JPH06348815A - Ｃｇシステムにおける建物の景観の３次元モデルの設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】市街地や工場地のような建物が林立する景観像
を３次元コンピュータ・グラフィックスにより生成する
ために、建物の３次元モデルを簡便に設定する方法を提
供する。 【構成】建物を上方から撮影した第１の写真と、建物の
側面を撮影した第２の写真を用意する。まず第１の写真
を用いて建物の位置データと屋根データの外形を入力
し、これに、予め定めた高さデータを与えて、仮の３次
元モデルを設定する。次に、この仮の３次元モデルをレ
ンダリングして、第２の写真のカメラパラメータと同じ
カメラパラメータでＣＧ画像を生成し表示させる。ＣＧ
画像と、水平写真とが一致するように、仮の３次元モデ
ルの高さデータを修正し高さデータを定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）表示技術により３次元の建物の
景観像を生成するために、建物の３次元モデルを設定す
る方法であり、特に大量にビルディングや民家などが含
まれた景観の画像を生成する用途に好適である。

【０００２】

【従来の技術】ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉ
ｃｓ）は、モデリング、レンダリング、アニメーション
の３つの処理部から構成され、ユーザインタフェースを
介してオペレータの操作を受付け、最終出力としてＣＧ
画像データが生成されるシステムである。ここで、モデ
リング処理部は、ユーザインタフェースを介して、対象
物の位置データや形状データ等を受け付けて、対象物の
形状および属性を３次元モデル化する処理部である。レ
ンダリング処理部は、３次元モデルを投影して、任意の
方向から見た映像を計算により求める処理部である。ア
ニメーション処理部は、カメラや対象物の移動を考慮し
て、映像を連続させ動画を作成する処理部である。

【０００３】ＣＧシステムを用いて立体化した建物の景
観像を表現する方法としては、例えば「グラフィックス
とＣＡＤシンポジウム論文集」社団法人情報処理学会
（平成３年）の第１５５頁から第１６１頁において述べ
られている方法が知られている。この方法は、景観像を
得ようとする建物について３次元モデルを設定するため
に、まず、建物各部の寸法データを調べ、この寸法デー
タをもとに、建築用のＣＡＤシステムを使用して、まず
建物の図面作成を行なってから、個々の建物各部の立体
形状を精密に定義し３次元モデル化する方法である。こ
の方法は、建物の各部の寸法データに基づいて３次元モ
デルを作成するので、建物の正確な形状定義が可能であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法においては、建物の各部の寸法データに基づい
て３次元モデルを作成するので、個々の建物について寸
法データを調べる必要がある。そのため、市街地や工場
地のような多くの建物が林立する景観の画像を得ようと
すると、各建物についての寸法データを入手しなければ
ならない。このような場合、各建物の所有者の協力を求
め、実際に建物を個別に測量させてもらうか、または、
建物の設計図の提供を受ける必要があるが、所有者の協
力が得られるとは限らず、また、林立した建物すべてに
ついてこれを行うのは現実にはほとんど不可能である。
たとえすべての建物の寸法データがわかったとしても、
各建物について、各部の寸法データを入力するのは、多
くの入力工数を必要とするため、市街地や工場地の各建
物について入力を行おうとすると、入力工数は膨大にな
り、多大の時間とコストとが必要となる。

【０００５】従って、従来の建物の景観像を表現する方
法を用いて、市街地や工場地のような建物が林立する景
観像を得ることは非常に困難である。

【０００６】本発明は、ＣＧシステムを用いて、市街地
や工場地のような建物が林立する景観像を低コストで容
易に得ることのできる、建物の景観の３次元モデルの設
定方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、市街地や工
場地の景観画像を見る側にとっては、必ずしも全ての建
物の厳密な形状が必要とは限らず、例えば、中心となる
建物の背景となる建物や、建物が密集している部分の建
物は、建物の位置や形状の概略だけでも十分な景観画像
が得られると考え本発明を成すに至った。

【０００８】また、このような建物の位置や形状の概略
を、広範囲に渡って、簡便に正確に知る方法として、航
空写真等の写真を利用することとした。

【０００９】すなわち上記目的を達成するために、本発
明によれば、予め、前記建物の屋根が表われている第１
の写真、前記建物が立地する地形の３次元形状情報を含
む地形情報、および、前記建物の側面が表われている第
２の写真を用意し、前記第１の写真上の前記建物の位置
および前記建物の屋根の外形と、前記第１の写真の撮影
方向と、前記第１の写真の縮尺とを用いて、前記建物の
位置データおよび屋根の外形データを求め、また、前記
建物の高さデータとして、予め定めた仮の高さデータを
与え、前記建物の位置データと、前記建物の屋根の外形
データと、前記建物が立地する地形の３次元形状情報を
含む地形情報と、前記仮の高さデータとを、前記モデリ
ング処理部により処理して、前記建物の仮３次元モデル
を設定し、前記第２の写真を撮影した時の撮影位置、撮
影方向、レンズ特性を用いて、レンダリング処理部によ
り、前記仮３次元モデルをレンダリング処理して、前記
仮３次元モデルについての、前記第２の写真の視野方向
と等しい視野方向のＣＧ画像を生成し、前記第２の写真
に示された前記建物の側面の高さと、前記ＣＧ画像に示
された対応する建物の高さとが一致するように、前記第
２の写真の縮尺を考慮して、前記仮３次元モデルの高さ
データを修正し、前記建物の高さデータとすることを特
徴とする建物の景観の３次元モデルの設定方法が提供さ
れる。

【００１０】また、上述の仮３次元モデルの高さを修正
する方法としては、第２の写真を用いる方法のほか、第
１の写真に写った建物の側面の投影部の長さを用いる方
法や、第１の写真に写った建物の影の長さを用いる方法
を用いることもできる。

【００１１】

【作用】本発明の建物の景観の３次元モデルの設定方法
は、まず、航空写真のように、建物を上方から撮影した
第１の写真により、各建物の位置データと、屋根の外形
データを求める。未知数である建物の高さは、予め定め
られた仮の高さデータを与える。上述の位置データと屋
根の外形データと、仮の高さデータを一旦モデリング処
理し、建物の仮の３次元モデルを作成する。

【００１２】次に、この仮の３次元モデルをレンダリン
グ処理して、この建物の画像を生成し、ディスプレイに
表示させる。この時、ディスプレイに表示される画像の
視野範囲が、予め用意している、建物の側面を撮影した
写真の視野範囲と等しくなるように、第２の写真のカメ
ラパラメータを用いて、レンダリング処理する。

【００１３】次に、第２の写真と、ディスプレイに表示
された画像とを比較し、建物の高さが一致するように、
仮３次元モデルの仮の高さデータを修正しながら設定す
る。

【００１４】これにより、建物の寸法データを測量する
ことなく、写真をもとに、少ない入力工数で簡単に建物
の３次元モデルを設定することができる。

【００１５】また、第１の写真の周辺部に写った建物の
側面の投影部の長さや、第１の写真に写った建物の影の
長さを用いて、仮３次元モデルの高さデータを修正する
こともできる。この場合、仮の３次元モデルをレンダリ
ング処理して、この建物の画像を生成する際に、ディス
プレイに表示される画像の視野範囲が、第１の写真の視
野範囲と等しくなるように、第１の写真を撮影したとき
のカメラパラメータを用いて、レンダリング処理する。
この場合には、第２の写真は必要なく、第１の写真のみ
で建物の景観の３次元モデルを得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例のＣＧシステムにお
ける建物の景観の３次元モデルの設定方法を図面を用い
て説明する。

【００１７】本実施例で使用するＣＧシステムは、図３
に示すように、計算機６と、計算機６にデータを入力す
るためのマウス７と、計算機６から受け取った画像を表
示するディスプレイ５とを備えている。計算機６内のメ
モリと演算部（図示せず）は、図１０のように、ＣＧ画
像２０６を得るための、モデリング処理部２０１、レン
ダリング処理部２０２、アニメーション処理部２０３の
３つの処理部を構成する。これら処理部は、ユーザイン
ターフェース２０４を介して、オペレータ２０５のマウ
ス７による入力および指示操作を受け付け、最終出力と
して、ＣＧの画像データ２０６が生成される。

【００１８】ここで、モデリング処理部２０１が行うモ
デリングとは、表示する建物の３次元モデルを設定する
処理部分であり、ユーザインタフェース２０４を介し
て、オペレータ２０５から建物の位置データ、外形デー
タ等を受け付けて、これを処理し、建物をポリゴン（多
角形）の集合体で表現する形状設定処理部２１１と、建
物表面での光の反射様式を定めることにより材質や色彩
を表現する属性設定の処理部２１２から構成される。本
実施例により、オペレータ２０５が写真に基づいて入力
する位置データ、形状データ、仮の高さデータ、修正さ
れた高さデータ等は、この形状設定処理部１１に入力さ
れ、処理されて３次元モデルとなる。

【００１９】次に、モデリング処理部２０１で設定され
た３次元モデルの情報は、レンダリング処理部２０２で
レンダリング処理される。レンダリング処理とは、３次
元モデルを映像化する処理である。具体的には、仮想的
なカメラを想定して、これでモデルを撮影し、このとき
スクリーン（フィルム）上に記録される映像を計算によ
り求める処理である。まず、透視変換処理部２１３は、
透視変換により、３次元モデルを２次元のスクリーン上
に投影する。これは、ポリゴンの頂点座標に対して、透
視変換マトリクスを作用させることで計算する。次に、
隠面処置部２１４が、投影された情報のうち、カメラの
視点から見て、ほかの建物に隠されて見えなくなる部分
を消去する隠面処理を行う。つぎに、シェーディング処
理部２１５は、建物表面上に作用する光の強さを計算し
て、ポリゴンの明るさを計算する処理を行う。さらに、
シャドーイング処理部２１６は、光によって生じる影の
位置を求めて、建物に影をつける処理を行う。これによ
り、３次元モデルが映像化される。

【００２０】アニメーション処理部２０３は、レンダリ
ング処理された映像を、カメラや建物の移動を考慮し
て、動画を作成する。こうしてＣＧ画像が生成できる。

【００２１】まず、本発明の第１の実施例として、予め
用意されている、建物を鉛直上方から撮影した航空写真
と、建物を水平方向から撮影した水平写真とを用いて、
市街地の景観の３次元モデルを設定する方法について、
図１を用いて説明する。

【００２２】まず、ステップ１０１として、垂直写真お
よび水平写真を、図示しないスキャナーにより、画像デ
ータに変換してこれを計算機６に入力する。ここで、図
２により、垂直写真と水平写真の定義について説明す
る。まず、３次元モデル化の対象とする建物３につい
て、ほぼ垂直方向からカメラ４で撮影したものを垂直写
真とし、ほぼ水平方向から撮影したものを水平写真とす
る。例えば、垂直写真には航空機から撮影した航空写真
を使用し、水平写真には地上から建物を撮影した写真を
使用する。この時、鉛直方向、水平方向は、必ずしも厳
密である必要はなく、撮影方向が明確になっていればよ
い。また水平写真の撮影方向は、厳密にわかる場合に
は、それを用いて後のステップの処理を行うことができ
るが、撮影方向を厳密に求めるのが煩雑である場合に
は、後のステップの処理により撮影方向を求めることが
できるので差し支えない。また、撮影時の位置、レンズ
の視野角度等のレンズ特性、写真の縮尺が、本実施例の
処理に必要であるので、明確になっているものを用い
る。水平写真は、すべての建物について用意する必要は
ない。景観シミュレーションでは、景観判定のために重
要とされる視点位置があり、ここからの景観はできるだ
け正確でなければならないので、重要視点となる位置の
建物について、その視点から撮影した水平写真を用意す
る。

【００２３】ステップ１０２では、地形情報１３を入力
する。地形情報とは図２に示すように、建物３が設置さ
れている地形の３次元形状情報を意味しており、これを
ファイルなどから入力する。地形形状は、地図の等高線
情報等から入力可能であり、これはすでに得られている
ものとする。

【００２４】ステップ１０３は、ステップ１０４から１
０６までの処理を垂直写真の画像１に示された各建物３
について繰り返すことを示している。ただし、この段階
で使用する垂直写真の画像１は、写真の中心部分のみを
使用する。これは、写真の周辺部の建物が投影による歪
みを含んでいるのを避けるためである。なおかつ、垂直
写真の画像１には、地形情報の尺度および位置と一致さ
せるために、適当な幾何変換が施されており、地図から
入力した地形情報と座標が一致しているものとする。

【００２５】ステップ１０４では、計算機６は、垂直写
真の画像１をディスプレイ５に表示させ、オペレータ２
０５は、ディスプレイ５上に示された垂直写真の画像１
の屋根指示点８をピックし、これをモデリング処理部２
０１に入力する。この内容を、図３により説明する。図
３は、計算機６に接続されたディスプレイ５上の表示内
容を示したもので、オペレータ２０５は、マウス７によ
り指示を与える。画面上では垂直写真の画像１の中心部
の建物３と、３次元モデル化された建物３の側面図が表
示される。ここで、垂直写真の画像１上において、建物
３の屋根の外形を指示するために与える点を屋根指示点
８とする。すると、後述の方法により建物が３次元モデ
ル化され、図３のような側面図２３１が表示される。

【００２６】ステップ１０５では、オペレータ２０５が
屋根ライブラリ９を選択する。屋根ライブラリ９は、予
め計算機６内のメモリに格納されている。屋根ライブラ
リ９の内容は、図４に示す。屋根の形状は、ほぼ定型化
しているので、予めライブラリ９として用意し、この中
からオペレータ２０５が選択して使用する。本実施例で
は、図４のように、一般の家屋用に、切妻屋根、寄棟屋
根および片流屋根を屋根形状として用意している。更
に、ビルディングや大型構造物等も表現できるように、
傾斜した屋根をもたない直方体建物や円筒形建物等も用
意している。これらのライブラリ９の要素は、屋根の大
きさや形に合わせて、屋根勾配や軒の長さといったパラ
メータを設定して使用する。

【００２７】ステップ１０６では、屋根の面積に応じて
建物の高さを設定する。この方法は図５に示す。すで
に、ステップ１０４において、垂直写真の画像１上で、
屋根指示点８のピックにより屋根の外形が定まっている
ので、その屋根の外形の内部領域に属するディスプレイ
５の画素数により、まず、屋根面積を求める。次に、予
め設定したしきい値よりも、その建物の屋根面積が大き
いか否かを判定する。図５は、３次元モデル化された建
物の上面図と側面図を示す説明図であり、ハッチングで
示す部分の建物が、しきい値よりも大きい面積の屋根を
もっている。ここで、屋根面積が、しきい値よりも小さ
い建物は、いわゆる一般の民家であると判定し、例え
ば、１階または２階建てであるとして、１階建ての建物
の高さ、または、２階建ての建物の高さを計算機６内の
プログラム（図示していない）に従ってさだめる。この
建物の階数の割当は、乱数により決定する。また、割り
当てる１階当たりの建物の高さは、標準値に乱数を加え
た値により決定する。屋根面積が大きい建物について
は、面積に比例させて、例えば、３階建て以上の階数が
割り当てられる。こうして、建物の高さは、計算機６内
のプログラムによりこの段階では仮に定められる。

【００２８】このように、ステップ１０４から１０６を
繰返し行うことにより、垂直写真に示されたすべての建
物３について、位置データ、屋根の形状データ、仮の高
さデータがモデリング処理部２０１の形状設定処理部２
１１に入力される。形状設定処理部２０１は、この実施
例の最初に述べたように、すべての建物３をポリゴンの
集合体で表現し、３次元モデル化する。

【００２９】ステップ１０７は、ステップ１０８から１
１１までを、水平写真について繰り返し処理することを
意味している。前ステップまでにおいて、とりあえず建
物は３次元モデル化されているが、屋根面積だけから推
測して求めた値であるので、正確ではない。特に、景観
シミュレーションでは、景観判定のために重要とされる
視点位置があり、ここからの景観はできるだけ正確でな
ければならない。そこで、重要視点となる位置について
は、その視点から撮影した水平写真を用意し、その写真
情報を利用して建物の高さの補正を行なう。

【００３０】ステップ１０８では、水平写真の画像２と
ＣＧ画像のカメラパラメータのマッチングを行なう。そ
の内容を図６を参照して説明する。いま、対象である建
物３について、図６に示すような水平写真２が得られて
いるものとする。これに対応させて、オペレータ２０５
は、ステップ１０３から１０６でえられた建物３の仮の
３次元モデルを使用して、水平写真の画像２とほぼ同じ
ように見えるように、カメラパラメータを設定し、レン
ダリング処理２０２に処理させ、図６に示すような、Ｃ
Ｇ画像１１が生成させる。カメラパラメータには、例え
ば、撮影方向、撮影位置、レンズ特性などのパラメータ
があるが、撮影方向については厳密な方向がわからない
場合には、だいたいの方向のみを定めて、ＣＧ画像１１
を生成させる。

【００３１】撮影方向は、空間中のある点を原点とする
３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標系を考えたとき、各座標軸
に対してのカメラの回転角度により定まるので、例え
ば、各座標軸に対する回転角度のみを、オペレータ２０
５が操作してＣＧ画像１１を得ればよい。また、この段
階では、両者が完全に一致している必要はなく、ほぼ近
い撮影方向が得られていればよい。この時点でのＣＧ画
像１１を定めたときの、各座標軸回りの回転角度、ｒ
ｘ、ｒｙ、およびｒｚを基準角度とする。そして、この
基準角度からの変動量を求めて、最終的な撮影方向を求
める。即ち、ｒｘ、ｒｙおよびｒｚの回転角を、どれだ
け増減すれば水平写真の画像２に一致するかを求める。
このために、例えば、オペレータ２０５は、両者の画像
中に、対応する点である対応点１０を指示する。例え
ば、水平写真の「ｃ０」、「ｃ１」、「ｃ２」、「ｃ
３」および「ｃ４」の位置は、それぞれＣＧ画像の「ｃ
０’」、「ｃ１’」、「ｃ２’」、「ｃ３’」および
「ｃ４’」の位置に相当するというように、マウスによ
り指示する。こうして対応点が与えられると、例えば、
最小二乗法により両者の画像を結び付ける回転行列が求
められる。これにより、撮影方向が厳密にわからない水
平写真２と、ＣＧ画像１１とを完全に一致させるための
回転角度を求めるられる。

【００３２】その方法の詳細は、例えば、”画像理解−
３次元認識の数理−”森北出版（１９９０）の第５０頁
から第５３頁などに記載されている。これにつき若干説
明する。まず、カメラの回転前および回転後の両画像に
おける各対応点を、正規化した同次座標系により表現
し、これを「Ｎベクトル」と称する単位列ベクトルにて
記述する。次に、対応点が例えばＰ点存在するとき、カ
メラの回転により各対応点のＮベクトル「ｍ１’、…、
ｍｐ’」が「ｍ１、…、ｍｐ」に移るとする。ここで、
画像データは、誤差を有しているため、通常は「ｍｋ＝
Ｒ・ｍｋ’（ｋ＝１、…、ｐ）」となる回転行列Ｒが存
在するとは限らない。そこで、最小２乗法を用いて、Σ
（ｍｋ−Ｒ・ｍｋ’）²（Σは、ｋが１からｐまでにつ
いての総和を意味する）が、最小となる回転行列Ｒを計
算し、カメラの回転行列を求める。これにより、水平写
真とＣＧ画像における、カメラパラメータのマッチング
が行なわれる。即ち、与えられた水平写真とＣＧ画像と
のカメラのパラメータを一致させることができる。

【００３３】ステップ１０９では、マッチングしたカメ
ラパラメータで再度ＣＧ画像１１の生成を行なう。ステ
ップ１０８にて、水平写真に一致するカメラパラメータ
が求められているので、この値を利用して、建物および
地形情報をレンダリングし、ＣＧ画像１１を生成する処
理を行なう。

【００３４】ステップ１１０では、水平写真の画像２と
ＣＧ画像１１を重ね合わせてディスプレイ５に表示させ
る。図７を参照して、その処理について説明する。図７
では、説明のために、水平写真は実線で示し、ＣＧ画像
１１は建物３部分だけを点線で示している。この状態で
は、カメラパラメータは一致しているので、建物３の高
さだけが異なっている。実際のディスプレイ上では、例
えば、ＣＧ画像１１の部分を半透明表示にして、水平写
真の画像２の上に重ねて表示する。

【００３５】ステップ１１１では、水平写真の画像２を
もちいてＣＧ画像１１の建物３の高さを修正する。図７
に示すように、オペレータ２０５が、屋根部分をピック
して、ＣＧ画像１１の建物が水平写真に一致する位置を
指定し、モデリング処理部２０１の形状設定処理部２０
１に入力し、仮３次元モデルの高さデータを修正させ
る。この操作時には、変数は建物の高さだけの一つだけ
である。具体的には、例えば、マウスを操作してカーソ
ルが画面上で上下する位置に比例させて、簡単に建物の
高さを修正することが可能である。

【００３６】このように、本発明の第１の実施例では、
ステップ１０１からステップ１１１を行うことにより、
市街地の航空写真（垂直写真）と、一部の建物の水平写
真とを用いて、各建物の概略の３次元モデルを少ない入
力工程で簡単に入力し設定することができる。しかしな
がら、本実施例では、市街地の建物の景観のうち、重要
な視点についての建物は、正確な高さが水平写真から入
力されているため、ＣＧ画像を見る側にとっては、実際
に市街地を航空機から見た絵に近いＣＧ画像を得ること
ができる。

【００３７】また、本実施例は、垂直写真と水平写真か
ら、建物の位置データおよび形状データを入力したが、
ＣＧ画像をオペレータ２０５に見せる際に、視点の中心
となる建物については、別途、測量や設計図から建物の
構成要素の寸法データを得て、従来ように、これに基づ
いて３次元モデル化することもできる。このように、視
点の中心となる一部の建物については、詳細な建物の外
形を示し、背景となる建物については、上述の実施例の
手法により概略の外形を示すことにより、効率的にかつ
正確なＣＧ画像を得ることができる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施例として、予め
用意されている、建物を鉛直上方から撮影した航空写真
を用いて、市街地の景観の３次元モデルを設定する方法
について、図１１を用いて説明する。本実施例では、水
平写真を使用しない。

【００３９】本実施例では、ステップ１０１ａとして、
垂直写真のみを画像データに変換して、計算機６に入力
する。

【００４０】図１１において、ステップ１０２から１０
６までは、第１の実施例と同じであるので説明を省略す
る。これにより、仮の３次元モデルが設定される。

【００４１】ステップ１１２は、ステップ１１３から１
１６までの処理を、垂直写真の全体を使用して繰り返す
ことを意味している。第１の実施例のステップ１０３で
は、画像の歪みを避けるために垂直写真の中心部のみを
使用していたが、ここでは歪んでいる周辺部も含めて全
体を使用する。

【００４２】ステップ１１３では、垂直写真とＣＧ画像
のカメラパラメータのマッチングを行なう。これは、ス
テップ１０８の水平写真の時と同様で、両者の画像間に
対応点を指示してカメラパラメータを求める。

【００４３】ステップ１１４では、マッチングしたカメ
ラパラメータでＣＧ画像を生成する。これも、ステップ
１０９と同様で、前ステップで求められたカメラパラメ
ータにより、レンダリング処理を行なって画像を生成す
る。

【００４４】ステップ１１５では、垂直写真の画像１と
ＣＧ画像１１の重ね合わせ表示を行なう。この方法を図
８により説明する。ここで、カメラで撮影した垂直写真
は、３次元の景観が透視投影による変換を受けて、２次
元のフィルム上に記録されている。レンズの焦点位置を
投影中心とした投影関係であるので、画像の周辺部ほど
透視投影によるずれが発生する。特に周辺部にあって、
高い建物６では屋上の位置が、画像の周辺方向にずれて
表示され、建物３の側面が見える。本実施例では、この
ずれ量を利用して建物の高さ修正を行なう。図８では、
説明のために、ＣＧ画像１１を点線で表示しているが、
ディスプレイ５上では、例えば、これを半透明表示にし
て垂直写真に重ね合わせて表示する。

【００４５】ステップ１１６では、透視投影のずれによ
り建物の高さを修正する。図８のように、建物３をピッ
クしてＣＧ画像１１の建物３と垂直写真の画像１につい
て、透視投影のずれ量が一致するように、建物の高さ値
を修正する。ステップ１１１での場合と同様にして、例
えば、マウスにより修正することが可能である。

【００４６】ステップ１１７では、マッチングしたカメ
ラパラメータで影付けしたＣＧ画像１１を生成する。こ
のときのカメラパラメータはステップ１１３で求められ
たものを使用する。また、影付けしてレンダリングする
方法については、例えば、シャドウポリゴン法などが知
られており、これを利用してＣＧ画像１１を生成する。
更に、垂直写真の撮影場所や日時から、撮影時の太陽の
方向を求めておき、レンダリングで影付けする際の照明
の方向を、これに合わせておく。さらにレンダリングに
は単一の平行光線のみを使用し、照明特性も合わせてお
く。

【００４７】ステップ１１８では、垂直写真の画像１と
影付けしたＣＧ画像１１を重ね合わせ表示する。その方
法は、図９により説明する。ここでは、垂直写真の画像
１とＣＧ画像１１とは、カメラパラメータおよび照明の
条件を合わせてあるので、建物３による影１２の長さだ
けが異なって表示される。図９では、説明のためにＣＧ
画像１１の建物の影だけが点線で示されている。ディス
プレイ上では、ステップ１１５と同様に、例えば、ＣＧ
画像１１を半透明にして、垂直写真に重ね合わせて表示
する。

【００４８】ステップ１１９では、影の長さにより建物
の高さを修正する。図９に示すように、ＣＧ画像と垂直
写真が同時に表示されている状態で、影の長さが一致す
るように、建物の高さを修正する。これも、ステップ１
１６と同様に、例えば、マウスなどで修正することが可
能である。

【００４９】以上に示した本発明の第２の実施例によれ
ば、地形情報と垂直写真の投影情報および影情報とから
簡便に建物を３次元モデル化することが可能となる。

【００５０】また、仮３次元モデルのＣＧ画像の高さを
修正して設定し直す場合に、第１の実施例と第２の実施
例とを加え合わせて、水平写真が用意されている建物に
ついては、第１の実施例のステップ１０８から１１１を
おこない、水平写真はないが、垂直写真に投影された側
面部が写っている建物については、第２の実施例のステ
ップ１１３から１１６をおこない、垂直写真に影が写っ
ている場合には、第２の実施例のステップ１１７から１
１９をおこなうようにすることができる。また、これに
加えてさらに、建物の寸法データが測量や設計図からわ
かっている建物については、寸法データから従来の方法
により、３次元モデルを設定する。

【００５１】このように、本実施例によれば、写真情報
を参照しながら、建物の外形を指定すればよく、建物の
３次元モデルを容易に設定することができるので、市街
地や工場地のように複数の建物が林立する景観像を少な
い入力工数で低コストで作成することが可能になる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、写真情報に基づいて、
市街地や工場地のような建物が林立する景観像を低コス
トで容易に得ることのできる、建物の景観の３次元モデ
ルの設定方法を提供するができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の３次元モデルの設定方
法を示すフローチャートである。

【図２】図１の３次元モデルの設定方法で用いる垂直写
真と水平写真の撮影方法を示す説明図である。

【図３】図１の３次元モデルの設定方法において、ディ
スプレイ５に示される画像を示す説明図である。

【図４】図１の３次元モデルの設定方法で用いる屋根ラ
イブラリ９の説明図である。

【図５】図１の３次元モデルの設定方法において、屋根
面積に比例させて建物の仮の高さを定めることを示す説
明図である。

【図６】図１の３次元モデルの設定方法において、水平
写真の画像２とＣＧ画像１１とのカメラパラメータのマ
ッチングさせることを示す説明図である。

【図７】図６の水平写真２とＣＧ画像１１とを重ね合わ
せてディスプレイに表示し、高さの修正を指示する様子
を示す説明図である。

【図８】本発明の第２の実施例において、垂直写真の画
像１とＣＧ画像１１とをカメラパラメータを一致させ
て、重ね合わせて表示させ、建物の側面部の長さを用い
て高さの修正を指示する様子を示す説明図である。

【図９】本発明の第２の実施例において、垂直写真の画
像１とＣＧ画像１１とをカメラパラメータを一致させ
て、重ね合わせて表示させ、建物の影の長さを用いて高
さの修正を指示する様子を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施例で用いたＣＧシステムの構成
を示すブロック図である。

【図１１】本発明の第２の実施例の３次元モデルの設定
方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…垂直写真、２…水平写真、３…建物、４…カメラ、
５…ディスプレイ、６…計算機、７…マウス、８…屋根
指示点、９…屋根ライブラリ、１０…対応点、１１…Ｃ
Ｇ画像、１２…影、１３…地形情報、２０１…モデリン
グ処理部、２０２…レンダリング処理部、２０３…アニ
メーション処理部、２０４…ユーザインタフェース、２
０５…オペレータ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モデリング処理部およびレンダリング処理
   部を有するＣＧ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ）
   システムにおいて、建物の景観の３次元モデルを設定す
   る方法であって、 予め、前記建物の屋根が表われている第１の写真、前記
   建物が立地する地形の３次元形状情報を含む地形情報、
   および、前記建物の側面が表われている第２の写真を用
   意し、 前記第１の写真上の前記建物の位置および前記建物の屋
   根の外形と、前記第１の写真の撮影方向と、前記第１の
   写真の縮尺とを用いて、前記建物の位置データおよび屋
   根の外形データを求め、 また、前記建物の高さデータとして、予め定めた仮の高
   さデータを与え、 前記建物の位置データと、前記建物の屋根の外形データ
   と、前記建物が立地する地形の３次元形状情報を含む地
   形情報と、前記仮の高さデータとを、前記モデリング処
   理部により処理して、前記建物の仮３次元モデルを設定
   し、 前記第２の写真を撮影した時の撮影位置、撮影方向、レ
   ンズ特性を用いて、レンダリング処理部により、前記仮
   ３次元モデルをレンダリング処理して、前記仮３次元モ
   デルについての、前記第２の写真の視野方向と等しい視
   野方向のＣＧ画像を生成し、 前記第２の写真に示された前記建物の側面の高さと、前
   記ＣＧ画像に示された対応する建物の高さとが一致する
   ように、前記第２の写真の縮尺を考慮して、前記仮３次
   元モデルの仮の高さデータを修正し、前記建物の高さデ
   ータとすることを特徴とする建物の景観の３次元モデル
   の設定方法。
2. 【請求項２】モデリング処理部およびレンダリング処理
   部を有するＣＧ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ）
   システムにおいて、建物の景観の３次元モデルを設定す
   る方法であって、 予め、前記建物の屋根および側面が表われている第１の
   写真、および、前記建物が立地する地形の３次元形状情
   報を含む地形情報を用意し、 前記第１の写真上の前記建物の位置および前記建物の屋
   根の外形と、前記第１の写真の撮影方向と、前記第１の
   写真の縮尺とを用いて、前記建物の位置データおよび屋
   根の外形データを求め、 また、前記建物の高さデータとして、予め定めた仮の高
   さデータを与え、 前記建物の位置データと、前記建物の屋根の外形データ
   と、前記建物が立地する地形の３次元形状情報を含む地
   形情報と、前記仮の高さデータとを、前記モデリング処
   理部により処理して、前記建物の仮３次元モデルを設定
   し、 前記第１の写真を撮影した時の撮影位置、撮影方向、レ
   ンズ特性を用いて、レンダリング処理部により前記仮３
   次元モデルをレンダリング処理して、前記仮３次元モデ
   ルについての、前記第１の写真の視野方向と等しい視野
   方向のＣＧ画像を生成し、 前記第１の写真に投影されている前記建物の側面の長さ
   と、前記ＣＧ画像に示された対応する建物の側面の長さ
   とが、一致するように、前記第１の写真の縮尺を考慮し
   て、前記仮３次元モデルの仮の高さデータを修正し前記
   建物の高さデータとすることを特徴とする建物の景観の
   ３次元モデルの設定方法。
3. 【請求項３】モデリング処理部およびレンダリング処理
   部を有するＣＧ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ）
   システムにおいて、建物の景観の３次元モデルを設定す
   る方法であって、 予め、前記建物の屋根および側面が表われている第１の
   写真、および、前記建物が立地する地形の３次元形状情
   報を含む地形情報を用意し、 前記第１の写真上の前記建物の位置および前記建物の屋
   根の外形と、前記第１の写真の撮影方向と、前記第１の
   写真の縮尺とを用いて、前記建物の位置データおよび屋
   根の外形データを求め、 また、前記建物の高さデータとして、予め定めた仮の高
   さデータを与え、 前記建物の位置データと、前記建物の屋根の外形データ
   と、前記建物が立地する地形の３次元形状情報を含む地
   形情報と、前記仮の高さデータとを、前記モデリング処
   理部により処理して、前記建物の仮３次元モデルを設定
   し、 前記第１の写真を撮影した時の撮影位置、撮影方向、レ
   ンズ特性、照明方向を用いて、レンダリング処理部によ
   り、前記仮３次元モデルを、シャドーイングを含むレン
   ダリング処理して、前記仮３次元モデルについての、前
   記第１の写真の視野方向と等しい視野方向であって、前
   記第１の写真と等しい方向から照明された影を有するＣ
   Ｇ画像を生成し、 前記第１の写真に写っている建物の影の長さと、前記Ｃ
   Ｇ画像に示された対応する建物の影の長さとが、一致す
   るように、前記第１の写真の縮尺を考慮して、前記仮３
   次元モデルの仮の高さデータを修正し前記建物の高さデ
   ータとすることを特徴とする建物の景観の３次元モデル
   の設定方法。
4. 【請求項４】請求項１において、前記第２の写真を画像
   データに変換し、前記ＣＧ画像と、前記第２の写真の画
   像とを、ディスプレイ上に同一縮尺で重ねて表示させ、
   前記ＣＧ画像が示す前記建物の高さが、前記第２の写真
   の画像の建物の高さと一致するように、前記仮３次元モ
   デルの仮の高さデータを修正することを特徴とする建物
   の景観の３次元モデルの設定方法。
5. 【請求項５】請求項１、２または３において、前記建物
   の屋根の外形データから、前記建物の屋根の面積を求
   め、 前記仮の高さデータを与える際に、前記建物の屋根の面
   積に比例した高さを与えることを特徴とする建物の景観
   の３次元モデルの設定方法。
6. 【請求項６】請求項５において、前記建物の屋根の面積
   が予め定めた値よりも小さい場合、予め定めた値以下の
   範囲で発生させた乱数で高さを与えることを特徴とする
   建物の景観の３次元モデルの設定方法。
7. 【請求項７】請求項１、２または３において、前記ＣＧ
   システムは、典型的な屋根形状を屋根ライブラリとして
   有し、前記屋根ライブラリをディスプレイに表示して、
   選択を受け付け、前記屋根形状を含めて前記建物の仮３
   次元モデルを設定することを特徴とする建物の景観の３
   次元モデルの設定方法。
8. 【請求項８】請求項１、２または３において、前記第１
   の写真から、前記建物の位置データおよび屋根の外形デ
   ータを求めるために、前記第１の写真を画像データに変
   換してディスプレイ上に表示させ、前記ディスプレイ上
   で、前記建物の位置および屋根の外形を指定を受け付け
   ることにより、前記位置データおよび屋根の外形データ
   を求めることを特徴とする建物の景観の３次元モデルの
   設定方法。
9. 【請求項９】請求項１において、前記仮３次元モデルの
   仮の高さデータを修正するために、前記第２の写真を画
   像データに変換し、前記ＣＧ画像と重ね合わせて表示さ
   せ、前記ディスプレイ上で、前記仮の高さデータの修正
   を受け付けることを特徴とする建物の景観の３次モデル
   の設定方法。
10. 【請求項１０】請求項１において、前記第２の写真と前
    記ＣＧ画像についての前記視野条件が等しくなるように
    する際に、当該第２の写真上と当該ＣＧ画像上で同一の
    場所にある地点を対応点として指定を受け付け、該第１
    の写真または該第２の写真と該ＣＧ画像の間で当該対応
    点を一致させるような変換量を求め、これにより該視野
    条件を等しくすることを特徴とする建物の景観の３次元
    モデルの設定方法。
11. 【請求項１１】モデリング処理部およびレンダリング処
    理部を有するＣＧ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃ
    ｓ）システムにおいて、複数の建物の景観の３次元モデ
    ルを設定する方法であって、 一部の建物については、請求項１記載の設定方法を用い
    て、３次元モデルを設定し、 他の一部の建物については、それらの建物を構成する構
    成部品の寸法データを予め用意し、前記寸法データをモ
    デリング処理部により処理して３次元モデルを設定する
    ことを特徴とする建物の景観の３次元モデルの設定方
    法。