2018 Fiscal Year Research-status Report
Automatic Generation of detailed 3D Building Models for BIM (Building Information Model)
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18K04523
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| Research Institution | Gifu Keizai University |
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Principal Investigator |
杉原 健一 岐阜経済大学, 経営学部, 教授 (80259267)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 振江 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (70294543)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | BIM / 自動生成 / ３次元建物モデル / ３次元ＣＧ / ３Ｄモデル / ポリゴン分割 / straight skeleton（直線状骨格） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過去数百年、建築設計の元になっていた「図面」に代わり、コンピュータで詳細な建物の３Ｄモデルを作り、設計から施工、維持管理に至るまで利活用するBIM (Building Information Model)が、今、急速に進化・発展している。BIMの「３Ｄモデル」は、柱や梁、鉄骨、配管、空調ダクトといった建物を構成する部材やパーツを忠実に再現する詳細な３Ｄモデルを持ち、「図面の不整合」や「建築完了後に配管のため穴を開けるコア抜き」などの不具合を防止することができる。
しかし、詳細な３Ｄモデルを作成するには、３次元ＣＡＤやＣＧソフト等を用いて、多大の労力と時間をかけ、数多いパーツの形状作成、属性情報の入力を行い、それらを適切なところに配置している。そこで、これまでの研究成果である「電子地図上の建物境界線に基づいて建物の３Ｄモデルを自動生成するシステム」を発展させ、パーツを有する詳細な３Ｄモデルを自動生成することで、BIMの利活用を普及させる「BIM用３Ｄモデルの自動生成システム」の研究・開発を目的とする。
昨年度の研究成果として、詳細な建物の３Ｄモデルを自動生成するシステムの開発を行い、以下の研究成果をあげた。
(1)四角形の方向性を考慮したポリゴン分割・整形による建物の自動生成 (2)拡張したstraight skeleton手法による屋根の自動生成 (3)straight skeleton手法による３次元屋根モデルの自動生成に基づく屋根レポートの作成 (4)建物境界線の直角ポリゴン整形による3次元建物モデルの自動生成
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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
研究の進捗状況として、「おおむね順調に進んでいる」と考える。その理由として、以下に示す「研究目標」に対して、1年目として、「現在までの進捗状況」に示すような研究成果をあげているからである。
【研究目標】BIMは建築設計・施工、維持管理のあり方を劇的に変革するものである。BIMの利活用の普及を妨げているのは「建物を構成する数多い部材の３次元形状モデリング作業、及び、部材の属性情報の入力作業の多大さ」である。これを激減させるために、これまでの研究成果である「電子地図上の建物境界線に基づく３次元建物モデルの自動生成システム」を発展させ、自動生成のための新たなアルゴリズムを研究開発することで、「詳細なBIM用の建物の３Ｄモデルを自動生成するシステム」の開発を目的とする。本研究では、以下のことを目標とする。(1)建物を細部まで忠実に再現するため、数多い部材の詳細な３Ｄモデルの形状の自動生成、(2)数多い部材の属性情報のデータベース構築の自動化、(3)性能を満たし全体のコストを最小にする配管の自動レイアウト。
【現在までの進捗状況】現在までの研究成果として、電子地図上の建物境界線に基づいて、建物の３Ｄモデルを自動生成するために「四角形の方向性を考慮したポリゴン分割・整形による建物の自動生成」、「３次元建物モデルの自動生成のための建物境界線のポリゴン整形」というテーマで、日本建築学会、国際学会（IEEE ICSP）などで、それから、あらゆる形状の建物境界線に対して建物の３Ｄモデルを自動生成するために「拡張したストレートスケルトン手法によるの自動生成」というテーマで土木情報学シンポジウム、国際学会（IEEE SysCoとIEEE ICSP）、「BIM用の３次元建物モデルの自動生成システムの開発」というテーマで国際学会(ETIC/RSET/SPSD Sympo2019)にて発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
【今後の研究の推進方策】 建築部材やパーツを備え現実の建物を忠実に再現する「詳細な建物の３Ｄモデル」を自動生成するために「四角形の方向性を考慮したポリゴン分割・整形による建物の自動生成」の手法を発展させ、「ポリゴン分割・整形した四角形の組み合わせ」で、自動生成システムは、四角形が隣接する四角形のどの辺にどのように接しているかを調べ、どの壁に、また、その壁のどの部分に窓やドアが設置できるのか、さらに、建物境界線全体をみて、どの壁にドアや玄関やガレージを設置するのが蓋然性が高いか、あるいは、ある壁のどの部分にどういった窓を付けるのが現実にありうるのかなどをコンピュータ幾何学に基づいて推定するような新規のアルゴリズムを開発し、３Ｄモデルに窓やドアを設置する。次に、「ポリゴン分割・整形した四角形群」に対して、面積の大きな四角形の内部に、「居室には外部に開かれた開口部が必要である」、「階段は１階と２階で階段は平面図上同じ位置に置く」、「廊下は階段や居室を連結する」、「収納は窓が必要なく、外壁に面する壁を出来るだけ少なくする」、「トイレや浴室などの水回りの窓が出隅（角部）となる場合は筋交いに考慮し、出隅から３尺離す配置、形状とする」などの制約条件のもと自動的に部屋割りを行うアルゴリズムを開発し、「詳細な建物の３Ｄモデル」を自動生成する。
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| Causes of Carryover |
（理由）当初、国際学会( Eurographics )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、提出した論文は不採択となり、国際学会参加をキャンセルした。その結果、当該助成金が生じた。分担者 金沢大学 沈振江先生は国際学会での発表の出張旅費と参加費を当科研費で執行予定であったが、学内の他部署（国際交流部）から支払われ、その結果、当該助成金が生じた。
（使用計画）当該助成金は、本年度請求した助成金とあわせて、主に、学生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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