道路施設管理システムインターフェースへの Web3D の応用
AN APPLICATION OF WEB3D TECHNOLOGY TO
ROAD FACILITY MANAGEMENT SYSTEMS
蒔苗 耕司*Koji Makanae

伊東 俊明**Toshiaki Itoh【抄録】本研究では，Web3D の道路施設管理システムへの応用として，案内標識を対象とした管理システムを構築し，Web3D 技術のひとつである VRML を用いた 3 次元インターフェースの有効性について述べた．
また属性データベースについては， XML を適用することにより，Web 上で利用可能なデータベースシステムを構築した．
【Abstract】A facility management system for highway guided signs was developed as an application of the web3D
technology such as VRML(Virtual Reality Modeling Language). It makes clear that 3 dimensional interface utilizing
web3D technologies has some advantages. The property database system of highway-guided signs based on the XML
technology, are built.
【キーワード】web3D, 施設管理システム，VRML, XML, 道路標識
【Keywords】web3D, facility management system, VRML, XML, highway guided sign
VRML(Virtual Reality Modeling Language)は，Web上でインタラクティブな 3 次元のオブジェクトと空間を記述するためのファイルフォーマットであり，1994 年に Version1.0 が発表され，その後，機能拡張された Version2.0 が 1996 年に発表された12)．1997
年 12 月 に ISO(the International Organization for１．はじめに土木施設の管理のための情報は，竣工図等の図面がそのベースとなっている．近年では，コンピュータを活用した施設管理システム（Facility ManagementSystem)が開発されているが，現状ではその情報のベースが図面情報であることには変わりはない．一方，
３次元 CAD の技術の適用により，設計情報を図面に依存しない３次元のデジタル情報として構築することも実現しつつあり，その施設管理への応用は，図面に依存しない３次元のインターフェースを有する施設管理システムの構築を可能とする可能性がある．
本研究では，道路案内標識の管理を例として，Web3D 及び XML の技術を活用した施設管理システ
ムを構築し，3 次元インターフェースの有効性について検討するものである．

Standardization) /IEC(the International ElectrotechnicalCommission) 14772-1 として認可され，VRML2.0 からVRML97 に名称変更している．VRML は発表当初，3 次元 CG の標準フォーマットとして，高い注目を集めたが，その後，急速に関心が失われた．この原因として，文献3)では当時のコンピュータの処理速度やネットワークの転送速度の不足，描画やファイル圧縮技術が発展途上であったこと，コンテンツを作成するためのオーサリング環境の不足，標準化を追求しすぎたこと等をその原因として挙げている．しかし，近年ではコンピュータ環境上の問題は払拭されつつあり，EC(Electric Commerce)の普及に伴って，再び Web3D 技術が注目を集めるようになってきており，商業ベースでの技術開発と普及が進みつつある．また XML(eXtensible Markup Language)の適用も進みつつあり，Web3D Consortium では，VRML97 の後継となる X3D での XML の採用を決定している4)．
一方，VRML の応用として，地形情報を表現する

２．Web3D 技術の現状と本研究の意義(1)Web3D 技術の現状
Web3D はインターネット上で３次元環境を共有する技術であり，その代表的な標準化技術としてVRML(Virtual Reality Modeling Language)がある．

*

宮城大学事業構想学部デザイン情報学科

**

岩手銀行

〒981-3298 宮城県黒川郡大和町学苑 1

1E-mail: koji@makalab.org

ための GeoVRML5)が Web3D コンソーシアムのワー
キンググループで検討がなされ，バージョン 1.0 が公開されている．

を Web 上で公開している16)．またブルドーザー，パワーショベル，クレーン等の施工機械の VRML モデルについても，Web 上で公開している17)．
また維持管理への VRML への適用例として，
VRML と Java，Java3D 等との組み合わせた橋梁の点検，補修履歴の管理システムの例がある18)．
関連した研究として 3 次元 GIS に関する研究がある19)．杉原ら は，GIS と CG を統合化した，3 次元の都市モデルの自動生成についての研究を行なっているが，その属性データとの関連性については述べられていない．

(2)VRML 技術適用の現状
建設分野における VRML 適用の可能性について，蒔苗・藤井6)は，道路の線設計における遠隔協調作業のツールとして VRML の適用の可能性について述べている．景観設計支援のためのツールとしてのVRML の適用例として，例えば厳らによる景観スタ
ジオにおける 3 次元モデルの共有のための VRML の適用7)．禹ら8)による橋梁の景観データベースにおけ(3)本研究の意義る 3 次元形状モデル表現としての適用がある．また
9)(2)に示したように，建設分野においても VRML
萩原ほか は，VRML と JAVA を利用し，石炭火力の適用について多くの研究が行なわれている．しか発電所を例に，ネットワークを介した分散景観シミし，その多くは景観設計に関するものであり，実際ュレーションシステムの開発を行い，情報共有によに施設の維持管理に適用した例は少ない．またる意思決定の効率化が可能であるとともに，VRML
VRML は 3 次元モデルを表現するためだけに使われの適用により高度なユーザーインターフェースをもている場合がほとんどであり，その 3 次元インター
つ景観情報システムが低コストで可能であることを10)
フェースとしての適用に関する研究は行なわれてい述べている．榊原・細野 は，地域景観シミュレーない．
ション・データベース・システムにおける 3 次元 CG
本研究では，VRML のもつアクティブリンク機能データとして VRML の適用したシステムの試作をに着目し，その機能を施設管理システムへ応用する行い，快適な協調設計環境の構築が可能であることことにより，3 次元インターフェースをもつデータを述べている．一方，VRML の適用の問題に関して，ベースシステムの実現しようというものであり，(2)森川・浜嶋11)は，遠隔強調設計支援システムにおけに挙げた多くの VRML に関する研究とその目的をる 3 次元モデルのブラウジングのために VRML を適異にする．なお，本研究で構築するプロトタイプで用しているが，データが冗長で立ち上げに時間がかは，道路案内標識をその対象とすることとした．
かること，ブラウザの操作が一般ユーザーに難しい等の問題を挙げており，後者についてその解決の方策を述べている．
３．VRML を適用した案内標識管理システムの設計段階における 3 次元ライブラリとしての適用
12),13)
構築に関する研究として，三上らの研究がある．これらの研究では，鋼道路橋設計情報について，AP203(1)案内標識管理の現状と VRML とのクロストランスレータを開発し，道路標識は，設置後においてその効用が損なわれAP203 データを表現するためのビューワーとしてのることがないよう維持管理を十分に行うことが求め
VRML の適用，また VRML を用いた部材の 3 次元ラられる．道路標識の日常的な維持管理作業としては，イブラリ化と，その干渉チェックとしての適用を考
適宜巡回点検を行うことと，異常を認めた場合の速えている．また石倉らは，構造解析や水利計算等の処理をネットワークを通じて行うシステムを開発し， やかな補修があげられる．これらの維持管理を能率よく確実に行うために，道路標識の設置状況を記しその可視化のために VRML を適用し，3 次元表現の14)た道路標識調書の整備が必要とされる20),21)．実際の有効性を述べている ．
管理状況について，国土交通省東北地域整備局仙台
また施工管理への VRML の適用例としては，高橋工事事務所においてヒアリングを行なった．同事務らによる，海上工事における施工管理システムにお15)
所では「道路標識台帳」として調書の整備が行なわける海底状況の 3 次元表示のための VRML の適用れており，台帳では，標識の設置方式，標識柱，補があげられる．米国の NIST では，Fire Research
修履歴，現況写真，標識位置調査などの項目が１標
Facility Emissions Control System (ECS)の建設にあた識あたり B4 判 2 枚に記載されている．同事務所でって，VRML によるモデルを構築し，建築プロセスは，宮城県内の国道約 450km を管理していることか
2

基の案内標識が設置されている．
本システムは，当該区間における道路線形及び区間内の道路案内標識と横断歩道橋を VRML によりモデリングし，3 次元の仮想空間内で再現する．そして，仮想空間内で再現される 3 次元の案内標識と標識データベースとを連携させ，3 次元のインターフェースを実現させようというものである．
道路標識管理システムの構成は図-1 の通り表される．

ら，台帳数が多くなり，保管スペースを大きく占有するという問題が生じている．
このような背景のもと，道路標識管理のためのシステムが必要とされており，例えば道路保全技術センターは「標識評価管理システム」を開発している．
同システムは，地図上に標識位置，諸元情報，写真を表示するほか，表示地名の連続性・整合性，表示距離などをチェックし，改善すべき標識を抽出し，Excel 上で一覧表示するスタンドアロン形式のシステムである．しかし，システムの開発・導入コスト等の問題から，システムを導入している道路管理者は一部にとどまっているのが現状である．

(3)3 次元形状データモデルの構築
本システムで必要な 3 次元形状データは，道路等の基盤データモデルと管理対象とする案内標識データモデルに分類される．
基盤データモデルについては，管理対象である国
道 4 号線のみを作成するものとし，道路中心線の平面座標に基づき簡易な VRML によるモデルを作成した．それ以外の基盤データに関しては，地盤を平面とみなし，ビットマップ化した地図情報をテクスチュアマッピングすることにより，俯瞰した場合に，他の道路との接続関係や地名等が把握できるようにしている．

(2) 道路標識管理システムの構成
道路標識には，規制標識，警戒標識，案内標識等があるが，本研究では道路管理者が管理する案内標
識のうち，方面・方向及び距離の予告，方面及び方向の予告（「道路標識，区画線及び道路標示に関する命令」
・案内標識番号 106-A, 108-A, 108 の 2-A, 108の 2-B）をその対象とする．また本研究で対象とする案内標識は，国道４号仙台バイパス（黒川郡大衡村〜仙台市太白区）の区間とする．対象区間には 57

道路案内標識管理システム
３次元インターフェース(VRMLブラウザ:Cosmoplayer)

属性データ表示サブシステム(XMLブラウザ)

DB閲覧・検索サブシステム
（一覧表示・検索）
案内標識
3次元形状モデルVRML

標識属性データベース
XML

基盤データ
(道路等）

ｽﾀｲﾙｼｰﾄ
XSL

画像データ(現況写真)(標識表示内容）

図-1

XML作成支援サブシステム

道路案内標識管理システム

3

識台帳の項目に基づき表-1 の通り設定した．また現況写真については，標識台帳に貼付された写真をスキャナによりデジタル化し，そのファイル名を入力している．
属性 DB は，XML(eXtensible Markup Language)形式とし，1 つの案内標識に対し，1 の XML ファイルが 対応することした．XML は World Wide Web
Consortium (W3C)により検討されている Web 上での利用を考慮した汎用的なデータ記述言語であり，
1998 年 2 月に XML1.0 が公表されている22)． XML
は，現在 Web 上で最も普及している HTML とは異なり，データ記述ファイルを書式設定ファイルと切り離すことにより，ユーザーによる任意のタグ設定を可能としており，建設分野においてもその応用が模索されている23),24),25),26)．

管理対象物である案内標識データモデルは，VRML の DEF ノードを用いて標識柱形式（F 型，逆L 型，T 型，門型）及び歩道橋添架式について基本形状として定義し，それらを標識位置の座標データに基づき，USE コマンドを用いて呼び出すという方法を用いている．標識板については，それぞれの実際の標識データに基づく標識板のモデルを作成し，それを配置している．
標識板の表示内容については，あらかじめ表示内容について画像データ（GIF 形式）として作成し，それをテクスチュアとしてマッピングする方式を用いている．
図-2 は VRML により作成された F 型案内標識の表示例である．

(4)標識属性データベースの定義
各案内標識に対する属性 DB の項目は，現状の標分類
標識

標識柱

標識板

補修履歴

現況写真項目番号名称
住所
距離標
上り・下り区分
設置箇所
設置方式
支柱形式
基礎形式
クリアランス(m)
表面塗装処理新設・移設の別
完成年月日
標識種別
文字の大きさ(cm)
縦(cm)
横(cm)
板の材質
反射照明方式
板取付方法
新設・移設の別
完成年月日
備考
補修年月
内容
備考（原因等）
全景
拡大 1
拡大２
拡大３

表‑1

属性データ項目及び各項目の入力方法

入力方法
直接
直接
選択

備考（選択肢等）

直接
選択
選択
選択
選択
選択
直接
選択
選択
直接
選択
直接
直接
直接
選択
選択
選択
選択
直接
直接
直接
直接
直接
直接
直接
直接
直接

仙台市太白区・仙台市若林区・仙台市宮城野区・仙台市泉区
黒川郡富谷町・黒川郡大和町・黒川郡大衡村
上り線，下り線，上下線共通
路端（道路端）・歩道・路端（歩道端）・中央分離帯・交通島・その他
片持式・門型式・歩道橋添架式・高架橋添架式・添架式・その他
F 型・オーバーヘッド型・T 型・逆 L 型・デザイン支柱・その他埋め込み型・ベースプレート型・直接基礎・その他亜鉛メッキ式・溶融亜鉛メッキ式・塗装式・静電粉体塗装・その他
新設標識柱・移動標識柱
106-A, 108-A, 108 の 2-A, 108 の 2-B(板の寸法)(板の寸法)
アルミニウム合金板・鋼板・その他
全面高輝度・全面反射・照明なし・外部照明式・内部照明式・その他固定式・吊下式・その他
新設標識板・移設標識板

標識の全景写真の画像ファイル名
標識の拡大写真の画像ファイル名

4

図-4

図-2

表的な VRML ブラウザとして，Silicon Graphics で開発 し た Cosmoplayer, Sony で 開 発 し たCommunityPlace 等がある．本研究では，標準的なVRML ブラウザとして Cosmoplayer 2.1 を用いている．
VRML で作成した基盤データ及び案内標識の 3 次元モデルからなる VRML ファイルをブラウザで読み込むことにより，3 次元の仮想空間が表現される（図-3）．ユーザーは，この仮想空間の中を自由に移動することが可能である．
案内標識の 3 次元オブジェクトは対応する XMLファイルに対するアクティブリンクを有している．
そのため，ユーザーは任意の案内標識をクリックすることにより，属性データを有する XML ファイルF 型標識案内標識の表示例（VRML）(5)3 次元インターフェース
VRML 形式のファイルを読み込み，仮想空間を再現するためには，VRML ブラウザが必要である．代図-3

XML・XSL による標識属性データの表示

VRML による仮想空間

5

を呼び出すことができる．
(6) DB 閲覧・検索サブシステム
VRML のアクティブリンク機能により呼び出された XML ファイルは， XML ファイルのタグと書式との関連を示した stylesheet ファイル(XSL)を参照することにより，表形式で画面上に表現される（図-4）．
また関連する画像データ（現況写真等）も同時に読み込まれ，帳票上に表示されるようになっている．
標識一覧の表示やデータの検索にあたっては，本システムでは 1 つの案内標識に対し，1 つの XML フ
ァイルが対応することから，複数の XML を読み込む必要がある．本システムでは，VB Script 及び htmlを用いることにより，複数の XML を読み込み，情報の抽出を行い，XML ファイルを再生成することにより，一覧表示(図-5)及び検索結果の表示（図-6）を可能としている．

図-5

標識属性データの一覧表示(7)XML 作成支援サブシステム
標識属性 DB では，データは XML 形式で記述されるが，DB へのデータ入力を支援するため，HTMLと VB Script を用いた Web ベースの XML 作成支援プログラムを作成した．各 DB 項目の入力方式を表-1 の入力方式の欄に示す．
(8)道路案内標識管理システムの効用と問題点
本システムでは，VRML を用いた 3 次元インターフェースを用いている．本手法は，現実世界のミニチュアモデルをコンピュータ上に仮想的に構築しているのと同様であり，管理者はこの 3 次元仮想空間の中で自由に移動でき，それにより対象物の 3 次元形状を瞬時に把握することができるとともに，それに関する情報の取得もマウスのクリックにより可能である．すなわち，より直感的な 3 次元インターフェースを実現している．
本システムは VRML，XML 等の Web ベースの標準技術を適用しており，その汎用性が高いとともに，ネットワーク上での情報共有を容易に実現することが可能である．

図-6

検索結果の表示て 3 次元 CAD システムが普及しつつあり，土木分
野でもダム建設等，一部の分野でその導入が試みられている27)．このような 3 次元 CAD 技術の導入は，図面情報を用いることなく，設計情報の交換を可能とすることが期待される28)．一方，現行の施設の維持管理においては，2 次元の図面情報がベースとなっており，設計情報が 3 次元化した場合に，その情報をそのままでは活用できないという問題が生じる．
このような問題に対し，3 次元化された設計情報をそのまま維持管理へも応用できるシステムの確立が不可欠である．また近年では，設計情報の 3 次元化に加え，オブジェクト指向の概念を取り入れた製品情報のモデル（プロダクトモデル）の開発も特に自動車産業や造船業等を中心に進みつつある，これらのモデルの普及も同様に新たな維持管理のためのシステムを要求するであろう．

４．施設管理システムへの３次元インターフェースの応用
現状の建設プロセスの中で，設計情報の交換は図面情報が主となっている．近年の建設 CALS/EC の進展により，設計情報の電子化も進みつつあるが，図面情報をそのまま 2 次元的にデジタル情報に置き換えたものにすぎない．一方，製造業等を中心とし
6

れる．
Web3D と XML を用いた施設管理システムの概念モデルを図-7 に示す．3D 形状データは，設計情報は５．むすび3 次元 CAD システムにより 3D 形状データとして蓄積される．これらの 3D 形状データは維持段階で変本研究では，Web3D の道路施設管理システムへの換プログラムを介して，Web3D データに変換される．
これにより，Web3D ブラウザを用いることにより， 応用として，実際に案内標識を対象とした管理システムを構築し，web3D 技術のひとつである VRML設計物の 3 次元形状を仮想的な 3 次元空間の中で得を用いた 3 次元インターフェースの有効性についてることが可能となる．一方，3D 形状モデルに付随し述べた．また属性データベースについては， XMLた属性データは，変換プログラムにより XML 形式を適用することにより，Web 上で利用可能なデータのファイルへと変換される．この XML 形式のファベースシステムを構築した．
イルと Web3D のファイルとのリンクを行うことに
Web3D のインターフェースとしての適用は，図面より，3 次元インターフェースが構築できる．Web3Dに依存しない施設管理システムの構築を可能とする．
及び XML データのデータはネットワークでの情報
将来的な 3 次元設計技術の普及と 3 次元モデルの利共有のための中間ファイルとして機能しているが，用技術は，設計，施工，維持管理といった製品のラWeb ブラウザ側からの XML の修正は許容するが，イフサイクルにわたる 3 次元形状データ及びそれにWeb3D についてはブラウザ側からの修正は不可能
付随した属性データの流通を促進するものと考えらとした一方通行の流れとせざるを得ない．それは，れる．
現状では Web3D で表現できる形状に制約があると現状の web3D の技術はまだ発展途上の技術であり，ともに，STEP(Standard for Exchange of product data
データ量や処理速度，表現力等の面でまだ問題が多model; ISO10303)のアプリケーションプロトコル29)30)31)
い．しかしながら，コンピュータ技術の進歩がこれのような製造物に応じた独自のデータ構造がらの問題を払拭することは時間の問題と考えられ，規定された場合，汎用的なフォーマットであるその応用技術についてさらなる研究を進めていく必Web3D からの逆変換が困難であるためである．将来要がある．
的には建設分野でも標準的なプロダクトモデルが規定されると考えられ，それに適応した 3 次元ブラウ
ザの開発は中間フォーマットを不要とし，より効率的な管理システムの構築の実現を可能とすると思わ謝辞
施工・維持管理段階

設計段階
設計システム管理システム

3次元CADシステム

Webブラウザ(XML, Web3D)

Web3D
データ

Internet/Intranet

Web3D
変換プログラム

XMLデータ
属性データ⇔XML
変換プログラム
属性データ

3D形状データ

プロダクトモデル

図-7

Web3D と XML を用いた施設管理システムの概念モデル

7本研究を進めるにあたって， 宮城大学長 福田 正教授
土木情報システム論文集, Vol.7, pp.9-16, 1998.には貴重な議論をいただいた．資料提供及びヒアリング等
では，国土交通省東北地方整備局仙台工事事務所交通対策

16 )課の方々に多大な協力をいただいた．ここであらためて謝NationInstituteof

Standards

andTechnology:

andTechnology:

http://cic.nist.gov/vrml/ecs.html

意を表する．

17 )NationInstituteof

Standards

http://cic.nist.gov/vrml/equip.html
18)三上市蔵・田中成典・石井由美子：三次元モデルライブ

参考文献
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第 21 回 土 木 情 報 シ ス テ ム シ ン ポ ジ ウ ム 講 演 集 ，

22)XML/SGML サロン：標準 XML 完全解説，技術評論社，
1998.

pp.185-188, 1996.
7)厳網林・友松貴志：情報環境での景観デザインに向け23 )て−”景観スタジオ”の構築,第 21 回土木情報システム

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講演集，pp.133-136, 1996.
8)禹

The

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25) 矢吹成浩・福田知弘・草間晴幸・笹田剛史：橋梁環境デ信喜・宮島良将・小室雅人・Kincho H. Law：

ザインにおける VRML の利用，土木情報システム論文

XML と事例ベース推論による鋼構造接合部の設計生

集, Vol.5, pp. 91-98. 1996.

成システムの構築，土木情報システム論文集 Vol.9,9)萩原豊・渡辺成子・槙良人：VRML と JAVA による分散

pp.101-110, 2000.
26)石倉正英・山本隆彦・大岩忠男・畑久仁明：XML のイ

景観シミュレーション，第 22 回土木情報システム講演

ントラネット土木技術情報データベースへの適用，第集，pp.167-170, 1997．

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タベース・システムの協調設計への利用に関する研究，

2000.
平成５・６年度土木ＣＡＤ小委員会研究報告書，土木学会

第 23 回土木情報システム講演集，pp.47-50, 1998.

土木情報システム委員会，1995.

11）森川直洋・浜嶋鉱一郎：B-ISDN による遠隔協調設計

27)土木 CAD 小委員会：平成 9・10 年度土木ＣＡＤ小委員

支援システムの高度化実験，第 23 回土木情報システム会活動報告書，土木学会土木情報システム委員会，1999.

シンポジウム講演集，pp.129-132, 1998.
12)三上市蔵・田中成典・窪田諭：鋼道路橋設計情報に関す

28) 蒔苗耕司：3 次元による設計と設計情報のあり方，平る AP203 と VRML のトランスレータの基礎的研究，土成 11 年度土木情報システム仙台セミナー'99,(社)土木学

木情報システム論文集,Vol.8,pp.73-80, 1999.

会，pp.15-19, 1999．

13)三上市蔵・田中成典・石井由美子：部材 CG ライブラリ

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CRC-Press, 1999.
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を利用したリモート数値解析システムの開発，第 22 回

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土木情報システム論文集，pp.187-190, 1997.

STEP，日本規格協会，1995．

15)高橋宏直・吉村藤謙・重松文治・石川義秀：データコミ
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