JPWO2016088553A1 - ３ｄモデル作成支援システム及び方法 - Google Patents

Abstract

相互に接続された複数の構成要素からなる物体の付き３Ｄモデルの作成を支援する３Ｄモデル作成支援システム及び方法を提供する。複数の構成要素の相互の接続関係を含む系統情報が登録された系統情報データベース４１と、前記複数の構成要素のそれぞれに対応した形状モデルが登録された形状モデルライブラリ４３と、前記系統情報データベースに登録された前記系統情報に基づいて、前記複数の構成要素のうちの３Ｄモデルが作成されていない構成要素を選択する構成要素選択手段４２と、前記形状モデルライブラリから前記構成要素選択手段によって選択された所定の構成要素に対応した所定の形状モデルを取得し、この所定の形状モデルを前記点群データにマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成する構成要素同定手段４４とを備える。

Description

本発明は、物体の表面上の点群データに基づいた３Ｄモデルの作成を支援するシステム及び方法に関する。

近年、発電プラントや化学プラントでは、３Ｄ−ＣＡＤデータを利用してプラント管理を行っている。一方、建設時期が古いプラントの中には、３Ｄ−ＣＡＤデータが存在せず、紙の図面を基に管理されているものがある。

そこで、近年、レーザ計測により取得したプラントの点群データを基に３Ｄモデルを作成するサービスの提供が一般化してきた。最近は、高精度な点群データを取得できるとともに付属のカメラで色情報を取得できるレーザ計測装置が開発されており、このようなレーザ計測装置で取得した点群データを基に作成した色付きの３Ｄモデルでは、各機器及び配管の形状と色が忠実に再現されているため、どの部分がどの機器あるいは配管に相当するかを目視で容易に判別できる。また、点群データを３Ｄモデルに変換する技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１には、機器の二次元図面を活用し、複雑な形状の機器の点群データを高精度の３Ｄモデルに変換する方法が示されている。

特開２００１−１８４５２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いてプラント全体の３Ｄモデルを作成した場合、各構成要素が区別されていないため、そのままではプラント管理に活用できない。そこで、プラント管理に利用できる３Ｄモデルを作成する際は、コンピュータの画面上に表示させた点群データのどの部分がどの機器又は配管に該当するかをオペレータが目視で識別し、各機器又は配管ごとに３Ｄモデルに変換するという方法が一般的に採られており、オペレータに大きな負担が生じていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、相互に接続された複数の構成要素からなる物体の属性付き３Ｄモデルの作成を支援する３Ｄモデル作成支援システム及び方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、物体の表面上の点群データに基づいた３Ｄモデルの作成を支援する３Ｄモデル作成支援システムにおいて、前記物体は、相互に接続された複数の構成要素からなり、前記複数の構成要素の相互の接続関係を含む系統情報が登録された系統情報データベースと、前記複数の構成要素のそれぞれに対応した形状モデルが登録された形状モデルライブラリと、前記系統情報データベースに登録された前記系統情報に基づいて、前記複数の構成要素のうちの３Ｄモデルが作成されていない構成要素を選択する構成要素選択手段と、前記形状モデルライブラリから前記構成要素選択手段によって選択された所定の構成要素に対応した所定の形状モデルを取得し、この所定の形状モデルを前記点群データにマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成する構成要素同定手段とを備える。

本発明によれば、相互に接続された複数の構成要素からなる物体の属性付き３Ｄモデルを効率的に作成することができる。

本発明の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの構成図である。 プラントの点群データの一例を示す図である。 プラント系統図の一例を示す図である。 プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる機器の属性情報の一例を示す図である。 プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる配管の属性情報の一例を示す図である。 プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる機器及び配管の接続情報の一例を示す図である。 プラント系統図の変形例を示す図である。 プラントの属性付き３Ｄモデルの一例を示す図である。 第１の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの処理を示すフロー図である。 ３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。 ３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。 ３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。 同定処理の詳細を示すフロー図である。 タンクに接続している配管が同定される過程を示す図である。 第２の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの処理を示すフロー図である。 第２の実施形態において配管以外の構成要素が同定された直後の属性付き３Ｄモデルを示す図である。 第２の実施形態において配管以外の構成要素と配管の接続部分とが同定された直後の属性付き３Ｄモデルを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

図１は、３Ｄモデル作成支援システムの構成図である。本実施形態における３Ｄモデル作成支援システム４は、プラントの点群データ１と、系統情報抽出手段３によってプラント系統図２から抽出した系統情報とに基づいて、属性付き３Ｄモデル５を作成する。３Ｄモデル作成支援システム４の構成及び属性付き３Ｄモデルの作成アルゴリズムについては後述する。

図２は、プラントの点群データ１の一例を示す模式図である。３Ｄ点群データ１は、プラントを構成する各機器及び配管の表面各点の座標データの集合であり、レーザ計測装置等を用いて表面各点までの距離を測定することにより取得される。

図３は、プラント系統図２の一例を示す図である。プラント系統図２は、プラントを構成する各機器及び配管の接続関係が記載された図である。本実施形態におけるプラントは、タンクＴａｎｋ−０１、ポンプＰｕｍｐ−０１，Ｐｕｍｐ−０２、反応装置Ｒ−０１，Ｒ−０２，Ｒ−０３等の機器を有し、これらの機器は配管Ｌｉｎｅ−０１，Ｌｉｎｅ−０２，Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０４，Ｌｉｎｅ−０５，Ｌｉｎｅ−０６，Ｌｉｎｅ−０７を介して相互に接続され、各配管には複数のバルブＶ−０１，Ｖ−０２，Ｖ−０３，Ｖ−０４，Ｖ−０５，Ｖ−０６，Ｖ−０７が設けられている。なお、一般的なプラント系統図には、温度計や圧力計等の計器類や各機器に対する制御信号などもデータ項目として記載されているが、本実施形態ではそれらのデータ項目が表示されていない系統図を用いることとする。なお、ＣＡＤを用いて作成したプラント系統図であれば、データ項目ごとの表示／非表示の切り替えを簡単な操作で行うことができる。また、プラント系統図２のフォーマットとしては、紙媒体の図面、単なる画像情報として電子図面、インテリジェントＣＡＤで作成された電子図面などがあるが、本実施形態ではインテリジェントＣＡＤで作成された（インテリジェント化された）電子図面を例に説明する。なお、紙媒体の系統図や単なる画像情報として電子化された系統図であっても、図面認識技術に用いて図面上に記載された配管名称や機器の接続関係を認識することにより、インテリジェント化することが可能である。インテリジェント化された電子図面の場合、図面上に表された機器及び配管には、それぞれ属性情報がリンク付けされており、インテリジェントＣＡＤやその他のプログラムを用いてそれらの属性情報を抽出することが可能である。

図４は、プラント系統図２から抽出された系統情報に含まれる機器の属性情報の一例を示す図である。機器の属性情報は、機器種類、機器番号、サイズ及び仕様によって構成されている。機器番号は、機器を識別するための識別番号である。これらの情報のうちプラント系統図２に記録されている情報は機器番号のみであるが、その他の情報は機器番号をキーとしてＣＡＤソフト内から抽出できる。なお、これらの情報を全て抽出できるとは限らず、例えば本実施形態ではポンプのサイズ情報が設定されていないため、ポンプのサイズは不定となっている。

図５は、プラント系統図２から抽出された系統情報に含まれる配管の属性情報の一例を示す図である。配管の属性情報には、配管番号、配管サイズ及び保温材厚さによって構成されている。配管番号は配管を識別するための識別番号であり、配管サイズは配管の外径であり、保温材厚さは配管に巻かれている保温材の厚さである。従って、「配管の外径＋２×保温材厚さ」が、点群データで表される配管の見かけ上の外径となる。

図６は、プラント系統図２から抽出された系統情報に含まれる機器及び配管の接続情報の一例を示す図である。接続情報は、各配管の配管番号及び各配管の両端（端点１及び端点２）に接続している機器の機器番号によって構成されている。なお、本実施形態では簡略化のため、バルブやＴ字管については考慮せず、バルブを介して連結された２本の配管は１本の配管として取り扱うものとする。例えば、図３において、バルブＶ−０１を介して接続された２本の配管に単一の配管番号Ｌｉｎｅ−０１を付与し、バルブＶ−０１の３Ｄモデルは作成しないこととする。なお、バルブＶ−０１を同定する必要がある場合は、バルブＶ−０１を構成要素に含めるとともに、例えば図７に示すように、バルブＶ−０１の両側配置された２本の配管のそれぞれに別々の配管番号Ｌｉｎｅ−０１，Ｌｉｎｅ−０１−０２を付与すれば良い。以降の説明では、適宜、構成要素の３Ｄモデルを作成することを「構成要素を同定する」と表現する。

図８は、プラントの属性付き３Ｄモデル５の一例を示す図である。属性付き３Ｄモデル５は、３Ｄ−ＣＡＤ上に配置された各機器及び配管の３Ｄモデルで構成され、各３Ｄモデルにはそれぞれ属性情報（図示せず）がリンク付けされている。

次に、図１に戻り、３Ｄモデル作成支援システム４の構成について説明する。３Ｄモデル作成支援システム４は、系統情報データベース４１と、構成要素選択手段４２と、形状モデルライブラリ４３と、構成要素同定手段４４とを備えている。

系統情報データベース４１には、系統情報抽出手段３によってプラント系統図２から抽出した系統情報（機器及び配管の属性情報、接続情報）が登録される。なお、系統情報抽出手段３は、３Ｄモデル作成支援システム４の一部を構成しても良い。

構成要素選択手段４２は、系統情報データベース４１に登録されている系統情報に基づき、未同定の構成要素の中から次に同定する構成要素を選択する。

形状モデルライブラリ４３には、プラントの各機器及び配管（構成要素）に対応した形状モデルが登録されている。形状モデルとは、プラントを構成する各機器及び配管に対応した形状を有し、かつ形状パラメータを調整することにより大きさを自在に変更できる３Ｄモデルである。本実施形態においては、タンク及び反応装置に対応した形状モデルは、形状パラメータとして外径パラメータと高さパラメータとを有する円柱形モデルとし、ポンプに対応した形状モデルは、形状パラメータとして幅パラメータ、奥行きパラメータ及び高さパラメータを有する直方体モデルとし、配管に対応した形状モデルは、形状パラメータとして外径パラメータと長さパラメータを有する円筒形モデルとする。なお、多数の形状パラメータを有する複雑な形状モデルを形状モデルライブラリ４３に登録しておくことにより、より実物に忠実な属性付き３Ｄモデル５を作成することが可能となる。

構成要素同定手段４４は、構成要素選択手段４２によって選択された構成要素に対応した形状モデルを形状モデルライブラリ４３から取得し、この形状モデルを点群データ１とマッチングさせて作成した３Ｄモデルを３Ｄ−ＣＡＤ上に配置する。ここでマッチングとは、形状モデルと点群データの各点との距離の二乗平均値が最小になるように形状パラメータを調整することを指す。

次に、属性付き３Ｄモデルの作成アルゴリズムについて説明する。

図９は、３Ｄモデル作成支援システム４の処理を示すフロー図である。本実施形態における３Ｄモデル作成支援システム４は、基点となる構成要素を同定し、それ以降は同定済みの構成要素に接続されている構成要素を順次同定することにより、プラント全体の属性付き３Ｄモデル５を作成する。以下、図９のフローを構成する各ステップについて順に説明する。

まず、ステップＳ９１で、基点となる構成要素を選択する。ここでは、例えば最も大きな構成要素を選択するなど所定のルールを設定し、このルールに基づいて３Ｄモデル作成支援システム４が自動で選択することも可能であるが、本実施形態ではオペレータが手動で選択する場合を例に説明する。

図１０は、３Ｄモデル作成支援システム４が有する表示装置（図示せず）に表示される操作画面の一例を示す図である。操作画面４２１は、未同定の構成要素の種類と番号が表示される未同定モデルリスト４２２と、未同定の構成要素の中から基点となる構成要素の絞り込み条件を指定するための絞り込み条件設定領域４２３と、同定済みの構成要素の種類と番号が表示される同定済みモデルリスト４２４とを有し、構成要素選択手段４２（図１参照）の一部を構成している。オペレータが基点となる構成要素を選択する（ステップＳ９１を実行する）時点では、いずれの構成要素も同定されていないため、操作画面４２１の未同定モデルリスト４２２には全ての構成要素の種類と番号が表示されている。オペレータは、未同定モデルリスト４２２から最初に同定する構成要素を選択する。なお、未同定の構成要素が多い場合は、絞り込み条件設定領域４２３で構成要素の種類や仕様を指定することにより、選択候補を絞り込むことができる。例えば図１１に示すように、絞り込み条件設定領域４２３で構成要素の種類として「タンク」を指定すると、未同定モデルリスト４２２には構成要素としてタンクのみが表示される。以降のステップについては、タンクＴａｎｋ−０１が選択された場合を例に説明する。

ステップＳ９２で、ステップＳ９１で選択された構成要素（タンクＴａｎｋ−０１）を同定する。これにより、当該構成要素（タンクＴａｎｋ−０１）の３Ｄモデルが３Ｄ−ＣＡＤ上に配置される。なお、同定処理の詳細については後述する。

ステップＳ９３で、ステップＳ９２で同定された構成要素（タンクＴａｎｋ−０１）が同定済みであるという情報を系統情報データベース４１に登録する。当該情報の登録が完了すると、図１２に示すように、タンクＴａｎｋ−０１の情報が未同定モデルリスト４２２から同定済みモデルリスト４２４に移動する。

ステップＳ９４で、全構成要素が同定済みであるか否かを判定し、全構成要素が同定済みである場合はフローを終了し、未同定の構成要素が有る場合はステップＳ９５に進む。本例では、タンクＴａｎｋ−０１以外の構成要素が未同定であるため、ステップＳ９５に進む。

ステップＳ９５で、同定済みの構成要素（タンクＴａｎｋ−０１）に接続している未同定の構成要素（配管Ｌｉｎｅ−０４）を選択し、ステップＳ９２以降の処理を繰り返し実行する。

以上のフローにより、図８に示すような属性付き３Ｄモデル５を作成することができる。

なお、上述の説明では、ステップＳ９５で抽出された構成要素が１つの場合を例に説明したが、ステップＳ９５で複数の構成要素が抽出された場合は、続くステップＳ９２の処理が複雑になる。以下、ステップＳ９５で複数の構成要素が抽出された場合も含め、ステップＳ９２の詳細な処理について説明する。

まず、点群データを３Ｄモデルに変換する一般的な手順を以下に示す。
（１）点群が存在する物体表面を近似する曲面の種類を仮定する。
（２）点群の各点と上記（１）で仮定した種類の曲面との距離の二乗平均値（以下、偏差という）が最小となるように、曲面の位置、向き、形状パラメータを調整する。
（３）上記（１）で仮定した曲面で点群が存在する物体表面を近似できない場合、すなわち、上記（２）で算出した偏差が所定の基準値を下回らない場合、仮定する曲面の種類を変更し、上記（１）と（２）を繰り返す。

しかしながら、プラントのような複数の構成要素からなる物体の点群データを上述の手順で３Ｄモデルに変換する場合、多大な手間と労力を要する。

次に、構成要素の具体的な同定方法について説明する。図１３は、同定処理（図９のステップＳ９２）の詳細を示すフロー図である。以下、図１３のフローを構成する各ステップについて順に説明する。

まず、ステップＳ９２１で、同定する構成要素（以下、同定対象という）に対応した形状モデルを取得する。例えば同定対象が配管の場合は、形状モデルとして円筒形モデルを選択する。

ステップＳ９２２で、形状モデルの形状パラメータを取得する。例えば取得した形状モデルが円筒形モデルの場合は、形状パラメータとして外径パラメータと長さパラメータを取得する。

ステップＳ９２３で、同定対象が同定済みの構成要素に接続しているか否かを判定し、接続している場合はステップＳ９２４に進み、接続していない場合はステップＳ９２５に進む。ここで、図９に示すフローにおいて、ステップＳ９５に続いてステップＳ９２が実行された場合は、同定要素は同定済みの構成要素に接続しているため、ステップＳ９３２でＹＥＳと判定され、ステップＳ９２４に進む。一方、図９に示すフローおいて、ステップＳ９１に続いてステップＳ９２が実行された場合は、同定対象は基点となる構成要素であり、同定済みの構成要素に接続していないため、ステップＳ９２３でＮＯと判定され、ステップＳ９２５に進む。

ステップＳ９２４では、点群データ１において同定対象の探索範囲を指定する。ここでは、同定対象が同定済みの構成要素に接続し、かつ当該同定済みの構成要素の近傍に存在することが明らかであるため、当該同定済みの構成要素を取り囲む領域を探索範囲として設定する。例えば同定対象が配管Ｌｉｎｅ−０１の場合は、図１４（ａ）に示すようにタンクＴａｎｋ−０１を取り囲む領域を探索範囲６として設定する。このように点群データ１において同定対象の探索範囲を限定することにより、３Ｄモデルの作成に要する計算処理量を抑えることができる。

ステップＳ９２５では、選択された構成要素の点群データ１における探索範囲をオペレータが手動で指定する。ここでは、同定済みの構成要素が存在しないため、点群データ１における同定対象が存在する範囲を自動判別することが困難である。そのため、オペレータが目視で同定対象が存在する範囲を判別し、探索範囲として設定する。探索範囲の設定は、例えば点群データ１が表示された画面上でのマウスドラッグ操作により行う。なお、プラント全体の中でも少数でかつ特徴的な形状の構成要素を同定対象として選択することにより、点群データ１における同定対象が存在する範囲の判別が容易となる。

ステップＳ９２６で、設定された探索範囲内の点群データ１と取得した形状モデルとの偏差が最小となるように形状モデルの位置と形状パラメータを調整する。例えば、同定対象として配管Ｌｉｎｅ−０１が選択され、形状モデルとして円筒形モデルが選択された場合は、図１４（ｂ）に示すように、探索範囲６内で点群データと円筒形モデルのマッチングを行い、配管Ｌｉｎｅ−０１のタンクＴａｎｋ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０１Ａの３Ｄモデルを作成する。

ステップＳ９２７で、探索範囲を解除し、点群データとの偏差が最小となるように形状モデルの形状パラメータを調整することにより、当該構成要素全体の３Ｄモデルを作成する。例えば図１４（ｃ）に示すように、探索範囲６を解除し、点群データ１との偏差が最小になるように円筒形モデルＬｉｎｅ−０１Ａの長さパラメータを調整することにより、配管Ｌｉｎｅ−０１全体の３Ｄモデルを作成する。

以上のフローにより、同定対象の３Ｄモデルを自動で作成することができる。さらに、点群データ１における同定対象の探索範囲を限定するとともに、同定対象に対応した形状モデルの限定的な形状パラメータを調整することにより３Ｄモデルを作成するため、３Ｄモデルの作成に要する計算処理量を削減できる。

なお、上述の説明では、ステップＳ９５で選択された構成要素が１つであること、すなわち、同定済みの構成要素に接続している未同定の構成要素が１つであることを前提としている。以下に、同定済みの構成要素に接続している未同定の構成要素が複数ある場合について説明する。

例えば、ステップＳ９５で２つの配管が選択された場合において、これら２つの配管の見かけ上の外径が異なれば、それぞれにマッチングさせた円筒形モデルの外径パラメータの値もそれぞれ異なるため、配管の属性情報（図５参照）に基づいてそれぞれの配管番号を特定することが可能であり、それぞれの配管を同定できる。一方、抽出された複数の配管の見かけ上の外径が等しい場合は、それぞれにマッチングさせた円筒形モデルの外径パラメータの値も等しくなるため、配管の属性情報に基づいて配管番号を特定することはできない。このような場合の同定方法について以下説明する。

例えば、図３の系統図において、タンクＴａｎｋ−０１、配管Ｌｉｎｅ−０１、反応装置Ｒ−０１の順に３Ｄモデルが同定された後にステップＳ９５が実行された場合、同定済みの反応装置Ｒ−０１に接続している未同定の構成要素として、２つの配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５が選択される。

続くステップＳ９２では、２つの配管の配管番号をそれぞれ特定できないため、各配管の３Ｄモデルのそれぞれに、可能性がある２つの配管番号Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５を付与する。このように、複数の配管番号が付与されることは、当該３Ｄモデルの配管番号を特定できなかったことを意味する。ただし、続くステップＳ９３では、配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５ともに同定済みであるとしてデータベースに登録する。

続くステップＳ９４でＮＯと判定された後、ステップＳ９５で、２つの配管番号Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５が付与されている２本の配管のうちの一方について、系統情報を利用して接続している構成要素を抽出する。この場合、当該一方の配管の３Ｄモデルには、２つの配管番号Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５が付与されているため、当該一方の配管に接続している構成要素として、配管Ｌｉｎｅ−０３又はＬｉｎｅ−０５に接続している全ての構成要素（反応装置Ｒ−０３、ポンプＰｕｍｐ−０２）を選択する。

続くステップＳ９２で、反応装置Ｒ−０３又はポンプＰｕｍｐ−２を同定する。ここで、反応装置Ｒ−０３とポンプＰｕｍｐ−２とでは、対応した形状モデルが異なるため、より偏差が小さくなる方の形状モデルの種類に基づいて機器番号を特定できる。さらに、特定された機器が反応装置Ｒ−０３である場合は、接続情報（図６参照）に基づき、当該一方の配管の配管番号がＬｉｎｅ−０５と特定される。

以上では、２本の配管を例に説明したが、構成要素の種類、数が増えた場合でも同様に特定可能である。すなわち、接続情報に基づいて構成要素の識別番号を特定できない場合は、可能性がある複数の識別番号を付与したまま処理を進め、その後の処理で特定された構成要素の識別番号と接続情報とに基づいて、構成要素を特定することができる。

上記のように構成した３Ｄモデル作成支援システム４では、各構成要素に対応した形状モデルの限定的な形状パラメータを調整することにより各構成要素の３Ｄモデルを作成するため、各構成要素の同定に要する計算処理量を削減できる。また、基点となる構成要素の３Ｄモデルを同定し、それ以降は同定済みの構成要素に接続されている構成要素の３Ｄモデルを順次同定することにより、点群データにおいて、同定対象の探索範囲を限定でき、各構成要素の同定に要する計算処理量をさらに削減できる。その結果、配管を介して相互に接続された複数の機器からなるプラントの属性付き３Ｄモデルを効率的に作成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図１５〜図１７を用いて説明する。第２の実施形態を第１の実施形態と比較した場合の主な相違点は、第１の実施形態における３Ｄモデル作成支援システム４では、基点となる構成要素の３Ｄモデルを同定し、それ以降は同定済みの構成要素に接続されている構成要素の３Ｄモデルを順次同定するのに対し、第２の実施形態における３Ｄモデル作成支援システム４では、まず配管以外の全機器を同定し、続いて全配管を同定する点である。

図１５は、第２の実施形態における３Ｄモデル作成支援システム４の処理を示すフロー図である。以下、図１５のフローを構成する各ステップについて順に説明する。

まず、ステップＳ１５１で、プラントの構成要素のうち配管以外の全機器の同定を試みる。

ステップＳ１５２で、配管以外の全機器が同定されたか否かを判定し、全機器が同定されている場合はステップＳ１５４に進み、同定されていない機器がある場合はステップＳ１５４に進む。

ステップＳ１５３で、未同定の機器をオペレータが手動で同定する。

ステップＳ１５４で、点群データ１の探索範囲を全機器の表面近傍に限定し、各配管の接続部分を同定する。なお、配管の接続部分を同定する方法は、第１の実施形態（図１４（ｂ）参照）で示した通りである。

ここで、ステップＳ１５４の実行前後における属性付き３Ｄモデル５の様子を、図１６及び図１７を用いて説明する。

図１６は、ステップＳ１５４の実行前のプラントの属性付き３Ｄモデル５の一例を示す図である。図１６において、配管以外の全機器の３Ｄモデル（タンクＴａｎｋ−０１、ポンプＰｕｍｐ−０１、反応装置Ｒ−０１、・・・）が配置されている。

図１７は、ステップＳ１５４の実行後のプラントの属性付き３Ｄモデル５の一例を示す図である。図１７において、全機器（タンクＴａｎｋ−０１、ポンプＰｕｍｐ−０１、反応装置Ｒ−０１、・・・）の３Ｄモデルに加え、各配管の接続部分（配管Ｌｉｎｅ−０１のタンクＴａｎｋ０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０１Ａ、配管Ｌｉｎｅ−０１のポンプＰｕｍｐ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０１Ｂ、配管Ｌｉｎｅ−０２のポンプＰｕｍｐ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０２Ａ、配管Ｌｉｎｅ−０２の反応装置Ｒ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０２Ｂ、・・・）の３Ｄモデルが配置されている。なお、この時点では、第１の実施形態で示したように、全ての配管について配管番号が特定できているとは限らない。例えば、反応装置Ｒ−０１と反応装置Ｒ−０３とを接続する配管の配管番号はＬｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかに特定できておらず、反応装置Ｒ−０１との接続部分の３Ｄモデルには、配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかの接続部分であることを示す２つの識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ａ，Ｌｉｎｅ−０５Ａが付与されている。同様に、反応装置Ｒ−０３との接続部分には、配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかの接続部分であることを示す２つの識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ｂ，Ｌｉｎｅ−０５Ｂが付与されている。

図１５に戻り、ステップＳ１５５で、全配管の中間部分の同定を試みる。なお、本実施形態におけるプラント（図３参照）の反応装置Ｒ−０１には３つの配管Ｌｉｎｅ−０２，Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５が接続されており、配管サイズ（図６参照）に基づいて配管Ｌｉｎｅ−０３とＬｉｎｅ−０５とを区別することはできない。同様に、ポンプＰｕｍｐ−０２に接続されている配管Ｌｉｎｅ−０３とＬｉｎｅ−０４とを区別することもできない。しかしながら、図１７において、識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ａ，Ｌｉｎｅ−０５Ａが付与された２つの接続部分の３Ｄモデルと識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ｂ，Ｌｉｎｅ−０４Ａが付与された２つの接続部分の３Ｄモデルとをそれぞれ点群データに沿って延長し、互いに連結するか否かに基づいて、４つの接続部分のうちのいずれか２つの接続部分が配管Ｌｉｎｅ−０３の接続部分であると特定され、残りの２つの接続部分が配管Ｌｉｎｅ−０４，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかの接続部分であると特例される。このようにして、全ての配管の３Ｄモデルの同定を試みる。

ステップＳ１５６で、全配管が同定済みであるか否かを判定し、同定済みである場合はフローを終了し、何らかの原因により未同定の配管が有る場合はステップＳ１５７に進む。

ステップＳ１５７で、未同定の配管をオペレータが手動で同定し、フローを終了する。

以上のフローにより、図８に示すような属性付き３Ｄモデル５を作成することができる。

上記のように構成した３Ｄモデル作成支援システム４では、第１の実施形態と同様、各構成要素に対応した形状モデルの限定的な形状パラメータを調整することにより各構成要素の３Ｄモデルを作成するため、各構成要素の同定に要する計算処理量を削減でき、配管を介して相互に接続された複数の機器からなるプラントの属性付き３Ｄモデルを効率的に作成することができる。

さらに、第１の実施形態と比較して、以下の有利な効果を達成できる。

第１の実施形態では、配管部分の点群データが何らかの理由に一部欠損し、あるいは配管の途中に設けられたバルブ等の影響により、配管の途中までしか同定できなかった場合は、当該配管の先に接続されている機器を同定できなくなるため、オペレータの手動操作により当該配管を同定する必要がある。これに対し、第２の実施形態では、配管を両端部分から同定することにより、配管の中間部分の点群データが欠損等していた場合でも、当該中間部分を補完することで配管全体の３Ｄモデルを作成できるため、オペレータの負担を軽減できる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記した実施形態では複数の機器が配管で接続されたプラントに本発明を適用した例を説明したが、相互に接続された複数の機器等によって構成された物体であれば、これに限らず適用可能である。

１ 点群データ
２ プラント系統図
３ 系統情報抽出手段
４ ３Ｄモデル作成支援システム
５ 属性付き３Ｄモデル
６ 探索範囲
４１ 系統情報データベース
４２ 構成要素選択手段
４３ 形状モデルライブラリ
４４ 構成要素同定手段
４２１ 操作画面
４２２ 未同定モデルリスト
４２３ 絞り込み条件設定領域
４２４ 同定済みモデルリスト

[図1]本発明の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの構成図である。
[図2]プラントの点群データの一例を示す図である。
[図3]プラント系統図の一例を示す図である。
[図4]プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる機器の属性情報の一例を示す図である。
[図5]プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる配管の属性情報の一例を示す図である。
[図6]プラント系統図から抽出された系統情報に含まれる機器及び配管の接続情報の一例を示す図である。
[図7]プラント系統図の変形例を示す図である。
[図8]プラントの属性付き３Ｄモデルの一例を示す図である。
[図9]第１の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの処理を示すフロー図である。
[図10]３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。
[図11]３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。
[図12]３Ｄモデル作成支援システムが有する表示装置に表示される操作画面の一例を示す図である。
[図13]同定処理の詳細を示すフロー図である。
[図14]タンクに接続している配管が同定される過程を示す図である。
[図15]第２の実施形態における３Ｄモデル作成支援システムの処理を示すフロー図である。
[図16]第２の実施形態において配管以外の構成要素が同定された直前の属性付き３Ｄモデルを示す図である。
[図17]第２の実施形態において配管以外の構成要素と配管の接続部分とが同定された直後の属性付き３Ｄモデルを示す図である。

ステップＳ９２７で、探索範囲を解除し、点群データとの偏差が最小となるように形状モデルの形状パラメータを調整することにより、当該構成要素全体の３Ｄモデルを作成する。例えば図１４（ｃ）に示すように、探索範囲６を解除し、点群データ１との偏差が最小になるように円筒形モデルの長さパラメータを調整することにより、配管Ｌｉｎｅ−０１全体の３Ｄモデルを作成する。

続くステップＳ９２で、反応装置Ｒ−０３又はポンプＰｕｍｐ−０２を同定する。ここで、反応装置Ｒ−０３とポンプＰｕｍｐ−０２とでは、対応した形状モデルが異なるため、より偏差が小さくなる方の形状モデルの種類に基づいて機器番号を特定できる。さらに、特定された機器が反応装置Ｒ−０３である場合は、接続情報（図６参照）に基づき、当該一方の配管の配管番号がＬｉｎｅ−０５と特定される。

ステップＳ１５２で、配管以外の全機器が同定されたか否かを判定し、全機器が同定されている場合はステップＳ１５４に進み、同定されていない機器がある場合はステップＳ１５３に進む。

図１６は、ステップＳ１５４の実行前のプラントの属性付き３Ｄモデル５の一例を示す図である。図１６において、配管以外の全機器（タンクＴａｎｋ−０１、ポンプＰｕｍｐ−０１、反応装置Ｒ−０１、・・・）の３Ｄモデルが配置されている。

図１７は、ステップＳ１５４の実行後のプラントの属性付き３Ｄモデル５の一例を示す図である。図１７において、全機器（タンクＴａｎｋ−０１、ポンプＰｕｍｐ−０１、反応装置Ｒ−０１、・・・）の３Ｄモデルに加え、各配管の接続部分（配管Ｌｉｎｅ−０１のタンクＴａｎｋ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０１Ａ、配管Ｌｉｎｅ−０１のポンプＰｕｍｐ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０１Ｂ、配管Ｌｉｎｅ−０２のポンプＰｕｍｐ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０２Ａ、配管Ｌｉｎｅ−０２の反応装置Ｒ−０１との接続部分Ｌｉｎｅ−０２Ｂ、・・・）の３Ｄモデルが配置されている。なお、この時点では、第１の実施形態で示したように、全ての配管について配管番号が特定できているとは限らない。例えば、反応装置Ｒ−０１と反応装置Ｒ−０３とを接続する配管の配管番号はＬｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかに特定できておらず、反応装置Ｒ−０１との接続部分の３Ｄモデルには、配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかの接続部分であることを示す２つの識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ａ，Ｌｉｎｅ−０５Ａが付与されている。同様に、反応装置Ｒ−０３との接続部分には、配管Ｌｉｎｅ−０３，Ｌｉｎｅ−０５のいずれかの接続部分であることを示す２つの識別番号Ｌｉｎｅ−０３Ｂ，Ｌｉｎｅ−０５Ｂが付与されている。

Claims (9)

1. 物体の表面上の点群データに基づいた３Ｄモデルの作成を支援する３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記物体は、相互に接続された複数の構成要素からなり、
   前記複数の構成要素の相互の接続関係を含む系統情報が登録された系統情報データベースと、
   前記複数の構成要素のそれぞれに対応した形状モデルが登録された形状モデルライブラリと、
   前記系統情報データベースに登録された前記系統情報に基づいて、前記複数の構成要素のうち３Ｄモデルが作成されていない構成要素を選択する構成要素選択手段と、
   前記形状モデルライブラリから前記構成要素選択手段によって選択された所定の構成要素に対応した所定の形状モデルを取得し、この所定の形状モデルを前記点群データにマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成する構成要素同定手段と
   を備えたことを特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
2. 請求項１に記載の３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記構成要素同定手段は、前記系統情報データベースに登録された前記系統情報に基づいて前記点群データにおける前記所定の構成要素が存在する範囲を限定し、この限定した範囲内の点群データに前記所定の形状モデルをマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成すること
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
3. 請求項１に記載の３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記構成要素選択手段は、前記複数の構成要素のうちの３Ｄモデルが作成されておらず、かつ既に３Ｄモデルが作成された構成要素に接続している構成要素を選択すること
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
4. 請求項１に記載の３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記物体は、構成要素として複数の機器と複数の配管を有し、前記複数の機器が前記複数の配管を介して相互に接続されたプラントであることを特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
5. 請求項４に記載の３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記構成要素選択手段は、前記複数の機器のうち３Ｄモデルが作成されていない機器を全て選択した後に、前記複数の配管のうち３Ｄモデルが作成されていない配管を選択すること
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
6. 請求項４に記載の３Ｄモデル作成支援システムにおいて、
   前記複数の機器と前記複数の配管の接続関係を含む系統情報を有するプラント系統図から系統情報を抽出し、この抽出した系統情報を前記系統情報データベースに登録する系統情報抽出手段を更に備えたこと
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援システム。
7. 物体の表面上の点群データに基づいた３Ｄモデル作成支援方法において、
   前記物体は、相互に接続された複数の構成要素からなり、
   前記複数の構成要素の相互の接続関係を含む系統情報に基づいて、前記複数の構成要素のうち３Ｄモデルを作成されていない構成要素を選択する構成要素選択処理と、
   前記構成要素選択処理によって選択された所定の構成要素に対応した形状モデルを前記点群データにマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成する構成要素同定処理と、
   を備えたことを特徴とする３Ｄモデル作成支援方法。
8. 請求項７に記載の３Ｄモデル作成支援方法において、
   前記構成要素同定処理は、前記系統情報に基づいて前記点群データにおける前記所定の構成要素が存在する範囲を限定し、この限定した範囲内の点群データに前記所定の形状モデルをマッチングさせることにより前記所定の構成要素の３Ｄモデルを作成する処理であること
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援方法。
9. 請求項７に記載の３Ｄモデル作成支援方法において、
   前記構成要素選択処理は、前記複数の構成要素のうちの３Ｄモデルが作成されておらず、かつ既に３Ｄモデルが作成された構成要素に接続している構成要素を選択する処理であること
   を特徴とする３Ｄモデル作成支援方法。

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