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安治川鉄工建設（株）技術研究所 第一研究室（Enginering Resarch laboratory,1ST.LAB,AG AJIKAWA corp.，4-11-88 T akeshima Nishiyodogawa-ku OSAKA JAPAN)
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
功
＊１・小椋
輝繁
*1 Ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ３Ｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｔｏｗｅｒ ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓThe 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 近年コンピュータ・グラフィックス（ＣＧ）をめぐる 環境の変化は著しいものがある。パソコンの進歩や高性 能の３次元グラフィックボードの普及とともに，ワーク ステーションで行われていたＣＧ作成が，パソコン上で も可能となった。また，パソコンではWindows NTやWind ows 95に対応した３２ビット版のプログラムが数多く開 発され，複数のアプリケーションを使用したＣＧ作成も， 簡単に行えるようになっている。 現在のＣＧでは様々な技法が用いられ，実写と遜色な い作品も作られている。このような作品の多くは，３次 元の多角形の面（ポリゴン）で構成された３次元モデル に，レンダリングを行うことで作成されている。この３ 次元モデルは，３次元ＣＡＤを使用することで作成が可 能であるため，種々の構造物の構造設計の段階において もＣＧが用いられている。設計段階でのＣＧ適用の一例 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 資料として使用されている。 こ の よ う な 中 ， 前 報 で は 送 電 用 鉄 塔 （ 以 下 鉄 塔 と 略 す）の簡易３次元化システムの報告を行った。このシス テムは，鉄塔のＣＧと現場写真の合成写真（フォトモン タージュ）を作成することで鉄塔の景観評価が可能であ り，個別処理では煩雑な作業となる鉄塔・地形・架空線 の３次元モデルの作成を，簡単なデータの入力で行える 特徴を持っていたが，処理時間の問題，写真合成の方法， 材質感の検討不足等が未解決であった。そこで本報告で は，使用ハードやソフトのグレードアップにともない， 機能の追加・改良・確認を行なうとともに，処理の高速 化を図るものとした。さらに，適用構造物を鉄塔以外の 構造物への拡大と，静止画ばかりでなく動画の作成も行 うこととした。
２ ． 使 用 機 器 ・ ソ フ ト 構 成 本システムの特徴はパソコンでシステム構築する方針 で開発している点である。今回は使用する基本ＣＡＤソ フトなどがWindows NTやOpenGLに対応したのを機会に， 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。 ２．１ 基本ソフトおよびハード構成 使用した基本ソフトをTable 1に示す。 また，ハード の構成とその処理内容をFig.1およびTable 2に示す。基 本ソフトにはTable 1に示すようにＯＳとして Windows 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 しているスキャナー，プリンタはWindows 95に，ＣＧソ フ ト3D studio MAXはWindows NTに のみ 対 応し てい るこ とによる。 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 使用して，作成したアニメーションのビデオ録画も可能 である。なお，データの保管についてはＣＧの画像デー タは比較的大きなデータになるため，ＭＯを使用してい る。 Table 1. 基本ソフト 項 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 (注：表中の名称は各社の登録商標） Fig.1. ハード構成図 Table 2. ハードの性能・処理内容 ハード 性 能 処 理 内 容 パソコン 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 ﾃﾞｨｽｸ容量 ： 約４GB スキャナー 解像度：600DPI 写真画像の読みとり カラー ﾚｰｻﾞｰ露光熱現像転写ﾌﾟﾘﾝﾀ 成果物の出力 プリンター 解像度：400DPI スキャン 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 画像・アニメーションの録画 ＭＯ 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 ｽｷｬﾅ ﾌﾟﾘﾝﾀ MO テレビ ｽｷｬﾝｺﾝﾊﾞｰﾀｰ ビデオデッキ パソコン
２．２ ３次元ＣＧ作成作業の流れ ＣＧの作図はFig.2に示す手順で行なった。 Fig.2. ３次元ＣＧ作成の流れ図 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。 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。
３次元ＣＡＤによる作画
（自動・手動）
ＣＧソフトによる
レンダリング作業
ペイントソフトによる
ＣＧの確認・修正
印刷・録画
レンダリング用
データファイル
（DXF・3DS等）
ＣＧファイル
（ビットマップ）
３ ． 鉄 塔 の 簡 易 3 次 元 化 シ ス 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 た結果を以下に記す。 ３．１ 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。 Fig.3. 鉄塔連成系のＣＡＤ図面 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 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 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。 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.5. 簡略３次元モデルによる鉄塔ＣＧ 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。 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。 Fig.6. 撮影した写真 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 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。 Table 3. 視点場の条件設定 視点場の条件設定 情報源 視点 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） 地形の比較 視野 カメラレンズの焦点距離 （視野角） 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 Ｃ Ｇ 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 あ る 道 路 標 識 柱 （ 標 識 柱 と 記 す ）の 事 例 を Fig.8に 示 す。
Fig.8. 道路標識柱を用いたフォトモンタージュの一例 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。 （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。
