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鉄塔簡易3次元化システムの改良 -構造物の景観

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鉄塔簡易3次元化システムの改良 -構造物の景観
研究報告
鉄塔簡易3次元化システムの改良
-
構造物の景観シミュレーションの開発(第2報) -
村上
An
Improvement
of
Steel
功 ・小椋
*1
of 3D
Tower
輝繁
*1
Modeling System
Structures
- The Development of View Simulation on Structures (Report 2) Isao MURAKAMI・Terushige OGURA
Abstract: In previous work, The 3-dimensions model of steel tower structures were drawn up. However ,this
system was adapted at only transmission steel towers. In this work, the improvements of this system
were studied. First of all, increasing of applicable variation of structures including transmission
steel tower were examined. In result ,some other structures were able to draw using same system, with
slightly change in its input method. Secondly, walk through view of 3D model was examined. So,various
structures were able to be expressed.
Key words: View;CG;3-dimension;Topographical information;Auto CAD;Rendering;image component
1.緒言
としては,環境アセスメントでの景観シミュレーション
が挙げられ,現場写真と構造物のCGの合成写真が検討
近年コンピュータ・グラフィックス(CG)をめぐる
資料として使用されている。
環境の変化は著しいものがある。パソコンの進歩や高性
このような中,前報では送電用鉄塔(以下鉄塔と略
能の3次元グラフィックボードの普及とともに,ワーク
す)の簡易3次元化システムの報告を行った。このシス
ステーションで行われていたCG作成が,パソコン上で
テムは,鉄塔のCGと現場写真の合成写真(フォトモン
も可能となった。また,パソコンではWindows NTやWind
タージュ)を作成することで鉄塔の景観評価が可能であ
ows 95に対応した32ビット版のプログラムが数多く開
り,個別処理では煩雑な作業となる鉄塔・地形・架空線
発され,複数のアプリケーションを使用したCG作成も,
の3次元モデルの作成を,簡単なデータの入力で行える
簡単に行えるようになっている。
特徴を持っていたが,処理時間の問題,写真合成の方法,
現在のCGでは様々な技法が用いられ,実写と遜色な
材質感の検討不足等が未解決であった。そこで本報告で
い作品も作られている。このような作品の多くは,3次
は,使用ハードやソフトのグレードアップにともない,
元の多角形の面(ポリゴン)で構成された3次元モデル
機能の追加・改良・確認を行なうとともに,処理の高速
に,レンダリングを行うことで作成されている。この3
化を図るものとした。さらに,適用構造物を鉄塔以外の
次元モデルは,3次元CADを使用することで作成が可
構造物への拡大と,静止画ばかりでなく動画の作成も行
能であるため,種々の構造物の構造設計の段階において
うこととした。
もCGが用いられている。設計段階でのCG適用の一例
*1
安治川鉄工建設(株)技術研究所
akeshima Nishiyodogawa-ku
第一研究室(Enginering Resarch laboratory,1ST.LAB,AG AJIKAWA corp.,4-11-88 T
OSAKA JAPAN)
2.使用機器・ソフト構成
NTと,Windows 95の2種類を使用している。これは機器,
ソフトが相互に対応していないためである。つまり使用
本システムの特徴はパソコンでシステム構築する方針
しているスキャナー,プリンタはWindows 95に,CGソ
で開発している点である。今回は使用する基本CADソ
フ ト3D studio MAXはWindows NTに のみ 対 応し てい るこ
フトなどがWindows NTやOpenGLに対応したのを機会に,
とによる。
前報に比べて使用機器・ソフトのグレードアップを図っ
ている。
使用ハードはTable 2に示すようにCPUにPentium-Pro
(200MHz)をも つ パ ソ コン を 使 用し , 主 記 憶容 量 は 128MB
と十分な容量を確保した。また,スキャンコンバータを
2.1
基本ソフトおよびハード構成
使用して,作成したアニメーションのビデオ録画も可能
使用した基本ソフトをTable 1に示す。 また,ハード
である。なお,データの保管についてはCGの画像デー
の構成とその処理内容をFig.1およびTable 2に示す。基
タは比較的大きなデータになるため,MOを使用してい
本ソフトにはTable 1に示すようにOSとして Windows
る。
パソコン
Table 1.
項
基本ソフト
目
ソフト名
OS
Windows NT,Windows 95
入力画面
Visual Basic
CAD
Auto CAD R13C4
CGソフト
3D studio MAX
写真合成
Photoshop
コンパイラ
Visual C++ V4.0
テレビ
スキャナ
スキャンコンバーター ビデオデッキ
(注:表中の名称は各社の登録商標)
MO
プリンタ
Table 2.
ハード
パソコン
Fig.1.
ハード構成図
理
容
ハードの性能・処理内容
性
能
処
内
CPU : P-Pro (200MHz)
鉄塔等構造物の3次元化
主記憶容量 : 128MB
画像合成
ディスク容量
: 約4GB
スキャナー
解像度:600DPI
写真画像の読みとり
カラー
レーザー露光熱現像転写プリンタ
成果物の出力
プリンター
スキャン
解像度:400DPI
RGB信号800*600対応
RGB信号→VTR信号変換
コンバーター
ビデオデッキ
MO
画像・アニメーションの録画
230MB
MOディスク対応
作成図面・画像ファイル・アニメ
ーションファイルの保存
2.2
3次元CG作成作業の流れ
3 . 鉄 塔 の 簡 易 3次 元 化 シ ス
CGの作図はFig.2に示す手順で行なった。
テムの改良
鉄塔の簡易3次元化システムについて改良検討を行っ
3次元CADによる作画
(自動・手動)
た結果を以下に記す。
3.1
レンダリング用
データファイル
(DXF・3DS等)
3次元スケルトン図作成機能の追加
作成する鉄塔のイメージが簡単に確認できるように,
3 次 元 ス ケ ル ト ン 作 画 機 能 を 追 加 し た 。 Fig.3に 示 す よ
うに,地形メッシュ上に鉄塔10基の連成系を作画する
ことが容易であり,簡単にイメージの把握が可能となっ
た。
CGソフトによる
レンダリング作業
CGファイル
(ビットマップ)
ペイントソフトによる
CGの確認・修正
Fig.3.
鉄塔連成系のCAD図面
印刷・録画
3.2
レベル・オブ・ディテールの適用
鉄塔の簡易3次元化システムでは,3次元モデルとC
Fig.2.
3次元CG作成の流れ図
Gの作成時間が問題となっていた。一般的に,CG作成
時間を削減するためは,遠方にある3次元モデルのポリ
鉄塔の作画は,あらかじめデータの入出力処理を行っ
た後,自動作成され,その他構造物については作画頻度
の関係より,オペレーションで作成される。また,CA
D上で作成する3次元モデルのタイプは,CGソフトに
データを容易に送るために,面を表現するサーフェィス
モデルで作成することとしている。
ゴンは必要以上の詳細を作らない,といった手法(レベ
ル・オブ・ディテール)が行われている。そこで,鉄塔
を構成している要素(パイプ材,アングル材)の表現方
法を見直し,遠方用のモデルを作成した。
Fig.4は そ の 検 討 結 果 で あ り , 近 景 用 の 詳 細 モ デ ル と
遠景用の簡略モデルを示している。
なお,CGソフトでのレンダリング作業は,次のよう
な内容である。
(a)材質感(マテリアル)の割り当て
(b)光源の設定
(c)視点の設定(カメラの設定)
(d)モデルへの動作教示
(アニメーション作成時)
(e)背景の設定(撮影した画像データを背景に
割り当てる)
(f)レンダリングの種類を選択
また,ペイントソフトを使用するのは,CGと背景の
重なり具合について修正を施すためである。
Fig.4. アングル材・パイプ材の表現検討
つ ぎ に , 簡 略 モ デ ル で 作 成 し た 鉄 塔 C G を Fig.5に 示
す。
全部材を簡略モデルで作成して鉄塔CGをこの大きさ
に表示しても違和感は生じていないことがわかった。ま
た Fig.5の 3 次 元 モ デ ル の 作 成 時 間 は 1 9 秒 ( 部 材 数 約
600本)であり,詳細な3次元モデルでの作成時間1
50秒に比べて約1/7と時間短縮が図られた。
Fig.7.
作成した地形と鉄塔の3次元モデル
Fig.7はFig.6の写真の視点場の地形3次元モデルであ
り,国土地理院発行の50mメッシュデータを使用して
作成した。鉄塔3次元モデルは現場写真の鉄塔と同規模
とするため,塔高約50mのモデルを用いている。この
地形3次元モデルを使用することにより,簡便な写真合
Fig.5.
簡略3次元モデルによる鉄塔CG
成が可能となることがわかった。このことより視点場の
条 件 設 定 は , Table 3に示 す 条 件 のみ を 採 る こと に し た。
3.3 写真合成方法の検討
ある地方自治体の景観シミュレーション技術指針には,
合成写真作成の詳細な手続きが記してあり,視点場の条
件設定により,正確に現場写真とCGを合成することが
可能なシステムを使用することが挙げられている。しか
し,民間の場合,より簡便な方法で迅速に合成写真の作
成が求められることがある。そこで,より幅広いフォト
モンタージュ作成のニーズに応えるため,新たな合成写
真作成の手法を確立するための検討を行った。
Table 3.
視点場の条件設定
視点場の条件設定
視点
情報源
大縮尺の地図またはGPS
(撮影位置)
注視点
地形モデルと現地写真の
(撮影方向)
視野
地形の比較
カメラレンズの焦点距離
(視野角)
Fig.6に実際の鉄塔を含む現場写真を,Fig.7に3次元
モデルを示す。
3.4
動画作成
今回開発したシステムの目標は景観シミュレーション
用のフォトモンタージュの作成であったが,背景写真を
使用しなければ,CGだけの要素であるため,動画の作
成も可能である。そこで,上空から鉄塔を観察するイメ
ージを元にアニメーションの作成も行なった。
4.種々の構造物のCG化
前項の報告は,鉄塔における環境アセスメント用資料
の作成例であるが,環境アセスメントでの検討対象物は
その他にも多く存在する。そこで,これに該当する構造
物のCG化の可能性について検討を行い,数種の構造物
に対しCGを作成している。ここでは,その中の一つで
Fig.6.
撮影した写真
あ る 道 路 標 識 柱 ( 標 識 柱 と 記 す )の 事 例 を Fig.8に 示 す。
Fig.8で は , 設 計 図 面 か ら , オ ペ レ ー シ ョ ン に て 3 次
元モデルを作成し,CG化を行っており,3タイプの道
路標識柱を合成した。標識柱のモデル作成については,
データ入力の仕様が決まればプログラムによる自動作成
も可能と考えられる。
5.結言
本報で,得られた成果は次の通りである。
(1)
鉄塔3次元化システムの処理速度が改善された。
(2)
合成写真作成の位置検証方法を確立した。
(3)
鉄塔の3次元化のみならず,各種構造物の3次
元化,CG作成が可能となった。
Fig.8.
道路標識柱を用いたフォトモンタージュの一例
(4)
各種構造物のアニメーションの作成が可能であ
り,それにより構造物がよりわかりやすく表現で
きるようになった。
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