JP7636740B2

JP7636740B2 - 三次元モデル生成方法および三次元モデル生成システム

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Publication number: JP7636740B2
Application number: JP2021002114A
Authority: JP
Inventors: 文敬山崎; 高志狩野; 岳史近藤; 峻二青木
Original assignee: Obayashi Corp; IXS Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; IXS Co Ltd
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2025-02-27
Anticipated expiration: 2041-01-08
Also published as: JP2022107269A

Description

本発明は、三次元モデル生成および三次元モデル生成システムに関する。

主桁上にコンクリート床版を設置している橋梁において床版が老朽化した場合、同床版を主桁から撤去して新しい床版を設置することが必要になる。このとき、新しい床版とは工場で製作されたプレキャスト床版であり、橋軸方向に複数枚配列することによって新しい道路橋を構築する施工方法がある（例えば、特許文献１）。

特開２００９－２６４０４０号公報

特許文献１に例示するような施工方法を実施する場合、プレキャスト床版を既設の主桁上に乗せて、前後の路面高と調整しながら、主桁の上フランジと床版間にモルタルを詰めて施工する。
既設の床版は、現場でコンクリートを打設したものであるため、設計図面と全く同じ寸法とはなっていない。従って、既設床版の取替工事をする場合、施工前後で路面高を合わせるためには、その床版を外す前に各所の寸法や標高値を計測し、その計測結果に合わせてプレキャスト床版を製作する必要がある。その際に既設橋梁の正確な寸法や標高値を計測する必要があるが、上面は供用中であるため交通規制が必要になること、下面は高所、河川上、および道路上などの橋梁下の地盤上から計測できない場合は足場が必要になることなどの課題がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、床版の取替工事をする際に、床版を取り外すことなく橋梁の所望の寸法を計測することができる三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法等を提供する。

本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法が提供される。

本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において配置される前記複数のターゲットマーカには、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置であって且つ前記橋梁の下面側に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法が提供される。

本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、ドローンと、前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システムが提供される。

本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、ドローンと、前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカには、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置であって且つ前記橋梁の下面側に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システムが提供される。

上記の各種発明は、航空機に搭載したカメラによる撮影画像を用いてフォトグラメトリによって生成された第一の三次元点群データと、橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナによる橋梁のスキャン結果である第二の三次元点群データと、を高精度に結合することによって、橋梁の三次元モデルを生成することができる。
従って、橋梁の床版を取り外すことなく、橋梁の各所寸法を計測することができ、既設橋梁の通行止めと足場の設置を必要としない。

本発明によれば、既設の床版取替工事をする際に、床版を取り外すことなく橋梁の所望の寸法を計測し、その計測結果に基づいて三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法等が提供される。

三次元モデル生成システムの構成図である。計測対象の橋梁の下面側を示す模式図である。本発明の実施手順に係るフローチャートである。三次元モデルの表示画面を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

＜三次元モデル生成システム１００の概要＞
まず、図１を用いて、三次元モデル生成システム１００の概要について説明する。
図１は、三次元モデル生成システム１００の構成図である。

三次元モデル生成システム１００は、計測対象となる橋梁ＨＢの三次元モデルを生成するものである。以下の説明において、橋梁ＨＢは、道路橋であることを前提として説明するが、その種別は道路橋に限られず、他の種別の橋梁に適用してもよい。
橋梁ＨＢは、４つの主桁（主桁ＭＧ１、主桁ＭＧ２、主桁ＭＧ３、主桁ＭＧ４）の上に床版ＦＳが取り付けられ、床版ＦＳの上にアスファルト等で敷き固められた舗装面Ｐと、舗装面Ｐ上を走行する自動車などが転落することを防ぐ壁高欄ＧＦと、から構成される。
なお、図１では４つの主桁を図示したが、本発明は少なくとも２つ以上の主桁を有する橋梁に対して適用可能であり、主桁の数は図示した例に限られない。

三次元モデル生成システム１００は、ロボット１１０と、ロボット１１０に搭載されるレーザースキャナ１２０と、航空機１３０と、航空機１３０に搭載されるカメラ１４０と、橋梁ＨＢの三次元モデルを生成するコンピュータ１５０と、を備える。

ロボット１１０は橋梁ＨＢの下面側に取り付けられ、ロボット１１０に搭載されるレーザースキャナ１２０は橋梁ＨＢ（主に橋梁ＨＢの下面側）をスキャンする。
ロボット１１０は、橋梁ＨＢを構成する複数の主桁ＭＧ１～ＭＧ４のうち隣接する２つの主桁（図１に図示する例によれば主桁ＭＧ１と主桁ＭＧ２）に跨がって取り付けられ、橋梁ＨＢ（取り付けた主桁）の橋軸方向に移動可能な移動式ロボットである。具体的には、ロボット１１０は、主桁ＭＧ１の下フランジに当接する車輪を有する懸垂台車１１１と、主桁ＭＧ２の下フランジに当接する車輪を有する懸垂台車１１２と、によって橋梁ＨＢに吊り下がってる。
なお、ロボット１１０の移動制御は、ユーザによる操作に応じて実現されるものであってもよいし、ロボット１１０による自律的な演算処理によって実現されるものであってもよいし、これらを組合せた手法によって実現されるものであってもよい。
また、ロボット１１０は、レーザースキャナ１２０を移動させる機構部１１３を有しており、搭載しているレーザースキャナ１２０が主桁ＭＧ１と主桁ＭＧ２の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、レーザースキャナ１２０を下降可能である。なお、図１では、機構部１１３がレーザースキャナ１２０を高さ方向（上下方向）に移動可能であることを図示しているが、橋梁ＨＢに対して橋軸直角方向（懸垂台車１１１と懸垂台車１１２との間にわたって設けられるレール方向）に移動可能であってもよい。
レーザースキャナ１２０は、ロボット１１０の移動位置から橋梁ＨＢの下面側をスキャンすることによって、主桁ＭＧ１と主桁ＭＧ２に挟まれる空間をスキャン可能である。ここで、レーザースキャナ１２０は不図示の内蔵カメラを有しており、スキャンした結果として得られる三次元点群データを構成する各点データは、内蔵カメラによる撮影に基づいて与えられる色情報が含まれており、レーザースキャナ１２０は、橋梁ＨＢの下面側について、カラーの三次元点群データを生成することができる。

航空機１３０は、橋梁ＨＢの周辺（上面側と側面側）を飛行させる飛行体であり、ユーザの操作に応じてリモートコントロールされる無人航空機（いわゆるドローン）であることが好ましい。
カメラ１４０は、主に橋梁ＨＢの上面側と側面側を撮影して複数の撮影画像を得る。
カメラ１４０によって撮影される撮影画像は、後述するフォトグラメトリに用いられるものであり、フォトグラメトリによって再現される三次元モデルの精度を高めるという観点から、可能な限り高画素とすることが好ましい。

コンピュータ１５０は、レーザースキャナ１２０およびカメラ１４０と直接的にまたは間接的に通信可能に接続されており、レーザースキャナ１２０によるスキャンの結果と、カメラ１４０によって撮影された複数の撮影画像と、を入力することができる。
コンピュータ１５０は、フォトグラメトリを実現可能なアプリケーションソフトがインストールされており、カメラ１４０によって撮影された複数の撮影画像に基づいて得られる三次元点群データ（以下、第一の三次元点群データと称する）を生成することができる。ここでフォトグラメトリとは、被写体となる物体（本実施形態では橋梁ＨＢ）を多方向から撮影して得られる多数の撮影画像を画像解析して、その物体を仮想空間において三次元に表す技術をいう。
コンピュータ１５０は、上述したフォトグラメトリによって生成される第一の三次元点群データと、レーザースキャナ１２０によるスキャンの結果として得られる三次元点群データ（以下、第二の三次元点群データと称する）と、を結合して橋梁ＨＢの三次元モデルを生成する。
なお、図１にはコンピュータ１５０が単独の装置であるように図示しているが、本発明の実施はこの態様に限られず、複数の装置を組み合わせて上記の処理が実現されてもよい。例えば、カメラ１４０によって撮影された複数の撮影画像を用いたフォトグラメトリによって第一の三次元点群データを生成するコンピュータと、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合するコンピュータと、が別々であってもよい。

ここで、コンピュータ１５０は、橋梁ＨＢに設けた複数のターゲットマーカを基準として第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとの結合を行うことを特徴とする。ここで、ターゲットマーカのそれぞれは、現実空間に設けられるものであるため、その位置を正確に測量することができる。
この特徴により、コンピュータ１５０は、異質な手法（レーザースキャナ１２０によるスキャンおよびカメラ１４０による撮影画像のフォトグラメトリ）によって生成された三次元点群データどうしを、高い精度で橋梁ＨＢの形状を三次元モデルとして再現することができ、各部材の位置関係を正確に計測することができる。また、上記の手法はいずれも橋梁ＨＢから床版ＦＳを取り外すことなく実施可能である。

＜ターゲットマーカについて＞
次に、図２を用いて、上述したターゲットマーカについて説明する。
図２は、計測対象の橋梁ＨＢの下面側を示す模式図である。
なお、図２に図示するターゲットマーカの数や配置は一具体例に過ぎず、本発明の目的を達成する範囲において適宜変更可能である。また、本実施形態では、専用のターゲットマーカを設けることを前提として説明するが、橋梁ＨＢを構成する部材のいずれか（特徴的な形状を有するもの）をターゲットマーカとして代用してもよい。

橋梁ＨＢの側面のうち一方には、ターゲットマーカＴＭ１およびターゲットマーカＴＭ２が配置される。また、橋梁ＨＢの側面のうち他方には、ターゲットマーカＴＭ６およびターゲットマーカＴＭ７が配置される。
上述したように、本実施形態における航空機１３０は、橋梁ＨＢの上面側と側面側を飛行するものであるため、この４つのターゲットマーカが、航空機１３０に搭載されているカメラ１４０による撮影範囲に配置されているターゲットマーカに該当する。

橋梁ＨＢの下面には、ターゲットマーカＴＭ３、ターゲットマーカＴＭ４およびターゲットマーカＴＭ５が配置される。
上述したように、本実施形態におけるロボット１１０は、橋梁ＨＢの下面側に吊り下がって橋軸に沿って移動するものであるため、この３つのターゲットマーカが、ロボット１１０に搭載されているレーザースキャナ１２０によるスキャン範囲に配置されているターゲットマーカに該当する。レーザースキャナ１２０によって橋梁ＨＢを三次元計測するためには、スキャン範囲に少なくとも３つ以上のターゲットマーカを配置させる必要があり、図２では、最小限の数のターゲットマーカを例示している。

上記のターゲットマーカは、それぞれの位置関係が明確となるように、現実空間における位置が正確に測量されていることが望ましい。カメラ１４０の撮影範囲に配置されているターゲットマーカと、レーザースキャナ１２０のスキャン範囲に配置されているターゲットマーカと、の相対的な位置関係の測量精度が、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データの結合精度に影響するからである。
そして、フォトグラメトリを適用してマッピングする（第一の三次元点群データを生成する）際には、コンピュータ１５０が、複数の撮影画像の一部に撮影されているターゲットマーカに対して、上記の測量によって予め定められた位置を基準位置として与え、ターゲットマーカが撮影されていない撮影画像に撮影されている被写体を当該基準位置に基づいて仮想空間にマッピングすることが好ましい。フォトグラメトリの欠点である大量の画像結合によって生じる結合データの歪みを解消し、マッピング精度の向上を図ることができるからである。

＜本発明の実施手順について＞
次に、図３を用いて、三次元モデル生成システム１００を活用することによって実現される三次元モデル生成方法について説明する。
図３は、本発明の実施手順に係るフローチャートである。

ステップＳ１１０は、複数のターゲットマーカを橋梁ＨＢに配置する工程であり、本発明に係るマーカ配置工程に相当する。
ステップＳ１１０において橋梁ＨＢに設けるターゲットマーカは、上述したように、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとの結合の基準になるものであるため、カメラ１４０による撮影範囲およびレーザースキャナ１２０によるスキャン範囲のそれぞれに配置される必要がある。

ステップＳ１２０は、ステップＳ１１０において配置された複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する工程であり、本発明に係る測量工程に相当する。

ステップＳ１３０は、橋梁ＨＢの下面側に取り付けたロボット１１０に搭載したレーザースキャナ１２０が、橋梁ＨＢをスキャンする工程であり、本発明に係るスキャン工程に相当する。
ステップＳ１４０は、航空機１３０に搭載したカメラ１４０が、橋梁ＨＢを撮影して複数の撮影画像を得る工程であり、本発明に係る撮影工程に相当する。
なお、図３では、ステップＳ１３０を行った後にステップＳ１４０を行う順序を図示しているが、ステップＳ１４０を行った後にステップＳ１３０を行う順序によって本発明が実施されてもよいし、ステップＳ１３０とステップＳ１４０が並行して行われることによって本発明が実施されてもよい。

上述したように、ステップＳ１３０に用いるロボット１１０は、橋梁ＨＢを構成する複数の主桁のうち第一の主桁と第二の主桁（例えば主桁ＭＧ１と主桁ＭＧ２）とに跨がって取り付けられるものである。
これにより、搭載しているレーザースキャナ１２０が第一の主桁及び第二の主桁（例えば主桁ＭＧ１と主桁ＭＧ２）に挟まれる空間をスキャン可能である。当該空間は、航空機１３０が安定的に飛行し難い空間であるため、フォトグラメトリによる三次元モデル化を可能とする程度に撮影画像を得ることが困難である。しかしながら、ロボット１１０とレーザースキャナ１２０を活用することによって、レーザースキャナ１２０によるスキャンによって当該空間内の三次元モデル化を図ることができる。

また、上述したように、ステップＳ１３０に用いるロボット１１０は、レーザースキャナ１２０を移動させる機構部１１３を有しており、搭載しているレーザースキャナ１２０が第一の主桁及び第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、レーザースキャナ１２０を下降可能である。
これにより、レーザースキャナ１２０は、橋梁ＨＢの下面側を広く（主桁の下フランジの下面を含めて）スキャンすることができる。

また、上述したように、ステップＳ１３０に用いるロボット１１０は橋梁ＨＢの橋軸方向に移動可能な移動式ロボットである。そして、図３では簡略的に図示しているが、当該工程は、ロボット１１０が所定位置まで移動する工程と、ロボット１１０が所定位置で静止し、レーザースキャナ１２０が第一の主桁と第二の主桁に挟まれる空間をスキャンする工程と、を計測対象となる全範囲をスキャンするまで、それぞれを交互に繰り返すものである。
レーザースキャナ１２０は、正確な計測を行うには、スキャン中に安定的に静止させる必要があり、上記のように移動と静止を繰り返すロボット１１０への搭載が好適である。

ステップＳ１５０は、コンピュータ１５０が、ステップＳ１４０において撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成する工程であり、本発明に係るフォトグラメトリ工程に相当する。
ステップＳ１６０は、コンピュータ１５０が、ステップＳ１１０におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、ステップＳ１２０において撮影された複数の撮影画像に基づいて得られる第一の三次元点群データと、を結合して橋梁ＨＢの三次元モデルを生成する工程であり、本発明に係るモデル生成工程に相当する。

ステップＳ１６０の処理について、より詳細に説明する。
上述したように、カメラ１４０による撮影画像を用いたフォトグラメトリによって得られる第一の三次元点群データと、レーザースキャナ１２０によるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データは、本来的には異質なデータであり、指標となる情報がなければ、同一の仮想空間にマッピングすることが困難である。そこで、本実施形態では、それぞれの三次元点群データを仮想空間にマッピングするにあたって、ターゲットマーカの現実空間における座標に基づいて、当該ターゲットマーカに対応する点群をマッピングし、ターゲットマーカ以外を表す点群はターゲットマーカに対応する点群を基準としてマッピングすることによって、全ての点群を正確にマッピングすることができる。
これにより、第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを、実際の橋梁ＨＢの形状に近い形状となるように結合することができる。

ステップＳ１７０は、ステップＳ１６０において生成された三次元モデルを、ユーザが視認可能な形式で出力手段（例えば、コンピュータ１５０の表示画面）が出力する工程であり、本発明に係る出力工程に相当する。
なお、上記のステップＳ１７０（出力工程）における出力手段は、本実施形態のように表示出力するデバイス（ディスプレイ装置）に限られず、印字出力するディスプレイ（プリンタ装置）であってもよい。

図４は、三次元モデルの表示画面を示す図である。
なお、表示画面に表示される三次元モデルは、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データの結合データそのもの（テクスチャ無しの三次元モデル）であってもよいし、当該結合データにテクスチャを付したもの（テクスチャ有りの三次元モデル）であってもよい。
また、図４に例示する三次元モデルの表示態様は一具体例であり、当該三次元モデルを回転表示することによって様々な角度から橋梁ＨＢの形状を視認したり、当該三次元モデルを任意の断面（例えば、図４の破線ＴＳで示される断面）で切断した表示態様とすることによってその断面形状を視認したり、することが可能であってもよい。

上記のように生成された三次元モデルは、橋梁ＨＢの形状を高精度で再現するものであるため、橋梁ＨＢの床版ＦＳを取り外すことなく、橋梁ＨＢの細部まで寸法を計測することができるようになる。

＜変形例＞
上述の実施形態は、上述の説明に限定されるものではなく、種々の変形、改良等が可能である。

本発明に係る三次元モデル生成システムは、図１に図示した構成に限られず、本発明の目的を達成する範囲において構成を省いたり、不図示の構成が追加されたり、してもよい。

図３に図示したフローチャートの手順は、本発明の目的を達成する範囲において一部の工程が省かれてもよいし、不図示の工程が追加されてもよい。

本発明の実施に用いられるロボット１１０の形状や移動制御については、上述の実施形態に説明した態様に限られず、本発明の目的を達成する範囲において適宜変更可能である。

上述の実施形態において、レーザースキャナ１２０によるスキャン範囲に配置されているターゲットマーカと、カメラ１４０による撮影範囲に配置されているターゲットマーカと、が互いに相違する（重複するターゲットマーカが存在しない）状況における本発明の実施例を例示したが、本発明の実施はこれに限られない。すなわち、上記のスキャン範囲と撮影範囲の重複が許容される状況であって、その重複位置に配置されるターゲットマーカ（以下、共通ターゲットマーカと称する）が存在する場合においては、共通ターゲットマーカを基準として第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合することが好ましい。このとき、共通ターゲットマーカの現実空間における座標を測量することは、必ずしも必要ではない。なぜならば、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、或る程度の精度で第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合することができるからである。
ただし、この変形例によって本発明を実施する場合であっても、それぞれのターゲットマーカの現実空間における座標を測量し、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合する際に、それぞれの三次元点群データに含まれるターゲットマーカのマッピングに測量した座標を反映させることが好ましく、図３のステップＳ１２０に相当する工程（測量工程）が実行されると良い。

上記の変形例に係る三次元モデル生成方法は、複数のターゲットマーカを橋梁に配置するマーカ配置工程と、橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、撮影工程において撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、コンピュータが、フォトグラメトリ工程において生成された第一の三次元点群データと、スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、マーカ配置工程において配置される複数のターゲットマーカには、スキャン工程においてレーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および撮影工程においてカメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、モデル生成工程において、コンピュータが、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを結合する、三次元モデル生成方法であると表現することができる。
また、上記の変形例に係る三次元モデル生成システムは、橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、橋梁の下面側に取り付けたロボットと、ロボットに搭載され、橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、航空機に搭載され、橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、カメラによって撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、第一の三次元点群データとレーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、複数のターゲットマーカには、レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲およびカメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、コンピュータが、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを結合する、三次元モデル生成システムであると表現することができる。

＜付記＞
本実施形態は、次のような技術思想を包含する。
（１）橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
（２）橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において配置される前記複数のターゲットマーカには、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
（３）前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁を構成する複数の主桁のうち第一の主桁と第二の主桁とに跨がって取り付けられるものであり、前記ロボットに搭載される前記レーザースキャナは、前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャン可能である、ことを特徴とする（１）または（２）に記載の三次元モデル生成方法。
（４）前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記レーザースキャナを移動させる機構部を有しており、搭載している前記レーザースキャナが前記第一の主桁および前記第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、前記レーザースキャナを下降可能である、ことを特徴とする（３）に記載の三次元モデル生成方法。
（５）前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁の橋軸方向に移動可能な移動式ロボットであり、前記スキャン工程は、前記ロボットが所定位置まで移動する工程と、前記ロボットが前記所定位置で静止し、前記レーザースキャナが前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャンする工程と、を交互に繰り返す、ことを特徴とする（３）または（４）に記載の三次元モデル生成方法。
（６）前記モデル生成工程において生成された三次元モデルを、ユーザが視認可能な形式で出力手段が出力する出力工程を備える、（１）から（５）のいずれか一つに記載の三次元モデル生成方法。
（７）橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、前記航空機に搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システム。
（８）橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、前記航空機に搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカには、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システム。

１００三次元モデル生成システム
１１０ロボット
１１１、１１２懸垂台車
１１３機構部
１２０レーザースキャナ
１３０航空機
１４０カメラ
１５０コンピュータ
ＨＢ橋梁
ＭＧ１～ＭＧ４主桁
ＦＳ床版
ＧＦ壁高欄
Ｐ舗装面
ＴＭ１～ＴＭ７ターゲットマーカ

Claims

橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、
複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、
前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、
前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、
ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、
コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、
前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、
を備え、
前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、
前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、
ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁を構成する複数の主桁のうち第一の主桁と第二の主桁とに跨がって取り付けられるものであり、
前記ロボットに搭載される前記レーザースキャナは、前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャン可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元モデル生成方法。
前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、
前記レーザースキャナを移動させる機構部を有しており、
搭載している前記レーザースキャナが前記第一の主桁および前記第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、前記レーザースキャナを下降可能である、
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元モデル生成方法。
前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁の橋軸方向に移動可能な移動式ロボットであり、
前記スキャン工程は、
前記ロボットが所定位置まで移動する工程と、
前記ロボットが前記所定位置で静止し、前記レーザースキャナが前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャンする工程と、
を交互に繰り返す、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の三次元モデル生成方法。
前記モデル生成工程において生成された三次元モデルを、ユーザが視認可能な形式で出力手段が出力する出力工程を備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元モデル生成方法。
橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、
前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、
前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、
前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、
ドローンと、
前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、
前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、
を備え、
前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、
前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、
ことを特徴とする三次元モデル生成システム。