幾何学的類似性を利用した土木構造物点群データの形状モデリング道川隆士大阪大学環境イノベーションデザインセンター 2015年11月12日 1 研究背景 • 既存土木構造物の維持管理の効率化 - 長寿命化による戦略的な建て替え • CIM (Civil Information Modeling) - 維持管理を含むすべての情報を3次元モデルに集約 - 古い構造物には3次元モデルが存在しない 2 レーザースキャナを用いた構造物のモデル生成 • 物体の表面を点の集合（点群）として取得可能 - CADなどで使えるようにするにはポリゴンが必要 - 点群のポリゴン化は様々な事例あり - プロダクトモデル化にはパーツ分離が必要 ? 3 本研究の着想 • 構造物には，局所的な類似性が見られる - 類似性を用いてモデリングを簡略できないか？ 4 提案手法 • 幾何学的類似性を使って点群をパーツに分離し，ポリゴンを生成 - 類似した箇所を見つける（マッチング） - 代表点群からポリゴンを生成する（ポリゴン化） - ポリゴンを配置する（位置合わせ) CIMモデル 5 Shape context descriptor [Mori05] による局所領域マッチング 6 Fast reject schema [Attene10]による高速化 • 明らかに異なる箇所を検索対象から除外することで高速化 7 ポリゴン生成 • 類似した点群から代表を選択し，ポリゴンを生成 - Poisson Surface Reconstruction [Kazhdan06] を利用 8 位置合わせ • ICP(Iterative Closest Point)アルゴリズム[Besl1991] - 対応する点のペア(p, q) の距離が最小になるような変換(R, t)を繰り返し計算で求める • 初期位置合わせが重要 - 類似マッチング結果が利用可能（R，t） 9 様々なデータとの統合 • 提案手法は様々な入力とキーとすることが可能 10 点群から作成したポリゴンモデルを用いた維持管理システム[種村15] • xBIM toolkitを用いたプロパティ編集 - 維持管理情報の更新に利用可能 11 実験結果 • MMSで計測した点群データ(一部を利用) - 鳴尾川河口付近（西宮市） (141,270 pnts) - 大阪モノレール（茨木市，吹田市） (97,654 pnts) 12 結果(鳴尾川河口堤防) (238,947 faces) 13 結果(モノレール)(99,569 faces) 14 議論(1) • 品質 - 検索ミスは発生せず，ポリゴン生成を実現 - 形状の品質は代表ポリゴンに依存 - ICPによる位置合わせで微細なズレが発生 • 計算時間 - 10万点程度の点群で1分程度 (Intel Core i7-3770K (3.50GHz), RAM: 32GB) - 類似性の評価にほとんどの時間を使用 15 議論（2） • 応用 - マッチングを利用した欠損，経年変化評価 - インスタンスの利用によるデータ圧縮 • 制限事項 - パーツがある程度離れていること - 意味的構造に着目したポリゴン化にはユーザが定義した検索キーが必要 16 まとめ • 幾何学的類似性による点群のポリゴン化手法 - 類似部品が多い構造物の効率的なモデリングに有効 - 長大な構造物のモデル生成に有効 • 今後の展望 - 提案手法の高度化維持管理業務への応用の開拓ソフトウェアの実用化計測データの公開 17 参考文献 [Mori05] Mori et al., “Efficient shape matching using shape contexts”， IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，Vol. 27，No. 11，pp. 1832-1837，2005 [Kazhdan06] Kazhdan et al.， “Poisson Surface Reconstruction”， Proc. symposium on Geometry processing，pp. 61-70，2006 [Attene10] Attene et al.，“The Fast Reject Schema for Part-in-Whole 3D Shape Matching”, Proc. EG Symp. on 3D Object Retrieval，pp. 23-30，2010 [種村15]種村貴士， “点群データを用いた構造物のオブジェクトモデルの生成と属性データ付与による4Dシステムの開発”，大阪大学工学研究科環境・エネルギー工学専攻修士論文, 2015 18