３次元電子地図データの生成方法
【課題】建造物の３次元モデリングの効率化を図る。
【解決手段】３次元モデリングの対象となる領域について、航空機からのレーザ計測によって、数ｍのメッシュ単位で高さデータを取得する。この高さデータから、２次元の地図データに記憶された建造物領域内に存在するデータのみを抽出し、度数分布を解析して、低階層（白抜き）、タワー低（ハッチング）、タワー高（クロスハッチ）のように、各階層に属するメッシュを特定する。次に、各メッシュの領域を、高さデータに応じて立ち上げることにより、建造物の３次元モデルを生成する。こうすることにより、複雑な形状の３次元モデルを比較的軽い負荷で精度良く生成することができる。
【解決手段】３次元モデリングの対象となる領域について、航空機からのレーザ計測によって、数ｍのメッシュ単位で高さデータを取得する。この高さデータから、２次元の地図データに記憶された建造物領域内に存在するデータのみを抽出し、度数分布を解析して、低階層（白抜き）、タワー低（ハッチング）、タワー高（クロスハッチ）のように、各階層に属するメッシュを特定する。次に、各メッシュの領域を、高さデータに応じて立ち上げることにより、建造物の３次元モデルを生成する。こうすることにより、複雑な形状の３次元モデルを比較的軽い負荷で精度良く生成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング技術、および該モデリング方法を用いて３次元電子地図データを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータで利用可能に電子化された地図データ（以下、「電子地図データ」と呼ぶ）の利用が広まっている。電子地図データは、いわゆるパーソナルコンピュータでの地図表示、車載用のナビゲーションシステム、インターネットを介した地図提供および印刷物としての地図の版下作成などに利用される。また、ナビゲーションシステムでは、運転者が進路を直感的に判断することができるよう、３次元表示が用いられつつある。建造物などを３次元表示することにより、現在位置および進路の把握が容易になる利点がある。
【０００３】
３次元表示を行うためには、建造物の３次元モデルが必要となる。地図の表示対象となる多数の建造物について個別に３次元データ、特に高さに関するデータを識別することは多大な労力が要求される。従来、かかる労力を軽減するための技術が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、飛行体から発射したレーザから得た地表表面の点の三次元座標および飛行体より撮影した写真画像・ビデオ画像を用いて、３次元モデルを生成する技術を開示している。３次元モデルは、予め用意された輪郭ポリゴンの中から一つを選択し、計測結果に適合するように変形することで行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００２−７４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、予め用意された輪郭ポリゴンの範囲で３次元モデルを生成するため、輪郭ポリゴンに含まれない複雑な形状の建造物については、３次元モデルを生成することができなかった。また、計測された高さデータは、輪郭ポリゴンの高さを決定するなどの目的で限定的に使用されるに過ぎないため、高さデータを十分に活かすことができなかった。
【０００７】
近年、レーザを利用した高さデータの計測は、計測点の間隔が数ｍ単位にまで細かくなるとともに、計測精度が数十ｃｍ単位にまで向上しているため、この計測データを利用することにより、３次元モデルの生成精度を更に向上することができる余地が残されていた。一般に計測データには多くのノイズが含まれているため、計測データの活用に際しては、ノイズの適切な処理が課題の一つとなる。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、計測された高さデータを活用して、軽い負荷で精度の良い３次元モデリングを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の３次元モデリング方法によって、建造物の３次元電子データを生成する。生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する。また、生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する。そして、２次元データから建造物の建造物領域を識別し、建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する。こうして抽出された建造物高さデータに基づいて、建造物の各部位の高さを特定することで、建造物の３次元モデルを生成する。
【００１０】
本発明の３次元モデリング方法によれば、２次元の電子地図データを用いることにより、高さデータの計測結果から、建造物の生成に有用なデータを、精度良く抽出することができる。つまり、２次元電子地図データに基づいて、ある特定領域を抽出し、３次元モデルに組み込むことにより、高さデータの計測結果から無用なデータを除去することができる。例えば、建造物の周辺に植えられた樹木、建造物の周辺に存在する車、人などに起因するノイズは容易かつ精度良く除去することができる。また、２次元電子地図データおよびその属性情報から、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定することにより、容易かつ精度良くノイズを除去することも可能となる。このように建造物に関連する高さデータを抽出することにより、抽出された建造物高さデータに含まれるノイズ処理自体も容易となりモデリングの精度を向上させることができる。
【００１１】
本発明において、建造物高さデータは、例えば、２次元電子地図データと同じ座標系で、高さデータの計測点を表現することによって抽出可能である。高さデータが、所定面積の計測面を単位として計測されている場合には、建造物領域内に包含される計測面のデータのみを抽出してもよいし、建造物領域と少なくとも一部が重複する計測面を抽出してもよい。
【００１２】
こうして抽出された建造物高さデータに対して、更に、高さデータの計測値と所定の基準値との大小関係を比較することで、ノイズを除去するための処理を施しても良い。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータについては、ノイズとみなす方法を採ることができる。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。更に、複数計測点で高さデータの分布状況を解析し、建造物の一部とみなすことができる程度の基準面積に達しない点在するデータをノイズと見なしたり、逆に、この基準面積以上にまとまって分布するデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【００１３】
建造物のモデリングは、種々の態様で実現可能である。第１の態様として、本発明において、階層構造をなす建造物をモデリングの対象とする場合には、建造物高さデータの度数分布に基づき、各階層の高さを特定することができる。度数分布には、建造物の形状に応じて、階層ごとに度数が高くなる高さ範囲（以下、「階層データグループ」と称する）が現れるから、例えば、各階層データグループについて、最大度数となる高さ、平均値、中央値など、種々の統計値を用いて各階層の高さを特定することができる。３層以上の階層データグループが現れる場合、各グループごとに独立して高さを決定してもよいし、階層の高さは線形的に変化するという制約条件を考慮しても良い。
【００１４】
階層構造をなす建造物の３次元モデリングを行う場合には、階層順に行うことが好ましい。一例として、低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定し、対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、その対象階層に属する領域と特定して、対象階層のモデリングを行う方法を採ることができる。通常、建造物の平面席は、低階層の方が大きいため、各階層のモデルを仮想空間内で積み上げるようにして円滑にモデリングすることができる。また、かかる方法で、階層構造をなす建造物の３次元モデリングを行うことにより、例えば、屋上に存在する給水タンクやエレベータ設備なども比較的忠実にモデリングすることが可能となる。こうして生成されたモデリング結果は、電波障害シミュレーション、大気シミュレーション、日照シミュレーションなどに利用することも可能となる。
【００１５】
上述の本発明の３次元モデリング方法においては、更に、生成された３次元モデルの各壁面を平面で平滑化する処理を施すものとしてもよい。こうすれば、３次元モデルのリアリティをより向上することができる。
【００１６】
地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されている場合、３次元モデルの壁面は、メッシュ形状に応じた凹凸が生じ易いため、かかる場合には、特に平滑化処理が有効である。平滑化は、例えば、建造物の角に位置する角メッシュを特定し、２つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面を壁面として定義することによって行うことができる。
【００１７】
角メッシュの特定は、種々の方法を採ることができ、例えば、建造物高さデータに対応するメッシュのうち、建造物の外周を規定する外周メッシュを特定し、外周メッシュを順次結ぶ線分間のなす角度に基づいて特定してもよい。線分間のなす角度が、例えば、９０°以下になるメッシュを角メッシュと特定することができる。また、低階層については、２次元地図データの建造物領域から建造物の角を見出し、この角に対応するメッシュを角メッシュとして特定してもよい。
【００１８】
低階層については、３次元モデルを、建造物領域に対応する鉛直面で切断するブーリアン演算により、壁面の平滑化を行っても良い。
【００１９】
本発明において、３次元モデリング方法は、次に示す第２の態様で行っても良い。第２の態様では、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、３次元モデルの生成に使用される３次元の基本モデルを予め用意する。また、生成対象となる建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本モデルを選択する。こうして選択された基本モデルを、建造物領域の形状および建造物高さデータに基づき変形、配置することでモデリングを行う。建造物領域の形状および建造物高さデータを用いることにより、基本モデルの変形、配置をより精度良く行うことが可能となり、３次元モデルのリアリティを向上することができる。
【００２０】
属性情報には、マンション、オフィスビル、商用ビル、高速道路など建造物の用途を含めることができる。この属性情報は、オペレータが個別に入力してもよいし、２次元の電子地図データに記録されている場合には、この電子地図データから読み込むものとしてもよい。
【００２１】
本発明は、複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成方法として構成してもよい。本発明では、次の手順で、３次元電子地図データを生成する。まず、３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する。この３次元モデルは、本発明の３次元モデル生成方法で生成されたか否かは、不問である。３次元モデルと併せて、対象領域を撮影した広域のカラー画像データも入力する。こうして入力されたカラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、特定された色を用いて３次元モデルの外観を表す外観データを生成する。
【００２２】
こうすることにより、複数の建造物について、個別に表面の貼付画像等を用意するまでなく、外観を整えることができる。また、各建造物について、現実に近い色を採用することにより、リアリティを向上することができる。外観データの生成には、画像の貼付、コンピュータグラフィックスでの描画などの方法を適用可能である。外観データは、モデル表面の着色のみならず、窓、ドアなどのデータを、建造物の種類、形状に応じて、適宜配置してもよい。本発明の方法は、特に、多数の建造物が配置された広域の３次元地図データを生成するのに有用である。
【００２３】
また、建造物は、階層構造をなした建造物である場合、建造物の２階以上の階層について上述の方法で外観データを生成し、建造物の１階については、別途、外観データを生成してもよい。例えば、１階については、個別に撮影した画像データを貼付けるようにしてもよい。建造物では、１階と２階以上で外観が異なることが多いため、両者を分けて外観データを生成することにより、モデルのリアリティをより向上することができる。
【００２４】
１階部分の外観データは、例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、外観データの生成に使用される基本外観データを予め用意し、これを用いて生成してもよい。つまり、建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本外観データを選択し、１階の外観データを生成してもよい。例えば、マンションらしい入り口、オフィスビルらしい入り口などを基本外観データとして予め用意し、マンション、オフィスビルなどの属性情報に応じて、この基本外観データを選択、使用する態様が挙げられる。こうすることにより、１階部分のリアリティをより向上することができる。
【００２５】
本発明の３次元地図データ生成方法においては、更に、看板、ベランダ、アンテナなど建造物の表面に取り付けられるべき付属物を生成してもよい。例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、付属物の生成に使用される基本付属物データを予め用意し、属性情報に基づいて、この基本付属物データを選択、使用して付属物データを生成する方法を採ることができる。こうすることにより、３次元モデルのリアリティを更に向上することができる。
【００２６】
付属物データは、基本付属物データをそのまま適用してもよいし、基本付属物データに属性情報を反映さえてもよい。例えば、形状を変形させてもよいし、看板などについては建造物またはそこに入っている店舗等の名称を付すようにしてもよい。
【００２７】
本発明では、上述の通り、建造物の属性情報を利用して、３次元の基本モデル、外観データ、付属物データを選択、使用することが可能である。この選択に際しては、建造物の属性情報に加えて他の条件を考慮してもよい。例えば、建造物の外観が統一されている地域では、各建造物に共通の外観データ等を適用してもよい。
【００２８】
本発明は、上述した３次元モデリング方法と３次元電子地図データの生成方法を、組み合わせた３次元電子地図データ方法として構成してもよい。また、３次元モデリング装置、３次元地図データ生成装置などの態様で構成してもよい。また、本発明の３次元モデリングと３次元電子地図データの生成を、コンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム、かかるプログラムを記録した記録媒体として構成してもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
Ａ．地図データ生成装置の構成：
Ｂ．データベース構造：
Ｃ．３次元モデリング：
Ｄ．仮想空間前処理：
Ｅ．建造物高さデータ設定処理：
Ｆ．ビルモデリング処理：
Ｇ．住宅、道路モデリング処理：
Ｈ．外観データ生成処理：
Ｉ．付属物データ生成処理：
【００３０】
Ａ．地図データ生成装置の構成：
図１は実施例としての電子地図データ生成システム１００（以下、単にシステム１００と称することもある）の構成を示す説明図である。このシステム１００は、建造物の３次元モデリングを行い、３次元の電子地図データを生成する。本実施例では、図示する機能ブロックを、コンピュータ内にソフトウェア的に構築することにより、システム１００を構成した。以下の例では、単独のコンピュータによってシステムが構成されている場合を例にとって説明するが、ホストコンピュータと端末とをネットワークで接続した構成を用いてもよい。
【００３１】
データ入力部１０１は、外部からモデリング用データを入力する。モデリング用データは、３次元のモデリングに必要となるデータであり、電子地図の生成対象となる広い地域について、高さの計測データ、航空写真、および撮影位置が含まれる。高さの計測データは、地域を数メートルのメッシュ状に区切り、メッシュ単位で高さを測定した結果である。航空機などから地上に向けてレーザをスキャンすることで各地点の高さを約２ｍ程度のメッシュ、約２０ｃｍ未満の計測制度で高さを計測可能な技術が知られており、一例としてＲＡＭＳｅ（国際航業（株）の登録商標）で得られるデータを利用することができる。モデリング用データは、光磁気ディスクＭＯなどの媒体を通じて入力するものとしてもよいし、ネットワークその他の通信を介して入力するものとしてもよい。
【００３２】
前処理部１１０は、３次元モデリングの前処理として、３次元モデリングで用いられる仮想空間の設定、高さデータの補正などの処理を行う。前処理部１１０は、この機能を果たすため、２次元地図データベース１０３を参照する。２次元地図データベース１０３は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。２次元地図データベース１０３としては、例えば、５０ｍメッシュで用意された国土地理院の標高データに、航空写真、衛星写真、住宅地図などを重ね合わせたデータを用いることができる。
【００３３】
本実施例では、大きく２通りの手法によって建造物のモデリングを行う。第１の手法は、高さデータに基づき、建造物領域の各部分をメッシュ単位で、高さ方向に立ち上げることによるモデリングである。第２の手法は、予め用意された基本的な３次元モデル（以下、基本モデルと称する）を変形等することによるモデリングである。ビルモデリング部１２０は、第１のモデリングを行う。本実施例では、マンション、オフィスビル、デパートなどの商用ビルなど、比較的大きなサイズのビルを第１のモデリングの対象とした。
【００３４】
住宅、道路モデリング部１３０は、第２のモデリングを行う。本実施例では、一般の住宅、および高速道路などの高架道路をモデリング対象とした。第２のモデリングを行うために参照される基本モデルは、基本モデルデータベース１０２に記憶されている。
【００３５】
外観データ生成部１４０は、モデリングされた建造物の外観を整える機能を奏する。ワイヤフレームのモデルにサーフェスを貼り、その表面を着色するとともに、窓、入り口などを生成するのである。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、窓、入り口などの部品を、外観パーツデータベース１０４に予め用意し、外観データ生成部１４０は、適宜、このデータベースを参照して外観データを生成するものとした。
【００３６】
付属物データ生成部１５０は、看板、ベランダなど、建造物に取り付けられる付属物を表すデータ（以下、付属物データと称する）を生成する。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、看板などの部品を、付属物パーツデータベース１０５に予め用意し、付属物データ生成部１５０は、適宜、このデータベースを参照して付属物データを生成するものとした。付属物データには、例えば、樹木、信号、ガードレールなど、建造物以外に街並みを表現するために必要となるデータを含めても良い。
【００３７】
統合部１０６は、上述した各機能ブロックで生成されたデータを関連づけ、電子地図データのフォーマットに整える機能を奏する。建造物や地名を示すための文字の設定、地図上に表示すべき種々の記号の設定なども併せて行う。統合部１０６は、こうして統合された電子地図データを、地図データベース１０に出力する。電子地図データは、ＤＶＤ−ＲＯＭその他の記録媒体ＭＥに記録するものとしてもよい。
【００３８】
Ｂ．データベース構造：
図２は２次元地図データベース１０３の構造を示す説明図である。２次元地図データベース１０３は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。図の中央には、２次元地図データベース１０３によって表される地図を例示した。建造物などのオブジェクトは、それぞれ閉図形（以下、ポリゴンと称する）で表され、各建造物の種別などを与える属性情報が対応づけられている。図の上方には、住宅の建造物例を示した。この建造物については、ポリゴン固有のＩＤ「ＨＯＵＳＥ００１」とともに、ポリゴンの形状データとして、各頂点の緯度、経度が記憶されている。また、属性情報としては、建造物の種別「住宅」と、階数「２階」が記憶されている。属性情報は、床面積、玄関の方向など、例示した以外に種々の情報を含めることが出来る。
【００３９】
図の下方には、ビルの建造物例を示した。住宅の場合と同様、ポリゴン固有のＩＤ、形状が記憶され、属性情報として、ビルの種別「オフィスビル」、「階数」が記憶される。更に、ビルの名称、ビルの中に入っているテナントの種類や名称などを属性情報に含めても良い。ビルの種別は、任意に設定可能であるが、本実施例では、説明の便宜上、ビルの種別として、オフィスビル、マンション、商用ビルの３種類が設定されているものとする。
【００４０】
ここでは、住宅、ビルについて例示したが、道路や土地も同様に、ポリゴンで定義され、それぞれ属性情報が併せて記憶されている。道路の属性情報としては、例えば、高速道路、国道などの道路種別、高架道路の場合には、その高さ、道路の車線数などを含め得る。
【００４１】
図３は基本モデルデータベース１０２の構造を示す説明図である。基本モデルとは、住宅、道路モデリング部１３０がモデリング時に参照する３次元のモデルである。基本モデルデータベース１０２は、この基本モデルを、建造物の種類、配置方向、高さなどに応じて、多数記憶している。図中には、住宅の基本モデル例として、西向き２階建て、南向き２階建ての２種類を示した。「西向き２階建て」、「南向き２階建て」などの区分に対して平面形状の異なる２種類以上のモデルを用意してもよい。
【００４２】
住宅、道路モデリング部１３０のモデリングでは、これらの基本モデルを適宜、変形して各建造物の３次元モデルを生成する。この際、極端な変形によって、非現実的な３次元モデルになってしまうことを回避するため、各基本モデルには、変形の許容範囲を予め定義しておくことが好ましい。本実施例では、変形率を定義するものとした。例えば、西向き２階の住宅については、東西方向には０．９５〜１．０５の範囲での伸縮が許容され、南北方向については０．９〜１．１の伸縮が許容される。変形率は、住宅の各部位ごとに設定してもよい。例えば、南向き２階の住宅については、南北方向に、バルコニーのない部分（区間ａ）と、バルコニーがある部分（区間ｂ）に分けて変形率を設定することができる。東西方向についても、間取りを考慮して、３つの区分ｃ〜ｅに分けて、変形率を設定することができる。ここでは、２次元的な変形率の設定を例示したが、高さ方向について、変形率の許容範囲を設定してもよい。
【００４３】
基本モデルは、住宅のみならず、高架道路についても用意されている。高架道路の場合には、例えば、支柱も含めた単位長さ辺りの道路のモデル、料金所、ジャンクションなどのモデルを用意することができる。
【００４４】
基本モデルは、マンションやオフィスビルについて用意してもよい。本実施例では、これらのビルは、ビルモデリング部１２０が３次元のモデリングを行うため、これらのビルに対する基本モデルは、原則的には不要である。但し、これらのモデルを用意しておけば、例えば、高さデータのノイズや、建造物の平面形状が不明などの理由により、ビルモデリング部１２０でのモデリングを行うことが出来ないビルについて、基本モデルを利用したモデリングが可能となる。
【００４５】
図４は外観パーツデータベース１０４の構造を示す説明図である。外観パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、モデルの外表面に貼付けられる貼付画像データである。外観パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。建造物の外観は、２階以上と１階部分で異なる場合があるため、本実施例では、更に、適用部位によって区分して外観パーツデータを用意するものとした。図中に示す通り、商用ビルについては、２階以上の外観パーツデータとしては、種々のタイプの窓が含まれ、１階部分の外観パーツデータとしては、ショウウィンドウや、エントランスのデータなどが含まれる。オフィスビルやマンションについても、窓、エントランスなどのデータをそれぞれ用意することができる。住宅については、窓、屋根、雨戸などを用意することができる。
【００４６】
図５は付属物パーツデータベース１０５の構造を示す説明図である。付属物パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、建造物に添付される付属物を表すための３次元モデルデータである。付属物パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。図中に示す通り、オフィスビルについては、看板が含まれる。看板は、取り付け位置によって形状が異なるため、本実施例では、ビルの側面に取り付けられるもの、屋上に取り付けられるものを区分して用意するものとした。側面に取り付けられるものについては、取り付け位置に関する情報も併せて記憶するものとした。高架道路の付属物としては、例えば、遮音壁、道路案内板、中央分離帯などを用意することができる。住宅については、ベランダ、アンテナなどを用意することができる。
【００４７】
Ｃ．３次元モデリング：
図６は３次元モデリング処理のフローチャートである。本実施例のシステム１００が、上述の各種機能ブロックやデータベースを利用して実行する処理である。ここでは、全体の処理概要を説明し、各処理の詳細な内容は、後で順次、説明する。
【００４８】
処理が開始されると、システム１００は、まず３次元の地図データを生成する対象領域について、２次元地図データ、および高さの計測データを入力する（ステップＳ１００）。
【００４９】
次に、モデリングの前処理として、仮想空間前処理（ステップＳ２００）および建造物高さデータ設定処理（ステップＳ２５０）を実行する。仮想空間前処理は、３次元モデリングを行う仮想空間を定義し、段差のない平滑化された地表面を定義する処理である。建造物高さデータ設定処理とは、高さの計測データと２次元地図データとを比較し、建造物に対応する高さデータ（以下、建造物高さデータと称する）のみを抽出する処理である。本実施例で入力された高さデータは、建造物であるか否かに関わらず、対象領域全体についてスキャンした結果である。高さデータの計測精度は非常に高いため、これらのデータには、例えば、街路樹、歩行者、車両など、建造物とは無関係のデータが含まれる。建造物高さデータ設定処理では、このように建造物と無関係のデータが除去される。
【００５０】
こうして得られたデータに基づき、システム１００は、２次元地図データの属性情報を参照し、ビルに対応するオブジェクトを順次選択して、ビルモデリングを行う（ステップＳ３００）。ビルモデリングとは、基本モデルの変形ではなく、建造物高さデータに基づいて、建造物の各部位の高さを決定するというモデリング方法である。
【００５１】
ビル以外のオブジェクトについては、システム１００は、住宅、道路モデリングを行う（ステップＳ４００）。これは、基本モデルを変形して、配置することによるモデリングである。
【００５２】
ビルモデリングと住宅、道路モデリングは、どのような順序で実行してもよい。例えば、ビルのオブジェクトのみを抽出し、全オブジェクトに対してビルモデリングを完了した後、残りのオブジェクトについて住宅、道路モデリングを行うものとしてもよい。また、未処理のオブジェクトを順次選択し、ビルに対応するオブジェクトである場合にはビルモデリングを実行し、そうでない場合には住宅、道路モデリングを行うようにしてもよい。
【００５３】
以上の処理によって、対象領域について、ワイヤフレームで３次元モデルが得られる。次に、システム１００は、各３次元モデルに対し、外観データおよび（ステップＳ５００）、付属物データを生成する（ステップＳ６００）。これらのデータは、外観パーツデータベース１０４および付属物パーツデータベース１０５から、各３次元モデルの属性情報に適したものを選択し、３次元モデルに適合するよう変形して生成される。外観データの生成と付属物データの生成は、並行して行っても良いし、いずれか一方を行った後、他方を行うようにしてもよい。
【００５４】
以上の処理によって、各３次元モデルについてのデータが完成すると、システム１００は、これらのデータを所定のフォーマットで関連づけ、地図データとして登録して、処理を完了する（ステップＳ７００）。以下、上述の各処理について、その詳細な内容を順次、説明する。
【００５５】
Ｄ．仮想空間前処理：
図７は仮想空間前処理のフローチャートである。システム１００は、まず、地表面メッシュの平滑化を行う（ステップＳ２０２）。図中にこの平滑化の処理概要を例示した。システム１００は、２次元地図データベース１０３から標高データを入力する。この標高データは、地表面を既定距離ｄで区切ったメッシュ単位で標高を記録するものである。この標高データを純粋に仮想３次元空間内に再現すると、図中の地表Ｓｇ１のように地表面は階段状となる。階段状の地表面を用いることも可能ではあるが、本実施例では、このメッシュの重心同士を結ぶ三角形のポリゴンを定義することにより、段差のない地表Ｓｇを設定した。
【００５６】
次に、システム１００は、こうして得られた地表面への建造物の配置を行う。まず、システムは、２次元地図データベース上で、建造物の２次元ポリゴンを配置する（ステップＳ２０４）。図中に、２次元の地表面Ｓｇ上で、建造物のポリゴンＰＯＬを配置した状態を示した。システム１００は、この配置に基づき、ポリゴンＰＯＬを定義する頂点（図中の●）の他、ポリゴンＰＯＬと地表面Ｓｇを定義する三角形のポリゴンとの交点（図中の○）を求める。
【００５７】
システム１００は、こうして得られた頂点および交点をそれぞれ、３次元の地表面Ｓｇ上に投影して、２次元ポリゴンを地表面に配置する（ステップＳ２０６）。システム１００は、以上の処理を、３次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、仮想空間の前処理を完了する。
【００５８】
Ｅ．建造物高さデータ設定処理：
図８は建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。仮想空間前処理で定義された三角形ポリゴンに基づいてこの処理を実行することも可能ではあるが、本実施例では、別途定義された２ｍ単位のメッシュを用いて処理するものとした。
【００５９】
システム１００は、２次元的に定義された２ｍ単位のメッシュ上に、建造物のポリゴン（以下、建造物領域と呼ぶ）ＰＯＬ１および高さデータを重ね合わせて配置する（ステップＳ２５２）。図中のマスがメッシュを表し、○が高さデータの計測位置を表している。
【００６０】
図示する通り、高さデータの計測位置は、必ずしもメッシュと一致しているとは限らない。システム１００は、事後の処理を容易にするため、高さデータを補間して、各メッシュの高さデータを設定する（ステップＳ２５４）。図中に、領域Ａの拡大図を示した。例えば、ハッチングを付したメッシュについては、その周辺に存在する４カ所の計測位置（図中の●）とメッシュの重心Ｍｃとの距離に基づいて、各計測位置の高さデータを補間することで、高さデータを設定することができる。
【００６１】
こうしてメッシュ単位で高さデータが得られると、システム１００は、建造物領域に存在する高さデータを、建造物高さデータとして設定する。図中のハッチングを付したメッシュが建造物高さデータに相当する。本実施例では、建造物領域に５０％以上が重なるメッシュを抽出するものとした。図中では、高さの相違によって異なるハッチングを付した。システム１００は、以上の処理を、３次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、建造物高さデータの設定処理を完了する。このように２次元地図データの建造物領域を利用して、建造物高さデータを設定することにより、建造物と無関係のノイズデータを比較的容易に精度良く除去することができ、以降の処理精度を向上することができる。
【００６２】
建造物高さデータを規定するメッシュは、上述の規則に限らず、種々の規則によって選択することができる。例えば、建造物領域に包含されるメッシュを抽出してもよい。建造物領域に少なくとも一部が重なるメッシュを抽出しても良い。
【００６３】
本実施例では、建造物領域を基準として建造物高さデータを抽出するものとしたが、逆に、建造物以外の領域を基準としてもよい。例えば、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定し、これらの領域に該当する高さデータを建造物とは無関係のデータとして除去するようにしてもよい。
【００６４】
建造物高さデータの特定においては、更に、高さデータの計測値を考慮してもよい。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータをノイズとみなして除去してもよい。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【００６５】
Ｆ．ビルモデリング処理：
本実施例における第１の３次元モデリング、即ち、基本モデルを用いることなく、建造物高さデータを用いて各部位の高さを決定するビルモデリングについて説明する。実施例では、ビルを対象として行うものとしたが、一般の住宅、高架道路などにも適用可能である。
【００６６】
図９は建造物高さデータ例を示す説明図である。図の上方には、モデリング対象となる建造物の斜視図、下方には建造物データを図示した。説明の便宜上、かかる建造物を例にとって処理内容を説明する。この建造物は、図示する通り、建造物領域を規定する低層階と、その上に分かれて形成されたタワー低、タワー高の３つの直方体部分から構成される。建造物データには、低層階に相当する白抜きのメッシュ、タワー低に相当するハッチングのメッシュ、タワー高に相当するクロスハッチのメッシュが含まれる。
【００６７】
図１０はビルモデリング処理のフローチャートである。システム１００は、まず、建造物高さデータを入力し、その度数分布を解析する（ステップＳ３０２）。図中に、解析例を示した。横軸に高さ、縦軸に度数、即ち各高さデータを有するメッシュ数を示した。建造物高さデータは、それぞれ計測誤差を含んでいるため、例えば、低層階に相当するメッシュであっても、高さデータは一致しない。また、建造物領域は、必ずしもメッシュと厳密に一致はしていないから、建造物高さデータには、街路樹、車両、歩行者など建造物以外のデータが含まれている可能性もある。
【００６８】
図９に示すように、階層化された建造物に対しては、度数分布において、低階層、タワー低、タワー高のそれぞれの高さに対応するピークが現れる。図中の例では、高さ１６ｍ近傍のグループＡが低層階、高さ２８ｍ近傍のグループＢがタワー低に対応するピークである。タワー高に対応するピークは図示を省略した。
【００６９】
この度数解析結果に基づいて、階層構造における各部位の高さを特定することができる。まず、高さ２ｍ近傍のデータについては、建造物に無関係のデータであるものとして除外する。除外の基準となる高さＨＬは、任意に設定可能であり、例えば、通常のビルで１階に相当する高さとすることができる。
【００７０】
次に、一つ目のピークであるグループＡに対応する高さ（以下、階層高さと呼ぶ）を特定する。本実施例では、グループＡ中で最大度数となる高さを階層高さに設定するものとした。
【００７１】
階層高さは、種々の方法で特定することができ、例えば、グループＡの平均、中央値などを階層高さとしてもよい。本実施例では、度数がＮＬ以上となる範囲をグループＡの範囲と設定し、この範囲での平均値を階層高さと設定するものとした。グループＡの範囲を規定する度数ＮＬは、任意に設定可能であり、例えば、有意な度数と言える下限値に設定することができる。
【００７２】
システム１００は、解析結果に基づき、建造物高さデータを量子化する（ステップＳ３０４）。量子化とは、各メッシュの高さデータを、解析結果で得られた階層高さに統一する処理である。例えば、グループＡに含まれる全メッシュに対して、グループＡの階層高さ１６ｍを与え、グループＢに含まれるメッシュに対してグループＢの階層高さ２８ｍを与えることにより量子化することができる。建造物の一部とみなすことができる程度の面積に相当する度数ＮＳに満たないメッシュに対して、階層高さを与えるようにして量子化してもよい。
【００７３】
いずれの階層に属するか特定できないメッシュについては、例えば、そのメッシュの高さデータに最も近い階層に割り当てるものとしてもよい。この割り当てに対しては、更に、メッシュの高さデータを超えないなどの制約を課してもよい。
【００７４】
量子化によって、図中に示すように、階層ごとに明確に区分された度数分布が得られる。システム１００は、量子化された高さデータに基づいて、メッシュ単位でのモデリングを行う（ステップＳ３１０）。この処理は、後述する通り、高さデータに相当する分、各メッシュを持ち上げることにより、四角柱の集合体としての３次元モデルを生成する処理である。
【００７５】
メッシュ単位でのモデリングでは、四角柱の集合体であるため、建造物領域とメッシュの位置関係によっては、壁面に凹凸が生じる場合がある。従って、システム１００は、こうした凹凸を除去するため、壁面の平滑化処理を行う（ステップＳ３７０）。以上の処理を、対象領域の全ビルについて実行して、システム１００は、ビルモデリング処理を終了する。
【００７６】
図１１はメッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。図１０のステップＳ３１０に相当する処理である。本実施例では、下の階層から順次処理を行うものとした。まず、システム１００は、処理の対象階層を、ビルの最も下に位置する最低階層に設定する（ステップＳ３１２）。ここで、最低階層とは、いわゆるビルの１階という意味ではなく、図１０の度数分布解析で認識される最低階層を意味する。図９に示した建造物については、低階層部分が対象階層として設定されることになる。
【００７７】
システム１００は、対象階層に対応するメッシュを、対象階層に対応した建造物高さまで高さ方向に平行移動することにより、対象階層の３次元モデリングを行う（ステップＳ３１４）。システム１００は、順次対象階層を一つ上の階層に変化させながら、全階層のモデリングを実行する（ステップＳ３１６，Ｓ３１８）。
【００７８】
ここで、本実施例では、対象階層に対応する高さ以上の高さデータを有するメッシュを、全て対象階層に属するメッシュとして扱うものとした。図中に、３次元のモデリング例を示した。図９に示した建造物に対応した３次元モデルが生成されている。この例に示す通り、低階層の処理時には、タワー低、タワー高に対応するメッシュも、全て低階層に属するメッシュとして扱われることになる。こうすることにより、低階層の３次元モデルＡに、タワー低、タワー高の部分に相当する穴が空くことを回避でき、後々のブーリアン演算の容易化を図ることができる。
【００７９】
タワー低のモデリング時には、タワー高に対応するメッシュも、全てタワー低に属するメッシュとして扱われる。従って、この階層の処理時には、タワー低のモデルＢ１と、タワー高の下方のモデルＢ２が形成される。最後に、タワー高のモデリングを行うことによって、タワー高の上方のモデルＣが形成される。
【００８０】
システム１００は、全階層のモデリングが完了すると、各モデルを結合する処理を実行する（ステップＳ３２０）。この処理には、ブーリアン演算を適用することができる。この処理により、図中のモデルＡ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃを結合した一つの３次元モデルが生成される。
【００８１】
結合処理では、例えば、低階層、タワー低、タワー高ごとに分けたモデルを生成するものとしてもよい。この処理は、例えば、モデルＢ２、Ｃのように、底面積が一致するモデルのみを結合することにより実現される。
【００８２】
メッシュ単位でのモデリングは、種々の方法を採ることができる。例えば、上層階から順次モデリングを行うものとしてもよい。階層という概念から離れ、各メッシュごとに独立して四角柱を与えた後、全体をブーリアン演算で結合させてもよい。
【００８３】
図１２は壁面の平滑化処理のフローチャートである。図１０のステップＳ３７０に相当する処理である。図１３は壁面の平滑化処理例を示す説明図である。図中の破線がメッシュを意味し、実線およびハッチングを付したメッシュで囲まれた範囲が建造物の３次元モデルの底面形状ＰＯＬを意味する。建造物領域とメッシュの関係によっては、このように側面に凹凸が生じる場合がある。これを図中の太い実線で示すように平滑化した壁面を形成するのが平滑化処理の目的である。以下、平滑化処理の内容を、図１３の例を適宜参照しながら、図１２に沿って、説明する。
【００８４】
システム１００は、３次元モデルを形成するメッシュのうち、外界との境界面となる縁メッシュを特定する（ステップＳ３７２）。縁メッシュは、例えば、各メッシュの４つの側面のうち少なくとも一面がモデル外の空間と接しているメッシュを抽出することにより特定することができる。
【００８５】
次に、システム１００は、抽出された縁メッシュを連結する処理を行う（ステップＳ３７４）。この処理では、任意に一つの縁メッシュを選択し、順次、隣接する縁メッシュを検索し、連結する。連結線が交差したり、隣接する二つの縁メッシュ間で行ったり戻ったりして検索が先に進まないという事態を回避するため、本実施例では、ステップＳ３７４の枠中に示すように検索の優先順位を設けた。図のマスはそれぞれメッシュを意味し、マス中の数字は、検索の優先度を意味する。現在位置が中央のメッシュであるとすると、右側に隣接するメッシュを最優先にして、順次、時計回りに優先順位を落として、検索を行う。この連結処理により、図１３中に細い矢印で示す連結線が得られる。
【００８６】
システム１００は、この連結線に基づき、建造物の角に相当する角メッシュを特定する（ステップＳ３７６）。本実施例では、連結線同士がなす内角が９０度以下となるメッシュを角メッシュに特定するものとした。図１３の例では、○をつけた４カ所が角メッシュとして特定される。角メッシュか否かの判定基準となる角度は、任意に設定可能であるが、９０度よりも大きくする程、当初の凹凸がそのまま維持される傾向にある。
【００８７】
こうして角メッシュが特定されると、システム１００は、角メッシュの代表点を結ぶように壁面を生成する（ステップＳ３７８）。図１３の例では、図中に太線で示す壁面が得られる。本実施例では、メッシュの重心同士を結んで壁面を定義したが、壁面は種々の位置に生成可能であり、角メッシュを包含するように壁面を設定してもよい。
【００８８】
以上の処理により、ビルモデリング処理が完了する。建造物高さの計測データに基づいて、モデリングを行うため、複雑な形状のビルも精度良くモデリングすることができる。
【００８９】
Ｇ．住宅、道路モデリング処理：
次に、本実施例の第２のモデリング手法、即ち、基本モデルを利用したモデリングについて説明する。このモデリングは、住宅、道路モデリング処理において実行される。
【００９０】
図１４は住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。図６のステップＳ４００に相当する処理である。処理が開始されると、システム１００は、未処理構造物を選択する（ステップＳ４０２）。この処理では、２次元地図データで、住宅および高架道路の属性が付与されたポリゴンが選択される。先に説明したビルモデリングでのモデリングに失敗したポリゴンを対象に含めても良い。
【００９１】
次に、システム１００は、処理対象となるポリゴンについて、属性情報、建造物領域、建造物高さを入力する（ステップＳ４０４）。また、属性情報に基づき、基本モデルデータベース１０２から、基本モデルを選択する（ステップＳ４０６）。この際、属性情報以外の条件も考慮してもよい。例えば、住宅の処理の場合、処理対象となるポリゴン周辺の道路の位置関係から入り口の方向を判定してもよいし、建造物領域と基本モデルの底面形状を比較してもよい。建造物高さデータに基づいて、切妻、寄棟など、屋根形状を判断するようにしてもよい。
【００９２】
システム１００は、選択された基本モデルを建造物高さデータおよび建造物領域に基づいて変形し、配置する（ステップＳ４０８）。建造物高さデータは、建造物の代表的な部分の高さを特定するのに用いることができる。例えば、図中に示すように切妻の屋根については、建造物高さデータによって、中央部分の高さＨ１、軒の高さＨ２などを特定することができる。２次元地図データで、建造物領域が得られない場合には、基本モデルを変形せずに配置してもよいし、処理対象となる土地枠に内接する最大面積の矩形を求め、これを建造物領域と仮定して、処理を行ってもよい。後者の処理では、土地枠から駐車スペースや隣家との間隔などを予め除いて、住宅を建築可能な形状を求め、この形状に基づいて矩形を求めても良い。
【００９３】
上述の例では住宅についての処理を説明したが、高架道路についても同様である。高架道路の基本モデルを、建造物高さデータや車線などの情報に基づいて変形し、道路ポリゴンに沿って配置することで高架道路のモデリングを行うことができる。
【００９４】
Ｈ．外観データ生成処理：
図１５は外観データ生成処理のフローチャートである。図６のステップＳ５００に相当する処理である。３次元のポリゴンの表面の着色、および窓などの画像の貼付などを行って、外観を整えるための処理である。
【００９５】
この処理では、システム１００は、まずポリゴンを着色する色彩を決定するためのデータとして、航空写真のカラー画像データを入力する（ステップＳ６０２）。撮影した位置、撮影方向、画角などの撮影条件も併せて入力する。
【００９６】
次に、３次元のポリゴンと航空写真との対応関係をとるための処理として、３次元モデルから航空写真に対応する画像（以下、対応ビューと称する）を生成する（ステップＳ６０４）。航空写真の撮影位置に相当する緯度、経度、高度に視点ＰＶを設定し、撮影方向、画角を撮影条件に併せて、３次元モデルを見た画像を生成すればよい。航空写真が地表面にほぼ鉛直に撮影されている場合には、この対応ビューは２次元的な画像となる。従って、対応ビューに代えて、２次元地図データを用いてもよい。
【００９７】
システム１００は、航空写真と対応ビューとを重ね合わせて、各オブジェクトの基本色を決定する（ステップＳ６０８）。図中に処理概要を模式的に示した。下側が航空写真、上側が対応ビューを表している。対応ビューに含まれるオブジェクトＯＢＪの基本色には、航空写真中でオブジェクトＯＢＪに対応する画像ＩＭＧの色を採用する。このように、各オブジェクトについて、航空写真に基づき基本色を決定することができる。
【００９８】
次に、システム１００は、オブジェクトの属性情報を２次元地図データベース１０３から入力し（ステップＳ６１０）、属性情報に基づいて外観パーツデータベース１０４から外観パーツデータを選択する（ステップＳ６１２）。この時、ビルについては、２階以上の部分と１階で異なる外観パーツを適用する。適用可能な外観パーツが多数存在する場合には、ランダムに選択してもよいし、ビルと道路等との位置関係を考慮して選択してもよい。例えば、道路との位置関係を考慮することにより、ショーウィンドウやエントランスの外観パーツは、道路側に優先的に適用することができる。
【００９９】
一例として、建造物の入り口の方向を決める方法について説明する。まず、２次元地図データベース１０３を参照して、建造物が配置された土地に接する道路に沿った線分（以下、道路線分と称する）を特定する。２次元地図データベース１０３が経路探索用の道路ネットワークデータを有している場合には、道路を表すリンクデータを道路線分として利用することができる。次に、２次元地図データベース上で建造物枠を構成する線分のうち、道路線分と最も平行に近い線分を選択する。例えば、道路線分に直交する線分と、建造物枠を構成する各線分とのなす角度が９０°に近いほど平行に近い線分であるものと評価することができる。こうして平行に近い線分が特定されると、その線分に対応する面に建造物の入り口を設定することができる。一般家屋のように予め基本的なモデルが用意されている場合には、こうして設定された面に入り口が来るよう、基本モデルの配置方向を決めても良い。
【０１００】
なお、角地のように土地に接する線分が２本以上存在する場合には、各道路に対して、上述の方法で、入り口の候補となる面を特定すればよい。こうして特定された全ての面に入り口を設けるようにしても良いし、これらの面の中から、所定の規則に従って一つの面を選択してもよい。規則としては、例えば、道路にもっとも平行に近い面を入り口とする；太い道路に接する面を入り口とする；南向きなど特定の方角を優先的に入り口とするなどが考えられる。
【０１０１】
以上で、各３次元モデルの基本色、外観パーツデータが決定されると、システム１００は、３次元モデルの表面を基本色で着色し、外観パーツデータを貼り付けた状態で画像を表示するための外観データを生成する（ステップＳ６１４）。２階以上と１階部分で異なる外観パーツを適用する場合、基本色での着色は２階以上の部分のみに適用してもよい。システム１００は、以上の処理を各オブジェクトについて実行し、外観データ生成処理を完了する。
【０１０２】
本実施例では、外観データの生成に航空写真を用いたが、地上から撮影した写真を用いても良い。例えば、車載のカメラで撮影した静止画像やビデオ画像を用いても良い。地上から撮影した写真では、窓、看板なども撮影されることが多いため、例えば、建造物の画像を構成する各ピクセルのＲＧＢ値の変化が小さい領域を壁と見なして、この領域の色に基づき基本色を設定することが好ましい。また、基本色以外の領域を認識し、これに基づいて、窓の有無、２階以上と１階部分との外観の差違の有無などを判断し、外観パーツデータの選択に活用してもよい。こうすることにより、外観データのリアリティを向上することができる。
【０１０３】
Ｉ．付属物データ生成処理：
最後に付属物データ生成処理について説明する。この処理は、図６のＳ６００に相当する処理である。処理内容は、外観データ生成処理（図１５）のステップＳ６１０〜Ｓ６１４と同様である。
【０１０４】
即ち、システム１００は、処理対象となるオブジェクトについて属性情報を入力し、これに基づいて付属物パーツデータベース１０５から付属物パーツデータを選択する。こうして得られた付属物パーツデータを、それぞれ対象となる３次元モデルに適合するよう変形して、取り付ける。
【０１０５】
付属物の取り付け時には、形状の変更のみならず、色彩等の変更も行うことが好ましい。例えば、看板を取り付ける場合には、ビルの名称やテナント情報に基づいて、看板の表示内容を設定することが好ましい。建造物と同じ色で、付属物を着色してもよい。
【０１０６】
以上で説明した本実施例の地図データ生成装置によれば、建造物の３次元モデルを比較的軽い負荷で精度良く生成することができる。しかも、モデル生成に利用するデータは、建造物の個別の測量データではなく、航空機からのレーザ計測によって短期間に広域に識別可能なデータである。従って、本実施例によれば、広域の３次元モデルを生成するための負担を激減させることができる。
【０１０７】
上述の実施例については、一部の処理を省略したり、更なる処理を追加したりしてもよい。本実施例では、各処理を自動的に実行するものとしたが、適宜、オペレータの操作を加えても良い。
【０１０８】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上述の各処理は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施例としての電子地図データ生成システム１００の構成を示す説明図である。
【図２】２次元地図データベース１０３の構造を示す説明図である。
【図３】基本モデルデータベース１０２の構造を示す説明図である。
【図４】外観パーツデータベース１０４の構造を示す説明図である。
【図５】付属物パーツデータベース１０５の構造を示す説明図である。
【図６】３次元モデリング処理のフローチャートである。
【図７】仮想空間前処理のフローチャートである。
【図８】建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。
【図９】建造物高さデータ例を示す説明図である。
【図１０】ビルモデリング処理のフローチャートである。
【図１１】メッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。
【図１２】壁面の平滑化処理のフローチャートである。
【図１３】壁面の平滑化処理例を示す説明図である。
【図１４】住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。
【図１５】外観データ生成処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…地図データベース
１００…電子地図データ生成システム
１０１…データ入力部
１０２…基本モデルデータベース
１０３…２次元地図データベース
１０４…外観パーツデータベース
１０５…付属物パーツデータベース
１０６…統合部
１１０…前処理部
１２０…ビルモデリング部
１３０…住宅、道路モデリング部
１４０…外観データ生成部
１５０…付属物データ生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング技術、および該モデリング方法を用いて３次元電子地図データを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータで利用可能に電子化された地図データ（以下、「電子地図データ」と呼ぶ）の利用が広まっている。電子地図データは、いわゆるパーソナルコンピュータでの地図表示、車載用のナビゲーションシステム、インターネットを介した地図提供および印刷物としての地図の版下作成などに利用される。また、ナビゲーションシステムでは、運転者が進路を直感的に判断することができるよう、３次元表示が用いられつつある。建造物などを３次元表示することにより、現在位置および進路の把握が容易になる利点がある。
【０００３】
３次元表示を行うためには、建造物の３次元モデルが必要となる。地図の表示対象となる多数の建造物について個別に３次元データ、特に高さに関するデータを識別することは多大な労力が要求される。従来、かかる労力を軽減するための技術が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、飛行体から発射したレーザから得た地表表面の点の三次元座標および飛行体より撮影した写真画像・ビデオ画像を用いて、３次元モデルを生成する技術を開示している。３次元モデルは、予め用意された輪郭ポリゴンの中から一つを選択し、計測結果に適合するように変形することで行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００２−７４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、予め用意された輪郭ポリゴンの範囲で３次元モデルを生成するため、輪郭ポリゴンに含まれない複雑な形状の建造物については、３次元モデルを生成することができなかった。また、計測された高さデータは、輪郭ポリゴンの高さを決定するなどの目的で限定的に使用されるに過ぎないため、高さデータを十分に活かすことができなかった。
【０００７】
近年、レーザを利用した高さデータの計測は、計測点の間隔が数ｍ単位にまで細かくなるとともに、計測精度が数十ｃｍ単位にまで向上しているため、この計測データを利用することにより、３次元モデルの生成精度を更に向上することができる余地が残されていた。一般に計測データには多くのノイズが含まれているため、計測データの活用に際しては、ノイズの適切な処理が課題の一つとなる。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、計測された高さデータを活用して、軽い負荷で精度の良い３次元モデリングを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の３次元モデリング方法によって、建造物の３次元電子データを生成する。生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する。また、生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する。そして、２次元データから建造物の建造物領域を識別し、建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する。こうして抽出された建造物高さデータに基づいて、建造物の各部位の高さを特定することで、建造物の３次元モデルを生成する。
【００１０】
本発明の３次元モデリング方法によれば、２次元の電子地図データを用いることにより、高さデータの計測結果から、建造物の生成に有用なデータを、精度良く抽出することができる。つまり、２次元電子地図データに基づいて、ある特定領域を抽出し、３次元モデルに組み込むことにより、高さデータの計測結果から無用なデータを除去することができる。例えば、建造物の周辺に植えられた樹木、建造物の周辺に存在する車、人などに起因するノイズは容易かつ精度良く除去することができる。また、２次元電子地図データおよびその属性情報から、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定することにより、容易かつ精度良くノイズを除去することも可能となる。このように建造物に関連する高さデータを抽出することにより、抽出された建造物高さデータに含まれるノイズ処理自体も容易となりモデリングの精度を向上させることができる。
【００１１】
本発明において、建造物高さデータは、例えば、２次元電子地図データと同じ座標系で、高さデータの計測点を表現することによって抽出可能である。高さデータが、所定面積の計測面を単位として計測されている場合には、建造物領域内に包含される計測面のデータのみを抽出してもよいし、建造物領域と少なくとも一部が重複する計測面を抽出してもよい。
【００１２】
こうして抽出された建造物高さデータに対して、更に、高さデータの計測値と所定の基準値との大小関係を比較することで、ノイズを除去するための処理を施しても良い。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータについては、ノイズとみなす方法を採ることができる。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。更に、複数計測点で高さデータの分布状況を解析し、建造物の一部とみなすことができる程度の基準面積に達しない点在するデータをノイズと見なしたり、逆に、この基準面積以上にまとまって分布するデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【００１３】
建造物のモデリングは、種々の態様で実現可能である。第１の態様として、本発明において、階層構造をなす建造物をモデリングの対象とする場合には、建造物高さデータの度数分布に基づき、各階層の高さを特定することができる。度数分布には、建造物の形状に応じて、階層ごとに度数が高くなる高さ範囲（以下、「階層データグループ」と称する）が現れるから、例えば、各階層データグループについて、最大度数となる高さ、平均値、中央値など、種々の統計値を用いて各階層の高さを特定することができる。３層以上の階層データグループが現れる場合、各グループごとに独立して高さを決定してもよいし、階層の高さは線形的に変化するという制約条件を考慮しても良い。
【００１４】
階層構造をなす建造物の３次元モデリングを行う場合には、階層順に行うことが好ましい。一例として、低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定し、対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、その対象階層に属する領域と特定して、対象階層のモデリングを行う方法を採ることができる。通常、建造物の平面席は、低階層の方が大きいため、各階層のモデルを仮想空間内で積み上げるようにして円滑にモデリングすることができる。また、かかる方法で、階層構造をなす建造物の３次元モデリングを行うことにより、例えば、屋上に存在する給水タンクやエレベータ設備なども比較的忠実にモデリングすることが可能となる。こうして生成されたモデリング結果は、電波障害シミュレーション、大気シミュレーション、日照シミュレーションなどに利用することも可能となる。
【００１５】
上述の本発明の３次元モデリング方法においては、更に、生成された３次元モデルの各壁面を平面で平滑化する処理を施すものとしてもよい。こうすれば、３次元モデルのリアリティをより向上することができる。
【００１６】
地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されている場合、３次元モデルの壁面は、メッシュ形状に応じた凹凸が生じ易いため、かかる場合には、特に平滑化処理が有効である。平滑化は、例えば、建造物の角に位置する角メッシュを特定し、２つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面を壁面として定義することによって行うことができる。
【００１７】
角メッシュの特定は、種々の方法を採ることができ、例えば、建造物高さデータに対応するメッシュのうち、建造物の外周を規定する外周メッシュを特定し、外周メッシュを順次結ぶ線分間のなす角度に基づいて特定してもよい。線分間のなす角度が、例えば、９０°以下になるメッシュを角メッシュと特定することができる。また、低階層については、２次元地図データの建造物領域から建造物の角を見出し、この角に対応するメッシュを角メッシュとして特定してもよい。
【００１８】
低階層については、３次元モデルを、建造物領域に対応する鉛直面で切断するブーリアン演算により、壁面の平滑化を行っても良い。
【００１９】
本発明において、３次元モデリング方法は、次に示す第２の態様で行っても良い。第２の態様では、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、３次元モデルの生成に使用される３次元の基本モデルを予め用意する。また、生成対象となる建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本モデルを選択する。こうして選択された基本モデルを、建造物領域の形状および建造物高さデータに基づき変形、配置することでモデリングを行う。建造物領域の形状および建造物高さデータを用いることにより、基本モデルの変形、配置をより精度良く行うことが可能となり、３次元モデルのリアリティを向上することができる。
【００２０】
属性情報には、マンション、オフィスビル、商用ビル、高速道路など建造物の用途を含めることができる。この属性情報は、オペレータが個別に入力してもよいし、２次元の電子地図データに記録されている場合には、この電子地図データから読み込むものとしてもよい。
【００２１】
本発明は、複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成方法として構成してもよい。本発明では、次の手順で、３次元電子地図データを生成する。まず、３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する。この３次元モデルは、本発明の３次元モデル生成方法で生成されたか否かは、不問である。３次元モデルと併せて、対象領域を撮影した広域のカラー画像データも入力する。こうして入力されたカラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、特定された色を用いて３次元モデルの外観を表す外観データを生成する。
【００２２】
こうすることにより、複数の建造物について、個別に表面の貼付画像等を用意するまでなく、外観を整えることができる。また、各建造物について、現実に近い色を採用することにより、リアリティを向上することができる。外観データの生成には、画像の貼付、コンピュータグラフィックスでの描画などの方法を適用可能である。外観データは、モデル表面の着色のみならず、窓、ドアなどのデータを、建造物の種類、形状に応じて、適宜配置してもよい。本発明の方法は、特に、多数の建造物が配置された広域の３次元地図データを生成するのに有用である。
【００２３】
また、建造物は、階層構造をなした建造物である場合、建造物の２階以上の階層について上述の方法で外観データを生成し、建造物の１階については、別途、外観データを生成してもよい。例えば、１階については、個別に撮影した画像データを貼付けるようにしてもよい。建造物では、１階と２階以上で外観が異なることが多いため、両者を分けて外観データを生成することにより、モデルのリアリティをより向上することができる。
【００２４】
１階部分の外観データは、例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、外観データの生成に使用される基本外観データを予め用意し、これを用いて生成してもよい。つまり、建造物の属性情報を入力し、この属性情報に応じて、基本外観データを選択し、１階の外観データを生成してもよい。例えば、マンションらしい入り口、オフィスビルらしい入り口などを基本外観データとして予め用意し、マンション、オフィスビルなどの属性情報に応じて、この基本外観データを選択、使用する態様が挙げられる。こうすることにより、１階部分のリアリティをより向上することができる。
【００２５】
本発明の３次元地図データ生成方法においては、更に、看板、ベランダ、アンテナなど建造物の表面に取り付けられるべき付属物を生成してもよい。例えば、建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、付属物の生成に使用される基本付属物データを予め用意し、属性情報に基づいて、この基本付属物データを選択、使用して付属物データを生成する方法を採ることができる。こうすることにより、３次元モデルのリアリティを更に向上することができる。
【００２６】
付属物データは、基本付属物データをそのまま適用してもよいし、基本付属物データに属性情報を反映さえてもよい。例えば、形状を変形させてもよいし、看板などについては建造物またはそこに入っている店舗等の名称を付すようにしてもよい。
【００２７】
本発明では、上述の通り、建造物の属性情報を利用して、３次元の基本モデル、外観データ、付属物データを選択、使用することが可能である。この選択に際しては、建造物の属性情報に加えて他の条件を考慮してもよい。例えば、建造物の外観が統一されている地域では、各建造物に共通の外観データ等を適用してもよい。
【００２８】
本発明は、上述した３次元モデリング方法と３次元電子地図データの生成方法を、組み合わせた３次元電子地図データ方法として構成してもよい。また、３次元モデリング装置、３次元地図データ生成装置などの態様で構成してもよい。また、本発明の３次元モデリングと３次元電子地図データの生成を、コンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム、かかるプログラムを記録した記録媒体として構成してもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
Ａ．地図データ生成装置の構成：
Ｂ．データベース構造：
Ｃ．３次元モデリング：
Ｄ．仮想空間前処理：
Ｅ．建造物高さデータ設定処理：
Ｆ．ビルモデリング処理：
Ｇ．住宅、道路モデリング処理：
Ｈ．外観データ生成処理：
Ｉ．付属物データ生成処理：
【００３０】
Ａ．地図データ生成装置の構成：
図１は実施例としての電子地図データ生成システム１００（以下、単にシステム１００と称することもある）の構成を示す説明図である。このシステム１００は、建造物の３次元モデリングを行い、３次元の電子地図データを生成する。本実施例では、図示する機能ブロックを、コンピュータ内にソフトウェア的に構築することにより、システム１００を構成した。以下の例では、単独のコンピュータによってシステムが構成されている場合を例にとって説明するが、ホストコンピュータと端末とをネットワークで接続した構成を用いてもよい。
【００３１】
データ入力部１０１は、外部からモデリング用データを入力する。モデリング用データは、３次元のモデリングに必要となるデータであり、電子地図の生成対象となる広い地域について、高さの計測データ、航空写真、および撮影位置が含まれる。高さの計測データは、地域を数メートルのメッシュ状に区切り、メッシュ単位で高さを測定した結果である。航空機などから地上に向けてレーザをスキャンすることで各地点の高さを約２ｍ程度のメッシュ、約２０ｃｍ未満の計測制度で高さを計測可能な技術が知られており、一例としてＲＡＭＳｅ（国際航業（株）の登録商標）で得られるデータを利用することができる。モデリング用データは、光磁気ディスクＭＯなどの媒体を通じて入力するものとしてもよいし、ネットワークその他の通信を介して入力するものとしてもよい。
【００３２】
前処理部１１０は、３次元モデリングの前処理として、３次元モデリングで用いられる仮想空間の設定、高さデータの補正などの処理を行う。前処理部１１０は、この機能を果たすため、２次元地図データベース１０３を参照する。２次元地図データベース１０３は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。２次元地図データベース１０３としては、例えば、５０ｍメッシュで用意された国土地理院の標高データに、航空写真、衛星写真、住宅地図などを重ね合わせたデータを用いることができる。
【００３３】
本実施例では、大きく２通りの手法によって建造物のモデリングを行う。第１の手法は、高さデータに基づき、建造物領域の各部分をメッシュ単位で、高さ方向に立ち上げることによるモデリングである。第２の手法は、予め用意された基本的な３次元モデル（以下、基本モデルと称する）を変形等することによるモデリングである。ビルモデリング部１２０は、第１のモデリングを行う。本実施例では、マンション、オフィスビル、デパートなどの商用ビルなど、比較的大きなサイズのビルを第１のモデリングの対象とした。
【００３４】
住宅、道路モデリング部１３０は、第２のモデリングを行う。本実施例では、一般の住宅、および高速道路などの高架道路をモデリング対象とした。第２のモデリングを行うために参照される基本モデルは、基本モデルデータベース１０２に記憶されている。
【００３５】
外観データ生成部１４０は、モデリングされた建造物の外観を整える機能を奏する。ワイヤフレームのモデルにサーフェスを貼り、その表面を着色するとともに、窓、入り口などを生成するのである。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、窓、入り口などの部品を、外観パーツデータベース１０４に予め用意し、外観データ生成部１４０は、適宜、このデータベースを参照して外観データを生成するものとした。
【００３６】
付属物データ生成部１５０は、看板、ベランダなど、建造物に取り付けられる付属物を表すデータ（以下、付属物データと称する）を生成する。本実施例では、外観のリアリティを向上するため、看板などの部品を、付属物パーツデータベース１０５に予め用意し、付属物データ生成部１５０は、適宜、このデータベースを参照して付属物データを生成するものとした。付属物データには、例えば、樹木、信号、ガードレールなど、建造物以外に街並みを表現するために必要となるデータを含めても良い。
【００３７】
統合部１０６は、上述した各機能ブロックで生成されたデータを関連づけ、電子地図データのフォーマットに整える機能を奏する。建造物や地名を示すための文字の設定、地図上に表示すべき種々の記号の設定なども併せて行う。統合部１０６は、こうして統合された電子地図データを、地図データベース１０に出力する。電子地図データは、ＤＶＤ−ＲＯＭその他の記録媒体ＭＥに記録するものとしてもよい。
【００３８】
Ｂ．データベース構造：
図２は２次元地図データベース１０３の構造を示す説明図である。２次元地図データベース１０３は、平面での既存の地図データベースであり、地表面を区切ったメッシュ単位での標高、建造物の平面形状などを記録している。図の中央には、２次元地図データベース１０３によって表される地図を例示した。建造物などのオブジェクトは、それぞれ閉図形（以下、ポリゴンと称する）で表され、各建造物の種別などを与える属性情報が対応づけられている。図の上方には、住宅の建造物例を示した。この建造物については、ポリゴン固有のＩＤ「ＨＯＵＳＥ００１」とともに、ポリゴンの形状データとして、各頂点の緯度、経度が記憶されている。また、属性情報としては、建造物の種別「住宅」と、階数「２階」が記憶されている。属性情報は、床面積、玄関の方向など、例示した以外に種々の情報を含めることが出来る。
【００３９】
図の下方には、ビルの建造物例を示した。住宅の場合と同様、ポリゴン固有のＩＤ、形状が記憶され、属性情報として、ビルの種別「オフィスビル」、「階数」が記憶される。更に、ビルの名称、ビルの中に入っているテナントの種類や名称などを属性情報に含めても良い。ビルの種別は、任意に設定可能であるが、本実施例では、説明の便宜上、ビルの種別として、オフィスビル、マンション、商用ビルの３種類が設定されているものとする。
【００４０】
ここでは、住宅、ビルについて例示したが、道路や土地も同様に、ポリゴンで定義され、それぞれ属性情報が併せて記憶されている。道路の属性情報としては、例えば、高速道路、国道などの道路種別、高架道路の場合には、その高さ、道路の車線数などを含め得る。
【００４１】
図３は基本モデルデータベース１０２の構造を示す説明図である。基本モデルとは、住宅、道路モデリング部１３０がモデリング時に参照する３次元のモデルである。基本モデルデータベース１０２は、この基本モデルを、建造物の種類、配置方向、高さなどに応じて、多数記憶している。図中には、住宅の基本モデル例として、西向き２階建て、南向き２階建ての２種類を示した。「西向き２階建て」、「南向き２階建て」などの区分に対して平面形状の異なる２種類以上のモデルを用意してもよい。
【００４２】
住宅、道路モデリング部１３０のモデリングでは、これらの基本モデルを適宜、変形して各建造物の３次元モデルを生成する。この際、極端な変形によって、非現実的な３次元モデルになってしまうことを回避するため、各基本モデルには、変形の許容範囲を予め定義しておくことが好ましい。本実施例では、変形率を定義するものとした。例えば、西向き２階の住宅については、東西方向には０．９５〜１．０５の範囲での伸縮が許容され、南北方向については０．９〜１．１の伸縮が許容される。変形率は、住宅の各部位ごとに設定してもよい。例えば、南向き２階の住宅については、南北方向に、バルコニーのない部分（区間ａ）と、バルコニーがある部分（区間ｂ）に分けて変形率を設定することができる。東西方向についても、間取りを考慮して、３つの区分ｃ〜ｅに分けて、変形率を設定することができる。ここでは、２次元的な変形率の設定を例示したが、高さ方向について、変形率の許容範囲を設定してもよい。
【００４３】
基本モデルは、住宅のみならず、高架道路についても用意されている。高架道路の場合には、例えば、支柱も含めた単位長さ辺りの道路のモデル、料金所、ジャンクションなどのモデルを用意することができる。
【００４４】
基本モデルは、マンションやオフィスビルについて用意してもよい。本実施例では、これらのビルは、ビルモデリング部１２０が３次元のモデリングを行うため、これらのビルに対する基本モデルは、原則的には不要である。但し、これらのモデルを用意しておけば、例えば、高さデータのノイズや、建造物の平面形状が不明などの理由により、ビルモデリング部１２０でのモデリングを行うことが出来ないビルについて、基本モデルを利用したモデリングが可能となる。
【００４５】
図４は外観パーツデータベース１０４の構造を示す説明図である。外観パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、モデルの外表面に貼付けられる貼付画像データである。外観パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。建造物の外観は、２階以上と１階部分で異なる場合があるため、本実施例では、更に、適用部位によって区分して外観パーツデータを用意するものとした。図中に示す通り、商用ビルについては、２階以上の外観パーツデータとしては、種々のタイプの窓が含まれ、１階部分の外観パーツデータとしては、ショウウィンドウや、エントランスのデータなどが含まれる。オフィスビルやマンションについても、窓、エントランスなどのデータをそれぞれ用意することができる。住宅については、窓、屋根、雨戸などを用意することができる。
【００４６】
図５は付属物パーツデータベース１０５の構造を示す説明図である。付属物パーツデータとは、建造物のリアリティを向上するため、建造物に添付される付属物を表すための３次元モデルデータである。付属物パーツデータは、建造物の種別などの属性情報に応じて用意される。図中に示す通り、オフィスビルについては、看板が含まれる。看板は、取り付け位置によって形状が異なるため、本実施例では、ビルの側面に取り付けられるもの、屋上に取り付けられるものを区分して用意するものとした。側面に取り付けられるものについては、取り付け位置に関する情報も併せて記憶するものとした。高架道路の付属物としては、例えば、遮音壁、道路案内板、中央分離帯などを用意することができる。住宅については、ベランダ、アンテナなどを用意することができる。
【００４７】
Ｃ．３次元モデリング：
図６は３次元モデリング処理のフローチャートである。本実施例のシステム１００が、上述の各種機能ブロックやデータベースを利用して実行する処理である。ここでは、全体の処理概要を説明し、各処理の詳細な内容は、後で順次、説明する。
【００４８】
処理が開始されると、システム１００は、まず３次元の地図データを生成する対象領域について、２次元地図データ、および高さの計測データを入力する（ステップＳ１００）。
【００４９】
次に、モデリングの前処理として、仮想空間前処理（ステップＳ２００）および建造物高さデータ設定処理（ステップＳ２５０）を実行する。仮想空間前処理は、３次元モデリングを行う仮想空間を定義し、段差のない平滑化された地表面を定義する処理である。建造物高さデータ設定処理とは、高さの計測データと２次元地図データとを比較し、建造物に対応する高さデータ（以下、建造物高さデータと称する）のみを抽出する処理である。本実施例で入力された高さデータは、建造物であるか否かに関わらず、対象領域全体についてスキャンした結果である。高さデータの計測精度は非常に高いため、これらのデータには、例えば、街路樹、歩行者、車両など、建造物とは無関係のデータが含まれる。建造物高さデータ設定処理では、このように建造物と無関係のデータが除去される。
【００５０】
こうして得られたデータに基づき、システム１００は、２次元地図データの属性情報を参照し、ビルに対応するオブジェクトを順次選択して、ビルモデリングを行う（ステップＳ３００）。ビルモデリングとは、基本モデルの変形ではなく、建造物高さデータに基づいて、建造物の各部位の高さを決定するというモデリング方法である。
【００５１】
ビル以外のオブジェクトについては、システム１００は、住宅、道路モデリングを行う（ステップＳ４００）。これは、基本モデルを変形して、配置することによるモデリングである。
【００５２】
ビルモデリングと住宅、道路モデリングは、どのような順序で実行してもよい。例えば、ビルのオブジェクトのみを抽出し、全オブジェクトに対してビルモデリングを完了した後、残りのオブジェクトについて住宅、道路モデリングを行うものとしてもよい。また、未処理のオブジェクトを順次選択し、ビルに対応するオブジェクトである場合にはビルモデリングを実行し、そうでない場合には住宅、道路モデリングを行うようにしてもよい。
【００５３】
以上の処理によって、対象領域について、ワイヤフレームで３次元モデルが得られる。次に、システム１００は、各３次元モデルに対し、外観データおよび（ステップＳ５００）、付属物データを生成する（ステップＳ６００）。これらのデータは、外観パーツデータベース１０４および付属物パーツデータベース１０５から、各３次元モデルの属性情報に適したものを選択し、３次元モデルに適合するよう変形して生成される。外観データの生成と付属物データの生成は、並行して行っても良いし、いずれか一方を行った後、他方を行うようにしてもよい。
【００５４】
以上の処理によって、各３次元モデルについてのデータが完成すると、システム１００は、これらのデータを所定のフォーマットで関連づけ、地図データとして登録して、処理を完了する（ステップＳ７００）。以下、上述の各処理について、その詳細な内容を順次、説明する。
【００５５】
Ｄ．仮想空間前処理：
図７は仮想空間前処理のフローチャートである。システム１００は、まず、地表面メッシュの平滑化を行う（ステップＳ２０２）。図中にこの平滑化の処理概要を例示した。システム１００は、２次元地図データベース１０３から標高データを入力する。この標高データは、地表面を既定距離ｄで区切ったメッシュ単位で標高を記録するものである。この標高データを純粋に仮想３次元空間内に再現すると、図中の地表Ｓｇ１のように地表面は階段状となる。階段状の地表面を用いることも可能ではあるが、本実施例では、このメッシュの重心同士を結ぶ三角形のポリゴンを定義することにより、段差のない地表Ｓｇを設定した。
【００５６】
次に、システム１００は、こうして得られた地表面への建造物の配置を行う。まず、システムは、２次元地図データベース上で、建造物の２次元ポリゴンを配置する（ステップＳ２０４）。図中に、２次元の地表面Ｓｇ上で、建造物のポリゴンＰＯＬを配置した状態を示した。システム１００は、この配置に基づき、ポリゴンＰＯＬを定義する頂点（図中の●）の他、ポリゴンＰＯＬと地表面Ｓｇを定義する三角形のポリゴンとの交点（図中の○）を求める。
【００５７】
システム１００は、こうして得られた頂点および交点をそれぞれ、３次元の地表面Ｓｇ上に投影して、２次元ポリゴンを地表面に配置する（ステップＳ２０６）。システム１００は、以上の処理を、３次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、仮想空間の前処理を完了する。
【００５８】
Ｅ．建造物高さデータ設定処理：
図８は建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。仮想空間前処理で定義された三角形ポリゴンに基づいてこの処理を実行することも可能ではあるが、本実施例では、別途定義された２ｍ単位のメッシュを用いて処理するものとした。
【００５９】
システム１００は、２次元的に定義された２ｍ単位のメッシュ上に、建造物のポリゴン（以下、建造物領域と呼ぶ）ＰＯＬ１および高さデータを重ね合わせて配置する（ステップＳ２５２）。図中のマスがメッシュを表し、○が高さデータの計測位置を表している。
【００６０】
図示する通り、高さデータの計測位置は、必ずしもメッシュと一致しているとは限らない。システム１００は、事後の処理を容易にするため、高さデータを補間して、各メッシュの高さデータを設定する（ステップＳ２５４）。図中に、領域Ａの拡大図を示した。例えば、ハッチングを付したメッシュについては、その周辺に存在する４カ所の計測位置（図中の●）とメッシュの重心Ｍｃとの距離に基づいて、各計測位置の高さデータを補間することで、高さデータを設定することができる。
【００６１】
こうしてメッシュ単位で高さデータが得られると、システム１００は、建造物領域に存在する高さデータを、建造物高さデータとして設定する。図中のハッチングを付したメッシュが建造物高さデータに相当する。本実施例では、建造物領域に５０％以上が重なるメッシュを抽出するものとした。図中では、高さの相違によって異なるハッチングを付した。システム１００は、以上の処理を、３次元モデリングの対象領域中の各ポリゴンについて実行して、建造物高さデータの設定処理を完了する。このように２次元地図データの建造物領域を利用して、建造物高さデータを設定することにより、建造物と無関係のノイズデータを比較的容易に精度良く除去することができ、以降の処理精度を向上することができる。
【００６２】
建造物高さデータを規定するメッシュは、上述の規則に限らず、種々の規則によって選択することができる。例えば、建造物領域に包含されるメッシュを抽出してもよい。建造物領域に少なくとも一部が重なるメッシュを抽出しても良い。
【００６３】
本実施例では、建造物領域を基準として建造物高さデータを抽出するものとしたが、逆に、建造物以外の領域を基準としてもよい。例えば、一般道路、建造物間の路地、公園などモデリングの対象となる建造物以外の領域を特定し、これらの領域に該当する高さデータを建造物とは無関係のデータとして除去するようにしてもよい。
【００６４】
建造物高さデータの特定においては、更に、高さデータの計測値を考慮してもよい。例えば、建造物では採り得ない程度の低い値を基準値に設定し、この基準値以下のデータをノイズとみなして除去してもよい。逆に、建造物の計測データとみなすことができる程度の高い値を基準値に設定し、この基準値以上のデータを正常なデータとして抽出することで、ノイズを除去する方法を採っても良い。
【００６５】
Ｆ．ビルモデリング処理：
本実施例における第１の３次元モデリング、即ち、基本モデルを用いることなく、建造物高さデータを用いて各部位の高さを決定するビルモデリングについて説明する。実施例では、ビルを対象として行うものとしたが、一般の住宅、高架道路などにも適用可能である。
【００６６】
図９は建造物高さデータ例を示す説明図である。図の上方には、モデリング対象となる建造物の斜視図、下方には建造物データを図示した。説明の便宜上、かかる建造物を例にとって処理内容を説明する。この建造物は、図示する通り、建造物領域を規定する低層階と、その上に分かれて形成されたタワー低、タワー高の３つの直方体部分から構成される。建造物データには、低層階に相当する白抜きのメッシュ、タワー低に相当するハッチングのメッシュ、タワー高に相当するクロスハッチのメッシュが含まれる。
【００６７】
図１０はビルモデリング処理のフローチャートである。システム１００は、まず、建造物高さデータを入力し、その度数分布を解析する（ステップＳ３０２）。図中に、解析例を示した。横軸に高さ、縦軸に度数、即ち各高さデータを有するメッシュ数を示した。建造物高さデータは、それぞれ計測誤差を含んでいるため、例えば、低層階に相当するメッシュであっても、高さデータは一致しない。また、建造物領域は、必ずしもメッシュと厳密に一致はしていないから、建造物高さデータには、街路樹、車両、歩行者など建造物以外のデータが含まれている可能性もある。
【００６８】
図９に示すように、階層化された建造物に対しては、度数分布において、低階層、タワー低、タワー高のそれぞれの高さに対応するピークが現れる。図中の例では、高さ１６ｍ近傍のグループＡが低層階、高さ２８ｍ近傍のグループＢがタワー低に対応するピークである。タワー高に対応するピークは図示を省略した。
【００６９】
この度数解析結果に基づいて、階層構造における各部位の高さを特定することができる。まず、高さ２ｍ近傍のデータについては、建造物に無関係のデータであるものとして除外する。除外の基準となる高さＨＬは、任意に設定可能であり、例えば、通常のビルで１階に相当する高さとすることができる。
【００７０】
次に、一つ目のピークであるグループＡに対応する高さ（以下、階層高さと呼ぶ）を特定する。本実施例では、グループＡ中で最大度数となる高さを階層高さに設定するものとした。
【００７１】
階層高さは、種々の方法で特定することができ、例えば、グループＡの平均、中央値などを階層高さとしてもよい。本実施例では、度数がＮＬ以上となる範囲をグループＡの範囲と設定し、この範囲での平均値を階層高さと設定するものとした。グループＡの範囲を規定する度数ＮＬは、任意に設定可能であり、例えば、有意な度数と言える下限値に設定することができる。
【００７２】
システム１００は、解析結果に基づき、建造物高さデータを量子化する（ステップＳ３０４）。量子化とは、各メッシュの高さデータを、解析結果で得られた階層高さに統一する処理である。例えば、グループＡに含まれる全メッシュに対して、グループＡの階層高さ１６ｍを与え、グループＢに含まれるメッシュに対してグループＢの階層高さ２８ｍを与えることにより量子化することができる。建造物の一部とみなすことができる程度の面積に相当する度数ＮＳに満たないメッシュに対して、階層高さを与えるようにして量子化してもよい。
【００７３】
いずれの階層に属するか特定できないメッシュについては、例えば、そのメッシュの高さデータに最も近い階層に割り当てるものとしてもよい。この割り当てに対しては、更に、メッシュの高さデータを超えないなどの制約を課してもよい。
【００７４】
量子化によって、図中に示すように、階層ごとに明確に区分された度数分布が得られる。システム１００は、量子化された高さデータに基づいて、メッシュ単位でのモデリングを行う（ステップＳ３１０）。この処理は、後述する通り、高さデータに相当する分、各メッシュを持ち上げることにより、四角柱の集合体としての３次元モデルを生成する処理である。
【００７５】
メッシュ単位でのモデリングでは、四角柱の集合体であるため、建造物領域とメッシュの位置関係によっては、壁面に凹凸が生じる場合がある。従って、システム１００は、こうした凹凸を除去するため、壁面の平滑化処理を行う（ステップＳ３７０）。以上の処理を、対象領域の全ビルについて実行して、システム１００は、ビルモデリング処理を終了する。
【００７６】
図１１はメッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。図１０のステップＳ３１０に相当する処理である。本実施例では、下の階層から順次処理を行うものとした。まず、システム１００は、処理の対象階層を、ビルの最も下に位置する最低階層に設定する（ステップＳ３１２）。ここで、最低階層とは、いわゆるビルの１階という意味ではなく、図１０の度数分布解析で認識される最低階層を意味する。図９に示した建造物については、低階層部分が対象階層として設定されることになる。
【００７７】
システム１００は、対象階層に対応するメッシュを、対象階層に対応した建造物高さまで高さ方向に平行移動することにより、対象階層の３次元モデリングを行う（ステップＳ３１４）。システム１００は、順次対象階層を一つ上の階層に変化させながら、全階層のモデリングを実行する（ステップＳ３１６，Ｓ３１８）。
【００７８】
ここで、本実施例では、対象階層に対応する高さ以上の高さデータを有するメッシュを、全て対象階層に属するメッシュとして扱うものとした。図中に、３次元のモデリング例を示した。図９に示した建造物に対応した３次元モデルが生成されている。この例に示す通り、低階層の処理時には、タワー低、タワー高に対応するメッシュも、全て低階層に属するメッシュとして扱われることになる。こうすることにより、低階層の３次元モデルＡに、タワー低、タワー高の部分に相当する穴が空くことを回避でき、後々のブーリアン演算の容易化を図ることができる。
【００７９】
タワー低のモデリング時には、タワー高に対応するメッシュも、全てタワー低に属するメッシュとして扱われる。従って、この階層の処理時には、タワー低のモデルＢ１と、タワー高の下方のモデルＢ２が形成される。最後に、タワー高のモデリングを行うことによって、タワー高の上方のモデルＣが形成される。
【００８０】
システム１００は、全階層のモデリングが完了すると、各モデルを結合する処理を実行する（ステップＳ３２０）。この処理には、ブーリアン演算を適用することができる。この処理により、図中のモデルＡ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃを結合した一つの３次元モデルが生成される。
【００８１】
結合処理では、例えば、低階層、タワー低、タワー高ごとに分けたモデルを生成するものとしてもよい。この処理は、例えば、モデルＢ２、Ｃのように、底面積が一致するモデルのみを結合することにより実現される。
【００８２】
メッシュ単位でのモデリングは、種々の方法を採ることができる。例えば、上層階から順次モデリングを行うものとしてもよい。階層という概念から離れ、各メッシュごとに独立して四角柱を与えた後、全体をブーリアン演算で結合させてもよい。
【００８３】
図１２は壁面の平滑化処理のフローチャートである。図１０のステップＳ３７０に相当する処理である。図１３は壁面の平滑化処理例を示す説明図である。図中の破線がメッシュを意味し、実線およびハッチングを付したメッシュで囲まれた範囲が建造物の３次元モデルの底面形状ＰＯＬを意味する。建造物領域とメッシュの関係によっては、このように側面に凹凸が生じる場合がある。これを図中の太い実線で示すように平滑化した壁面を形成するのが平滑化処理の目的である。以下、平滑化処理の内容を、図１３の例を適宜参照しながら、図１２に沿って、説明する。
【００８４】
システム１００は、３次元モデルを形成するメッシュのうち、外界との境界面となる縁メッシュを特定する（ステップＳ３７２）。縁メッシュは、例えば、各メッシュの４つの側面のうち少なくとも一面がモデル外の空間と接しているメッシュを抽出することにより特定することができる。
【００８５】
次に、システム１００は、抽出された縁メッシュを連結する処理を行う（ステップＳ３７４）。この処理では、任意に一つの縁メッシュを選択し、順次、隣接する縁メッシュを検索し、連結する。連結線が交差したり、隣接する二つの縁メッシュ間で行ったり戻ったりして検索が先に進まないという事態を回避するため、本実施例では、ステップＳ３７４の枠中に示すように検索の優先順位を設けた。図のマスはそれぞれメッシュを意味し、マス中の数字は、検索の優先度を意味する。現在位置が中央のメッシュであるとすると、右側に隣接するメッシュを最優先にして、順次、時計回りに優先順位を落として、検索を行う。この連結処理により、図１３中に細い矢印で示す連結線が得られる。
【００８６】
システム１００は、この連結線に基づき、建造物の角に相当する角メッシュを特定する（ステップＳ３７６）。本実施例では、連結線同士がなす内角が９０度以下となるメッシュを角メッシュに特定するものとした。図１３の例では、○をつけた４カ所が角メッシュとして特定される。角メッシュか否かの判定基準となる角度は、任意に設定可能であるが、９０度よりも大きくする程、当初の凹凸がそのまま維持される傾向にある。
【００８７】
こうして角メッシュが特定されると、システム１００は、角メッシュの代表点を結ぶように壁面を生成する（ステップＳ３７８）。図１３の例では、図中に太線で示す壁面が得られる。本実施例では、メッシュの重心同士を結んで壁面を定義したが、壁面は種々の位置に生成可能であり、角メッシュを包含するように壁面を設定してもよい。
【００８８】
以上の処理により、ビルモデリング処理が完了する。建造物高さの計測データに基づいて、モデリングを行うため、複雑な形状のビルも精度良くモデリングすることができる。
【００８９】
Ｇ．住宅、道路モデリング処理：
次に、本実施例の第２のモデリング手法、即ち、基本モデルを利用したモデリングについて説明する。このモデリングは、住宅、道路モデリング処理において実行される。
【００９０】
図１４は住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。図６のステップＳ４００に相当する処理である。処理が開始されると、システム１００は、未処理構造物を選択する（ステップＳ４０２）。この処理では、２次元地図データで、住宅および高架道路の属性が付与されたポリゴンが選択される。先に説明したビルモデリングでのモデリングに失敗したポリゴンを対象に含めても良い。
【００９１】
次に、システム１００は、処理対象となるポリゴンについて、属性情報、建造物領域、建造物高さを入力する（ステップＳ４０４）。また、属性情報に基づき、基本モデルデータベース１０２から、基本モデルを選択する（ステップＳ４０６）。この際、属性情報以外の条件も考慮してもよい。例えば、住宅の処理の場合、処理対象となるポリゴン周辺の道路の位置関係から入り口の方向を判定してもよいし、建造物領域と基本モデルの底面形状を比較してもよい。建造物高さデータに基づいて、切妻、寄棟など、屋根形状を判断するようにしてもよい。
【００９２】
システム１００は、選択された基本モデルを建造物高さデータおよび建造物領域に基づいて変形し、配置する（ステップＳ４０８）。建造物高さデータは、建造物の代表的な部分の高さを特定するのに用いることができる。例えば、図中に示すように切妻の屋根については、建造物高さデータによって、中央部分の高さＨ１、軒の高さＨ２などを特定することができる。２次元地図データで、建造物領域が得られない場合には、基本モデルを変形せずに配置してもよいし、処理対象となる土地枠に内接する最大面積の矩形を求め、これを建造物領域と仮定して、処理を行ってもよい。後者の処理では、土地枠から駐車スペースや隣家との間隔などを予め除いて、住宅を建築可能な形状を求め、この形状に基づいて矩形を求めても良い。
【００９３】
上述の例では住宅についての処理を説明したが、高架道路についても同様である。高架道路の基本モデルを、建造物高さデータや車線などの情報に基づいて変形し、道路ポリゴンに沿って配置することで高架道路のモデリングを行うことができる。
【００９４】
Ｈ．外観データ生成処理：
図１５は外観データ生成処理のフローチャートである。図６のステップＳ５００に相当する処理である。３次元のポリゴンの表面の着色、および窓などの画像の貼付などを行って、外観を整えるための処理である。
【００９５】
この処理では、システム１００は、まずポリゴンを着色する色彩を決定するためのデータとして、航空写真のカラー画像データを入力する（ステップＳ６０２）。撮影した位置、撮影方向、画角などの撮影条件も併せて入力する。
【００９６】
次に、３次元のポリゴンと航空写真との対応関係をとるための処理として、３次元モデルから航空写真に対応する画像（以下、対応ビューと称する）を生成する（ステップＳ６０４）。航空写真の撮影位置に相当する緯度、経度、高度に視点ＰＶを設定し、撮影方向、画角を撮影条件に併せて、３次元モデルを見た画像を生成すればよい。航空写真が地表面にほぼ鉛直に撮影されている場合には、この対応ビューは２次元的な画像となる。従って、対応ビューに代えて、２次元地図データを用いてもよい。
【００９７】
システム１００は、航空写真と対応ビューとを重ね合わせて、各オブジェクトの基本色を決定する（ステップＳ６０８）。図中に処理概要を模式的に示した。下側が航空写真、上側が対応ビューを表している。対応ビューに含まれるオブジェクトＯＢＪの基本色には、航空写真中でオブジェクトＯＢＪに対応する画像ＩＭＧの色を採用する。このように、各オブジェクトについて、航空写真に基づき基本色を決定することができる。
【００９８】
次に、システム１００は、オブジェクトの属性情報を２次元地図データベース１０３から入力し（ステップＳ６１０）、属性情報に基づいて外観パーツデータベース１０４から外観パーツデータを選択する（ステップＳ６１２）。この時、ビルについては、２階以上の部分と１階で異なる外観パーツを適用する。適用可能な外観パーツが多数存在する場合には、ランダムに選択してもよいし、ビルと道路等との位置関係を考慮して選択してもよい。例えば、道路との位置関係を考慮することにより、ショーウィンドウやエントランスの外観パーツは、道路側に優先的に適用することができる。
【００９９】
一例として、建造物の入り口の方向を決める方法について説明する。まず、２次元地図データベース１０３を参照して、建造物が配置された土地に接する道路に沿った線分（以下、道路線分と称する）を特定する。２次元地図データベース１０３が経路探索用の道路ネットワークデータを有している場合には、道路を表すリンクデータを道路線分として利用することができる。次に、２次元地図データベース上で建造物枠を構成する線分のうち、道路線分と最も平行に近い線分を選択する。例えば、道路線分に直交する線分と、建造物枠を構成する各線分とのなす角度が９０°に近いほど平行に近い線分であるものと評価することができる。こうして平行に近い線分が特定されると、その線分に対応する面に建造物の入り口を設定することができる。一般家屋のように予め基本的なモデルが用意されている場合には、こうして設定された面に入り口が来るよう、基本モデルの配置方向を決めても良い。
【０１００】
なお、角地のように土地に接する線分が２本以上存在する場合には、各道路に対して、上述の方法で、入り口の候補となる面を特定すればよい。こうして特定された全ての面に入り口を設けるようにしても良いし、これらの面の中から、所定の規則に従って一つの面を選択してもよい。規則としては、例えば、道路にもっとも平行に近い面を入り口とする；太い道路に接する面を入り口とする；南向きなど特定の方角を優先的に入り口とするなどが考えられる。
【０１０１】
以上で、各３次元モデルの基本色、外観パーツデータが決定されると、システム１００は、３次元モデルの表面を基本色で着色し、外観パーツデータを貼り付けた状態で画像を表示するための外観データを生成する（ステップＳ６１４）。２階以上と１階部分で異なる外観パーツを適用する場合、基本色での着色は２階以上の部分のみに適用してもよい。システム１００は、以上の処理を各オブジェクトについて実行し、外観データ生成処理を完了する。
【０１０２】
本実施例では、外観データの生成に航空写真を用いたが、地上から撮影した写真を用いても良い。例えば、車載のカメラで撮影した静止画像やビデオ画像を用いても良い。地上から撮影した写真では、窓、看板なども撮影されることが多いため、例えば、建造物の画像を構成する各ピクセルのＲＧＢ値の変化が小さい領域を壁と見なして、この領域の色に基づき基本色を設定することが好ましい。また、基本色以外の領域を認識し、これに基づいて、窓の有無、２階以上と１階部分との外観の差違の有無などを判断し、外観パーツデータの選択に活用してもよい。こうすることにより、外観データのリアリティを向上することができる。
【０１０３】
Ｉ．付属物データ生成処理：
最後に付属物データ生成処理について説明する。この処理は、図６のＳ６００に相当する処理である。処理内容は、外観データ生成処理（図１５）のステップＳ６１０〜Ｓ６１４と同様である。
【０１０４】
即ち、システム１００は、処理対象となるオブジェクトについて属性情報を入力し、これに基づいて付属物パーツデータベース１０５から付属物パーツデータを選択する。こうして得られた付属物パーツデータを、それぞれ対象となる３次元モデルに適合するよう変形して、取り付ける。
【０１０５】
付属物の取り付け時には、形状の変更のみならず、色彩等の変更も行うことが好ましい。例えば、看板を取り付ける場合には、ビルの名称やテナント情報に基づいて、看板の表示内容を設定することが好ましい。建造物と同じ色で、付属物を着色してもよい。
【０１０６】
以上で説明した本実施例の地図データ生成装置によれば、建造物の３次元モデルを比較的軽い負荷で精度良く生成することができる。しかも、モデル生成に利用するデータは、建造物の個別の測量データではなく、航空機からのレーザ計測によって短期間に広域に識別可能なデータである。従って、本実施例によれば、広域の３次元モデルを生成するための負担を激減させることができる。
【０１０７】
上述の実施例については、一部の処理を省略したり、更なる処理を追加したりしてもよい。本実施例では、各処理を自動的に実行するものとしたが、適宜、オペレータの操作を加えても良い。
【０１０８】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、上述の各処理は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施例としての電子地図データ生成システム１００の構成を示す説明図である。
【図２】２次元地図データベース１０３の構造を示す説明図である。
【図３】基本モデルデータベース１０２の構造を示す説明図である。
【図４】外観パーツデータベース１０４の構造を示す説明図である。
【図５】付属物パーツデータベース１０５の構造を示す説明図である。
【図６】３次元モデリング処理のフローチャートである。
【図７】仮想空間前処理のフローチャートである。
【図８】建造物高さデータ設定処理のフローチャートである。
【図９】建造物高さデータ例を示す説明図である。
【図１０】ビルモデリング処理のフローチャートである。
【図１１】メッシュ単位でのモデリングのフローチャートである。
【図１２】壁面の平滑化処理のフローチャートである。
【図１３】壁面の平滑化処理例を示す説明図である。
【図１４】住宅、道路モデリング処理のフローチャートである。
【図１５】外観データ生成処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…地図データベース
１００…電子地図データ生成システム
１０１…データ入力部
１０２…基本モデルデータベース
１０３…２次元地図データベース
１０４…外観パーツデータベース
１０５…付属物パーツデータベース
１０６…統合部
１１０…前処理部
１２０…ビルモデリング部
１３０…住宅、道路モデリング部
１４０…外観データ生成部
１５０…付属物データ生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング方法であって、
（ａ） 生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する工程と、
（ｂ） 該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する工程と、
（ｃ） 前記２次元の電子地図データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する工程と、
（ｄ） 該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成する工程とを有する３次元モデリング方法。
【請求項２】
請求項１記載の３次元モデリング方法であって、
前記建造物は階層構造をなす建造物であり、
前記工程（ｄ）は、前記建造物高さデータの度数分布に基づき、前記各階層の高さを特定する工程を含む３次元モデリング方法。
【請求項３】
請求項２記載の３次元モデリング方法であって、
前記工程（ｄ）は、
低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定する工程と、
該対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、該対象階層に属する領域と特定して、該対象階層のモデリングを行う工程とを備える３次元モデリング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の３次元モデリング方法であって、更に、
（ｅ） 該生成された３次元モデルの各壁面を平面で平滑化する工程を備える３次元モデリング方法。
【請求項５】
請求項４記載の３次元モデリング方法であって、
前記高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータであり、
前記工程（ｅ）は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、２つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって前記平滑化を行う３次元モデリング方法。
【請求項６】
請求項１記載の３次元モデリング方法であって、
前記工程（ｄ）は、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記３次元モデルの生成に使用される３次元の基本モデルを予め用意する工程と、
前記生成対象となる建造物の属性情報を入力する工程と、
該属性情報に応じて、前記基本モデルを選択する工程と、
前記建造物領域の形状および前記建造物高さデータに基づき、前記基本モデルを変形、配置する工程とを備える３次元モデリング方法。
【請求項７】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、
（Ａ） 前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する工程と、
（Ｂ） 該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する工程と、
（Ｃ） 前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項８】
請求項７記載の３次元地図データ生成方法であって、
前記建造物は、階層構造をなした建造物であり、
前記工程（Ｃ）では、該建造物の２階以上の階層について前記外観データを生成し、
更に、
（Ｄ） 前記建造物の１階について、別途、前記外観データを生成する工程を備える３次元地図データ生成方法。
【請求項９】
請求項８記載の３次元地図データ生成方法であって、
前記工程（Ｄ）は、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記外観データの生成に使用される基本外観データを予め用意する工程と、
前記建造物の属性情報を入力する工程と、
前記属性情報に応じて、前記基本外観データを選択し、該基本外観データを用いて前記１階の外観データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項１０】
請求項７〜９いずれか記載の３次元地図データ生成方法であって、更に、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記建造物の表面に取り付けられるべき付属物の生成に使用される基本付属物データを予め用意する工程と、
前記建造物の属性を表す属性情報を入力する工程と、
前記属性情報に基づいて、前記基本付属物データを選択し、該基本付属物データを用いて前記建造物の表面に取り付けられる付属物を表す付属物データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項１１】
建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング装置であって、
生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する２次元地図入力部と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する高さデータ入力部と、
前記２次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する抽出部と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成するモデル生成部とを有する３次元モデリング装置。
【請求項１２】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成装置であって、
前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する３次元地図入力部と、
該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する画像データ入力部と、
前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する外観データ生成部とを備える３次元地図データ生成装置。
【請求項１３】
建造物の３次元電子データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する機能と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する機能と、
前記２次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する機能と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成する機能とをコンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する機能と、
該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する機能と、
前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する機能とをコンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム。
【請求項１】
建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング方法であって、
（ａ） 生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する工程と、
（ｂ） 該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する工程と、
（ｃ） 前記２次元の電子地図データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する工程と、
（ｄ） 該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成する工程とを有する３次元モデリング方法。
【請求項２】
請求項１記載の３次元モデリング方法であって、
前記建造物は階層構造をなす建造物であり、
前記工程（ｄ）は、前記建造物高さデータの度数分布に基づき、前記各階層の高さを特定する工程を含む３次元モデリング方法。
【請求項３】
請求項２記載の３次元モデリング方法であって、
前記工程（ｄ）は、
低階層から順に、モデリングの対象となるべき対象階層を設定する工程と、
該対象階層の高さ以上の建造物高さデータを有する部位を、該対象階層に属する領域と特定して、該対象階層のモデリングを行う工程とを備える３次元モデリング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の３次元モデリング方法であって、更に、
（ｅ） 該生成された３次元モデルの各壁面を平面で平滑化する工程を備える３次元モデリング方法。
【請求項５】
請求項４記載の３次元モデリング方法であって、
前記高さデータは、地表面上に定義された所定のメッシュ単位で高さが計測されたデータであり、
前記工程（ｅ）は、該建造物の角に位置する角メッシュを特定し、２つの角メッシュの代表点を通過する鉛直平面によって前記平滑化を行う３次元モデリング方法。
【請求項６】
請求項１記載の３次元モデリング方法であって、
前記工程（ｄ）は、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記３次元モデルの生成に使用される３次元の基本モデルを予め用意する工程と、
前記生成対象となる建造物の属性情報を入力する工程と、
該属性情報に応じて、前記基本モデルを選択する工程と、
前記建造物領域の形状および前記建造物高さデータに基づき、前記基本モデルを変形、配置する工程とを備える３次元モデリング方法。
【請求項７】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、
（Ａ） 前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する工程と、
（Ｂ） 該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する工程と、
（Ｃ） 前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項８】
請求項７記載の３次元地図データ生成方法であって、
前記建造物は、階層構造をなした建造物であり、
前記工程（Ｃ）では、該建造物の２階以上の階層について前記外観データを生成し、
更に、
（Ｄ） 前記建造物の１階について、別途、前記外観データを生成する工程を備える３次元地図データ生成方法。
【請求項９】
請求項８記載の３次元地図データ生成方法であって、
前記工程（Ｄ）は、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記外観データの生成に使用される基本外観データを予め用意する工程と、
前記建造物の属性情報を入力する工程と、
前記属性情報に応じて、前記基本外観データを選択し、該基本外観データを用いて前記１階の外観データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項１０】
請求項７〜９いずれか記載の３次元地図データ生成方法であって、更に、
前記建造物の属性を表す属性情報に対応づけて、前記建造物の表面に取り付けられるべき付属物の生成に使用される基本付属物データを予め用意する工程と、
前記建造物の属性を表す属性情報を入力する工程と、
前記属性情報に基づいて、前記基本付属物データを選択し、該基本付属物データを用いて前記建造物の表面に取り付けられる付属物を表す付属物データを生成する工程とを備える３次元地図データ生成方法。
【請求項１１】
建造物の３次元電子データを生成する３次元モデリング装置であって、
生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する２次元地図入力部と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する高さデータ入力部と、
前記２次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する抽出部と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成するモデル生成部とを有する３次元モデリング装置。
【請求項１２】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成する３次元地図データ生成装置であって、
前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する３次元地図入力部と、
該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する画像データ入力部と、
前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する外観データ生成部とを備える３次元地図データ生成装置。
【請求項１３】
建造物の３次元電子データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
生成対象となる建造物を含む２次元の電子地図データを入力する機能と、
該生成対象となる建造物を含む領域内の多数の点について計測された高さデータを入力する機能と、
前記２次元データから前記建造物の建造物領域を識別し、該建造物領域に基づき、前記高さデータの少なくとも一部を建造物高さデータとして抽出する機能と、
該建造物高さデータに基づいて、該建造物の各部位の高さを特定することで、該建造物の３次元モデルを生成する機能とをコンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
複数の建造物を含む３次元電子地図データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
前記３次元電子地図データを生成する対象領域について、外観が未生成の３次元モデルで各建造物を表した３次元電子地図データを入力する機能と、
該対象領域を撮影した広域のカラー画像データを入力する機能と、
前記カラー画像データから、各建造物の表面色を特定し、該特定された色を用いて前記３次元モデルの外観を表す外観データを生成する機能とをコンピュータによって実現するためのコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−２４２４９７（Ｐ２００８−２４２４９７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６３９０８（Ｐ２００８−１６３９０８）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【分割の表示】特願２００２−２９５９７３（Ｐ２００２−２９５９７３）の分割
【原出願日】平成１４年１０月９日（２００２．１０．９）
【出願人】（５０２００２１８６）株式会社ジオ技術研究所 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【分割の表示】特願２００２−２９５９７３（Ｐ２００２−２９５９７３）の分割
【原出願日】平成１４年１０月９日（２００２．１０．９）
【出願人】（５０２００２１８６）株式会社ジオ技術研究所 (23)
【Ｆターム（参考）】
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