駅の特性を考慮した鉄道駅形状の自動生成に関する研究

2016年度 卒 業 論 文

駅の特性を考慮した

鉄道駅形状の自動生成に関する研究

指導教員：渡辺 大地 講師

メディア学部 ゲームサイエンス プロジェクト

学籍番号 

M0113099

落合 宏一

2016年度 卒 業 論 文 概 要 論文題目

駅の特性を考慮した

鉄道駅形状の自動生成に関する研究

メディア学部 氏 指導 学籍番号 : M0113099 名 落合 宏一 教員 渡辺 大地 講師 キーワード 駅、鉄道、自動生成、 建物、形状 近年、テレビゲームやアニメーションなどにおいて、3DCGによって製作された都市モデ ルが多く登場している。それに伴い、都市や建物の自動生成に関する研究が行われてきた。建 物形成の効率化を図る研究や電子地図を用いて建物を生成する研究、航空写真を使って建物を 生成する研究や、建物のBIMデータを利用した、軽量化モデルを生成する研究など、様々な 研究が存在する。これらの研究はデータから得た図形をもとに建物の生成を行っている。しか し、鉄道駅は他の建物と異なる特性を持っているため、駅を念頭に置いていない手法では適切 な自動生成を行うことができない。鉄道駅は線路、プラットホーム、駅舎などから構成されて おり、鉄道の運用を安全かつ効率的に行う重要な施設である。そこで本研究では、鉄道駅に注 目し、駅の特性を踏まえた鉄道駅形状の自動生成を行う手法を提案した。本手法は鉄道駅に必 要な要素を配置し、それらをつなげるために経路を生成することで駅構内図を作成し、それを もとに鉄道駅形状を自動生成する。提案手法を用いて自動生成を行うツールを開発し、そこか ら得られる鉄道駅形状の生成結果と、日本における鉄道駅の画像と比較して検証した。その結 果、様々な鉄道駅形状とその内部を表現できた。

目 次

第1章 はじめに 1 1.1 研究背景と目的 . . . 1 1.2 論文構成 . . . 3 第2章 鉄道駅について 4 2.1 鉄道駅 . . . 4 2.2 線路 . . . 5 2.3 プラットホーム . . . 5 2.4 駅舎 . . . 6 第3章 提案手法 7 3.1 自動生成する鉄道駅形状の条件と候補 . . . 8 3.2 アイコンを配置 . . . 8 3.3 駅構内図の作成 . . . 9 3.3.1 プラットホーム . . . 10 3.3.2 プラットホームとコンコースをつなぐ階段. . . 12 3.3.3 出口から改札までの経路 . . . 13 3.3.4 コンコース . . . 14 3.4 駅構内図における壁と鉄道駅形状 . . . 17 第4章 検証 18 4.1 本ツールを用いた鉄道駅形状の生成過程 . . . 18 4.2 様々な鉄道駅形状の生成結果 . . . 26

図 目 次

2.1 主なプラットホームの種類 . . . 5 3.1 アイコンの種類 . . . 9 3.2 相対式ホームの生成過程 . . . 11 3.3 島式ホームの生成過程 . . . 11 3.4 踊り場のない階段の生成過程 . . . 12 3.5 出口から改札までの経路の生成過程 . . . 14 3.6 階段の向き . . . 15 3.7 階段の進行方向が向かい合っている場合のコンコースの生成過程 . . . 16 3.8 階段の進行方向が向かい合っていない場合のコンコースの生成過程 . . . 17 4.1 相原駅の写真 . . . 19 4.2 本ツールにおける相原駅の駅構内図 . . . 20 4.3 相原駅の駅構内図から3Dモデルを置き換えた鉄道駅形状 . . . 20 4.4 相原駅と比較画像その1 . . . 21 4.5 相原駅と比較画像その2 . . . 21 4.6 相原駅と比較画像その3 . . . 21 4.7 相原駅と比較画像その4 . . . 22 4.8 下総中山駅の写真 . . . 23 4.9 本ツールにおける下総中山駅の駅構内図 . . . 24 4.10 下総中山駅の駅構内図から3Dモデルを置き換えた鉄道駅形状 . . . 24 4.11 下総中山駅と比較画像その1 . . . 25 4.12 下総中山駅と比較画像その2 . . . 25

4.17 島式ホームにおけるプラットホームとコンコースの駅構内図. . . 28 4.18 3Dモデルを置き換えた島式ホームの鉄道駅形状 . . . 28

第

₁

章

はじめに

1.1

研究背景と目的

近年、テレビゲームやアニメーションなどにおいて、3次元コンピューターグラフィックス(以 下、3DCGとする)によって制作された建物やその建物で形成された都市モデルが多く登場して いる。しかし、それらを制作する作業は決して容易ではなく、多大な手間と時間を要する。そのた め、現在はCityEngine [1] をはじめとする都市自動生成ソフトウェアを利用することが多くなっ てきた。活用事例として、CityEngineを使って3Dロールプレイングゲームの舞台で、荒廃した 建物や街を表現 [2] したことがあげられる。CityEngineはユーザーが想定する街並みの構築や再 現を行うことができ、CGAスクリプトを記述することで、細かな区画の設定や区画内に生成され る建物の数や形状を変更することが可能である。しかし、駅などの特殊な建物を構成するうえで、 必要な施設から建物の形状を生成することに対応していない。また、近年まで都市や建物の自動 生成に関する様々な研究が行われてきた。Pascalら [3] は、プロシージャル技術を用いて、建物

の判別結果と基盤地図情報を用いて建物を自動生成するシステムの開発を行った。吉田ら [6] は、 道路によって区切られた区画を最小単位とし、特徴量を持たせることで、時間変化を伴う仮想都 市の自動生成を行った。矢吹ら [7] は、建物のBIMデータから抽出した断面形状の輪郭を押し出 すことによって、軽量化されたVRモデルを生成する手法を提案した。飯村ら [8] は、都市・集 落の形成過程の記述を目的とし、集落と街道の生成のための普遍的法則のアルゴリズム化を行っ た。満福ら [9] は、江戸時代京都のGISデータと、京町家や寺院・神社の3次元モデリングをイ ンプットし、GoogleEarth上に江戸時代京都の街並みを自動生成した。田中ら [10] は、点群座標 データから河川堤防の各面の境界を考慮した3次元モデルを自動生成する手法を提案した。 しかし、これらの研究は鉄道や公共施設を考慮しておらず、データから得た図形を利用して建 物を生成しているため、建物内部を考慮した建物形状を自動生成することに対応していない。ま た、鉄道駅はほかの建物と異なる特性を持っているため、駅を念頭に置いていない手法では適切 な自動生成を行うことができない。鉄道駅は旅客の乗降や貨物の積み下ろしを行うための場所だ けでなく、地域の人々の生活や文化、情報の拠点として重要な役割を持つ。竹澤ら [11] は、鉄道 駅における交通の結節点機能と公共的建築物の役割の2つの特質を「駅らしさ」と定義し、鉄道駅 の「駅らしさの構成要素」の認識傾向を調査した。山本ら [12] は、旅客流動の観点から、混雑・ 移動性についての駅における歩きにくさを評価する基準を提案した。志水ら [13] は、駅舎と周辺 街並を知覚するときに基準となる物理的属性の抽出を行った。 そこで本研究では、駅の特性を考慮した、鉄道駅形状を自動生成する手法を提案する。本手法 は、鉄道駅を構成する施設を表したアイコンを用意し、それらを3次元空間内に配置する。アイ コン同士を接続するために経路を生成し、駅構内図を作成した後、それをもとに鉄道駅形状の自動 生成を行い、現存する駅形状に近しい形状を表現することを目的とする。なお本研究では、提案 手法を用いて自動生成を行うツールを開発し、本ツールから得られる生成結果と日本における実 際の鉄道駅の画像と比較して検証を行った。その結果、本手法により実際の駅と似通った鉄道駅

形状とその内部を表現できた。また、本ツールによって様々な鉄道駅形状表現することができた。

1.2

論文構成

本論文は全5章で構成する。本章では研究背景と目的について述べ、第2章では鉄道駅の特性 について述べる。第3章では鉄道駅形状の自動生成する手法について述べる。第4章では本手法 を用いて自動生成した駅形状についての検証と考察を行い、第5章ではまとめと今後の展望につ いて述べる。

第

₂

章

鉄道駅について

本章では、鉄道駅の特性について述べる。2.1 節では駅の種類や構成する施設について述べる。

なお、鉄道駅を構成するのに最も重要な施設については、2.2 節、2.3 節、2.4 節で詳しく説明す

る。なお本章を述べるにあたって、日本民営鉄道協会が運営する「鉄道豆知識」 [14] や日本工業

標準調査会(JISC)が運営するデータベースにおけるJIS規格「JIS1001」[15]を参考に記述して

いく。

2.1

鉄道駅

鉄道駅とは、鉄道の運用を安全かつ効率的に行う重要な施設の一つで、列車・電車への旅客の 乗降、貨物の積み下ろしなどに使用する場所のことである。鉄道駅は線路、プラットホーム、駅 舎などから構成されており、プラットホームの位置によって、地上駅、高架駅、地下駅に分類する ことができる。

2.2

線路

線路とは、列車・電車を走らせるための通路であり、レール、枕木、道床などを含む軌道および これを支持するために必要な路盤、構造物を含んだ地帯のことを指す。また、一般的には鉄道用 地内のトンネル、信号機、架線の電柱なども含まれている

2.3

プラットホーム

プラットホームとは、旅客の乗降や貨物の積み下ろしを行うために、駅構内の線路に沿って設 けられた場所である。プラットホームの種類として、主に相対式ホーム、島式ホームなどがあげ られる。大きなターミナル駅では複数の路線が走るため、島式ホームが複数並んで存在する。プ ラットホームの高さは、高床タイプと低床タイプがある。日本における鉄道駅では高床タイプの プラットホームが一般的であり、低床タイプは路面電車で使われている場合が多い。また、安全対 策のためホーム上には白色の線や黄色の点字ブロック、プラットホームと線路を隔てる柵などが 存在する。国土交通省は平成18年12月20日にバリアフリー法 [16] を施行し、近年ではプラッ トホームからの転落や列車との接触を防ぐために、ホームドアを設置する駅が増えている。図 2.1 はプラットホームの種類を表しており、左から順に島式ホーム、相対式ホームとなっている。 図2.1 主なプラットホームの種類

2.4

駅舎

駅舎とは、乗車券や特急券を発売する出札口、乗車券類を確認する改札、新聞や雑誌などの物 品を売る売店、お問い合わせに答える案内所、旅客のための待合室やトイレ、駅員のための執務 室や事務室などの施設から構成されている。駅舎の中において、旅客のための大きな通路や人々 が交差する大きな空間のことをコンコースという。近年では、駅舎とデパートなどが一体化した 駅ビルの多機能化が進んでいる。

第

₃

章

提案手法

本章では、駅の特性を考慮した鉄道駅形状の自動生成の手法について述べる。本手法では、3次 元空間全体を表すワールド座標系の中にモデルを配置し、自動生成を行う。モデルの位置は、3次 元空間の中心を原点とした、左手座標系による x, y, z 軸上の値で表す。y 軸は高さ xz 平面は水 平である。幅を表す x 軸において、右方向は+x 方向を指す。高さを表す y 軸において、上方向 は +y 方向を指す。奥行きを表す z 軸において、奥方向は +z 方向を指す。以下の手順で駅形状 を自動生成する。 1. 鉄道駅を構成する施設を表したアイコンを用意し、3 次元空間に設定した区画内に配置 する。 2. 配置したアイコン同士を接続するために経路を生成し、駅構内図を作成する。 3. 駅構内図をもとに、事前に用意した3Dモデルとアイコンの位置を置き換えて鉄道駅形状 を自動生成する。

3.1

自動生成する鉄道駅形状の条件と候補

本節では、鉄道駅形状を自動生成するにあたって、その条件と候補について述べる。本研究で 扱う鉄道駅は地上駅または高架駅とし、線路、プラットホーム、コンコースを自動生成する。鉄 道駅には1本の路線が走るものとし、上り線と下り線合わせて2本の線路があるものとする。プ ラットホームは高床タイプの島式ホームまたは相対式ホームとする。コンコースには、階段、エレ ベーター、改札口、出口があるものとする。鉄道駅におけるプラットホームとコンコースの位置 関係について、それぞれ別の階にあるものとする。地上駅の場合はコンコースは上の階、プラッ トホームは下の階にあるものとし、高架駅の場合はプラットホームは上の階、コンコースは下の 階にあるものとする。鉄道駅は鉄道駅を運用するために必要な施設や工作物から構成されている が、本研究では線路、階段、エレベーター、改札口、出口の5つのものを踏まえる。鉄道駅には2 つの階段と1つのエレベーターがあるものとし、階段とエレベーターは x 軸に平行な同一直線上 にあるものとする。エレベーターは2つの階段の間にあるものとする。コンコースにおいて、改 札より左側に階段、エレベーターがあるものとし、改札より右側に出口があるものとする。

3.2

アイコンを配置

鉄道駅を構成する施設、工作物の中で線路、階段、エレベーター、改札口、出口の5つがある。 また、人々がそれぞれの施設へ行き来するための経路がある。それぞれを表すためにアイコンを 用意し、それらをプラットホームにおける区画内、またはコンコースにおける区画内に配置する。 それぞれの区画は3次元空間内において、y の値が異なる別々の xz 平面上に設定する。プラッ トホームの区画を設定するための平面を w1 、コンコースの区画を設定するための平面を w2 と し、それぞれの平面における y 軸上の点を基準点とする。w1 の基準点を J = (Jx, Jy, Jz) 、w2 の基準点をS = (Sx, Sy, Sz)とし、基準点を中心に x 方向における幅と z 方向における奥行きの

値をそれぞれ奇数値で設定する。なお、2つの区画の x 方向の幅と z 方向の奥行きの値は同じ値 をとるものとする。アイコンは基本正方形とし、必要に応じて長さを変更し長方形として用いる。 図 3.1 は本研究で使用するアイコンの種類を示しており、左から線路、階段、エレベーター、改 札口、出口、経路を表している。 図3.1 アイコンの種類 それぞれのアイコンの位置座標は整数値をとるものとする。なお、階段やエレベーターのアイ コンは、階段、エレベーターの一端を表しており、コンコースとプラットホームにそれぞれ同じ 数のアイコンを配置する必要がある。

3.3

駅構内図の作成

駅構内図を作成するために、プラットホームとコンコースそれぞれの区画内に配置したアイコ ンの位置を踏まえて、アイコン同士を接続するための経路や線路を生成する。本節以降、経路を 表すアイコンを経路マスと呼び、複数の経路マスを並べたものを経路とする。生成する経路は以 下のものとし、次小節からはそれぞれの生成手法について述べる。 • プラットホーム • プラットホームとコンコースをつなぐ階段 • 出口から改札までの経路

3.3.1

プラットホーム

本小節では、プラットホームである相対式ホーム、島式ホームの生成手法について述べる。な お、地上駅または高架駅におけるプラットホームは同一の方法で自動生成することができる。本 手法で生成するプラットホームには2つの階段と1つのエレベーターがあるものとする。z 方向 において階段とエレベータの位置はプラットホームの中央にあるものとする。x 方向におけるプ ラットホームの長さをM とし、z 方向におけるプラットホームの幅を N とする。M と N の値 は十分に大きな値の奇数値をとるものとする。線路は +x 方向に拡大したものを線路とし、線路 の長さは x 方向における区画の幅と同じ大きさをとるものとする。平面 w1 における相対式ホー ムにおいて、生成する2本の線路の位置座標をL1,1 _、L1,2 _{とし、経路マスの位置座標を A}1_{(i, j)} 、A2(i, j)とする。隣り合った2本の線路の間隔を s1 とし、s1 の値は奇数値をとるものとする。 以下の手順で相対式ホームを生成する。 1. 式(3.1) を用いて、線路の位置座標 L1,1 、L1,2 を求める。L1,1 、L1,2 に配置した線路の アイコンを区画の幅と同じ大きさだけ x 方向に拡張する。 L1,1 = (Jx, Jy, s1) L1,2 = (Jx, Jy,−s1) (3.1) 2. 式(3.2) を用いて、経路マスの位置座標 Ak(i, j)を求め、経路のアイコンを配置する。 A1(i, j) = (i, Jy, s1+ j) A2(i, j) = (i, Jy,−s1+ j) i = 0, 1, 2, 3,· · · , M j = 1, 2, 3,· · · , N (3.2) 図3.2 は本小節で生成する相対式ホームの生成過程を示しており、経路は赤色で表現している。

図3.2 相対式ホームの生成過程 平面w1 における島式ホームにおいて、生成する2本の線路の位置座標を L2,1 、L2,2 とし、生 成する経路マスの位置座標を B(i, j) とする。以下の手順で島式ホームを生成する。 1. 式(3.3) を用いて、線路の位置座標 L2,1 、L2,2 を求める。L2,1 、L2,2 に配置した線路の アイコンを区画の幅と同じ大きさだけ x 方向に拡張する。 L2,1= ( Jx, Jy, N + 1 2 ) L2,2= ( Jx, Jy,− N + 1 2 ) (3.3) 2. 式(3.4) を用いて、経路マスの位置座標 B(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 B(i, j) = ( i, Jy,− N + 1 2 + j ) i = 0, 1, 2, 3,· · · , M j = 1, 2, 3,· · · , N (3.4) 図3.3 は本小節で生成する島式ホームの生成過程を示しており、経路は赤色で表現している。

3.3.2

プラットホームとコンコースをつなぐ階段

本小節では、プラットホームとコンコースをつなぐ階段の生成手法について述べる。なお、 ここではプラットホームが上の階、コンコースが下の階の場合について述べる。コンコースに おける階段の位置座標を P1 _{= (P}1 x, Py1, Pz1) とし、プラットホームにおける階段の位置座標を P2 _{= (P}2 x, Py2, Pz2) とする。階段 P1、P2 において、位置座標は Px1 < Px2、Py1 < Py2 とし、 P1 z = Pz2 とする。x 成分における差分を α1、y 成分における差分を β1 とする。生成する経路マ スの位置座標を C(i, j) とする。α1 = β1 の時、式 (3.5) を用いて、経路マスの位置座標C(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 C(i, j) = (P_x1+ i, P_y1+ j, P_z1) i = 1, 2, 3,· · · , α1− 1 j = 1, 2, 3,· · · , β1− 1 (3.5) 式(3.5) において、i の値と j の値は同じ数値をとるものとする。 図3.4 は本小節で生成する踊り場のない階段の生成過程を示しており、経路は赤色で表現して いる。 図3.4 踊り場のない階段の生成過程

3.3.3

出口から改札までの経路

本小節では、出口から改札口までの経路の生成手法について述べる。なお、地上駅または高 架駅における出口から改札口までの経路は同一の方法で自動生成することができる。本手法 では改札口より右側に出口が 1 つあるものとする。平面 w2 において、改札口の位置座標を K = (Kx, Ky, Kｚ)とし、+z 方向に拡大したものを改札口とする。z 方向における改札口の幅を U とし、U の値は 1 より大きい奇数値をとるものとする。出口の位置座標を R = (Rx, Ry, Rz) とする。改札口 K と出口 R において、x 成分における差分を α2、z 成分における差分を β2 と する。生成する経路マスの位置座標を D(i, j) 、または E(i, j) とする。以下の手順で出口から改 札口までの経路を生成する。 1. 改札口K の位置から出口R のx 成分の位置までの経路を生成するために、式 (3.6) を用 いて、経路マスの位置座標 D(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 D(i, j) = (Kx+ i, Sy, Kz+ j) i = 1, 2, 3,· · · , α2 j = 0, 1, 2, 3,· · · , U − 1 (3.6) 2. 手順1で生成した経路と出口を接続する経路を生成するために、式 (3.7) を用いて、経路 マスの位置座標 E(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 E(i, j) = (Rx, Sy, Kz+ U − 1 + j) i = α2 j = 1, 2, 3,· · · , β2− U (3.7) 図3.5 は本小節で生成する出口から改札口までの経路の生成過程を示しており、経路は赤色で

図3.5 出口から改札までの経路の生成過程

3.3.4

コンコース

本小節では、コンコースの生成手法について述べる。なお、地上駅または高架駅におけるコ ンコースは同一の方法で自動生成することができる。本手法で生成するコンコースには改札口 より左側に 2つの階段と 1つのエレベーターがあるものとする。また、階段とエレベーターは x 軸に平行な同一直線上にあるものとし、エレベーターは2 つの階段の間にあるものとする。 なお、エレベーターの向きは考慮していない。平面 w2 において、階段の位置座標をそれぞれ Q1 _{= (Q}1 x, Q1y, Q1z)、Q2 = (Q2x, Q2y, Q2z)とする。エレベーターの位置座標を T = (Tx, Ty, Tz) とする。改札口K と階段Q1 _{において、x成分における差分を α} 3、z 成分における差分をβ3 と する。階段Q1_、Q2 _{において、x成分における差分を γ} 1 とする。階段 Q2、T において、x 成分 における差分を γ2 とする。プラットホームが上の階、コンコースが下の階にあり、プラットホー ムとコンコースをつなぐ階段が2つあるとき、それぞれの階段において上から下へ向かうときの 進行方向を求める。求めた2つの進行方向が向かい合っている場合といない場合でコンコースの 生成位置が異なる。図 3.6 の矢印は上から下へ降りるときの進行方向を表しており、左は進行方 向が向かい合っているときの階段の形で、右は進行方向が向かい合っていないときの階段の形で ある。

図3.6 階段の向き 上から下へ向かうときの階段の進行方向が向かい合っている場合のコンコースにおいて、生成 する経路マスの位置座標を F(i, j) 、または G(i, j)とし、以下の手順でコンコースを生成する。 1. 改札口 K の位置から一番左にある階段 Q1 の z 成分の +1 の位置までの経路を生成する ために、式 (3.8) を用いて、経路マスの位置座標 F(i, j) を求め、経路のアイコンを配置 する。 F(i, j) = (Kx− i, Sy, Kz+ j) i = 1, 2, 3,· · · , α3− 1 j = 0, 1, 2, 3,· · · , U − 1 (3.8) 2. 階段Q1、Q2 とエレベーターT を接続する経路を生成するために、式 (3.9)を用いて、経 路マスの位置座標G(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 G(i, j) = (Q1_x+ i, Sy, Kz + U − 1 + j) i = 1, 2, 3,· · · , γ1− 1 j = 1, 2, 3,· · · , β3− U + 1 (3.9) ただし、式 (3.9)においてi = γ1− γ2 でかつ j = β3− U + 1 のとき、経路マス G(i, j) は生 成されない。 図3.7 は本小節で生成する、階段の進行方向が向かい合っている場合のコンコースの生成過程

図3.7 階段の進行方向が向かい合っている場合のコンコースの生成過程 上から下へ向かうとき階段の進行方向が向かい合っていない場合のコンコースにおいて、生成 する経路マスの位置座標は H(i, j) 、または I(i, j) とし、以下の手順でコンコースを生成する。 1. 改札 K の位置から一番左にある階段 Q1 _{の x 成分の −1 の位置までの経路を生成する} ために、式 (3.10) を用いて、経路マスの位置座標 H(i, j)を求め、経路のアイコンを配置 する。 H(i, j) = (Kx− i, Sy, Kz + j) i = 0, 1, 2, 3,· · · , α3+ 1 j = 0, 1, 2, 3,· · · , U − 1 (3.10) 2. 手順1で生成した経路と階段、エレベーターを接続する経路を生成するために、式 (3.11) を用いて、経路マスの位置座標 I(i, j) を求め、経路のアイコンを配置する。 I(i, j) = (Kx− i, Sy, Kz+ U − 1 + j) i = α3+ 1, α3− γ1− 1, α3− γ1+ γ2 j = 1, 2, 3,· · · , β3− U + 1 (3.11) 式(3.11) において、i = α3+ 1 のときの経路マスI(i, j) は階段 Q1 の x 成分の −1 の位置に ある。i = α3− γ1− 1 のときの経路マスI(i, j) は階段Q2 の x 成分の +1 の位置にある。ただ し、i = α3− γ1+ γ2 でかつ j = β3− U + 1 のとき、経路マス I(i, j) は生成されない。 図3.8 は本小節で生成する、階段の進行方向が向かい合っていない場合のコンコース生成過程 を示しており、経路は赤色で表現している。

図3.8 階段の進行方向が向かい合っていない場合のコンコースの生成過程

3.4

駅構内図における壁と鉄道駅形状

本節では、作成した駅構内図から鉄道駅形状を自動生成する手法について述べる。はじめにア イコンや経路マスの周囲に壁を生成する。ここでは経路マスについて述べる。xz 平面において、 生成された経路マスの位置座標を V = (Vx, Vy, Vz) とし、生成する周囲の壁の位置座標を W1 、W2_、W3_、W4 _{とする。経路マスの周囲に壁を生成するために定数 s} 2 を用意し、式 (3.12) を 用いて、壁を自動生成する。 W1 = (0, Vy, Vz+ s2) W2 = (0, Vy, Vz− s2) W3 = (Vx+ s2, Vy, 0) W4 = (Vx− s2, Vy, 0) (3.12) 生成する壁は事前に用意した3Dモデルである。生成した壁から +y 方向に積み上げる形でさ らに壁を生成していく。壁を生成した後、経路マスやアイコンの位置に事前に用意した3Dモデ ルを置き換えて鉄道駅形状を自動生成する。3Dモデルと壁が重なったときは壁を削除する。

第

₄

章

検証

本研究では、提案手法を用いて鉄道駅形状を自動生成するツールを実装した。本章では、ツー ルを用いて日本における一般的な鉄道駅を想定した鉄道駅形状の生成過程を示す。そして、ツー ルを用いて生成した鉄道駅形状の画像と、日本における実際の鉄道駅の画像と比較して検証す る。また、本手法を用いて自動生成した様々な駅構内図や鉄道駅形状について列挙する。実装に はゲームエンジンである Unity [17] を使用し、開発を行った。また、モデリングソフトである Blender [18] を利用し、本研究で取り扱う3Dモデルの制作を行った。

4.1

本ツールを用いた鉄道駅形状の生成過程

本節では、ツールを用いて鉄道駅形状の生成過程を示す。本研究で想定する鉄道駅形状につい て、単線のみを走る鉄道駅を対象とし、中央本線の東京・八王子間の駅と横浜線の駅と総武線の 御茶ノ水・船橋間の駅を調査してきた。JR東日本が運用する駅構内図 [19] を参考に、実際に鉄 道駅に足を運び調査、撮影を行った。東京都内を運行する中央本線と東京都と千葉を結ぶ総武線 では高架駅が多く見受けられ、東京と神奈川を結ぶ横浜線では地上駅が多く見受けられた。そこ で高架駅と地上駅それぞれの鉄道駅形状を自動生成するために、地上駅である横浜線の相原駅と

高架駅である総武線の下総中山駅を参考に鉄道駅形状の自動生成過程を示す。 地上駅である横浜線の相原駅の鉄道駅形状の自動生成過程について説明する。図 4.1 は相原駅 の駅構内を撮影してきた写真である。 図4.1 相原駅の写真 相原駅において、図 4.1 の写真と調査から本ツールを用いて駅構内図を作成する。その際の条 件として、相原駅は相対式ホームの地上駅であり、線路、階段、エレベーター、改札口、出口が あるものとする。各プラットホーム上には2つの階段と1つのエレベーターが存在し、出口は2 つあるものとする。3次元空間内に線路、階段、エレベーター、改札口、出口を配置し、プラット ホーム、コンコースそれぞれの経路を自動生成する。

図4.2 本ツールにおける相原駅の駅構内図 図4.2は簡易的ではあるが、経路を自動生成した駅構内図の生成結果の画像であり、左はプラッ トホーム、右はコンコースの駅構内図を表している。作成した駅構内図から鉄道駅形状を自動生 成するために事前に用意した3Dモデルを置き換える。図 4.3 は相原駅の駅構内図から3Dモデ ルを置き換えた鉄道駅形状の画像である。 図4.3 相原駅の駅構内図から3Dモデルを置き換えた鉄道駅形状 図4.1 の相原駅の駅構内の写真と、図 4.3 のプラットホームとコンコースの鉄道駅形状を組み 合わせた画像とを比較し、その比較画像を図4.4 ∼ 図4.7に示す。なお、写真と比較するために、 写真と同じ景色となるようにコンコースにおいて経路の周囲に壁を生成する。

図4.4 相原駅と比較画像その1

図4.5 相原駅と比較画像その2

図4.7 相原駅と比較画像その4 図4.4 と図 4.5 におけるコンコースの比較画像について、階段やエレベーターの配置の仕方に よって自動生成される経路に若干の違いはあるが、相原駅のコンコースは表現できた。図 4.6 と 図 4.7 におけるプラットホームの比較画像について、階段の長さや階段の配置間隔に違いはある が、同様に相原駅のプラットホームは表現できた。 高架駅である総武線の下総中山駅の鉄道駅形状の自動生成過程について説明する。図 4.8 は下 総中山駅の駅構内図を撮影してきた写真である。

図4.8 下総中山駅の写真 下総中山駅において、図 4.8 の写真と調査から駅構内図を作成する。その際の条件として、下 総中山駅は島式ホームの高架駅であり、線路、階段、エレベーター、改札口、出口があるものと する。プラットホーム上には2つの階段と1つのエレベーターが存在し、出口は2つあるものと する。3次元空間内に線路、階段、エレベーター、改札口、出口を配置し、プラットホーム、コン コースそれぞれの経路を自動生成する。

図4.9 本ツールにおける下総中山駅の駅構内図 図4.9は簡易的ではあるが、経路を自動生成した駅構内図の生成結果の画像であり、左はプラッ トホーム、右はコンコースの駅構内図を表している。作成した駅構内図から鉄道駅形状を自動生 成するために事前に用意した3Dモデルを置き換える。図 4.10 は相原駅の駅構内図から3Dモデ ルを置き換えた鉄道駅形状の画像である。 図4.10 下総中山駅の駅構内図から3Dモデルを置き換えた鉄道駅形状 図4.8 の下総中山駅の駅構内の写真と、図4.10 のプラットホームとコンコースの鉄道駅形状を 組み合わせた画像とを比較し、その比較画像を図 4.11 ∼ 図4.14 に示す。なお、写真と比較する ために、写真と同じ景色となるようにコンコースにおいて経路の周囲に壁を生成する。

図4.11 下総中山駅と比較画像その1

図4.12 下総中山駅と比較画像その2

図4.14 下総中山駅と比較画像その4 図4.11 と図 4.12 におけるコンコースの比較画像について、エレベーターの位置が階段の隣に あることで、階段の周りにおける経路は表現出来なかったが、改札口までの経路は柱がないこと を除けば表現できた。図 4.13 と図 4.14 におけるプラットホームの比較画像について、エレベー ターと階段との距離が離れているため長い経路が自動生成されているが、柱がないことを除けば、 同様に下総中山駅のプラットホームは表現できた。 相原駅と下総中山駅の鉄道駅形状は自動生成できたが、エレベーターの位置や階段の長さの変 更や、鉄道駅を構成する施設や工作物をさらに考慮することで、より現存の駅形状に近しい形状 を表現することが可能となるだろう。

4.2

様々な鉄道駅形状の生成結果

本節では、本ツールによって生成される鉄道駅形状の生成結果を示す。相対式ホームの高架駅 で、線路、階段、エレベーター、改札口、出口があり、上から下へ向かう時の2つの階段の進行方 向が向かい合っていない鉄道駅形状を自動生成する。なお、壁を生成する際は積み上げずに自動 生成する。図 4.15 は作成した駅構内図であり、図 4.16 は駅構内図から3Dモデルを置き換えた 鉄道駅形状の画像である。

図4.15 相対式ホームにおけるプラットホームとコンコースの駅構内図 図4.16 3Dモデルを置き換えた相対式ホームの鉄道駅形状 島式ホームの地上駅で、線路、階段、エレベーター、改札口、出口があり、上から下へ向かう時 の2つの階段の進行方向が向かい合っていない鉄道駅形状を自動生成する。なお、2つの出口の 位置はそれぞれ別の位置に配置する。図 4.17 は以上の条件で生成した駅構内図であり、図 4.18 は駅構内図から3Dモデルを置き換えた鉄道駅形状の画像である。

図4.17 島式ホームにおけるプラットホームとコンコースの駅構内図 図4.18 3Dモデルを置き換えた島式ホームの鉄道駅形状 以上の生成結果から、本手法を用いて様々な鉄道駅形状を自動生成することができた。今後、本 手法で扱わなかった鉄道駅の施設や工作物を考慮した経路を生成することで、複雑な構造をもっ た鉄道駅形状を表現できるだろう。また、プラットホームの数や改札の数を増やしたり、多くの 階層を設けたり、屋根、柱を取り付けたりすることで、複雑な鉄道駅形状を自動生成を行うこと が可能となるだろう。

第

₅

章

まとめ

本研究では、駅の特性を考慮した、鉄道駅形状を自動生成する手法を提案した。鉄道駅に必要 な要素を配置し経路を生成することで、駅構内図を作成することができ、それをもとに様々な鉄道 駅形状を表現することができた。また、単線のみを走る基本的な鉄道駅を自動生成することがで きたため、本手法を用いて、実際の鉄道駅の構内図から鉄道駅形状を自動生成することができた。 今後の展望として、複数の路線が走る複雑な鉄道駅形状を自動生成できるように改善していく 必要がある。また、考慮していない鉄道駅に必要な要素はまだまだ多くあり、それらを本手法に 組み込むことで、幅の広い鉄道駅形状の表現ができるようになることが望めるだろう。 本研究の最終目標として、新宿駅や東京駅の駅構内図から鉄道駅形状を生成することを掲げて、 本論文の締めくくりとする。 なお本研究は、NICOGRAPH2016Autumn [20] にて発表した「駅の特性を考慮した鉄道駅形 状の自動生成に関する研究」の内容も含んでいる。

謝辞

本研究を締めくくるにあたり、ご指導をいただいた渡辺先生、三上先生、阿部先生に深く感謝 いたします。また、相談に乗っていただいた研究室のメンバーにも深く感謝いたします。

参考文献

[1] ESRI ジ ャ パ ン 株 式 会 社. Esri cityengine 製 品. http://www.esrij.com/products/ esri-cityengine/. 参照: 2016.8.22.

[2] ESRIジャパン株式会社. 3dアクションロールプレイングゲームの作成。建物や街の荒廃を cityengine で表現. http://www.esrij.com/industries/case-studies/16529/. 参照: 2016.12.24.

[3] Pascal M¨uller, Peter Wonka, Simon Haegler, Andreas Ulmer, and Luc Van Gool.

Pro-cedural modeling of buildings. ACM Trans. Graph., Vol. 25, No. 3, pp. 614–623, July

2006.

[4] 杉原健一, 林良嗣. 様々な形態の屋根付き3次元建物モデルの自動生成. 土木情報利用技術論

文集, Vol. 17, pp. 153–160, 2008.

[5] 長谷川夏美, 中村陽介, 三上浩司, 近藤邦雄. 屋根形状を考慮した建物の自動生成に関する

研究(cg・アニメ,映像表現・芸術科学フォーラム2016). 映像情報メディア学会技術報告,

[7] 矢吹信喜, 李世一, 福田知弘, 道川隆士. 都市景観検討のための複雑な建物bimデータからの 3dモデル生成. 土木学会論文集F3(土木情報学), Vol. 70, No. 2, pp. 169–176, 2014. [8] 飯村健司, 平沢岳人. 集落と街道の生成. 日本建築学会技術報告集, Vol. 18, No. 40, pp. 1047–1050, 2012. [9] 満福講次, 平部敬士, 塚本章宏, 仲田晋, 山本真嗣, 磯田弦, 長谷川恭子, 田中覚ほか. 3 次元都 市モデルの自動生成-google earth 上で江戸時代京都の可視化. じんもんこん 2011 論文集, Vol. 2011, No. 8, pp. 299–306, 2011. [10] 田中成典, 今井龍一, 中村健二, 川野浩平. 点群座標データを用いた 3 次元モデルの自動生成 に関する研究. 知能と情報, Vol. 23, No. 4, pp. 572–590, 2011. [11] 竹澤晋一, 上浦正樹,臼井幸彦. 鉄道駅における 「駅らしさ」 に関する基礎的研究. 日本建築 学会計画系論文集, No. 553, pp. 177–184, 2002. [12] 山本昌和, 石突光隆, 青木俊幸. 駅における歩きにくさを可視化した旅客流動シミュレーショ

ン. RTRI REPORT, Vol. 23, No. 12, 2009.

[13] 志水英樹, 鈴木信弘, 山口満. 駅舎および周辺街並の知覚構造に関する研究. 日本建築学会計 画系論文報告集, No. 433, pp. 41–51, 1992. [14] 日本民営鉄道協会. 鉄道豆知識. https://www.mintetsu.or.jp/knowledge/index.html. 参照: 2016.12.22. [15] 日本工業標準調査会. Jise1001. http://www.jisc.go.jp/app/pager?id=195735. 参照: 2016.12.22. [16] 国土交通省. バリアフリー法. http://www.mlit.go.jp/sogoseisaku/barrierfree/. 参 照: 2016.12.22.

[17] Unity Technologies Japan. Unity. http://japan.unity3d.com/. 参照: 2016.12.22. [18] Blender. Blender. https://www.blender.org/. 参照: 2016.12.24.

[19] JR東日本. 駅構内図のある駅を検索. http://www.jreast.co.jp/estation/stations/ index.aspx. 参照: 2016.12.22.

[20] NICOGRAPH2016. 芸 術 科 学 会. http://art-science.org/nicograph/nico2016/ index.html. 参照: 2016.12.24.