(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元平面上の建物領域や道路の配置を記述した地図情報並びに２次元平面上の各観測点毎に高さ情報がマッピングされたエレベーション・データを基に建物モデルを生成する３次元モデル生成システムであって、
建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう座標変換取得部と、
建物領域毎に高さ情報を纏める建物領域抽出部と、
建物領域毎の高さ情報を基に、高さ情報を含む平面の抽出を行う平面抽出部と、
平面間の境界の同定を行う境界線同定部と、
境界が同定された各平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物モデルを構成する平面結合部と、
を具備することを特徴とする３次元モデル生成システム。
【請求項２】
前記平面抽出部は、建物立地境界内で高さ情報が誤差の許容範囲内で同じ平面上に収まる観測点を平面を構成する頂点として抽出するとともに、抽出された各頂点を含む平面を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項３】
前記境界線同定部は、建物立地境界内で高さ情報が誤差の許容範囲内で同じ平面上に収まらない観測点を平面間の境界頂点として抽出して、抽出された各境界頂点を基に建物立地境界内の平面間の境界を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項４】
前記境界線同定部は、建物立地境界内で抽出された境界頂点を基に生成された平面間の境界が建物立地境界と接続しない場合には、接続するように補助線を加える、
ことを特徴とする請求項３に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項５】
前記境界線同定部は、建物立地境界内で抽出された境界頂点と建物立地境界の一部を用いて閉領域作成して平面の境界とする、
ことを特徴とする請求項３に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項６】
前記境界線同定部は、平面間の境界の存在領域を決定し、存在領域がドーナツ状であれば折れ曲がり点を３としそれ以外は折れ曲がり点を０とし、折れ曲がり点並びに建物立地境界線との平行性を基に境界の存在範囲を限定していく、
ことを特徴とする請求項３に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項７】
前記境界線同定部は、境界の存在範囲を特定できない場合には折れ曲がり点数を増分して、再度境界の存在範囲を探索する、
ことを特徴とする請求項６に記載の３次元モデル生成システム。
【請求項８】
コンピュータを用いて構成される３次元モデル生成システムにおいて、２次元平面上の建物領域や道路の配置を記述した地図情報並びに２次元平面上の各観測点毎に高さ情報がマッピングされたエレベーション・データを基に建物モデルを生成する３次元モデル生成方法であって、
前記コンピュータが備える座標変換取得手段が、建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう座標変換取得ステップと、
前記コンピュータが備える建物領域抽出手段が、建物領域毎に高さ情報を纏める建物領域抽出ステップと、
前記コンピュータが備える平面抽出手段が、建物領域毎の高さ情報を基に、高さ情報を含む平面の抽出を行う平面抽出ステップと、
前記コンピュータが備える境界線同定手段が、平面間の境界の同定を行う境界線同定ステップと、
前記コンピュータが備える平面結合手段が、境界が同定された各平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物モデルを構成する平面結合ステップと、
を具備することを特徴とする３次元モデル生成方法。
【請求項９】
２次元平面上の建物領域や道路の配置を記述した地図情報並びに２次元平面上の各観測点毎に高さ情報がマッピングされたエレベーション・データを基に建物モデルを生成する処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・システムに対し、
建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう座標変換取得手順と、
建物領域毎に高さ情報を纏める建物領域抽出手順と、
建物領域毎の高さ情報を基に、高さ情報を含む平面の抽出を行う平面抽出手順と、
平面間の境界の同定を行う境界線同定手順と、
境界が同定された各平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物モデルを構成する平面結合手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛行機や衛星などによって取得された地表の高さ情報を基に地表の３次元的な形状の抽出を行なう３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、２次元平面上にマッピングされた高さ情報を基に３次元形状を有する建物の外観を作成する３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、２次元平面上にマッピングされた高さ情報と建物・道路地図から個々の建物の外観情報を作成する３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、建物の立地領域に拘わらずより正確に建物の情報を得る３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
昨今の情報技術の革新に伴い、さまざまな情報コンテンツがコンピュータ上で作成・編集され、情報蓄積、情報配信などのサービスが行われるようになってきた。例えば、建物や道路などの地図情報や地理情報がコンピュータ上で統合されて、道案内や観光案内など地図画像を利用した地域情報提供サービスが行なわれている。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）などで検出されたユーザの現在位置情報を利用して、車や船舶などの移動体に対するリアルタイムのナビゲーション・サービスなども提供されている。
【０００４】
地図又は地理情報は、地表での測量によって得られる他、飛行機や衛星などを利用して上空からの観察結果を基に作成することができる。最近では、飛行機に測距センサを搭載して、計測された地表の高さ情報を基に地表の３次元形状を算出することもできる。地図は一般に正射投影であるのに対して、航空写真や衛星写真は中心投影である。上空から測定された高さ情報に対して地理的な誤差を補正し、正確な地理情報を与えてオルソ化することにより、地図上の各観測点に高さ情報をマッピングすることができる。以下、本明細書中では、２次元平面上の各観測点に高さ情報がマッピングされたデータのことを「エレベーション・データ」と呼ぶ。
【０００５】
地図情報は基本的には２次元平面的な位置情報であるが、このような高さ情報と統合することにより、地形の起伏などを扱うことができる。この結果、ナビゲーション・システムなどにおいては地形の起伏や景観などを考慮して、立体的、３次元的な地図画像を表示することができるなど、より高品位な地図情報表示サービスを提供することができる。あるいは、このような３次元的な地図情報を、治水シミュレーションなどの公共サービス、 仮想空間を利用したシステムへ適用することができる。
【０００６】
また、高さ情報の他の利用形態として、建物の３次元形状の作成を挙げることができる。すなわち、２次元平面上に配置された高さ情報と、別途用意された建物地図から建物の立地領域を取得して、これに含まれる高さ情報を平滑化した高さを求め、この高さ分だけ建物の立地領域を引き上げることによって、建物の３次元形状を作成することができる。
【０００７】
しかしながら、このような場合、建物形状がピラミッド型をしているなど、 底面の引き上げ操作によって作成できない形状を持った建物に対しては、 その三次元形状が異なるモデルを作成してしまうといった問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、飛行機や衛星などによって取得された地表の高さ情報を基に地表の３次元的な形状の抽出を行なうことができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、２次元平面上にマッピングされた高さ情報と建物・道路地図から個々の建物の外観情報を好適に作成することができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、建物の立地領域に拘わらずより正確に建物の情報を得ることができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、２次元平面上の建物領域や道路の配置を記述した地図情報並びに２次元平面上の各観測点毎に高さ情報がマッピングされたエレベーション・データを基に建物モデルを生成する３次元モデル生成システム又は方法であって、
建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう座標変換取得部又はステップと、
建物領域毎に高さ情報を纏める建物領域抽出部又はステップと、
建物領域毎の高さ情報を基に、高さ情報を含む平面の抽出を行う平面抽出部又はステップと、
平面間の境界の同定を行う境界線同定部又はステップと、
境界が同定された各平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物モデルを構成する平面結合部又はステップと、
を具備することを特徴とする３次元モデル生成システム又は方法である。
【００１２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１３】
本発明の第１の側面に係る３次元モデル生成システム又は方法によれば、建物・道路地図において指定された建物領域に対する高さ情報をエレベーション・データから取得し、同領域内の高さ分布に対して、観測データの連結した部分集合に当てはまる平面を取得していき、すべての観測データを平面に割り当てた後、これらの平面を連結して、建物モデルとして単連結の多面体を作成する。したがって、２次元平面に配置された高さ情報と建物・道路地図から、平面で構成される短連結のポリゴン・オブジエクトとして個々の建物情報を正確に生成することができる。また、建物の立地領域の影響を除去して３次元地形情報と、平面の集合によって構成された個々の建物情報を取得することができる。
【００１４】
ここで、前記平面抽出部又はステップは、建物立地境界内で高さ情報が誤差の許容範囲内で同じ平面上に収まる観測点を平面を構成する頂点として抽出して、抽出された各頂点を含む平面を求めるようにすればよい。
【００１５】
また、前記境界線同定部又はステップは、建物立地境界内で高さ情報が誤差の許容範囲内で同じ平面上に収まらない観測点を平面間の境界頂点として抽出して、抽出された各境界頂点を基に建物立地境界内の平面間の境界を求めるようにしてもよい。また、建物立地境界内で抽出された境界頂点を基に生成された平面間の境界が建物立地境界と接続しない場合には、接続するように補助線を加えるようにすればよい。
【００１６】
そして、前記境界線同定部又はステップは、建物立地境界内で抽出された境界頂点と建物立地境界の一部を用いて閉領域作成して平面の境界とすればよい。
【００１７】
また、前記境界線同定部又はステップは、平面間の境界の存在領域を決定し、存在領域がドーナツ状であれば折れ曲がり点を３としそれ以外は折れ曲がり点を０とし、折れ曲がり点並びに建物立地境界線との平行性を基に境界の存在範囲を限定していくようにしてもよい。そして、境界の存在範囲を特定できない場合には折れ曲がり点数を増分して、再度境界の存在範囲を探索するようにすればよい。
【００１８】
また、本発明の第２の側面は、２次元平面上の建物領域や道路の配置を記述した地図情報並びに２次元平面上の各観測点毎に高さ情報がマッピングされたエレベーション・データを基に建物モデルを生成する処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう座標変換取得ステップと、
建物領域毎に高さ情報を纏める建物領域抽出ステップと、
建物領域毎の高さ情報を基に、高さ情報を含む平面の抽出を行う平面抽出ステップと、
平面間の境界の同定を行う境界線同定ステップと、
境界が同定された各平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物モデルを構成する平面結合ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００１９】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第１の側面に係る３次元モデル生成システム又はその方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００２２】
図１には、２次元平面上に高さ情報がマッピングされている様子を示している。同図に示す２次元平面は、平野部、山岳部、郊外、都心などの地表面を表わし、ｘｙ各方向に一定間隔で高さ情報（エレベーション・データ）が取得され、各点（ｘ，ｙ）におけるｚ座標値として表わされている。ここで言うｘ及びｙの各軸は例えば緯度や軽度に相当する。
【００２３】
このような高さ情報を含んだ２次元平面情報は、例えば、飛行機や衛星などを利用して、上空からの地表への測距により、広域的に直接且つ容易に得ることができる。上空から測定された高さ情報に対して地理的な誤差を補正し、正確な地理情報を与えてオルソ化することにより、地図上の各観測点に高さ情報をマッピングすることができる。
【００２４】
図２には、建物の立地領域を上にスイープして建物を作る従来の建物情報の生成手法を示している。 参照番号２は建物形状であり、実際の建物の形状１に対して、底面３をスイープすることによって得られる。しかしながら、このような場合、屋根部分４が平らになってしまう。これに対し、本実施形態では、指定された建物領域に対する高さ情報をエレベーション・データから取得し、同領域内の高さ分布に対して、観測データの連結した部分集合に当てはまる平面を取得していき、すべての観測データを平面に割り当てた後、これらの平面を連結して、建物モデルとして単連結の多面体を作成する。
【００２５】
図３には、本実施形態に係る３次元モデル生成システムの機能構成を模式的に示している。
【００２６】
この３次元モデル生成システム内では、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４が、オペレーティング・システム（ＯＳ）が提供する実行環境下で、さまざまなアプリケーション・プログラムを起動する。ＣＰＵ１４は、バス２３経由でシステム内の各部と相互接続している。
【００２７】
ＲＡＭ（Random Access Memory）１５は、揮発性の半導体メモリ装置であり、ＣＰＵ１４において実行されるプログラム・コードを記録部１３（後述）などの外部記憶装置からロードしたり、実行プログラムが処理中の作業データを一時格納したりするために使用される。
【００２８】
ＣＰＵ１４が実行するプログラムには、２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成アプリケーションなどが含まれる。また、作業データとしては、建物情報、道路地図情報などの２次元平面情報並びにこれにマッピングされたエレベーション・データ、エレベーション・データを基に計算処理中並びに計算結果の建物モデルなどが含まれる。
【００２９】
ＲＯＭ（Read Only Memory）１６は、不揮発性の半導体記憶装置であり、所定のプログラム・コードやデータを恒久的に保存するために使用される。例えば、システム起動時の初期化・自己診断プログラム（ＰＯＳＴ）やシステム内の各部をハードウェア操作するための基本入出力ソフトウェア（ＢＩＯＳ）などがＲＯＭ１６上に格納されている。
【００３０】
入力部１１は、例えばキーボードやマウスなどのユーザ入力装置からなり、建物情報、道路地図情報、エレベーション・データなど、３次元地形情報生成のための素データを手付け入力あるいはその他の形式で入力したり、３次元地形情報生成やその他のユーザ・コマンドを入力するために使用される。
【００３１】
表示部１２は、ディスプレイやプリンタなど、ＣＰＵ１４による演算結果を可視化してユーザに出力する装置で構成される。例えば、建物・道路地図情報を表示出力したり、２次元平面上にマッピングされたエレベーション・データから得られた３次元モデルなどを表示出力する。
【００３２】
記録部１３は、例えばハード・ディスク装置（ＨＤＤ）などの固定型の大容量外部記憶装置や、ＣＤ（ＤＶＤ）−ＲＯＭドライブのような可搬型の記録メディアを装填する記録再生装置などで構成されている。
【００３３】
ハード・ディスク装置は、記憶担体としての磁気ディスクを固定的に搭載した外部記憶装置であり（周知）、記憶容量やデータ転送速度などの点で他の外部記憶装置よりも優れている。ソフトウェア・プログラムを実行可能な状態でＨＤＤ上に置くことをプログラムのシステムへの「インストール」と呼ぶ。通常、ＨＤＤには、ＣＰＵ１４が実行すべきオペレーティング・システムのプログラム・コードや、アプリケーション・プログラム、デバイス・ドライバなどが不揮発的に格納されている。例えば、２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成アプリケーションを、ＨＤＤ上にインストールすることができる。また、このような３次元地形情報生成の処理対象となる建物情報、道路地図情報などの２次元平面情報やエレベーション・データ、並びにエレベーション・データを基に算出された建物モデル、その他のライブラリをＨＤＤ上に保存することもできる。
【００３４】
また、可搬型の記録メディアは、主として、ソフトウェア・プログラムやデータ・ファイルなどをコンピュータ可読形式のデータとしてバックアップすることや、これらをシステム間で移動（すなわち販売・流通・配布を含む）する目的で使用される。例えば、２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成アプリケーションを、これら可搬型メディアを利用して複数の機器間で物理的に流通・配布することができる。また、このような３次元地形情報生成の処理対象となる建物情報、道路地図情報などの２次元平面情報やエレベーション・データやその他のライブラリの供給を受けたり、エレベーション・データを基に算出された建物モデルをシステム外部に提供するために、これら可搬型記録メディアが利用される。
【００３５】
通信インターフェース２２は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などの所定の通信プロトコルに従って、本システムをＬＡＮ（Local Area Network）などの局所的ネットワーク、さらにはインターネットのような広域ネットワークに接続することができる。ネットワーク上では、複数のホスト端末（図示しない）がトランスペアレントな状態で接続され、分散コンピューティング環境が構築されている。ネットワーク上では、ソフトウェア・プログラムやデータ・コンテンツなどの配信サービスを行うことができる。
【００３６】
例えば、２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成アプリケーションを、ネットワーク経由でダウンロードすることができる。また、このような３次元地形情報生成の処理対象となる建物情報、道路地図情報などの２次元平面情報やエレベーション・データやその他のライブラリの供給を受けたり、エレベーション・データを基に算出された建物モデルをシステム外部に提供するために、ネットワークが利用される。
【００３７】
平面抽出部１７、平面結合部１８、座標変換取得部１９、建物領域抽出部２０、並びに境界線同定部２１は、ＣＰＵ１４と協働的に動作して、２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成処理を実現する。座標変換取得部１９は、 建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換を行なう。建物領域抽出部２０は、各建物領域毎にエレベーション・データを纏めておく。平面抽出部１７は、この建物領域毎のエレベーション・データを基に、エレベーション・データを含む複数の平面の抽出を行う。このとき、境界線同定部２１は、平面間の境界の同定を行う。この後、平面結合部１８は、これらの平面を繋げることによって、単連結の多面体からなる建物情報を構成する。
【００３８】
図４には、本実施形態に係る２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する処理手順の概略をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、実際には、ＣＰＵ１４が、平面抽出部１７、平面結合部１８、座標変換取得部１９、建物領域抽出部２０、並びに境界線同定部２１との協働的動作により２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する３次元モデル生成アプリケーションを実行することによって実現される。
【００３９】
まず、高さ情報が２次元平面上にマッピングされたエレベーション・データを入力し（ステップＳ１）、建物・道路地図を入力する（ステップ２）。
【００４０】
次いで、建物・道路地図情報からエレベーション・データへの座標変換式を求め（ステップＳ３）、各建物領域内に存在するエレベーション・データを切り出して、建物−エレベーション・データの組をリストに逐次スタックしておく（ステップＳ４）。
【００４１】
リストから建物−エレベーション・データを１つずつ取り出し、単連結の多面体を作成して（ステップＳ６）、リストへ保存する（ステップＳ７）。
【００４２】
そして、このリストがなくなった時点で（ステップＳ５）、建物の側面を作成して（ステップＳ８）、これらを記憶部１３に保存した後（ステップＳ９）、本処理ルーチン全体を終わる。
【００４３】
ステップＳ６では、単連結の多面体を作成することによって、平面の集合として建物を抽出する。図５には、平面の集合として建物を抽出するための詳細な処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００４４】
まず、建物立地境界を境界ｂとして保存する（ステップＳ１１）。次いで、この建物立地境界ｂ内にエレベーション・データの観測点があるかどうかを判別する（ステップＳ１２）。建物立地境界ｂ内にエレベーション・データの観測点がない場合には、本処理ルーチン全体を終了する。他方、観測点がある場合には、建物立地境界ｂに最も近い観測点を１つ取得して、頂点リストに保存する（ステップＳ１３）。
【００４５】
次いで、現時点で保存されている頂点リストの各点を含む平面ｐを作り（ステップＳ１４）、この平面ｐからの各点の誤差の和を計算する。そして、新たに頂点リストに加えられた観測点によって、その誤差が所定の許容範囲内かどうかを判断する（ステップＳ１５）。
【００４６】
誤差範囲を越える場合には、最後にリストに加えられた観測点を境界頂点リストに加える（ステップＳ１６）。そして、頂点リスト内の点の隣に位置する場所に、リストにまだ加えていない観測点が存在するかどうかを判別する（ステップＳ１７）。隣に位置する観測点は、例えばドロネー（Delaunay）図を利用して定義される（後述）。
【００４７】
リストにまだ加えていない観測点が存在する場合には、該当する点を頂点リストに加えた後（ステップＳ１８）、ステップＳ１４に戻り、平面ｐの抽出処理を繰り返し実行する。
【００４８】
また、ステップＳ１７において、隣に位置する観測点がないと判断された場合には、境界頂点リスト内の点群から境界ｃを作る（ステップＳ１９）。
【００４９】
この境界ｃが建物立地境界ｂと接続しない場合には（ステップＳ２０）、建物立地境界ｂと境界ｃの間に補助線を加える（ステップＳ２１）。
【００５０】
次いで、平面ｐの境界を建物立地境界ｂの一部と境界ｃによって作り（ステップＳ２２）、残った建物立地境界ｂの部分と境界ｃから、残りの領域を示す閉領域を作り、その境界を新たに建物立地境界ｂとする（ステップＳ２３）。その後、ステップＳ１２に戻り、平面の抽出処理を繰り返し行なう。
【００５１】
なお、上述したステップＳ１７では、頂点リスト内の点の隣に位置する場所に観測点が存在するかどうかを判別するために、ドロネー（Delaunay）図を利用して隣の点を定義している。図２１にはドロネー図による観測点間の近傍グラフを示している。
【００５２】
ここで、参照番号２１１０で示される観測点の近傍にある観測点は、これに接続されているリンク２１２１〜２１２４を辿ることによって、参照番号２１１１〜２１１４で示される観測点をそれぞれ取得することができる。
【００５３】
なお、ドロネー分割の詳細に関しては、例えば、D. F. Watoson著の論文"Computiong n-dimensional Delaunay Tesselation with Application to Voronoi Polytops"（The Computer Jounal, Vol.24, No.2, pp.167-172（1981））を参照されたい。
【００５４】
図６には、ステップＳ１９における境界頂点リスト内の点から境界ｃを作成するための詳細な処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００５５】
まず、観測点の集合から境界線の存在する範囲を決める（ステップＳ３１）。次いで、存在領域がドーナツ状になっているかどうかを判断する（ステップＳ３２）。
【００５６】
境界線の存在領域がドーナツ状になっている場合には、 折れ曲がり点を３とし（ステップＳ３４）、そうでない場合には折れ曲がり点を０とする（ステップＳ３３）。
【００５７】
次いで、境界線ｂの特徴として、折れ曲がり点や境界線ｂと平行となることなどを条件として、求める境界線の存在範囲を決める（ステップＳ３５）。
【００５８】
境界線の存在範囲がない場合には（ステップＳ３６）、 折れ曲がり点を１つ増やして（ステップＳ３８）、ステップＳ３５に戻って、境界線の存在範囲をサイド探索する。
【００５９】
一方、ステップＳ３６において存在範囲があると判断された場合には、 存在範囲の中央値を境界線として（ステップＳ３７）、本処理ルーチン全体を終了する。
【００６０】
上述したように、本実施形態では、建物立地境界内の平面間の境界線が折れ曲がることを許容している。図７には、高さ情報がマッピングされている観測点が格子状に配設されている２次元平面上で、折れ曲がり点を有する境界線が観測点メッシュをはみ出している様子を示している。
【００６１】
同図において、参照番号７１０は、単一平面への当てはめが行われた観測点のうち、当てはめから除かれた観測点７２０と隣接する点を示す。ここで、それぞれの観測点を結んだ線を、参照番号７１１〜７１３、７２１で示している。
【００６２】
このとき、境界線７０１の折れ曲がり点７０２が外にはみ出る場合がある。本実施形態に係る３次元モデル生成システムでは、このような境界線が生成することを許している。これが許されるのは、参照番号７１２で示すように、境界線を構成する各線分が１つの区画のみに偶数回横切る場合である。
【００６３】
これに対し、参照番号７０３で示すように、観測点を結ぶ線７１１、並びに７１２においてそれぞれ奇数回横切っている境界線に関しては、 このようなはみ出し方は許さない。
【００６４】
次いで、本実施形態に係る３次元モデル生成システムにより実際の建物の３次元モデルを生成する手順について具体的に説明する。図８には、実際に計測する建物の一例の正面図８０２並びに上面図８０１を示している。図示の建物は、上から見たときに見える平面として、屋根や煙突などを構成する平面８１１〜８１４を持つ。これらが正面図において対応する面は、それぞれ参照番号８２１〜８２４で示されている。
【００６５】
図９には、図８に示した建物を含む建物領域９０１におけるエレベーション・データを示している。３次元モデル生成システムは、この時点では、システムに入力された建物情報に基づいて、同図中の実線で示されている建物の最外郭を把握することはできるが、点線で示されている各平面８１１〜８１４間の境界を認識している訳ではない。
【００６６】
参照番号９０２及び９０３は、高さ情報を取得する際のメッシュを示している。また、参照番号９０４及び９０５は、高さ情報が取得された観測点を示している。これらは、観測点メッシュに対して誤差を以って分布していることも示している。そして、参照番号９０５で示す観測点は建物立地領域９０１内に存在しており、このような観測点の集まりが、システムによって処理される。
【００６７】
平面抽出部１７は平面の抽出を行なうが、より具体的には、このような建物領域９０１内のエレベーション・データを基に、建物の外郭から順番に平面への当てはめを行なっていく。図１０には、建物の外郭から順番に平面への当てはめを行なう様子を図解している。
【００６８】
まず、参照番号１０６０で示される建物立地境界ｂに近い観測点１００１を１つ取り、 観測点メッシュを辿るようにして、隣に位置する観測点を取り込んでいき、 平面を当てはめていく。図１０に示す例では、観測点１００１から始まって、観測点メッシュ１０１１、１０１２、１０１３を伝って広がっていく。これに伴って、各観測点１００２、１００３、１００４が逐次取り込まれていく。
【００６９】
本実施形態に係る３次元モデル生成システムは、観測点を平面に当てはめていくとき、高さ情報が誤差範囲を越える観測点を境界頂点リストに加えていき、この境界頂点リスト内の点群を基に、建物の上面を構成する各平面間の境界を作成する。そして、図６にフローチャートの形式で示した処理手順に従って、境界頂点リスト内の観測点の集合から、平面間の境界の存在領域を決定し、存在領域がドーナツ状であれば折れ曲がり点を３としそれ以外は折れ曲がり点を０とし、折れ曲がり点並びに建物立地境界線との平行性を基に境界の存在範囲を限定していく。
【００７０】
図１０に示すように、建物の外郭から順番に平面への当てはめを行なっていった結果、図１１に示すように、参照番号１１１０など黒で潰された複数の観測点が単一の平面に当てはめられる。一方、平面への当てはめを行なうことができなかった複数の観測点１１２１とこれらに隣接する観測点１１２２からなる境界頂点リストが取得される。そして、この境界頂点リストに含まれる観測点群から、斜線部分１１２０で示される境界の存在領域が決定される。
【００７１】
本実施形態に係る３次元モデル生成システムでは、参照番号１１２３で示される建物立地境界ｂの特徴を用いることによって、境界の同定が行なわれる。図１２には、建物の上面を構成する２以上の平面間の境界を同定する様子を示している。
【００７２】
参照番号１２２１並びに１２２２は、境界領域を同定する観測点を示している。建物の上面を構成する２以上の平面間の境界は、この２種類の線１２１１並びに１２１２の間を通るような直線、又は折れ曲がり線となる。
【００７３】
参照番号１２１３並びに１２１４で示される線分は、境界線が通過する場所を示している。このような線分の本数は、ループがないときは２、ループがあるときは０となる。ループがない場合、求める境界線（とその延長線）はそれぞれの線分を横切ることになる。そして、参照番号１０６０で示される建物立地境界ｂを、参照番号１２２３は、 図１１中で参照番号１１２３で示される境界ｂの特徴を表わしている。
【００７４】
境界線は境界ｂが曲がっている点などに接続するという前提知識を用いることにより、線分１２２３を通り、線分１２１３を通過し、 線分１２１１並びに１２１２からはみ出さないように通過し、線分１２１４を通過し、建物立地境界１０６０に至る線群を取得する。
【００７５】
したがって、線群が存在する領域１２０３は、線分１２０１及び１２０２に挟まれた領域となる。ついで、境界線は境界ｂに対して垂直になるという建物建築における前提知識を用いることにより、参照番号１２０４で示される境界線が一意に求まることになる。
【００７６】
なお、ここで言う前提知識とは、通常の建物における構造上の規則のことを指しており、例えば３次元モデル生成システムにあらかじめ登録して利用するものとする。
【００７７】
このようにして平面の境界が同定されて、１つの平面が抽出されると、図１３に示すように、建物立地領域９０１から同定された平面を切り離して、残りの領域について平面当てはめを続行する。
【００７８】
参照番号１３５１は同定した平面を示し、また、参照番号１３６１は同定した境界線によって再構成された境界ｂを示している。そして、建物立地境界ｂに近い観測点１３２１から開始して、 観測点メッシュを辿るという手順で、隣に位置する観測点を取り込んでいき、平面を当てはめていく。
【００７９】
図１３に示す例では、観測点１３２１から始まって、観測点１３３１、１３３２、１３３３へと広がっていき、それに伴って、これらに隣接する各観測点１３２２、１３２３、１３２４が順次取り込まれていく。
【００８０】
図１４には、図１３に示した建物立地領域の残りの領域において境界が存在する領域を示している。参照番号１４６１は建物立地境界ｂを示している。そして、参照番号１４２１、１４２２…で示される観測点群に挟まれた斜線の領域１４２０に、建物の上面を構成する平面間の境界が存在する。
【００８１】
図１５には、図１４に示した斜線領域１４２０から平面間の境界を同定する手順を図解している。同図において、参照番号１５２１並びに１５２２は境界領域を同定する観測点を示している。そして、平面間の境界は、この２種類の線１５１１及び１５１２の間を通るような直線、又は折れ曲がり線となる。斜線部１５２０はそのような線の存在領域を示している。 また、図１５では、境界線が通る線分が存在しないことから、 求める境界線はループ状態になっていることが分かる。
【００８２】
ここで、境界線は、参照番号１０６１で示される境界ｂに平行になるという前提知識（前述）を用いることにより、矩形１５０１及び１５０２で囲まれた領域１５０３に含まれることが分かる。 この中の中央値として、参照番号１５０４で示される線分が、残りの領域を構成する平面間の境界線として抽出される。
【００８３】
また、図１６に示した建物立地領域の残りの領域において境界が存在する他の領域を示している。同図では、参照番号１６２１並びに１６２２で示される観測点群に挟まれた領域１６２０に境界が存在することを示している。また、参照番号１０６１で示される建物立地境界ｂの特徴として、参照番号１６２３に示す曲点を利用して、境界線を同定する。
【００８４】
ここで、図１５で得られた境界１５０４は、 参照番号１６３１で示す実際の境界位置とずれて取得されている。 このずれは観測メッシュの細かさに起因するものであり、観測間隔をより狭めることによって解決することができる。
【００８５】
図１７には、図１６に示した斜線領域１６２０から平面間の境界を同定する手順を図解している。同図において、参照番号１０６１は建物立地境界ｂを示し、また、参照番号１７２３は建物立地境界ｂにある特徴点を示している。
【００８６】
参照番号１７２１並びに１７２２は境界領域を同定する観測点をそれぞれ示している。そして、建物の上面を構成する各平面間の境界は、この２種類の線１７１１及び１７１２の間を通るような直線、又は折れ曲がり線となる。
【００８７】
参照番号１７１３及び１７１４で示す各線分は、境界線が通る場所を示しており、 それぞれの線分を横切ることになる。そして、参照番号１０６１は建物立地境界ｂを示し、参照番号１７２３は図１６において参照番号１６２３で示される建物立地境界ｂの特徴を示している。
【００８８】
境界線は境界ｂが曲がっている点などに接続するという前提知識を用いることにより、特徴点１７２３を通り、線分１７１３を通過し、 線分１７１１及び１７１２からはみ出さないように通過し、線分１７１４を通過し、建物立地境界１０６１に至る線群を取得する。
【００８９】
よって、線群が存在する領域１７０３は、参照番号１７０１及び１７０２で示される線分に挟まれた領域となる。次いで、平面間の境界線は建物立地境界ｂに対して垂直になるという前提知識（前述）を用いることにより、参照番号１７０４で示される線分が境界線として一意に求まることになる。
【００９０】
図１８には、境界が閉域の場合に補助線を付加するための手順を図解している。同図において、参照番号１８３２は図１５において抽出した境界線を示し、また、参照番号１８３１は実際の境界線を示している。
【００９１】
ここで、抽出した境界線１８３２はループになっており、 境界ｂとの接点がないことから、参照番号１８６２で示される補助線を引くことによって、１つの平面１８５２を抽出する。
【００９２】
なお、参照番号１８６２は、図１７で抽出した境界線によって更新された、建物立地境界ｂを示している。
【００９３】
図１９には、図１０〜図１８を参照しながら説明した処理手順により、図９に示したエレベーション・データから抽出した平面集合を示している。図示の通り、エレベーション・データからは４つの平面１９５１〜１９５４が作成される。これは、図８に示した実際にエレベーション・データが計測された元の建物の３次元形状に合致する。
【００９４】
図２０には、エレベーション・データから取得された建物上面を構成する各平面に対して垂直方向の平面を加えることによって３次元的な建物モデルを構成する手順を図解している。
【００９５】
参照番号２００１は生成された３次元建物モデルを上から見た図を示し、また、参照番号２００２は３次元建物モデル正面から見た図を示している。
【００９６】
ここで、参照番号２０１１〜２０１４で示される各平面は、参照番号２００２１〜２０２４で示される平面にそれぞれ対応している。 また、図１２、図１５、並びに図１７で同定した各境界線情報を基に、垂直方向に存在する平面２０２５〜２０２７を作成する。
【００９７】
図２０では正面から見える面のみを示しているが、 垂直方向にあると推測されるすべての平面を作成する。 このような処理の後、すべての平面結合部１８が平面を接続することによって、単連結の多面体を作成することができる。このような３次元建物モデルを建物データとして記録部に１３に記録する。
【００９８】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、飛行機や衛星などによって取得された地表の高さ情報を基に地表の３次元的な形状の抽出を行なうことができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１００】
また、本発明によれば、２次元平面上にマッピングされた高さ情報と建物・道路地図から個々の建物の外観情報を好適に作成することができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１０１】
また、本発明によれば、建物の立地領域に拘わらずより正確に建物の３次元モデルを得ることができる、優れた３次元モデル生成システム及び方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１０２】
本発明によれば、２次元平面に配置された高さ情報と建物・道路地図から、平面で構成される短連結のポリゴン・オブジエクトとして、 個々の建物情報を取得することができる。したがって、実世界を基にした３次元仮想空間の生成において、より正確な建物データを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２次元平面上に高さ情報がマッピングされている様子を示した図である。
【図２】建物の立地領域を上にスイープして建物を作る従来の建物情報の生成手法を示した図である。
【図３】本実施形態に係る３次元モデル生成システムの機能構成を模式的に示した図である。
【図４】本実施形態に係る２次元平面上の建物領域の高さ情報を基に建物モデルを生成する処理手順の概略を示したフローチャートである。
【図５】平面の集合として建物を抽出するための詳細な処理手順を示したフローチャートである。
【図６】境界頂点リスト内の点から境界ｃを作成するための詳細な処理手順を示したフローチャートである。
【図７】折れ曲がり点を有する境界線が観測点メッシュをはみ出す様子を示した図である。
【図８】計測する建物の一例の正面図並びに上面図を示した図である。
【図９】図８に示した建物を含む建物領域９０１におけるエレベーション・データを示した図である。
【図１０】建物の外郭から順番に平面への当てはめを行なう様子を示した図である。
【図１１】建物の外郭から順番に平面への当てはめを行なった結果として取得された協会の存在領域を示した図である。
【図１２】建物立地境界ｂの特徴を用いることによって、境界の同定が行なわれる様子を示した図である。
【図１３】同定された平面を切り離して、建物立地領域の残りの領域について平面当てはめを続行する様子を示した図である。
【図１４】図１３に示した建物立地領域の残りの領域において境界が存在する領域を示した図である。
【図１５】図１４に示した斜線領域１４２０から平面間の境界を同定する手順を示した図である。
【図１６】図１３に示した建物立地領域の残りの領域において境界が存在する他の領域を示した図である。
【図１７】図１６に示した斜線領域１６２０から平面間の境界を同定する手順を示した図である。
【図１８】境界が閉域の場合に補助線を付加するための手順を示した図である。
【図１９】エレベーション・データから抽出した平面集合を示した図である。
【図２０】エレベーション・データから取得された建物上面を構成する各平面に対して垂直方向の平面を加えることによって３次元的な建物モデルを構成する手順を示した図である。
【図２１】ドロネー図による観測点間の近傍グラフを示した図である。
【符号の説明】
１１…入力部，１２…表示部，１３…記録部
１４…ＣＰＵ，１５…ＲＡＭ，１６…ＲＯＭ
１７…平面抽出部，１８…平面結合部
１９…座標変換取得部，２０…建物領域抽出部
２１…境界線同定部
２２…通信インターフェース，２３…バス
【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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【図２０】
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【図２１】
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