JPH0410070A - ３次元設計データ作成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、既設の工場設備、建物等の３次元設計データ
を作成する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

工場設備、建物等の建設に際しては、建物内の配管装置
とケーブルトレイとダクト等の相互干渉、工事の進行に
伴う各種の誤差の発生、工事の進行により発見された問
題の解決等のために、設計変更する例がある。更に、建
物工事がある程度進行したのちに取付けるべき部品の形
状寸法が工事の状況に基づいて確定される場合も多い。

この施工が行われた設備の実際のレイアウトデータは設
計値から把握できない。

従来、設計段階で配管装置や機器等の相互干渉をなくす
ため、配管装置やケーブルトレイ、ダクトの縮尺モデル
を作成し、部品相互の間隔や配置方向、位置などを検討
する方法が知られている。

この縮尺モデルをもとに設計を行う技術としては、特開
昭６０−３７０７３号がある。この従来例は、モデルか
ら座標及び形状を読み取るセンサを設け、このセンサか
らの情報をコンピュータに直接に入力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

建設中の設計変更や建設進行後の設計確定は、それに関
連する情報が個々に各種のルートで人手を介して伝送さ
れるため、設計−製造−組立という一連の設計情報や部
品の流れを阻害することが多く、設計図が施工段階では
１つの参考図としてしか役立たないことにもなる。

特開昭６０−３７０７３号に記載された上記従来例は、
当初設計段階において配管、設備間の相互干渉を防ぎ、
作成された縮尺モデルを設計情報化するには有用である
が、建設された現場内設備の情報を直接設計情報化する
ことは考慮されておらず、また設計値と異なる現場合せ
の施工した仕上り状態での設備アズビルトデータを得る
ことも考えられていない。ここで、アズビルトデータと
は、仕上った設備のデータである。

更に、２次元の手書き設計情報をもとに設備のアズビル
ト段階での３次元設計情報を生成することも考えられて
いない。

また、２次元設計情報から３次元設計情報を作成するこ
とは、３次元ＣＡＤを利用すれば、可能である。しかし
、実施工状態を反映した３次元設計情報を得ることは従
来不可能であった。

本発明の目的は、２次元設計情報から、実施工状態に基
づく３次元設計情報を得るようにした３次元設計データ
作成方法及び装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、実施工状態での構成部品の３次元形状及び取
付は位置を生成する第１のステップと、実施工前の設計
段階での構成部品の２次元設計情報から３次元設計情報
を生成する第２のステップと、該３次元設計情報と第１
の手段で得た３次元形状及び取付位置とを対比して、該
３次元設計情報を第１の手段で得た３次元形状及び取付
位置に一致させ、この一致時の変更パラメータに従って
構成部品の設計情報を変更する第３のステップと、より
成る。

更に本発明は、実施工状態のもとての構成部品の３次元
形状及び取付位置を撮像系で撮像して実際の観測画像を
得る第１の手段と、実施工前の設計段階での構成部品の
２次元設計情報から３次元設計情報を生成する第２の手
段と、該３次元設計情報を上記撮像系で観測したものと
して処理して、擬似観測画像を得る第３の手段と、上記
実際の観測画像と擬似観測画像とを照合し、擬似観測画
像の形状と位置とを変更させて両者の一致をとり、この
一致時の形状と位置とをもって設計情報を変更する第４
の手段と、より成る。

〔作　用〕

本発明によれば、実施工前の設計情報を実施工状態での
構成部品の３次元形状及び取付は位置によって変更する
。これによって、実施工状態を反映した設計情報を得る
。

〔実施例〕

本発明の３次元設計データ作成装置の実施例を第１図に
示す。ここで、本実施例の３次元設計データの作成の仕
方の概要を述べる。

現場には、すでに配管等の設備が設置済みであるものと
する。一方、この配管等の設備のための設計データが既
にデータとして作成されているものとする。この設計デ
ータは、紙面上に作成された２次元設計図をデータ化し
たものであり、２次元設計データである。即ち、２次元
設計データが既に作成され、この２次元設計データのも
とに実際に配管等の設備が設置されているものとする。

尚、設備は、紙面上の設計図によって施工され、その施
工後に設計図をデータ化して２次元設計データを得た場
合も本実施例の対象となる。

かかる場合、２次元設計データを通常の３次元ＣＡＤ等
を利用して３次元設計情報化しても、実施工状態を反映
したものではない。設計図がら実施工をしても、実施工
に伴って種々の修正や変更、配置替え等が生ずるためで
ある。しかし、３次元ＣＡＤ等を利用して得た３次元設
計情報を利用できれば好ましい。

そこで、本実施例では、実施工の設備をＴＶカメラを利
用して撮像して３次元観測画像を得る。

一方、前記３次元ＣＡＤ等で得た３次元設計情報を、観
測系としてのＴＶカメラの観測座標系による３次元設計
情報に座標変換する。

この座標変換で得られた３次元設計情報は、観測座標系
と座標系が一致しただけであり、観測画像との対比対象
とは限らない。そこで、観測座標系のもとて観測画像の
ｍ整位置及び姿勢になるように、３次元設計情報を切出
す必要がある。この切出しのためには、ｍｓ座標系のも
とての観測位置及び姿勢から３次元設計情報をｗｔｇｔ
することが必要である。この手法としては、透視投影変
換法を利用する。

この透視投影変換法のもとで得た３次元設計情報は、＊
測座標系から得た観測画像と同じｗｔ測位置及び方向で
ある。透視投影変換法で得た３次元設計情報を以下、擬
似観測画像又は予測画像と呼ぶ。

次に、擬似観測画像と実際の［副画像をＣＲＴ上に重ね
合せて表示し、実際の観測画像に一致するように擬似観
測画像の位置及び形状を修正する（照合）。一致した時
点の擬似観測画像の位置及び形状をフィードバックし、
３次元設計情報を作成（修正又は変更）する。

かくして得た３次元設計情報は、実施工状態を反映した
情報となる。

以下、第１図に従って具体的に説明する。

３次元設計情報生成手段１は、キーボードＩＡとＣＲＴ
ＩＢとを利用して、構成部品に関する２次元設計情報か
ら３次元ＣＡＤ等を利用して、３次元設計情報を生成す
る。３次元設計情報とは。

現場に据付対象の構成部品の３次元設計情報である。

ｗＡ測手段５はＴＶカメラであり、現場に据付けである
構成部品を撮像して３次元観測画像を得る。

この１１！１１画像は構成部品の形状及びその取付位置
を含む。３次元観測画像を得るためには、異なる位置に
設けた２つのＴＶカメラで同一対象物を撮像するやり方
、１つのＴＶカメラを移動させて異なる２点から同一対
象物を撮像するやり方があり、いずれでもよい。

照合部２は、照合手段２Ａと予測画像生成手段２Ｂと出
力手段２Ｃとより成る。照合部２は、３次元観測画像と
、生成３次元設計情報から得た擬似Ｍ？ｔＩ１１画像と
が一致するか否かの比較を行う。ここで、観測画像とは
ｉ副手段５で撮像した実際の３次元観測画像である。ま
た擬似ａ？１１ｇ画像とは、生成手段で得た生成３次元
設計情報と観測手段５に関する観測位置及び姿勢とから
、上記ＴＶカメラで撮影した時に得られると予測される
３次元予測画像のことである。この観測位置及び姿勢は
、ＴＶカメラに設置したセンサから得る。

この擬似Ｉｌ！測画像画像る手段が、予測画像生成手段
２Ｂである。

更に、実際の観測画像と擬似観測画像とは、同一形状が
同一位置にあるのかが照合される。この照合は、設計情
報が実際の取付状況に一致しているか否かをみるためで
あり、不一致であれば、擬似観測画像の位置及び形状を
修正（変更）する。

照合と修正とは、照合の結果一致するまで続ける。

擬似観測画像と実際の観測画像が一致すれば、実施工状
態に一致した擬似観測画像が得られたとして処理を終了
する。

かかる照合を行う部分が照合手段２人であり、一致時の
擬似観測画像の位置と形状とを出力する部分が出力手段
２Ｃである。更に、この位置と形状とを格納する部分が
記憶手段３である。

尚、記憶手段３をなくして、一致時の位置と形状とを生
成手段１内に、修正前の３次元設計情報に代って、又は
修正前の設計情報と併せて格納させてもよい。

作図手段４は、生成手段１から読出した位置、形状又は
記憶手段３から読出した位置、形状とから構成部品を出
図する。

第２図は、照合部２の処理手順例を示す図である。この
処理手順例では、位置と形状との更新をしながら、一致
が得られるまで、処理を続ける例である。先ず、変更パ
ラメータとして仮定位置情報及び仮定形状情報を付与す
る（ステップＦＯ）。

ここで、仮定としたのは、照合の結果、一致が得られる
か否か不明であり、その一致が得られるまでは、あくま
でトライアンドエラーであるためである・ 変更パラメータとしての仮定位置情報及び仮定形状情報
は、あくまで初期値であり、この初期値に対して変更量
を設定する（ステップＦｌ、　Ｆ６）。

開始時には仮定位置情報、仮定形状情報そのものを使う
ため、変更量はゼロとする（ステップＦｌ）。

ステップＦ２では、新しい位置及び形状として、仮定位
置情報、仮定形状情報に位置変更量、形状変更量（ステ
ップＦｌ、　Ｆ８）を加味する。この新しい位置及び形
状は、照合情報記憶手段３に一時記憶しておく（Ｆ３）
。

ステップＦ４では、建物座標系からｗｔ８１Ｉｌ座標系
へ座標変換を行う。建物座標系とは、生成手段１で得ら
れた構成部品の基本プリミティブの位置、形状などの３
次元設計情報に対する建物の座標系のことであり、数値
としては、ステップＩ？２で与えられる。かかる仮の座
標値で与えられる建物座標系のもとで、形状、位置が部
品輪郭ベクトルで与えられているとすると、この部品軸
郭ベクトルが１１２８Ｉ１１座標系に変換される。ｌ１
１２測座標系とは、観測手段５のＴＶカメラの設置位置
及び方向で形成される座標系であり、ＴＶカメラにこの
位置、方向を検出する機構を設けて映像と共に取り込ん
でもよく、又はＴＶカメラに対する別の位置、方向検出
機構を設けて、これより取込んでもよい。

ステップＦ５では、観測座標系に変換された部品輪郭ベ
クトルが、観測用ＴＶカメラの焦点距離を用いて透視投
影変換され、予測画像である部品輪郭像を生成する。こ
の予測画像は、対象の部品を観測用ＴＶカメラで撮影し
た時に得られると予測される画像（擬似観測画像）であ
る。

ステップＦ６では、前記予測画像と観測用ＴＶカメラで
撮影された実際のＩｉＩｔ８１ｇ画像が比較照合される
。この比較照合の結果、位置及び形状変更量を新しく設
定する。

ステップＦ７では、新しく設定された位置、形状の変更
量が微小値ｉより小か否かチエツクする。

微小値Ｅより小さければ、照合の結果は両画像−致した
としてみなして処理を終了する。微小値εより大であれ
ば、新変更量に基づき、ステップＦ２〜Ｆ６を繰返す。

第２図のステップＦ６の処理のための系統図を第３図に
示す。ＣＲＴＩＢには、観測画像と予測画像（擬似観測
画像）とを重ねて表示する。この予測画像は、仮の位置
に基づくものである。この表示をみて操作者が位置及び
形状の誤差を認識し、誤差が減少するように、予測画像
の変更量を入力する。この変更入力は画像の縦、横、奥
行方向の移動及び該３軸のまわりの回転について、キー
ボードＩＡから入力する。但し、−回の変更で、正確な
位置、画像を得る必要はなく、操作者は定性的な変更量
のみを入力すればよい、従って、このような変更量の計
算は極めて容易である。

第４図は、本実施例の具体例である。図で図面情報１０
とは、その右側に示しであるような２次元設計図１１を
データ化したものであり、これは、第１図のＣＲＴＩＢ
に指示した「２次元設計情報」に相当する。第４図では
、バルブｌｌａ及びこのバルブｌｌａの前後に接続され
た配管（パイプ）ＳＵＳを開示しである。

図面情報１０に対して、３次元生成のための各種データ
１３を入力する。図では、形状データ名、基準点座標（
仮座標）、・・・等のデータ入力を行う例を示しである
。第１図では、これらの各種データ１３はキーボードＩ
Ａから入力するものとみてよい。

立体基本図形作成システム１２は、第１図では生成手段
１に相当し、３次元設計情報を作成する。

第４図では、配管ＳＵＳのパイプ例１４を作成した例を
示す。

位置・向き・座標修正システム１５は、第１図の照合部
２、記憶手段３、作図手段４に相当し、物体名、位置、
姿勢を示すデータ１６から実施工状態のもとての３次元
設計情報１７を得る。ここで、物体名を除く、位置、姿
勢を示すデータ１６とは、照合部２への観測手段５によ
る観測位置及び方向である。

データベース１８は、この実施工状態を反映した３次元
設計情報を格納する部分であり、手段４゜３．１のいず
れでもよい。

この第４図の処理は、各構成部品毎に次々に行う。そし
て、全体構成部品について終了すれば、全体の３次元設
計情報が得られたことになる。

最終的に得るデータとしては、以下の例がある。

（イ）、第１図の一致時の位置及び形状。

（ロ）、この位置、形状をフィードバックして再構成し
た３次元設計情報。

（ハ）、（ロ）で得た３次元設計情報をフィードバック
して再構成した２次元設計情報。

（ニ）、（ロ）又は（ハ）で得た３次元又は２次元設計
情報を作図化したもの。

上記実施例によれば、生成手段に生成された、設計情報
や、照合情報記憶手段に記憶された設計情報に基づいて
作図手段が制御されるので、これらのサブプロセス間で
の設計情報のやりとりに人手を要せず、かつ設計情報の
やりとりの間に誤りが生ずるのがさけられる。さらに実
際の施工状態（実施工状態）の構成部品と、その初期設
計値との差が、画像の対比により迅速に検討され、これ
により生成手段に生成・格納された設計情報が変更され
るので、アズビルト状態の３次元設計情報を１人手によ
る現場測量等の手間を省いて生成できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、３次元設計情報が存在せず、２次元設
計情報しか存在しない構成部品の実施工状態での３次元
設計情報が、人手を介することなく生成され１作図手段
によって出力されるので、誤差の発生がなくなるととも
に、人手を省くことができる。また、構成部品取付場所
の情報が画像として出力され、この画像に基づいて生成
手段に格納された設計情報との実際の座標を照合、変更
できるので、実際の状況に正確に対応できると共に、そ
のための人手も少くて済むという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作成装置の実施例図、第２図は本発明
の照合処理のフローチャート、第３図は本発明の照合処
理の系統図、第４図は具体的データによる処理系統例図
である。 １・・・生成手段、２・・・照合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実施工状態での構成部品の３次元形状及び取付け位
   置を生成する第１のステップと、実施工前の設計段階で
   の構成部品の２次元設計情報から３次元設計情報を生成
   する第２のステップと、 該３次元設計情報と第１の手段で得た３次元形状及び取
   付位置とを対比して、該３次元設計情報を第１の手段で
   得た３次元形状及び取付位置に一致させ、この一致時の
   変更パラメータに従って構成部品の設計情報を変更する
   第３のステップと、 より成る３次元設計データ作成方法。 ２、上記第３のステップに従って変更される設計情報は
   、第２のステップで得た３次元設計情報とする請求項１
   の３次元設計データ作成方法。 ３、実施工状態のもとでの構成部品の３次元形状及び取
   付位置を撮像系で撮像して実際の観測画像を得る第１の
   手段と、 実施工前の設計段階での構成部品の２次元設計情報から
   ３次元設計情報を生成する第２の手段と、 該３次元設計情報を上記撮像系で観測したものとして処
   理して、擬似観測画像を得る第３の手段と、 上記実際の観測画像と擬似観測画像とを照合し、擬似観
   測画像の形状と位置とを変更させて両者の一致をとり、
   この一致時の形状と位置とをもって設計情報を変更する
   第４の手段と、より成る３次元設計データ作成装置。 ４、上記第４の手段での変更対象の設計情報は、第２の
   手段で得た３次元設計情報とする請求項３の３次元設計
   情報作成装置。 ５、上記第４の手段による変更後の設計情報を作図させ
   る第５の手段を設けてなる請求項３の３次元設計データ
   作成装置。