(57)【要約】【課題】点群データを視点座標からの距離の遠近にかかわらず物体の形状や存否を直感的に把握しやすく表示できる３次元データ表示装置、３次元データ表示方法、及び３次元データ表示プログラムを提供する。【解決手段】３次元データ表示装置は、観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、観測点ごとに格納する記憶部と、別途入力される視点座標からの点群データを構成する各点までのユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させる制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、前記観測点ごとに格納する記憶部と、
別途入力される視点座標から点群データを構成する各点までのユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを前記視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させる制御部と、
を備える３次元データ表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記視点座標からの点群データを構成する各点までのユークリッド距離に基づいて、表示する点を前記視点座標から遠くなるほど間引き率が大きくなるように間引いて前記表示部に表示させる請求項１記載の３次元データ表示装置。
【請求項３】
別途入力される視点座標からの点群データを構成する各点までのユークリッド距離を算出し、
前記ユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを前記視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させる３次元データ表示方法。
【請求項４】
別途入力される視点座標からの点群データを構成する各点までのユークリッド距離を算出し、
前記ユークリッド距離に基づいて、表示する図形を前記視点座標から遠くなるほど間引き率が大きくなるように間引いて前記表示部に表示させる請求項３記載の３次元データ表示方法。
【請求項５】
観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、前記観測点ごとに格納する記憶部を備える３次元データ表示装置を、
別途入力される視点座標から点群データを構成する各点までのユークリッド距離を算出する距離算出手段と、
前記ユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを前記視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させるサイズ変更表示手段と、
として機能させるための３次元データ表示プログラム。
【請求項６】
前記３次元データ表示装置を、
前記ユークリッド距離に基づいて、表示する図形を前記視点座標から遠くなるほど間引き率が大きくなるように間引いて前記表示部に表示させる間引き表示手段としてさらに機能させるための請求項５記載の３次元データ表示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、３次元データ表示装置、３次元データ表示方法、及び３次元データ表示プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元空間に配置された立体形状の物、例えば一般建築物、土木構造物、文化財、産業用プラントや原子力発電所の内部を計測して表示する方法の一つとして点群データを処理する方法がある。
【０００３】
点群データは例えばレーザースキャナによって物体が計測され、生成される。レーザースキャナは、パルス状のレーザー光線を照射する照射部と、照射されたレーザー光線の物体による反射光を検知する受光部と、照射部及び受光部を一定速度にて上下方向、すなわちＸ軸周りに回転させるエレベーション回転部と、照射部及び受光部を左右方向、すなわちＹ軸周りに回転させるアジマス回転部と、照射したレーザー光と受光した反射光の位相差に基づいて奥行き方向、すなわちＺ軸方向の距離を測定する奥行き測定部と、を備える。
【０００４】
レーザースキャナは反射したレーザー光を受光して反射部位の３次元空間内での位置を３次元ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）の集合として出力する。この出力された点の３次元ベクトルの集合を点群データと呼ぶ。
【０００５】
この点群データをパソコンのディスプレイなどの２次元平面上に表現するには、視点座標を定めて遠近法（パースペクティブ）によって点群を配置する。遠近法では近くの物は大きく、遠くの物は小さく表現される。従って、各点の間隔は近くの物は間隔が広く、遠いものは間隔が狭く表現される。
【０００６】
従来の表示装置においては、各点の大きさが全て等しかったため近くの物については各点の間隔が広がり、そこに物があるのか無いのか、或いはどのような形状をしているか、等が直感的に把握できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１４１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、点群データを視点座標からの距離の遠近にかかわらず物体の形状や存否を直感的に把握しやすく表示できる３次元データ表示装置、３次元データ表示方法、及び３次元データ表示プログラムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、観測点ごとに格納する記憶部と、別途入力される視点座標から点群データを構成する各点までのユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させる制御部と、を備える３次元データ表示装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】３次元データ表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】点群データファイルのデータ構造を示す図である。
【図３】設定ファイルのデータ構成を示す図である。
【図４】間引かずに合成した場合の合成後の点群データファイルの内容を示す図である。
【図５】間引いてから合成した場合の合成後の点群データファイルの内容を示す図である。
【図６】表示装置の制御部による動作を示すフローチャートである。
【図７】各点の視点座標からのユークリッド距離とサイズ値との関係を示す図である。
【図８】サイズ値と表示部に表示される点の形状の関係を示す図である。
【図９】物体が設置された室内をレーザースキャナによってスキャンする様子を示す図である。
【図１０】サイズ変更を行わない場合の図９のスキャナによって得られた点群データの表示装置における表示例を示す図である。
【図１１】サイズ変更を行った場合の図９のスキャナによって得られた点群データの表示装置における表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、３次元データ表示装置、３次元データ表示方法、及び３次元データ表示プログラムの一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
本実施形態の３次元データ表示装置は、観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、観測点ごとに格納する記憶部と、別途入力される視点座標から点群データを構成する各点までのユークリッド距離に基づいて、表示する図形の大きさを視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部に表示させる制御部と、を備える。
【００１３】
図１は、３次元データ表示装置（以下、表示装置１という。）の構成を示すブロック図である。図１に示すように、表示装置１は、演算装置であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）を含む制御部１０１と、メモリ、ハードディスクドライブなどの記憶装置を含む記憶部１０２と、ディスプレイ、タッチパネルなどの情報を表示する機器を含む表示部１０３と、キーボード、マウスなどの情報を入出力する入出力部１０４と、通信を行う通信部１０５と、を備える。
【００１４】
記憶部１０２は、レーザースキャナが設置される位置、すなわち観測の原点ごとに、レーザースキャナによって計測されたレーザー光の反射点の３次元ベクトルデータの集まりである点群データを格納する点群データファイル１０２Ａと、点群データの表示サイズを決定する際に用いる係数を格納する設定ファイル１０２Ｂと、を格納する。
【００１５】
記憶部１０２は３次元データ表示プログラムを格納し、制御部１０１は記憶部１０２から３次元データ表示プログラムを順次読み出して実行する。
【００１６】
なお、３次元データ表示プログラムは、光ディスク、半導体メモリ、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。また、３次元データ表示プログラムはサーバが備える記憶装置に格納され、ネットワークを通じてダウンロードすることにより頒布することができる。
【００１７】
頒布された３次元データ表示プログラムは通常のコンピュータにインストールして表示装置１を構成することもできる。
【００１８】
入出力部１０４は、表示装置１と一体に設けられていてもよいし、例えばＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｓｅｒｉａｌ  ｂｕｓ）などの通信部１０５を介して接続されてもよい。
【００１９】
表示装置１は、いわゆるパソコンを使用することができる。
【００２０】
表示装置１は通信部１０５を介してレーザースキャナ２と接続する。レーザースキャナ２は、パルス状のレーザー光線を照射する照射部と、照射されたレーザー光線の物体による反射光を検知する受光部と、照射部及び受光部を一定速度にて上下方向、すなわちＸ軸周りに回転させるエレベーション回転部と、照射部及び受光部を左右方向、すなわちＹ軸周りに回転させるアジマス回転部と、照射したレーザー光と受光した反射光の位相差に基づいて奥行き方向、すなわちＺ軸方向の距離を測定する奥行き測定部と、を備える。
【００２１】
レーザースキャナ２は反射したレーザー光を受光して反射部位の３次元空間内での位置を３次元ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）の集合である点群データとして出力する。
【００２２】
表示装置１はレーザースキャナ２が出力した点群データを点群データファイル１０２Ａに格納する。
【００２３】
図２は、点群データファイル１０２Ａのデータ構造を示す図である。図２に示すように、点群データファイル１０２Ａは、観測点ごとに固有に割り当てられる「ファイル名」と、観測点の位置を表す「原点座標」と、原点座標ごとに観測されたレーザー光の反射点の３次元ベクトルデータの集まりである点群データと、を格納する。
【００２４】
点群データファイル１０２Ａに格納される各データの例は、ファイル名が「ＤＡＴＡ０１」、原点座標が「（１００，１００，１００）」、点群データが「５０３，１２５１，９０２」である。
【００２５】
ここで、観測する対象に対して一意に設けられる座標を基準座標とする。原点座標は、基準座標における３次元ベクトルによって表される。
【００２６】
図３は、設定ファイル１０２Ｂのデータ構成を示す図である。図３に示すように、設定ファイル１０２Ｂは、点群データの表示サイズを決定する際に用いる係数を格納する。「係数」の例は、「２」である。この係数を操作することにより点群データの表示サイズのサイズ値の変化率を変更することができる。
【００２７】
図４は、間引かずに合成した場合の合成後の点群データファイルの内容を示す図である。図４においては、原点座標が（１００，１００，１００）の点群データと、原点座標が（３００，１００，１００）の点群データと、を合成する例を示す。
【００２８】
図４に示すように、表示装置１はまず点群データを原点座標に基づいて基準座標に一次変換する。例えば表示装置１は、点（５０３，１２５１,９０２）は原点座標が（１００，１００，１００）であるため、基準座標における（６０３，１３５１,１００２）に一次変換する。
【００２９】
次に、各点の３次元ベクトルにその３次元ベクトルが観測された原点座標が付加される。例えば、原点座標が（１００，１００，１００）であり、ある点の一次変換後の３次元ベクトルが（６０３，１３５１,１００２）とすると、付加後の点群データは（（１００，１００，１００），（６０３，１３５１,１００２））となる。従って、付加後の点群データは各点がどの観測点において観測された点なのかを保持していることとなる。
【００３０】
最後に、表示装置１は、原点座標が（１００，１００，１００）の点群データと、原点座標が（３００，１００，１００）の点群データと、を一つのファイルに結合、すなわちマージし、３次元ベクトルの座標によってソートする。
【００３１】
このように、表示装置１は、点群データを基準座標へ一次変換し、原点座標を付加し、マージすることにより点群データを合成する。
【００３２】
図５は、間引いてから合成した場合の合成後の点群データファイルの内容を示す図である。図５において、ハッチングを施してあるのは間引かれた点群データを示す。
【００３３】
図５に示すように、表示装置１は、間引く割合が原点座標ごとに略同じ割合になるように間引くことが望ましい。例えば、４つの観測点の点群データを合成した後に間引く場合、各観測点のデータをそれぞれ１／４になるように間引く。
【００３４】
図５においては、原点座標が（１００，１００，１００）の点群データと、原点座標が（３００，１００，１００）の点群データとを交互に間引いた結果を示している。
【００３５】
図６は、表示装置１の制御部１０１による動作を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップ４０１において、表示装置１は設定ファイル１０２Ｂから係数を読み込む。
【００３６】
ステップ４０２において、表示装置１は入出力部１０４から視点座標を入力する。視点座標は３次元ベクトルの形により入力される。
【００３７】
ステップ４０３において、表示装置１は点群データファイルから点群データを読み込む。この際、表示装置１は、複数の観測点から観測された点群データを読み込むこともできる。表示装置１は、複数の観測点から観測された点群データを読み込む場合、点群データを観測点ごとに間引く割合が同じになるようにそれぞれ間引き、その後点群データを基準座標へ一次変換し、原点座標を付加し、マージすることにより点群データを合成する。
【００３８】
ステップ４０４において、表示装置１は点群データを構成する各点の座標と視点座標とのユークリッド距離ｄを計算し、各点ごとに計算したユークリッド距離ｄをメモリに格納する。
【００３９】
ステップ４０５において、表示装置１は視点座標からの距離であるユークリッド距離ｄに基づいて表示部１０３に表示する点の大きさを変更するためのサイズ値を算出する。
【００４０】
具体的には、以下の（１）式によりサイズ値を計算する。
【００４１】
サイズ値＝ＩＮＴ（ｃ×ｄ−１）・・・（１）
ここで、ＩＮＴは引数の整数部分を返す関数、ｃは係数、ｄは各点の視点座標からのユークリッド距離である。
【００４２】
ステップ４０６において、表示装置１は点群データを視点座標から見た遠近法に基づいて座標を変換し、変換した座標にサイズ値に対応する大きさの図形によって各点を表示部１０３に表示させる。
【００４３】
具体的には、表示装置１は視点座標を始点とし、各点を終点とするベクトルを２次元平面に変換して各点の２次元平面上における各点の座標を求め、変換した座標にサイズ値に対応する大きさの図形を表示させる。
【００４４】
図７は、各点の視点座標からのユークリッド距離とサイズ値との関係を示す図である。図７に示すように、視点座標から物体までの距離は連続値であるが、表示部１０３に表示できる大きさは非連続にしか変化させることができないため、上記（１）式によってサイズ値は距離に対して非線形となる。
【００４５】
図８は、サイズ値と表示部１０３に表示される点の形状の関係を示す図である。図８に示すように、形状が矩形の矩形タイプでは、サイズ値が１大きくなるごとに正方形の１辺の長さを１ずつ大きくした形状が採用される。
【００４６】
形状を円形に近づけた円形タイプでは、矩形タイプの形状をより円に近づけるように一部を切欠いた形状が採用される。
【００４７】
表示装置１は、矩形タイプと円形タイプとのいずれかを入出力部１０４から入力された指示に基づいて選択することができる。
【００４８】
図９は、物体が設置された室内をレーザースキャナ２によってスキャンする様子を示す図である。図９に示すように、レーザースキャナ２によって室内の２つの物体をスキャンすることを例に以下説明する。
【００４９】
図１０は、サイズ変更を行わない場合の図９のレーザースキャナ２によって得られた点群データの表示部１０３における表示例を示す図である。図１０においては、壁、天井、床の点群の表示は省略してある。
【００５０】
図１０に示すように、近くの物体ほど各点間の間隔が広くなり、物体の形状や存否が直感的に把握しづらい。
【００５１】
図１１は、サイズ変更を行った場合の図７のレーザースキャナ２によって得られた点群データの表示部１０３における表示例を示す図である。図１１においては、壁、天井、床の点群の表示は省略してある。
【００５２】
図１１に示すように、サイズ変更を行った場合、近くの物体も形状及び物体の存否が直感的に把握しやすくなる。
【００５３】
図１０及び図１１においては、説明のため各点に比較的大きな点を図示した。実際の表示装置１においては、各点の最小サイズは、表示部１０３が表示できる１つの図形の最小サイズとなるため、より滑らかに表示される。
【００５４】
なお、視点座標からのユークリッド距離ｄが大きい場合、点群データを２次元座標に変換すると点が詰まりすぎて表示される場合がある。このような場合には、表示装置１はサイズ変更処理に加え、ユークリッド距離ｄに応じて視点座標からの距離が遠いほど大きい割合で点群データを間引く間引き処理を行ってもよい。
【００５５】
この間引き処理により、非常に遠くの物体もより的確に、すなわち形状をよりはっきりと表示することが可能となる。
【００５６】
間引き率は例えば以下の（２）式によって計算される。
【００５７】
間引き率Ｒ＝ＩＮＴ（ｅ×ｄ−１）・・・（２）
ここで、ＩＮＴは引数の整数部分を返す関数、ｅは係数、ｄは各点の視点座標からのユークリッド距離である。係数ｅを操作することにより点群データの間引き率Ｒの変化率を変更することができる。
【００５８】
この場合表示装置１は、ユークリッド距離ｄが閾値以上の場合、間引き率Ｒに基づいて、点Ｒ個に１個の割合で点群データから点を間引く。
【００５９】
以上述べたように、本実施形態の表示装置１は、観測点から照射されるレーザー光が反射された位置の３次元ベクトルから構成される点群データを、観測点ごとに格納する記憶部と、入出力部１０４から入力された視点座標からの点群データを構成する各点までのユークリッド距離ｄに基づいて、表示する図形の大きさを視点座標に近くなるほど大きくなるように変更して画像を表示する表示部１０３に表示させる制御部１０１と、を備える。
【００６０】
従って、点群データを視点座標からの距離の遠近にかかわらず物体の形状や存否を直感的に把握しやすく表示できるという効果がある。
【００６１】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１：３次元データ表示装置
２：レーザースキャナ
１０１：制御部
１０２：記憶部
１０２Ａ：点群データファイル
１０２Ｂ：設定ファイル
１０３：表示部
【図１】
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【図２】
2015210670.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015210670.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015210670.tif 000008
【図７】
2015210670.tif 000009
【図８】
2015210670.tif 000010
【図９】
2015210670.tif 000011
【図１０】
2015210670.tif 000012
【図１１】
2015210670.tif 000013