2020 Fiscal Year Annual Research Report
Exploiting geometric features of natural terrains to construct terrain models
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18K01126
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
五島 洋行 法政大学, 理工学部, 教授 (00398950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島川 陽一 サレジオ工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10446239)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地理情報システム / 地形解析 / 数値標高モデル / Contour-based network |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地理情報システム(GIS)データの一種である数値標高モデル(DEM)データを用いて，特徴点・曲線・領域の抽出など各種の地形解析が高精度に行え，自然な曲線や曲面が軽量に描画できる地形モデルの標本化方法について検討した．正方形または長方形の格子状に標高値が与えられ，計測機器の都合によって測定されたデータを，自然の地形が持つ幾何的特性を考慮して標本化し直す．ポリゴンやメッシュといった，要素境界に依存した制御点の配置は行わず，曲線や曲面毎に適した特徴量を考慮し，それらの変化の大小に応じて制御点を決定する．等高線図に対し，尾根，沢，落水線，極大／極小点など各種の情報を加えたcontour-basednetwork (CBN)と呼ばれる地形図の３次元版の作成を目的として研究を行った．
区分的線形モデルでは，等高線ほか各種の特徴曲線や特徴点はメッシュ境界上のみに存在するのに対し，双三次スプラインなどの非線形地表面モデルでは任意の場所に存在し得る．さらに極大・極小点も数多く存在し，かつ真の位置は不明である．このため，例えば最急降下線などごく基本的な軌道の計算においても，真の曲線からの乖離の制御や，極小点／極大点の真の位置の推定などが行えず，人による入力値や計算結果の修正を必要としない３次元地形図の作成は困難であった．こうした理論的・技術的困難に対し，許容誤差（Tolerance）の導入と高階微分量の導入・利用などにより問題の解決に成功した．例えば凹凸の多い地表面に沿って最急降下／上昇を繰り返したい場合や，複数の最急降下線の合流判定などにToleranceの概念が役立つ．高階微分量については，曲率ベクトルなどを用いて幾何的な二次近似を行うことで，制御点数の削減や偏差の評価などを行うことができる．これらの組み合わせにより，人手による修正が不要で，かつ自然な曲線からなるCBNを作成できる枠組みを構築した．
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