(57)【要約】【課題】定形体群の立体的な配置を高精度に把握することができ、これにより定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行える定形体群の立体配置状況解析方法を提供する。【解決手段】定形体群へ測定波を発し、３次元多点群と多数の３次元ポイントデータとを取得し、次に、３次元多点群を構成する３次元ポイントデータの中から定形体と推定される領域を順次抽出し、その後、あらかじめ取得した３次元定形体モデルを、抽出した定形体の推定領域に、画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する。全挿入後、定形体群の３次元ＣＧを３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイに立体表示するので、定形体群の立体的な配置を測定誤差の影響を小さくして高精度に把握でき、定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行える。【選択図】図１
2013012095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の定形体からなる定形体群に測定波を発射して３次元多点群を収集することで前記定形体群の３次元形状を測定することにより、前記３次元多点群を構成する多数の点のＸ，Ｙ，Ｚ軸上での３次元ポイントデータを取得し、
次に、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、前記定形体と推定される領域を順次抽出し、
その後、抽出した全ての前記定形体と推定される領域に、あらかじめ取得した前記定形体をモデル化した３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを、それぞれ画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入して行き、
前記全ての定形体と推定される領域に前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータが挿入された前記定形体群の３次元ＣＧデータに基づき、前記定形体群の立体的な配置状況を解析する定形体群の立体配置状況解析方法。
【請求項２】
前記定形体群の測定には、前記３次元多点群データが取得可能な３次元計測機を使用する請求項１に記載の定形体群の立体配置状況解析方法。
【請求項３】
前記定形体群の３次元ＣＧおよび前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧは、前記３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換したものである請求項１または請求項２に記載の定形体群の立体配置状況解析方法。
【請求項４】
前記３次元多点群の３次元ポイントデータの取得後、該３次元ポイントデータに基づき、３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面に前記定形体群のＣＧを立体表示し、
前記定形体と推定される領域の抽出、および、前記３次元定形体モデルの前記定形体と推定される領域への挿入は、前記３Ｄディスプレイまたは前記２Ｄディスプレイの画面上でのコンピュータグラフィックス処理における手動操作によってそれぞれ行われる請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の定形体群の立体配置状況解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は定形体群の立体配置状況解析方法、詳しくは定型体群を構成する複数の定型体の配置状態を３次元的に把握可能な定形体群の立体配置状況解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
港湾では、防波堤に沿って四脚ブロック、六脚ブロックなどの消波ブロック（定形体）を多数据え付けて消波ブロック群（定形体群）を築き上げ、波のエネルギーを減衰させて防波堤を保護することが行われている。このような護岸工事がなされた港湾施設の劣化状況を詳細に点検し、その健全度を評価する検討基礎資料として消波ブロック群の施工箇所の調査が行われている。
この調査を簡略化し、かつ消波ブロック群の施工箇所の健全度評価を容易とする技術として、例えば特許文献１の「消波ブロックの状態計測方法」が知られている。
【０００３】
特許文献１の計測方法では、まず、消波ブロック群を上方の位置からカメラにより撮像した２次元の写真画像データを第１記録装置に格納し、あらかじめ第２記録装置に消波ブロックの寸法、形状の画像データを格納しておく。その後、第２記録装置から読み出した画像データをデータ変形制御部により変形し、変形データと第１記録装置から読出した画像データとを比較照合装置により比較して一致するか否かを判断し、一致しない場合には次のデータ変形制御を行うように帰還信号をデータ変形制御部に送り、その結果を比較照合するという比較と照合のプロセスとを繰り返す。そして、一致した場合のデータ変形制御部の変形データにより、個々の消波ブロックについて、カメラから消波ブロックの中心までの距離と、稜線が向いている方向とを求めるというものである。これにより、築き上げた消波ブロック群だけでなく、個々の消波ブロックについても、正確な測定値が得られると記載されている。
【０００４】
なお、特許文献１の実施例に記載があるように、第２記録装置に格納した消波ブロックの画像データは、モデル化した３次元形状の消波ブロック（３次元定形体モデル）の画像データであって、かつデータ変形制御部による変形計算が容易となるように、ワイヤフレームデータ形式に則ったものが記憶されている。これは、実質、３次元形状の消波ブロックを、写真画像に表れる脚の先端であるＸ，Ｙ，Ｚ軸上の３点（３次元ポイントデータ）で表示することを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８７００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された消波ブロックの状態計測方法では、このように消波ブロック群を構成する２次元形状の多数の消波ブロックと、３次元形状の消波ブロックのモデルとを、実質、３点でそれぞれ記憶し、その後、３次元形状の消波ブロックをデータ変形制御部により変形しながら、その変形データと、抽出された消波ブロックの２次元画像データとを比較照合装置を使用して２次元の平面上で対比し、一致するか否かを判断していた。しかしながら、このような３点照合法ともいうべき方法による両消波ブロックの位置合わせの信頼性は低く、大きな照合誤差が発生していた。
【０００７】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、近年、測定機器の低価格化および高精度化に伴い飛躍的に普及している３次元計測機、殊に、地上物を３次元測定する３Ｄプロファイラー、水中物を３次元測定するマルチビーム測深機に着目した。これらの計測機器は、被測定物に向かってレーザビームまたは音波を発し、被測定物を３次元多点群（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上での点群）により立体表示するものである。そこで、３次元計測機を用いて取得した消波ブロック群の３次元多点群データと３次元形状の消波ブロックの３次元画像データとを対比照合すれば、従来法が採用した写真の画像データとモデル化した３次元形状の消波ブロックの３次元画像データとを対比照合する３点照合法の場合より画像データの照合精度が高まり、最終的に求める３次元形状の消波ブロックによって築き上げた消波ブロック群の３次元ＣＧも高精度なものが得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
この発明は、定形体群の立体的な配置を高精度に把握することができ、これにより定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる定形体群の立体配置状況解析方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、複数の定形体からなる定形体群に測定波を発射して３次元多点群を収集することで前記定形体群の３次元形状を測定することにより、前記３次元多点群を構成する多数の点のＸ，Ｙ，Ｚ軸上での３次元ポイントデータを取得し、次に、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、前記定形体と推定される領域を順次抽出し、その後、抽出した全ての前記定形体と推定される領域に、あらかじめ取得した前記定形体をモデル化した３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを、それぞれ画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入して行き、前記全ての定形体と推定される領域に前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータが挿入された前記定形体群の３次元ＣＧデータに基づき、前記定形体群の立体的な配置状況を解析する定形体群の立体配置状況解析方法である。
【００１０】
定形体としては、例えば四脚ブロック、六脚ブロック、八脚ブロックなどの消波ブロックを採用することができる。その他、法面被覆ブロック、自動車、コンテナ、異形ブロック、漁礁、建屋、配管、瓦、レンガ、ダンボール箱などでもよい。
定形体群としては、例えば海または河川の護岸用の消波ブロック群を採用することができる。その他、法面保護用の被覆工、自動車の駐車状況、コンテナの配置状況、建屋の建設状況、漁礁の設置、工場の配管設置状況、屋根の形状、レンガの壁などでもよい。
測定波としては、例えば赤外線レーザ、近赤外線レーザなどのレーザ光、超音波などを採用することができる。
３次元多点群とは、多数の点のみで表したものでも、これらの点を仮想線で結んだ三角形または四角形の格子により表現するポリゴン変換を施したものでもよい。
【００１１】
３次元多点群（３次元ポイントデータ群）を取得する３次元計測機としては、例えば３次元レーザースキャナ、３次元ソナーなどを採用することができる。その他、航空レーザースキャナ、移動体精密３次元計測システムなどでもよい。
３次元多点群の測定点数（測定点の密度）は、測定される定形体または定形体群の大きさ、形状などによってそれぞれ異なる。
「定形体と推定される領域」とは、定形体群を構成する３次元多点群のうち、３次元多点群を構成する点の分布（点在具合）から判断し、定形体を構成すると考えられる領域である。
定形体と推定される領域の抽出方法としては、例えば、コンピュータグラフィックス処理の自動抽出制御によりデータのみで抽出処理する方法を採用することができる。その他、キーボード、マウスなどの手動入力部を利用し、作業者が３Ｄディスプレイまたは２Ｄ（２次元）ディスプレイの画面上での３Ｄ画像を見ながら手動操作により抽出してもよい。
【００１２】
ここでいう「画像サイズを３次元的に一致させる」とは、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、抽出された定形体と推定される領域と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータとを対比する際に、抽出された定形体と推定される領域の画像サイズに、３次元定形体モデルの画像サイズを３次元的に（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の座標上で）一致させることをいう。
ここでいう「位置を３次元的に一致させる」とは、抽出された定形体と推定される領域と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータとを対比する際に、抽出された定形体と推定される領域のＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標上での位置と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータのＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標上での位置とを（略）一致させることをいう。
【００１３】
ここでいう「抽出した定形体と推定される領域に、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを挿入する」とは、例えば、コンピュータグラフィックス処理の自動挿入（嵌め込み）制御による挿入を採用することができる。その他、コンピュータグラフィックス処理のキーボード、マウスなどの手動入力部を利用し、作業者が３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面上での３Ｄ画像を見ながら手動操作により挿入（嵌め込む）方法などでもよい。
このような挿入操作は、定形体群の３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から抽出された「全ての定形体と推定される領域」に対して、順次行われる。
３Ｄディスプレイの種類は任意である。例えば、液晶シャッターメガネが必要なフレームシーケンシャル方式、液晶シャッターメガネが不要な偏光フィルム方式または裸眼で対応できるレンチキュラーレンズ方式のものなどを採用することができる。３Ｄディスプレイを採用すれば、３Ｄ画像がモニタの画面上から浮き出て見え、２Ｄディスプレイを採用した場合に比べて、定形体群の解析時の理解力を高める。
定形体群の立体配置状況の解析としては、例えば、施工の管理、検収経年的な変形状態の把握、災害時の変形状態の把握などのための定形体群の断面解析、時差比較解析などを採用することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記定形体群の測定には、前記３次元多点群データが取得可能な３次元計測機を使用する請求項１に記載の定形体群の立体配置状況解析方法である。
３次元計測機としては、例えば、３次元レーザースキャナ（陸上用）、３次元ソナー（水中用または海中用）などが挙げられる。その他、定形体を立体的な多点群として表示可能な計測機器でもよい。
３次元レーザースキャナとしては、例えば、オーストリアのリーグル社製の３Ｄイメージスキャナなどを採用することができる。また、３次元ソナーとしては、例えば、レソン社製、Ｒ２ｓｏｎｉｃ社製のワイドバンドマルチビーム測定機などを採用することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記定形体群の３次元ＣＧデータおよび前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータは、前記３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換したものである請求項１または請求項２に記載の定形体群の立体配置状況解析方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記３次元多点群の３次元ポイントデータの取得後、該３次元ポイントデータに基づき、３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面に前記定形体群のＣＧを立体表示し、前記定形体と推定される領域の抽出、および、前記３次元定形体モデルの前記定形体と推定される領域への挿入は、前記３Ｄディスプレイまたは前記２Ｄディスプレイの画面上でのコンピュータグラフィックス処理における手動操作によってそれぞれ行われる請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の定形体群の立体配置状況解析方法である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、定形体群に向かって測定波を発射することで、３次元多点群とそれを構成する多数の３次元ポイントデータとを取得し、次に、３次元多点群を構成する３次元ポイントデータの中から定形体と推定される領域を順次抽出し、その後、あらかじめ取得した３次元定形体モデルを、抽出した定形体と推定される領域に、それぞれ画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する。全ての挿入が終了した後、複数の３次元定形モデルからなる定形体群の３次元ＣＧを、３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面に立体表示する。これにより、定形体群の立体的な配置を測定誤差の影響を小さくして高精度に把握することができるとともに、この把握した定形体群の状況に基づき、例えば定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、定形体群の測定時には、３次元計測機を使用して定形体群の３次元多点群データを取得する。例えば、３次元計測機として３次元レーザースキャナを採用した場合には、陸上部で密な点群データを高速度、高精度に取得することができる。また、３次元計測機として３次元ソナーを採用した場合には、レーザ測量機による測量が困難な水中での３次元計測を、超音波を使用して行うことができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、定形体群の３次元ＣＧを、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換するため、３次元ＣＧ上で適切に陰線処理を行うことで、モニタ（画面）上で奥行き方向の位置を把握することができる。これにより、複雑な状況を高精度な点群データにより正確に再現することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、３次元多点群の３次元ポイントデータの取得後は、３次元ポイントデータに基づき、３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面に定形体群のＣＧを立体表示する。その後、定形体と推定される領域の抽出と、３次元定形体モデルの定形体と推定される領域への挿入とを、３Ｄディスプレイまたは２Ｄディスプレイの画面上でのコンピュータグラフィックス処理における手動操作によってそれぞれ行う。これにより、実物の成型誤差、変形などによって寸法誤差が生じていても３次元定形体モデルを挿入することができる。また、定形体の一部だけしか測定していない場合でもこれを挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法のフローシートである。
【図２】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元レーザースキャナの使用状態の側面図である。
【図３】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法のポリゴン変換した定形体群の３次元ＣＧである。
【図４】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元ソナーの使用状態の側面図である。
【図５】（ａ）は、この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元定形体モデルの平面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元定形体モデルの正面図である。
【図６】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの挿入直前の状態を示す３次元ＣＧである。
【図７】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの粗調整挿入状態を示す３次元ＣＧである。
【図８】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの精密調整挿入状態を示す３次元ＣＧである。
【図９】この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、多数の３次元消波ブロックモデルからなる消波ブロック群の３次元ＣＧである。
【図１０】この発明の実施例２に係る定形体群の立体配置状況解析方法の前半工程のフローシートである。
【図１１】この発明の実施例２に係る定形体群の立体配置状況解析方法の後半工程のフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。なお、ここでは海岸の防波堤に沿って築き上げた消波ブロック群の立体配置状況解析方法について、一部に手動操作を伴う場合と、完全な自動化による定形体群の立体配置状況解析方法との２つの場合を例に説明する。説明の都合上、Ｙ方向を防波堤の長さ方向、Ｘ方向を防波堤の幅方向、Ｚ方向を上下方向とする。
【実施例】
【００２３】
まず、図１〜図９を参照して、この発明の実施例１に係る一部に手動操作を伴う定形体群の立体配置状況解析方法を説明する。
図１のフローシートに示すように、この発明の実施例１に係る定形体群の立体配置状況解析方法は、ステップＳ１００において、まず防波堤に沿って築き上げた消波ブロック群の海上部分を３次元レーザースキャナにより測量し、かつ消波ブロック群の海中部分を３次元ソナーにより測量する。これに先立ち、防波堤上の基準点をＧＰＳ（全地球測位システム），ＴＳ（トータルステーション）などにより測量後、３次元レーザースキャナを防波堤上に設置し、その基準点の位置合わせを行うとともに、３次元ソナー（レソン社製またはＲ２ｓｏｎｉｃ社製）のワイドバンドマルチビーム測定機）を搭載した測量船を防波堤の近くに配置し、３次元ソナーのＧＰＳを利用した基準点の位置合わせを行う。
【００２４】
以下、図２に示す３次元レーザースキャナ（３次元計測機）１０による消波ブロック群の海上部分の測量方法を説明する。
あらかじめ、防波堤上に任意点として設置した反射板が写り込むように観測を行う。具体的には、反射板の位置をプログラム上で抽出し、その位置情報により３次元レーザースキャナ（リーグル社製の３Ｄイメージスキャナ）１０の設置位置を確認し、観測データにその座標位置を記入する。
次に、ステップＳ１０１では、消波ブロック群１１（図３）の観測目標を定め、観測エリアの絞り込みを行った上で、防波堤上に設置した３次元レーザースキャナ１０により近赤外線のレーザビームを消波ブロック群１１の海上部分の所定範囲に照射し、スキャンする。これにより、消波ブロック群１１の海上部分の３次元多点群とそれを構成する多数の３次元ポイントデータとを取得し、その後、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換した消波ブロック群１１を、３Ｄディスプレイ（２Ｄディスプレイでも可能）の画面に立体表示する。
【００２５】
次に、図４に示す３次元ソナー（３次元計測機）１２による消波ブロック群１１の海中部分の測量方法を説明する。
図４に示すように、防波堤の近くに観測船１６を配置し、基準点の位置合わせ後、消波ブロック群１１の観測目標を定め、観測エリアの絞り込みを行った上で、観測船１６に搭載した３次元ソナー１２により消波ブロック群１１の海中部分に向けて超音波を発信して観測を行う（Ｓ１００）。具体的には、海底のプロファイルも含めて消波ブロック群１１の海中部分を計測し、１２０°×０．５°のフットプリントで３次元多点群を構成する３次元ポイントデータを取得し、その後、ステップＳ１０２において、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換した消波ブロック群１１を、３Ｄディスプレイの画面に立体表示する（図３）。
【００２６】
多数本のビームを形成して高密度なデータにより、海底の全エリアをオーバーラップ測深によってカバーし、詳細な消波ブロック群１１の海中部分の３次元形状を取得する。また、観測船１６の船体の動揺や方向についての補正（ローリング、ピッチング、ヒービング、ヘッディング）は、各センサとＲＴＫ／ＧＰＳ（干渉測位方式）１３の高精度位置情報とがリンクして連続して行われる。ＲＴＫ／ＧＰＳ１３とは、測量地点で、基準受信機を参照基準点（既知）に設置し、移動受信機により電子基準点から受信する電波の位相差を計測し、測位計算するものである。測位時間は１分間以下、誤差は数ｃｍである。このときの観測条件は、周波数が２００〜４００ｋＨｚ、ビーム幅（進行方向×直行方向）が１．０°×０．５°ｋＨｚ、ビーム数が２５６、スワッス幅が１６０°、パルス幅５０μｓである。
【００２７】
また、あらかじめ消波ブロック群１１を構成する消波ブロックを細かくポリゴン変換して３次元的にモデル化した３次元消波ブロックモデル（３次元定形体モデル、図５（ａ），（ｂ））１４の３次元ＣＧデータを取得し、３Ｄディスプレイの画面に立体表示する（Ｓ１０２）。なお、各ポリゴンは、コンピュータグラフィックス上でポイントデータとの関係が表示され、かつ適切に陰線処理される。このことは、上述した３次元レーザースキャナ１０、３次元ソナー１２を使用してそれぞれ取得した３次元多点群の各ポリゴンについても同様である。
次に、ステップＳ１０３では、３次元消波ブロックモデル１４について、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の中心位置と、これらの軸を中心とした回転角（α；Ｘ軸回転角，β；Ｙ軸回転角，λ；Ｚ軸回転角）との初期値を、任意に指定（ここでは０°）する。
次いで、ステップＳ１０４では、消波ブロックと推定される領域１５の中心位置からの距離を基準とし、消波ブロック群１１を構成する各消波ブロックと推定される領域１５のポイントデータを順次抽出する（図６）。
【００２８】
その後、ステップＳ１０５では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５と、３次元消波ブロックモデル１４とを、それぞれコンピュータグラフィックス処理上の手動操作により、画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する。具体的には、マウスまたはキーを操作して、抽出した消波ブロックと推定される領域１５の大きさに合わせて３次元消波ブロックモデル１４を適宜拡大または縮小する。かつ、抽出した消波ブロックと推定される領域１５に合わせて、３次元消波ブロックモデル１４を適宜Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向へ移動させるとともに、適宜Ｘ軸を中心とした方向、Ｙ軸を中心とした方向、Ｚ軸を中心とした方向へ回転させて、３次元的な位置合わせを行う。これらの操作は、まず大まかな位置合わせがなされた後（図７）、微細な調整が行われる（図８）。
【００２９】
その後、ステップＳ１０６では、挿入（嵌め込み）が終了したか否かを３Ｄディスプレイの画面上で作業者が視認し、それを判断する。挿入終了の場合には次のステップＳ１０７へ進み、挿入にずれがある場合には前のステップＳ１０５へ戻る。
次のステップＳ１０７では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５に破損変形などがあるか否かを判断する。破損変形がない場合には、次のステップＳ１０８に進み、破損変形がある場合にはステップＳ１０９に進んで、その抽出した消波ブロックと推定される領域１５に対して、「破損変形有り」の関連付けを行う。
次のステップＳ１０８では、３次元消波ブロックモデル１４の追加が行われ、次に抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入作業が行われる。
【００３０】
続くステップＳ１１０では、全ての抽出した消波ブロックと推定される領域１５に対して、３次元消波ブロックモデル１４が挿入されたか否かが判断され、全区域が終了した場合にはプログラムが終了し、そうでなければステップＳ１０３に戻る。
以上のようにして得られた多数の３次元消波ブロックモデル１４からなる消波ブロック群１１に基づき、消波ブロック群１１の立体的な配置を測定誤差の影響を小さくして高精度に把握することができる（図９）。しかも、この多数の３次元消波ブロックモデル１４からなる消波ブロック群１１からＣＤデータを作成し、このＣＤデータを使用して、例えば消波ブロック群１１の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる。
【００３１】
次に、図１０および図１１を参照して、この発明の実施例２に係る定形体群の立体配置状況解析方法を説明する。
この発明の実施例２に係る定形体群の立体配置状況解析方法の特徴は、実施例１の一部に手動操作を伴う定形体群の立体配置状況解析方法に対して、これを完全自動化した点を特徴とする。
【００３２】
以下、図１０および図１１のフローシートを参照して実施例２の特徴を詳しく説明する。
図１０のフローシートにおいて、ステップＳ２００の消波ブロック群１１の３次元計測と、ステップ２０１の３次元多点群をポリゴン変換した消波ブロック群１１の３Ｄディスプレイへの立体表示と、ステップ２０２の３次元消波ブロックモデル１４の３次元ＣＧデータの３Ｄディスプレイへの立体表示とは、実施例１の対応する処理（ステップＳ１００〜Ｓ１０２）と同一である。以下、ステップ毎に説明する。
【００３３】
ステップＳ２０３では、消波ブロック群１１のポイントデータの全区域を、１辺の実測値が数ｍとなる立方体形状の立体格子によって区分する。ただし、格子サイズＥは、３次元立体消波ブロックモデル１４の実測サイズによって任意に変更される。
ステップＳ２０４では、１番目の立体格子内の３次元消波ブロックモデル１４について、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の中心位置と、これらの軸を中心とした回転角（α；Ｘ軸回転角，β；Ｙ軸回転角，λ；Ｚ軸回転角）の初期値を、任意に指定（ここでの回転角は全て０°）する。このとき、座標値は１番目の立体格子の中心座標に設定する。
図１１のフローシートにおいて、ステップＳ２０５では、１番目の立体格子の中心位置からの距離を基準とし、消波ブロック群１１を構成する各消波ブロックと推定されるポイントデータを順次抽出する。なお、前記立体格子の中心位置からの距離は立体格子のサイズを勘案して設定する。
【００３４】
ステップＳ２０６では、３次元消波ブロックモデル１４をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上で移動する範囲と、３次元消波ブロックモデル１４を、Ｘ軸を中心として，Ｙ軸を中心として，Ｚ軸を中心としてそれぞれ回転する範囲とを設定する。具体的には、その移動の位置範囲Ａを格子サイズＥとし、位置範囲Ａの分割数Ｂを１００（１０ｃｍ）、角度範囲Ｃを３６０、角度範囲Ｃの分割数３６（１０°）とする。なお、位置範囲Ａの分割数Ｂおよび角度範囲Ｃの分割数は任意に変更することができる。この分割数が任意に変更可能なことは、ステップＳ２１０の処理でも同じである。
ステップＳ２０７では、３次元消波ブロックモデル１４の位置および姿勢を示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標位置、これらの軸を中心とした回転角（Ｘ軸回転角α，Ｙ軸回転角β，Ｚ軸回転角λ）について、誤差範囲内のポイント数（ここでは１０００ポイント以内）を検出する。具体的には、指定された挿入位置（嵌め込み位置）で、１ポリゴン毎に点群データとの垂直方向についての距離計算を行い、その距離が誤差範囲内（例えば５ｃｍ）となるポイント数を検出する。なお、その距離の計算回数はＡ／Ｂの３乗×Ｃ／Ｄの３乗である。
【００３５】
ステップＳ２０８では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入（嵌め込み）時、あらかじめ設定した誤差範囲内のポイント数が最大となる３次元消波ブロックモデル１４の３次元的な位置（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の位置、Ｘ軸回転角α，Ｙ軸回転角β，Ｚ軸回転角λ）を、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への挿入位置とする。
【００３６】
ステップＳ２０９では、指定された数だけステップＳ２０８の処理が繰り返されたか否かを判断する。ここでいう「指定された数」とは１００であり、これは挿入の精度と繰り返しの計算量を勘案したものである。指定数に達した場合には、ステップＳ２１１に進み、指定数に達していない場合にはステップＳ２１０に進んだ後、ステップＳ２０７へ戻ることで、指定数に達するまでステップＳ２０７〜Ｓ２０９を繰り返す。なお、このステップＳ２１０では、位置範囲ＡをＡ／Ｂ、分割数Ｂを１００とするとともに、角度範囲ＣをＣ／Ｄ、分割数を３６とする。これらの処理は、１回目で３次元的な位置と角度とを粗く計算して３次元消波ブロックモデル１４の姿勢の概略をつかみ、２回目以降のループで詳細にあてはめる計算を行う。すなわち、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入は、大まかな位置合わせがなされた後（図７）、微細な調整が行われる（図８）。
【００３７】
次のステップ２１１では、誤差範囲内のポイント数が、あらかじめ設定された一定以上（２００ポイント以上）存在するか否かが判断される。一定数以上の場合にはステップＳ２１２に進み、誤差範囲内のポイント数が一定数未満であれば、ステップＳ２１３に進む。
ステップＳ２１２では、３次元消波ブロックモデル１４の追加を行う。また、３次元消波ブロックモデル１４の内部（裏ポイント）にポイントデータが密集して一定以上（２００ポイント以上）存在する場合は、抽出した消波ブロックに破損の可能性有りと判断し、その情報を該当する３次元消波ブロックモデル１４に加入する。
ステップＳ２１３では、すべての前記立体格子について上述した計算が終了したか否かを判断する。終了した場合にはステップＳ２１３に進み、そうでなければステップＳ２１４へ進む。
ステップＳ２１４では、３次元消波ブロックモデル１４の中心の位置、回転角の初期値を次の立体格子の座標へ移動し、その後、ステップＳ２０５に戻り、以降の処理が順次繰り返される。
【００３８】
このように、完全な自動化による定形体群１１の立体配置状況解析方法を採用したため、定形体群の立体的な配置の把握が人手を介さず完全自動により高精度に行える。また、得られた高精度なデータを利用し、定形体群の断面解析、時差比較解析などをさらに高精度に実施することが可能となる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるため、省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、例えば、形状が定まっている物体が群をなして多数存在する場合、３次元でそれを解析する際に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ３次元レーザースキャナ（３次元計測機）、
１１  消波ブロック群（定形体群）、
１２  ３次元ソナー（３次元計測機）、
１４  ３次元消波ブロックモデル（３次元定形体モデル）、
１５  消波ブロックと推定される領域（定形体と推定される領域）。
【図１】
2013012095.tif 000003
【図２】
2013012095.tif 000004
【図３】
2013012095.tif 000005
【図４】
2013012095.tif 000006
【図５】
2013012095.tif 000007
【図６】
2013012095.tif 000008
【図７】
2013012095.tif 000009
【図８】
2013012095.tif 000010
【図９】
2013012095.tif 000011
【図１０】
2013012095.tif 000012
【図１１】
2013012095.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の定形体からなる定形体群に測定波を発射して３次元多点群を収集することで前記定形体群の３次元形状を測定することにより、前記３次元多点群を構成する多数の点のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上での３次元ポイントデータを取得し、この定形体群を３次元ポイントデータを用いて３Ｄディスプレイに立体表示する工程と、
あらかじめ取得した前記定形体をモデル化した３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータをこの３Ｄディスプレイへ立体表示する工程と、
次に、ＣＧ処理の自動抽出制御を用い、この３Ｄディスプレイに立体表示された定形体群で、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、前記定形体と推定される定形体推定領域を順次抽出する抽出工程と、
その後、ＣＧ処理の自動挿入制御を用い、前記３Ｄディスプレイに立体表示された定形体群で、抽出した全ての前記定形体推定領域に、前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを、その画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する挿入工程と、を備え、
前記定形体推定領域の全てに対して前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータが挿入された前記定形体群の３次元ＣＧデータに基づき、前記定形体群の立体的な配置状況を解析する定形体群の立体配置状況解析方法であって、
前記挿入工程は、
抽出した定形体推定領域について前記３次元定形体モデルの挿入位置を指定し、この３次元定形体モデルの位置および姿勢を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の座標位置、これら各軸回りの回転角度で示す工程と、
この３次元定形体モデルのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上での移動範囲と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸回りの回転角度範囲とを含む範囲を設定する工程と、
この３次元定形体モデルのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標位置、Ｘ軸回転角，Ｙ軸回転角，Ｚ軸回転角について、前記設定した範囲内で前記３次元ポイントデータからポイント数を算出する算出工程と、
抽出した定形体推定領域への前記３次元定形体モデルの挿入時、前記設定した範囲内のポイント数が最大となる３次元定形体モデルの３次元的な位置および姿勢を、抽出した定形体推定領域への挿入位置とする工程と、を含み、
前記算出工程では、前記３次元定形体モデルについてその指定された挿入位置で、１ポリゴン毎に前記３次元多点群を構成する３次元ポイントデータとの垂直方向についての距離計算を行い、その距離があらかじめ設定した誤差範囲内となるポイント数を検出する定形体群の立体配置状況解析方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は定形体群の立体配置状況解析方法、詳しくは定型体群を構成する複数の定型体の配置状態を３次元的に把握可能な定形体群の立体配置状況解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
港湾では、防波堤に沿って四脚ブロック、六脚ブロックなどの消波ブロック（定形体）を多数据え付けて消波ブロック群（定形体群）を築き上げ、波のエネルギーを減衰させて防波堤を保護することが行われている。このような護岸工事がなされた港湾施設の劣化状況を詳細に点検し、その健全度を評価する検討基礎資料として消波ブロック群の施工箇所の調査が行われている。
この調査を簡略化し、かつ消波ブロック群の施工箇所の健全度評価を容易とする技術として、例えば特許文献１の「消波ブロックの状態計測方法」が知られている。
【０００３】
特許文献１の計測方法では、まず、消波ブロック群を上方の位置からカメラにより撮像した２次元の写真画像データを第１記録装置に格納し、あらかじめ第２記録装置に消波ブロックの寸法、形状の画像データを格納しておく。その後、第２記録装置から読み出した画像データをデータ変形制御部により変形し、変形データと第１記録装置から読出した画像データとを比較照合装置により比較して一致するか否かを判断し、一致しない場合には次のデータ変形制御を行うように帰還信号をデータ変形制御部に送り、その結果を比較照合するという比較と照合のプロセスとを繰り返す。そして、一致した場合のデータ変形制御部の変形データにより、個々の消波ブロックについて、カメラから消波ブロックの中心までの距離と、稜線が向いている方向とを求めるというものである。これにより、築き上げた消波ブロック群だけでなく、個々の消波ブロックについても、正確な測定値が得られると記載されている。
【０００４】
なお、特許文献１の実施例に記載があるように、第２記録装置に格納した消波ブロックの画像データは、モデル化した３次元形状の消波ブロック（３次元定形体モデル）の画像データであって、かつデータ変形制御部による変形計算が容易となるように、ワイヤフレームデータ形式に則ったものが記憶されている。これは、実質、３次元形状の消波ブロックを、写真画像に表れる脚の先端であるＸ，Ｙ，Ｚ軸上の３点（３次元ポイントデータ）で表示することを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８７００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された消波ブロックの状態計測方法では、このように消波ブロック群を構成する２次元形状の多数の消波ブロックと、３次元形状の消波ブロックのモデルとを、実質、３点でそれぞれ記憶し、その後、３次元形状の消波ブロックをデータ変形制御部により変形しながら、その変形データと、抽出された消波ブロックの２次元画像データとを比較照合装置を使用して２次元の平面上で対比し、一致するか否かを判断していた。しかしながら、このような３点照合法ともいうべき方法による両消波ブロックの位置合わせの信頼性は低く、大きな照合誤差が発生していた。
【０００７】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、近年、測定機器の低価格化および高精度化に伴い飛躍的に普及している３次元計測機、殊に、地上物を３次元測定する３Ｄプロファイラー、水中物を３次元測定するマルチビーム測深機に着目した。これらの計測機器は、被測定物に向かってレーザビームまたは音波を発し、被測定物を３次元多点群（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上での点群）により立体表示するものである。そこで、３次元計測機を用いて取得した消波ブロック群の３次元多点群データと３次元形状の消波ブロックの３次元画像データとを対比照合すれば、従来法が採用した写真の画像データとモデル化した３次元形状の消波ブロックの３次元画像データとを対比照合する３点照合法の場合より画像データの照合精度が高まり、最終的に求める３次元形状の消波ブロックによって築き上げた消波ブロック群の３次元ＣＧも高精度なものが得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
この発明は、定形体群の立体的な配置を高精度に把握することができ、これにより定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる定形体群の立体配置状況解析方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、複数の定形体からなる定形体群に測定波を発射して３次元多点群を収集することで前記定形体群の３次元形状を測定することにより、前記３次元多点群を構成する多数の点のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上での３次元ポイントデータを取得し、この定形体群を３次元ポイントデータを用いて３Ｄディスプレイに立体表示する工程と、あらかじめ取得した前記定形体をモデル化した３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータをこの３Ｄディスプレイへ立体表示する工程と、次に、ＣＧ処理の自動抽出制御を用い、この３Ｄディスプレイに立体表示された定形体群で、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、前記定形体と推定される定形体推定領域を順次抽出する抽出工程と、その後、ＣＧ処理の自動挿入制御を用い、前記３Ｄディスプレイに立体表示された定形体群で、抽出した全ての前記定形体推定領域に、前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを、その画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する挿入工程と、を備え、前記定形体推定領域の全てに対して前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータが挿入された前記定形体群の３次元ＣＧデータに基づき、前記定形体群の立体的な配置状況を解析する定形体群の立体配置状況解析方法であって、前記挿入工程は、抽出した定形体推定領域について前記３次元定形体モデルの挿入位置を指定し、この３次元定形体モデルの位置および姿勢を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の座標位置、これら各軸回りの回転角度で示す工程と、この３次元定形体モデルのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上での移動範囲と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸回りの回転角度範囲とを含む範囲を設定する工程と、この３次元定形体モデルのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標位置、Ｘ軸回転角，Ｙ軸回転角，Ｚ軸回転角について、前記設定した範囲内で前記３次元ポイントデータからポイント数を算出する算出工程と、抽出した定形体推定領域への前記３次元定形体モデルの挿入時、前記設定した範囲内のポイント数が最大となる３次元定形体モデルの３次元的な位置および姿勢を、抽出した定形体推定領域への挿入位置とする工程と、を含み、前記算出工程では、前記３次元定形体モデルについてその指定された挿入位置で、１ポリゴン毎に前記３次元多点群を構成する３次元ポイントデータとの垂直方向についての距離計算を行い、その距離があらかじめ設定した誤差範囲内となるポイント数を検出する定形体群の立体配置状況解析方法である。
【００１０】
定形体としては、例えば四脚ブロック、六脚ブロック、八脚ブロックなどの消波ブロックを採用することができる。その他、法面被覆ブロック、自動車、コンテナ、異形ブロック、漁礁、建屋、配管、瓦、レンガ、ダンボール箱などでもよい。
定形体群としては、例えば海または河川の護岸用の消波ブロック群を採用することができる。その他、法面保護用の被覆工、自動車の駐車状況、コンテナの配置状況、建屋の建設状況、漁礁の設置、工場の配管設置状況、屋根の形状、レンガの壁などでもよい。
測定波としては、例えば赤外線レーザ、近赤外線レーザなどのレーザ光、超音波などを採用することができる。
３次元多点群とは、多数の点のみで表したものでも、これらの点を仮想線で結んだ三角形または四角形の格子により表現するポリゴン変換を施したものでもよい。
【００１１】
３次元多点群（３次元ポイントデータ群）を取得する３次元計測機としては、例えば３次元レーザースキャナ、３次元ソナーなどを採用することができる。その他、航空レーザースキャナ、移動体精密３次元計測システムなどでもよい。
３次元多点群の測定点数（測定点の密度）は、測定される定形体または定形体群の大きさ、形状などによってそれぞれ異なる。
「定形体と推定される領域」とは、定形体群を構成する３次元多点群のうち、３次元多点群を構成する点の分布（点在具合）から判断し、定形体を構成すると考えられる領域である。
定形体と推定される領域の抽出方法としては、例えば、コンピュータグラフィックス処理の自動抽出制御によりデータのみで抽出処理する方法を採用する。
【００１２】
ここでいう「画像サイズを３次元的に一致させる」とは、前記３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から、抽出された定形体と推定される領域と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータとを対比する際に、抽出された定形体と推定される領域の画像サイズに、３次元定形体モデルの画像サイズを３次元的に（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の座標上で）一致させることをいう。
ここでいう「位置を３次元的に一致させる」とは、抽出された定形体と推定される領域と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータとを対比する際に、抽出された定形体と推定される領域のＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標上での位置と、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータのＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標上での位置とを（略）一致させることをいう。
【００１３】
ここでいう「抽出した定形体と推定される領域に、３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータを挿入する」とは、例えば、コンピュータグラフィックス処理の自動挿入（嵌め込み）制御による挿入を採用する。
このような挿入操作は、定形体群の３次元多点群を構成する多数の３次元ポイントデータの中から抽出された「全ての定形体と推定される領域」に対して、順次行われる。
３Ｄディスプレイの種類は任意である。例えば、液晶シャッターメガネが必要なフレームシーケンシャル方式、液晶シャッターメガネが不要な偏光フィルム方式または裸眼で対応できるレンチキュラーレンズ方式のものなどを採用することができる。３Ｄディスプレイを採用すれば、３Ｄ画像がモニタの画面上から浮き出て見え、２Ｄディスプレイを採用した場合に比べて、定形体群の解析時の理解力を高める。
定形体群の立体配置状況の解析としては、例えば、施工の管理、検収経年的な変形状態の把握、災害時の変形状態の把握などのための定形体群の断面解析、時差比較解析などを採用することができる。
【００１４】
また、前記定形体群の測定には、前記３次元多点群データが取得可能な３次元計測機を使用する。
３次元計測機としては、例えば、３次元レーザースキャナ（陸上用）、３次元ソナー（水中用または海中用）などが挙げられる。その他、定形体を立体的な多点群として表示可能な計測機器でもよい。
３次元レーザースキャナとしては、例えば、オーストリアのリーグル社製の３Ｄイメージスキャナなどを採用することができる。また、３次元ソナーとしては、例えば、レソン社製、Ｒ２ｓｏｎｉｃ社製のワイドバンドマルチビーム測定機などを採用することができる。
【００１５】
また、記定形体群の３次元ＣＧデータおよび前記３次元定形体モデルの３次元ＣＧデータは、前記３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換したものである。
【００１６】
なお、前記３次元多点群の３次元ポイントデータの取得後、該３次元ポイントデータに基づき、３Ｄディスプレイの画面に前記定形体群のＣＧを立体表示し、前記定形体と推定される領域の抽出、および、前記３次元定形体モデルの前記定形体と推定される領域への挿入は、前記３Ｄディスプレイの画面上でのコンピュータグラフィックス処理における手動操作によって行うこともできる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、定形体群に向かって測定波を発射することで、３次元多点群とそれを構成する多数の３次元ポイントデータとを取得し、次に、３次元多点群を構成する３次元ポイントデータの中から定形体と推定される領域を順次抽出し、その後、あらかじめ取得した３次元定形体モデルを、抽出した定形体と推定される領域に、それぞれ画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する。全ての挿入が終了した後、複数の３次元定形モデルからなる定形体群の３次元ＣＧを、３Ｄディスプレイの画面に立体表示する。これにより、定形体群の立体的な配置を測定誤差の影響を小さくして高精度に把握することができるとともに、この把握した定形体群の状況に基づき、例えば定形体群の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる。
【００１８】
また、定形体群の測定時には、３次元計測機を使用して定形体群の３次元多点群データを取得する。例えば、３次元計測機として３次元レーザースキャナを採用した場合には、陸上部で密な点群データを高速度、高精度に取得することができる。また、３次元計測機として３次元ソナーを採用した場合には、レーザ測量機による測量が困難な水中での３次元計測を、超音波を使用して行うことができる。
【００１９】
また、定形体群の３次元ＣＧを、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換するため、３次元ＣＧ上で適切に陰線処理を行うことで、モニタ（画面）上で奥行き方向の位置を把握することができる。これにより、複雑な状況を高精度な点群データにより正確に再現することができる。
【００２０】
なお、３次元多点群の３次元ポイントデータの取得後は、３次元ポイントデータに基づき、３Ｄディスプレイの画面に定形体群のＣＧを立体表示する。その後、定形体と推定される領域の抽出と、３次元定形体モデルの定形体と推定される領域への挿入とを、３Ｄディスプレイの画面上でのコンピュータグラフィックス処理における手動操作によってそれぞれ行うこともできる。これにより、実物の成型誤差、変形などによって寸法誤差が生じていても３次元定形体モデルを挿入することができる。また、定形体の一部だけしか測定していない場合でもこれを挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法のフローシートである。
【図２】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元レーザースキャナの使用状態の側面図である。
【図３】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法のポリゴン変換した定形体群の３次元ＣＧである。
【図４】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元ソナーの使用状態の側面図である。
【図５】（ａ）は、この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元定形体モデルの平面図である。（ｂ）は、この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法で用いられる３次元定形体モデルの正面図である。
【図６】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの挿入直前の状態を示す３次元ＣＧである。
【図７】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの粗調整挿入状態を示す３次元ＣＧである。
【図８】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、抽出した消波ブロックと推定される領域への３次元消波ブロックモデルの精密調整挿入状態を示す３次元ＣＧである。
【図９】この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法において、多数の３次元消波ブロックモデルからなる消波ブロック群の３次元ＣＧである。
【図１０】この発明の実施例に係る定形体群の立体配置状況解析方法の前半工程のフローシートである。
【図１１】この発明の実施例に係る定形体群の立体配置状況解析方法の後半工程のフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。なお、ここでは海岸の防波堤に沿って築き上げた消波ブロック群の立体配置状況解析方法について、一部に手動操作を伴う場合（参考例）と、完全な自動化による定形体群の立体配置状況解析方法との２つの場合を例に説明する。説明の都合上、Ｙ方向を防波堤の長さ方向、Ｘ方向を防波堤の幅方向、Ｚ方向を上下方向とする。
【実施例】
【００２３】
まず、図１〜図９を参照して、この発明の参考例に係る一部に手動操作を伴う定形体群の立体配置状況解析方法を説明する。
図１のフローシートに示すように、この発明の参考例に係る定形体群の立体配置状況解析方法は、ステップＳ１００において、まず防波堤に沿って築き上げた消波ブロック群の海上部分を３次元レーザースキャナにより測量し、かつ消波ブロック群の海中部分を３次元ソナーにより測量する。これに先立ち、防波堤上の基準点をＧＰＳ（全地球測位システム），ＴＳ（トータルステーション）などにより測量後、３次元レーザースキャナを防波堤上に設置し、その基準点の位置合わせを行うとともに、３次元ソナー（レソン社製またはＲ２ｓｏｎｉｃ社製）のワイドバンドマルチビーム測定機）を搭載した測量船を防波堤の近くに配置し、３次元ソナーのＧＰＳを利用した基準点の位置合わせを行う。
【００２４】
以下、図２に示す３次元レーザースキャナ（３次元計測機）１０による消波ブロック群の海上部分の測量方法を説明する。
あらかじめ、防波堤上に任意点として設置した反射板が写り込むように観測を行う。具体的には、反射板の位置をプログラム上で抽出し、その位置情報により３次元レーザースキャナ（リーグル社製の３Ｄイメージスキャナ）１０の設置位置を確認し、観測データにその座標位置を記入する。
次に、ステップＳ１０１では、消波ブロック群１１（図３）の観測目標を定め、観測エリアの絞り込みを行った上で、防波堤上に設置した３次元レーザースキャナ１０により近赤外線のレーザビームを消波ブロック群１１の海上部分の所定範囲に照射し、スキャンする。これにより、消波ブロック群１１の海上部分の３次元多点群とそれを構成する多数の３次元ポイントデータとを取得し、その後、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換した消波ブロック群１１を、３Ｄディスプレイ（２Ｄディスプレイでも可能）の画面に立体表示する。
【００２５】
次に、図４に示す３次元ソナー（３次元計測機）１２による消波ブロック群１１の海中部分の測量方法を説明する。
図４に示すように、防波堤の近くに観測船１６を配置し、基準点の位置合わせ後、消波ブロック群１１の観測目標を定め、観測エリアの絞り込みを行った上で、観測船１６に搭載した３次元ソナー１２により消波ブロック群１１の海中部分に向けて超音波を発信して観測を行う（Ｓ１００）。具体的には、海底のプロファイルも含めて消波ブロック群１１の海中部分を計測し、１２０°×０．５°のフットプリントで３次元多点群を構成する３次元ポイントデータを取得し、その後、ステップＳ１０２において、３次元多点群を構成する各点を基点としてポリゴン変換した消波ブロック群１１を、３Ｄディスプレイの画面に立体表示する（図３）。
【００２６】
多数本のビームを形成して高密度なデータにより、海底の全エリアをオーバーラップ測深によってカバーし、詳細な消波ブロック群１１の海中部分の３次元形状を取得する。また、観測船１６の船体の動揺や方向についての補正（ローリング、ピッチング、ヒービング、ヘッディング）は、各センサとＲＴＫ／ＧＰＳ（干渉測位方式）１３の高精度位置情報とがリンクして連続して行われる。ＲＴＫ／ＧＰＳ１３とは、測量地点で、基準受信機を参照基準点（既知）に設置し、移動受信機により電子基準点から受信する電波の位相差を計測し、測位計算するものである。測位時間は１分間以下、誤差は数ｃｍである。このときの観測条件は、周波数が２００〜４００ｋＨｚ、ビーム幅（進行方向×直行方向）が１．０°×０．５°ｋＨｚ、ビーム数が２５６、スワッス幅が１６０°、パルス幅５０μｓである。
【００２７】
また、あらかじめ消波ブロック群１１を構成する消波ブロックを細かくポリゴン変換して３次元的にモデル化した３次元消波ブロックモデル（３次元定形体モデル、図５（ａ），（ｂ））１４の３次元ＣＧデータを取得し、３Ｄディスプレイの画面に立体表示する（Ｓ１０２）。なお、各ポリゴンは、コンピュータグラフィックス上でポイントデータとの関係が表示され、かつ適切に陰線処理される。このことは、上述した３次元レーザースキャナ１０、３次元ソナー１２を使用してそれぞれ取得した３次元多点群の各ポリゴンについても同様である。
次に、ステップＳ１０３では、３次元消波ブロックモデル１４について、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の中心位置と、これらの軸を中心とした回転角（α；Ｘ軸回転角，β；Ｙ軸回転角，λ；Ｚ軸回転角）との初期値を、任意に指定（ここでは０°）する。
次いで、ステップＳ１０４では、消波ブロックと推定される領域１５の中心位置からの距離を基準とし、消波ブロック群１１を構成する各消波ブロックと推定される領域１５のポイントデータを順次抽出する（図６）。
【００２８】
その後、ステップＳ１０５では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５と、３次元消波ブロックモデル１４とを、それぞれコンピュータグラフィックス処理上の手動操作により、画像サイズと位置とを３次元的に一致させて順次挿入する。具体的には、マウスまたはキーを操作して、抽出した消波ブロックと推定される領域１５の大きさに合わせて３次元消波ブロックモデル１４を適宜拡大または縮小する。かつ、抽出した消波ブロックと推定される領域１５に合わせて、３次元消波ブロックモデル１４を適宜Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向へ移動させるとともに、適宜Ｘ軸を中心とした方向、Ｙ軸を中心とした方向、Ｚ軸を中心とした方向へ回転させて、３次元的な位置合わせを行う。これらの操作は、まず大まかな位置合わせがなされた後（図７）、微細な調整が行われる（図８）。
【００２９】
その後、ステップＳ１０６では、挿入（嵌め込み）が終了したか否かを３Ｄディスプレイの画面上で作業者が視認し、それを判断する。挿入終了の場合には次のステップＳ１０７へ進み、挿入にずれがある場合には前のステップＳ１０５へ戻る。
次のステップＳ１０７では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５に破損変形などがあるか否かを判断する。破損変形がない場合には、次のステップＳ１０８に進み、破損変形がある場合にはステップＳ１０９に進んで、その抽出した消波ブロックと推定される領域１５に対して、「破損変形有り」の関連付けを行う。
次のステップＳ１０８では、３次元消波ブロックモデル１４の追加が行われ、次に抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入作業が行われる。
【００３０】
続くステップＳ１１０では、全ての抽出した消波ブロックと推定される領域１５に対して、３次元消波ブロックモデル１４が挿入されたか否かが判断され、全区域が終了した場合にはプログラムが終了し、そうでなければステップＳ１０３に戻る。
以上のようにして得られた多数の３次元消波ブロックモデル１４からなる消波ブロック群１１に基づき、消波ブロック群１１の立体的な配置を測定誤差の影響を小さくして高精度に把握することができる（図９）。しかも、この多数の３次元消波ブロックモデル１４からなる消波ブロック群１１からＣＤデータを作成し、このＣＤデータを使用して、例えば消波ブロック群１１の断面解析、時差比較解析などを高精度に行うことができる。
【００３１】
次に、図１０および図１１を参照して、この発明の実施例に係る定形体群の立体配置状況解析方法を説明する。
この発明の実施例に係る定形体群の立体配置状況解析方法の特徴は、参考例の一部に手動操作を伴う定形体群の立体配置状況解析方法に対して、これを完全自動化した点を特徴とする。
【００３２】
以下、図１０および図１１のフローシートを参照して実施例の特徴を詳しく説明する。
図１０のフローシートにおいて、ステップＳ２００の消波ブロック群１１の３次元計測と、ステップ２０１の３次元多点群をポリゴン変換した消波ブロック群１１の３Ｄディスプレイへの立体表示と、ステップ２０２の３次元消波ブロックモデル１４の３次元ＣＧデータの３Ｄディスプレイへの立体表示とは、参考例の対応する処理（ステップＳ１００〜Ｓ１０２）と同一である。以下、ステップ毎に説明する。
【００３３】
ステップＳ２０３では、消波ブロック群１１のポイントデータの全区域を、１辺の実測値が数ｍとなる立方体形状の立体格子によって区分する。ただし、格子サイズＥは、３次元立体消波ブロックモデル１４の実測サイズによって任意に変更される。
ステップＳ２０４では、１番目の立体格子内の３次元消波ブロックモデル１４について、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の中心位置と、これらの軸を中心とした回転角（α；Ｘ軸回転角，β；Ｙ軸回転角，λ；Ｚ軸回転角）の初期値を、任意に指定（ここでの回転角は全て０°）する。このとき、座標値は１番目の立体格子の中心座標に設定する。
図１１のフローシートにおいて、ステップＳ２０５では、１番目の立体格子の中心位置からの距離を基準とし、消波ブロック群１１を構成する各消波ブロックと推定されるポイントデータを順次抽出する。なお、前記立体格子の中心位置からの距離は立体格子のサイズを勘案して設定する。
【００３４】
ステップＳ２０６では、３次元消波ブロックモデル１４をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上で移動する範囲と、３次元消波ブロックモデル１４を、Ｘ軸を中心として，Ｙ軸を中心として，Ｚ軸を中心としてそれぞれ回転する範囲とを設定する。具体的には、その移動の位置範囲Ａを格子サイズＥとし、位置範囲Ａの分割数Ｂを１００（１０ｃｍ）、角度範囲Ｃを３６０、角度範囲Ｃの分割数３６（１０°）とする。なお、位置範囲Ａの分割数Ｂおよび角度範囲Ｃの分割数は任意に変更することができる。この分割数が任意に変更可能なことは、ステップＳ２１０の処理でも同じである。
ステップＳ２０７では、３次元消波ブロックモデル１４の位置および姿勢を示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標位置、これらの軸を中心とした回転角（Ｘ軸回転角α，Ｙ軸回転角β，Ｚ軸回転角λ）について、誤差範囲内のポイント数（ここでは１０００ポイント以内）を検出する。具体的には、指定された挿入位置（嵌め込み位置）で、１ポリゴン毎に点群データとの垂直方向についての距離計算を行い、その距離が誤差範囲内（例えば５ｃｍ）となるポイント数を検出する。なお、その距離の計算回数はＡ／Ｂの３乗×Ｃ／Ｄの３乗である。
【００３５】
ステップＳ２０８では、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入（嵌め込み）時、あらかじめ設定した誤差範囲内のポイント数が最大となる３次元消波ブロックモデル１４の３次元的な位置（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の位置、Ｘ軸回転角α，Ｙ軸回転角β，Ｚ軸回転角λ）を、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への挿入位置とする。
【００３６】
ステップＳ２０９では、指定された数だけステップＳ２０８の処理が繰り返されたか否かを判断する。ここでいう「指定された数」とは１００であり、これは挿入の精度と繰り返しの計算量を勘案したものである。指定数に達した場合には、ステップＳ２１１に進み、指定数に達していない場合にはステップＳ２１０に進んだ後、ステップＳ２０７へ戻ることで、指定数に達するまでステップＳ２０７〜Ｓ２０９を繰り返す。なお、このステップＳ２１０では、位置範囲ＡをＡ／Ｂ、分割数Ｂを１００とするとともに、角度範囲ＣをＣ／Ｄ、分割数を３６とする。これらの処理は、１回目で３次元的な位置と角度とを粗く計算して３次元消波ブロックモデル１４の姿勢の概略をつかみ、２回目以降のループで詳細にあてはめる計算を行う。すなわち、抽出した消波ブロックと推定される領域１５への３次元消波ブロックモデル１４の挿入は、大まかな位置合わせがなされた後（図７）、微細な調整が行われる（図８）。
【００３７】
次のステップ２１１では、誤差範囲内のポイント数が、あらかじめ設定された一定以上（２００ポイント以上）存在するか否かが判断される。一定数以上の場合にはステップＳ２１２に進み、誤差範囲内のポイント数が一定数未満であれば、ステップＳ２１３に進む。
ステップＳ２１２では、３次元消波ブロックモデル１４の追加を行う。また、３次元消波ブロックモデル１４の内部（裏ポイント）にポイントデータが密集して一定以上（２００ポイント以上）存在する場合は、抽出した消波ブロックに破損の可能性有りと判断し、その情報を該当する３次元消波ブロックモデル１４に加入する。
ステップＳ２１３では、すべての前記立体格子について上述した計算が終了したか否かを判断する。終了した場合にはステップＳ２１３に進み、そうでなければステップＳ２１４へ進む。
ステップＳ２１４では、３次元消波ブロックモデル１４の中心の位置、回転角の初期値を次の立体格子の座標へ移動し、その後、ステップＳ２０５に戻り、以降の処理が順次繰り返される。
【００３８】
このように、完全な自動化による定形体群１１の立体配置状況解析方法を採用したため、定形体群の立体的な配置の把握が人手を介さず完全自動により高精度に行える。また、得られた高精度なデータを利用し、定形体群の断面解析、時差比較解析などをさらに高精度に実施することが可能となる。
その他の構成、作用および効果は、参考例から推測可能な範囲であるため、省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、例えば、形状が定まっている物体が群をなして多数存在する場合、３次元でそれを解析する際に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ３次元レーザースキャナ（３次元計測機）、
１１  消波ブロック群（定形体群）、
１２  ３次元ソナー（３次元計測機）、
１４  ３次元消波ブロックモデル（３次元定形体モデル）、
１５  消波ブロックと推定される領域（定形体と推定される領域）。