屋外環境の異種三次元計測データに対する
動的輪郭法を用いた三次元モデル生成


視覚情報メディア講座  北市 泰寛,佐藤 智和,横矢 直和
  


 研究背景 

屋外環境の三次元モデルは、様々な範囲で応用が可能である

例) カーナビゲーションシステム、景観シミュレーション、バーチャルウォークスルーシステム


三次元モデルの例(カーナビゲーションシステム)

三次元モデルの一般的な生成手順は、

  1. 対象となる環境の三次元計測
  2. 取得した三次元データに対するポリゴン化による三次元モデルの生成


1.対象となる環境の三次元計測

 屋外環境における三次元形状計測手段

            
レーザレンジファインダ         取得される奥行き画像
○ 高精度・高密度に計測が可能
× 計測コストが高い

                     
             動画像上での特徴点追跡 (movie)      推定された特徴点の三次元位置とカメラパス (movie)

○ 計測コストが低い
× 計測密度・精度が低い
屋外環境において完全な形状をモデル化するためには、異種の計測手段で対象の三次元計測を行う必要がある
→ 取得した三次元点群は、計測手段により計測密度。計測精度が異なる


2. 取得した三次元データに対するポリゴン化による三次元モデルの生成

  三次元点群に対するポリゴンモデル化の従来研究

○ 複雑な形状のモデルを自動的に生成可能
× 計算コストや必要なメモリ容量が膨大 → 屋外環境に適さない
   
                  (Ye Duanら 2004)
○ 比較的少ないメモリ容量でモデル生成可能 → 屋外環境に適用可能
× 計測密度・計測精度が考慮されていない

 研究目的 
広域屋外環境の三次元ポリゴンモデル化
 アプローチ 

・ レンジファインダによる地上計測と空撮動画像による計測を併用
   → 異種計測により計測漏れの少ない三次元計測データを取得

・ 動的輪郭法の枠組みを用いてモデルを生成
   → 計測データが膨大となる屋外環境のモデル化に対応

・ 三次元点群の各点に平均近傍距離法線信頼度の情報を付加
   → 計測密度計測精度の違いを考慮したモデル化を行う

 広域屋外環境の三次元計測 

地上計測

レンジファインダにより複数地点で奥行き画像を取得し、位置合わせを行うことで三次元点群を取得
          
      奥行き画像                     地上計測により取得した三次元点群

上空からの計測

空撮動画像に対してstructure from motionを適用することで三次元点群を取得
        
      空撮動画像                    空撮動画像より取得した三次元点群

異種計測データの位置合わせ

structure from motionの際に、地上計測点を空撮動画像上で指定することで位置合わせが可能
    

  位置合わせ後の三次元点群(異種計測データ) (movie)

 動的輪郭法を用いた三次元モデル生成 

処理の流れ

          

(A) 付加情報の算出
平均近傍距離 : 点の計測密度の指標
法線        : 点の表裏判定の指標
信頼度      : 点の計測精度の指標
(B) 動的輪郭法を用いたポリゴンモデルの生成
(A)で算出した付加情報を用い、計測密度・計測精度を考慮してモデルを生成


        輪郭モデルと三次元点群 (movie)
(C) テクスチャマッピング

 生成されたNAIST構内の三次元モデル 
           

             (movie1)                                 (movie2)

今後の課題


発表文献