after the filtering process. That is, the processor 11 separates the three-dimensional point group into a first point group PG1 showing features corresponding to the road surface and a second point group PG2 other than the features. This separation can be achieved using, for example, a point cloud library (PCL).

三次元点群全体の中で、鉛直方向において最下部に位置する比較的平坦に並ぶ点群は、路面に対応する特徴を示す。第二の点群PG2には、路面以外の地表上のオブジェクトを表す点群が含まれる。 Among the entire three-dimensional point group, a relatively flat point group located at the bottom in the vertical direction exhibits features corresponding to the road surface. The second point group PG2 includes a point group representing objects on the ground surface other than the road surface.

S130の処理によって、三次元点群地図データからは、第一の点群PG1を構成する各点P1の三次元座標を記述する第一の点群データ、及び、第二の点群PG2を構成する各点P2の三次元座標を記述する第二の点群データが生成される。第一の点群データ及び第二の点群データのいずれも、上述した三次元点群地図データと同様に、PCD形式の点群データであり得る。 Through the process of S130, first point cloud data describing the three-dimensional coordinates of each point P1 constituting the first point group PG1 and a second point group PG2 are constructed from the three-dimensional point cloud map data. Second point group data describing the three-dimensional coordinates of each point P2 is generated. Both the first point cloud data and the second point cloud data may be point cloud data in the PCD format, similar to the three-dimensional point cloud map data described above.

続くS140において、プロセッサ11は、第一の点群データに基づき、第一の点群PG1を構成する各点P1を平面要素E1に変換することによって、路面の形状を表す面情報を有する第一の形状モデルデータを生成する。 In subsequent S140, the processor 11 converts each point P1 constituting the first point group PG1 into a plane element E1 based on the first point group data, thereby generating a first point group having surface information representing the shape of the road surface. Generate shape model data.

S140において、プロセッサ11は、第一の点群PG1における一つの点P1に対し、一つの平面要素E1を割り当てるように、第一の形状モデルデータを生成する。例えば、図3に示す三次元点群のうち、路面に対応する第一の点群PG1の各点P1を、図4に示す平面要素E1に変換するように、第一の形状モデルデータを生成する。 In S140, the processor 11 generates first shape model data such that one plane element E1 is assigned to one point P1 in the first point group PG1. For example, the first shape model data is generated so as to convert each point P1 of the first point group PG1 corresponding to the road surface out of the three-dimensional point group shown in FIG. 3 into a plane element E1 shown in FIG. do.

平面要素E1は、具体的には、4頂点及び1面を有する四角形、特には正方形の平面要素であり得る。プロセッサ11は、例えば、第一の点群PG1を構成する点P1のそれぞれを、この点の法線ベクトルに対応する法線を有する面を含む平面要素E1に変換することによって、第一の形状モデルデータを生成する。平面要素E1は、例えばフィルタリング処理(S120)で用いられたグリッドセルに対応する大きさの平面要素であり得る。 Specifically, the planar element E1 may be a quadrilateral, particularly a square planar element having four vertices and one face. For example, the processor 11 converts each of the points P1 constituting the first point group PG1 into a plane element E1 including a plane having a normal line corresponding to the normal vector of this point, thereby converting the first shape into a plane element E1. Generate model data. The plane element E1 may be a plane element having a size corresponding to the grid cell used in the filtering process (S120), for example.

第一の形状モデルデータは、平面要素E1毎に、対応する平面要素E1を定義するデータとして、4頂点の三次元座標と、4頂点が面を構成することを定義する記述と、を含む。形状モデルデータは、例えばOBJ形式のデータとして構成される。 The first shape model data includes, for each plane element E1, three-dimensional coordinates of four vertices and a description defining that the four vertices constitute a surface, as data defining the corresponding plane element E1. The shape model data is configured as, for example, OBJ format data.

続くS150において、プロセッサ11は、第二の点群データに基づき、第二の点群PG2を構成する各点P2を立体要素E2に変換することによって、路面以外の地表上のオブジェクトの形状を表す面情報を有する第二の形状モデルデータを生成する。 In subsequent S150, the processor 11 represents the shape of the object on the ground other than the road surface by converting each point P2 forming the second point group PG2 into a three-dimensional element E2 based on the second point group data. Generate second shape model data having surface information.

S150において、プロセッサ11は、第二の点群PG2における一つの点に対し、一つの立体要素E2を割り当てるように、第二の形状モデルデータを生成する。例えば、図3に示す三次元点群のうち、路面以外の地表上のオブジェクトに対応する第二の点群PG2における各点P2を、図4に示す立体要素E2に変換するように、第二の形状モデルデータを生成する。 In S150, the processor 11 generates second shape model data such that one three-dimensional element E2 is assigned to one point in the second point group PG2. For example, out of the three-dimensional point group shown in FIG. 3, each point P2 in the second point group PG2 corresponding to an object on the ground surface other than the road surface is converted into the three-dimensional element E2 shown in FIG. Generate shape model data.

立体要素E2は、具体的には、三角柱の立体要素であり、特には、6頂点及び3面を有する三角柱の立体要素である。3面は、三角柱における水平面(すなわちxy平面)に平行な法線を有する3つの側面であり得る。すなわち、立体要素E2は、3つの側面を含む三角柱の立体要素であり得て、鉛直方向(すなわちz方向)に平行な法線を有する上下面を含まない立体要素であり得る。 The three-dimensional element E2 is specifically a triangular prism three-dimensional element, particularly a triangular prism three-dimensional element having six vertices and three faces. The three faces may be the three sides of the triangular prism that have normals parallel to the horizontal plane (ie, the xy plane). That is, the three-dimensional element E2 may be a triangular prism three-dimensional element that includes three side surfaces, and may be a three-dimensional element that does not include upper and lower surfaces that have normals parallel to the vertical direction (ie, the z direction).

プロセッサ11は、例えば、第二の点群PG2を構成する点P2のそれぞれを、この点P2の法線ベクトルに対応する方向を向く側面を有する立体要素E2に変換し、第二の形状モデルデータを生成する。立体要素E2は、例えばフィルタリング処理(S120)で用いられたグリッドセルに対応する大きさの立体要素E2であり得る。 For example, the processor 11 converts each of the points P2 constituting the second point group PG2 into a three-dimensional element E2 having a side surface facing in a direction corresponding to the normal vector of this point P2, and converts the point P2 into a three-dimensional element E2 having a side surface facing in a direction corresponding to the normal vector of this point P2, generate. The three-dimensional element E2 may be, for example, a three-dimensional element E2 having a size corresponding to the grid cell used in the filtering process (S120).

第二の形状モデルデータは、立体要素E2毎に、対応する立体要素E2を定義するデータとして、立体要素E2に含まれる6頂点の三次元座標と、3側面のそれぞれを4頂点の組合せにより定義する記述と、を含む。第二の形状モデルデータも第一の形状モデルデータと同様に、例えばOBJ形式のデータとして構成される。 The second shape model data is defined for each three-dimensional element E2 by a combination of the three-dimensional coordinates of six vertices included in the three-dimensional element E2 and four vertices for each of the three sides, as data that defines the corresponding three-dimensional element E2. includes a description of Like the first shape model data, the second shape model data is also configured as, for example, OBJ format data.

続くS160において、プロセッサ11は、上記第一及び第二の形状モデルデータの組合せを、三次元点群地図データに対応する三次元モデルデータとして出力する。この三次元モデルデータは、三次元点群に対応する三次元形状に面情報を付加したデータに対応する。 In subsequent S160, the processor 11 outputs the combination of the first and second shape model data as three-dimensional model data corresponding to three-dimensional point cloud map data. This three-dimensional model data corresponds to data obtained by adding surface information to a three-dimensional shape corresponding to a three-dimensional point group.

S160において、プロセッサ11は、三次元モデルデータを、例えばストレージ15に保存する。あるいは、プロセッサ11は、三次元モデルデータを、シミュレータに出力することができる。 In S160, the processor 11 stores the three-dimensional model data in the storage 15, for example. Alternatively, the processor 11 can output the three-dimensional model data to a simulator.

シミュレータの例には、自動運転向けのマルチロボットシミュレータが含まれる。対応するシミュレータとしては、LGSVLシミュレータが知られている。この種のシミュレータは、例えば、三次元モデルデータにより定義される車両の走行環境に対応する仮想的な三次元座標空間の中で複数の車両を走行させて、自動運転アルゴリズムを検証するのに使用される。 Examples of simulators include multi-robot simulators for autonomous driving. The LGSVL simulator is known as a corresponding simulator. This type of simulator is used, for example, to verify autonomous driving algorithms by driving multiple vehicles in a virtual three-dimensional coordinate space that corresponds to the vehicle driving environment defined by three-dimensional model data. be done.

以上に説明した本実施形態の三次元モデルデータ生成装置1によれば、三次元点群に対応する三次元形状に面情報を付加した三次元モデルデータを、少ないプロセッサ11の処理負荷で、且つ、少ないデータ量で、効率的に生成することができる。 According to the three-dimensional model data generation device 1 of the present embodiment described above, three-dimensional model data in which surface information is added to a three-dimensional shape corresponding to a three-dimensional point group can be generated with a small processing load on the processor 11. , can be generated efficiently with a small amount of data.

例えば、三次元点群を、路面に対応する第一の点群PG1と、第一の点群PG1以外の第二の点群PG2とに分離せず、三次元点群を構成する各点を一律に、8頂点6面の立方体の立体要素(いわゆるボクセル)に変換する第一の比較例を考える。 For example, each point constituting the three-dimensional point group is not separated into a first point group PG1 corresponding to the road surface and a second point group PG2 other than the first point group PG1. Consider a first comparative example in which the elements are uniformly converted into cubic three-dimensional elements (so-called voxels) with eight vertices and six faces.

第一の比較例によれば、LiDAR技術を用いた自動運転アルゴリズムの検証に重要ではない面情報が立体要素に多く含まれるため、三次元モデルデータのデータ量が不必要に大きくなりがちである。 According to the first comparative example, the amount of 3D model data tends to become unnecessarily large because the 3D elements contain a lot of surface information that is not important for verifying autonomous driving algorithms using LiDAR technology. .

一方、ポアソン表面再構築及びボールピボットアルゴリズム等の表面再構築技術を用いて、面情報を付加した三次元モデルデータを生成する第二の比較例を考える。第二の比較例によれば、三次元形状の表面を滑らかに且つ高精度に表現した三次元モデルデータを生成することができるものの、プロセッサ11の処理負荷が大きく、三次元モデルデータの生成に時間を要する。 On the other hand, consider a second comparative example in which three-dimensional model data with surface information added is generated using surface reconstruction techniques such as Poisson surface reconstruction and ball pivot algorithm. According to the second comparative example, although it is possible to generate three-dimensional model data that expresses the surface of a three-dimensional shape smoothly and with high precision, the processing load on the processor 11 is large, making it difficult to generate the three-dimensional model data. It takes time.

上述のシミュレータで三次元モデルデータを使用することを考えた場合、三次元モデルデータは、対応する空間における路面や地表上のオブジェクトの表面を、LiDARを用いた自動運転の検証に必要な精度で表すことができればよい。 When considering the use of 3D model data in the above-mentioned simulator, the 3D model data can represent the surfaces of road surfaces and objects on the ground in the corresponding space with the accuracy necessary for verification of autonomous driving using LiDAR. It's fine if you can express it.

このような精度の観点で見た場合、第一の比較例によれば、検証精度に対する影響が小さい面の情報が多く、三次元モデルデータのデータ量に無駄が多い。第二の比較例によれば、三次元モデルデータにおける面情報の正確性に関するメリットよりも、三次元モデルデータの生成に時間を要するデメリットのほうが、ユーザにとっては大きい可能性がある。特に、三次元点群地図データが、広範囲の地域に関する点群データであり、そのデータ量が巨大であるとき、処理負荷及びデータ生成時間の低減に係るメリットは、ユーザにとって非常に大きい。 From the viewpoint of accuracy, the first comparative example contains a lot of information on aspects that have little influence on verification accuracy, and the amount of three-dimensional model data is wasted. According to the second comparative example, the disadvantage that it takes time to generate the three-dimensional model data may be greater for the user than the advantage regarding the accuracy of the surface information in the three-dimensional model data. In particular, when the three-dimensional point cloud map data is point cloud data relating to a wide area and the amount of data is huge, the benefits of reducing processing load and data generation time are very large for the user.

本実施形態によれば、第一の点群PG1を4頂点1面の平面要素E1の一群に変換し、第二の点群PG2を6頂点3面の三角柱要素の一群に変換するので、第一の点群PG1及び第二の点群PG2に分けずに、各点を8頂点6面の立体要素に変換する第一の比較例と比べて、三次元モデルデータのデータ量を抑制することができ、三次元モデルデータの記憶に必要なメモリ量を抑えることができる。 According to this embodiment, the first point group PG1 is converted into a group of planar elements E1 with 4 vertices and 1 side, and the second point group PG2 is converted into a group of triangular prism elements with 6 vertices and 3 sides. To suppress the amount of three-dimensional model data compared to the first comparative example in which each point is converted into a three-dimensional element with eight vertices and six faces without dividing it into a first point group PG1 and a second point group PG2. This reduces the amount of memory required to store 3D model data.

更に言えば、地表上のオブジェクトを立方体又は四角柱の立体要素よりも面数の少ない三角柱の立体要素E2の一群に変換するため、第二の点群PG2だけに注目しても、三次元モデルデータの記憶に必要なメモリ量を低減することができる。 Furthermore, in order to convert objects on the ground into a group of triangular prism 3D elements E2 that have fewer faces than cube or quadrangular prism 3D elements, even if we focus only on the second point group PG2, the three-dimensional model The amount of memory required to store data can be reduced.

更に言えば、本実施形態では、面情報を規定形状の平面要素E1及び立体要素E2を用いて付加しているため、ポアソン表面再構築及びボールピボットアルゴリズムを用いた表面再構築技術と比較して、少ない処理負荷で高速に面情報を有する三次元モデルデータを生成することが可能である。 Furthermore, in this embodiment, since the surface information is added using the planar element E1 and the three-dimensional element E2 having a prescribed shape, the surface information is added compared to surface reconstruction techniques using Poisson surface reconstruction and ball pivot algorithms. , it is possible to generate three-dimensional model data with surface information at high speed with a small processing load.

従って、本実施形態によれば、三次元点群地図データから、面情報を含む三次元モデルデータを、高速にかつ少ないデータ量で生成可能である。 Therefore, according to this embodiment, three-dimensional model data including surface information can be generated from three-dimensional point cloud map data at high speed and with a small amount of data.

本開示が、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採り得ることは言うまでもない。平面要素E1は、四角形でなくてもよく、三角形や五角形等の多角形の形状を呈していていもよいし、非多角形の形状を呈していてもよい。立体要素E2もまた、三角柱でなくてもよく、四角柱、立方体、その他の立体形状を呈していてもよい。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and may take various forms. The planar element E1 does not have to be a quadrilateral, and may have a polygonal shape such as a triangle or a pentagon, or a non-polygonal shape. The three-dimensional element E2 also does not have to be a triangular prism, and may have a quadrangular prism, a cube, or other three-dimensional shape.

本開示の技術は、自動運転アルゴリズム検証用のシミュレータ向けの三次元モデルデータの生成装置に限定されるものではなく、点群データに基づいて、面情報を含む三次元モデルデータを生成する様々なシステムに適用可能である。 The technology of the present disclosure is not limited to a three-dimensional model data generation device for a simulator for autonomous driving algorithm verification, but can be applied to various devices that generate three-dimensional model data including surface information based on point cloud data. Applicable to the system.

上記実施形態における1つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、1つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。上記実施形態の構成の少なくとも一部は、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換されてもよい。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 The function that one component in the above embodiment has may be distributed and provided to multiple components. Functions possessed by multiple components may be integrated into one component. A part of the configuration of the above embodiment may be omitted. At least a part of the configuration of the embodiment described above may be added to or replaced with the configuration of other embodiments described above. All aspects included in the technical idea specified from the words described in the claims are embodiments of the present disclosure.

1…三次元モデルデータ生成装置、11…プロセッサ、13…メモリ、15…ストレージ、17…表示部、19…操作部、21…データ入出力部、E1…平面要素、E2…立体要素、PG1…第一の点群、PG2…第二の点群、PR…三次元モデルデータ生成プログラム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Three-dimensional model data generation device, 11...Processor, 13...Memory, 15...Storage, 17...Display section, 19...Operation section, 21...Data input/output section, E1...Planar element, E2...Three-dimensional element, PG1... First point group, PG2...second point group, PR...three-dimensional model data generation program.

Claims (5)

三次元点群により路面を含む地表上の三次元形状を表し、前記三次元点群における各点の三次元座標を記述する点群データを取得する取得部と、
前記点群データに基づき、前記三次元点群を、前記路面に対応する第一の点群と、前記第一の点群以外の第二の点群とに分離する分離部と、
前記第一の点群を平面要素の一群に変換し、前記第二の点群を立体要素の一群に変換することによって、前記平面要素の一群により前記路面の形状を表し、前記立体要素の一群により路面以外の形状を表す三次元モデルデータを生成する生成部と、
を備え
前記立体要素のそれぞれは、三角柱の立体要素であり、
前記三次元モデルデータは、前記立体要素のそれぞれの6頂点及び3面を定義するデータを備える三次元モデルデータ生成装置。
an acquisition unit that represents a three-dimensional shape on the ground surface including a road surface by a three-dimensional point group, and acquires point cloud data that describes three-dimensional coordinates of each point in the three-dimensional point group;
a separation unit that separates the three-dimensional point group into a first point group corresponding to the road surface and a second point group other than the first point group based on the point group data;
By converting the first point group into a group of planar elements and converting the second point group into a group of three-dimensional elements, the shape of the road surface is represented by the group of planar elements, and the group of three-dimensional elements is expressed. a generation unit that generates three-dimensional model data representing a shape other than a road surface;
Equipped with
Each of the three-dimensional elements is a triangular prism three-dimensional element,
The three-dimensional model data is a three-dimensional model data generation device including data defining six vertices and three faces of each of the three-dimensional elements .
前記平面要素のそれぞれは、四角形の平面要素であり、
前記三次元モデルデータは、前記平面要素のそれぞれの4頂点及び1面を定義するデータを備える請求項1記載の三次元モデルデータ生成装置。
Each of the planar elements is a rectangular planar element,
The three-dimensional model data generation device according to claim 1, wherein the three-dimensional model data includes data defining four vertices and one face of each of the planar elements.
請求項1又は請求項2記載の三次元モデルデータ生成装置が備える前記取得部と、前記分離部と、前記生成部としての機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to realize the functions of the acquisition unit, the separation unit, and the generation unit included in the three-dimensional model data generation device according to claim 1 or 2 . コンピュータによって実行される三次元モデルデータ生成方法であって、
三次元点群により路面を含む地表上の三次元形状を表し、前記三次元点群における各点の三次元座標を記述する点群データを取得することと、
前記点群データに基づき、前記三次元点群を、前記路面に対応する第一の点群と、前記第一の点群以外の第二の点群とに分離することと、
前記第一の点群を平面要素の一群に変換し、前記第二の点群を立体要素の一群に変換することによって、前記平面要素の一群により前記路面の形状を表し、前記立体要素の一群により路面以外の形状を表す三次元モデルデータを生成することと、
を含み、
前記立体要素のそれぞれは、三角柱の立体要素であり、
前記三次元モデルデータは、前記立体要素のそれぞれの6頂点及び3面を定義するデータを含む三次元モデルデータ生成方法。
A three-dimensional model data generation method executed by a computer, the method comprising:
Representing a three-dimensional shape on the ground surface including a road surface by a three-dimensional point group, and obtaining point cloud data describing three-dimensional coordinates of each point in the three-dimensional point group;
Separating the three-dimensional point group into a first point group corresponding to the road surface and a second point group other than the first point group based on the point group data;
By converting the first point group into a group of planar elements and converting the second point group into a group of three-dimensional elements, the shape of the road surface is represented by the group of planar elements, and the group of three-dimensional elements is expressed. generating three-dimensional model data representing a shape other than the road surface;
including;
Each of the three-dimensional elements is a triangular prism three-dimensional element,
The three-dimensional model data generation method includes data defining six vertices and three faces of each of the three-dimensional elements .
前記平面要素のそれぞれは、四角形の平面要素であり、 Each of the planar elements is a rectangular planar element,
前記三次元モデルデータは、前記平面要素のそれぞれの4頂点及び1面を定義するデータを含む請求項4記載の三次元モデルデータ生成方法。 5. The three-dimensional model data generation method according to claim 4, wherein the three-dimensional model data includes data defining four vertices and one face of each of the planar elements.
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