JP4842677B2 - 地形模型造形システム及び地形模型製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、地形模型及び地形模型の製造の技術に関するものである。

地形を三次元的に表した地形模型は、ジオラマ等として各種展示等において用いられている（たとえば、特許文献１）。
また、このような地形模型を、三次元プリンタや三次元光造形装置などの自動三次元造形装置を用いて、現実の地形を表す三次元地形データから自動製造すること技術も知られている（たとえば、特許文献２）。
特開平11-085010号公報 特開2006-048064号公報

さて、自動三次元造形装置において地形模型の製造に用いられる三次元地形データは、航空測量や衛星測量によって作成されたものである場合が多い。また、このような三次元地形データには、一般に、樹木や草木といった微細な構造までは反映されていないことが一般的である。
そして、このために、このような三次元地形データから自動三次元造形装置によって製作した地形模型は、森林地などの領域の質感が現実の質感と大きく異なる、リアリティに乏しいものとなってしまっていた。
そこで、本発明は、よりリアリティある表現による地形模型を提供することを課題とする。
ところで、地形模型では、その形状によって地形を提示する他、彩色などによって各種の情報を地形模型上に表して、観察者に対して提示することができる。しかしながら、多様な情報を一つの地形模型上で表そうとすると、その表示が重複するなどして複雑となってしまい、地形模型上に表した各情報を観察者が直感的に把握できなくなってしまう。

そこで、併せて、本発明は、より多様な情報を、観察者が直感的に把握可能な形態で提示可能な地形模型を提供することを課題とする。

前記課題達成のために本発明は、三次元造形処理装置と、三次元形状を表す三次元造形データに従って三次元の地形模型の自動造形を行う三次元造形装置とを有する地形模型造形システムにおいて、前記三次元造形処理装置に、三次元地形データが表す三次元モデル上の、所定の条件を満たす区域に対応する領域を質感付加領域として設定する質感付加領域設定手段と、前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に凹凸を与えた三次元モデルを表す三次元形状データを三次元造形データとして生成する質感付加手段と、前記三次元造形データに従った前記地形模型の製造を前記三次元造形装置に行わせる三次元造形制御手段とを備えたものである。

ここで、このような地形模型造形システムは、三次元地形データが表す三次元モデルを、現実世界の所定地域の地形を模擬するものである場合には、前記質感付加領域設定手段において、前記所定地域の土地種別毎の区域分けを表す二次元の土地種別地図を表す土地種別地図データに基づいて、土地種別が所定の種別である区域を前記所定の条件を満たす区域として抽出し、前記三次元地形データが表す三次元モデル上の、前記抽出した区域に対応する領域を質感付加領域として設定するようにすることが好ましい。

これらのような地形模型造形システムによれば、地形模型の地表面に土地種別などに応じた凹凸を形成することができる。したがって、地形模型において地表面の凹凸によって各領域の土地種別などに応じた質感を表現した、よりリアリティある地形模型を提供することができるようになる。

なお、前記質感付加領域設定手段は、ユーザから区域の指定を受け付け、指定を受け付けた区域を、前記所定の条件を満たす区域として抽出し、前記三次元地形データが表す三次元モデル上の、前記抽出した区域に対応する領域を質感付加領域として設定するものとしてもよい。

さて、これらのような地形模型造形システムは、より具体的には、前記質感付加手段において、前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に、所定の三次元形状を有する三次元オブジェクトを配置し、当該三次元オブジェクトを配置した三次元モデルを表す三次元形状データを前記三次元造形データとして生成するものとしてもよい。

また、前記課題達成のために、本発明は、所定の基準による区域分けを表す彩色が、当該地形模型の地表面上に、通常光下で発色せず紫外光下で発色する蛍光性を有する蛍光塗料、または、蓄光塗料を用いて施された、三次元の地形模型を提供する。
このような地形模型によれば、所定の基準による区域分けを表す彩色を、通常光下における地形模型の観察に影響を与えない形態で、選択的に観察者に提示することができるようになる。また、このことより、通常光下において、前記区域分けを表す彩色と関わりなく情報を地形模型上に提示することができるようになり、この結果、より多様な情報を、観察者が直感的に把握可能な形態で提示することができるようになる。

なお、より具体的には、このような地形模型には、通常光下で発色する塗料を用いた、現実世界を模擬する彩色を施すようにしてもよい。また、前記所定の基準による区域分けは、過去の土地状況に応じた区域分けとしてもよい。

以上のように、本発明によれば、よりリアリティある表現による地形模型を提供することができる。また、より多様な情報を、観察者が直感的に把握可能な形態で提示可能な地形模型を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る地形模型造形システムの構成を示す。
図示するように、地形模型造形システムは、三次元造形処理装置１と、自動三次元造形を行う三次元プリンタ２、表示装置３、入力装置４とより構成される。
また、三次元造形処理装置１は、記憶装置１１、入出力制御部１２、三次元地形データ編集部１３とを有する。また、三次元地形データ編集部１３は、三次元地形表示制御部１３１と、領域設定部１３２と、質感表現オブジェクト配置部１３３と、三次元造形データ出力制御部１３４とを含んでいる。

そして、記憶装置１１には、航空測量や衛星測量によって作成された、所定の地理的領域の地形を三次元的に表す三次元地形データと、前記所定の地理的領域内の土地の利用状態（市街地、農地、森林地などの土地の種類）を示す二次元の地図である土地利用図を表す土地利用図データと、三次元造形データとが格納される。

ただし、以上の三次元造形処理装置１は、ＣＰＵやメモリや外部記憶装置等の一般的な構成を備えた汎用コンピュータを用いて構成されるものであって良く、この場合、以上の三次元造形処理装置１の各部の構成は、ＣＰＵが予め用意されたプログラムを実行することにより、プロセスや記憶資源として汎用コンピュータ上に具現化される。

さて、このような構成において、入出力制御部１２は、三次元地形データ編集部１３の各部と、記憶装置１１や表示装置３や入力装置４や三次元プリンタ２との間の入出力処理を担う。すなわち、三次元地形データ編集部１３の各部は、入出力制御部１２を介して、記憶装置１１や表示装置３や入力装置４や三次元プリンタ２との間の入出力を行うことができる。

次に、三次元地形データ編集部１３は、次に示す三次元造形データ生成処理を行って三次元地形データを編集し、編集した三次元地形データを、三次元造形データとして記憶装置１１に記憶する。
図２に、この三次元地形データ編集部１３が行う三次元造形データ生成処理の手順を示す。
図示するようにこの処理では、まず、三次元地形データ編集部１３の領域設定部１３２によって、記憶装置１１から土地利用図データと三次元地形データを読み込む（ステップ２０２）。そして、土地利用図データが表す土地利用図に基づいて、三次元地形データによって地形が表されている地理的領域である対象領域のうちの、森林地などの緑地となっている区域を緑地区域として抽出する（ステップ２０４）。

ここでは、たとえば、土地利用図データが表す土地利用図において図２ｂ１の区域２５２が森林等の緑地の区域として示されていれば、この区域２５２を緑地区域として抽出する。
そして、領域設定部１３２によって、三次元地形データが表す三次元モデル上の、ステップ２０４で抽出した緑地区域に対応する領域を質感付加領域に設定する（ステップ２０６）。
すなわち、ここでは、図２ｂ１の区域２５２が緑地区域として抽出されている場合には、図２ｂ２に示す三次元地形データが表す三次元モデル上の、緑地区域２５２と対応する緯度経度範囲が同じ領域２５４を質感付加領域に設定する。
なお、この質感付加領域の設定は次のように行うようにしても良い。すなわち、三次元地形データ編集部１３の三次元地形表示制御部１３１によって、三次元地形データが表す三次元モデルを表示装置３に表示すると共に、当該三次元モデルの表示上で、ユーザより入力装置４を介して、質感付加領域とする領域の選択を受け付け、選択を受け付けた領域を当該質感付加領域として設定するようにしても良い。

さて、このようにして質感付加領域を設定したならば、次に、三次元地形データ編集部１３の質感表現オブジェクト配置部１３３によって、設定された質感付加領域内に予め用意しておいた質感表現オブジェクトを、複数、当該質感表現オブジェクトが所定密度で三次元モデルの地表面上に存在するようにランダムに配置する（ステップ２０８）。

すなわち、ここでは、たとえば、図２ｂ３に示すような半球体である質感表現オブジェクトを複数、図２ｂ４に示すように、三次元モデルの質感付加領域２５４内の地表面上に、所定の存在密度となるようにランダムに配置する。また、この際には、質感表現オブジェクトのサイズも、配置する質感表現オブジェクト毎にランダムに変化させるようにする。

なお、ここでは、質感表現オブジェクトとして半球体を用いたが、質感表現オブジェクトとしては、半球体以外の形状、たとえば、三角錐形状や円錐形状や円筒形状などの他の幾何学形状や、その他の非幾何学的形状をもつ三次元オブジェクトを一つまたは組み合わせて用いるようにしても良い。
そして、最後に、質感表現オブジェクト配置部１３３によって、質感表現オブジェクトを配置した三次元モデルを表す三次元形状データを三次元造形データとして記憶装置１１に格納（ステップ２１０）、処理を終了する。

以上、三次元地形データ編集部１３が行う三次元造形データ生成処理について説明した。
さて、このようにして三次元造形データ生成処理によって生成され記憶装置１１に格納された三次元造形データは、入力装置４へのユーザ操作などに応じて、随時、三次元地形データ編集部１３の三次元造形データ出力制御部１３４によって読み出され、三次元プリンタ２に出力される。

そして、三次元プリンタ２において、三次元造形データに従った自動三次元造形が行われ、三次元造形データが表す三次元形状を有する三次元の地形模型が製作される。
この結果、製作された地形模型の緑地に対応する領域の地表は、質感表現オブジェクトの配置によって形成された、緑地としての質感を表現する凹凸を有するものとなる。
よって、本実施形態によれば、よりリアリティある表現による地形模型を提供することができるようになる。
なお、以上では、緑地の領域について質感を表現する凹凸が地形模型上に形成されるようにしたが、これは、緑地に限らず任意の土地の種類の領域について、当該種類に応じた質感を表現する凹凸が地形模型上に形成されるようにしてよい。なお、この場合には、予め用意しておいた当該種類に応じた三次元形状を有する質感表現オブジェクトを、当該土地種類の区域に対応する三次元地形データが表す三次元モデル上の領域にランダム配置して三次元造形データを作成するようにする。

また、土地の複数の種類の各々について、当該種類の質感を表現する凹凸が地形模型に形成されるようにしてもよい。すなわち、この場合には、前記複数の土地の種類のうちのいずれかの土地の種類の区域に対応する三次元地形データが表す三次元モデル上の領域に、予め土地の種類毎に各々用意しておいた相互に異なる質感表現オブジェクトのうちの当該領域に対応する土地の種類に応じた質感表現オブジェクトをランダム配置して三次元造形データを作成するようにする。

また、以上では、質感表現オブジェクトを三次元地形データが表す三次元モデル上に配置して、地形模型の造形に用いる三次元造形データを作成したが、これは、三次元地形データが表す三次元モデルの、凹凸を与えようとする領域の形状を直接変形することにより、地形模型の造形に用いる三次元造形データを作成するようにしてもよい。

さて、ここで、本実施形態では、このように造形した地形模型に対して、地形模型を用いて情報を提示するための二つの塗装を行う。
すなわち、第１の塗装は、通常光によって視認される塗料を用いた塗装であり、本実施形態では、この第１の塗装によって、たとえば、図３ａに示すような、現実世界の配色を模擬した彩色（たとえば、山野は緑、市街地は白、川部分は青とするような彩色）を施す。なお、この塗装は、それが可能な三次元プリンタ２を用いる場合には、当該三次元プリンタ２を用いて行う。

次に、第２の塗装は、通常光下における前記第１の塗装による彩色に対する視認を妨げないように行う、紫外光に対する蛍光性を有する蛍光塗料または蓄光塗料を用いた塗装である。なお、この第２の塗装は、通常光下では透明または半透明または白色または極薄い彩色としてしか視認されないものである。

そして、本実施形態では、たとえば、この第２の塗装によって、過去に河川であった区域などを表示する。すなわち、図３ｂの斜線掛けで示した区域が過去に河川であった区域である場合には、この区域内を蛍光塗料または蓄光塗料によって塗装する。この結果、第２の塗装を蓄光塗料を用いて行った場合には通常光による照明を消すと、第２の塗装を蛍光塗料を用いて行った場合には通常光による照明を消し紫外光光源（ブラックライト）による照明を行うと、図３ｃに示すように、第１の塗装による表示は薄れ、代わりに、第２の塗装による表示、すなわち、過去に河川であった区域の表示が明確に地形模型上に表れる。

なお、過去に河川であった区域以外の任意の表示についても、同様に、第２の塗装によって地形模型上に行うことができる。たとえば、過去に河川氾濫によって浸水した区域、河川氾濫による浸水が予想される区域、地盤軟弱な区域、土砂災害発生が予想される区域、埋め立てによって造成された区域である埋め立て区域などの各種区域などを、第２の塗装によって地形模型上に表示することができる。なお、等高線によって区切られる同標高範囲の各区域を、第２の塗装によって、各標高範囲毎に異なる色で発色する蓄光塗料や蛍光塗料を用いて地形模型上に表示するようにしてもよい。

このように、本実施形態では、所定の区域分けを表す彩色を、通常光下における地形模型の観察に影響を与えない形態で、選択的に観察者に提示することができるようになる。また、このことより、通常光下において、前記区域分けを表す彩色と関わりなく情報（たとえば、現実世界を模擬する色情報）を地形模型上に提示することができるようになり、この結果、より多様な情報を、観察者が直感的に把握可能な形態で提示することができるようになる。

本発明の実施形態に係る三次元造形システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る三次元造形データ生成処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る地形模型の塗装例を示す図である。

符号の説明

１…三次元造形処理装置、２…三次元プリンタ、３…表示装置、４…入力装置、１１…記憶装置、１２…入出力制御部、１３…三次元地形データ編集部、１３１…三次元地形表示制御部、１３２…領域設定部、１３３…質感表現オブジェクト配置部、１３４…三次元造形データ出力制御部。

Claims (7)

1. 三次元造形処理装置と、三次元形状を表す三次元造形データに従って三次元の地形模型の自動造形を行う三次元造形装置とを有する地形模型造形システムであって、
   前記三次元造形処理装置は、
   三次元地形データが表す三次元モデル上の、所定の条件を満たす区域に対応する領域を質感付加領域として設定する質感付加領域設定手段と、
   前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に凹凸を与えた三次元モデルを表す三次元形状データを三次元造形データとして生成する質感付加手段と、
   前記三次元造形データに従った前記地形模型の製造を前記三次元造形装置に行わせる三次元造形制御手段とを有し、
   三次元地形データが表す三次元モデルは、現実世界の所定地域の地形を模擬するものであり、
   前記質感付加領域設定手段は、前記所定地域の土地種別毎の区域分けを表す二次元の土地種別地図を表す土地種別地図データに基づいて、土地種別が所定の種別である区域を前記所定の条件を満たす区域として抽出し、前記三次元地形データが表す三次元モデル上の、前記抽出した区域に対応する領域を質感付加領域として設定することを特徴とする地形模型造形システム。
   
2. 請求項１記載の地形模型造形システムであって、
   前記質感付加手段は、前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に、所定の三次元形状を有する三次元オブジェクトを配置し、当該三次元オブジェクトを配置した三次元モデルを表す三次元形状データを前記三次元造形データとして生成することを特徴とする地形模型造形システム。
   
3. 三次元造形処理装置と、三次元形状を表す三次元造形データに従って三次元の地形模型の自動造形を行う三次元造形装置とを有する地形模型造形システムを用いて、前記地形模型を製造する方法であって、
   前記三次元造形処理装置において、現実世界の三次元地形データが表す、現実世界の所定地域の地形を模擬する三次元モデル上の、土地種別が所定の種別である区域に対応する領域を質感付加領域として設定する質感付加領域設定ステップと、
   前記三次元造形処理装置において、前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に凹凸を与えた三次元モデルを表す三次元形状データを三次元造形データとして生成する質感付加ステップと、
   前記三次元造形装置において、前記三次元造形データに従った前記地形模型の造形を行う三次元造形制御ステップとを有し、
   三次元地形データが表す三次元モデルは、現実世界の所定地域の地形を模擬するものであり、
   前記質感付加領域設定ステップにおいて、前記所定地域の土地種別毎の区域分けを表す二次元の土地種別地図を表す土地種別地図データに基づいて、土地種別が所定の種別である区域を前記所定の条件を満たす区域として抽出し、前記三次元地形データが表す三次元モデル上の、前記抽出した区域に対応する領域を前記質感付加領域として設定することを特徴とする地形模型製造方法。
   
4. 請求項３記載の地形模型製造方法であって、
   前記三次元造形装置が造形した前記地形模型の地表面上に、所定の基準による区域分けを表す彩色を、当該地形模型通常光下で発色せず紫外光下で発色する蛍光性を有する蛍光塗料、または、蓄光塗料を用いて施す彩色ステップを有することを特徴とする地形模型製造方法。
   
5. 請求項４記載の地形模型製造方法であって、
   前記彩色ステップにおいて、前記地形模型の地表面上に、通常光下で発色する塗料を用いた、現実世界を模擬する彩色を施すことを特徴とする地形模型。
   
6. 請求項５記載の地形模型製造方法であって、
   前記彩色ステップにおいて、過去の土地状況に応じた区域分けを前記所定の基準による区域分けとして用いることを特徴とする地形模型。
   
7. コンピュータによって読み取られ実行されるコンピュータプログラムであって、
   当該コンピュータプログラムは、前記コンピュータを、
   三次元地形データが表す三次元モデル上の、所定の条件を満たす区域に対応する領域を質感付加領域として設定する質感付加領域設定手段と、
   前記三次元地形データが表す三次元モデルの前記質感付加領域内の地表面に凹凸を与えた三次元モデルを表す三次元形状データを三次元造形データとして生成する質感付加手段と、
   前記三次元造形データに従った地形模型の造形を、自動造形を行う三次元造形装置に行わせる三次元造形制御手段として機能させ、
   三次元地形データが表す三次元モデルは、現実世界の所定地域の地形を模擬するものであり、
   前記質感付加領域設定手段は、前記所定地域の土地種別毎の区域分けを表す二次元の土地種別地図を表す土地種別地図データに基づいて、土地種別が所定の種別である区域を前記所定の条件を満たす区域として抽出し、前記三次元地形データが表す三次元モデル上の、前記抽出した区域に対応する領域を質感付加領域として設定することを特徴とするコンピュータプログラム。