(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ計測により取得されたレーザ計測点の位置座標を用いて、計測対象物の３次元モデルを作成するプログラムにおいて、
計測点の位置座標は、第１軸、第２軸、及び第３軸からなる３次元座標系で規定される座標であり、
前記レーザ計測点の位置座標を読み出す計測点読み出し処理と、
前記３次元座標系の３軸のうち、いずれか１軸と直交する複数の面を構成断面として設定する構成断面設定処理と、
それぞれの前記構成断面の近傍にある計測点を抽出するとともに、抽出された計測点を当該構成断面に係るセグメント点群として設定するセグメント点群設定処理と、
前記セグメント点群に基づいて、前記構成断面ごとに１又は２以上のラインデータを生成するラインデータ生成処理と、
複数の前記ラインデータに基づいて、該計測対象物の３次元モデルを作成するモデル作成処理と、をコンピュータに実行させる機能を備え、
前記ラインデータ生成処理は、前記セグメント点群のうち１の計測点を起点とし、該起点から順に最近点をライン構成点として抽出していくとともに、該ライン構成点を連結することで前記ラインデータを生成し、
前記ライン構成点の抽出は、既にライン構成点として抽出された計測点を除く前記セグメント点群を対象として実行される、
ことを特徴とする３次元モデル作成プログラム。
【請求項２】
レーザ計測により取得されたレーザ計測点の位置座標を用いて、計測対象物の３次元モデルを作成するプログラムにおいて、
計測点の位置座標は、第１軸、第２軸、及び第３軸からなる３次元座標系で規定される座標であり、
前記レーザ計測点の位置座標を読み出す計測点読み出し処理と、
前記３次元座標系の３軸のうち２又は３軸を選出し、選出されたそれぞれの軸と直交する複数の面を構成断面として設定する構成断面設定処理と、
それぞれの前記構成断面の近傍にある計測点を抽出するとともに、抽出された計測点を当該構成断面に係るセグメント点群として設定するセグメント点群設定処理と、
前記セグメント点群に基づいて、前記構成断面ごとに１又は２以上のラインデータを生成するラインデータ生成処理と、
異なる２又は３方向に配置された複数の前記ラインデータに基づいて、該計測対象物の３次元モデルを作成するモデル作成処理と、
をコンピュータに実行させる機能を備えた、ことを特徴とする３次元モデル作成プログラム。
【請求項３】
前記ラインデータ生成処理は、前記セグメント点群のうち１の計測点を起点とし、該起点から順に最近点をライン構成点として抽出していくとともに、該ライン構成点を連結することで前記ラインデータを生成し、
前記ライン構成点の抽出は、既にライン構成点として抽出された計測点を除く前記セグメント点群を対象として実行される、
ことを特徴とする請求項２記載の３次元モデル作成プログラム。
【請求項４】
前記ラインデータ生成処理は、前記セグメント点群から計算される回帰直線に基づいて前記ラインデータを生成する、
ことを特徴とする請求項２記載の３次元モデル作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、地物等の３次元モデルを作成する技術であり、より具体的には、レーザ計測によって得られた計測点群から生成したラインデータに基づいてモデル作成する３次元モデル作成プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用するのが一般的であったが、昨今では航空レーザ計測も多用されるようになった。さらに、地上にレーザ計測器（以下、「レーザスキャナ」という。）を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。
【０００３】
航空レーザ計測は、計測したい地形の上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの測位計とＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）などの慣性計測装置が搭載されているので、レーザパルスの照射位置（ｘ，ｙ，ｚ）と照射姿勢（ω，φ，κ）を把握することができ、その結果、照射時刻と受信時刻の時間差から計測点（レーザパルスが反射した地点）の３次元座標を得ることができる。
【０００４】
一方、地上型レーザ計測は、これまで地上計測の主流であったトータルステーションと同様、既地点上に水平姿勢でレーザスキャナを設置し、計測対象に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測する。このとき、鉛直面内で照射方向を変えながら（つまり首を振りながら）、しかも水平回転（鉛直軸周り回転）しながら照射するため、レーザスキャナの設置周辺のあらゆる地物（計測対象）を一度に計測することができる。また、レーザが到達して反射することができる場所までは計測可能であるから、その計測範囲は半径１ｋｍ程度と極めて広い。加えて、一般的なレーザスキャナのスキャンレートは毎秒１万〜５万点であり、高密度な地物計測点群を取得することができる。
【０００５】
このように多くの特長をもつ地上型レーザ計測は、様々なところで利用される傾向にあり、例えば特許文献１では落石や土石流のおそれがある斜面を遠方監視するために地上型レーザ計測を利用する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−８３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで地上型レーザ計測は、航空レーザ計測とは異なり、ＩＭＵなどの慣性計測装置はほとんどの場合用いることがない。これは、レーザスキャナを水平姿勢で固定して設置できるためであり、照射方向は機械的に演算処理できるからである。しかしながら、照射する鉛直角度（つまり仰角）は計算できるものの、照射する方位（いわば北を基準とする絶対的な水平角）は、何らかの情報を与えない限り計算で求めることはできない。言い換えれば、Ｘ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる３次元座標軸のうち、水平面が把握できることからＺ軸は特定できるが、水平面内におけるＸ軸―Ｙ軸の向きは特定できないわけである。
【０００８】
そこで従来では、レーザスキャナの設置位置をあらかじめ取得しておき、さらに目印となる標点を利用することでＸ軸―Ｙ軸の向きを特定することとしていた。具体的には、レーザ計測によって自動認識できる標点をあらかじめ設置しておき、レーザ計測で得られた計測点群の中からこの標点を自動抽出する。もちろん標点の位置座標は事前に測量しておき、３点以上の標点の既知座標とレーザスキャナ位置の既知座標によってヘルマート変換を行い、水平面座標系（Ｘ軸―Ｙ軸）を特定するわけである。なお図１２は、レーザ計測で自動認識できる標点の例を示すモデル図であり、（ａ）は市松模様の標点を、（ｂ）は半径Ｒが既知の球形標点を示している。市松模様の標点は、黒と白で極端に反射強度が異なることを利用したものであり、球形標点は、特殊形状である球面は半径が既知であれば認識できることを利用したものである。
【０００９】
しかしながら、このような特殊な標点を利用するためにはその製作や維持にコストが掛かる上、標点の設置及び測量が必要となり、この手間が計測コストを相当に押し上げていた。特に標点の設置に関しては、設置場所の選定や固定の方法など計測現場ごとに検討しなければならず、事前の現地調査を含め計測コストに大きな影響を与えていた。
【００１０】
一方、レーザ計測で取得された点群は、地物ごとにその形状を再現するため３次元でモデル化されることがある。ところが、既述のとおりレーザスキャナのスキャンレートは著しく高速であるため、夥しい数の計測点が取得されることになる。すなわち、この膨大な計測点の中から、しかも計測点が主に３次元座標の情報しか具備しない条件下で、地物の３次元モデルを作成することは容易ではなく、自動計算で行うには相当な時間を要しているのが現状である。
【００１１】
本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわちレーザ計測で得られた大量の計測点群を効率的にモデル化することによって、地物の３次元モデル化に当たって従来よりも計算コストを軽減することができる３次元モデル作成プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明は、３次元座標系を構成する３軸のうち任意の１軸を選定し、当該１軸と直交する複数の構成断面を設定するとともに、この構成断面を利用してラインデータを生成し、複数のラインデータによって地物の３次元モデルを作成するという点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。
【００１３】
本願発明の３次元モデル作成プログラムは、レーザ計測により取得されたレーザ計測点の位置座標を用いて、計測対象物の３次元モデルを作成するプログラムであり、計測点読み出し処理と、構成断面設定処理、セグメント点群設定処理、ラインデータ生成処理、モデル作成処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。なお計測点の位置座標は、第１軸、第２軸、及び第３軸からなる３次元座標系で規定される座標である。計測点読み出し処理は、レーザ計測点の位置座標を読み出す処理であり、構成断面設定処理は、３次元座標系の３軸のうちいずれか１軸と直交する複数の面を構成断面として設定する処理である。セグメント点群設定処理は、それぞれの構成断面の近傍にある計測点を抽出し、これらをその構成断面に係るセグメント点群として設定する処理であり、ラインデータ生成処理は、セグメント点群に基づいて構成断面ごとに１又は２以上のラインデータを生成する処理である。そしてモデル作成処理は、複数のラインデータに基づいて、この計測対象物の３次元モデルを作成する処理である。
【００１４】
本願発明の３次元モデル作成プログラムは、ラインデータ生成処理を次のような処理とすることもできる。すなわちラインデータ生成処理は、セグメント点群のうち１の計測点を起点とし、この起点から順に最近点をライン構成点として順次抽出していくとともに、これらライン構成点を連結することでラインデータを生成する。この場合、ライン構成点の抽出は、既にライン構成点として抽出された計測点を除くセグメント点群を対象として実行される。
【００１５】
本願発明の３次元モデル作成プログラムは、ラインデータ生成処理を次のような処理とすることもできる。すなわちラインデータ生成処理は、セグメント点群から計算される回帰直線に基づいてラインデータを生成する。
【００１６】
本願発明の３次元モデル作成プログラムは、構成断面設定処を次のような処理とすることもできる。すなわち構成断面設定処は、３次元座標系の３軸のうち２又は３軸を選出し、選出されたそれぞれの軸と直交する複数の面を構成断面として設定する。この場合、モデル作成処理は、異なる２又は３方向に配置されたラインデータに基づいて計測対象物の３次元モデルを作成する。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明の３次元モデル作成プログラムには、次のような効果がある。
（１）あらかじめラインデータを生成した上で３次元モデルを作成することから、大量の点郡を直接処理する必要がなく、モデル作成のための処理時間を大幅に短縮することができる。
（２）ラインデータを生成する際、既に選択された計測点をセグメント点群から除いていくことでその生成処理が加速度的に高速となり、その結果、モデル作成のための処理時間をさらに短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本願発明のうちの計測段階の主な処理の流れを示すフロー図。
【図２】ビルの角部に設定された方位点を示すモデル図。
【図３】（ａ）は２面が入隅状に直交する標識の平面図、（ｂ）はこの標識の正面図、（ｃ）はこの標識の斜視図。
【図４】２直線付近に点在する参照点群を示す平面図。
【図５】基準点（あるいはレーザスキャナ計測中心）を座標原点とする暫定座標系のＸ−Ｙに、配置された算出方位点と変換方位点を示すモデル図。
【図６】本願発明のうちのモデル化段階の主な処理の流れを示すフロー図。
【図７】３軸からなる確定座標系に配置された計測点群と構成断面を示すモデル図。
【図８】３軸からなる確定座標系に配置されたセグメント点群と構成断面を示すモデル図。
【図９】セグメント点群に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図。
【図１０】（ａ）はＺ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図、（ｂ）はそのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図。
【図１１】（ａ）はＹ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図、（ｂ）はそのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図。
【図１２】（ａ）はレーザ計測で自動認識できる市松模様の標点を示すモデル図、（ｂ）はレーザ計測で自動認識できる半径既知の球形標点を示すモデル図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明の３次元モデル作成プログラムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。
【００２０】
なお本願発明は、大きく２つの段階に分けられる。１つは、現地で計測を行いそのデータを基に座標計算する「計測段階」、もう１つは、計測段階で得られた座標を基に地物の３次元モデルを作成する「モデル化段階」である。以下、計測段階とモデル化段階について順を追って説明する。
【００２１】
１．計測段階
図１は、本願発明のうちの計測段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明の計測段階について説明する。
【００２２】
（既知点の設置）
はじめに、基準点を設置し（Ｓｔｅｐ１０）、方位点を設定する（Ｓｔｅｐ２０）。基準点はレーザスキャナを設置する点であり、目的とする対象物をレーザ計測するのに都合がよい地点に設置される。一方、方位点は後述するように座標系を確定させるためのものであり、本願発明のため新たに設置することもできるし、既存の構造物等を利用して設定することもできる。基準点と方位点は、それぞれ位置座標を既知とする必要があり、トータルステーションや衛星観測システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）といった従来手法により事前に測量しておく。なお、ここで得られる基準点と方位点の位置座標は、平面座標値と高さからなる３次元座標であり、平面座標値とは緯度と経度あるいは直交座標系（Ｘ座標，Ｙ座標）で表されるものであって、高さとは標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。
【００２３】
図２は、ビルの角部に設定された方位点を示すモデル図である。この図に示すように方位点は、既設構造物を利用して設定することができる。また、略直交（直交含む）する２面（図２では壁面）が交差する直線上に設定するとよい。なお、図２では２面交差の直線（線分）のうち最上端に方位点を設定しているが、もちろん最下端に設定しても、中間部に設定してもよい。
【００２４】
さらに図２のような出隅状の２面交差に限らず、入隅状の２面直交の直線上に設定することもできる。図３は、２面が入隅状に直交する標識１０であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図である。この図に示す標識１０を適切な位置に設置し、２面交差の直線上に方位点を設定することもできる。
【００２５】
（計測）
基準点の設置（Ｓｔｅｐ１０）や、方位点の設定（Ｓｔｅｐ２０）といった準備が整うと、実際に計測を行う。まず、トランシットやトータルステーションと同様、三脚を利用して水平姿勢を保ちながら、基準点に地上型レーザ計測用のレーザスキャナ（以下、「地上型レーザスキャナ」という。）を設置する（Ｓｔｅｐ３０）。このとき、基準点からレーザスキャナ計測中心までの高さ（以下、「機械高」という。）を測っておく。そして地上型レーザスキャナにより、レーザ計測を開始する（Ｓｔｅｐ４０）。既述のとおり地上型レーザスキャナは、鉛直面内（つまり水平軸周り）で回転して照射方向を変えながら、しかも水平面内（つまり鉛直軸周り）にも回転しながらレーザパルスを照射する。
【００２６】
一方で、基準点を中心とした方位（例えば北）を、コンパス等を利用して計測する（Ｓｔｅｐ５０）。このときの方位は、正確な計測による必要はなく、概略の方位が把握できればよい。したがって、地上型レーザスキャナに内蔵されたセンサ（電子コンパス等）によって得られる概略の方位を用いることもできる。
【００２７】
（暫定座標系と暫定座標）
基準点を中心とした方位が把握できると、基準点を基準とする３次元の座標系を設定する（Ｓｔｅｐ６０）。例えば、基準点を座標原点とし、南北方向、東西方向、鉛直方向を３軸とする座標系を設定する。あるいはレーザスキャナ計測中心を座標原点とする座標系を設定してもよい。この暫定座標系の設定も、地上型レーザスキャナが内蔵する計算機で処理することができる。なお、得られた方位は概略の値であることから、ここで設定される座標系は「暫定座標系」ということとする。
【００２８】
レーザパルスの反射信号を受けた地上型レーザスキャナは、設定された暫定座標系に基づいて、レーザパルスの照射点（反射点）の位置座標を計算する（Ｓｔｅｐ７０）。ここで求めた位置座標は暫定座標系上のものであることから、「暫定座標」ということとする。
【００２９】
ここまでの処理（Ｓｔｅｐ１０〜Ｓｔｅｐ７０）はレーザ計測を行う現地でのものであり、ここから説明する処理は主にコンピュータを使用することから事務所など屋内で行うことができる。もちろん、現地にて引き続き処理してもよい。
【００３０】
（フィルタリングと参照点群）
計測点群の暫定座標に基づいて方位点を算出するため、まずは参照点群を抽出する（Ｓｔｅｐ８０）。レーザ計測で得られた多数の計測点をすべて使用して方位点を求めると、相当の計算時間を要することとなる。そこで、多数の計測点のうち方位点算出に役立つもの、すなわち方位点周辺の計測点を「参照点群」として選出し、限られた数の計測点によって方位点を求めることで、計算時間の短縮を図るわけである。
【００３１】
計測点群から参照点群を抽出するということは、言い換えれば計測点群から不要な計測点をふるい落とす（間引く）ことであり、ここではこの処理をフィルタリングということとする。本願発明では、比高差フィルタリングと、距離フィルタリング、方位フィルタリングの３種類のフィルタリングが用意される。以下、それぞれ詳しく説明する。
【００３２】
比高差フィルタリングは、暫定座標が所定高さである計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であり、機械高も得られていることから、暫定座標系における方位点の高さ（Ｚ軸座標）を計算することができる。例えば、レーザスキャナ計測中心を暫定座標系の座標原点とした場合、既知座標に基づいて求められる基準点と方位点の比高差から、機械高を減じた値が、暫定座標系における方位点の高さとなる。したがって、暫定座標系における方位点の高さ周辺にある計測点、例えば標高閾値内にある計測点（最も高い標高と最も低い標高の間など）を抽出することができる。
【００３３】
距離フィルタリングは、基準点から所定距離にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点間の距離を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点（例えば座標原点）から所定距離にある計測点を抽出することができる。この所定距離は、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲（バッファ）を持って設定するとよい。
【００３４】
方位フィルタリングは、基準点から所定方向にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点を結んだ方向（ベクトル）を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点（例えば座標原点）から所定方向にある計測点を抽出することができる。この所定方向も、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲（バッファ）を持って設定するとよい。
【００３５】
３種類のフィルタリングを行うにあたってはどの順を選択してもよいが、フィルタリングで残された計測点を対象として次のフィルタリング処理を行うこととし、徐々に計測点を絞り込んでいく。例えば、計測点群に対して比高差フィルタリングを行って計測点を絞り込み、この絞り込まれた計測点を対象に距離フィルタリングが行われ、ここで抽出された計測点に対してさらに方位フィルタリングが行われ、参照点群が抽出される。
【００３６】
（暫定方位点座標の算出）
３種類のフィルタリングを経て抽出された参照点群は、概ね平面上に点在している。特に、図２や図３に示すように２面交差の直線上に方位点を設定した場合、計測点群（つまり参照点群）は２面のうちいずれかに反射することから、参照点群は概ね２つの直線付近に点在することとなる。図４は、２直線付近に点在する参照点群を示す平面図である。この２直線の交点が、つまり方位点の位置と考えられるわけである。
【００３７】
そこで、この２直線を設定し（Ｓｔｅｐ９０）、方位点として交点座標を求める（Ｓｔｅｐ１００）。具体的には、まず参照点群を２つのグループに分け、次にそれぞれのグループで回帰直線を求め、暫定座標系における直線式として算出される。暫定座標系上での２直線が特定できれば、この２直線の交点座標を計算し、暫定座標系上における方位点の座標（以下、「暫定方位点座標」という。）として求める。なお、ここで設定する２直線は３次元空間での直線式であるから、必ずしも交差するとは限らない。したがって、２直線がもっと近づく位置を交点とみなすとよい。あるいは、あらかじめ定めた平面（例えば水平面）上で、回帰直線を設定することとしてもよい。
【００３８】
（確定座標系と確定座標）
ところで、方位点は実際には絶対座標系（例えば世界測地系）における既知点であり、同じく絶対座標系における既知点である基準点との関係から、方位点を暫定座標系に配置することができる。つまり暫定座標系において、既述した２直線の交点から求める方位点（以下、便宜上「算出方位点」という。）と、基準点との関係から配置される方位点（以下、便宜上「変換方位点」という。）の２種類で方位点を表すことができる。本来、算出方位点と変換方位点は一致するはずであるが、方位を概略の値としたことから、あるいは計測誤差が原因で、両者は一致しない場合がある。
【００３９】
図５は、基準点（あるいはレーザスキャナ計測中心）を座標原点とする暫定座標系のＸ−Ｙに、配置された算出方位点と変換方位点を示すモデル図である。基準点から方位点に向かう方向（ベクトル）は、本来、基準点から変換方位点に向かうベクトルであるべきところ、基準点から算出方位点に向かうベクトルは異なる方向に向かっている。つまり、両者の方向の差から生じる回転角φが、正しい座標系と暫定座標系のずれであり、言い換えれば暫定座標系を回転角φだけ回転すると正しい座標系となる。したがって、暫定座標系を回転変換して正しい座標系（以下、「確定座標系」という。）を求め（Ｓｔｅｐ１１０）、この確定座標に基づいてレーザ計測で得られた計測点群の暫定座標の座標変換を行い、変換後の座標を「確定座標」として取得する（Ｓｔｅｐ１２０）。
【００４０】
なお既述のとおり地上型レーザ計測では、Ｘ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる３次元座標軸のうち、水平面が把握できることからＺ軸は特定できるが、水平面内におけるＸ軸―Ｙ軸の向きが特定できない。したがって、ここで行う座標系の変換は、水平面に配置される２軸（例えばＸ軸−Ｙ軸）のみを回転させる。つまり図５で求められる回転角φは、Ｘ座標とＹ座標のみを使用しており、Ｚ座標は用いていない。
【００４１】
また、図５から分かるように、算出方位点と変換方位点は、基準点からの方向が異なるだけではなく、基準点からの距離も異なる場合がある。つまり、座標系を変換するに当たっては、座標系の回転変換のみならず、ヘルマート変換やアフィン変換といった平面を変形する変換手法も考えられる。もちろんこのような変換手法を使用することもできるが、地上型レーザ計測の性質上、平面を変形しない単なる回転変換とする方が良い結果が得られる。
【００４２】
２．モデル化段階
図６は、本願発明のうちのモデル化段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明のモデル化段階について説明する。なお、モデル化段階の各処理はコンピュータを使用して実行されるものであり、ここで説明する処理は、具体的にはコンピュータに実行させるためのプログラムを構成する機能である。
【００４３】
（構成断面の設定）
はじめに、計測点群記憶手段から、ここで記憶されている計測点群とその確定座標を読み出す（Ｓｔｅｐ１３０）。ここで読み出した計測点群は、当然ながら３軸からなる確定座標系に配置することができる。ここでは便宜上、確定座標系の３軸を、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の場合で説明する。
【００４４】
本願発明では、モデル化を行うに当たって「構成断面」を設定する（Ｓｔｅｐ１４０）のが１つの特徴となっている。図７は、３軸からなる確定座標系に配置された計測点群と構成断面を示すモデル図である。なお、この図に示す計測点群は、例えば図２に示すようなオフィスビルをレーザ計測して得られたものである。図７に示すように構成断面は、座標軸（この図ではＺ軸）に直交する平面である。つまり構成断面は３方向で設定することができ、便宜上ここでは、Ｘ軸に直交する構成断面を「Ｘ軸構成断面」と、Ｙ軸に直交する構成断面を「Ｙ軸構成断面」、Ｚ軸に直交する構成断面を「Ｚ軸構成断面」ということとする。
【００４５】
構成断面は、１つの軸に対して２以上が設定される。例えば図７では、４つＺ軸構成断面が設定されている。なお、２以上の構成断面は、一定間隔で複数設定すると良いが、モデル化する対象に応じて不等間隔で２以上の構成断面を設定することもできる。またモデル化を行うに当たって、１種類（例えば、Ｚ軸構成断面のみ）の構成断面を設定することもできるが、２種類（例えば、Ｙ軸構成断面とＺ軸構成断面）の構成断面を設定することもできるし、３種類すべての構成断面を設定することもできる。
【００４６】
（セグメント点群）
構成断面が設定できると、次にセグメント点群を設定する（Ｓｔｅｐ１５０）。図８は、３軸からなる確定座標系に配置されセグメント点群と構成断面を示すモデル図である。この図に示すようにセグメント点群は、確定座標系に配置した計測点群のうち構成断面の周辺にあるものが抽出されて設定される。具体的には、構成断面から閾値距離以内にある計測点を抽出してセグメント点群を設定する。したがって、それぞれの構成断面でセグメント点群は設定され、言い換えれば、セグメント点群と構成断面は紐付けられているわけである。
【００４７】
（ラインデータ）
セグメント点群が設定できると、ラインデータを生成する（Ｓｔｅｐ１６０）。図９は、セグメント点群に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図である。本願発明は、計測対象物の外周線を「ラインデータ」として求め、複数のラインデータから構成される３次元形状を計測対象物の３次元モデルとすることを特徴としている。図８に示すセグメント点群は、ある程度、計測対象物の輪郭は想定できるものの、３次モデルを作成できるほどシャープではない。そこで、セグメント点群に基づくラインデータを生成するわけである。
【００４８】
ラインデータは、平面（例えば構成断面）上に配置される複数の線分で形成されるデータであり、セグメント点群に基づいて生成される。したがって、セグメント点群ごとにラインデータは生成され、つまりラインデータも構成断面は紐付けられている。ラインデータは、いくつかの手法で生成することができる。例えば、セグメント点群のうち任意の１点を「起点」として指定し、その周辺（例えば最も近い点）の点を「ライン構成点」として抽出して連結し、これを繰り返し行うことでラインデータを生成することができる。このとき、起点から連結していく方向をあらかじめ定めておくこともできる。また、起点の指定は、オペレータ操作によって行うこともできるし、あらかじめ定めたルール（例えばＸ座標最小値など）にしたがって自動的に指定することもできる。
【００４９】
また、セグメント点群をあらかじめ構成断面上に投影したうえで、ラインデータを生成することができる。具体的には、構成断面上に投影された計測点群（以下、単に「投影点」という。）のうち任意の１点を「起点」として指定し、その周辺の点をライン構成点としていく。この場合、ライン構成点として選出された投影点は、次のライン構成点を選出する当投影点からは除くと良い。つまり、順次ライン構成点を減じていき、徐々にライン構成点の選出時間を短縮するわけである。
【００５０】
起点から順次連結していきながらラインデータを生成する手法に変えて、セグメント点群の配置形状から所定のラインを推定することでラインデータを生成することもできる。この場合、従来から用いられているハフ変換といった変換処理技術を採用することができる。またこの場合も、計測点群が構成断面上に投影された投影点の配置形状からでラインデータを生成することもできる。
【００５１】
（３次元モデル）
ラインデータが生成できると、計測対象物の３次元モデルを作成する。まずは、複数のラインデータを重ね合わせるように配置し（Ｓｔｅｐ１７０）、そこから複数の外形面を推定し（Ｓｔｅｐ１８０）、さらにこの外形面に基づいて３次元モデルを作成する（Ｓｔｅｐ１９０）。
【００５２】
ところで、既述のとおりセグメント点群は構成断面ごとに設定され、ラインデータはりセグメント点群ごとに生成される。つまり、ラインデータは、構成断面の数だけ生成されるわけである。また構成断面は、３種類すべて（つまり３軸に対して）の設定することもできるし、１種類のみ設定できると述べた。したがって、ラインデータもＺ軸に直交するものだけが生成されることもあるし、３軸すべてに直交するラインデータ（つまり３軸方向のラインデータ）が生成されることもある。図１０（ａ）は、Ｚ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図１０（ｂ）は、そのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図である。一方、図１１（ａ）は、Ｙ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図１１（ｂ）は、そのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図である。
【００５３】
図１０（ｂ）や図１１（Ｂ）に示すように、複数のラインデータは所定位置（例えば、構成断面の位置）に配置され、複数のラインデータによっていくつかの「面」が設定され、この面に基づいて計測対象物の３次元モデルが作成される。もちろん、図１０や図１１のように、１種類の構成断面からなるラインデータで３次元モデルを作成することもできるし、２種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできるし、３種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本願発明の３次元モデル作成プログラムは、地上型レーザ計測により計測された地物や、航空レーザ計測により計測された地形のモデル化で利用することができる。また、屋外にある対象物のほか、屋内の対象物を３次元モデル化する際にも利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０    標識
【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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