(57)【要約】【課題】実写に近い３次元モデルを短時間で作成すること。【解決手段】点群データメッシュ状分類部１２により、点群データ１を、所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析部１３により、分類されたメッシュ毎に点群データ１の分布を解析してフラットの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化部１４により、その形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出部１７により、メッシュのパターンをグループ毎に解析し、それぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成部１８により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、３次元モデル作成部２０により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データ１と、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルが作成されるようにした。【選択図】図１
2006323608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを用いて構造物群の３次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成装置であって、
前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類する点群データメッシュ状分類手段と、
分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出するフラット解析手段と、
フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化する高さ方向分布グループ化手段と、
前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出するメッシュパターン直線抽出手段と、
抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成する属性情報付加作成手段と、
作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルを作成する３次元モデル作成手段とを備える
ことを特徴とする立体構造物群モデル生成装置。
【請求項２】
前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであることを特徴とする請求項１に記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項３】
前記高さ方向分布グループ化手段によるグループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを１つのグループとするように判定する高さ方向グループ判定手段と、
前記メッシュパターン直線抽出手段による直線情報が抽出される際、前記高さ方向分布グループ化手段によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するグループ除去手段とを備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項４】
前記フラット解析手段は、前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が１００％となるメッシュをフラットであると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項５】
前記メッシュパターン直線抽出手段は、前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項６】
前記属性情報付加作成手段により作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定するグループ属性判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項７】
前記３次元モデル作成手段は、作成した前記構造物群の３次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成装置。
【請求項８】
航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを用いて構造物群の３次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成方法であって、
前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、
分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、
フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化し、
前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、
抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成し、
作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルを作成する
ことを特徴とする立体構造物群モデル生成方法。
【請求項９】
前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであることを特徴とする請求項８に記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１０】
前記グループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを１つのグループとするように判定し、
前記直線情報が抽出される際、前記グループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去する
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１１】
前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が１００％となるメッシュをフラットであると判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１２】
前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１３】
作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定することを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１４】
作成した前記構造物群の３次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成することを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の立体構造物群モデル作成方法。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれかの立体構造物群モデル作成装置を備えることを特徴とする立体モデル作成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを使用して市街地等における立体構造物群を生成する立体構造物群モデル作成装置、立体構造物群モデル作成方法及び立体モデル作成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機にレーザスキャナを搭載し広範囲に標高データを取得する、航空レーザ計測が実用化され、３次元空間を容易に得られるようになった。航空レーザ計測とは、航空機にスキャン式レーザ測距儀、GPS（Global  Positioning System）及びIMU（Inertial Measurement System）を搭載し、レーザ照射の位置や姿勢を制御しながら、照射したレーザ光が地表面に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、位置情報（緯度、経度、標高）をデジタルデータとして取得する計測方法である。
【０００３】
この航空レーザ計測で得られたデータは、防災、GIS（Geographical Information System）、都市計画等、様々な分野での利用が期待されている。特に、台風・集中豪雨・地震等の大きな災害が多発し、防災に関する意識が高まっている中で、このレーザ計測データの有効利用の研究は、ソフト対応の整備に寄与するものと考えられる。
【０００４】
このような航空レーザ計測で得られたデータを用いたものとして、特許文献１では、既決定三角形に隣接する隣接頂点を決定するに当たり、既決定三角形の延長平面上に該三角形の着目する一辺を着目エッジとし、該着目エッジに隣接する頂点の候補を頂点候補として仮定し、該頂点候補の近傍の点群データに３次元Ｋ−Ｌ展開法を適用して点群の第１、第２及び第３主方向に対応した第１、第２及び第３固有ベクトルを求め、第１及び第２主方向に対応した第１及び第２固有ベクトルと点群との内積の上限値及び下限値を利用して隣接頂点を決定することで、オブジェクト表面のポリゴンデータを良好かつ安定に取得するようにした３次元ポリゴンデータ作成方法を提案している。
【０００５】
また、特許文献２では、ステレオ空中写真画像の各々を領域分割することにより、色彩が均一な画像領域を得、各色領域に重なるレーザスキャナの３次元点群の標高値を初期値として、ステレオマッチングを行い、その結果得られる標高値の計算速度が初期値とほぼ同じ高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を与え、ＤＳＭを生成し、続いて上記で得られたＤＳＭの水平な領域を領域分割によって認識し、各領域に対応するステレオ画像上の周辺領域で直線抽出を行い、その結果を多角形化するようにした高精度都市モデルの生成方法を提案している。
【０００６】
また、特許文献３では、三次元計測により得られた三次元の点群データをコンピューターに読み込み、地形部分の点群データと地物部分の点群データに分離する第一段階と、写真画像をコンピューターに読み込み、画像処理によって輪郭ポリゴンを作成する第二段階と、第一段階で分離した地形部分の点群データと地物部分の点群データ及び第二段階で作成した輪郭ポリゴンから市街地の三次元モデルを作成する第三段階とを備え、輪郭ポリゴンを三次元地理座標空間へ拡張し、地物の上面形態及び地物種別を自  動判定し、三次元地理座標を決定するようにした三次元市街地空間モデル作成方法を提案している。
【特許文献１】特開２００３−３４６１８２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２３６４０号公報
【特許文献３】特開２００２−０７４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述した特許文献１に示されるものでは、Ｘ，Ｙ，Ｚの点群データから自動で三角面及びソリッドを作成することが可能となっているが、点・面・ソリッドは数学で扱う単純な幾何情報であり、その点・面が何を表しているかの構造物属性情報を有していないことから、市街地等における立体構造物等の実写に近い３次元モデルを得ることが困難であるという問題があった。
【０００８】
これに対し、特許文献２及び３のように、空中写真画像と、レーザスキャナによる３次元計測により得られた３次元の点群データとを組み合わせることで、空中写真画像からの立体構造物の構造物属性情報が得られることになるが、たとえば空中写真画像のサイズや撮像精度と、３次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異があり、それらの差異を精度良く補正する処理が必要となるため、市街地等における立体構造物等の作成時間が長引いてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決することができる立体構造物群モデル作成装置、立体構造物群モデル作成方法及び立体モデル作成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の立体構造物群モデル作成装置は、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを用いて構造物群の３次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成装置であって、前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類する点群データメッシュ状分類手段と、分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出するフラット解析手段と、フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化する高さ方向分布グループ化手段と、前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出するメッシュパターン直線抽出手段と、抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成する属性情報付加作成手段と、作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルを作成する３次元モデル作成手段とを備えることを特徴とする。
また、前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであるようにすることができる。
また、前記高さ方向分布グループ化手段によるグループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを１つのグループとするように判定する高さ方向グループ判定手段と、前記メッシュパターン直線抽出手段による直線情報が抽出される際、前記高さ方向分布グループ化手段によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するグループ除去手段とを備えるようにすることができる。
また、前記フラット解析手段は、前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が１００％となるメッシュをフラットであると判定するようにすることができる。
また、前記メッシュパターン直線抽出手段は、前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うようにすることができる。
また、前記属性情報付加作成手段により作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定するグループ属性判定手段を備えるようにすることができる。
また、前記３次元モデル作成手段は、作成した前記構造物群の３次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成するようにすることができる。
本発明の立体構造物群モデル作成方法は、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを用いて構造物群の３次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成方法であって、前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化し、前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成し、作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルを作成することを特徴とする。
また、前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであるようにすることができる。
また、前記グループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを１つのグループとするように判定し、前記直線情報が抽出される際、前記グループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するようにすることができる。
また、前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が１００％となるメッシュをフラットであると判定するようにすることができる。
また、前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うようにすることができる。
また、作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定するようにすることができる。
また、作成した前記構造物群の３次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成するようにすることができる。
本発明の立体モデル作成システムは、請求項８〜１４のいずれかの立体構造物群モデル作成装置を備えることを特徴とする。
本発明では、点群データメッシュ状分類手段により、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析手段により、分類されたメッシュ毎に点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化手段により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データを元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出手段により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成手段により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、３次元モデル作成手段により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルが作成されるので、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、３次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、３次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となることから、実写に近い３次元モデルを短時間で作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態では、点群データメッシュ状分類手段により、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析手段により、分類されたメッシュ毎に点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化手段により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データを元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出手段により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成手段により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、３次元モデル作成手段により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データと、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルが作成されるようにし、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、３次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となるようにすることで、実写に近い３次元モデルを短時間で作成することができるようにした。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の立体構造物群モデル作成装置の一実施形態を示すブロック図、図２〜図１９は、図１の立体構造物群モデル作成装置による立体構造物群モデル作成方法を説明するための図である。
【００１４】
図１に示すように、立体構造物群モデル作成装置１０は、航空レーザ計測により得られた３次元のレーザ計測データである点群データ１を読み込み、その点群データ１の解析処理によって立体構造物群のモデルを生成するものである。
【００１５】
立体構造物群モデル作成装置１０は、パソコン等の情報処理装置に搭載されるものであり、ハードウェア又はソフトウェアのいずれかで構成することができる。
【００１６】
立体構造物群モデル作成装置１０は、ＣＰＵ１０ａ、点群データ読み込み部１１、点群データメッシュ状分類部１２、フラット解析部１３、高さ方向分布グループ化部１４、高さ方向グループ判定部１５、グループ除去部１６、メッシュパターン直線抽出部１７、属性情報付加作成部１８、グループ属性判定部１９、３次元モデル作成部２０を備えている。また、これらは、データバスを介して接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ１０ａは、所定の制御プログラムに基づいて、各部の動作を制御する。
【００１８】
点群データ読み込み部１１は、航空レーザ計測により得られた３次元のレーザ計測データである点群データ１を読み込む。レーザ計測データの概要等については後述する。
【００１９】
点群データメッシュ状分類部１２は、点群データ読み込み部１１によって読み込まれた点群データ１を、後述のように、水平方向であるｘ，ｙ方向においてたとえば５．０ｍの範囲でメッシュ状に分類する。これは、点群データ１がランダムデータであるため、そのデータ解析を容易にするためである。
【００２０】
フラット解析部１３は、点群データメッシュ状分類部１２によってメッシュ状に分類された点群データ１が高さ方向（ｚ方向）に対して、どのように分布しているのかをチェックしながら、データ全体を走査し、後述するように、メッシュ毎にフラット（Ｆ）な形状情報を抽出する。
【００２１】
高さ方向分布グループ化部１４は、フラット解析部１３による解析によって抽出されたメッシュ毎のフラット（Ｆ）な形状情報から、メッシュ内のデータの基準値内占有率が１００％となるメッシュを抽出し、そのデータの高さ方向毎に抽出したメッシュをグループ化する。基準値内占有率等については後述する。
【００２２】
高さ方向グループ判定部１５は、高さ方向分布グループ化部１４によるメッシュがグループ化される際に、所定の高さ方向（ｚ方向）での間隔が所定の範囲内に収まるデータを有するメッシュを１つのグループとするように判定する。
【００２３】
グループ除去部１６は、高さ方向分布グループ化部１４によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去する。
【００２４】
メッシュパターン直線抽出部１７は、グループ除去部１６により除去されて残されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出する。メッシュパターンの直線情報を抽出することについては後述する。
【００２５】
属性情報付加作成部１８は、メッシュパターン直線抽出部１７によって抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報である高さ方向データ（ｚ）を付加し、構造物等の境界線を作成する。なお、その高さ方向データ（ｚ）は、点群データ１から得られるものである。
【００２６】
グループ属性判定部１９は、属性情報付加作成部１８によって作成された構造物等の境界線が高さ方向（ｚ方向）において同一領域内のものであるか否かを判定する。これにより、たとえば同一ビルの屋上に突設された建物等であるか否かの判定を行うことができる。
【００２７】
３次元モデル作成部２０は、グループ属性判定部１９による判定結果と、ｘ，ｙ，ｚのレーザ計測データである点群データ１と、ＣＡＤの押し出し機能とを用いて、構造物等の３次元モデルを作成する。なお、作成された構造物等の３次元モデルに対しては、Ground Dataを合成したりすることで、実物を忠実に表現することが可能となるが、これについても後述する。
【００２８】
次に、立体構造物群モデル作成方法について説明する。
まず、図２に示すように、点群データ読み込み部１１により、航空レーザ計測により得られた３次元のレーザ計測データである点群データ１を読み込む（ステップＳ１）。
【００２９】
ここで、航空レーザ計測とは、たとえば図３に示すように、航空機にスキャン式レーザ測距儀、GPS（Global  Positioning System）及びIMU（Inertial Measurement System）を搭載し、レーザ照射の位置や姿勢を制御しながら、照射したレーザ光が地表面に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、位置情報（緯度、経度、標高）をデジタルデータとして取得する計測方法である。
【００３０】
このようにした得られたレーザ計測データには、航空機の高度とそのレーザ光の戻り時間等から水平面におけるｘ，ｙ方向の座標データと、高さ方向におけるｚ方向の座標データとが含まれ、ランダムな点群データ１とされる。
【００３１】
点群データ１の概要としては、たとえば図４に示すようになっている。図４は、レーザ計測データのサンプルデータをグラフ化したものであり、横軸に高さである標高（ｍ）を示し、縦軸に高さ別である標高別ポイント占有率（％）を示している。
【００３２】
また、図４（ａ）は都市部、図４（ｂ）は宅地部、図４（ｃ）は都市郊外部、図４（ｄ）は田畑部、図４（ｄ）は山地部をそれぞれ示している。
【００３３】
ここで、図４（ａ），（ｂ）の都市部及び宅地部においては、ある一定の高さ方向においてレーザ計測によるデータが分布していることが分かる。このことから、データ内に低標高部等に代表される道路や中標高部等の建物のデータが存在していることが分かる。なお、都市部と宅地部での違いとしては、標高範囲の差で比較することができる。つまり、都市部では比較的高いビル等が存在し、宅地部では住宅と比較的低い建物等が存在しているということである。
【００３４】
また、一部の標高部分で占有率が突出しているが、これは、道路や公園等の地表面部であると判断できる。この地表面部の突出度合いにより、データ内における建物等の有無の度合いが分かる。なお、突出度合いが小さい場合は存在率が高く、逆に大きい場合は存在率が低いと考えられる。
【００３５】
図４（ｃ）の都市郊外部では、宅地部と同じような状況となっているが、標高範囲は若干狭くなっている。また、このデータにおいても、一部の標高で占有率が突出しており、道路や田畑の部分であると判断できる。図４（ｄ）の田畑部では、標高範囲がより狭くなっており、平地部で標高差が小さい地域であることが分かる。
【００３６】
図４（ｅ）の山地部では、低標高部から高標高部にかけた広い標高範囲でデータが分布しており、他のデータで見られるような占有率が突出した標高部分は見られない。このように、地域別と標高別占有率を比較することで、どのような地形の地域であるか、大まかな判断ができるものと考えられる。
【００３７】
このように、地域によって分布状況が異なっているということは、その特徴を考慮した上で、その地形にあったデータ処理方法を用いることにより、それぞれの地域毎に立体構造物群モデルを生成することが可能となるといえる。
【００３８】
次いで、点群データ読み込み部１１により読み込まれた点群データ１は、点群データメッシュ状分類部１２により、図５に示すように、水平方向であるｘ，ｙ方向でたとえば５．０ｍの範囲のメッシュ状に分類される（ステップＳ２）。
【００３９】
これは、点群データ１がランダムデータであるため、そのデータ解析を容易にするためである。ここで、ｘ，ｙ方向でのメッシュの範囲は、レーザ計測によるポイント数に応じて決定すればよく、５．０ｍの範囲以外であってもよいことは勿論である。
【００４０】
ここで、全ての点群データ１に対するメッシュ状の分類が完了すると（ステップＳ３）、そのメッシュ状に分類された点群データ１は、フラット解析部１３により、高さ方向（ｚ方向）に対して、どのように分布しているのかをチェックしながら、図６に示すように、データ全体が走査され、それぞれのメッシュ毎に図７に示すように、フラット（Ｆ）な形状情報が抽出される（ステップＳ４）。
【００４１】
ここで、フラット（Ｆ）な形状情報を抽出するに際し、図８及び図９に示すように、メッシュ内のデータの平均値から±０．２０ｍを基準値とし、この基準値内におけるデータの占有率が１００％の場合のメッシュをフラット（Ｆ）の形状と判断するようにしている。ここで、平均値とは、メッシュ内のデータを高さ方向で平均した値である。また、それぞれのデータの勾配は２％までがフラット（Ｆ）と判断するようにしている。
【００４２】
２％勾配までをフラット（Ｆ）とした理由は、道路横断の設計において使用されている平均的な片勾配が２％であることや、縦断方向においても２％勾配であればフラット（Ｆ）と見なしても差し支えないと判断したことにある。また、基準値±０．２０ｍを設定するに当たり、レーザ計測時の誤差としての０．１５ｍを加味している。
【００４３】
全てのメッシュに対してのフラット（Ｆ）な形状情報の抽出が完了すると（ステップＳ５）、高さ方向分布グループ化部１４により、フラット解析部１３による解析によって抽出されたフラット（Ｆ）な形状情報から図１０に示すように、メッシュ内のデータの基準値内占有率が１００％となるメッシュが抽出され、高さ方向毎に抽出されたメッシュがグループ化される（ステップＳ６）。
【００４４】
なお、グループ化においては、高さ方向グループ判定部１５により、それぞれのデータの集合体との間隔がたとえば０．５ｍ以上となった場合において、１つのグループとするように判定される。ここでのデータの集合体との間隔である０．５ｍは、あくまでも一例であり、この値に限られるものではない。
【００４５】
グループ化を行った結果の一例を、図１１に示す。図１１では、G01〜G12までグループ化した場合を示している。ここで、メッシュ数が一番多いグループG01は、たとえば図１２に示すような空中写真画像に対応するものである。これらの比較を行った結果から分かる通り、グループG01は道路といった地表面部、いわゆる建物以外のデータであると判断できる。
【００４６】
このことは、高さ方向がグループG01よりも低い部分は地盤データ（Ground Data）であり、その逆にデータが無い部分は建物であるといえる。また、そのデータが無い部分である空白部分を利用することで、後述するように建物等の輪郭の抽出が可能となる。
【００４７】
なお、グループG01の最高標高値は9.903mであり，この値をグループG01とグループG02とを分割する境界ラインとして、低標高部（Ground Data）と高標高部（Top Data）とに分割した結果を、図１３に示す。図１３から分かる通り、Ground Dataの空白部分を利用することで、後述するように建物の輪郭を抽出することが可能となる。
【００４８】
グループ化が完了すると（ステップＳ７）、グループ除去部１６により、高さ方向分布グループ化部１４によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、グループ毎に他のグループのメッシュが除去される（ステップＳ８）。
【００４９】
そして、メッシュパターン直線抽出部１７により、グループ除去部１６により除去されて残されたグループ毎のメッシュからメッシュパターンの直線情報が抽出される（ステップＳ９）。
【００５０】
ここで、メッシュパターンの直線を抽出するに際しては、高さ方向分布グループ化部１４によってグループ化された各メッシュに与えられる属性値を元に、直線情報が抽出される。
【００５１】
すなわち、図１４（ａ）に示すように、初期状態のパターンに対し、基本パターンであるパターン１〜パターン９が設定されているものとする。これらのパターン１〜パターン９は、解析対象となるハッチング付き四角の部分を中心とし、周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされたものである。
【００５２】
ここでは、まず図１４（ｂ）に示すように、初期状態のパターンのたとえば左上から順にパターン検索を行う。パターン検索に際しては、図１４（ｃ）に示すように、メッシュａを中心に周囲のメッシュのデータを検索することで行われる。つまり、メッシュａを中心に８個のメッシュのデータが検索されることになる。
【００５３】
このようにして、図１４（ｂ）に示すように、各メッシュのパターン検索により得られたパターンを示す情報が属性値として付加される。図１４（ｂ）は、パターン１が検索されて、そのパターン１の情報が属性値として付加される場合を示している。
【００５４】
また、図１５（ａ）は、パターン９が検索されて、そのパターン９の情報が属性値として付加される場合を示している。また、図１５（ｂ）は、パターン２が検索されて、そのパターン２の情報が属性値として付加される場合を示している。
【００５５】
このようにして、全てのパターン検索が終了すると、図１５（ｃ）に示すように、全てのパターンの情報が属性値として付加される。
【００５６】
そして、パターン１の場合→右を検索し、パターン２または５を結ぶ、パターン２の場合→下を検索し、パターン３または６を結ぶ、パターン３の場合→左を検索し、パターン４または７を結ぶ、パターン４の場合→上を検索し、パターン１または８を結ぶ、パターン５の場合→上を検索し、パターン１または８を結ぶ、パターン６の場合→右を検索し、パターン２または５を結ぶ、パターン７の場合→下を検索し、パターン３または６を結ぶ、パターン８の場合→左を検索し、パターン４または７を結ぶとしたメッシュパターンの直線情報が抽出される。
【００５７】
このようなメッシュパターンの直線情報の抽出は、高さ方向分布グループ化部１４によりグループ化されたメッシュ毎に行われる。ここで、抽出された直線情報は、たとえば図１６に示すように表される。なお、このようなメッシュパターンの直線情報の抽出は、所定のルールに基づいて設定されるようにすればよい。
【００５８】
次いで、グループ化されたメッシュ毎に直線情報が抽出されると、属性情報付加作成部１８により、それぞれのグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報である高さ方向データ（ｚ）が付加され、構造物等の境界線が作成される（ステップＳ１０）。
【００５９】
次いで、グループ属性判定部１９により、属性情報付加作成部１８によって作成された構造物等の境界線が高さ方向（ｚ方向）において同一領域内のものであるか否かが判定される（ステップＳ１１）。これにより、たとえば同一ビルの屋上に突設された建物等であるか否かの判定を行うことができる。
【００６０】
以上のようにして、構造物等の境界線の判定が完了すると（ステップＳ１２）、３次元モデル作成部２０により、グループ属性判定部１９による判定結果とｘ，ｙ，ｚのレーザ計測データである点群データ１とを用いてＣＡＤの機能である押し出しにより、図１７に示すような構造物等の３次元モデルが作成される（ステップＳ１３）。
【００６１】
なお、作成された構造物等の３次元モデルに対し、３次元モデル作成部２０によって、さらに上述したGround Dataを合成するようにしてもよく、この場合には、図１８に示すような、より立体感のある実写に近い３次元モデルが得られる。
【００６２】
また、３次元モデル作成部２０によって、空中写真画像とのテクスチャマッピングが行われた場合には、図１９に示すような、さらにより実写に近い３次元モデルが得られる。
【００６３】
このように、本実施形態では、点群データメッシュ状分類部１２により、航空レーザ計測により得られた３次元の点群データ１を、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析部１３により、分類されたメッシュ毎に点群データ１の分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化部１４により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データ１を元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出部１７により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成部１８により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、３次元モデル作成部２０により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データ１と、ＣＡＤの押し出し機能とにより、構造物群の３次元モデルが作成されるようにしたので、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、３次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となるようにすることができることから、実写に近い３次元モデルを短時間で作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
構造物群以外の３次元モデルを作成する立体モデル作成システムにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の立体構造物群モデル作成装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の立体構造物群モデル作成装置による立体構造物群モデル作成方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の立体構造物群モデル作成装置による点群データを得るための航空レーザ計測の概要を説明するための図である。
【図４】図１の立体構造物群モデル作成装置による点群データの概要を説明するための図である。
【図５】図１の点群データメッシュ状分類部により点群データをメッシュ状に分類する場合を説明するための図である。
【図６】図１のフラット解析部１３によりフラット（Ｆ）な形状情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図７】図１のフラット解析部１３によりフラット（Ｆ）な形状情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図８】図１のフラット解析部１３によりフラット（Ｆ）な形状情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図９】図１のフラット解析部１３によりフラット（Ｆ）な形状情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図１０】図１の高さ方向分布グループ化部により高さ方向毎にメッシュがグループ化される場合を説明するための図である。
【図１１】図１の高さ方向分布グループ化部により高さ方向毎にメッシュがグループ化された場合の結果の一例を説明するための図である。
【図１２】図１１の結果の一例でのメッシュ数が一番多いグループG01と空中写真画像との比較を説明するための図である。
【図１３】図１１の結果の一例から低標高部（Ground Data）と高標高部（Top Data）とに分割した結果を説明するための図である。
【図１４】図１のメッシュパターン直線抽出部によりメッシュパターンの直線情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図１５】図１のメッシュパターン直線抽出部によりメッシュパターンの直線情報が抽出される場合を説明するための図である。
【図１６】図１のメッシュパターン直線抽出部により抽出されたメッシュパターンの直線情報を表現した場合を説明するための図である。
【図１７】図１の３次元モデル作成部により構造物等の３次元モデルが作成される場合を説明するための図である。
【図１８】図１７の３次元モデルにGround Dataが合成された場合を説明するための図である。
【図１９】図１８の３次元モデルに対し、空中写真画像とのテクスチャマッピングが行われた場合を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  点群データ
１０  立体構造物群モデル作成装置
１１  点群データ読み込み部
１２  点群データメッシュ状分類部（点群データメッシュ状分類手段）
１３  フラット解析部（フラット解析手段）
１４  高さ方向分布グループ化部（高さ方向分布グループ化手段）
１５  高さ方向グループ判定部（高さ方向グループ判定手段）
１６  グループ除去部（グループ除去手段）
１７  メッシュパターン直線抽出部（メッシュパターン直線抽出手段）
１８  属性情報付加作成部（属性情報付加作成手段）
１９  グループ属性判定部（グループ属性判定手段）
２０  ３次元モデル作成部（３次元モデル作成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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