2016 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding 3D Structures of Large-Scale Laser-Scanned Point Clouds based on See-Through Visualization
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16H02826
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
田中 覚 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (60251980)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 恭子 立命館大学, 情報理工学部, 助教 (00388109)
坂野 雄一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター, 研究員 (10443904)
宇田 紀之 名古屋産業大学, 環境情報ビジネス学部, 教授 (30232838)
岡本 篤志 大手前大学, 史学研究所, 研究員 (30438585)
LOPEZ Roberto 立命館大学, 情報理工学部, 准教授 (80395144)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 3次元計測 / ポイントクラウド / 透視可視化 / 有形文化財 / デジタルアーカイブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 文化財の3次元計測データの透視可視化に関して，初歩的な研究成果を，3次元計測分野における世界最大規模の国際会議 第23回 ISPRS Congress で報告した．透視可視化の特性を活かした，祇園祭の山鉾の組み立て過程の可視化などに関し，「コト」のデジタルアーカイブのための新しいアプローチとして高い評価を得た．
2. 主成分分析とポアソンディスクサンプリンを利用して，3次元計測データからエッジを抽出する実験を行い，有望な結果を得た．抽出結果を透視可視化に取り入れて，立命館大学キャンパス内の木瓜原遺跡，宮城県松島町の瑞巌寺の洞窟遺跡などの可視化を行った．研究成果を国際会議 JSST 2016で学生が発表し，Student Presentation Award を受賞した．
3. 古民家の3次元計測データに関して多方向投影と 集合演算の技術を利用して，屋根，壁，柱などの構成要素への自動分割を行い，これを透視可視化に応用する研究で成果をあげた．この研究は可視化情報学会から技術賞を授与されることが内定している．
4. 半透明可視化と立体視を組み合わせた場合の効果に関し，胸部の医用ボリュームデータを用いて奥行き認知などに関する認知科学系の実験を行い，有望な結果を得た．この研究成果は，2つの国際会議において論文が採択された．関連して，不透明度勾配の理論に関して，そのプロトタイプを構築することができた．
5. インドネシアの世界遺産，京都市内の町家，小学校などの3次元計測に関し，利権者などと交渉し，計測許可あるいは計測データの利用許可を得た．これを受けて，次年度に計測あるいは計測データの活用を行う予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要の項で述べたように，研究成果は着実に上がっており，すでに国際会議等で複数の論文発表を行っている．特に，4年に一度開催される，3次元計測分野での世界最大の国際会議 ISPRS Congressで論文発表できたことは，3次元計測分野での研究成果発信として，大きな意味があった．また，初年度において初歩的な成果をあげた段階でありながら，複数の学会賞も得ており，我々の研究成果が，すでに当該分野で高い評価を得つつあることも分かる．認知科学の実験でも成果が上がっていることから，VRへの応用も道筋が見えてきている．
また，今後の実験のための新しい3次元計測データに関しても，入手の見込みが立っている．特に，インドネシアの世界遺産である仏教寺院等に関して計測できることになったのは，我々の研究成果を活用するための大変有意義な機会を得られたことを意味し，重要である．
市民講座などでの講演を通じて，企業の技術者が我々の手法に興味をもち，共同でソフトウェアを開発する相談も始まっている．これも，当初の予定にはなかったが，重要な進捗である．
比較的，進捗が遅れているのは，パノラマ写真との融合可視化，及び，距離場を利用したノイズに強い特徴可視化の項目である．しかし，パノラマ写真との融合可視化に関しては，単独のオルソ画像との融合実験には成功しつつある．また，距離場を利用したノイズに強い特徴可視化に関しては，ノイズへの耐性の実験は未実施であるものの，計測面を基準面とする高階微分可能な高品質距離場を生成する技術のプロトタイプは開発できた．次年度以降で成果をあげられると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. [不透明度勾配] 1年目で，不透明度勾配を利用した新しい陰影付けの理論は，ほぼ確立でき，医用ボリュームデータへの応用実験も成功している．今後は，これを様々な3次元計測データに応用する実験を行いつつ，パラメータの最適化など，実用化に向けた検討を行う．
2. [特徴抽出・特徴可視化] 1年目で，計測面を基準面とする高階微分可能な高品質距離場を生成する技術のプロトタイプは開発できた．今後は，局所領域の補間関数の最適化や，計測データには通常含まれず主成分分析などで算出せねばならない法線ベクトルへの依存性を減らす方向で理論を発展させる．また，生成した距離場を用いた微分計算に基づく特徴抽出の実験も進める．
3. [半透明立体視] (1)の不透明度勾配に基づく陰影付けを立体視に応用する実験を継続する．合わせて，(2)の技術で抽出した特徴領域の情報を可視化に取り入れる実験も進める．裸眼立体視やヘッドマウントディスプレイを用いたVR応用の可能性も追求する．
4. [背景写真画像との半透明融合] 3次元計測点群に対する我々の透視可視化に，背景の写真画像を半透明融合する実験を完成させる．写真画像をこの目的のために最適化する事前画像処理についても検討する．余裕があれば，パノラマ画像との融合も試みる．
5. [実験用データの収集] 1年目に引き続き，実験のための3次元計測データの収集を行う．
6. [成果発信] 3次元計測，デジタルヒューマニティーズ，VR，可視化，シミュレーション，認知科学などの分野で，学会発表や論文発表を行い，研究成果を国内外に発信する．
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