JPH07120366B2 - ３次元設計データ作成方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、既設の工場設備や建物等の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〕

工場設備や建物等を建設する場合、建物内の配管，ケー
ブルトレイ，ダクト等が相互に干渉したり、工事の進行
に伴って各種の誤差が発生したりするため、設計変更す
る例がある。また、工事の進行により発見される問題を
解決するために、設計変更する例もある。更に、建物工
事がある程度進行してからでなければその後に取付ける
部品の形状，寸法等が決定しない場合もある。このた
め、施工後の設備の実際のレイアウトデータは、建設対
象の設計データからは把握できないことが多い。

従来は、配管装置や機器等の相互干渉をなくすように、
設計段階で、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
に入力している。

〔発明が解決しようとする課題〕

建設中に生じる設計変更や、建設後の設計確定は、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号公報に記載された上記従来例は、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のに有用である。しか
し、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、可能であるが、施工後
の状態を反映した３次元設計情報を得ることは不可能で
ある。

本発明の目的は、実際の施工後の形状を反映した精度の
良い３次元設計情報を得ることが可能な３次元設計デー
タ作成方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、設計により選られた該当構成部品の２次元
設計情報に基づいて３次元設計情報を生成し、撮像手段
から出力された映像データに基づいて得られた施工後の
状態での前記構成部品に対する３次元形状情報と前記３
次元設計情報とを照合し、前記３次元設計情報が前記３
次元形状情報と一致しないとき前記３次元設計情報を変
更することで、達成される。

〔作用〕

本発明では、施工前の設計情報を、施工後の形状等によ
って変更する。これにより、実際に施工された後の形状
等を反映した精度の高い設計情報が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例を係る３次元設計データ作
成装置の構成図である。先ず、本実施例に係る３次元設
計データ作成装置におけるデータ作成方法の概要を述べ
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は、
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、紙面上の設計図によって施工対象設備が施工さ
れ、その後に、設計図を２次元設計データ化することも
ある。

この様に、２次元設計データとそれに対する施工後の設
備等とが存在しても、その設備等の形状が２次元設計デ
ータを忠実に反映したものとなることはまれである。こ
れは、前述した様に、施工途中で様々な設計変更が起き
てしまうからである。従って、２次元設計データを、通
常の３次元CAD等を利用し、３次元設計情報化しても、
その３次元設計情報と実際の設備等の形状とは異なって
しまう。

そこで、本実施例では、施工後の設備をTVカメラを利用
して撮像し、実際の３次元観測画像を得る。一方、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、観測座標系のもとで観測画像の
観察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、観測座標系のも
とでの観測位置及び姿勢から３次元設計情報を観察する
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、観
測座標系から得た観測画像と同じ観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、擬似観測
画像または予測画像と呼ぶ。

次に、擬似観測画像と実際の観測画像を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。

このように得た３次元設計情報は、施工後の形状等を反
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1AとCRT1B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。

観測手段５はTVカメラであり、現場に据付けてられた構
成部品を撮像して３次元観測画像を得る。この観測画像
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観測画像とが一致するか否
かの比較を行う。ここで、観測画像とは観測手段５で撮
像した実際の３次元観測画像である。また擬似観測画像
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。

この擬似観測画像を得る手段が、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2A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。

作成手段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F0）。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F1,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F1）。

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F1,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、建物座標系から観測座標系へ座標変換
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、数値としは、ス
テップF2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、この部品輪郭ベクトルが観測
座標系に変換される。観測座標系とは、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
された実際の観測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εより小か否かチェックする。微小値εより小
さければ、照合の結果は両画像一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。CRT1B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
誤差を確認し、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
1Aから入力する。但し、一回の変更で、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、その右側に示してあるような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CRT1B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
11a及びこのバルブ11aの前後に接続された配管（パイ
プ）SUSを開示してある。

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てある。第
１図では、これらの各種データ13はキーボード1A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での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、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、撮像手段で得られた構成部品取り付け
場所における構成部品の実際の３次元形状情報に基づい
て、設計情報を変更するので、実際の形状情報を反映し
た精度の良い３次元設計情報を得ることができる。

【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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】設計により選られた該当構成部品の２次元
   設計情報に基づいて３次元設計情報を生成する第１ステ
   ップと、撮像手段から出力された映像データに基づいて
   得られた施工後の状態での前記構成部品に対する３次元
   形状情報と前記３次元設計情報とを照合する第２ステッ
   プと、前記３次元設計情報が前記３次元形状情報と一致
   しないとき前記３次元設計情報を変更する第３ステップ
   とを備えることを特徴とする３次元設計データ作成方
   法。
2. 【請求項２】撮像手段で得られた施工後の状態での構成
   部品の実際の３次元形状情報を得る第１の手段と、設計
   により得られた前記構成部品の２次元設計情報に基づい
   て３次元設計情報を生成する第２の手段と、前記３次元
   設計情報が前記３次元形状情報と一致しないとき前記３
   次元設計情報を変更する第３の手段とを備えることを特
   徴とする３次元設計データ作成装置。