(57)【要約】【課題】  数値地図データから任意地域の高精度立体地図を低コスト・短時間で製作することができる高精度立体地図作製システムを提供する。【解決手段】  高精度立体地図製作システムは、数値地図デ−タをＳＴＬデ−タに変換し、該ＳＴＬデ−タを光造形装置に入力して立体地図を製作する。数値地図デ−タからＳＴＬデ−タに計算機により自動的に変換処理する場合に、立体地図の製作範囲内に水平面を設定し、この水平面上に基点となる格子点と、この格子点に隣接する３つの格子点を設定し、数値地図ＣＤ−ＲＯＭから前記各格子点における標高を読み込み、各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定し、この４つの格子点が構成する四辺形を、対角線で２つの三角形に分割し、分割した三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換して、このＳＴＬデ−タを光造形装置に入力して立体地図を造形する。【選択図】  図１
2006048064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体地図を作成する作成範囲の地域の数値地図デ−タを入力してＳＴＬデ−タに変換して記録媒体に出力する計算機手段と、
前記記録媒体からＳＴＬデ−タを入力して立体地図を光造形により製作する光造形手段と
を備える高精度立体地図作製システムであって、
前記計算機手段における数値地図デ−タからＳＴＬデ−タに変換する処理を行う変換処理手段は、
立体地図の製作範囲に水平面を設定する水平面設定手段と、
前記水平面上に基点となる格子点と当該格子点に隣接する３つの格子点を設定する第１格子点設定手段と、
数値地図データから前記各格子点における標高を読み込む読み込み手段と、
各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定する第２格子点設定手段と、
前記４つの格子点が構成する四辺形を対角線で２つの三角形に分割する際に稜線・谷底の方向に近い方の対角線を選択して前記四辺形を分割する分割手段と、
前記分割された三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換して出力する出力手段と
を備えることを特徴とする高精度立体地図作製システム。
【請求項２】
立体地図を作成する作成範囲の地域の数値地図デ−タを計算機手段により入力してＳＴＬデ−タに変換し、前記ＳＴＬデ−タを光造形手段に入力して立体地図を光造形により作製する高精度立体地図作成処理方法であって、
前記計算機手段において
立体地図の製作範囲に水平面を設定し、
前記水平面上に基点となる格子点と当該格子点に隣接する３つの格子点を設定し、
数値地図データから前記各格子点における標高を読み込み、
各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定し、
前記４つの格子点が構成する四辺形を対角線で２つの三角形に分割する際に稜線・谷底の方向に近い方の対角線を選択して前記四辺形を分割し、
前記分割された三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換し、
前記光造形手段に前記ＳＴＬデータを入力し立体地図を光造形により作製する
ことを特徴とする高精度立体地図作成処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高精度立体地図作製システムおよび高精度立体地図作成処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体地図は、（ａ）地形デ−タの作成及び（ｂ）立体地図の加工という２つの工程から製作されており、各工程に関しては、次のような方法を用いていた。
【０００３】
デ−タ作成方法に関しては、
（ａ１）地図から手作業により作成する。
（ａ２）地図からデジタイザで入力する。
また、加工方法に関しては、
（ｂ１）シ−トを切り抜き、貼りあわせて積層する。
（ｂ２）手作業により切削する。
（ｂ３）ＮＣ工作機械により切削する。
【０００４】
ところが、これら従来技術には、それぞれ次のような問題があった。前記（ａ１）の方法では、地図上で地形の高低を表す等高線の形状を手作業で読み取ったり、シ−トに写し取ったりするが、これには多大な時間・労力・コストを必要とする。
【０００５】
前記（ａ２）の方法では、デジタイザを用いて地図上の等高線の形状を計算機に入力するが、デジタイザを等高線に沿って移動するのは手作業であるため、前記（ａ１）の方法よりも能率的ではあるものの、やはり長時間の単純労働を強いられる。
【０００６】
前記（ａ１）及び（ａ２）のデ−タ作成方法では、手作業による精度劣化が避けられない。また、現実的な作業時間及び作業者の人件費に関する制約のもとでは、地形の細部を省略せざるを得ないため、高精度のデ−タを作成することは困難である。
【０００７】
前記（ｂ１），（ｂ２）の加工方法については、立体地図を熟練技能者の手作業により製作する場合には、多大な時間と労力が必要となり、結果としてコストが上昇する。
【０００８】
手作業による立体地図を作成する場合には、元の地形デ−タを完全に再現することは不可能で、加工時の誤差が避けられない。また、微細な加工も困難なため、地形の細かい凹凸をある程度省略せざるを得ない。このことは、自然災害の報道のように早急に立体地図を製作しなければならない状況において顕著である。例えば、ニュ−ス番組等で使用される立体地図では、地形の細部をかなり省略している。
【０００９】
また、前記（ｂ１）の加工方法では、立体地図の精度は貼り合わせるシ−トの厚さにより制約される。すなわち、地形はシ−トの厚さ分の段差からなる３次元形状として表現されるため、滑らかな斜面等を実現することはできない。この問題はシ−トを薄くすれば、ある程度解決可能であるが、貼り合わせるシ−ト枚数が膨大になるため、実現的ではない。
【００１０】
前記（ｂ３）のように、ＮＣ工作機械にエンドミルを装着して立体地図を切削する場合には、エンドミル先端より小さな凹部を加工することはできないため、高精度の立体地図を製作することができない。この問題に対しては、小径エンドミルを使用すれば立体地図の精度は向上するが、エンドミルの切削量が小さくなるため加工時間が極めて長くなる。
【００１１】
前述の従来技術では、デ−タ作成工程及び加工工程の一方或いは双方に時間・労力を要する方法を使用しなければならず、立体地図の製造コストが上昇するので、このコストを回収するためには、立体地図の製作範囲を多数のユ−ザが見込まれる地域に限定せざるを得ない。例えば、社会科の授業などで用いる立体地図は原型から複製したものであるが、原型の作成コストを回収するために、多くのユ−ザが見込まれる一部の有名特定地域（例えば富士山など）しか製作していない。逆に少数のユ−ザしか存在しない任意地域の立体地図を製作するためには、極めて高額な販売価格を設定せざるを得ないため、事実上そのような製作は行われていないのが実状である。
【００１２】
なお、立体地図を表示するための技術として、特許文献１に示すようなナビゲーションシステムが公知である。このナビゲーションシステムでは、地形情報と地図情報を立体鳥瞰図表示する。
【特許文献１】特開平１０−２０７３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明は、従来技術で記述した問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、数値地図データから任意地域の高精度立体地図を低コスト・短時間で製作することができる高精度立体地図作製システムおよび高精度立体地図作成処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような目的を達成するため、本発明による高精度立体地図作製システムは、立体地図を作成する作成範囲の地域の数値地図デ−タを入力してＳＴＬデ−タに変換して記録媒体に出力する計算機手段と、前記記録媒体からＳＴＬデ−タを入力して立体地図を光造形により製作する光造形手段とを備える高精度立体地図作製システムであって、前記計算機手段における数値地図デ−タからＳＴＬデ−タに変換する処理を行う変換処理手段は、立体地図の製作範囲に水平面を設定する水平面設定手段と、前記水平面上に基点となる格子点と当該格子点に隣接する３つの格子点を設定する第１格子点設定手段と、数値地図データから前記各格子点における標高を読み込む読み込み手段と、各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定する第２格子点設定手段と、前記４つの格子点が構成する四辺形を対角線で２つの三角形に分割する際に稜線・谷底の方向に近い方の対角線を選択して前記四辺形を分割する分割手段と、前記分割された三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換して出力する出力手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による高精度立体地図作成処理方法は、立体地図を作成する作成範囲の地域の数値地図デ−タを計算機手段により入力してＳＴＬデ−タに変換し、前記ＳＴＬデ−タを光造形手段に入力して立体地図を光造形により作製する高精度立体地図作成処理方法であって、前記計算機手段において、立体地図の製作範囲に水平面を設定し、前記水平面上に基点となる格子点と当該格子点に隣接する３つの格子点を設定し、数値地図データから前記各格子点における標高を読み込み、各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定し、前記４つの格子点が構成する四辺形を対角線で２つの三角形に分割する際に稜線・谷底の方向に近い方の対角線を選択して前記四辺形を分割し、前記分割された三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換し、前記光造形手段に前記ＳＴＬデータを入力し立体地図を光造形により作製することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の高精度立体地図作製システムおよび高精度立体地図作成処理方法によれば、数値地図データから任意地域の高精度立体地図を低コスト・短時間で製作することができ、作製された立体地図は高精度であり、かつ極力自然な形状の立体地図を作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。本発明の高精度立体地図作製システムにおいては、数値地図デ−タをＳＴＬデ−タに計算機により自動的に変換し、変換されたＳＴＬデ−タを光造形装置に入力して立体地図を製作する。
【００１８】
すなわち、本発明による高精度立体地図作製システムでは、立体地図を作成する作成範囲の地域の数値地図デ−タを計算機により入力してＳＴＬデ−タに変換し、前記ＳＴＬデ−タを光造形装置に入力して立体地図を光造形により作製するが、ここでの計算機においては、立体地図の製作範囲に水平面を設定し、前記水平面上に基点となる格子点と当該格子点に隣接する３つの格子点を設定し、数値地図データから前記各格子点における標高を読み込み、各格子点から前記標高隔たった上方に新たな４つの格子点を設定し、前記４つの格子点が構成する四辺形を対角線で２つの三角形に分割する際に稜線・谷底の方向に近い方の対角線を選択して前記四辺形を分割し、前記分割された三角形の集合体をＳＴＬデ−タに変換する処理を行う。そして、光造形装置に変化されたＳＴＬデータを入力し立体地図を光造形により作製する。
【００１９】
具体的に、このようなデータ処理の内容を説明すると、数値地図デ−タからＳＴＬデ−タに変換処理する際に、図１に示すように、立体地図の製作範囲内に水平面Ｐを設定し、この水平面Ｐ上に基点となる格子点Ｒ（ｍ，ｎ）と、格子点Ｒ（ｍ，ｎ）に隣接する３つの格子点Ｒ（ｍ＋１，ｎ）、Ｒ（ｍ，ｎ＋１）、Ｒ（ｍ＋１，ｎ＋１）を設定する。なお、ｍ，ｎは、各格子点の東西方向及び南北方向の位置を表す。
【００２０】
次に、数値地図データのＣＤ−ＲＯＭから前記各格子点Ｒ（ｍ，ｎ）、Ｒ（ｍ＋１，ｎ）、Ｒ（ｍ，ｎ＋１）、Ｒ（ｍ＋１，ｎ＋１）における標高ｈ（ｍ，ｎ）、ｈ（ｍ＋１，ｎ）、ｈ（ｍ，ｎ＋１）、ｈ（ｍ＋１，ｎ＋１）を読み込む。
【００２１】
次に、各格子点Ｒ（ｍ，ｎ）、Ｒ（ｍ＋１，ｎ）、Ｒ（ｍ，ｎ＋１）、Ｒ（ｍ＋１，ｎ＋１）から、それぞれ前記標高ｈ（ｍ，ｎ）、ｈ（ｍ＋１，ｎ）、ｈ（ｍ，ｎ＋１）、ｈ（ｍ＋１，ｎ＋１）隔たった上方に新たな格子点Ｓ（ｍ，ｎ）、Ｓ（ｍ＋１，ｎ）、Ｓ（ｍ，ｎ＋１）、Ｓ（ｍ＋１，ｎ＋１）を設定する。
【００２２】
次に、図２に示すように、前記格子点Ｓ（ｍ，ｎ）を頂点の１つとする四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）を２つの三角形に分割する。まず、四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）に対して対角線方向に隣接する４つの四辺形Ｕ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｕ（ｍ＋１，ｎ−１）、Ｕ（ｍ−１，ｎ＋１）、Ｕ（ｍ＋１，ｎ＋１）を設定し、各四辺形の対角線をそれぞれ次のベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で表す。すなわち、
Ｖ０：四辺形Ｕ（ｍ−１，ｎ−１）の南西から北東に向かう対角線のベクトル、
Ｖ１：四辺形Ｕ（ｍ＋１，ｎ−１）の南東から北西に向かう対角線のベクトル、
Ｖ２：四辺形Ｕ（ｍ−１，ｎ＋１）の南東から北西に向かう対角線のベクトル、
Ｖ３：四辺形Ｕ（ｍ＋１，ｎ＋１）の南西から北東に向かう対角線のベクトル
で表す。
【００２３】
また、各ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を式（１）のように成分表示すると、これらの成分は各格子点の東西・南北方向の間隔及び標高から簡単に求めることができる。
【数１】
2006048064.tif 000003
【００２４】
次に、四辺形Ｕ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｕ（ｍ＋１，ｎ−１）、Ｕ（ｍ−１，ｎ＋１）、Ｕ（ｍ＋１，ｎ＋１）の各格子間隔及び標高値から、ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を算出する。
【００２５】
さらに、ベクトルＶ０とＶ３がなす角をθ０３とし、ベクトルＶ１とＶ２がなす角をθ１２とするように定めると、角θ０３と角θ１２は、それらのベクトルの内積の関係から式（２）及び式（３）のように求められる。
【００２６】
【数２】
2006048064.tif 000004
【００２７】
次に、角θ０３およびθ１２から四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）近傍の局所的な地形特徴が判別可能であることを説明すると、図２において、南西から北東に向かうベクトルＶ０，Ｖ３を含む鉛直面内で角θ０３を、また、南東から北西に向かうベクトルＶ１，Ｖ２を含む鉛直面内で、角θ１２をそれぞれ図示すると、図３（１）−（８）のようになる。すなわち、
角θ０３が小：南西から北東方向に平坦地（１）または傾斜一定の斜面（２）、
角θ１２が小：南東から北西方向に平坦地（３）または傾斜一定の斜面（４）、
角θ０３が大：南西から北東方向に凹地形（５）または凸地形（６）、
角θ１２が大：南東から北西方向に凹地形（７）または凸地形（８）
となる。
【００２８】
上記の対応に基づき、稜線或いは谷方向を角θ０３，θ１２の大小関係から、θ０３＜θ１２ならば、稜線或いは谷方向は南西から北東方向に向いており、θ０３＞θ１２ならば、稜線或いは谷方向は南東から北西方向に向いていると判定することができる。
【００２９】
したがって、θ０３＜θ１２ならば、四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）を南西から北東に向かう対角線で２つの三角形に分割し、θ０３＞θ１２ならば、前記四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）を南東から北西に向かう対角線で２つの三角形に分割する。
【００３０】
上記分割処理の効果を説明するために、作成事例の立体地図から特徴的な尾根・谷のみを抽出し、そこで四辺形を分割する対角線を例示する。図４は全ての四辺形を南西から北東に向かう対角線で分割した平面図と投影図であり、その結果、南東から北西に向かう尾根・谷において対角線がそれらを横切って階段状の段差を構成し、不自然な立体地図になってしまう。図５は分割処理により、尾根・谷の方向に近い方の対角線を選択し、四辺形を分割した平面図と投影図であり、自然な立体地図に仕上げられたものとなっている。
【００３１】
なお、上述した分割処理は立体地図の製作のみならず、離散的なデ−タから３次元形状を再構成する処理において広く適用することができる。
【００３２】
上述した分割処理の説明では、理解を容易とするために、４つの格子点で構成される四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）を用いて、分割する対角線を選択する処理内容を説明したが、このような四辺形は４つの各格子点により規定されるものであり、実際にパーソナルコンピュータのような計算機手段により情報処理が行う場合には、各格子点を順次に走査することでデータ処理を行う四辺形を順次に指定して、それぞれの四辺形において三角形に分割する対角線を選択する処理を行う。図６〜図８に本発明の実施例に係る高精度立体地図作製システムの構成を示している。図６にハードウェア構成を示し、図７にソフトウェア構成の主要部である分割処理のフローチャートを示している。また、図８は、格子点の走査による分割処理の内容を説明する図である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は上述のように構成されているので、次のような効果を呈する。
（１）デ−タ作成・加工とも熟練技能者による手作業を必要としない自動化された工程であるため、低コスト・短時間で立体地図を製作することができる。
（２）数値地図と同等の極めて高精度の立体地図を製作することができる。
（３）ユ−ザの要望に応じて、任意地域の立体地図を製作することができる。
（４）光硬化性樹脂には、プラスチックの射出成型に使用可能なものもあり、立体地図の凹凸を反転したＳＴＬデ−タを作成すれば、成形型を容易に造形することができ、この型から立体地図を複製すれば、より低コストで製作が可能である。
（５）数値地図が整備されている地域であれば、内外を問わず、立体地図の製作ができる。
（６）尾根・谷において階段状の段差を生じない自然な立体地図を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】立体地図の製作範囲の水平面上に設定した格子点を示す説明図である。
【図２】対角線方向に隣接する４つの四辺形を示す説明図である。
【図３】角θ０３，θ１２から四辺形Ｕ（ｍ，ｎ）近傍の局所的な地形特徴の一例を示す説明図である。
【図４】全ての四辺形を南西から北東に向かう対角線で分割した平面図と投影図である。
【図５】尾根・谷の方向に近い方の対角線を選択し、四辺形を分割した平面図と投影図である。
【図６】本発明を実施するハードウェア構成を示すシステム構成図である。
【図７】本発明において特徴的な分割処理の処理フローを示すフローチャートである。
【図８】分割処理の内容を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｒ，Ｓ  格子点
Ｕ  四辺形
Ｖ  ベクトル
θ  角度
Ｐ  水平面
ＳＥ  南東
ＮＥ  北東
ＳＷ  南西
ＮＷ  北西
【図１】
2006048064.tif 000005
【図２】
2006048064.tif 000006
【図３】
2006048064.tif 000007
【図４】
2006048064.tif 000008
【図５】
2006048064.tif 000009
【図６】
2006048064.tif 000010
【図７】
2006048064.tif 000011
【図８】
2006048064.tif 000012