JPWO2004042675A1 - 視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラム - Google Patents
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Abstract
ベクトル場（７０）をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化（Ｐ５，Ｐ８）するため、ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得（Ｐ１）、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度（Ａ）を求め（Ｐ２）、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度（Ｃ）を求め（Ｐ３）、前記浮上度（Ａ）と前記沈下度（Ｃ）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度（Ｂ）を求め（Ｐ４）、前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示（Ｆ）を行う（Ｐ５）。
Description
本発明は、視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関し、特に、実質的に三つの成分をまとめて表示した三次元ベクトル（例えば、立体的地形データ）或いは多次元ベクトル（例えば、立体的地形データと地質データとを併有するデータ）中の特定の三成分に関する三次元ベクトルが分布するベクトル場（例えば，地表面を表す地形データの集合）を、直感的に視認可能な仕方（例えば、視覚的立体感を与える仕方）で、実質的に二次元の視野（例えば、平面又は曲面）上に視覚化するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
本発明は、また、３次元座標で表された大量のデジタル画像データに基づく地形の凹凸部の高低及び傾斜を、等高線に代えて、色調で表現することにより視覚的に立体感を付与可能な傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
本発明は、また、３次元座標で表された大量のデジタル画像データに基づく地形の凹凸部の高低及び傾斜を、等高線に代えて、色調で表現することにより視覚的に立体感を付与可能な傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
三次元ベクトル場の二次元面上での視覚化は、古来より多くの試みがなされている。
最も典型的には，２つの成分を座標値に変換して、その交点を二次元面上にプロットし、各交点に残る第３の成分の属性を付記する仕方（例えば、町内案内図）が知られているが、これだと第３の成分の違いを簡単に把握できない。
この点、第３の成分の属性的特徴を図形表示すること（例えば、市街案内図）もなされているが、それでも情報の局在化を免れることはできず、属性の連続的な変化が分からない。
そこで、二成分の連続的特徴（例えば、海岸、河川、湖沼等の外形線）と、第３の成分の属性等値線（例えば、等高線）を記入する仕方が汎用されているが、やはり、属性の変化状態を直感的に視認することが難しい。
ここで、より具体的に，地形図を考えてみる。
解析図化機によるメッシュ測量では、地形を格子状に分割し、それに標高値を付与してＤＥＭ（デジタルエレベイションモデル「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」）のデータを得る。これを計算機で処理して、例えば地形の高度、傾斜角、斜面方位、ラプラシアン、流域区分、水系等に関するパラメータを計算し、面上に分布する計算結果を対応する画像に変換できる。
航空機レーザー計測では、更に詳細な情報を含むデータが得られる。
これらのデータは、地形図にすべて盛り込まれる訳ではない。
例えば，高低及び傾斜に関する情報を取り出し、等高線として地図に記入する。だが、そこから立体的な地形を想像することは容易でない。
斜め上方から光を当てた陰影図として立体感を出す画像もあるが、これだと特定方向の傾斜が強調される。
この点，グレイスケール（明度の段階）あるいはレインボウカラー（色相の段階）で表示した地形画像は、地形の幾何的特徴とその分布状態を直感的に視認でき、有用であるが、効果的な立体視感が得られない。
文献１：「特開平１−４６９０２号公報」
地上開度又は地下開度のいずれかをメガフィルタとして用い、これにより画像を処理することもあり、これだと比較的大域での地形の特徴を補足できるが、立体視感の点で物足りず、特に局所的な立体視感に不満が残る。
文献２：「岩手大論文：横山隆三・白沢道生・菊地祐（１９９９）開度による地形特徴の表示，写真測量とリモートセンシング，ｖｏ．３８，ｎｏ．４，２６−３４」
ここで、地形図に立体視感を与える従来方法について述べる。
（ステレオマッチング画像、三次元画像）
基本的に視差を使用した画像で、２枚の写真を用いる。赤／青フィルター、偏光フィルター、回折格子、又はレンティキュラーレンズによる場合など様々な方法があるが、いずれも特定の方向から見る必要があり、また眼鏡を必要とする。しかも、拡大、縮小が難しい。
三次元画像は、特定方向から見下ろした画像で、影の部分が見えず，また遠くが小さく、近くは解像度が不足するので、判読に不向きである。しかも画像作成に時間を要する。
（等高線による表現）
等高線は山地の地形表現に好適だが、急傾斜（例えば、急崖部）或いは緩傾斜もしくは平坦地（平野部）で、段階的に高さを割り当てられた等高線が極度に集合、離散し、地形の判読に時間がかかる。
傾斜の角度及び向きを等高線の間隔の変化から推測することになり、従って単純な拡大、縮小に馴染まず、場合により作り直しが必要になる。
等高線が混み合うと隙間がなくなり、崖記号で置換する。この作業は手間を要し、またベクトル化の障害になる。
小さな凹凸は、各等高線に高さを付与しないと判読できない。
（二次元的な標高値を有する画像データの集合）
航空写真測量による図化作業では、特定の高度を連ねた等高線情報を直接取得し、等高線間の高度は与えない。
航空機レーザー計測或いは解析図化機によるメッシュ測量の場合には、ＤＥＭデータを取得し、それに基づき等高線の二次元的な分布を求め、必要に応じ等高線のスムージングを行うが、最終的に等高線に含まれない情報、例えば、等高線間の三次元的幾何情報が使用されずに残る。
本発明は以上の点に鑑みなされた。
従って、本発明は、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化するための視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
本発明は、また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
発明の要旨
前記課題を解決すべく、本発明に係る視覚化処理システムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３のオペレータと、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４のオペレータと、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第５のオペレータとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して、対応する座標点列を得るとともに、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度、つまり盛り上がりの度合い（例えば、地形図の尾根度）と、沈下度、つまり沈み込みの度合い（例えば、地形図の谷度）とを求め、それらを（差分も含む広義な範囲で）合目的的に重み付け合成して、局所領域での浮沈度、つまり、盛り上がり及び沈み込みの度合い（例えば、地形図の尾根谷度）を求め、これを二次元面上の対応する領域に諧調表示するようにしているので、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
前記浮上度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における片面側の立体角で表される。
前記沈下度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における他面側の立体角で表される。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列を連結する面の斜度分布を求める第６のオペレータを備え、前記第５のオペレータは、好ましくは、前記二次元面上に前記斜度分布を（より好ましくは赤色系の色で）色調表示，即ち彩度表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線を得る第７のオペレータと、前記諧調表示がなされた二次元面上に前記属性等値線を写像する第８のオペレータとを備える。
本発明に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の工程と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る視覚化処理プログラムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の処理と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の処理とをコンピュータに行わせるべく機能することを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムは、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを記憶したデータベースと、コンピュータとからなることを特徴とし、前記コンピュータは、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段と、前記等高線の間をメッシュ化する手段と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、この着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理方法は、デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する工程と、前記等高線の間をメッシュ化する工程と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める工程と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する工程と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する工程と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理プログラムは、コンピュータを、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを読み出す手段、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段、前記等高線の間をメッシュ化する手段、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段、及び前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段として機能させることを特徴とする。
最も典型的には，２つの成分を座標値に変換して、その交点を二次元面上にプロットし、各交点に残る第３の成分の属性を付記する仕方（例えば、町内案内図）が知られているが、これだと第３の成分の違いを簡単に把握できない。
この点、第３の成分の属性的特徴を図形表示すること（例えば、市街案内図）もなされているが、それでも情報の局在化を免れることはできず、属性の連続的な変化が分からない。
そこで、二成分の連続的特徴（例えば、海岸、河川、湖沼等の外形線）と、第３の成分の属性等値線（例えば、等高線）を記入する仕方が汎用されているが、やはり、属性の変化状態を直感的に視認することが難しい。
ここで、より具体的に，地形図を考えてみる。
解析図化機によるメッシュ測量では、地形を格子状に分割し、それに標高値を付与してＤＥＭ（デジタルエレベイションモデル「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ」）のデータを得る。これを計算機で処理して、例えば地形の高度、傾斜角、斜面方位、ラプラシアン、流域区分、水系等に関するパラメータを計算し、面上に分布する計算結果を対応する画像に変換できる。
航空機レーザー計測では、更に詳細な情報を含むデータが得られる。
これらのデータは、地形図にすべて盛り込まれる訳ではない。
例えば，高低及び傾斜に関する情報を取り出し、等高線として地図に記入する。だが、そこから立体的な地形を想像することは容易でない。
斜め上方から光を当てた陰影図として立体感を出す画像もあるが、これだと特定方向の傾斜が強調される。
この点，グレイスケール（明度の段階）あるいはレインボウカラー（色相の段階）で表示した地形画像は、地形の幾何的特徴とその分布状態を直感的に視認でき、有用であるが、効果的な立体視感が得られない。
文献１：「特開平１−４６９０２号公報」
地上開度又は地下開度のいずれかをメガフィルタとして用い、これにより画像を処理することもあり、これだと比較的大域での地形の特徴を補足できるが、立体視感の点で物足りず、特に局所的な立体視感に不満が残る。
文献２：「岩手大論文：横山隆三・白沢道生・菊地祐（１９９９）開度による地形特徴の表示，写真測量とリモートセンシング，ｖｏ．３８，ｎｏ．４，２６−３４」
ここで、地形図に立体視感を与える従来方法について述べる。
（ステレオマッチング画像、三次元画像）
基本的に視差を使用した画像で、２枚の写真を用いる。赤／青フィルター、偏光フィルター、回折格子、又はレンティキュラーレンズによる場合など様々な方法があるが、いずれも特定の方向から見る必要があり、また眼鏡を必要とする。しかも、拡大、縮小が難しい。
三次元画像は、特定方向から見下ろした画像で、影の部分が見えず，また遠くが小さく、近くは解像度が不足するので、判読に不向きである。しかも画像作成に時間を要する。
（等高線による表現）
等高線は山地の地形表現に好適だが、急傾斜（例えば、急崖部）或いは緩傾斜もしくは平坦地（平野部）で、段階的に高さを割り当てられた等高線が極度に集合、離散し、地形の判読に時間がかかる。
傾斜の角度及び向きを等高線の間隔の変化から推測することになり、従って単純な拡大、縮小に馴染まず、場合により作り直しが必要になる。
等高線が混み合うと隙間がなくなり、崖記号で置換する。この作業は手間を要し、またベクトル化の障害になる。
小さな凹凸は、各等高線に高さを付与しないと判読できない。
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航空写真測量による図化作業では、特定の高度を連ねた等高線情報を直接取得し、等高線間の高度は与えない。
航空機レーザー計測或いは解析図化機によるメッシュ測量の場合には、ＤＥＭデータを取得し、それに基づき等高線の二次元的な分布を求め、必要に応じ等高線のスムージングを行うが、最終的に等高線に含まれない情報、例えば、等高線間の三次元的幾何情報が使用されずに残る。
本発明は以上の点に鑑みなされた。
従って、本発明は、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化するための視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
本発明は、また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
発明の要旨
前記課題を解決すべく、本発明に係る視覚化処理システムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３のオペレータと、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４のオペレータと、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第５のオペレータとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して、対応する座標点列を得るとともに、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度、つまり盛り上がりの度合い（例えば、地形図の尾根度）と、沈下度、つまり沈み込みの度合い（例えば、地形図の谷度）とを求め、それらを（差分も含む広義な範囲で）合目的的に重み付け合成して、局所領域での浮沈度、つまり、盛り上がり及び沈み込みの度合い（例えば、地形図の尾根谷度）を求め、これを二次元面上の対応する領域に諧調表示するようにしているので、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
前記浮上度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における片面側の立体角で表される。
前記沈下度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における他面側の立体角で表される。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列を連結する面の斜度分布を求める第６のオペレータを備え、前記第５のオペレータは、好ましくは、前記二次元面上に前記斜度分布を（より好ましくは赤色系の色で）色調表示，即ち彩度表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線を得る第７のオペレータと、前記諧調表示がなされた二次元面上に前記属性等値線を写像する第８のオペレータとを備える。
本発明に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の工程と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る視覚化処理プログラムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の処理と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の処理とをコンピュータに行わせるべく機能することを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムは、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを記憶したデータベースと、コンピュータとからなることを特徴とし、前記コンピュータは、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段と、前記等高線の間をメッシュ化する手段と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、この着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理方法は、デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する工程と、前記等高線の間をメッシュ化する工程と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める工程と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する工程と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する工程と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理プログラムは、コンピュータを、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを読み出す手段、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段、前記等高線の間をメッシュ化する手段、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段、及び前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段として機能させることを特徴とする。
本発明の上記及びその他の特徴、作用、及び効果は、以下に添付図面を参照してなされる本発明を実施するための最適な形態の説明を読むことにより明らかとなる。添付図面中：
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る視覚化処理システムのブロック図；
図２は、図１の視覚化処理システムの処理手順及び処理結果を示す流れ図；
図３は、図２の流れ図のＡ部詳細図；
図４は、図２の流れ図のＢ部詳細図；
図５は、図２の流れ図のＣ部詳細図；
図６は、図２の流れ図のＤ部詳細図；
図７は、図２の流れ図のＥ部詳細図；
図８は、図２の流れ図のＦ部詳細図；
図９は、図２の流れ図のＧ部詳細図；
図１０は、図２の流れ図のＨ部詳細図；
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムのブロック図；
図１２は、図１１の視覚化処理システムにおけるレーザ計測の説明図；
図１３は、図１１の視覚化処理システムにおける８方向配列の説明図；
図１４は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の原理説明図；
図１５は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の主要パターン説明図；
図１６は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の立体的説明図；
図１７は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図；
図１８は、図１１の視覚化処理システムにおけるグレイスケースの割当て説明図；
図１９は、図１１の視覚化処理システムの凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図；
図２０は、図１１の視覚化処理システムの斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図；
図２１は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図；
図２２は、図１１の視覚化処理システムにおける傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図；
図２３は、図１１の視覚化処理システムにより得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像を示す図；
図２４は、富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図；
図２５は、同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図；
図２６は、同上地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２７は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２８は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２９は、人体のＸ線透視図；
図３０は、図２９の透視図の段彩スライス画像；
図３１は、図２９の透視図を図１の視覚化処理システムで処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像；そして
図３２は、図３１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
発明を実施するための最適な形態
以下に、本発明を実施するための最適な形態を例示的に説明する。
（第１の実施の形態）
先ず、図１〜図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施形態に係る視覚化処理システムＶＰＳ１のブロック図、図２は同システムＶＰＳ１の処理手順Ｐ１〜Ｐ８及び処理結果Ａ〜Ｉを示す流れ図、そして図３〜図１０はそれぞれ主要な処理結果Ａ〜Ｈを詳細に示す図である。
図１に示すように、視覚化処理システムＶＰＳ１は、ワークステーション、プロセッサ、マイクロコンピュータ、ロジック、レジスタ等の適宜な組み合わせからなる中央情報処理装置（ＣＰＵ）５１と、この中央情報処理装置５１に必要な制御・操作情報を入力するキーボード（ＫＢ）、マウス、対話型ソフトスイッチ、外部通信チャネル等を含む情報入力部５４と、中央情報処理装置５１から出力された情報を広義な意味で表示・伝送するディスプレイ、プリンタ、外部通信チャネル等を含む情報出力部５５と、中央情報処理装置５１に読み込まれるオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム等の情報が格納されたロム（ＲＯＭ）等の第１の記憶部５２と、中央情報処理装置５１で随時処理すべき情報及び中央情報処理装置５１から随時書き込まれる情報を格納するラム（ＲＡＭ）等の第２の記憶部５３とを備える。第１及び第２の記憶部５２，５３を適宜統合、細分化することは差し支えない。
第１の記憶部５２には、所定のアプリケーション上で動作する視覚化処理プログラム６０が格納され、この視覚化処理プログラム６０は、本実施形態では、中央情報処理装置５１に読み込まれて図２に示す８つの視覚化処理Ｐ１〜Ｐ８をそれぞれ実行可能なプログラム群を含む第１〜第８処理ファイル６１〜６８により構成されるが、それらプログラム群の分類、配備は自由に設定可能である。
第２の記憶部５３には、視覚処理プログラム６０の処理対象となるベクトル場７０が格納される。このベクトル場７０は、実質的に３種以上の情報を抽出可能な１つ以上の成分を有する情報ベクトルの有限集合（総数Ｎ個）であればよく、本実施形態の各ベクトルは、富士山地表面の微小な有限分割領域を代表する着目点に関し、その経度情報及び緯度情報を参照テーブルで確認可能な識別（Ｉｄ）番号と、隣接する着目点又は三角基準点に対する高度差とを含む２成分ベクトルである。
第１処理ファイル６１は、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）に処理した２成分ベクトルＶｎの識別番号Ｉｄｎと高度差とから、その経度ｘｎ、緯度ｙｎ、及び海抜高度ｚｎを算出し、その値を第２の記憶部５３に格納された仮想的な三次元（３Ｄ）のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標空間８０内の対応する座標点Ｑｎ＝｛Ｘｎ＝ｘｎ、Ｙｎ＝ｙｎ、Ｚｎ＝ｚｎ｝に対応付けることにより、つまり、記憶部５３内の座標点Ｑｎに対応した記憶領域にベクトルＶｎの識別番号Ｉｄｎを格納することにより、ベクトルＶｎを座標空間８０に写像し、これを総数Ｎ個のベクトルについて行うことにより、ベクトル場７０を座標空間８０に写像する（図２の処理Ｐ１）。
第１処理ファイル６１は、更に、座標空間８０内の総数Ｎ個又はそれ未満の適宜な個数のＩｄ付き座標点の列｛Ｑｎ：ｎ≦Ｎ｝を必要な滑らかさで連結する曲面Ｓを最小二乗法等で求めて、これを総数Ｍ個｛Ｍ≦Ｎ｝の微小な面領域｛Ｓｍ：ｍ≦Ｍ｝に分割し、それぞれ着目点Ｑｍを定め、関連情報を記憶部５３に格納する。
第２処理ファイル６２は、各面領域Ｓｍに関し、その着目点Ｑｍから所定半径内に位置する曲面Ｓの表側（Ｚ＋側）の局所領域Ｌｍ ＋を確認し、それにより画成される着目点Ｑｍ周りの開放度（即ち、天側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ ＋を求め（図２の処理Ｐ２）、面領域Ｓｍの浮上度として記憶する。この浮上度Ψｍ ＋を曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ａとして図３に示す。この画像Ａは、地形の尾根側、つまり（曲面Ｓの）凸部をいかにも凸部らしく明瞭に示す。
第３処理ファイル６３は、上記面領域Ｓｍに関し、その着目点Ｑｍから上記所定半径内に位置する曲面Ｓの裏側（Ｚ−側）の局所領域Ｌｍ −を確認し、それにより画成される着目点Ｑｍ周りの開放度（即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ −を求め（図２の処理Ｐ３）、面領域Ｓｍの沈下度として記憶する。この沈下度Ψｍ −を曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｃとして図５に示す。この画像Ｃは、地形の谷側、つまり（曲面Ｓの）凹部をいかにも凹部らしく明瞭に示す。この画像Ｃが前記画像Ａの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
第４処理ファイル６４は、上記面領域Ｓｍに関し、その浮上度Ψｍ ＋と沈下度Ψｍ −とを合目的的に（つまり、尾根と谷のどちらを重視するかに従い）定めた配分割合ｗ＋：ｗ−（ｗ＋＋ｗ−＝０）で重み付け合成（ｗ＋Ψｍ ＋＋ｗ−Ψｍ −）することにより、前記所定半径内に位置する曲面Ｓの表裏の局所領域Ｌｍ（Ｌｍ ＋，Ｌｍ −）が着目点Ｑｍ周りにもたらす立体的効果を求め（図２の処理Ｐ４）、面領域Ｓｍの浮沈度Ψｍとして記憶する。この浮沈度Ψｍを曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｂとして図４に示す。この画像Ｂは、（曲面Ｓの）の凸部を凸部らしくまた凹部を凹部らしく明瞭に示すことにより、地形の尾根と谷とを際立たせ、視覚的立体感を増強する。なお、画像Ｂは、上記合成の重み付けがｗ＋＝−ｗ−＝１になっている。
ここで、第６処理ファイル６６を説明する。このファイル６６は、上記面領域Ｓｍに関し、その最大傾斜度（又はそれと等価な一回微分値）Ｇｍを、直接的に又は最小二乗法を介し間接的に求め（図２の処理Ｐ６）、上記面領域Ｓｍの斜度Ｇｍとして記憶する。この斜度Ｇｍを曲面Ｓ全体に渡り赤系統の色Ｒで色調表示した画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｄとして図６に示す。この画像Ｄも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体感を視覚的に醸成する効果を持つ。
第５処理ファイル６５は、三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Ｇｍ，Ｒ）と共に、情報出力部５５の二次元面９０に写像（図２の処理Ｐ５）することにより、前記座標点Ｑｍの列を連結する面Ｓの分割領域Ｓｍに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに、前記斜度ＧｍのＲ色調表示を行うとともに、そのＲ色調の明度について、前記浮沈度Ψｍに対応する諧調表示を行う。この画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｆとして図８に示す。この画像Ｆは、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
図７の画像Ｅは、前記画像Ｄの情報（つまり斜度Ｇｍを示すＲ色調）と画像Ａに対応する浮沈度（つまり浮上度Ψｍ ＋）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理Ｐ５）した結果を示し、尾根部が強調されている。
図９の画像Ｇは、前記画像Ｄの情報（斜度Ｇｍを示すＲ色調）と画像Ｃに対応する浮沈度（つまり沈下度Ψｍ −）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理Ｐ５）した結果を示し、谷部が強調されている。
第７処理ファイル６７は、前記座標点Ｑｎの列のうち、前記ベクトル７０場のベクトルＶｎの成分から抽出される属性（本実施形態では海抜高度ｚｎ）が等値な座標点Ｑｎを連結した属性等値線（本実施形態では地形の等高線及び外形線）Ｅａを求めて、これを記憶し、必要に応じ、出力ないしは表示する（図２の処理Ｐ７）。図２にその表示処理結果Ｉを示す。この結果Ｉも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体形状の把握に寄与する。
第８処理ファイル６８は、前記二次元面９０上に、前記三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Ｇｍ，Ｒ）と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Ｅａを写像ないしは出力表示する（図２の処理Ｐ８）。その表示画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｈとして図１０に示す。この画像Ｈも、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
従って本実施形態に係る視覚化処理システムＶＰＳ１は、ベクトル場７０を三次元の座標空間８０に写像して対応する座標点列Ｑｍを得る第１のオペレータ（６１）と、前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍ ＋での浮上度Ψｍ ＋を求める第２のオペレータ（６２）と、前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍ −での沈下度Ψｍ −を求める第３のオペレータ（６３）と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍでの浮沈度Ψｍを求める第４のオペレータ（６４）と、前記座標空間８０を二次元面９０に写像し、前記座標点列を連結する面Ｓの分割領域Ｓｍに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第５のオペレータ（６５）とを備える。ここにオペレータとは、あらかじめ設定もしくはプログラムされた演算処理機能もしくは演算処理命令を実行する要素もしくはその集合又は手段を意味する。
前記視覚化処理システムＶＰＳ１は、更に、前記座標点列を連結する面Ｓの斜度Ｇｍ分布を求める第６のオペレータ（６６）を備え、前記第５のオペレータ（６５）は、前記二次元面９０上に前記斜度分布を赤色系の色Ｒで色調表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
前記視覚化処理システムＶＰＳ１は、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル７０場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線Ｅａを得る第７のオペレータ（６７）と、前記諧調表示がなされた二次元面９０上に前記属性等値線Ｅａを写像する第８のオペレータ（６８）とを備える。
本実施形態によれば、ベクトル場７０をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面９０上に視覚化できる。
本実施形態に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の工程Ｐ１と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の工程Ｐ２と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程Ｐ３と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の工程Ｐ４と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の工程Ｐ５とを備える。
本実施形態に係る視覚化処理プログラム６０は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の処理Ｐ１と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の処理Ｐ２と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理Ｐ３と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の処理Ｐ４と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の処理Ｐ５とを中央情報処理装置５１に行わせるべく機能する。
（第２の実施の形態）
次に、図１１〜図２８を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図１１は本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像生成装置４を含む視覚化処理システムＶＰＳ２全体のブロック図、図１２は同システムＶＰＳ２におけるレーザ計測の説明図、図１３は８方向配列の説明図、図１４は地上開度及び地下開度の原理説明図、図１５は地上開度及び地下開度の主要パターン説明図、図１６は地上開度及び地下開度の立体的説明図、図１７は地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図、図１８はグレイスケースの割当て説明図、図１９は凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図、図２０は斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図、図２１は地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図、そして図２２は傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
また図２３は視覚化処理システムＶＰＳ２により得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像、図２４は富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図、図２５は同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図、図２６は同上地域の立体視化画像を示す拡大図、図２７は別の地域の立体視化画像を示す拡大図、そして図２８は別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
本実施形態は、ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）データをもとに、第１実施形態の斜度Ｇｍに対応する斜度と、第１の実施の形態の浮上度Ψｍ ＋に相当する地上開度と、第１の実施の形態の沈下度Ψｍ −に相当する地下開度との３つのパラメータを求め、その平面分布をグレイスケール画像として保存する。
地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することにより、尾根や山頂部分を白っぽく、また谷や窪地を黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像（以下立体赤色化マップともいう）が生成される。
つまり、本実施形態の立体化マップの立体表現手法は、等高線の間をメッシュ化し、それぞれの隣のメッシュとの差すなわち傾斜は赤の色調で表現し、周辺に比べて高いか低いかはグレイスケールで表現する。これは第１の実施の形態の浮沈度Ψｍに相当し、本実施形態では、尾根谷度と呼ばれ、より明るいほうが周辺に比べて高く（尾根的）、より暗いほうが周辺に比べて低い（谷的）ことを示唆し、その明暗を乗算合成することにより立体感が生じる。
図１１に、本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像作成装置４の概略構成を示す。図１１に示すように、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、以下に説明するコンピュータ機能を備えている。また、この傾斜赤色化立体画像作成装置４には、各種データベースが接続される。
データベース１には、レーザデータＲｉが保存される。このレーザデータ（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ：レーザデータによる座標であることを示すためにＲを付加）は、図１２に示すように対象地域上空（デジタルカメラ撮影範囲が好ましい）を水平飛行する航空機により、下方にレーザ光を発射し、往復に要した時間と、航空機の位置、姿勢、発射角度から計算（コンピュータ）によって、地表面のｘ、ｙ、ｚを求めて保存している。前述の飛行位置の把握にはＧＰＳ（図示せず）、姿勢の把握にはＩＭＵを用いる。
レーザ発射器（図示せずＺ）は、毎秒３３０００回発射することが可能であり、８０ｃｍに１点の密度で標高点（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）の取得が可能である。
１回のレーザ発射について複数の反射パルスが測定された場合には、最終反射のデータを採用して保存する。
また、受信したレーザデータの分布傾向を検討し、周辺よりもスパイク状が高い点は、通過できなかった樹木のレーザデータと認定して取り除き、さらに樹木以外に家屋や、自動車、橋等のレーザデータも取り除く。従ってデータベース１には、地表面のレーザデータＲｉのみが保存される。
データベース２には、少なくともデジタルカメラ撮影範囲の等高線地図Ｈｉ（２万５０００分の１：等高線に番号を付している）を格納する。また、この等高線図の特徴点の座標（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ：等高線図データ）を付加している。
また、データベース３にはステレオマッチングデータＭｉを保存している。このステレオマッチングデータＭｉは、同じエリアを撮影した２枚の航空写真から立体画像を生成する。例えば、２枚の写真の内で既知の建物の面を抽出し、この建物の面にＺ値を与えて立体化（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）し、これを基準として他の地物にＺ値を与えて行く。
ＤＥＭデータ作成部６は、データベース１のレーザデータＲｉを読み込み、それぞれの同じ標高値を結んだ等高線図を生成し、この等高線図に対してＴＩＮを作成して地面を復元する。そして、ＴＩＮと各格子点の交わる点の高さを求めＤＥＭデータ（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を作成する。
また、ＤＥＭデータ作成部６は、データベース２に保存されている等高線地図Ｈｉを読み、等高線同士を結んだＴＩＮを生成し、これを前述のＤＥＭデータにコンバートしている。
次に、本実施形態で用いるＤＥＭデータについて説明する。例えば、「数値地図５０ｍメッシュ（標高）」は１／２５，０００地形図の縦・横を各々２００等分したメッシュ（メッシュ間隔は緯線方向が２．２５秒、経線方向が１．５０秒となっている）の中心の標高を１ｍ刻みで読み出して２次元配列とする。
また、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、図１１に示すように地上開度データ作成部９と、地下開度データ作成部１０と、傾斜算出部８と、凸部強調画像作成部１１と、凹部強調画像作成部１２と、斜度強調部１３と、第１の合成部１４と、第２の合成部１５とを備えている。
本実施形態では、開度という概念を用いている。開度は当該地点が周囲に比べて地上に突き出ている程度及び地下に食い込んでいる程度を数量化したものである。つまり、地上開度は、図１４に示すように、着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している。
開度は距離Ｌと周辺地形に依存している。図１５は９種の基本地形についての地上開度及び地下開度を、方位毎の地上角及び地下角の８角形グラフで示したものである。一般に地上開度は周囲から高く突き出ている地点ほど大きくなり、山頂や尾根では大きな値をとり窪地や谷底では小さい。逆に地下開度は地下に低く食い込んでいる地点ほど大きくなり、窪地や谷底では大きな値をとり山頂や尾根では小さい。実際には、距離Ｌの範囲内でも種々の基本地形が混在しているために、地上角及び地下角の８角形グラフは変形され開度も種々の値をとることが多い。
前述のようにＤφＬ及びＤψＬがＬに対して非増加特性をもっていることから、ΦＬ及びΨＬもまたＬに対して非増加特性を持っている。
また、開度図は計算距離の指定によって、地形規模に適合した情報抽出が可能であり、方向性及び局所ノイズに依存しない表示が可能である。
つまり、尾根線及び谷線の抽出に優れており、豊富な地形・地質情報が判読できるものであり、図１６に示すように、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体：図１６の（ａ））において、設定した当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｂを結ぶ直線Ｌ１と、水平線とがなす角度ベクトルθｉを求める。この角度ベクトルの求め方を８方向に渡って実施し、これらを平均化したものを地上開度θｉと称し、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体）に空気層を押し当てた立体（図１６の（ｂ））を裏返した反転ＤＥＭデータ（図１６の（ｃ））の当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｃ（一番深い所に相当する）を結ぶ直線Ｌ２と、水平線とがなす角度を求める。この角度を８方向に渡って求めて平均化したのを地下開度ψｉと称している。
すなわち、地上開度データ作成部９は、着目点から一定距離までの範囲に含まれるＤＥＭデータ上において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線（図１６の（ａ）のＬ１）の傾斜の最大値（鉛直方向から見たとき）を求める。このような処理を８方向に対して行う。傾斜の角度は天頂からの角度（平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以上、谷底や窪地では９０度以下）また、地下開度データ作成部１０は、反転ＤＥＭデータの着目点から一定距離までの範囲において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線の傾斜の最大値（図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときには最小値）を求める。このような処理を８方向に対して行う。
図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときの角度ψｉは、平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以下、谷底や窪地では９０度以上である。
つまり、地上開度と地下開度は、図１７に示すように、２つの基本地点Ａ（ｉＡ，ｊＡ，ＨＡ）とＢ（ｉＢ，ｊＢ，ＨＢ）を考える。標本間隔が１ｍであることからＡとＢの距離は
Ｐ＝｛（ｉＡ−ｉＢ）２＋（ｊＡ−ｊＢ）２｝１／２．．．（１）
となる。
図１７の（ａ）は標高０ｍを基準として、標本地点のＡとＢの関係を示したものである。標本地点Ａの標本地点Ｂに対する仰角θは
θ＝ｔａｎ−１｛（ＨＢ−ＨＡ）／Ｐ
で与えられる。θの符号は▲１▼ＨＡ＜ＨＢの場合には正となり、▲２▼ＨＡ＞ＨＢの場合には負となる。
着目する標本地点から方位Ｄ距離Ｌの範囲内にある標本地点の集合をＤＳＬと記述して、これを「着目する標本地点のＤ−Ｌ集合」を呼ぶことにする。ここで、
ＤβＬ ：着目する標本地点のＤＳＬの各要素に対する仰角のうちの最大値
ＤδＬ ：着目する標本地点のＤＳＬの各要素に対する仰角のうちの最小値
として（図１７の（ｂ）参照）、次の定義をおこなう。
定義１：着目する標本地点のＤ−Ｌ集合の地上角及び地下角とは、各々
ＤφＬ＝９０−ＤβＬ
及び
ＤψＬ＝９０＋ＤδＬ
を意味するものとする。
ＤφＬは着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの空を見ることができる天頂角の最大値を意味している。一般に言われる地平線角とはＬを無限大にした場合の地上角に相当している。また、ＤψＬは着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの地中を見ることができる天底角の最大値を意味している。Ｌを増大させると、ＤＳＬに属する標本地点の数は増加することから、ＤβＬに対して非減少特性を持ち、逆にＤδＬは非増加特性を持つ。したがってＤφＬ及びＤψ１．は共にＬに対して非増加特性を持つことになる。
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとすれば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義１は必ずしも正確な記述ではない。定義１はあくまでもＤＥＭを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
地上角及び地下角は指定された方位Ｄについての概念であったが、これを拡張したものとして、次の定義を導入する。
定義ＩＩ：着目する標本地点の距離Ｌの地上開度及び地下開度とは、各々 ΦＬ＝（０φＬ＋４５φＬ＋９０φＬ＋１３５φＬ＋１８０φＬ＋２２５φＬ＋２７０φＬ＋３１５φＬ）／８
及び
ΨＬ＝（０ψＬ＋４５ψＬ＋９０ψＬ＋１３５ψＬ＋１８０ψＬ＋２２５ψＬ＋２７０ψＬ＋３１５ψＬ）／８
を意味するものとする。
地上開度は着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している（図１４参照）。
傾斜算出部８は、ＤＥＭデータを正方形にメッシュ化し、このメッシュ上の着目点と隣接する正方形の面の平均傾斜を求める。隣接する正方形は４通り存在しており、いずれか一つを着目正方形とする。そして、この着目正方形の４隅の高度と平均傾斜とを求める。平均傾斜は最小二乗法を用いて４点から近似した面の傾きである。
凸部強調画像作成部１１は、図１８（ａ）に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第１のグレイスケールを備え、地上開度データ作成部９が地上開度（着目点からＬの範囲を８方向見たときの、平均角度：高いところにいるかを判定するための指標）を求める毎に、この地上開度θｉの値に対応する明るさ（明度）を算出する。
例えば、地上開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第１のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
つまり、尾根の部分（凸部）の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
そして、図１９に示すように、凸部強調画像作成部１１の凸部強調用色割当処理２０が地上開度画像データＤａを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第１のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地上開度ファイル２１に保存（地上開度画像データＤｐａ）する。次に、諧調補部２２がこの地上開度画像データＤｐａの色諧調を反転させた地上開度レイヤーＤｐをファイル２３に保存する。つまり、尾根が白くなるように調整した地上開度レイヤーＤｐを得ている。
凹部抽出部１２は、図１８（ｂ）に示すように、谷底、尾根を明るさで表現するための第２のグレイスケールを備え、地下開度データ作成部１０が地下開度ψｉ（着目点から８方向の平均）を求める毎に、この地上開度ψｉの値に対応する明るさを算出する。
例えば、地下開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第２のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
つまり、谷底の部分（凹部）の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
そして、図１９に示すように、凹部強調画像作成部１２の凹部強調用色割当処理２５は、地下開度画像データＤｂを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第２のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地下開度ファイル２６に保存する。次に、諧調補正処理２７が地下開度画像データＤｂの色諧調を補正する。
色が黒くなり過ぎた場合は、トーンカーブを補正した度合いの色にする。これを地下開度レイヤーＤｑと称してファイル２８に保存する。
斜度強調部１３は、図１８（ｃ）に示すように、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第３のグレイスケールを備え、傾斜算出部８が傾斜度（着目点から４方向の平均）を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第３のグレイスケールの明るさ（明度）を算出する。
例えば、斜度αｉの値が０度から７０度程度の範囲に収まる場合は、０度から５０度を第３のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。つまり、０度が白、５０度以上が黒。傾斜αの大きい地点ほど色が黒くなる。
そして、図２０に示すように、斜度強調画像作成部１３の斜度強調用色割当処理３０は、地下開度画像データＤｂと地上開度画像データＤａとの差画像を斜度画像Ｄｒａとしてファイル３１に保存する。
このとき、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第３のグレイスケールに基づく色データを割り付ける。次に、赤色処理がＲＧＢカラーモード機能でＲを強調する。つまり、傾斜が大きいほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒをファイル３３に得る。
第１の合成部１４は、地上開度レイヤーＤｐと地下開度レイヤーＤｑとを乗算して合成した合成画像Ｄｈ（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄｌ）を得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
前述の「乗算」というのは、フォトショップ（ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）上のレイヤーモードの用語で、数値処理上はＯＲ演算となる。
このバランス調整は、地上開度と地下開度の値の配分は、ある地点を地点を中心として一定の半径（Ｌ／２）の地表面を切り取る。
空全体が一様な明るさの場合に地表面から見上げる空の広さが地面の明るさを与える。
つまり、地上開度が明るさとなる。しかし、光が回り込むことまで考えると、地下開度の値も考慮するべきである。
この両者の比をどのようにするべきかで、地形の尾根の部分を強調したり、任意に変化させることができる。谷の中の地形を強調したいときはｂの値を大きくする。
明るさの指標＝ａ×地上開度−ｂ×地下開度
但し、ａ＋ｂ＝１
すなわち、図２１に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像を得る（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄｌ）。
一方、第２の合成部は、ファイルの傾斜強調画像Ｄｒと第１の合成部で合成して得た合成画像Ｄｈと合成した尾根が赤色で強調された立体赤色化画像Ｋｉを得て、表示部に表示する。
すなわち、図２２に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像Ｄｈを得ると共に、斜度画像Ｄｒａに対して傾斜が多きほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒを得る。
そして、この傾斜強調画像Ｄｒと合成画像Ｄｈとを合成する。
図２３は、本実施形態の処理を用いた青木ヶ原一帯の立体地図である。図２３に示すよう、天神山スキー場の直ぐ南にある氷穴火口列は青木ヶ原溶岩流を流出させた火口の一つである。空中写真では深い樹林に阻害され、その位置を確認することが困難である。また、航空測量による等高線地図では氷穴火口列は表現することが困難（図２４参照）であったが、レーザデータによる地図（図２５参照）では氷穴火口列らしいことが分かる。
これに対して、本実施形態の立体映像によれば、図２６に示すように氷穴火口列であることがハッキリ分かると共に、溶岩流が作る凹凸や登山道も分かる。
また、図２７及び図２８は拡大図であり、溶岩流れ、道路の傾斜、凹凸が視覚的に分かる。
なお、上記実施の形態の手法は、金星の地形や火星の地形に適用できる。さらに、電子顕微鏡で測定された凹凸の可視化にも適用できる。また、ゲーム機器に適用すれば、めがねをかけなくとも立体感が得られる。
以上のように、本実施形態によれば、ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
（第３の実施の形態）
次に、図２９〜図３２を参照して、図１の視覚化処理システムＶＰＳ１を援用した本発明の第３の実施の形態を説明する。
図２９は人体のＸ線透視図、図３０は同透視図の段彩スライス画像、図３１は同透視図を上記視覚化処理システムＶＰＳ１で処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像、そして図３２は図３１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
図３０の段彩スライス画像は、図２９のＸ線透視図の各画素の色相をその明度に応じスライスし段彩化した画像で、本実施形態では、上記画素の位置情報と明度とを成分とするベクトルの場を視覚化処理システムＶＰＳ１のベクトル場７０として記憶部５３に格納し、視覚化処理プログラム６０の第７処理ファイル６７による処理Ｐ７の結果として情報出力部５５に表示される。
また図３１の赤色諧調浮沈度分布画像が、視覚化処理プログラム６０の第５処理ファイル６５による処理Ｐ５の結果として情報出力部５５に表示される。
そして図３２の合成画像が、視覚化処理プログラム６０の第８処理ファイル６８による処理Ｐ８の結果として情報出力部５５に表示される。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る視覚化処理システムのブロック図；
図２は、図１の視覚化処理システムの処理手順及び処理結果を示す流れ図；
図３は、図２の流れ図のＡ部詳細図；
図４は、図２の流れ図のＢ部詳細図；
図５は、図２の流れ図のＣ部詳細図；
図６は、図２の流れ図のＤ部詳細図；
図７は、図２の流れ図のＥ部詳細図；
図８は、図２の流れ図のＦ部詳細図；
図９は、図２の流れ図のＧ部詳細図；
図１０は、図２の流れ図のＨ部詳細図；
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムのブロック図；
図１２は、図１１の視覚化処理システムにおけるレーザ計測の説明図；
図１３は、図１１の視覚化処理システムにおける８方向配列の説明図；
図１４は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の原理説明図；
図１５は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の主要パターン説明図；
図１６は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の立体的説明図；
図１７は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図；
図１８は、図１１の視覚化処理システムにおけるグレイスケースの割当て説明図；
図１９は、図１１の視覚化処理システムの凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図；
図２０は、図１１の視覚化処理システムの斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図；
図２１は、図１１の視覚化処理システムにおける地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図；
図２２は、図１１の視覚化処理システムにおける傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図；
図２３は、図１１の視覚化処理システムにより得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像を示す図；
図２４は、富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図；
図２５は、同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図；
図２６は、同上地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２７は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２８は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図；
図２９は、人体のＸ線透視図；
図３０は、図２９の透視図の段彩スライス画像；
図３１は、図２９の透視図を図１の視覚化処理システムで処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像；そして
図３２は、図３１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
発明を実施するための最適な形態
以下に、本発明を実施するための最適な形態を例示的に説明する。
（第１の実施の形態）
先ず、図１〜図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施形態に係る視覚化処理システムＶＰＳ１のブロック図、図２は同システムＶＰＳ１の処理手順Ｐ１〜Ｐ８及び処理結果Ａ〜Ｉを示す流れ図、そして図３〜図１０はそれぞれ主要な処理結果Ａ〜Ｈを詳細に示す図である。
図１に示すように、視覚化処理システムＶＰＳ１は、ワークステーション、プロセッサ、マイクロコンピュータ、ロジック、レジスタ等の適宜な組み合わせからなる中央情報処理装置（ＣＰＵ）５１と、この中央情報処理装置５１に必要な制御・操作情報を入力するキーボード（ＫＢ）、マウス、対話型ソフトスイッチ、外部通信チャネル等を含む情報入力部５４と、中央情報処理装置５１から出力された情報を広義な意味で表示・伝送するディスプレイ、プリンタ、外部通信チャネル等を含む情報出力部５５と、中央情報処理装置５１に読み込まれるオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム等の情報が格納されたロム（ＲＯＭ）等の第１の記憶部５２と、中央情報処理装置５１で随時処理すべき情報及び中央情報処理装置５１から随時書き込まれる情報を格納するラム（ＲＡＭ）等の第２の記憶部５３とを備える。第１及び第２の記憶部５２，５３を適宜統合、細分化することは差し支えない。
第１の記憶部５２には、所定のアプリケーション上で動作する視覚化処理プログラム６０が格納され、この視覚化処理プログラム６０は、本実施形態では、中央情報処理装置５１に読み込まれて図２に示す８つの視覚化処理Ｐ１〜Ｐ８をそれぞれ実行可能なプログラム群を含む第１〜第８処理ファイル６１〜６８により構成されるが、それらプログラム群の分類、配備は自由に設定可能である。
第２の記憶部５３には、視覚処理プログラム６０の処理対象となるベクトル場７０が格納される。このベクトル場７０は、実質的に３種以上の情報を抽出可能な１つ以上の成分を有する情報ベクトルの有限集合（総数Ｎ個）であればよく、本実施形態の各ベクトルは、富士山地表面の微小な有限分割領域を代表する着目点に関し、その経度情報及び緯度情報を参照テーブルで確認可能な識別（Ｉｄ）番号と、隣接する着目点又は三角基準点に対する高度差とを含む２成分ベクトルである。
第１処理ファイル６１は、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）に処理した２成分ベクトルＶｎの識別番号Ｉｄｎと高度差とから、その経度ｘｎ、緯度ｙｎ、及び海抜高度ｚｎを算出し、その値を第２の記憶部５３に格納された仮想的な三次元（３Ｄ）のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標空間８０内の対応する座標点Ｑｎ＝｛Ｘｎ＝ｘｎ、Ｙｎ＝ｙｎ、Ｚｎ＝ｚｎ｝に対応付けることにより、つまり、記憶部５３内の座標点Ｑｎに対応した記憶領域にベクトルＶｎの識別番号Ｉｄｎを格納することにより、ベクトルＶｎを座標空間８０に写像し、これを総数Ｎ個のベクトルについて行うことにより、ベクトル場７０を座標空間８０に写像する（図２の処理Ｐ１）。
第１処理ファイル６１は、更に、座標空間８０内の総数Ｎ個又はそれ未満の適宜な個数のＩｄ付き座標点の列｛Ｑｎ：ｎ≦Ｎ｝を必要な滑らかさで連結する曲面Ｓを最小二乗法等で求めて、これを総数Ｍ個｛Ｍ≦Ｎ｝の微小な面領域｛Ｓｍ：ｍ≦Ｍ｝に分割し、それぞれ着目点Ｑｍを定め、関連情報を記憶部５３に格納する。
第２処理ファイル６２は、各面領域Ｓｍに関し、その着目点Ｑｍから所定半径内に位置する曲面Ｓの表側（Ｚ＋側）の局所領域Ｌｍ ＋を確認し、それにより画成される着目点Ｑｍ周りの開放度（即ち、天側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ ＋を求め（図２の処理Ｐ２）、面領域Ｓｍの浮上度として記憶する。この浮上度Ψｍ ＋を曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ａとして図３に示す。この画像Ａは、地形の尾根側、つまり（曲面Ｓの）凸部をいかにも凸部らしく明瞭に示す。
第３処理ファイル６３は、上記面領域Ｓｍに関し、その着目点Ｑｍから上記所定半径内に位置する曲面Ｓの裏側（Ｚ−側）の局所領域Ｌｍ −を確認し、それにより画成される着目点Ｑｍ周りの開放度（即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ −を求め（図２の処理Ｐ３）、面領域Ｓｍの沈下度として記憶する。この沈下度Ψｍ −を曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｃとして図５に示す。この画像Ｃは、地形の谷側、つまり（曲面Ｓの）凹部をいかにも凹部らしく明瞭に示す。この画像Ｃが前記画像Ａの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
第４処理ファイル６４は、上記面領域Ｓｍに関し、その浮上度Ψｍ ＋と沈下度Ψｍ −とを合目的的に（つまり、尾根と谷のどちらを重視するかに従い）定めた配分割合ｗ＋：ｗ−（ｗ＋＋ｗ−＝０）で重み付け合成（ｗ＋Ψｍ ＋＋ｗ−Ψｍ −）することにより、前記所定半径内に位置する曲面Ｓの表裏の局所領域Ｌｍ（Ｌｍ ＋，Ｌｍ −）が着目点Ｑｍ周りにもたらす立体的効果を求め（図２の処理Ｐ４）、面領域Ｓｍの浮沈度Ψｍとして記憶する。この浮沈度Ψｍを曲面Ｓ全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｂとして図４に示す。この画像Ｂは、（曲面Ｓの）の凸部を凸部らしくまた凹部を凹部らしく明瞭に示すことにより、地形の尾根と谷とを際立たせ、視覚的立体感を増強する。なお、画像Ｂは、上記合成の重み付けがｗ＋＝−ｗ−＝１になっている。
ここで、第６処理ファイル６６を説明する。このファイル６６は、上記面領域Ｓｍに関し、その最大傾斜度（又はそれと等価な一回微分値）Ｇｍを、直接的に又は最小二乗法を介し間接的に求め（図２の処理Ｐ６）、上記面領域Ｓｍの斜度Ｇｍとして記憶する。この斜度Ｇｍを曲面Ｓ全体に渡り赤系統の色Ｒで色調表示した画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｄとして図６に示す。この画像Ｄも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体感を視覚的に醸成する効果を持つ。
第５処理ファイル６５は、三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Ｇｍ，Ｒ）と共に、情報出力部５５の二次元面９０に写像（図２の処理Ｐ５）することにより、前記座標点Ｑｍの列を連結する面Ｓの分割領域Ｓｍに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに、前記斜度ＧｍのＲ色調表示を行うとともに、そのＲ色調の明度について、前記浮沈度Ψｍに対応する諧調表示を行う。この画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｆとして図８に示す。この画像Ｆは、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
図７の画像Ｅは、前記画像Ｄの情報（つまり斜度Ｇｍを示すＲ色調）と画像Ａに対応する浮沈度（つまり浮上度Ψｍ ＋）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理Ｐ５）した結果を示し、尾根部が強調されている。
図９の画像Ｇは、前記画像Ｄの情報（斜度Ｇｍを示すＲ色調）と画像Ｃに対応する浮沈度（つまり沈下度Ψｍ −）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理Ｐ５）した結果を示し、谷部が強調されている。
第７処理ファイル６７は、前記座標点Ｑｎの列のうち、前記ベクトル７０場のベクトルＶｎの成分から抽出される属性（本実施形態では海抜高度ｚｎ）が等値な座標点Ｑｎを連結した属性等値線（本実施形態では地形の等高線及び外形線）Ｅａを求めて、これを記憶し、必要に応じ、出力ないしは表示する（図２の処理Ｐ７）。図２にその表示処理結果Ｉを示す。この結果Ｉも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体形状の把握に寄与する。
第８処理ファイル６８は、前記二次元面９０上に、前記三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Ｇｍ，Ｒ）と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Ｅａを写像ないしは出力表示する（図２の処理Ｐ８）。その表示画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｈとして図１０に示す。この画像Ｈも、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
従って本実施形態に係る視覚化処理システムＶＰＳ１は、ベクトル場７０を三次元の座標空間８０に写像して対応する座標点列Ｑｍを得る第１のオペレータ（６１）と、前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍ ＋での浮上度Ψｍ ＋を求める第２のオペレータ（６２）と、前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍ −での沈下度Ψｍ −を求める第３のオペレータ（６３）と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面Ｓの局所領域Ｌｍでの浮沈度Ψｍを求める第４のオペレータ（６４）と、前記座標空間８０を二次元面９０に写像し、前記座標点列を連結する面Ｓの分割領域Ｓｍに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第５のオペレータ（６５）とを備える。ここにオペレータとは、あらかじめ設定もしくはプログラムされた演算処理機能もしくは演算処理命令を実行する要素もしくはその集合又は手段を意味する。
前記視覚化処理システムＶＰＳ１は、更に、前記座標点列を連結する面Ｓの斜度Ｇｍ分布を求める第６のオペレータ（６６）を備え、前記第５のオペレータ（６５）は、前記二次元面９０上に前記斜度分布を赤色系の色Ｒで色調表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
前記視覚化処理システムＶＰＳ１は、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル７０場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線Ｅａを得る第７のオペレータ（６７）と、前記諧調表示がなされた二次元面９０上に前記属性等値線Ｅａを写像する第８のオペレータ（６８）とを備える。
本実施形態によれば、ベクトル場７０をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面９０上に視覚化できる。
本実施形態に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の工程Ｐ１と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の工程Ｐ２と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程Ｐ３と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の工程Ｐ４と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の工程Ｐ５とを備える。
本実施形態に係る視覚化処理プログラム６０は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第１の処理Ｐ１と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第２の処理Ｐ２と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理Ｐ３と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第４の処理Ｐ４と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第５の処理Ｐ５とを中央情報処理装置５１に行わせるべく機能する。
（第２の実施の形態）
次に、図１１〜図２８を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図１１は本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像生成装置４を含む視覚化処理システムＶＰＳ２全体のブロック図、図１２は同システムＶＰＳ２におけるレーザ計測の説明図、図１３は８方向配列の説明図、図１４は地上開度及び地下開度の原理説明図、図１５は地上開度及び地下開度の主要パターン説明図、図１６は地上開度及び地下開度の立体的説明図、図１７は地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図、図１８はグレイスケースの割当て説明図、図１９は凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図、図２０は斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図、図２１は地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図、そして図２２は傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
また図２３は視覚化処理システムＶＰＳ２により得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像、図２４は富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図、図２５は同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図、図２６は同上地域の立体視化画像を示す拡大図、図２７は別の地域の立体視化画像を示す拡大図、そして図２８は別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
本実施形態は、ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）データをもとに、第１実施形態の斜度Ｇｍに対応する斜度と、第１の実施の形態の浮上度Ψｍ ＋に相当する地上開度と、第１の実施の形態の沈下度Ψｍ −に相当する地下開度との３つのパラメータを求め、その平面分布をグレイスケール画像として保存する。
地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することにより、尾根や山頂部分を白っぽく、また谷や窪地を黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像（以下立体赤色化マップともいう）が生成される。
つまり、本実施形態の立体化マップの立体表現手法は、等高線の間をメッシュ化し、それぞれの隣のメッシュとの差すなわち傾斜は赤の色調で表現し、周辺に比べて高いか低いかはグレイスケールで表現する。これは第１の実施の形態の浮沈度Ψｍに相当し、本実施形態では、尾根谷度と呼ばれ、より明るいほうが周辺に比べて高く（尾根的）、より暗いほうが周辺に比べて低い（谷的）ことを示唆し、その明暗を乗算合成することにより立体感が生じる。
図１１に、本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像作成装置４の概略構成を示す。図１１に示すように、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、以下に説明するコンピュータ機能を備えている。また、この傾斜赤色化立体画像作成装置４には、各種データベースが接続される。
データベース１には、レーザデータＲｉが保存される。このレーザデータ（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ：レーザデータによる座標であることを示すためにＲを付加）は、図１２に示すように対象地域上空（デジタルカメラ撮影範囲が好ましい）を水平飛行する航空機により、下方にレーザ光を発射し、往復に要した時間と、航空機の位置、姿勢、発射角度から計算（コンピュータ）によって、地表面のｘ、ｙ、ｚを求めて保存している。前述の飛行位置の把握にはＧＰＳ（図示せず）、姿勢の把握にはＩＭＵを用いる。
レーザ発射器（図示せずＺ）は、毎秒３３０００回発射することが可能であり、８０ｃｍに１点の密度で標高点（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）の取得が可能である。
１回のレーザ発射について複数の反射パルスが測定された場合には、最終反射のデータを採用して保存する。
また、受信したレーザデータの分布傾向を検討し、周辺よりもスパイク状が高い点は、通過できなかった樹木のレーザデータと認定して取り除き、さらに樹木以外に家屋や、自動車、橋等のレーザデータも取り除く。従ってデータベース１には、地表面のレーザデータＲｉのみが保存される。
データベース２には、少なくともデジタルカメラ撮影範囲の等高線地図Ｈｉ（２万５０００分の１：等高線に番号を付している）を格納する。また、この等高線図の特徴点の座標（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ：等高線図データ）を付加している。
また、データベース３にはステレオマッチングデータＭｉを保存している。このステレオマッチングデータＭｉは、同じエリアを撮影した２枚の航空写真から立体画像を生成する。例えば、２枚の写真の内で既知の建物の面を抽出し、この建物の面にＺ値を与えて立体化（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）し、これを基準として他の地物にＺ値を与えて行く。
ＤＥＭデータ作成部６は、データベース１のレーザデータＲｉを読み込み、それぞれの同じ標高値を結んだ等高線図を生成し、この等高線図に対してＴＩＮを作成して地面を復元する。そして、ＴＩＮと各格子点の交わる点の高さを求めＤＥＭデータ（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を作成する。
また、ＤＥＭデータ作成部６は、データベース２に保存されている等高線地図Ｈｉを読み、等高線同士を結んだＴＩＮを生成し、これを前述のＤＥＭデータにコンバートしている。
次に、本実施形態で用いるＤＥＭデータについて説明する。例えば、「数値地図５０ｍメッシュ（標高）」は１／２５，０００地形図の縦・横を各々２００等分したメッシュ（メッシュ間隔は緯線方向が２．２５秒、経線方向が１．５０秒となっている）の中心の標高を１ｍ刻みで読み出して２次元配列とする。
また、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、図１１に示すように地上開度データ作成部９と、地下開度データ作成部１０と、傾斜算出部８と、凸部強調画像作成部１１と、凹部強調画像作成部１２と、斜度強調部１３と、第１の合成部１４と、第２の合成部１５とを備えている。
本実施形態では、開度という概念を用いている。開度は当該地点が周囲に比べて地上に突き出ている程度及び地下に食い込んでいる程度を数量化したものである。つまり、地上開度は、図１４に示すように、着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している。
開度は距離Ｌと周辺地形に依存している。図１５は９種の基本地形についての地上開度及び地下開度を、方位毎の地上角及び地下角の８角形グラフで示したものである。一般に地上開度は周囲から高く突き出ている地点ほど大きくなり、山頂や尾根では大きな値をとり窪地や谷底では小さい。逆に地下開度は地下に低く食い込んでいる地点ほど大きくなり、窪地や谷底では大きな値をとり山頂や尾根では小さい。実際には、距離Ｌの範囲内でも種々の基本地形が混在しているために、地上角及び地下角の８角形グラフは変形され開度も種々の値をとることが多い。
前述のようにＤφＬ及びＤψＬがＬに対して非増加特性をもっていることから、ΦＬ及びΨＬもまたＬに対して非増加特性を持っている。
また、開度図は計算距離の指定によって、地形規模に適合した情報抽出が可能であり、方向性及び局所ノイズに依存しない表示が可能である。
つまり、尾根線及び谷線の抽出に優れており、豊富な地形・地質情報が判読できるものであり、図１６に示すように、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体：図１６の（ａ））において、設定した当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｂを結ぶ直線Ｌ１と、水平線とがなす角度ベクトルθｉを求める。この角度ベクトルの求め方を８方向に渡って実施し、これらを平均化したものを地上開度θｉと称し、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体）に空気層を押し当てた立体（図１６の（ｂ））を裏返した反転ＤＥＭデータ（図１６の（ｃ））の当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｃ（一番深い所に相当する）を結ぶ直線Ｌ２と、水平線とがなす角度を求める。この角度を８方向に渡って求めて平均化したのを地下開度ψｉと称している。
すなわち、地上開度データ作成部９は、着目点から一定距離までの範囲に含まれるＤＥＭデータ上において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線（図１６の（ａ）のＬ１）の傾斜の最大値（鉛直方向から見たとき）を求める。このような処理を８方向に対して行う。傾斜の角度は天頂からの角度（平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以上、谷底や窪地では９０度以下）また、地下開度データ作成部１０は、反転ＤＥＭデータの着目点から一定距離までの範囲において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線の傾斜の最大値（図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときには最小値）を求める。このような処理を８方向に対して行う。
図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときの角度ψｉは、平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以下、谷底や窪地では９０度以上である。
つまり、地上開度と地下開度は、図１７に示すように、２つの基本地点Ａ（ｉＡ，ｊＡ，ＨＡ）とＢ（ｉＢ，ｊＢ，ＨＢ）を考える。標本間隔が１ｍであることからＡとＢの距離は
Ｐ＝｛（ｉＡ−ｉＢ）２＋（ｊＡ−ｊＢ）２｝１／２．．．（１）
となる。
図１７の（ａ）は標高０ｍを基準として、標本地点のＡとＢの関係を示したものである。標本地点Ａの標本地点Ｂに対する仰角θは
θ＝ｔａｎ−１｛（ＨＢ−ＨＡ）／Ｐ
で与えられる。θの符号は▲１▼ＨＡ＜ＨＢの場合には正となり、▲２▼ＨＡ＞ＨＢの場合には負となる。
着目する標本地点から方位Ｄ距離Ｌの範囲内にある標本地点の集合をＤＳＬと記述して、これを「着目する標本地点のＤ−Ｌ集合」を呼ぶことにする。ここで、
ＤβＬ ：着目する標本地点のＤＳＬの各要素に対する仰角のうちの最大値
ＤδＬ ：着目する標本地点のＤＳＬの各要素に対する仰角のうちの最小値
として（図１７の（ｂ）参照）、次の定義をおこなう。
定義１：着目する標本地点のＤ−Ｌ集合の地上角及び地下角とは、各々
ＤφＬ＝９０−ＤβＬ
及び
ＤψＬ＝９０＋ＤδＬ
を意味するものとする。
ＤφＬは着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの空を見ることができる天頂角の最大値を意味している。一般に言われる地平線角とはＬを無限大にした場合の地上角に相当している。また、ＤψＬは着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの地中を見ることができる天底角の最大値を意味している。Ｌを増大させると、ＤＳＬに属する標本地点の数は増加することから、ＤβＬに対して非減少特性を持ち、逆にＤδＬは非増加特性を持つ。したがってＤφＬ及びＤψ１．は共にＬに対して非増加特性を持つことになる。
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとすれば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義１は必ずしも正確な記述ではない。定義１はあくまでもＤＥＭを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
地上角及び地下角は指定された方位Ｄについての概念であったが、これを拡張したものとして、次の定義を導入する。
定義ＩＩ：着目する標本地点の距離Ｌの地上開度及び地下開度とは、各々 ΦＬ＝（０φＬ＋４５φＬ＋９０φＬ＋１３５φＬ＋１８０φＬ＋２２５φＬ＋２７０φＬ＋３１５φＬ）／８
及び
ΨＬ＝（０ψＬ＋４５ψＬ＋９０ψＬ＋１３５ψＬ＋１８０ψＬ＋２２５ψＬ＋２７０ψＬ＋３１５ψＬ）／８
を意味するものとする。
地上開度は着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している（図１４参照）。
傾斜算出部８は、ＤＥＭデータを正方形にメッシュ化し、このメッシュ上の着目点と隣接する正方形の面の平均傾斜を求める。隣接する正方形は４通り存在しており、いずれか一つを着目正方形とする。そして、この着目正方形の４隅の高度と平均傾斜とを求める。平均傾斜は最小二乗法を用いて４点から近似した面の傾きである。
凸部強調画像作成部１１は、図１８（ａ）に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第１のグレイスケールを備え、地上開度データ作成部９が地上開度（着目点からＬの範囲を８方向見たときの、平均角度：高いところにいるかを判定するための指標）を求める毎に、この地上開度θｉの値に対応する明るさ（明度）を算出する。
例えば、地上開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第１のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
つまり、尾根の部分（凸部）の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
そして、図１９に示すように、凸部強調画像作成部１１の凸部強調用色割当処理２０が地上開度画像データＤａを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第１のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地上開度ファイル２１に保存（地上開度画像データＤｐａ）する。次に、諧調補部２２がこの地上開度画像データＤｐａの色諧調を反転させた地上開度レイヤーＤｐをファイル２３に保存する。つまり、尾根が白くなるように調整した地上開度レイヤーＤｐを得ている。
凹部抽出部１２は、図１８（ｂ）に示すように、谷底、尾根を明るさで表現するための第２のグレイスケールを備え、地下開度データ作成部１０が地下開度ψｉ（着目点から８方向の平均）を求める毎に、この地上開度ψｉの値に対応する明るさを算出する。
例えば、地下開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第２のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
つまり、谷底の部分（凹部）の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
そして、図１９に示すように、凹部強調画像作成部１２の凹部強調用色割当処理２５は、地下開度画像データＤｂを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第２のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地下開度ファイル２６に保存する。次に、諧調補正処理２７が地下開度画像データＤｂの色諧調を補正する。
色が黒くなり過ぎた場合は、トーンカーブを補正した度合いの色にする。これを地下開度レイヤーＤｑと称してファイル２８に保存する。
斜度強調部１３は、図１８（ｃ）に示すように、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第３のグレイスケールを備え、傾斜算出部８が傾斜度（着目点から４方向の平均）を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第３のグレイスケールの明るさ（明度）を算出する。
例えば、斜度αｉの値が０度から７０度程度の範囲に収まる場合は、０度から５０度を第３のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。つまり、０度が白、５０度以上が黒。傾斜αの大きい地点ほど色が黒くなる。
そして、図２０に示すように、斜度強調画像作成部１３の斜度強調用色割当処理３０は、地下開度画像データＤｂと地上開度画像データＤａとの差画像を斜度画像Ｄｒａとしてファイル３１に保存する。
このとき、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第３のグレイスケールに基づく色データを割り付ける。次に、赤色処理がＲＧＢカラーモード機能でＲを強調する。つまり、傾斜が大きいほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒをファイル３３に得る。
第１の合成部１４は、地上開度レイヤーＤｐと地下開度レイヤーＤｑとを乗算して合成した合成画像Ｄｈ（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄｌ）を得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
前述の「乗算」というのは、フォトショップ（ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）上のレイヤーモードの用語で、数値処理上はＯＲ演算となる。
空全体が一様な明るさの場合に地表面から見上げる空の広さが地面の明るさを与える。
つまり、地上開度が明るさとなる。しかし、光が回り込むことまで考えると、地下開度の値も考慮するべきである。
この両者の比をどのようにするべきかで、地形の尾根の部分を強調したり、任意に変化させることができる。谷の中の地形を強調したいときはｂの値を大きくする。
明るさの指標＝ａ×地上開度−ｂ×地下開度
但し、ａ＋ｂ＝１
すなわち、図２１に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像を得る（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄｌ）。
一方、第２の合成部は、ファイルの傾斜強調画像Ｄｒと第１の合成部で合成して得た合成画像Ｄｈと合成した尾根が赤色で強調された立体赤色化画像Ｋｉを得て、表示部に表示する。
すなわち、図２２に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像Ｄｈを得ると共に、斜度画像Ｄｒａに対して傾斜が多きほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒを得る。
そして、この傾斜強調画像Ｄｒと合成画像Ｄｈとを合成する。
図２３は、本実施形態の処理を用いた青木ヶ原一帯の立体地図である。図２３に示すよう、天神山スキー場の直ぐ南にある氷穴火口列は青木ヶ原溶岩流を流出させた火口の一つである。空中写真では深い樹林に阻害され、その位置を確認することが困難である。また、航空測量による等高線地図では氷穴火口列は表現することが困難（図２４参照）であったが、レーザデータによる地図（図２５参照）では氷穴火口列らしいことが分かる。
これに対して、本実施形態の立体映像によれば、図２６に示すように氷穴火口列であることがハッキリ分かると共に、溶岩流が作る凹凸や登山道も分かる。
また、図２７及び図２８は拡大図であり、溶岩流れ、道路の傾斜、凹凸が視覚的に分かる。
なお、上記実施の形態の手法は、金星の地形や火星の地形に適用できる。さらに、電子顕微鏡で測定された凹凸の可視化にも適用できる。また、ゲーム機器に適用すれば、めがねをかけなくとも立体感が得られる。
以上のように、本実施形態によれば、ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
（第３の実施の形態）
次に、図２９〜図３２を参照して、図１の視覚化処理システムＶＰＳ１を援用した本発明の第３の実施の形態を説明する。
図２９は人体のＸ線透視図、図３０は同透視図の段彩スライス画像、図３１は同透視図を上記視覚化処理システムＶＰＳ１で処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像、そして図３２は図３１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
図３０の段彩スライス画像は、図２９のＸ線透視図の各画素の色相をその明度に応じスライスし段彩化した画像で、本実施形態では、上記画素の位置情報と明度とを成分とするベクトルの場を視覚化処理システムＶＰＳ１のベクトル場７０として記憶部５３に格納し、視覚化処理プログラム６０の第７処理ファイル６７による処理Ｐ７の結果として情報出力部５５に表示される。
また図３１の赤色諧調浮沈度分布画像が、視覚化処理プログラム６０の第５処理ファイル６５による処理Ｐ５の結果として情報出力部５５に表示される。
そして図３２の合成画像が、視覚化処理プログラム６０の第８処理ファイル６８による処理Ｐ８の結果として情報出力部５５に表示される。
本発明によれば、ベクトル場その局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化することが可能な視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成する視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成する視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
【書類名】明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関し、特に、実質的に三つの成分をまとめて表示した三次元ベクトル（例えば、立体的地形データ）或いは多次元ベクトル(例えば、立体的地形データと地質データとを併有するデータ)中の特定の三成分に関する三次元ベクトルが分布するベクトル場(例えば，地表面を表す地形データの集合)を、直感的に視認可能な仕方（例えば、視覚的立体感を与える仕方）で、実質的に二次元の視野（例えば、平面又は曲面）上に視覚化するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
【０００２】
本発明は、また、３次元座標で表された大量のデジタル画像データに基づく地形の凹凸部の高低及び傾斜を、等高線に代えて、色調で表現することにより視覚的に立体感を付与可能な傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元ベクトル場の二次元面上での視覚化は、古来より多くの試みがなされている。
【０００４】
最も典型的には，２つの成分を座標値に変換して、その交点を二次元面上にプロットし、各交点に残る第3の成分の属性を付記する仕方(例えば、町内案内図)が知られているが、これだと第3の成分の違いを簡単に把握できない。
【０００５】
この点、第3の成分の属性的特徴を図形表示すること（例えば、市街案内図）もなされているが、それでも情報の局在化を免れることはできず、属性の連続的な変化が分からない。
【０００６】
そこで、二成分の連続的特徴（例えば、海岸、河川、湖沼等の外形線）と、第3の成分の属性等値線(例えば、等高線)を記入する仕方が汎用されているが、やはり、属性の変化状態を直感的に視認することが難しい。
【０００７】
ここで、より具体的に，地形図を考えてみる。
【０００８】
解析図化機によるメッシュ測量では、地形を格子状に分割し、それに標高値を付与してＤＥＭ（デジタルエレベイションモデル「Digital Elavation Model」）のデータを得る。これを計算機で処理して、例えば地形の高度、傾斜角、斜面方位、ラプラシアン、流域区分、水系等に関するパラメータを計算し、面上に分布する計算結果を対応する画像に変換できる。
【０００９】
航空機レーザー計測では、更に詳細な情報を含むデータが得られる。
【００１０】
これらのデータは、地形図にすべて盛り込まれる訳ではない。
【００１１】
例えば，高低及び傾斜に関する情報を取り出し、等高線として地図に記入する。だが、そこから立体的な地形を想像することは容易でない。
【００１２】
斜め上方から光を当てた陰影図として立体感を出す画像もあるが、これだと特定方向の傾斜が強調される。
【００１３】
この点，グレイスケール（明度の段階）あるいはレインボウカラー（色相の段階）で表示した地形画像は、地形の幾何的特徴とその分布状態を直感的に視認でき、有用であるが、効果的な立体視感が得られない。
【００１４】
文献１：「特開平１−４６９０２号公報」
地上開度又は地下開度のいずれかをメガフィルタとして用い、これにより画像を処理することもあり、これだと比較的大域での地形の特徴を補足できるが、立体視感の点で物足りず、特に局所的な立体視感に不満が残る。
【００１５】
文献２：「岩手大論文：横山隆三・白沢道生・菊地祐（1999）開度による地形特徴の表示，写真測量とリモートセンシング，vo.38，no.4，26-34」
ここで、地形図に立体視感を与える従来方法について述べる。
【００１６】
（ステレオマッチング画像、三次元画像）
基本的に視差を使用した画像で、２枚の写真を用いる。赤／青フィルター、偏光フィルター、回折格子、又はレンティキュラーレンズによる場合など様々な方法があるが、いずれも特定の方向から見る必要があり、また眼鏡を必要とする。しかも、拡大、縮小が難しい。
【００１７】
三次元画像は、特定方向から見下ろした画像で、影の部分が見えず，また遠くが小さく、近くは解像度が不足するので、判読に不向きである。しかも画像作成に時間を要する。
【００１８】
（等高線による表現）
等高線は山地の地形表現に好適だが、急傾斜（例えば、急崖部）或いは緩傾斜もしくは平坦地（平野部）で、段階的に高さを割り当てられた等高線が極度に集合、離散し、地形の判読に時間がかかる。
【００１９】
傾斜の角度及び向きを等高線の間隔の変化から推測することになり、従って単純な拡大、縮小に馴染まず、場合により作り直しが必要になる。
【００２０】
等高線が混み合うと隙間がなくなり、崖記号で置換する。この作業は手間を要し、またベクトル化の障害になる。
【００２１】
小さな凹凸は、各等高線に高さを付与しないと判読できない。
【００２２】
（二次元的な標高値を有する画像データの集合）
航空写真測量による図化作業では、特定の高度を連ねた等高線情報を直接取得し、等高線間の高度は与えない。
【００２３】
航空機レーザー計測或いは解析図化機によるメッシュ測量の場合には、ＤＥＭデータを取得し、それに基づき等高線の二次元的な分布を求め、必要に応じ等高線のスムージングを行うが、最終的に等高線に含まれない情報、例えば、等高線間の三次元的幾何情報が使用されずに残る。
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は以上の点に鑑みなされた。
【００２５】
従って、本発明は、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化するための視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
【００２６】
本発明は、また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決すべく、本発明に係る視覚化処理システムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３のオペレータと、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4のオペレータと、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第5のオペレータとを備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して、対応する座標点列を得るとともに、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度、つまり盛り上がりの度合い(例えば、地形図の尾根度)と、沈下度、つまり沈み込みの度合い(例えば、地形図の谷度)とを求め、それらを（差分も含む広義な範囲で）合目的的に重み付け合成して、局所領域での浮沈度、つまり、盛り上がり及び沈み込みの度合い（例えば、地形図の尾根谷度）を求め、これを二次元面上の対応する領域に諧調表示するようにしているので、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
【００２９】
前記浮上度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における片面側の立体角で表される。
【００３０】
前記沈下度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における他面側の立体角で表される。
【００３１】
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列を連結する面の斜度分布を求める第6のオペレータを備え、前記第5のオペレータは、好ましくは、前記二次元面上に前記斜度分布を(より好ましくは赤色系の色で)色調表示，即ち彩度表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
【００３２】
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線を得る第７のオペレータと、前記諧調表示がなされた二次元面上に前記属性等値線を写像する第8のオペレータとを備える。
【００３３】
本発明に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の工程と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の工程とを備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る視覚化処理プログラムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の処理と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の処理とをコンピュータに行わせるべく機能することを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムは、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを記憶したデータベースと、コンピュータとからなることを特徴とし、前記コンピュータは、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段と、前記等高線の間をメッシュ化する手段と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、この着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段とを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理方法は、デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する工程と、前記等高線の間をメッシュ化する工程と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める工程と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する工程と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する工程と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する工程とを備えることを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理プログラムは、コンピュータを、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを読み出す手段、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段、前記等高線の間をメッシュ化する手段、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段、及び前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
【００３９】
また、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明を実施するための最適な形態を例示的に説明する。
【００４１】
(第1の実施の形態)
先ず、図1〜図10を参照して、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は本実施形態に係る視覚化処理システムVPS1のブロック図、図2は同システムVPS1の処理手順P1〜P8及び処理結果A〜Iを示す流れ図、そして図3〜図10はそれぞれ主要な処理結果A〜Hを詳細に示す図である。
【００４２】
図1に示すように、視覚化処理システムVPS1は、ワークステーション、プロセッサ、マイクロコンピュータ、ロジック、レジスタ等の適宜な組み合わせからなる中央情報処理装置（CPU）５１と、この中央情報処理装置５１に必要な制御・操作情報を入力するキーボード（KB）、マウス、対話型ソフトスイッチ、外部通信チャネル等を含む情報入力部５４と、中央情報処理装置５１から出力された情報を広義な意味で表示・伝送するディスプレイ、プリンタ、外部通信チャネル等を含む情報出力部５５と、中央情報処理装置５１に読み込まれるオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム等の情報が格納されたロム（ＲＯＭ）等の第1の記憶部５２と、中央情報処理装置５１で随時処理すべき情報及び中央情報処理装置５１から随時書き込まれる情報を格納するラム（ＲＡＭ）等の第2の記憶部５３とを備える。第1及び第2の記憶部５２，５３を適宜統合、細分化することは差し支えない。
【００４３】
第1の記憶部５２には、所定のアプリケーション上で動作する視覚化処理プログラム６０が格納され、この視覚化処理プログラム６０は、本実施形態では、中央情報処理装置５１に読み込まれて図2に示す８つの視覚化処理Ｐ１〜Ｐ８をそれぞれ実行可能なプログラム群を含む第1〜第8処理ファイル６１〜６８により構成されるが、それらプログラム群の分類、配備は自由に設定可能である。
【００４４】
第2の記憶部５３には、視覚処理プログラム６０の処理対象となるベクトル場７０が格納される。このベクトル場７０は、実質的に3種以上の情報を抽出可能な１つ以上の成分を有する情報ベクトルの有限集合（総数N個）であればよく、本実施形態の各ベクトルは、富士山地表面の微小な有限分割領域を代表する着目点に関し、その経度情報及び緯度情報を参照テーブルで確認可能な識別（Id）番号と、隣接する着目点又は三角基準点に対する高度差とを含む2成分ベクトルである。
【００４５】
第1処理ファイル６１は、ｎ番目(n=1〜N)に処理した2成分ベクトルＶｎの識別番号Idｎと高度差とから、その経度ｘｎ、緯度ｙｎ、及び海抜高度ｚｎを算出し、その値を第2の記憶部５３に格納された仮想的な三次元（３Ｄ）のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標空間80内の対応する座標点Ｑｎ＝｛Ｘｎ＝ｘｎ、Ｙｎ＝ｙｎ、Ｚｎ＝ｚｎ｝に対応付けることにより、つまり、記憶部53内の座標点Ｑｎに対応した記憶領域にベクトルＶｎの識別番号Idｎを格納することにより、ベクトルＶｎを座標空間80に写像し、これを総数N個のベクトルについて行うことにより、ベクトル場７０を座標空間80に写像する（図2の処理P1）。
【００４６】
第１処理ファイル６１は、更に、座標空間80内の総数N個又はそれ未満の適宜な個数のId付き座標点の列｛Qn：ｎ≦Ｎ｝を必要な滑らかさで連結する曲面Ｓを最小二乗法等で求めて、これを総数Ｍ個｛Ｍ≦Ｎ｝の微小な面領域｛Ｓｍ：ｍ≦Ｍ｝に分割し、それぞれ着目点Qmを定め、関連情報を記憶部５３に格納する。
【００４７】
第2処理ファイル６２は、各面領域Smに関し、その着目点Qmから所定半径内に位置する曲面Sの表側（Z+側）の局所領域Lm+を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度（即ち、天側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ＋を求め(図2の処理P2)、面領域Smの浮上度として記憶する。この浮上度Ψｍ＋を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Aとして図3に示す。この画像Aは、地形の尾根側、つまり（曲面Ｓの）凸部をいかにも凸部らしく明瞭に示す。
【００４８】
第３処理ファイル６３は、上記面領域Smに関し、その着目点Qmから上記所定半径内に位置する曲面Sの裏側（Z-側）の局所領域Lm-を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度（即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ-を求め(図2の処理P3)、面領域Smの沈下度として記憶する。この沈下度Ψｍ-を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Cとして図５に示す。この画像Cは、地形の谷側、つまり（曲面Ｓの）凹部をいかにも凹部らしく明瞭に示す。この画像Cが前記画像Aの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
【００４９】
第4処理ファイル６４は、上記面領域Smに関し、その浮上度Ψｍ＋と沈下度Ψｍ-とを合目的的に（つまり、尾根と谷のどちらを重視するかに従い）定めた配分割合ｗ＋：ｗ−（ｗ＋＋ｗ−＝０）で重み付け合成（ｗ＋Ψｍ＋＋ｗ−Ψｍ-）することにより、前記所定半径内に位置する曲面Sの表裏の局所領域Lm（Lm+，Lm-）が着目点Qm周りにもたらす立体的効果を求め(図2の処理P４)、面領域Smの浮沈度Ψｍとして記憶する。この浮沈度Ψｍを曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｂとして図４に示す。この画像Ｂは、（曲面Ｓの）の凸部を凸部らしくまた凹部を凹部らしく明瞭に示すことにより、地形の尾根と谷とを際立たせ、視覚的立体感を増強する。なお、画像Ｂは、上記合成の重み付けがｗ＋＝−ｗ−＝１になっている。
【００５０】
ここで、第６処理ファイル６６を説明する。このファイル６６は、上記面領域Smに関し、その最大傾斜度（又はそれと等価な一回微分値）Ｇｍを、直接的に又は最小二乗法を介し間接的に求め（図２の処理Ｐ６）、上記面領域Smの斜度Ｇｍとして記憶する。この斜度Ｇｍを曲面S全体に渡り赤系統の色Ｒで色調表示した画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｄとして図６に示す。この画像Ｄも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体感を視覚的に醸成する効果を持つ。
【００５１】
第５処理ファイル６５は、三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Gm,R）と共に、情報出力部５５の二次元面９０に写像（図2の処理P5）することにより、前記座標点Qmの列を連結する面Sの分割領域Smに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに、前記斜度GmのR色調表示を行うとともに、そのR色調の明度について、前記浮沈度Ψｍに対応する諧調表示を行う。この画像（の無彩色表示画像）を処理結果Fとして図８に示す。この画像Fは、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
【００５２】
図7の画像Eは、前記画像Dの情報（つまり斜度Gmを示すR色調）と画像Aに対応する浮沈度（つまり浮上度Ψｍ＋）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理P5）した結果を示し、尾根部が強調されている。
【００５３】
図９の画像Gは、前記画像Dの情報（斜度Gmを示すR色調）と画像Cに対応する浮沈度（つまり沈下度Ψｍ-）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理P5）した結果を示し、谷部が強調されている。
【００５４】
第7処理ファイル６７は、前記座標点Qnの列のうち、前記ベクトル７０場のベクトルＶｎの成分から抽出される属性（本実施形態では海抜高度ｚｎ）が等値な座標点Ｑｎを連結した属性等値線（本実施形態では地形の等高線及び外形線）Eaを求めて、これを記憶し、必要に応じ、出力ないしは表示する（図2の処理Ｐ７）。図2にその表示処理結果Ｉを示す。この結果Ｉも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体形状の把握に寄与する。
【００５５】
第8処理ファイル６８は、前記二次元面９０上に、前記三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Gm,R）と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Eaを写像ないしは出力表示する（図2の処理P８）。その表示画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｈとして図１０に示す。この画像Ｈも、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
【００５６】
従って本実施形態に係る視覚化処理システムVPS1は、ベクトル場70を三次元の座標空間８０に写像して対応する座標点列Qmを得る第1のオペレータ（６１）と、前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lm+での浮上度Ψｍ+を求める第2のオペレータ(62)と、前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lm-での沈下度Ψｍ-を求める第３のオペレータ（６３）と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lmでの浮沈度Ψｍを求める第4のオペレータ（６４）と、前記座標空間８０を二次元面９０に写像し、前記座標点列を連結する面Sの分割領域Smに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第5のオペレータ（６５）とを備える。ここにオペレータとは、あらかじめ設定もしくはプログラムされた演算処理機能もしくは演算処理命令を実行する要素もしくはその集合又は手段を意味する。
【００５７】
前記視覚化処理システムVPS1は、更に、前記座標点列を連結する面Sの斜度Gm分布を求める第6のオペレータ（６６）を備え、前記第5のオペレータ（６５）は、前記二次元面９０上に前記斜度分布を赤色系の色Rで色調表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
【００５８】
前記視覚化処理システムVPS1は、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル７０場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線Eaを得る第７のオペレータ（６７）と、前記諧調表示がなされた二次元面９０上に前記属性等値線Eaを写像する第8のオペレータ（６８）とを備える。
【００５９】
本実施形態によれば、ベクトル場７０をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面９０上に視覚化できる。
【００６０】
本実施形態に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の工程P1と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の工程P2と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程P3と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の工程P4と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の工程P5とを備える。
【００６１】
本実施形態に係る視覚化処理プログラム６０は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の処理P1と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の処理P2と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理P3と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の処理P4と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の処理P5とを中央情報処理装置５１に行わせるべく機能する。
【００６２】
(第２の実施の形態)
次に、図１1〜図２８を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６３】
図１１は本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像生成装置４を含む視覚化処理システムVPS2全体のブロック図、図１２は同システムVPS2におけるレーザ計測の説明図、図１３は８方向配列の説明図、図１４は地上開度及び地下開度の原理説明図、図１５は地上開度及び地下開度の主要パターン説明図、図１６は地上開度及び地下開度の立体的説明図、図１７は地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図、図１８はグレイスケースの割当て説明図、図１９は凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図、図２０は斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図、図２１は地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図、そして図２２は傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
【００６４】
また図２３は視覚化処理システムVPS2により得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像、図２４は富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図、図２５は同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図、図２６は同上地域の立体視化画像を示す拡大図、図２７は別の地域の立体視化画像を示す拡大図、そして 図２８は別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【００６５】
本実施形態は、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、第1実施形態の斜度Gmに対応する斜度と、第1の実施の形態の浮上度Ψｍ＋に相当する地上開度と、第1の実施の形態の沈下度Ψｍ-に相当する地下開度との３つのパラメータを求め、その平面分布をグレイスケール画像として保存する。
【００６６】
地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することにより、尾根や山頂部分を白っぽく、また谷や窪地を黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像（以下立体赤色化マップともいう）が生成される。
【００６７】
つまり、本実施形態の立体化マップの立体表現手法は、等高線の間をメッシュ化し、それぞれの隣のメッシュとの差すなわち傾斜は赤の色調で表現し、周辺に比べて高いか低いかはグレイスケールで表現する。これは第1の実施の形態の浮沈度Ψｍに相当し、本実施形態では、尾根谷度と呼ばれ、より明るいほうが周辺に比べて高く（尾根的）、より暗いほうが周辺に比べて低い（谷的）ことを示唆し、その明暗を乗算合成することにより立体感が生じる。
【００６８】
図１１に、本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像作成装置４の概略構成を示す。図１１に示すように、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、以下に説明するコンピュータ機能を備えている。また、この傾斜赤色化立体画像作成装置４には、各種データベースが接続される。
【００６９】
データベース１には、レーザデータＲｉが保存される。このレーザデータ（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ：レーザデータによる座標であることを示すためにＲを付加）は、図１２に示すように対象地域上空（デジタルカメラ撮影範囲が好ましい）を水平飛行する航空機により、下方にレーザ光を発射し、往復に要した時間と、航空機の位置、姿勢、発射角度から計算（コンピュータ）によって、地表面のｘ、ｙ、ｚを求めて保存している。前述の飛行位置の把握にはＧＰＳ（図示せず）、姿勢の把握にはＩＭＵを用いる。
【００７０】
レーザ発射器（図示せずＺ）は、毎秒３３０００回発射することが可能であり、８０ｃｍに１点の密度で標高点（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）の取得が可能である。
【００７１】
１回のレーザ発射について複数の反射パルスが測定された場合には、最終反射のデータを採用して保存する。
【００７２】
また、受信したレーザデータの分布傾向を検討し、周辺よりもスパイク状が高い点は、通過できなかった樹木のレーザデータと認定して取り除き、さらに樹木以外に家屋や、自動車、橋等のレーザデータも取り除く。従ってデータベース１には、地表面のレーザデータＲｉのみが保存される。
【００７３】
データベース２には、少なくともデジタルカメラ撮影範囲の等高線地図Ｈｉ（２万５０００分の１：等高線に番号を付している）を格納する。また、この等高線図の特徴点の座標（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ：等高線図データ）を付加している。
【００７４】
また、データベース３にはステレオマッチングデータＭｉを保存している。このステレオマッチングデータＭｉは、同じエリアを撮影した２枚の航空写真から立体画像を生成する。例えば、２枚の写真の内で既知の建物の面を抽出し、この建物の面にＺ値を与えて立体化（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）し、これを基準として他の地物にＺ値を与えて行く。
【００７５】
ＤＥＭデータ作成部６は、データベース１のレーザデータＲｉを読み込み、それぞれの同じ標高値を結んだ等高線図を生成し、この等高線図に対してＴＩＮを作成して地面を復元する。そして、ＴＩＮと各格子点の交わる点の高さを求めＤＥＭデータ（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を作成する。
【００７６】
また、ＤＥＭデータ作成部６は、データベース２に保存されている等高線地図Ｈｉを読み、等高線同士を結んだＴＩＮを生成し、これを前述のＤＥＭデータにコンバートしている。
【００７７】
次に、本実施形態で用いるＤＥＭデータについて説明する。例えば、「数値地図５０ｍメッシュ（標高）」は１／２５，０００地形図の縦・横を各々２００等分したメッシュ（メッシュ間隔は緯線方向が２．２５秒、経線方向が１．５０秒となっている）の中心の標高を１ｍ刻みで読み出して２次元配列とする。
【００７８】
また、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、図11に示すように地上開度データ作成部９と、地下開度データ作成部１０と、傾斜算出部８と、凸部強調画像作成部１１と、凹部強調画像作成部１２と、斜度強調部１３と、第１の合成部１４と、第２の合成部１５とを備えている。
【００７９】
本実施形態では、開度という概念を用いている。開度は当該地点が周囲に比べて地上に突き出ている程度及び地下に食い込んでいる程度を数量化したものである。つまり、地上開度は、図１４に示すように、着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している。
【００８０】
開度は距離Ｌと周辺地形に依存している。図１５は９種の基本地形についての地上開度及び地下開度を、方位毎の地上角及び地下角の８角形グラフで示したものである。一般に地上開度は周囲から高く突き出ている地点ほど大きくなり、山頂や尾根では大きな値をとり窪地や谷底では小さい。逆に地下開度は地下に低く食い込んでいる地点ほど大きくなり、窪地や谷底では大きな値をとり山頂や尾根では小さい。実際には、距離Ｌの範囲内でも種々の基本地形が混在しているために、地上角及び地下角の８角形グラフは変形され開度も種々の値をとることが多い。
【００８１】
前述のように DφL 及び DψL がＬに対して非増加特性をもっていることから、ΦL 及びΨL もまたＬに対して非増加特性を持っている。
【００８２】
また、開度図は計算距離の指定によって、地形規模に適合した情報抽出が可能であり、方向性及び局所ノイズに依存しない表示が可能である。
【００８３】
つまり、尾根線及び谷線の抽出に優れており、豊富な地形・地質情報が判読できるものであり、図１６に示すように、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体：図１６の（ａ））において、設定した当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｂを結ぶ直線Ｌ１と、水平線とがなす角度ベクトルθｉを求める。この角度ベクトルの求め方を８方向に渡って実施し、これらを平均化したものを地上開度θｉと称し、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体）に空気層を押し当てた立体（図１６の（ｂ））を裏返した反転ＤＥＭデータ（図１６の（ｃ））の当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｃ（一番深い所に相当する）を結ぶ直線Ｌ２と、水平線とがなす角度を求める。この角度を８方向に渡って求めて平均化したのを地下開度ψｉと称している。
【００８４】
すなわち、地上開度データ作成部９は、着目点から一定距離までの範囲に含まれるＤＥＭデータ上において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線（図１６の（ａ）のＬ１）の傾斜の最大値（鉛直方向から見たとき）を求める。このような処理を８方向に対して行う。傾斜の角度は天頂からの角度（平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以上、谷底や窪地では９０度以下） また、地下開度データ作成部１０は、反転ＤＥＭデータの着目点から一定距離までの範囲において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線の傾斜の最大値（図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときには最小値）を求める。このような処理を８方向に対して行う。
【００８５】
図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときの角度ψｉは、平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以下、谷底や窪地では９０度以上である。
【００８６】
つまり、地上開度と地下開度は、図１７に示すように、２つの基本地点Ａ（ｉA，ｊA，ＨA）とＢ（ｉB，ｊB，ＨB）を考える。標本間隔が１ｍであることからＡとＢの距離は
P = {(iA − iB)2 + (jA − jB)2}1/2 …(1)
となる。
【００８７】
図１７の（ａ）は標高０ｍを基準として、標本地点のＡとＢの関係を示したものである。標本地点Ａの標本地点Ｂに対する仰角θは
θ＝ｔａｎ-1｛（ＨB −ＨA ）／Ｐ
で与えられる。θの符号は（１）ＨA＜ＨB の場合には正となり、（２）ＨA＞ＨB の場合には負となる。
【００８８】
着目する標本地点から方位Ｄ距離Ｌの範囲内にある標本地点の集合を DＳL と記述して、これを「着目する標本地点のＤ−Ｌ集合」を呼ぶことにする。ここで、
DβL ：着目する標本地点の DＳL の各要素に対する仰角のうちの最大値
DδL ：着目する標本地点の DＳL の各要素に対する仰角のうちの最小値
として（図１７の（ｂ）参照）、次の定義をおこなう。
【００８９】
定義１：着目する標本地点のＤ−Ｌ集合の地上角及び地下角とは、各々
DφL ＝９０− DβL
及び
DψL ＝９０＋ DδL
を意味するものとする。
【００９０】
DφL は着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの空を見ることができる天頂角の最大値を意味している。一般に言われる地平線角とはＬを無限大にした場合の地上角に相当している。また、DψL は着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの地中を見ることができる天底角の最大値を意味している。Ｌを増大させると、 DＳL に属する標本地点の数は増加することから、 DβL に対して非減少特性を持ち、逆に DδL は非増加特性を持つ。したがって DφL 及び Dψ1 .は共にＬに対して非増加特性を持つことになる。
【００９１】
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとすれば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義１は必ずしも正確な記述ではない。定義１はあくまでもＤＥＭを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
【００９２】
地上角及び地下角は指定された方位Ｄについての概念であったが、これを拡張したものとして、次の定義を導入する。
【００９３】
定義II：着目する標本地点の距離Ｌの地上開度及び地下開度とは、各々 ΦL＝（0φL ＋45φL ＋90φL ＋135φL ＋180φL ＋225φL ＋270φL ＋315φL ）／８
及び
ΨL＝（０ψL ＋45ψL ＋90ψL ＋135ψL ＋180ψL ＋225ψL ＋270ψL ＋315ψL ）／８
を意味するものとする。
【００９４】
地上開度は着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している（図１４参照）。
【００９５】
傾斜算出部８は、ＤＥＭデータを正方形にメッシュ化し、このメッシュ上の着目点と隣接する正方形の面の平均傾斜を求める。隣接する正方形は４通り存在しており、いずれか一つを着目正方形とする。そして、この着目正方形の４隅の高度と平均傾斜とを求める。平均傾斜は最小二乗法を用いて４点から近似した面の傾きである。
【００９６】
凸部強調画像作成部１１は、図１８（ａ）に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第１のグレイスケールを備え、地上開度データ作成部９が地上開度（着目点からＬの範囲を８方向見たときの、平均角度：高いところにいるかを判定するための指標）を求める毎に、この地上開度θｉの値に対応する明るさ（明度）を算出する。
【００９７】
例えば、地上開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第１のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
【００９８】
つまり、尾根の部分（凸部）の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
【００９９】
そして、図１９に示すように、凸部強調画像作成部１１の凸部強調用色割当処理２０が地上開度画像データＤａを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第１のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地上開度ファイル２１に保存（地上開度画像データＤｐａ）する。次に、諧調補部２２がこの地上開度画像データＤｐａの色諧調を反転させた地上開度レイヤーＤｐをファイル２３に保存する。つまり、尾根が白くなるように調整した地上開度レイヤーＤｐを得ている。
【０１００】
凹部抽出部１２は、図１８（ｂ）に示すように、谷底、尾根を明るさで表現するための第２のグレイスケールを備え、地下開度データ作成部１０が地下開度ψｉ（着目点から８方向の平均）を求める毎に、この地上開度ψｉの値に対応する明るさを算出する。
【０１０１】
例えば、地下開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第２のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
【０１０２】
つまり、谷底の部分（凹部）の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
【０１０３】
そして、図１９に示すように、凹部強調画像作成部１２の凹部強調用色割当処理２５は、地下開度画像データＤｂを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第２のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地下開度ファイル２６に保存する。次に、諧調補正処理２７が地下開度画像データＤｂの色諧調を補正する。
【０１０４】
色が黒くなり過ぎた場合は、トーンカーブを補正した度合いの色にする。これを地下開度レイヤーＤｑと称してファイル２８に保存する。
【０１０５】
斜度強調部１３は、図１８（ｃ）に示すように、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第３のグレイスケールを備え、傾斜算出部８が傾斜度（着目点から４方向の平均）を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第３のグレイスケールの明るさ（明度）を算出する。
【０１０６】
例えば、斜度αｉの値が０度から７０度程度の範囲に収まる場合は、０度から５０度を第３のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。つまり、０度が白、５０度以上が黒。傾斜αの大きい地点ほど色が黒くなる。
【０１０７】
そして、図２０に示すように、斜度強調画像作成部１３の斜度強調用色割当処理３０は、地下開度画像データＤｂと地上開度画像データＤａとの差画像を斜度画像Ｄｒａとしてファイル３１に保存する。
【０１０８】
このとき、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第３のグレイスケールに基づく色データを割り付ける。次に、赤色処理がＲＧＢカラーモード機能でＲを強調する。つまり、傾斜が大きいほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒをファイル３３に得る。
【０１０９】
第１の合成部１４は、地上開度レイヤーＤｐと地下開度レイヤーＤｑとを乗算して合成した合成画像Ｄｈ（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄ1 ）を得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
【０１１０】
前述の「乗算」というのは、フォトショップ（photoshop）上のレイヤーモードの用語で、数値処理上はＯＲ演算となる。
【表１】
【０１１１】
このバランス調整は、地上開度と地下開度の値の配分は、ある地点を地点を中心として一定の半径（Ｌ／２）の地表面を切り取る。
【０１１２】
空全体が一様な明るさの場合に地表面から見上げる空の広さが地面の明るさを与える。
【０１１３】
つまり、地上開度が明るさとなる。しかし、光が回り込むことまで考えると、地下開度の値も考慮するべきである。
【０１１４】
この両者の比をどのようにするべきかで、地形の尾根の部分を強調したり、任意に変化させることができる。谷の中の地形を強調したいときはｂの値を大きくする。
【０１１５】
明るさの指標＝ａ×地上開度−ｂ×地下開度
但し、ａ＋ｂ＝１
すなわち、図２１に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像を得る（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄ1 ）。
【０１１６】
一方、第２の合成部は、ファイルの傾斜強調画像Ｄｒと第１の合成部で合成して得た合成画像Ｄｈと合成した尾根が赤色で強調された立体赤色化画像Ｋｉを得て、表示部に表示する。
【０１１７】
すなわち、図２２に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像Ｄｈを得ると共に、斜度画像Ｄｒａに対して傾斜が多きほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒを得る。
【０１１８】
そして、この傾斜強調画像Ｄｒと合成画像Ｄｈとを合成する。
図２３は、本実施形態の処理を用いた青木々原一帯の立体地図である。図２３に示すよう、天神山スキー場の直ぐ南にある「氷穴火口列は青木ヶ原溶岩流を流出させた火口の一つである。空中写真では深い樹林に阻害され、その位置を確認することが困難である。また、航空測量による等高線地図では氷穴火口列は表現することが困難（図２４参照）であったが、レーザデータによる地図（図２５参照）では氷穴火口列らしいことが分かる。
【０１１９】
これに対して、本実施形態の立体映像によれば、図２６に示すように氷穴火口列であることがハッキリ分かると共に、溶岩流が作る凹凸や登山道も分かる。
【０１２０】
また、図２７及び図２８は拡大図であり、溶岩流れ、道路の傾斜、凹凸が視覚的に分かる。
【０１２１】
なお、上記実施の形態の手法は、金星の地形や火星の地形に適用できる。さらに、電子顕微鏡で測定された凹凸の可視化にも適用できる。また、ゲーム機器に適用すれば、めがねをかけなくとも立体感が得られる。
【０１２２】
以上のように、本実施形態によれば、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
【０１２３】
(第3の実施の形態)
次に、図２９〜図32を参照して、図1の視覚化処理システムVPS1を援用した本発明の第3の実施の形態を説明する。
【０１２４】
図２９は人体のX線透視図、図３０は同透視図の段彩スライス画像、図３１は同透視図を上記視覚化処理システムVPS1で処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像、そして図３２は図3１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
【０１２５】
図3０の段彩スライス画像は、図29のX線透視図の各画素の色相をその明度に応じスライスし段彩化した画像で、本実施形態では、上記画素の位置情報と明度とを成分とするベクトルの場を視覚化処理システムVPS1のベクトル場７０として記憶部５３に格納し、視覚化処理プログラム６０の第７処理ファイル６７による処理P７の結果として情報出力部５５に表示される。
【０１２６】
また図31の赤色諧調浮沈度分布画像が、視覚化処理プログラム６０の第５処理ファイル６５による処理P５の結果として情報出力部５５に表示される。
【０１２７】
そして図32の合成画像が、視覚化処理プログラム６０の第８処理ファイル６８による処理P８の結果として情報出力部５５に表示される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明によれば、ベクトル場その局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化することが可能な視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
【０１２９】
また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成する視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
本発明の上記及びその他の特徴、作用、及び効果は、以下に添付図面を参照してなされる本発明を実施するための最適な形態の説明を読むことにより明らかとなる。添付図面中：
【図１】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る視覚化処理システムのブロック図である。
【図２】
図2は、図1の視覚化処理システムの処理手順及び処理結果を示す流れ図である。
【図３】
図3は、図2の流れ図のA部詳細図である。
【図４】
図４は、図2の流れ図のB部詳細図である。
【図５】
図５は、図2の流れ図のC部詳細図である。
【図６】
図６は、図2の流れ図のD部詳細図である。
【図７】
図７は、図2の流れ図のE部詳細図である。
【図８】
図８は、図2の流れ図のF部詳細図である。
【図９】
図９は、図2の流れ図のG部詳細図である。
【図１０】
図１０は、図2の流れ図のH部詳細図である。
【図１１】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムのブロック図である。
【図１２】
図１２は、図11の視覚化処理システムにおけるレーザ計測の説明図である。
【図１３】
図１３は、図11の視覚化処理システムにおける８方向配列の説明図である。
【図１４】
図１４は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の原理説明図である。
【図１５】
図１５は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の主要パターン説明図である。
【図１６】
図１６は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の立体的説明図である。
【図１７】
図１７は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図である。
【図１８】
図１８は、図11の視覚化処理システムにおけるグレイスケースの割当て説明図である。
【図１９】
図１９は、図11の視覚化処理システムの凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図である。
【図２０】
図２０は、図11の視覚化処理システムの斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図である。
【図２１】
図２１は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図である。
【図２２】
図２２は、図11の視覚化処理システムにおける傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
【図２３】
図２３は、図11の視覚化処理システムにより得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像を示す図である。
【図２４】
図２４は、富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図である。
【図２５】
図２５は、同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図である。
【図２６】
図２６は、同上地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２７】
図２７は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２８】
図２８は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２９】
図２９は、人体のX線透視図である。
【図３０】
図３０は、図29の透視図の段彩スライス画像である。
【図３１】
図３１は、図29の透視図を図1の視覚化処理システムで処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像である。
【図３２】
図３２は、図3１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
【符号の説明】
【０１３１】
４ 傾斜赤色化立体画像作成装置
６ ＤＥＭデータ作成部
９ 地上開度データ作成部
１０ 地下開度データ作成部
８ 傾斜算出部
１１ 凸部強調画像作成部
１２ 凹部強調画像作成部
１３ 斜度強調部
１４ 第１の合成部
１５ 第２の合成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関し、特に、実質的に三つの成分をまとめて表示した三次元ベクトル（例えば、立体的地形データ）或いは多次元ベクトル(例えば、立体的地形データと地質データとを併有するデータ)中の特定の三成分に関する三次元ベクトルが分布するベクトル場(例えば，地表面を表す地形データの集合)を、直感的に視認可能な仕方（例えば、視覚的立体感を与える仕方）で、実質的に二次元の視野（例えば、平面又は曲面）上に視覚化するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
【０００２】
本発明は、また、３次元座標で表された大量のデジタル画像データに基づく地形の凹凸部の高低及び傾斜を、等高線に代えて、色調で表現することにより視覚的に立体感を付与可能な傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元ベクトル場の二次元面上での視覚化は、古来より多くの試みがなされている。
【０００４】
最も典型的には，２つの成分を座標値に変換して、その交点を二次元面上にプロットし、各交点に残る第3の成分の属性を付記する仕方(例えば、町内案内図)が知られているが、これだと第3の成分の違いを簡単に把握できない。
【０００５】
この点、第3の成分の属性的特徴を図形表示すること（例えば、市街案内図）もなされているが、それでも情報の局在化を免れることはできず、属性の連続的な変化が分からない。
【０００６】
そこで、二成分の連続的特徴（例えば、海岸、河川、湖沼等の外形線）と、第3の成分の属性等値線(例えば、等高線)を記入する仕方が汎用されているが、やはり、属性の変化状態を直感的に視認することが難しい。
【０００７】
ここで、より具体的に，地形図を考えてみる。
【０００８】
解析図化機によるメッシュ測量では、地形を格子状に分割し、それに標高値を付与してＤＥＭ（デジタルエレベイションモデル「Digital Elavation Model」）のデータを得る。これを計算機で処理して、例えば地形の高度、傾斜角、斜面方位、ラプラシアン、流域区分、水系等に関するパラメータを計算し、面上に分布する計算結果を対応する画像に変換できる。
【０００９】
航空機レーザー計測では、更に詳細な情報を含むデータが得られる。
【００１０】
これらのデータは、地形図にすべて盛り込まれる訳ではない。
【００１１】
例えば，高低及び傾斜に関する情報を取り出し、等高線として地図に記入する。だが、そこから立体的な地形を想像することは容易でない。
【００１２】
斜め上方から光を当てた陰影図として立体感を出す画像もあるが、これだと特定方向の傾斜が強調される。
【００１３】
この点，グレイスケール（明度の段階）あるいはレインボウカラー（色相の段階）で表示した地形画像は、地形の幾何的特徴とその分布状態を直感的に視認でき、有用であるが、効果的な立体視感が得られない。
【００１４】
文献１：「特開平１−４６９０２号公報」
地上開度又は地下開度のいずれかをメガフィルタとして用い、これにより画像を処理することもあり、これだと比較的大域での地形の特徴を補足できるが、立体視感の点で物足りず、特に局所的な立体視感に不満が残る。
【００１５】
文献２：「岩手大論文：横山隆三・白沢道生・菊地祐（1999）開度による地形特徴の表示，写真測量とリモートセンシング，vo.38，no.4，26-34」
ここで、地形図に立体視感を与える従来方法について述べる。
【００１６】
（ステレオマッチング画像、三次元画像）
基本的に視差を使用した画像で、２枚の写真を用いる。赤／青フィルター、偏光フィルター、回折格子、又はレンティキュラーレンズによる場合など様々な方法があるが、いずれも特定の方向から見る必要があり、また眼鏡を必要とする。しかも、拡大、縮小が難しい。
【００１７】
三次元画像は、特定方向から見下ろした画像で、影の部分が見えず，また遠くが小さく、近くは解像度が不足するので、判読に不向きである。しかも画像作成に時間を要する。
【００１８】
（等高線による表現）
等高線は山地の地形表現に好適だが、急傾斜（例えば、急崖部）或いは緩傾斜もしくは平坦地（平野部）で、段階的に高さを割り当てられた等高線が極度に集合、離散し、地形の判読に時間がかかる。
【００１９】
傾斜の角度及び向きを等高線の間隔の変化から推測することになり、従って単純な拡大、縮小に馴染まず、場合により作り直しが必要になる。
【００２０】
等高線が混み合うと隙間がなくなり、崖記号で置換する。この作業は手間を要し、またベクトル化の障害になる。
【００２１】
小さな凹凸は、各等高線に高さを付与しないと判読できない。
【００２２】
（二次元的な標高値を有する画像データの集合）
航空写真測量による図化作業では、特定の高度を連ねた等高線情報を直接取得し、等高線間の高度は与えない。
【００２３】
航空機レーザー計測或いは解析図化機によるメッシュ測量の場合には、ＤＥＭデータを取得し、それに基づき等高線の二次元的な分布を求め、必要に応じ等高線のスムージングを行うが、最終的に等高線に含まれない情報、例えば、等高線間の三次元的幾何情報が使用されずに残る。
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は以上の点に鑑みなされた。
【００２５】
従って、本発明は、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化するための視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
【００２６】
本発明は、また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決すべく、本発明に係る視覚化処理システムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2のオペレータと、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３のオペレータと、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4のオペレータと、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第5のオペレータとを備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して、対応する座標点列を得るとともに、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度、つまり盛り上がりの度合い(例えば、地形図の尾根度)と、沈下度、つまり沈み込みの度合い(例えば、地形図の谷度)とを求め、それらを（差分も含む広義な範囲で）合目的的に重み付け合成して、局所領域での浮沈度、つまり、盛り上がり及び沈み込みの度合い（例えば、地形図の尾根谷度）を求め、これを二次元面上の対応する領域に諧調表示するようにしているので、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
【００２９】
前記浮上度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における片面側の立体角で表される。
【００３０】
前記沈下度は、好ましくは、前記座標点列を連結する面の局所領域における他面側の立体角で表される。
【００３１】
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列を連結する面の斜度分布を求める第6のオペレータを備え、前記第5のオペレータは、好ましくは、前記二次元面上に前記斜度分布を(より好ましくは赤色系の色で)色調表示，即ち彩度表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
【００３２】
前記視覚化処理システムは、好ましくは、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線を得る第７のオペレータと、前記諧調表示がなされた二次元面上に前記属性等値線を写像する第8のオペレータとを備える。
【００３３】
本発明に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の工程と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の工程と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の工程とを備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る視覚化処理プログラムは、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の処理と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の処理と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の処理とをコンピュータに行わせるべく機能することを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムは、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを記憶したデータベースと、コンピュータとからなることを特徴とし、前記コンピュータは、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段と、前記等高線の間をメッシュ化する手段と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、この着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段とを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理方法は、デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する工程と、前記等高線の間をメッシュ化する工程と、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める工程と、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する工程と、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する工程と、前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する工程とを備えることを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理プログラムは、コンピュータを、３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを読み出す手段、前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段、前記等高線の間をメッシュ化する手段、それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段、この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段、前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段、及び前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、ベクトル場をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面上に視覚化できる。
【００３９】
また、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明を実施するための最適な形態を例示的に説明する。
【００４１】
(第1の実施の形態)
先ず、図1〜図10を参照して、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は本実施形態に係る視覚化処理システムVPS1のブロック図、図2は同システムVPS1の処理手順P1〜P8及び処理結果A〜Iを示す流れ図、そして図3〜図10はそれぞれ主要な処理結果A〜Hを詳細に示す図である。
【００４２】
図1に示すように、視覚化処理システムVPS1は、ワークステーション、プロセッサ、マイクロコンピュータ、ロジック、レジスタ等の適宜な組み合わせからなる中央情報処理装置（CPU）５１と、この中央情報処理装置５１に必要な制御・操作情報を入力するキーボード（KB）、マウス、対話型ソフトスイッチ、外部通信チャネル等を含む情報入力部５４と、中央情報処理装置５１から出力された情報を広義な意味で表示・伝送するディスプレイ、プリンタ、外部通信チャネル等を含む情報出力部５５と、中央情報処理装置５１に読み込まれるオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム等の情報が格納されたロム（ＲＯＭ）等の第1の記憶部５２と、中央情報処理装置５１で随時処理すべき情報及び中央情報処理装置５１から随時書き込まれる情報を格納するラム（ＲＡＭ）等の第2の記憶部５３とを備える。第1及び第2の記憶部５２，５３を適宜統合、細分化することは差し支えない。
【００４３】
第1の記憶部５２には、所定のアプリケーション上で動作する視覚化処理プログラム６０が格納され、この視覚化処理プログラム６０は、本実施形態では、中央情報処理装置５１に読み込まれて図2に示す８つの視覚化処理Ｐ１〜Ｐ８をそれぞれ実行可能なプログラム群を含む第1〜第8処理ファイル６１〜６８により構成されるが、それらプログラム群の分類、配備は自由に設定可能である。
【００４４】
第2の記憶部５３には、視覚処理プログラム６０の処理対象となるベクトル場７０が格納される。このベクトル場７０は、実質的に3種以上の情報を抽出可能な１つ以上の成分を有する情報ベクトルの有限集合（総数N個）であればよく、本実施形態の各ベクトルは、富士山地表面の微小な有限分割領域を代表する着目点に関し、その経度情報及び緯度情報を参照テーブルで確認可能な識別（Id）番号と、隣接する着目点又は三角基準点に対する高度差とを含む2成分ベクトルである。
【００４５】
第1処理ファイル６１は、ｎ番目(n=1〜N)に処理した2成分ベクトルＶｎの識別番号Idｎと高度差とから、その経度ｘｎ、緯度ｙｎ、及び海抜高度ｚｎを算出し、その値を第2の記憶部５３に格納された仮想的な三次元（３Ｄ）のＸ−Ｙ−Ｚ直交座標空間80内の対応する座標点Ｑｎ＝｛Ｘｎ＝ｘｎ、Ｙｎ＝ｙｎ、Ｚｎ＝ｚｎ｝に対応付けることにより、つまり、記憶部53内の座標点Ｑｎに対応した記憶領域にベクトルＶｎの識別番号Idｎを格納することにより、ベクトルＶｎを座標空間80に写像し、これを総数N個のベクトルについて行うことにより、ベクトル場７０を座標空間80に写像する（図2の処理P1）。
【００４６】
第１処理ファイル６１は、更に、座標空間80内の総数N個又はそれ未満の適宜な個数のId付き座標点の列｛Qn：ｎ≦Ｎ｝を必要な滑らかさで連結する曲面Ｓを最小二乗法等で求めて、これを総数Ｍ個｛Ｍ≦Ｎ｝の微小な面領域｛Ｓｍ：ｍ≦Ｍ｝に分割し、それぞれ着目点Qmを定め、関連情報を記憶部５３に格納する。
【００４７】
第2処理ファイル６２は、各面領域Smに関し、その着目点Qmから所定半径内に位置する曲面Sの表側（Z+側）の局所領域Lm+を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度（即ち、天側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ＋を求め(図2の処理P2)、面領域Smの浮上度として記憶する。この浮上度Ψｍ＋を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Aとして図3に示す。この画像Aは、地形の尾根側、つまり（曲面Ｓの）凸部をいかにも凸部らしく明瞭に示す。
【００４８】
第３処理ファイル６３は、上記面領域Smに関し、その着目点Qmから上記所定半径内に位置する曲面Sの裏側（Z-側）の局所領域Lm-を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度（即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値）Ψｍ-を求め(図2の処理P3)、面領域Smの沈下度として記憶する。この沈下度Ψｍ-を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Cとして図５に示す。この画像Cは、地形の谷側、つまり（曲面Ｓの）凹部をいかにも凹部らしく明瞭に示す。この画像Cが前記画像Aの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
【００４９】
第4処理ファイル６４は、上記面領域Smに関し、その浮上度Ψｍ＋と沈下度Ψｍ-とを合目的的に（つまり、尾根と谷のどちらを重視するかに従い）定めた配分割合ｗ＋：ｗ−（ｗ＋＋ｗ−＝０）で重み付け合成（ｗ＋Ψｍ＋＋ｗ−Ψｍ-）することにより、前記所定半径内に位置する曲面Sの表裏の局所領域Lm（Lm+，Lm-）が着目点Qm周りにもたらす立体的効果を求め(図2の処理P４)、面領域Smの浮沈度Ψｍとして記憶する。この浮沈度Ψｍを曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Ｂとして図４に示す。この画像Ｂは、（曲面Ｓの）の凸部を凸部らしくまた凹部を凹部らしく明瞭に示すことにより、地形の尾根と谷とを際立たせ、視覚的立体感を増強する。なお、画像Ｂは、上記合成の重み付けがｗ＋＝−ｗ−＝１になっている。
【００５０】
ここで、第６処理ファイル６６を説明する。このファイル６６は、上記面領域Smに関し、その最大傾斜度（又はそれと等価な一回微分値）Ｇｍを、直接的に又は最小二乗法を介し間接的に求め（図２の処理Ｐ６）、上記面領域Smの斜度Ｇｍとして記憶する。この斜度Ｇｍを曲面S全体に渡り赤系統の色Ｒで色調表示した画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｄとして図６に示す。この画像Ｄも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体感を視覚的に醸成する効果を持つ。
【００５１】
第５処理ファイル６５は、三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Gm,R）と共に、情報出力部５５の二次元面９０に写像（図2の処理P5）することにより、前記座標点Qmの列を連結する面Sの分割領域Smに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに、前記斜度GmのR色調表示を行うとともに、そのR色調の明度について、前記浮沈度Ψｍに対応する諧調表示を行う。この画像（の無彩色表示画像）を処理結果Fとして図８に示す。この画像Fは、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
【００５２】
図7の画像Eは、前記画像Dの情報（つまり斜度Gmを示すR色調）と画像Aに対応する浮沈度（つまり浮上度Ψｍ＋）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理P5）した結果を示し、尾根部が強調されている。
【００５３】
図９の画像Gは、前記画像Dの情報（斜度Gmを示すR色調）と画像Cに対応する浮沈度（つまり沈下度Ψｍ-）の情報とを処理ファイル６５で二次元面９０に写像（処理P5）した結果を示し、谷部が強調されている。
【００５４】
第7処理ファイル６７は、前記座標点Qnの列のうち、前記ベクトル７０場のベクトルＶｎの成分から抽出される属性（本実施形態では海抜高度ｚｎ）が等値な座標点Ｑｎを連結した属性等値線（本実施形態では地形の等高線及び外形線）Eaを求めて、これを記憶し、必要に応じ、出力ないしは表示する（図2の処理Ｐ７）。図2にその表示処理結果Ｉを示す。この結果Ｉも、地形（つまり曲面Ｓ）の立体形状の把握に寄与する。
【００５５】
第8処理ファイル６８は、前記二次元面９０上に、前記三次元座標空間８０をその関連情報（Ψｍ、Gm,R）と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Eaを写像ないしは出力表示する（図2の処理P８）。その表示画像（の無彩色表示画像）を処理結果Ｈとして図１０に示す。この画像Ｈも、地形（つまり曲面Ｓ）に視覚的立体感が付与されている。
【００５６】
従って本実施形態に係る視覚化処理システムVPS1は、ベクトル場70を三次元の座標空間８０に写像して対応する座標点列Qmを得る第1のオペレータ（６１）と、前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lm+での浮上度Ψｍ+を求める第2のオペレータ(62)と、前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lm-での沈下度Ψｍ-を求める第３のオペレータ（６３）と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面Sの局所領域Lmでの浮沈度Ψｍを求める第4のオペレータ（６４）と、前記座標空間８０を二次元面９０に写像し、前記座標点列を連結する面Sの分割領域Smに対応する二次元面９０上の領域９０ｍに前記浮沈度に対応する諧調表示を行う第5のオペレータ（６５）とを備える。ここにオペレータとは、あらかじめ設定もしくはプログラムされた演算処理機能もしくは演算処理命令を実行する要素もしくはその集合又は手段を意味する。
【００５７】
前記視覚化処理システムVPS1は、更に、前記座標点列を連結する面Sの斜度Gm分布を求める第6のオペレータ（６６）を備え、前記第5のオペレータ（６５）は、前記二次元面９０上に前記斜度分布を赤色系の色Rで色調表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
【００５８】
前記視覚化処理システムVPS1は、更に、前記座標点列のうち前記ベクトル７０場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線Eaを得る第７のオペレータ（６７）と、前記諧調表示がなされた二次元面９０上に前記属性等値線Eaを写像する第8のオペレータ（６８）とを備える。
【００５９】
本実施形態によれば、ベクトル場７０をその局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で、実質的な二次元面９０上に視覚化できる。
【００６０】
本実施形態に係る視覚化処理方法は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の工程P1と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の工程P2と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の工程P3と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の工程P4と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の工程P5とを備える。
【００６１】
本実施形態に係る視覚化処理プログラム６０は、ベクトル場を三次元の座標空間に写像して対応する座標点列を得る第1の処理P1と、前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度を求める第2の処理P2と、前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度を求める第３の処理P3と、前記浮上度と前記沈下度とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度を求める第4の処理P4と、前記座標空間を二次元面に写像し、前記座標点列を連結する面の分割領域に対応する二次元面上の領域に前記浮沈度を諧調表示する第5の処理P5とを中央情報処理装置５１に行わせるべく機能する。
【００６２】
(第２の実施の形態)
次に、図１1〜図２８を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６３】
図１１は本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像生成装置４を含む視覚化処理システムVPS2全体のブロック図、図１２は同システムVPS2におけるレーザ計測の説明図、図１３は８方向配列の説明図、図１４は地上開度及び地下開度の原理説明図、図１５は地上開度及び地下開度の主要パターン説明図、図１６は地上開度及び地下開度の立体的説明図、図１７は地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図、図１８はグレイスケースの割当て説明図、図１９は凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図、図２０は斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図、図２１は地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図、そして図２２は傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
【００６４】
また図２３は視覚化処理システムVPS2により得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像、図２４は富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図、図２５は同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図、図２６は同上地域の立体視化画像を示す拡大図、図２７は別の地域の立体視化画像を示す拡大図、そして 図２８は別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【００６５】
本実施形態は、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、第1実施形態の斜度Gmに対応する斜度と、第1の実施の形態の浮上度Ψｍ＋に相当する地上開度と、第1の実施の形態の沈下度Ψｍ-に相当する地下開度との３つのパラメータを求め、その平面分布をグレイスケール画像として保存する。
【００６６】
地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することにより、尾根や山頂部分を白っぽく、また谷や窪地を黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像（以下立体赤色化マップともいう）が生成される。
【００６７】
つまり、本実施形態の立体化マップの立体表現手法は、等高線の間をメッシュ化し、それぞれの隣のメッシュとの差すなわち傾斜は赤の色調で表現し、周辺に比べて高いか低いかはグレイスケールで表現する。これは第1の実施の形態の浮沈度Ψｍに相当し、本実施形態では、尾根谷度と呼ばれ、より明るいほうが周辺に比べて高く（尾根的）、より暗いほうが周辺に比べて低い（谷的）ことを示唆し、その明暗を乗算合成することにより立体感が生じる。
【００６８】
図１１に、本実施形態に係る傾斜赤色化立体画像作成装置４の概略構成を示す。図１１に示すように、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、以下に説明するコンピュータ機能を備えている。また、この傾斜赤色化立体画像作成装置４には、各種データベースが接続される。
【００６９】
データベース１には、レーザデータＲｉが保存される。このレーザデータ（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ：レーザデータによる座標であることを示すためにＲを付加）は、図１２に示すように対象地域上空（デジタルカメラ撮影範囲が好ましい）を水平飛行する航空機により、下方にレーザ光を発射し、往復に要した時間と、航空機の位置、姿勢、発射角度から計算（コンピュータ）によって、地表面のｘ、ｙ、ｚを求めて保存している。前述の飛行位置の把握にはＧＰＳ（図示せず）、姿勢の把握にはＩＭＵを用いる。
【００７０】
レーザ発射器（図示せずＺ）は、毎秒３３０００回発射することが可能であり、８０ｃｍに１点の密度で標高点（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）の取得が可能である。
【００７１】
１回のレーザ発射について複数の反射パルスが測定された場合には、最終反射のデータを採用して保存する。
【００７２】
また、受信したレーザデータの分布傾向を検討し、周辺よりもスパイク状が高い点は、通過できなかった樹木のレーザデータと認定して取り除き、さらに樹木以外に家屋や、自動車、橋等のレーザデータも取り除く。従ってデータベース１には、地表面のレーザデータＲｉのみが保存される。
【００７３】
データベース２には、少なくともデジタルカメラ撮影範囲の等高線地図Ｈｉ（２万５０００分の１：等高線に番号を付している）を格納する。また、この等高線図の特徴点の座標（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ：等高線図データ）を付加している。
【００７４】
また、データベース３にはステレオマッチングデータＭｉを保存している。このステレオマッチングデータＭｉは、同じエリアを撮影した２枚の航空写真から立体画像を生成する。例えば、２枚の写真の内で既知の建物の面を抽出し、この建物の面にＺ値を与えて立体化（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）し、これを基準として他の地物にＺ値を与えて行く。
【００７５】
ＤＥＭデータ作成部６は、データベース１のレーザデータＲｉを読み込み、それぞれの同じ標高値を結んだ等高線図を生成し、この等高線図に対してＴＩＮを作成して地面を復元する。そして、ＴＩＮと各格子点の交わる点の高さを求めＤＥＭデータ（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌａｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を作成する。
【００７６】
また、ＤＥＭデータ作成部６は、データベース２に保存されている等高線地図Ｈｉを読み、等高線同士を結んだＴＩＮを生成し、これを前述のＤＥＭデータにコンバートしている。
【００７７】
次に、本実施形態で用いるＤＥＭデータについて説明する。例えば、「数値地図５０ｍメッシュ（標高）」は１／２５，０００地形図の縦・横を各々２００等分したメッシュ（メッシュ間隔は緯線方向が２．２５秒、経線方向が１．５０秒となっている）の中心の標高を１ｍ刻みで読み出して２次元配列とする。
【００７８】
また、本実施形態の傾斜赤色化立体画像作成装置４は、図11に示すように地上開度データ作成部９と、地下開度データ作成部１０と、傾斜算出部８と、凸部強調画像作成部１１と、凹部強調画像作成部１２と、斜度強調部１３と、第１の合成部１４と、第２の合成部１５とを備えている。
【００７９】
本実施形態では、開度という概念を用いている。開度は当該地点が周囲に比べて地上に突き出ている程度及び地下に食い込んでいる程度を数量化したものである。つまり、地上開度は、図１４に示すように、着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している。
【００８０】
開度は距離Ｌと周辺地形に依存している。図１５は９種の基本地形についての地上開度及び地下開度を、方位毎の地上角及び地下角の８角形グラフで示したものである。一般に地上開度は周囲から高く突き出ている地点ほど大きくなり、山頂や尾根では大きな値をとり窪地や谷底では小さい。逆に地下開度は地下に低く食い込んでいる地点ほど大きくなり、窪地や谷底では大きな値をとり山頂や尾根では小さい。実際には、距離Ｌの範囲内でも種々の基本地形が混在しているために、地上角及び地下角の８角形グラフは変形され開度も種々の値をとることが多い。
【００８１】
前述のように DφL 及び DψL がＬに対して非増加特性をもっていることから、ΦL 及びΨL もまたＬに対して非増加特性を持っている。
【００８２】
また、開度図は計算距離の指定によって、地形規模に適合した情報抽出が可能であり、方向性及び局所ノイズに依存しない表示が可能である。
【００８３】
つまり、尾根線及び谷線の抽出に優れており、豊富な地形・地質情報が判読できるものであり、図１６に示すように、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体：図１６の（ａ））において、設定した当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｂを結ぶ直線Ｌ１と、水平線とがなす角度ベクトルθｉを求める。この角度ベクトルの求め方を８方向に渡って実施し、これらを平均化したものを地上開度θｉと称し、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体）に空気層を押し当てた立体（図１６の（ｂ））を裏返した反転ＤＥＭデータ（図１６の（ｃ））の当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｃ（一番深い所に相当する）を結ぶ直線Ｌ２と、水平線とがなす角度を求める。この角度を８方向に渡って求めて平均化したのを地下開度ψｉと称している。
【００８４】
すなわち、地上開度データ作成部９は、着目点から一定距離までの範囲に含まれるＤＥＭデータ上において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線（図１６の（ａ）のＬ１）の傾斜の最大値（鉛直方向から見たとき）を求める。このような処理を８方向に対して行う。傾斜の角度は天頂からの角度（平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以上、谷底や窪地では９０度以下） また、地下開度データ作成部１０は、反転ＤＥＭデータの着目点から一定距離までの範囲において、８方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線の傾斜の最大値（図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときには最小値）を求める。このような処理を８方向に対して行う。
【００８５】
図１６の（ａ）の地表面の立体図において鉛直方向からＬ２を見たときの角度ψｉは、平坦なら９０度、尾根や山頂では９０度以下、谷底や窪地では９０度以上である。
【００８６】
つまり、地上開度と地下開度は、図１７に示すように、２つの基本地点Ａ（ｉA，ｊA，ＨA）とＢ（ｉB，ｊB，ＨB）を考える。標本間隔が１ｍであることからＡとＢの距離は
P = {(iA − iB)2 + (jA − jB)2}1/2 …(1)
となる。
【００８７】
図１７の（ａ）は標高０ｍを基準として、標本地点のＡとＢの関係を示したものである。標本地点Ａの標本地点Ｂに対する仰角θは
θ＝ｔａｎ-1｛（ＨB −ＨA ）／Ｐ
で与えられる。θの符号は（１）ＨA＜ＨB の場合には正となり、（２）ＨA＞ＨB の場合には負となる。
【００８８】
着目する標本地点から方位Ｄ距離Ｌの範囲内にある標本地点の集合を DＳL と記述して、これを「着目する標本地点のＤ−Ｌ集合」を呼ぶことにする。ここで、
DβL ：着目する標本地点の DＳL の各要素に対する仰角のうちの最大値
DδL ：着目する標本地点の DＳL の各要素に対する仰角のうちの最小値
として（図１７の（ｂ）参照）、次の定義をおこなう。
【００８９】
定義１：着目する標本地点のＤ−Ｌ集合の地上角及び地下角とは、各々
DφL ＝９０− DβL
及び
DψL ＝９０＋ DδL
を意味するものとする。
【００９０】
DφL は着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの空を見ることができる天頂角の最大値を意味している。一般に言われる地平線角とはＬを無限大にした場合の地上角に相当している。また、DψL は着目する標本地点から距離Ｌ以内で方位Ｄの地中を見ることができる天底角の最大値を意味している。Ｌを増大させると、 DＳL に属する標本地点の数は増加することから、 DβL に対して非減少特性を持ち、逆に DδL は非増加特性を持つ。したがって DφL 及び Dψ1 .は共にＬに対して非増加特性を持つことになる。
【００９１】
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとすれば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義１は必ずしも正確な記述ではない。定義１はあくまでもＤＥＭを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
【００９２】
地上角及び地下角は指定された方位Ｄについての概念であったが、これを拡張したものとして、次の定義を導入する。
【００９３】
定義II：着目する標本地点の距離Ｌの地上開度及び地下開度とは、各々 ΦL＝（0φL ＋45φL ＋90φL ＋135φL ＋180φL ＋225φL ＋270φL ＋315φL ）／８
及び
ΨL＝（０ψL ＋45ψL ＋90ψL ＋135ψL ＋180ψL ＋225ψL ＋270ψL ＋315ψL ）／８
を意味するものとする。
【００９４】
地上開度は着目する標本地点から距離Ｌの範囲内で見える空の広さを表しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、距離Ｌの範囲における地下の広さを表している（図１４参照）。
【００９５】
傾斜算出部８は、ＤＥＭデータを正方形にメッシュ化し、このメッシュ上の着目点と隣接する正方形の面の平均傾斜を求める。隣接する正方形は４通り存在しており、いずれか一つを着目正方形とする。そして、この着目正方形の４隅の高度と平均傾斜とを求める。平均傾斜は最小二乗法を用いて４点から近似した面の傾きである。
【００９６】
凸部強調画像作成部１１は、図１８（ａ）に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第１のグレイスケールを備え、地上開度データ作成部９が地上開度（着目点からＬの範囲を８方向見たときの、平均角度：高いところにいるかを判定するための指標）を求める毎に、この地上開度θｉの値に対応する明るさ（明度）を算出する。
【００９７】
例えば、地上開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第１のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
【００９８】
つまり、尾根の部分（凸部）の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
【００９９】
そして、図１９に示すように、凸部強調画像作成部１１の凸部強調用色割当処理２０が地上開度画像データＤａを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第１のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地上開度ファイル２１に保存（地上開度画像データＤｐａ）する。次に、諧調補部２２がこの地上開度画像データＤｐａの色諧調を反転させた地上開度レイヤーＤｐをファイル２３に保存する。つまり、尾根が白くなるように調整した地上開度レイヤーＤｐを得ている。
【０１００】
凹部抽出部１２は、図１８（ｂ）に示すように、谷底、尾根を明るさで表現するための第２のグレイスケールを備え、地下開度データ作成部１０が地下開度ψｉ（着目点から８方向の平均）を求める毎に、この地上開度ψｉの値に対応する明るさを算出する。
【０１０１】
例えば、地下開度の値が４０度から１２０度程度の範囲に収まる場合は、５０度から１１０度を第２のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。
【０１０２】
つまり、谷底の部分（凹部）の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
【０１０３】
そして、図１９に示すように、凹部強調画像作成部１２の凹部強調用色割当処理２５は、地下開度画像データＤｂを読み、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第２のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地下開度ファイル２６に保存する。次に、諧調補正処理２７が地下開度画像データＤｂの色諧調を補正する。
【０１０４】
色が黒くなり過ぎた場合は、トーンカーブを補正した度合いの色にする。これを地下開度レイヤーＤｑと称してファイル２８に保存する。
【０１０５】
斜度強調部１３は、図１８（ｃ）に示すように、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第３のグレイスケールを備え、傾斜算出部８が傾斜度（着目点から４方向の平均）を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第３のグレイスケールの明るさ（明度）を算出する。
【０１０６】
例えば、斜度αｉの値が０度から７０度程度の範囲に収まる場合は、０度から５０度を第３のグレイスケールに対応させ、２５５諧調に割り当てる。つまり、０度が白、５０度以上が黒。傾斜αの大きい地点ほど色が黒くなる。
【０１０７】
そして、図２０に示すように、斜度強調画像作成部１３の斜度強調用色割当処理３０は、地下開度画像データＤｂと地上開度画像データＤａとの差画像を斜度画像Ｄｒａとしてファイル３１に保存する。
【０１０８】
このとき、着目点（座標）を有するメッシュ領域（ＤＥＭデータの同じＺ値を繋いだ等高線を正方形でメッシュ化し（例えば１ｍ）、このメッシュの４隅のいずれかの点を着目点としている場合）に、第３のグレイスケールに基づく色データを割り付ける。次に、赤色処理がＲＧＢカラーモード機能でＲを強調する。つまり、傾斜が大きいほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒをファイル３３に得る。
【０１０９】
第１の合成部１４は、地上開度レイヤーＤｐと地下開度レイヤーＤｑとを乗算して合成した合成画像Ｄｈ（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄ1 ）を得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
【０１１０】
前述の「乗算」というのは、フォトショップ（photoshop）上のレイヤーモードの用語で、数値処理上はＯＲ演算となる。
【表１】
このバランス調整は、地上開度と地下開度の値の配分は、ある地点を地点を中心として一定の半径（Ｌ／２）の地表面を切り取る。
【０１１２】
空全体が一様な明るさの場合に地表面から見上げる空の広さが地面の明るさを与える。
【０１１３】
つまり、地上開度が明るさとなる。しかし、光が回り込むことまで考えると、地下開度の値も考慮するべきである。
【０１１４】
この両者の比をどのようにするべきかで、地形の尾根の部分を強調したり、任意に変化させることができる。谷の中の地形を強調したいときはｂの値を大きくする。
【０１１５】
明るさの指標＝ａ×地上開度−ｂ×地下開度
但し、ａ＋ｂ＝１
すなわち、図２１に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像を得る（Ｄｈ＝Ｄｐ＋Ｄ1 ）。
【０１１６】
一方、第２の合成部は、ファイルの傾斜強調画像Ｄｒと第１の合成部で合成して得た合成画像Ｄｈと合成した尾根が赤色で強調された立体赤色化画像Ｋｉを得て、表示部に表示する。
【０１１７】
すなわち、図２２に示すように、地上開度レイヤーＤｐ（尾根を白強調）と地下開度レイヤーＤｑ（底を黒く強調）と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像Ｄｈを得ると共に、斜度画像Ｄｒａに対して傾斜が多きほど赤が強調された傾斜強調画像Ｄｒを得る。
【０１１８】
そして、この傾斜強調画像Ｄｒと合成画像Ｄｈとを合成する。
図２３は、本実施形態の処理を用いた青木々原一帯の立体地図である。図２３に示すよう、天神山スキー場の直ぐ南にある「氷穴火口列は青木ヶ原溶岩流を流出させた火口の一つである。空中写真では深い樹林に阻害され、その位置を確認することが困難である。また、航空測量による等高線地図では氷穴火口列は表現することが困難（図２４参照）であったが、レーザデータによる地図（図２５参照）では氷穴火口列らしいことが分かる。
【０１１９】
これに対して、本実施形態の立体映像によれば、図２６に示すように氷穴火口列であることがハッキリ分かると共に、溶岩流が作る凹凸や登山道も分かる。
【０１２０】
また、図２７及び図２８は拡大図であり、溶岩流れ、道路の傾斜、凹凸が視覚的に分かる。
【０１２１】
なお、上記実施の形態の手法は、金星の地形や火星の地形に適用できる。さらに、電子顕微鏡で測定された凹凸の可視化にも適用できる。また、ゲーム機器に適用すれば、めがねをかけなくとも立体感が得られる。
【０１２２】
以上のように、本実施形態によれば、ＤＥＭ（Digital Elavation Model）データをもとに、傾斜、地上開度、地下開度の３つのパラメータを求め、平面分布をグレイスケール画像として保存。地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することによって、尾根や山頂部分が白っぽく、谷や窪地が黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、１枚でも立体感のある画像が生成できる。このため、一目で凹凸の高低の度合い及び傾斜の度合いを把握させることができる。
【０１２３】
(第3の実施の形態)
次に、図２９〜図32を参照して、図1の視覚化処理システムVPS1を援用した本発明の第3の実施の形態を説明する。
【０１２４】
図２９は人体のX線透視図、図３０は同透視図の段彩スライス画像、図３１は同透視図を上記視覚化処理システムVPS1で処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像、そして図３２は図3１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
【０１２５】
図3０の段彩スライス画像は、図29のX線透視図の各画素の色相をその明度に応じスライスし段彩化した画像で、本実施形態では、上記画素の位置情報と明度とを成分とするベクトルの場を視覚化処理システムVPS1のベクトル場７０として記憶部５３に格納し、視覚化処理プログラム６０の第７処理ファイル６７による処理P７の結果として情報出力部５５に表示される。
【０１２６】
また図31の赤色諧調浮沈度分布画像が、視覚化処理プログラム６０の第５処理ファイル６５による処理P５の結果として情報出力部５５に表示される。
【０１２７】
そして図32の合成画像が、視覚化処理プログラム６０の第８処理ファイル６８による処理P８の結果として情報出力部５５に表示される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明によれば、ベクトル場その局所的な立体的属性も含め直感的に視認可能な仕方で実質的に二次元の視野上に視覚化することが可能な視覚化処理システム，視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
【０１２９】
また、地形の高低及び勾配の度合いを一目で立体的に把握できる傾斜赤色化立体画像を生成する視覚化処理システム、視覚化処理方法、及び視覚化処理プログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
本発明の上記及びその他の特徴、作用、及び効果は、以下に添付図面を参照してなされる本発明を実施するための最適な形態の説明を読むことにより明らかとなる。添付図面中：
【図１】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る視覚化処理システムのブロック図である。
【図２】
図2は、図1の視覚化処理システムの処理手順及び処理結果を示す流れ図である。
【図３】
図3は、図2の流れ図のA部詳細図である。
【図４】
図４は、図2の流れ図のB部詳細図である。
【図５】
図５は、図2の流れ図のC部詳細図である。
【図６】
図６は、図2の流れ図のD部詳細図である。
【図７】
図７は、図2の流れ図のE部詳細図である。
【図８】
図８は、図2の流れ図のF部詳細図である。
【図９】
図９は、図2の流れ図のG部詳細図である。
【図１０】
図１０は、図2の流れ図のH部詳細図である。
【図１１】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システムのブロック図である。
【図１２】
図１２は、図11の視覚化処理システムにおけるレーザ計測の説明図である。
【図１３】
図１３は、図11の視覚化処理システムにおける８方向配列の説明図である。
【図１４】
図１４は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の原理説明図である。
【図１５】
図１５は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の主要パターン説明図である。
【図１６】
図１６は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の立体的説明図である。
【図１７】
図１７は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度及び地下開度の標本地点及び距離の説明図である。
【図１８】
図１８は、図11の視覚化処理システムにおけるグレイスケースの割当て説明図である。
【図１９】
図１９は、図11の視覚化処理システムの凸部強調画像生成部、凹部強調画像生成部、及び第１の合成部のブロック図である。
【図２０】
図２０は、図11の視覚化処理システムの斜度強調画像作成部及び第２の合成部のブロック図である。
【図２１】
図２１は、図11の視覚化処理システムにおける地上開度画像及び地下開度画像と合成画像との生成過程説明図である。
【図２２】
図２２は、図11の視覚化処理システムにおける傾斜赤色化立体画像の生成過程説明図である。
【図２３】
図２３は、図11の視覚化処理システムにより得られた富士山青木ヶ原の立体視化画像を示す図である。
【図２４】
図２４は、富士山青木ヶ原の天神山スキー場南方地域の航空写真測量に基づく等高線付地形図である。
【図２５】
図２５は、同上地域のレーザ測量データに基づく等高線付地形図である。
【図２６】
図２６は、同上地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２７】
図２７は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２８】
図２８は、別の地域の立体視化画像を示す拡大図である。
【図２９】
図２９は、人体のX線透視図である。
【図３０】
図３０は、図29の透視図の段彩スライス画像である。
【図３１】
図３１は、図29の透視図を図1の視覚化処理システムで処理して得た赤色諧調浮沈度分布画像である。
【図３２】
図３２は、図3１の画像を図３０の画像に重ねた合成画像である。
【符号の説明】
【０１３１】
４ 傾斜赤色化立体画像作成装置
６ ＤＥＭデータ作成部
９ 地上開度データ作成部
１０ 地下開度データ作成部
８ 傾斜算出部
１１ 凸部強調画像作成部
１２ 凹部強調画像作成部
１３ 斜度強調部
１４ 第１の合成部
１５ 第２の合成部
前記課題を解決すべく、本発明に係る視覚化処理システムは、ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第1の手段（６１）と、前記座標点列を連結する面の局所領域での着目点の所定半径内に位置する表側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の浮上度（A）として求める第2の手段（６２）と、前記座標点列を連結する面の局所領域での前記着目点の前記所定半径内に位置する裏側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の沈下度（C）として求める第３の手段（６３）と、前記浮上度（A）と前記沈下度（C）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での前記所定半径内の前記表側の領域及び前記裏側の領域が前記着目点周りにもたらす開放度を、前記局所領域の浮沈度（B）として求める第4の手段（６４）と、前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記局所領域の浮沈度に対応する諧調表示（F）を行う第5の手段（６５）とを備えることを特徴とする。
前記局所領域の浮上度（B）は、前記座標点列を連結する面の局所領域における前記表側の見通し立体角に対応する。
前記局所領域の沈下度（C）は、前記座標点列を連結する面の局所領域における前記裏側の見通し立体角に対応する。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、前記座標点列を連結する面の斜度分布を求める第6の手段を更に備え、前記第5の手段は、好ましくは、前記二次元面上に前記斜度分布を(より好ましくは赤色系の色で)色調表示，即ち彩度表示し、その明度に関し、前記諧調表示を行う。
前記視覚化処理システムは、好ましくは、前記座標点列のうち前記ベクトル場での属性が等値な座標点を連結して属性等値線を得る第７の手段と、前記諧調表示がなされた二次元面上に前記属性等値線を写像する第8の手段とを更に備える。
本発明に係る視覚化処理方法は、ベクトル場（７０）をメモリの三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第1の工程（P1）と、前記メモリで得られた座標点列を連結する面の局所領域での着目点の所定半径内に位置する表側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の浮上度（A）として求める第2の工程（P2）と、前記メモリで得られた座標点列を連結する面の局所領域での前記着目点の前記所定半径内に位置する裏側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の沈下度（C）として求める第３の工程（P3）と、前記第２の工程（Ｐ２）で求められた前記浮上度（A）と前記第３の工程（Ｐ３）で求められた前記沈下度（C）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での前記所定半径内の前記表側の領域及び前記裏側の領域が前記着目点周りにもたらす開放度を、前記局所領域の浮沈度（B）として求める第4の工程（P4）と、前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度（B）を表示部に諧調表示（F）する第5の工程（P5）とを備えることを特徴とする。
本発明に係る視覚化処理プログラムは、ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第1の処理（P1）と、前記座標点列を連結する面の局所領域での着目点の所定半径内に位置する前記面の表側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の浮上度（A）として求める第2の処理（P2）と、前記座標点列を連結する面の局所領域での前記着目点の前記所定半径内に位置する裏側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の沈下度（C）として求める第３の処理（P3）と、前記浮上度（A）と前記沈下度（C）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での前記所定半径内の前記表側の領域及び裏側の領域が前記着目点周りにもたらす開放度を、前記局所領域の浮沈度（B）として求める第4の処理（P4）と、前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度（B）を諧調表示（F）する第5の処理（P5）と
をコンピュータ（５１）に行わせるべく機能することを特徴とする。
をコンピュータ（５１）に行わせるべく機能することを特徴とする。
また、視覚化処理プログラムは、前記第1の処理（P1）が前記座標点列を連結する面Ｓ（曲面）を最小二乗法で求めて、これを総数Ｍ個の微少な面領域Ｓｍに分割し、それぞれ前記着目点Ｑｍを定め、
前記第2の処理（P2）は、
前記着目点Ｑｍから所定半径内に位置する前記面Ｓの表側（Ｚ＋側）の領域により画成される前記着目点の鉛直方向で最大頂点となる点を結ぶ直線と水平線とがなす角度ベクトルを求め、
該角度ベクトルを８方向に渡って求め、これらを平均化して前記浮上度を求めていることを特徴とする
さらに、前記第３の処理（P3）は、
前記微少な面領域Ｓｍ、それぞれ前記着目点Ｑｍを定め、この着目点Ｑｍから所定半径内に位置する前記面Ｓの裏側（Ｚ−側）の領域により画成される着目点の鉛直下方で最大頂点となる点を結ぶ直線と水平線とがなす角度ベクトルを求め、
前記角度ベクトルを前記８方向に渡って求め、これらを平均化して前記沈下度を求めていることを特徴とする。
前記第2の処理（P2）は、
前記着目点Ｑｍから所定半径内に位置する前記面Ｓの表側（Ｚ＋側）の領域により画成される前記着目点の鉛直方向で最大頂点となる点を結ぶ直線と水平線とがなす角度ベクトルを求め、
該角度ベクトルを８方向に渡って求め、これらを平均化して前記浮上度を求めていることを特徴とする
さらに、前記第３の処理（P3）は、
前記微少な面領域Ｓｍ、それぞれ前記着目点Ｑｍを定め、この着目点Ｑｍから所定半径内に位置する前記面Ｓの裏側（Ｚ−側）の領域により画成される着目点の鉛直下方で最大頂点となる点を結ぶ直線と水平線とがなす角度ベクトルを求め、
前記角度ベクトルを前記８方向に渡って求め、これらを平均化して前記沈下度を求めていることを特徴とする。
また、前記第4の処理（P4）は、前記面領域Ｓｍの前記浮上度と前記沈下度とを、どちらかを重視するかを定めた配分割合での前記重み付け合成することにより、前記浮沈度を得ることを特徴とする。
また、前記ベクトル場（７０）の情報は、少なくとも地形の緯度、経度及び高度からなる第１の情報又は画素の位置情報及び明度からなる第２の情報のいずれか一方の情報であることを特徴とする。
つまり、尾根線及び谷線の抽出に優れており、豊富な地形・地質情報が判読できるものであり、図１６に示すように、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体：図１６の（ａ））において、設定した当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｂを結ぶ直線Ｌ１と、水平線とがなす角度ベクトルθｉを求める。この角度ベクトルの求め方を８方向に渡って実施し、これらを平均化したものを地上開度ψｉと称し、一定範囲のＤＥＭデータ上（地表面：立体）に空気層を押し当てた立体（図１６の（ｂ））を裏返した反転ＤＥＭデータ（図１６の（ｃ））の当該地点Ａから８方向のいずれか一方を見たときに最大頂点となる点Ｃ（一番深い所に相当する）を結ぶ直線Ｌ２と、水平線とがなす角度を求める。この角度を８方向に渡って求めて平均化したのを地下開度ψｉと称している。
凸部強調画像作成部１１は、図１８（ａ）に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第１のグレイスケールを備え、地上開度データ作成部９が地上開度（着目点からＬの範囲を８方向見たときの、平均角度：高いところにいるかを判定するための指標）を求める毎に、この地上開度ψｉの値に対応する明るさ（明度）を算出する。
Claims (12)
- ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第１のオペレータ（６１）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度（Ａ）を求める第２のオペレータ（６２）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度（Ｃ）を求める第３のオペレータ（６３）と、
前記浮上度（Ａ）と前記沈下度（Ｃ）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度（Ｂ）を求める第４のオペレータ（６４）と、
前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度に対応する諧調表示（Ｆ）を行う第５のオペレータ（６５）と
を備えることを特徴とする視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。 - 前記浮上度（Ｂ）は、前記座標点列を連結する面の局所領域における片面側の立体角で表されることを特徴とする請求項１に記載の視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。
- 前記沈下度（Ｃ）は、前記座標点列を連結する面の局所領域における他面側の立体角で表されることを特徴とする請求項２に記載の視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。
- 更に、前記座標点列を連結する面の斜度分布（Ｄ）を求める第６のオペレータ（６６）を備え、
前記第５のオペレータ（６５）は、前記二次元面（９０）上に前記斜度分布（Ｄ）を色調表示（Ｆ）し、その明度に関し前記諧調表示（Ｆ）を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。 - 前記第５のオペレータ（６５）は、前記斜度分布（Ｄ）を赤色系の色で色調表示（Ｆ）することを特徴とする請求項４に記載の視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。
- 更に、前記座標点列のうち前記ベクトル場（７０）での属性が等値な座標点を連結して属性等値線（Ｉ）を得る第７のオペレータ（６７）と、
前記諧調表示（Ｆ）がなされた二次元面（９０）上に前記属性等値線（Ｉ）を写像する第８のオペレータ（６８）と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。 - ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第１の手段（６１）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度（Ａ）を求める第２の手段（６２）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度（Ｃ）を求める第３の手段（６３）と、
前記浮上度（Ａ）と前記沈下度（Ｃ）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度（Ｂ）を求める第４の手段（６４）と、
前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度（Ｂ）に対応する諧調表示（Ｆ）を行う第５の手段（６５）と
を備えることを特徴とする視覚化処理システム（ＶＰＳ１；ＶＰＳ２）。 - ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第１の工程（Ｐ１）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度（Ａ）を求める第２の工程（Ｐ２）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度（Ｃ）を求める第３の工程（Ｐ３）と、
前記浮上度（Ａ）と前記沈下度（Ｃ）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度（Ｂ）を求める第４の工程（Ｐ４）と、
前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度（Ｂ）を諧調表示（Ｆ）する第５の工程（Ｐ５）と
を備えることを特徴とする視覚化処理方法。 - ベクトル場（７０）を三次元の座標空間（８０）に写像して対応する座標点列を得る第１の処理（Ｐ１）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での浮上度（Ａ）を求める第２の処理（Ｐ２）と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での沈下度（Ｃ）を求める第３の処理（Ｐ３）と、
前記浮上度（Ａ）と前記沈下度（Ｃ）とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での浮沈度（Ｂ）を求める第４の処理（Ｐ４）と、
前記座標空間（８０）を二次元面（９０）に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面（９０）上の領域に前記浮沈度（Ｂ）を諧調表示（Ｆ）する第５の処理（Ｐ５）と
をコンピュータ（５１）に行わせるべく機能することを特徴とする視覚化処理プログラム（６０）。 - ３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを記憶したデータベースと、
コンピュータとからなり、
前記コンピュータは、
前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段と、
前記等高線の間をメッシュ化する手段と、
それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段と、
この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段と、
前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段と、
前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段と
を備える
ことを特徴とする傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理システム（ＶＰＳ１）。 - デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する工程と、
前記等高線の間をメッシュ化する工程と、
それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める工程と、
この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する工程と、
前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する工程と、
前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する工程と
を備えることを特徴とする傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理方法。 - コンピュータを、
３次元座標が付与されている多数のデジタルデータを読み出す手段、
前記デジタルデータの同じＺ値を有する３次元座標を繋いだ等高線を有する立体等高線画像を生成する手段、
前記等高線の間をメッシュ化する手段、
それぞれのメッシュに着目点を割り付け、該着目点を有するメッシュの隣同士のメッシュとのＺ値の差の平均を求める手段、
この平均の差の大きさの度合いに応じた赤の諧調を前記着目点を有するメッシュに割り当てた傾斜赤色化画像を生成する手段、
前記着目点を有するメッシュの尾根谷度に応じて明度を変えたグレイスケール画像を生成する手段、及び
前記傾斜赤色化画像と前記グレイスケール画像とを乗算合成することで、傾斜の度合い及び高低の度合いを色で表現した傾斜赤色化立体画像を画面に表示する手段
として機能させることを特徴とする傾斜赤色化立体画像を生成するための視覚化処理プログラム。
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