2017 Fiscal Year Research-status Report
スマート機器などの環境３Ｄモデルを自動生成する環境教育支援システム
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16K01045
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| Research Institution | Chukyo Junior College |
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Principal Investigator |
村瀬 孝宏 中京学院大学短期大学部, その他部局等, 教授 (70342053)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉原 健一 岐阜経済大学, 経営学部, 教授 (80259267)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 環境教育 / 環境都市 / 学習支援システム / 再生可能エネルギー / 太陽光発電 / ３次元建物モデル / 自動生成 / ３Ｄ地形モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究の目的】再生可能エネルギーによる発電・送電を制御する「スマート機器」や各発電施設の３Ｄモデルを作成し３次元都市モデル上に表示することにより、具体的な「次世代発電施設」や「太陽光発電を最適化する建物や街並み」はどのような形態になるかなどの検討を行え、環境教育に資する。しかし、現状では、多大な時間と労力を掛け、３Ｄモデルを作成している。そのため、施設レイアウトや住宅等の電子地図に基づいて、次世代発電施設や建物の３Ｄモデルをプログラムで自動的に作成するシステム開発を行い、「環境３Ｄモデルを自動生成する環境教育支援システム」を提案する。また、環境整備を目的とした「３次元地形モデル」を外周線などのキー等高線から自動生成するシステムの研究・開発をあわせて行う。
【研究の成果】2017年度の研究成果として、電子地図に基づいて、太陽光発電の最適化を目的とした３次元建物の自動生成システムを、2016年度に引き続き高度化するよう開発し、これにより利用者が「太陽光発電に適した街づくり」など環境問題や再生可能エネルギーの可能性を検討するケースにおいて支援することを可能とした。このような「再生可能エネルギーに適した街づくりのための３Ｄモデル」をテーマとした論文に加え、「ポリゴン縮小処理による３次元地形モデルの自動生成」をテーマとした論文を国内外の学会で発表した。あわせて、複雑な形状となる「太陽光発電に最適化した建物の3次元モデル」、「３次元地形モデル」を自動的に作成するするアルゴリズムの研究も進めている。
【研究の意義、重要性】本研究で開発されるシステムにより、環境教育を支援する教材となる、「環境３Ｄモデル」、「街並みの３Ｄモデル」、「３次元地形モデル」の制作時間を大幅に削減でき、メーカーや環境学の研究者によって、設計案が異なるとき、それぞれの提案に応じた３Ｄモデルを提示できる。
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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
街区レベルにおいて、敷地や建物を太陽光発電に適したかたちにして、再生可能エネルギーの利用を進めることが重要である。そのとき、出来上がるであろう形を具体化する「街区の３Ｄモデル」は、関係者で合意形成を図るときに非常に有効である。現状では、３Ｄモデルを多大の時間と労力を掛けて作成している。本研究では、電子地図に基づいて、太陽光発電に適した建物の３Ｄモデルを自動生成するシステムを開発した。屋根の形状に応じた最適な太陽光パネルの配置手法を提案し、さらに、太陽光発電に適した建物の３Ｄモデルの自動生成手法も提案した。活用事例として、区画整理前後の街区、あるいは、太陽光発電に適した建物形状であるかないかで、太陽光発電がどのように変わるかを数値実験した。このシステムを活用して、敷地や建物を太陽光発電に適したかたちにして、再生可能エネルギーの利用を進めることを支援すると考えられる。
また、本研究では、辺消失イベントと分割イベント以外の「第３のイベント」、及び、縮小プロセスの最終段階の「収束の形」として、「収束点」だけでなく、同様に面積がなく、これ以上収束しない「収束線分」も最終の収束の形であることを提案した。このように機能を拡張したstraight skeleton手法を用いて、非直角建物ポリゴンを含む、あらゆる形状の建物ポリゴンに対して、数値演算エラーを発生させることなく、現実にありうる形状の屋根付き建物の３Ｄモデルを自動生成することができる。
環境整備案を「具体的な形にする３Ｄモデル」では、造成した地形が示されることが多い。この「造成する地形」は、等高線から生成できる。本研究では、straight skeleton手法を応用して、この３次元地形モデルの基になる等高線群を１本のキー等高線から自動作図するシステムを提案した。本システムは非常に効率よく整備案となる３次元地形モデルを自動生成する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、複雑多岐に渡る輪郭線、特徴線に対して、３次元モデリングするシステムの開発において、今までにモデリングできる線群に対して、ソフト開発するものの、それだけでは実用性、汎用性がなく、他の何百という形状パターンの線群に対しても、モデリングできるシステムにするために、場合分け、プログラムの開発を行う必要がある。如何なる形状の線群に対しても対応できるシステムにするためのソフト開発を行う。これは、正面、側面イメージをパターン認識して、輪郭線等を抽出するシステムについても同様である。今までの認識できるパターンから、徐々に他の複雑多岐に渡るイメージについても、パターン認識プログラム開発を行い、様々なイメージについても認識できるプログラムを開発する。
これらの機能を実現するために、IBRにおけるエピポーラ方程式を推定し、正面図および側面図(イメージ)を生成する。全体輪郭線の形に応じて、それを基本図形(長方形や楕円など)に分割・分離する場合、あるいは、全体輪郭線を分割せず、基本図形を割り当て、基本図形から３次元化した基本立体(直方体や円柱など)を、輪郭線、特徴線に基づいて、局所的に凹凸を付ける等の処理をして、３次元モデリングするアルゴリズム等を明らかにする。
また、Ｗｅｂサーバを構築し、自動生成した「環境都市の３次元モデル」を情報発信し、利用者が快適にそれらをウォッチできるように、膨大な情報量をもつ３次元モデルを分割・管理・制御するシステムを構築する。それに対する人々の意見、感想、フィードバックを受け取り、蓄積し、アンケートも行うことのできるシステムとする。さらに、学術研究発表会、講演会、市民講座など、本研究の成果を、企業に採用されるよう働きかけ、企業との特許契約を通して、企業の活動を通して、広く情報発信を行う。
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| Causes of Carryover |
（理由）2017年度11月～3月に、国際学会（シンガポール開催など）で研究成果を発表する予定で、その出張旅費と参加費を当科研費で執行予定であったが、査読の結果受理されなかったため、その結果、当該助成金が生じた。また、必要であったハードウェアやソフトウェアなどに関しては、ほかの研究費や料金の必要のないソフトウェアなどで入手した。
当該助成金は、本年度請求した助成金とあわせて、主に、本申請者と共に国際学会で研究成果の発表と意見交換、それから、最新の研究動向の情報収集等のために使用していく計画である。
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Research Products
(7 results)
