特許 6535779 計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6535779

(24)【登録日】2019年6月7日

(45)【発行日】2019年6月26日

(54)【発明の名称】計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06T 7/55 20170101AFI20190617BHJP

【ＦＩ】

   G06T7/55

【請求項の数】8

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2018-44710(P2018-44710)

(22)【出願日】2018年3月12日

【審査請求日】2018年3月12日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年３月１日に、２０１８年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集の第５４５−５４６頁にて公開

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年２月２４日に、下記アドレスのウェブサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｓｐｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｗｐ／ｗｐ−ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／ｊｓｐｅ＿ｍｅｅｔｉｎｇ／２０１８／１８−０３−ｐｒｏｇｒａｍ．ｐｄｆ）にて公開

(73)【特許権者】

【識別番号】000191319

【氏名又は名称】新菱冷熱工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111202

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 周彦

(74)【代理人】

【識別番号】100139365

【弁理士】

【氏名又は名称】中嶋 武雄

(72)【発明者】

【氏名】脇坂 英佑

(72)【発明者】

【氏名】金井 理

(72)【発明者】

【氏名】伊達 宏昭

【審査官】 新井 則和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１８１３７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｔ ７／００ − ７／９０

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｃ ７／０６

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、前記被計測物の周囲において前記計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定装置であって、
カメラでその位置または方向を変えながら前記被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された前記被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得部と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物のうち前記計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定部と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物が置かれた床面において、前記計測機および前記計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に前記計測機および前記支持具を置いたときの前記計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定部と、
前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記候補位置から見たときに可視であり、かつ前記計測部分指定部により指定された前記計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択部と、
前記候補位置決定部により決定された複数の前記候補位置のうち、計測される前記選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を前記計測機配置位置として決定する配置位置決定部とを備え、
前記面分選択部は、前記候補位置から見た前記ベースモデルの展開画像を生成し、前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記展開画像に描画されている面分を、前記候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とする計測機配置位置決定装置。

【請求項2】

前記面分選択部は、前記ベースモデルに含まれる複数の面分に当該面分ごとに固有の色情報を割り当てた後に、前記候補位置から見た前記ベースモデルの展開画像を生成し、前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記展開画像の各画素が有する色情報が割り当てられている面分を、前記候補位置から見て可視である面分として選択することを特徴とする請求項１に記載の計測機配置位置決定装置。

【請求項3】

前記配置位置決定部は、算出される候補位置の個数が、設定された上限値以下であり、かつ前記候補位置決定部により決定された複数の前記候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される前記選択面分の個数が最大となる最適な候補位置を線形整数最適化問題の厳密解法を用いて算出し、当該算出した最適な候補位置を前記計測機配置位置として決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測機配置位置決定装置。

【請求項4】

前記配置位置決定部は、算出される候補位置の個数が、設定された上限値以下であり、かつ前記候補位置決定部により決定された複数の前記候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される前記選択面分の個数が最大となる最適な候補位置を分枝限定法を用いて算出し、当該算出した最適な候補位置を前記計測機配置位置として決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測機配置位置決定装置。

【請求項5】

前記計測部分指定部は、前記ベースモデルにおける前記被計測物のうち前記計測機で計測する計測部分に少なくとも高レベルまたは低レベルの重要度を指定し、
前記面分選択部は、前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記候補位置から見たときに可視であり、前記計測部分指定部により前記高レベルの重要度が指定された前記計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす面分を高レベル選択面分として選択し、または前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記候補位置から見たときに可視であり、前記計測部分指定部により前記低レベルの重要度が指定された前記計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす面分を低レベル選択面分として選択し、
前記配置位置決定部は、前記候補位置決定部により決定された複数の前記候補位置のうち、計測される前記高レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を高精度計測用の計測機配置位置として決定し、または前記候補位置決定部により決定された複数の前記候補位置のうち、計測される前記低レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を低精度計測用の計測機配置位置として決定し、
前記高レベル計測条件は、前記計測機から照射されるレーザー光が前記ベースモデルに含まれる面分に入射する入射角が第１の角度範囲であることを含み、前記低レベル計測条件は、前記計測機から照射されるレーザー光が前記ベースモデルに含まれる面分に入射する入射角が第２の角度範囲であることを含み、前記第２の角度範囲は前記第１の角度範囲よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の計測機配置位置決定装置。

【請求項6】

前記高レベル計測条件は、前記計測機と前記ベースモデルに含まれる面分との間の距離が第１の距離範囲であることを含み、前記低レベル計測条件は、前記計測機と前記ベースモデルに含まれる面分との間の距離が第２の距離範囲であることを含み、前記第２の距離範囲は前記第１の距離範囲よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の計測機配置位置決定装置。

【請求項7】

レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、前記被計測物の周囲において前記計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定方法であって、
カメラでその位置または方向を変えながら前記被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された前記被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得工程と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物のうち前記計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定工程と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物が置かれた床面において、前記計測機および前記計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に前記計測機および前記支持具を置いたときの前記計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定工程と、
前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記候補位置から見たときに可視であり、かつ前記計測部分指定工程において指定された前記計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択工程と、
前記候補位置決定工程において決定された複数の前記候補位置のうち、計測される前記選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を前記計測機配置位置として決定する配置位置決定工程とを備え、
前記面分選択工程では、前記候補位置から見た前記ベースモデルの展開画像を生成し、前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記展開画像に描画されている面分を、前記候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とする計測機配置位置決定方法。

【請求項8】

レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、前記被計測物の周囲において前記計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記計測機配置位置決定方法は、
カメラでその位置または方向を変えながら前記被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された前記被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得工程と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物のうち前記計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定工程と、
前記ベースモデルにおける前記被計測物が置かれた床面において、前記計測機および前記計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に前記計測機および前記支持具を置いたときの前記計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定工程と、
前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記候補位置から見たときに可視であり、かつ前記計測部分指定工程において指定された前記計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択工程と、
前記候補位置決定工程において決定された複数の前記候補位置のうち、計測される前記選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を前記計測機配置位置として決定する配置位置決定工程とを備え、
前記面分選択工程では、前記候補位置から見た前記ベースモデルの展開画像を生成し、前記ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、前記展開画像に描画されている面分を、前記候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばレーザースキャナ等の計測機により被計測物の計測を行うに当たり、被計測物の周囲において計測機を配置する位置を決定する計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

空調、給排水、電気通信等の設備や機械、建築物等の設計または施工において、このような設備や機械、建築物等の三次元モデルを活用することにより作業効率を高めることができる。例えば、空調設備の改修工事を行うに当たり、既存設備の三次元モデルを活用することにより、既存設備の現況を容易かつ正確に把握することができ、施工計画の立案や交換部品の設計、発注等を効率良く行うことができる。

【0003】

三次元モデルの生成には、高い計測精度を有し、地上に設置して被計測物の三次元計測を行うことができる三次元計測機が用いられる。具体的には、三次元モデルの生成には、地上型の三次元レーザースキャナが用いられる。三次元モデルを生成するためには、被計測物を様々な角度から計測（スキャン）する必要がある。そのため、設備等の三次元モデルを生成する際には、設備等の周囲に計測機を配置する位置（計測機配置位置）を複数決定し、決定した複数の計測機配置位置のうちの１つの計測機配置位置に計測機を配置して設備等を計測し、その後、決定した複数の計測機配置位置のうちの別の計測機配置位置に計測機を配置して設備等を計測するといった作業を繰り返す。設備等の三次元モデルは、このようにして各計測機配置位置で得られた計測データを合成することにより生成される。

【0004】

従来、計測機配置位置の決定は、作業者が、計測の事前に設備等の図面を目視により観察し、あるいは計測の現場で実際の設備等を目視により観察することにより行われている。設備は、複雑な形状を有する多数の部品が密に組み合わさった立体構造物である。それゆえ、設備の周囲のある一箇所から当該設備を見た場合、設備の奥側の部分が手前側の部分に隠れて観察することができない状態（オクルージョン）が多数発生する。作業者は、このような設備の奥側の部分にも計測機からのレーザー光が届き、当該部分の計測が漏れなく行われるように、複数の異なる計測機配置位置を決定する。

【0005】

この計測機配置位置の決定作業は容易でなく、この作業を迅速または効率良くに行うためには多くのスキルと経験を要する。作業者のスキルや経験が十分でない場合、計測作業や三次元モデル生成作業の効率が悪化することがある。例えば、計測機配置位置が足りない場合には、一度の計測作業で十分な計測データが得られず、その結果、計測作業を再度行わなければならなくなり、計測作業の効率が悪化することがある。また、計測機配置位置が過多である場合には、計測により得られる計測データの量が膨大となり、その結果、三次元モデルの生成処理の時間が長くなり、三次元モデル生成作業の効率が悪化することがある。

【0006】

このような従来の状況に鑑み、本出願の発明者は、計測機により設備等を計測する前に、設備等のＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）モデルを生成し、このＳｆＭモデルをもとに計測機配置位置をほぼ自動的に決定する計測機の最適配置計画手法を提案した（下記の非特許文献１を参照）。この手法の具体的な内容は次の通りである。まず、計測対象空間をカメラで撮影した写真群から計測対象のラフな３Ｄモデル（ＳｆＭモデル）を生成する。次に、計測対象空間をボクセルに分割し、分割したボクセルを空間占有状態により分類する。次に、各ボクセルの空間占有状態に基づき、計測機が配置可能な床面ボクセルを特定し、その床面ボクセルから所定の高さに位置するボクセルの集合を計測機配置候補ボクセル集合として決定する。次に、ＳｆＭモデル生成時のカメラ位置から視錐台を定義し、カメラ位置から視錐台内のボクセルに対し、光線追跡を実施し、所定の条件を充たす計測対象ボクセルを特定する。次に、計測機配置候補ボクセルから可観測であり、いくつかの制約条件を充たし、かつ計測可能な計測対象ボクセルの数が最大となる計測機位置集合を近似最適化手法である貪欲法を用いて推定する。この最適配置計画手法によれば、作業者が目視により観察して計測機配置位置を決定する方法と比較して、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を得ることができる。また、この最適配置計画手法によれば、スキルや経験が十分でない作業者でも計測機配置位置を容易に決定することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】脇坂 英佑、外２名、「難計測部をもつ空調設備ａｓ−ｂｕｉｌｔ３次元モデル構築のための最適スキャナ配置計画（第２報）」、２０１７年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、２０１７年、Ｈ０７、ｐ．５５３−５５４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、上記非特許文献１に記載されているように、上述した計測機の最適配置計画手法を用いて計測機配置位置を決定する処理時間は例えば２６．７分である。計測機配置位置を決定する処理時間をさらに短くし、計測機配置位置の決定作業の効率を向上させることが望ましい。

【0009】

また、上述した計測機の最適配置計画手法では、貪欲法を用いて計測機配置位置を決定している。このため、決定される計測機配置位置の個数（スキャン回数）が多くなる傾向がある。それゆえ、より少ない計測機配置位置で広い範囲を計測することができるようにし、三次元計測機を用いた設備等の計測作業の効率を向上させることが望ましい。

【0010】

そこで、本発明の第１の課題は、計測機配置位置を決定する処理時間を短くすることができる計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラムを提供することにある。また、本発明の第２の課題は、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を決定することができる計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の計測機配置位置決定装置は、レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、被計測物の周囲において計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定装置であって、カメラでその位置または方向を変えながら被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得部と、ベースモデルにおける被計測物のうち計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定部と、ベースモデルにおける被計測物が置かれた床面において、計測機および計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に計測機および支持具を置いたときの計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定部と、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、かつ計測部分指定部により指定された計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択部と、候補位置決定部により決定された複数の候補位置のうち、計測される選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を計測機配置位置として決定する配置位置決定部とを備え、面分選択部は、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像に描画されている面分を、候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とする。

【0012】

本発明の計測機配置位置決定装置においては、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像に描画されている面分を、候補位置から見たときに可視である面分として特定する。これにより、計測機配置位置を決定する処理にかかる時間を短縮することができる。したがって、計測機配置位置の決定作業の効率を向上させることができる。

【0013】

また、上記本発明の計測機配置位置決定装置において、面分選択部は、ベースモデルに含まれる複数の面分に当該面分ごとに固有の色情報を割り当てた後に、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像の各画素が有する色情報が割り当てられている面分を、候補位置から見て可視である面分として選択することとしてもよい。これにより、候補位置から見て可視である面分の特定を容易に行うことができる。また、候補位置から見て可視である面分を特定する処理にかかる時間を短くすることができる。

【0014】

また、上記本発明の計測機配置位置決定装置において、配置位置決定部は、算出される候補位置の個数が、設定された上限値以下であり、かつ候補位置決定部により決定された複数の候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される選択面分の個数が最大となる最適な候補位置を、数理計画法の一つである線形整数最適化問題の厳密解法を用いて算出し、当該算出した最適な候補位置を前記計測機配置位置として決定することとしてもよい。さらに、上記線形整数最適化問題の厳密解法として分枝限定法を選択してもよい。これにより、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を決定することができる。したがって、三次元計測機を用いた設備等の計測作業の効率を向上させることができる。

【0015】

また、上記本発明の計測機配置位置決定装置において、計測部分指定部は、ベースモデルにおける被計測物のうち計測機で計測する計測部分に少なくとも高レベルまたは低レベルの重要度を指定し、面分選択部は、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、計測部分指定部により高レベルの重要度が指定された計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす面分を高レベル選択面分として選択し、またはベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、計測部分指定部により低レベルの重要度が指定された計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす面分を低レベル選択面分として選択し、配置位置決定部は、候補位置決定部により決定された複数の候補位置のうち、計測される高レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を高精度計測用の計測機配置位置として決定し、または候補位置決定部により決定された複数の候補位置のうち、計測される低レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を低精度計測用の計測機配置位置として決定し、高レベル計測条件は、計測機から照射されるレーザー光がベースモデルに含まれる面分に入射する入射角が第１の角度範囲であることを含み、低レベル計測条件は、計測機から照射されるレーザー光がベースモデルに含まれる面分に入射する入射角が第２の角度範囲であることを含み、第２の角度範囲は第１の角度範囲よりも大きいこととしてもよい。この構成により、被計測物において重要度の高い部分を高精度に計測することができる計測機配置位置と、被計測物において重要度の低い部分を、精度を落として迅速に計測することができる計測機配置位置とをそれぞれ決定することができる。これにより、要求される計測品質を維持しつつ、三次元計測の作業時間を短縮することができ、全体的に見て三次元計測作業の効率を向上させることができる。

【0016】

また、上記本発明の計測機配置位置決定装置において、高レベル計測条件は、計測機とベースモデルに含まれる面分との間の距離が第１の距離範囲であることを含み、低レベル計測条件は、計測機とベースモデルに含まれる面分との間の距離が第２の距離範囲であることを含み、第２の距離範囲は第１の距離範囲よりも大きいこととしてもよい。この構成によっても、被計測物において重要度の高い部分を高精度に計測することができる計測機配置位置と、被計測物において重要度の低い部分を、精度を落として迅速に計測することができる計測機配置位置とをそれぞれ決定することができる。

【0017】

また、上記課題を解決するために、本発明の計測機配置位置決定方法は、レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、前記被計測物の周囲において計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定方法であって、カメラでその位置または方向を変えながら被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得工程と、ベースモデルにおける被計測物のうち計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定工程と、ベースモデルにおける被計測物が置かれた床面において、計測機および計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に計測機および支持具を置いたときの計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定工程と、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、かつ計測部分指定工程において指定された計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択工程と、候補位置決定工程において決定された複数の前記候補位置のうち、計測される選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を計測機配置位置として決定する配置位置決定工程とを備え、面分選択工程では、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像に描画されている面分を、候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とする。本発明の計測機配置位置決定方法によれば、上記本発明の計測機配置位置決定装置と同様の作用効果を得ることができる。

【0018】

また、上記課題を解決するために、本発明のプログラムは、レーザー光を照射して三次元計測を行う計測機により被計測物の位置、形状またはその他の属性を計測するために、被計測物の周囲において計測機を配置する計測機配置位置を決定する計測機配置位置決定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、計測機配置位置決定方法は、カメラでその位置または方向を変えながら被計測物およびその周囲を撮影することにより得られた複数の画像を用いて生成され、複数の面分の集合により表現された被計測物およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを取得するベースモデル取得工程と、ベースモデルにおける被計測物のうち計測機で計測する計測部分を指定する計測部分指定工程と、ベースモデルにおける被計測物が置かれた床面において、計測機および計測機を支持する支持具を置くことができる複数の部分を認識し、当該認識した各部分に計測機および支持具を置いたときの計測機の計測基準位置を候補位置として決定する候補位置決定工程と、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、かつ計測部分指定工程において指定された計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択工程と、候補位置決定工程において決定された複数の候補位置のうち、計測される選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を計測機配置位置として決定する配置位置決定工程とを備え、面分選択工程では、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像に描画されている面分を、候補位置から見たときに可視である面分として特定することを特徴とする。本発明のプログラムによれば、上記本発明の計測機配置位置決定装置と同様の作用効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、計測機配置位置を決定する処理時間を短くすることができる。また、本発明によれば、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置の構成を示すブロック図である。

【図2】計測機配置位置を決定するための準備作業および本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】被計測物の一例である空調設備を上方から見た説明図である。

【図4】図３中の空調設備の一部を側方から見た説明図である。

【図5】ベースモデルを模式的に示す説明図である。

【図6】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置において計測部分および重要度の指定処理を示す説明図である。

【図7】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置におけるボクセルモデル生成処理を示すフローチャートである。

【図8】ボクセルモデルの概念を示す説明図である。

【図9】カメラの位置およびカメラの視錐台を示す説明図である。

【図10】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置におけるボクセルモデルの生成方法を示す説明図である。

【図11】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における候補位置決定処理を示すフローチャートである。

【図12】床面ボクセルの認識方法を示す説明図である。

【図13】計測機モデルを示す説明図である。

【図14】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置により決定された候補位置が存在する領域を示す説明図である。

【図15】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における面分選択処理を示すフローチャートである。

【図16】ベースモデルの展開画像の一例を示す説明図である。

【図17】展開画像の一部を拡大して示す説明図である。

【図18】計測条件を充たす可視面分を選択する方法を示す説明図である。

【図19】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における配置位置決定処理のメインルーチンを示すフローチャートである。

【図20】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における高レベル配置位置決定処理を示すフローチャートである。

【図21】高レベル配置位置の個数の上限値と計測機を高レベル配置位置に配置して計測される高レベル選択面分の総数との関係を示すグラフである。

【図22】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置における低レベル配置位置決定処理を示すフローチャートである。

【図23】本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置により決定された計測機配置位置の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（計測機配置位置決定装置）
図１は本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１の構成を示している。図１において、計測機配置位置決定装置１は、計測機により被計測物の計測を行うに当たり、被計測物の周囲において計測機を配置する位置（計測機配置位置）を決定する装置である。

【0022】

計測機は地上型の三次元レーザースキャナである。この計測機は、レーザー光を照射することにより、三次元空間における被計測物の各部の位置を示す点群データを生成することができ、これにより、被計測物の位置、形状およびその他の属性を計測することができる。また、計測機は、レーザー光の照射方向を水平面内において例えば１８０度変えることができ、かつ鉛直面内において例えば３６０度変えることができる。また、被計測物の計測の際、計測機は、例えば三脚等の支持具を用いて地面または床面上に置かれる。

【0023】

計測機配置位置決定装置１は、演算処理部２、記憶部３、操作部４、表示部５およびデータ入出力部６を備えている。計測機配置位置決定装置１は、コンピュータを計測機配置位置決定装置として機能させるコンピュータプログラムを、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータに読み込ませて実行させることにより実現することができる。この場合、演算処理部２は、コンピュータに設けられたＣＰＵ（中央演算処理装置）およびＧＰＵ（グラフィックス・プロセッシング・ユニット）である。また、記憶部３は、コンピュータに設けられた記憶装置である。また、操作部４は、コンピュータに接続されたキーボードおよびポインティングデバイスであり、表示部５は、コンピュータに接続されたディスプレイ装置である。また、データ入出力部６は、コンピュータに設けられたディスクドライブ装置、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）メモリ等の外部記憶装置との間でデータの入出力を行うデータ入出力装置、またはコンピュータネットワークを介して他のコンピュータと通信を行う通信装置等である。

【0024】

また、演算処理部２は、ベースモデル読込部１１、計測部分指定部１２、ボクセルモデル生成部１３、候補位置決定部１４、面分選択部１５および配置位置決定部１６を備えている。演算処理部２におけるこれらの部分は、演算処理部２が上記コンピュータプログラムを実行することにより実現される。

【0025】

ベースモデル読込部１１は、カメラ撮影およびＳｆＭにより生成された被計測物およびその周囲の三次元モデル（以下、これを「ベースモデル」という。）を記憶部３に読み込む処理を行う。ベースモデルは、被計測物およびその周囲を面分の集合（メッシュ）として表現したものである。なお、ベースモデル読込部１１はベースモデル取得部の具体例である。

【0026】

計測部分指定部１２は、被計測物において計測すべき部分、および計測すべき部分の重要度を作業者による入力に従って指定する処理を行う。

【0027】

ボクセルモデル生成部１３は、ベースモデルをボクセル（体積要素）に分割する。以下、ベースモデルをボクセルにより分割したものを「ボクセルモデル」という。

【0028】

候補位置決定部１４は、ボクセルモデルに基づいて計測機配置位置の候補となる位置（以下、これを「候補位置」という。）を決定する処理を行う。

【0029】

面分選択部１５は、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、各候補位置から見て可視であり、作業者が指定した計測部分に対応し、かつ後述の計測条件を充たす面分を選択する処理を行う。

【0030】

配置位置決定部１６は、候補位置決定部１４により決定された候補位置の中から、面分選択部１５により選択された各面分を計測するのに最適な位置を計測機配置位置として決定する処理を行う。

【0031】

図２は、計測機配置位置を決定するための準備作業および計測機配置位置決定装置１における処理の流れを示している。以下、計測機配置位置を決定するための準備作業が開始されてから、計測機配置位置決定装置１により計測機配置位置が決定されるまでの作業および処理について説明する。

【0032】

また、以下の説明では、被計測物が、図３および図４に示すような空調設備である場合を例にあげる。図３は空調設備を上方から見た図であり、図４は図３中の空調設備の一部を側方から見た図である。図３に示すように、空調設備は、複数のボイラ２１、オイルタンク２２、熱交換器２３、還水タンク２４、ダクト２５、複数の配管２６、複数のバルブ２７等を備えている。各ボイラ２１は、図４に示すように、設備室２８の床面２９上に設置されている。オイルタンク２２、熱交換器２３および還水タンク２４も、各ボイラ２１と同様に、設備室２８の床面２９上に設置されている。ダクト２５は設備室２８の天井近傍に配置されている。各配管２６は主に設備室２８の天井近傍または側壁近傍に配置されている。各バルブ２７も主に設備室２８の天井近傍または側壁近傍に配置されている。

【0033】

（撮影およびベースモデルの生成）
まず、図２中のステップＳ１に示すように、計測機配置位置決定装置１を用いて計測機配置位置を決定する際の準備作業として、作業者は、空調設備およびその周囲をカメラで撮影し、撮影により得られた複数の二次元画像を用いて空調設備およびその周囲のベースモデルを生成する。

【0034】

すなわち、作業者は、例えばデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラを用いて空調設備およびその周囲を撮影する。作業者は、カメラの位置または方向を変えながら空調設備およびその周囲を撮影する。例えば、作業者は設備室２８内のボイラ２１や配管２６、バルブ２７だけでなく、各ボイラ２１が設置された床面２９等も含むように撮影する。撮影により、様々な位置および方向から見た空調設備およびその周囲の多数の二次元画像が得られる。

【0035】

さらに、作業者は、ＳｆＭソフトウェアを用い、これら二次元画像に基づいて、空調設備およびその周囲の三次元モデルであるベースモデルを生成する。図５はベースモデルを模式的に示している。図５に示すように、ベースモデルは、空調設備およびその周囲を三角形の面分５１の集合（メッシュ）として表現したものである。ベースモデルのデータには、各面分５１の頂点の位置、各面分５１の色情報、並びにカメラ位置および方向（撮影位置および撮影方向）の情報等が含まれている。なお、ベースモデルのデータに含まれる各面分５１の頂点の位置は、三次元空間の直交座標系の座標値として表現されている。なお、ベースモデルは、三次元レーザースキャナにより空調設備を計測することにより生成される三次元点群モデル（最終的な三次元モデル）と比較して形状再現度が低い、粗いデータである。

【0036】

（ベースモデルデータの読込）
次に、図２中のステップＳ２に示すように、作業者は、空調設備およびその周囲のベースモデルのデータを計測機配置位置決定装置１に読み込ませる。すなわち、作業者は、コンピュータを操作し、コンピュータを計測機配置位置決定装置１として機能させるコンピュータプログラムを起動する。これにより、当該コンピュータは計測機配置位置決定装置１となる。作業者は、計測機配置位置決定装置１の操作部４を操作し、ベースモデルのデータを計測機配置位置決定装置１に読み込ませる。ＳｆＭソフトウェアで生成されたベースモデルのデータの記憶場所として、例えば、計測機配置位置決定装置１として動作している当該コンピュータの記憶装置、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置、計測機配置位置決定装置１として動作している当該コンピュータとコンピュータネットワークを介して接続された他のコンピュータの記憶装置等が考えられる。計測機配置位置決定装置１のベースモデル読込部１１は、作業者の操作に応じ、このような記憶場所からベースモデルのデータを読み出し、記憶部３に記憶する。

【0037】

また、ベースモデルのデータを記憶部３に記憶した後、ベースモデル読込部１１は、ベースモデルに含まれる各面分に識別番号を付す。以下、この識別番号を「面分ＩＤ」という。面分ＩＤは、ベースモデルに含まれる面分ごとに異なる値である。

【0038】

（計測部分および重要度の指定）
次に、図２中のステップＳ３に示すように、作業者は、空調設備のうち計測機により計測すべき部分（計測部分）および計測部分の重要度を指定する。すなわち、作業者は、計測部分および重要度を指定する処理を行う旨の指示を計測機配置位置決定装置１に入力する。これに応じ、計測機配置位置決定装置１の計測部分指定部１２は、空調設備およびその周囲のベースモデルを表示部５の画面に表示する。ここで、図６は、表示部５の画面に表示されたベースモデルを示している。作業者は、表示部５の画面に表示されたベースモデルを見ながら、操作部４を操作し、計測部分および重要度を指定する。例えば、図６において、太い実線で囲まれた部分は重要度が高レベルの計測部分である。また、太い二点鎖線で囲まれた部分は重要度が低レベルの計測部分である。計測部分指定部１２は、ベースモデルにおいて作業者により指定された、重要度が高レベルの計測部分に対応する面分の面分ＩＤ、および重要度が低レベルの計測部分に対応する面分の面分ＩＤを示す計測部分データを生成し、これを記憶部３に記憶する。

【0039】

なお、計測部分指定部１２には、作業者が計測部分およびそれらの重要度を指定するためのユーザーインターフェイスに関する機能として、例えば、（１）表示部５の画面に表示するベースモデルの角度や大きさを変える機能、（２）表示部５の画面に表示されたベースモデルにおいて、作業者により指定された計測部分に重要度ごとにそれぞれ異なる色を付して表示する機能、（３）重要度が高レベルの計測部分、および重要度が低レベルの計測部分を、座標の数値を入力して指定する機能等を持たせてもよい。

【0040】

（計測機情報および計測条件情報の入力）
次に、図２中のステップＳ４に示すように、作業者は、操作部４を操作し、計測機情報および計測条件情報を計測機配置位置決定装置１へ入力する。計測機情報とは、計測機を支持する支持具と計測機とを合わせた全体の長さ、幅および高さをそれぞれ示す数値、並びに計測機においてレーザー光が出射される位置（レーザー光出射位置）を示す数値である。計測機を支持する支持具は例えば三脚（雲台を含む）である。この場合、計測機を支持する支持具と計測機とを合わせた全体の長さ、幅および高さとは、計測機を三脚に取り付けたときの三脚と計測機とを合わせた全体の長さ、幅および高さを意味する。また、計測機においてレーザー光出射位置を示す数値は、例えば、計測機を三脚に取り付けたとき、計測機を水平面内において回転させる回転機構における回転軸と計測機の上面との交点に対するレーザー光出射位置のオフセット値であり、上記交点を基準にした三次元座標値である。例えば、上記交点の真下１００ｍｍの位置にレーザー光出射位置がある場合には、レーザー光出射位置を示す数値（ｘ、ｙ、ｚ）は（０、０、−１００）である。なお、レーザー光出射位置が計測基準位置の具体例である。

【0041】

また、計測条件情報とは、計測機による被計測物の計測条件を示す情報である。また、この計測条件とは、（１）レーザー光の入射角、および（２）計測機と被計測物との距離である。厳密には、レーザー光の入射角とは、計測機から照射されたレーザー光と、当該レーザー光が入射する被計測物の部分の法線とのなす角である。また、計測機と被計測物との距離とは、計測機と、計測機から照射されたレーザー光が入射する被計測物の部分との間の距離である。

【0042】

作業者は計測条件を重要度ごとに任意に設定することができる。作業者は、例えば、空調設備のうち重要度が高レベルの部分を計測するためのレーザー光の入射角、および計測機と被計測物との距離を「高レベル計測条件」として計測機配置位置決定装置１に入力して設定することができ、また、空調設備のうち重要度が低レベルの部分を計測するためのレーザー光の入射角、および計測機と被計測物との距離を「低レベル計測条件」として計測機配置位置決定装置１に入力して設定することができる。作業者により入力された計測機情報および計測条件は記憶部３に記憶される。

【0043】

以上のベースモデルデータの読込、計測部分および重要度の指定、並びに計測機情報および計測条件の入力は、作業者の入力操作に応じて計測機配置位置決定装置１が随時処理を行うといった対話的処理であったが、この後に続く、ボクセルモデル生成処理、候補位置決定処理、面分選択処理および配置位置決定処理は、計測機配置位置決定装置１が単独で自動的に行う処理である。例えば、作業者が、計測機配置位置を決定すべき旨の指示を計測機配置位置決定装置１へ入力すると、これに応じ、計測機配置位置決定装置１は、ボクセルモデル生成処理、候補位置決定処理、面分選択処理および配置位置決定処理を連続的に実行する。

【0044】

（ボクセルモデル生成処理）
次に、図２中のステップＳ５に示すように、計測機配置位置決定装置１のボクセルモデル生成部１４がボクセルモデル生成処理を行う。ボクセルモデル生成処理とは、ベースモデルをボクセルに分割して被計測物およびその周囲のボクセルモデルを生成する処理である。

【0045】

図７はボクセルモデル生成処理の内容を示している。図８はボクセルモデルの概念を示している。図９はカメラの位置およびカメラの視錐台を示している。図１０はボクセルモデルの生成方法を示している。

【0046】

図７に示すボクセルモデル生成処理において、ボクセルモデル生成部１４は、まず、ベースモデル読込部１１により読み込まれた、空調設備およびその周囲のベースモデルのＡＡＢＢ（Ａｘｉｓ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｂｏｕｄｉｎｇ Ｂｏｘ）を形成する。続いて、ボクセルモデル生成部１４は、図８に示すように、ベースモデルのＡＡＢＢを複数のボクセル３１に分割する（ステップＳ１１）。

【0047】

続いて、ボクセルモデル生成部１４は、ベースモデルのＡＡＢＢに含まれる複数のボクセル３１において、占有ボクセルを指定する（ステップＳ１２）。占有ボクセルとは、その内部に物体が存在するボクセルである。

【0048】

ボクセルモデル生成部１４は、占有ボクセルの指定を例えば次のように行う。すなわち、ボクセルモデル生成部１４は、ベースモデルのＡＡＢＢに含まれる各ボクセル３１につき、ボクセル３１の内部に、ベースモデルの面分５１の全部または一部が含まれているか否かを判断する。そして、ボクセル３１の内部にベースモデルの面分５１の全部または一部が含まれている場合、ボクセルモデル生成部１４は、そのボクセル３１を占有ボクセルとして指定する。

【0049】

続いて、ボクセルモデル生成部１４は、ベースモデルのＡＡＢＢに含まれる複数のボクセル３１において、非占有ボクセルおよび不明ボクセルを指定する（ステップＳ１３）。非占有ボクセルとは、その内部に物体が存在しないボクセルである。不明ボクセルとは、内部に物体が存在する否かが不明のボクセルである。

【0050】

ボクセルモデル生成部１４は、非占有ボクセルおよび不明ボクセルの指定を例えば次のように行う。まず、ボクセルモデル生成部１４は、図９に示すように、ベースモデルのデータに基づいて撮影時のカメラの位置Ｑおよび方向の１つの組合せを認識し、次に、認識した位置Ｑおよび方向のカメラの視錐台３３を認識する。次に、ボクセルモデル生成部１４は、視錐台３３内に含まれるＡＡＢＢ境界面上のボクセル３１の重心を認識する。次に、ボクセルモデル生成部１４は、図１０に示すように、認識したカメラの位置Ｑを始点Ｃとし、認識したＡＡＢＢ境界面上の１つのボクセル３１の重心を終点Ｄとする光線Ｌを仮想的に設定し、この光線Ｌと交わる１つのボクセル３１を認識する。次に、ボクセルモデル生成部１４は、当該認識した１つのボクセル３１と始点Ｃとの間に占有ボクセルが存在するか否かを判断し、当該認識した１つのボクセル３１と始点Ｃとの間に占有ボクセルが存在する場合には、当該認識した１つのボクセル３１を不明ボクセルとして指定する。一方、当該認識した１つのボクセル３１と始点Ｃとの間に占有ボクセルが存在しない場合には、ボクセルモデル生成部１４は、次に、当該認識した１つのボクセル３１の内部に物体が存在するか否かを判断し、当該認識した１つのボクセル３１の内部に物体が存在する場合には、当該認識した１つのボクセル３１が占有ボクセルであることを確認し、一方、当該認識した１つのボクセル３１の内部に物体が存在しない場合には、当該認識した１つのボクセル３１を非占有ボクセルとして指定する。ボクセルモデル生成部１４は、このような処理を、撮影時のカメラの位置および方向の複数の組合せにより認識される複数の視錐台のそれぞれにおいて、視錐台におけるカメラの位置Ｑを始点Ｃとし、視錐台に含まれるＡＡＢＢ境界面上のボクセルの重心を終点Ｄとする複数の光線Ｌのそれぞれと交わる複数のボクセルにつき繰り返し行う。

【0051】

以上のステップＳ１１からステップＳ１３までの処理により、空調設備およびその周辺のボクセルモデルが生成される。

【0052】

（候補位置決定処理）
次に、図２中のステップＳ６に示すように、計測機配置位置決定装置１の候補位置決定部１４が候補位置決定処理を行う。候補位置決定処理とは、ボクセルモデルに基づいて候補位置（計測機配置位置の候補）を決定する処理である。図１１は候補位置決定処理の内容を示している。

【0053】

図１１に示す候補位置決定処理において、候補位置決定部１４は、まず、ボクセルモデルにおいて床面ボクセルを認識する（ステップＳ２１）。図１２は床面ボクセルの認識方法を示している。候補位置決定部１４は床面ボクセルの認識を例えば次のように行う。すなわち、図１２に示すように、候補位置決定部１４は、ボクセルモデルに含まれる占有ボクセル３１Ａのうちの１つを選択し、当該選択した占有ボクセル３１Ａに一部または全部が含まれる面分５１の法線Ｎを認識し、当該認識した法線Ｎの向きが鉛直方向上向きか否かを判断する。そして、当該認識した法線Ｎの向きが鉛直方向上向きである場合には、当該選択した占有ボクセル３１Ａを床面ボクセルとして認識する。なお、上記選択した占有ボクセル３１Ａに一部または全部が含まれる面分５１が複数ある場合には、それらの面分５１の法線Ｎを合成したベクトルの向きが鉛直方向上向きか否かを判断する。そして、当該合成したベクトルの向きが鉛直方向上向きである場合には、当該選択した占有ボクセル３１Ａを床面ボクセルとして認識する。候補位置決定部１４は、ボクセルモデルに含まれるすべての占有ボクセル３１Ａにつき、このような処理を行い、ボクセルモデルに含まれるすべての床面ボクセルを認識する。なお、占有ボクセル３１Ａに含まれる面分５１の法線Ｎ、または占有ボクセル３１Ａに含まれる複数の面分５１の法線Ｎの合成ベクトルが鉛直方向上向きか否かの判断は、ある程度緩やかに行ってもよく、すなわち、上記法線Ｎまたは上記合成ベクトルが略鉛直方向上向きか否かといった判断でもよい。

【0054】

続いて、候補位置決定部１４は計測機モデル３７を形成する（ステップＳ２２）。図１３は計測機モデルを示している。計測機モデル３７とは、図１３に示すように、計測機３８と、計測機３８を支持する支持具３９とを合わせた全体が占める空間の形状および大きさに対応する円柱状のモデルである。例えば、計測機３８を支持する支持具３９が三脚である場合には、計測機モデル３７は、計測機３８を三脚に取り付けたときの計測機３８と三脚とを合わせた全体が占める空間の形状および大きさに対応する円柱状のモデルである。計測機モデル３７の半径Ｒは、計測機３８と支持具３９とを合わせた全体の長さおよび幅のうちいずれか大きい値の２分の１に等しい。また、計測機モデル３７の高さＨは、計測機３８と支持具３９とを合わせた全体の高さに等しい。また、計測機モデル３７は、計測機３８と支持具３９とを合わせた全体が占める空間の範囲を示すのみであり、計測機モデル３７の内部は空虚である。候補位置決定部１４は、図２中のステップＳ４において作業者により入力された計測機情報を記憶部３から読み出し、この計測機情報に基づいて計測機モデル３７を形成する。

【0055】

さらに、候補位置決定部１４は計測機モデル３７におけるレーザー光出射位置ＥＰを設定する（ステップＳ２３）。具体的には、計測機情報には、レーザー光出射位置ＥＰを示す数値が含まれている。レーザー光出射位置ＥＰを示す数値とは、上述したように、計測機を水平面内において回転させる回転機構における回転軸と計測機の上面との交点に対するレーザー光出射位置のオフセット値（三次元座標値）である。候補位置決定部１４は、上記回転軸と計測機の上面との交点を円柱状の計測機モデル３７の上面の中心点ＣＰに配置し、当該中心点ＣＰを基準にしたときの、上記オフセット値が対応する位置を計測機モデル３７におけるレーザー光出射位置ＥＰとして設定する。例えば、計測機情報においてレーザー光出射位置ＥＰを示す数値（ｘ、ｙ、ｘ）が（０、０、−１００）である場合、計測機モデル３７におけるレーザー光出射位置ＥＰは、計測機モデル３７の上面の中心点ＣＰからその真下へ１００ｍｍ離れた位置に設定される。

【0056】

続いて、候補位置決定部１４は、ボクセルモデルにおける複数の床面ボクセルのうち、未選択の１つの床面ボクセルを選択する（図１１中のステップＳ２４）。なお、ステップＳ２４が初めて実行される前の段階において、ステップＳ２１で認識されたすべての床面ボクセルは未選択の状態になっている。

【0057】

続いて、候補位置決定部１４は、選択した床面ボクセル上に計測機モデル３７を置くことができるか否かを判断する（ステップＳ２５）。候補位置決定部１４はこの判断を例えば次のように行う。まず、候補位置決定部１４は、計測機モデル３７の下面の中心が、選択した床面ボクセル上に接するように計測機モデル３７をボクセルモデル中に置く。次に、候補位置決定部１４は、このようにボクセルモデル中に置かれた計測機モデル３７の内部に、ボクセルモデルにおける占有ボクセルが存在するか否かを判断する。計測機モデル３７の内部に、ボクセルモデルにおける占有ボクセルが存在しない場合には、候補位置決定部１４は、選択した床面ボクセル上に計測機モデル３７を置くことができると判断する。一方、計測機モデル３７の内部に、ボクセルモデルにおける占有ボクセルが存在する場合には、候補位置決定部１４は、選択した床面ボクセル上に計測機モデル３７を置くことができないと判断する。

【0058】

選択した床面ボクセル上に計測機モデル３７を置くことができる場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、候補位置決定部１４は、ボクセルモデルにおいて、現在選択されている床面ボクセル上に置かれた計測機モデル３７のレーザー光出射位置ＥＰを１つの候補位置として決定し、当該候補位置の座標値を記憶部３に記憶する（ステップＳ２６）。一方、選択した床面ボクセル上に計測機モデル３７を置くことができない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ２６をスキップしてステップＳ２７へ移行する。

【0059】

次に、候補位置決定部１４は、ボクセルモデルにおけるすべての床面ボクセルにつきステップＳ２４からステップＳ２６までの処理が完了したか否かを判断する（ステップＳ２７）。そして、ボクセルモデルにおけるすべての床面ボクセルにつきステップＳ２４からステップＳ２６までの処理が完了していない場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、候補位置決定部１４は、処理をステップＳ２４に戻し、ボクセルモデルにおける未選択の他の床面ボクセルについてステップＳ２４からステップＳ２６までの処理を行う。一方、ボクセルモデルにおけるすべての床面ボクセルにつきステップＳ２４からステップＳ２６までの処理が完了した場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、候補位置決定部１４は配置位置候補指定処理を終える。

【0060】

以上の候補位置決定処理により複数の候補位置が決定される。ここで、図１４は、図３に示す空調設備の設備室２８を上方から見た状態を模式的に示している。図１４に示すように、例えば、設備室２８においてハッチングを付した部分が、候補位置決定処理により決定された複数の候補位置が存在する部分である。

【0061】

（面分選択処理）
次に、図２中のステップＳ７に示すように、計測機配置位置決定装置１の面分選択部１５が面分選択処理を行う。面分選択処理とは、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、各候補位置から見て可視であり、重要度が高レベルまたは低レベルの計測部分に対応し、かつ後述の計測条件を充たす面分を選択する処理である。図１５は面分選択処理の内容を示している。

【0062】

図１５に示す面分選択処理において、面分選択部１５は、まず、ベースモデルに含まれるそれぞれの面分５１につき、ベースモデル生成当初の色情報を消去し、これらの面分５１に、面分５１ごとに固有の色情報を新たに割り当てる（ステップＳ３１）。色情報は、例えば、赤、緑および青の三原色の値を組み合せたＲＧＢ情報であり、赤、緑および青のそれぞれは、０から２５５までのいずれかの値を有する。各面分に割り当てられた色情報は面分５１ごとに異なる。

【0063】

続いて、面分選択部１５は、ベースモデルに含まれるそれぞれの面分５１の面分ＩＤと、これらの面分５１に割り当てた色情報との対応関係を面分５１ごとに示す色割当データを生成し、この色割当データを記憶部３に記憶する（ステップＳ３２）。

【0064】

続いて、面分選択部１５は、候補位置決定処理において決定された複数の候補位置の個数の行と、ベースモデルに含まれる複数の面分５１の個数の列とからなる行列（二次元配列）を、空調設備における計測部分の重要度ごとに生成する（ステップＳ３３）。本実施形態では、空調設備における計測部分の重要度として高レベルおよび低レベルを指定する場合を例にあげる。この場合、面分選択部１５は上記行列を２つ生成する。以下、これらの行列を「面分行列Ａ」、「面分行列Ｂ」といい、面分行列Ａの成分をａ_ｊｆと表現し、面分行列Ｂの成分をｂ_ｊｆと表現する。「ｊ」は、候補位置決定処理において決定された各候補位置を指し、「ｆ」は、ベースモデルに含まれる各面分５１を指す。さらに、面分選択部１５は、ステップＳ３３において、面分行列Ａの各成分ａ_ｊｆ、および面分行列Ｂの各成分ｂ_ｊｆをそれぞれ「０」に初期化する。

【0065】

続いて、面分選択部１５は、候補位置決定処理において決定された複数の候補位置のうち、未選択の１つの候補位置を選択する（ステップＳ３４）。以下、ステップＳ３４で選択された１つの候補位置を「選択中の候補位置」という。

【0066】

続いて、面分選択部１５は、ベースモデルの原点を、選択中の候補位置に設定し、当該選択中の候補位置を原点として、ベースモデルに含まれる各面分５１の各頂点の座標値を、直交座標系の座標値（ｘ、ｙ、ｚ）から極座標系の座標値（ｒ、φ、θ）に変換する（ステップＳ３５）。ここで、ｒは原点からの距離であり、φは方位角であり、θは仰角である。

【0067】

面分選択部１５は、ベースモデルに含まれる各面分５１の各頂点の極座標系の座標を、横軸がφ（０度≦φ＜３６０度）であり、縦軸がθ（−９０度≦φ≦９０度）である平面上に配列することにより、ベースモデルを、選択中の候補位置から、方位角φが０度以上かつ３６０度未満であり、仰角θが−９０度以上かつ９０度以下である範囲内においてあらゆる方向から見たベースモデルの展開画像を生成する（ステップＳ３６）。展開画像を生成する際に、面分選択部１５は、選択中の候補位置からベースモデルを見たときに、ベースモデルにおいて背面となる部分を除去する処理（バックフェースカリング）、およびベースモデルにおいて手前側の部分に隠れて見えない奥側の部分を除去する処理（隠面消去）を行う。なお、このような展開画像の生成は、現在広く普及しているＯｐｅｎＧＬ等を利用して行うことができる。

【0068】

ここで、図１６は、ステップＳ３６で生成されたベースモデルの展開画像の一例を示している。図１７は、展開画像の一部を、各画素５２を識別することができる程に拡大して示している。図１６に示すように、ステップＳ３６で生成されたベースモデルの展開画像は、ベースモデルに含まれるすべての面分５１のうち、選択中の候補位置からベースモデルを見たときに可視となる面分（以下、これを「可視面分」といい、符号５１Ａを付す。）のみが平面上に描画された画像となる。また、図１７に示すように、ステップＳ３１で各面分５１に割り当てた色情報はこの展開画像においても反映される。すなわち、この展開画像において、選択中の候補位置からベースモデルを見たときの各可視面分５１Ａに対応する各画素５２は、ステップＳ３１で当該面分に割り当てた色情報（例えばＲＧＢ情報）を有している。

【0069】

続いて、面分選択部１５は、生成された展開画像を走査し、展開画像における各画素５２が有する色情報を読み取り、読み取った各画素５２の色情報に対応する可視面分５１Ａを、ステップＳ３２で生成した色割当データに基づいて特定する（ステップＳ３７）。

【0070】

続いて、面分選択部１５は、特定した可視面分５１Ａのうち、重要度が高レベルの計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす可視面分を選択する（ステップＳ３８）。具体的には、ステップＳ３８において、面分選択部１５は、まず、可視面分５１Ａのうち、重要度が高レベルの計測部分に対応する可視面分を選択する。上述したように、図２中のステップＳ３において、計測部分指定部１２が、ベースモデルにおいて作業者により指定された重要度が高レベルの計測部分に対応する面分の面分ＩＤを示す計測部分データを生成し、これを記憶部３に記憶している。面分選択部１５はこの計測部分データに基づいて、可視面分５１Ａの中から、作業者により指定された、重要度が高レベルの計測部分に対応する可視面分を選択する。

【0071】

次に、ステップＳ３８において、面分選択部１５は、重要度が高レベルの計測部分に対応する可視面分５１Ａの中から、高レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを選択する。高レベル計測条件とは、空調設備において重要度が高レベルの計測部分を計測機により計測するための計測条件である。空調設備のうち重要度が高い計測部分を計測機により高い精度（例えばプラスマイナス１ｍｍ〜５ｍｍ以内の精度）で計測するためには、計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角が例えば−４５度以上かつ４５度以下であり、かつ計測機と計測部分との間の距離が０．３ｍ以上かつ５ｍ以下であることが好ましい。したがって、高レベル計測条件は、例えば、（１）計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角が−４５度以上かつ４５度以下であり、かつ（２）計測機と計測部分との間の距離が０．３ｍ以上かつ５ｍ以下であることである。なお、この高レベル計測条件は、上述した通り、作業者が任意に設定することができる。

【0072】

ここで、図１８は、上記高レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを選択する方法の一例を示している。図１８に示すように、面分選択部１５は、例えば、選択中の候補位置Ｐｊおよび可視面分５１Ａの重心Ｇの双方を通る直線Ｅと可視面分５１Ａの法線Ｗとのなす角Ｋが−４５度以上かつ４５度以下であり、かつ選択中の候補位置Ｐｊと可視面分５１Ａの重心Ｇとの間の距離Ｍが例えば０．３ｍ以上かつ５ｍ以下である場合に、当該可視面分５１Ａを、上記高レベル計測条件を充たす可視面分として選択する。

【0073】

続いて、面分選択部１５は、面分行列Ａにおいて、ステップＳ３８で選択した可視面分５１Ａ、すなわち、重要度が高レベルの計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａに対応する成分ａ_ｊｆを「１」に設定する（ステップＳ３９）。

【0074】

続いて、面分選択部１５は、ステップＳ３７で特定した可視面分５１Ａのうち、重要度が低レベルの計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす可視面分を選択する（ステップＳ４０）。この処理は、計測条件の設定内容が異なることを除き、上述したステップＳ３８の処理と同じである。

【0075】

低レベル計測条件とは、空調設備において重要度が低レベルの計測部分を計測機により計測するための計測条件である。空調設備において重要度が低い計測部分を計測機により、低精度（例えばプラスマイナス１５ｍｍ〜２０ｍｍ以内の精度）で計測するためには、計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角が例えば−９０度よりも大きくかつ９０度未満であり、かつ計測機と計測部分との間の距離が０．３ｍ以上かつ２０ｍ以下であることが好ましい。したがって、低レベル計測条件は、例えば、（１）計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角が−９０度よりも大きくかつ９０度未満であり、かつ（２）計測機と計測部分との間の距離が０．３ｍ以上かつ２０ｍ以下であることである。なお、この低レベル計測条件も、高レベル計測条件と同様に、作業者が任意に設定することができる。

【0076】

続いて、面分選択部１５は、面分行列Ｂにおいて、ステップＳ４０で選択した可視面分５１Ａ、すなわち、重要度が低レベルの計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａに対応する成分ｂ_ｊｆを「１」に設定する（ステップＳ４１）。

【0077】

続いて、面分選択部１５は、候補位置決定処理において決定されたすべての候補位置につき、ステップＳ３４からステップＳ４１までの処理が完了したか否かを判断する（ステップＳ４２）。そして、候補位置決定処理において決定されたすべての候補位置につきステップＳ３４からステップＳ４１までの処理が完了していない場合には（ステップＳ４２：ＮＯ）、面分選択部１５は、処理をステップＳ３４に戻し、未選択の他の候補位置についてステップＳ３４からステップＳ４１までの処理を行う。一方、候補位置決定処理において決定されたすべての候補位置につきステップＳ３４からステップＳ４１までの処理が完了した場合には（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、面分選択部１５は面分選択処理を終える。

【0078】

以上の面分選択処理を終えた後の面分行列Ａにおいて、「１」に設定された成分ａ_ｊｆは、面分ｆが、候補位置ｊから見て可視であり、重要度が高レベルの計測部分に対応し、かつ計測機を候補位置ｊに配置した場合に高レベル計測条件を充たすことを示す。一方、「０」に設定された成分ａ_ｊｆは、面分ｆが、候補位置ｊから見て不可視であり、重要度が高レベルの計測部分に対応しておらず、または計測機を候補位置ｊに配置した場合に高レベル計測条件を充たさないことを示す。また、面分選択処理を終えた後の面分行列Ｂにおいて、「１」に設定された成分ｂ_ｊｆは、面分ｆが、候補位置ｊから見て可視であり、重要度が低レベルの計測部分に対応し、かつ計測機を候補位置ｊに配置した場合に低レベル計測条件を充たすことを示す。一方、「０」に設定された成分ｂ_ｊｆは、面分ｆが、候補位置ｊから見て不可視であり、重要度が低レベルの計測部分に対応しておらず、または計測機を候補位置ｊに配置した場合に低レベル計測条件を充たさないことを示す。これら面分行列ＡおよびＢは記憶部３に記憶される。

【0079】

（配置位置決定処理）
次に、図２中のステップＳ８に示すように、計測機配置位置決定装置１の配置位置決定部１６が配置位置決定処理を行う。配置位置決定処理とは、候補位置決定部１４により決定された候補位置の中から、面分選択部１５により最終的に選択された各面分を計測するのに最適な位置を計測機配置位置として決定する処理である。配置位置決定処理では、最適な計測機配置位置の決定に数理計画法を用いる。最適な計測機配置位置を決定する問題は、組合せ最適化問題のうちの線形整数最適化問題に相当すると考えることができる。配置位置決定処理では、組合せ最適化問題における線形整数最適化問題の厳密解法を用いて最適な計測機配置位置を決定する。具体的には、配置位置決定処理では、分枝限定法を用いて最適な計測機配置位置を決定する。

【0080】

図１９は配置位置決定処理の内容を示している。図１９に示すように、本実施形態における配置位置決定処理では、まず、候補位置決定部１４により決定された候補位置の中から、重要度が高レベルの計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを計測するのに最適な位置を「高レベル配置位置」として決定する高レベル配置位置決定処理を行う（ステップＳ５１）。以下、重要度が高レベルの計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを「高レベル選択面分」という。高レベル選択面分は、面分選択処理を終えた後の面分行列Ａにおいて成分ａ_ｊｆが「１」に設定された面分ｆである。また、高レベル配置位置は高精度計測用の計測機配置位置の具体例である。

【0081】

続いて、候補位置決定部１４により決定された候補位置の中から、重要度が低レベルの計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを計測するのに最適な位置を「低レベル配置位置」として決定する低レベル配置位置処理を行う（ステップＳ５２）。以下、重要度が低レベルの計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす可視面分５１Ａを「低レベル選択面分」という。低レベル選択面分は、面分選択処理を終えた後の面分行列Ｂにおいて成分ｂ_ｊｆが「１」に設定された面分ｆである。また、低レベル配置位置は低精度計測用の計測機配置位置の具体例である。

【0082】

最後に、高レベル配置位置決定処理により決定された高レベル配置位置、および低レベル配置位置決定処理により決定された低レベル配置位置が例えば表示部５に出力される（ステップＳ５３）。

【0083】

図２０は高レベル配置位置決定処理の内容を示している。図２０に示す高レベル配置位置決定処理において、配置位置決定部１６は、まず、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを初期値に設定する（ステップＳ６１）。この初期値は例えば１である。なお、この初期値は作業者が任意に設定することができる。

【0084】

続いて、配置位置決定部１６は、面分選択処理において生成された面分行列Ａを用いて、高レベル配置位置を決定するための最適化計算を行う（ステップＳ６２）。ここで行う最適化計算では、当該最適化計算で算出される候補位置の個数が上限値Ｔ以下であり、かつ候補位置決定処理において決定された複数の候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される高レベル選択面分の個数を最大化する最適な位置を算出する。この最適化計算で算出された最適な位置が高レベル配置位置である。高レベル配置位置を決定する問題を定式化すると次のようになる。

【数1】

ここで、
Ｊ：候補位置ｊの集合
Ｆ：高レベル選択面分ｆの集合
ｚ_ｊ＝０：候補位置ｊに計測機を配置しない
ｚ_ｊ＝１：候補位置ｊに計測機を配置する
ｘ_ｆ＝０：高レベル選択面分ｆが計測されない
ｘ_ｆ＝１：高レベル選択面分ｆが計測される
Ｔ：高レベル配置位置の個数の上限値
である。

【0085】

そして、配置位置決定部１６は、この最適化計算により算出された高レベル配置位置と、当該高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍを記憶部３に記憶する。なお、高レベル配置位置は、例えばベースモデルの三次元空間の直交座標系における座標値として記憶部３に記憶される。

【0086】

続いて、配置位置決定部１６は、前回の最適化計算により算出された高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍに対する、今回の最適化計算により算出された高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍの上昇率を計算する（ステップＳ６３）。

【0087】

続いて、配置位置決定部１６は、総数ｍの上昇率が上昇率基準値以下か否かを判断する（ステップＳ６４）。上昇率基準値は例えば１％である。なお、上昇率基準値は作業者が任意に設定することができる。

【0088】

総数ｍの上昇率が上昇率基準値以下でない場合には（ステップＳ６４：ＮＯ）、配置位置決定部１６は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを１増加させてから（ステップＳ６５）、処理をステップＳ６２に戻す。

【0089】

一方、総数ｍの上昇率が上昇率基準値以下である場合には（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、配置位置決定部１６は、高レベル配置位置決定処理を終える。

【0090】

ここで、図２１は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔと、計測機を高レベル配置位置に配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍとの関係の一例を示している。図２１において、ｍ２は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを２に設定して最適化計算を行うことにより得られた高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍである。また、ｍ３は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを３に設定して最適化計算を行うことにより得られた高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍである。同様に、ｍ８は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを８に設定して最適化計算を行うことにより得られた高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍである。また、ｍ９は、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを９に設定して最適化計算を行うことにより得られた高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分の総数ｍである。図２１を見るとわかる通り、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを２から３に増加させたことによる総数ｍの上昇率（ｍ３／ｍ２）と、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを８から９に増加させたことによる総数ｍの上昇率（ｍ９／ｍ８）とを比較すると、前者の方が後者よりも大きい。このように、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔが増加すると総数ｍの上昇率が減少する。総数ｍの上昇率が極めて小さい値となった場合、それは、もはや高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを増加させても、高レベル配置位置に計測機を配置して計測される高レベル選択面分がほとんど変化しなくなったことを意味する。したがって、総数ｍの上昇率が極めて小さい値となった場合には、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔをそれ以上増加させて最適化計算を繰り返すメリットがない。そこで、図２０に示すように、配置位置決定部１６は、総数ｍの上昇率が上昇率基準値以下となった場合には、高レベル配置位置決定処理を終了する。

【0091】

図２２は低レベル配置位置決定処理の内容を示している。低レベル配置位置決定処理（ステップＳ７１〜Ｓ７５）は、次の点を除き、上述した高レベル配置位置決定処理と同じである。（１）上述した高レベル配置位置決定処理では、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔを用いるが、低レベル配置位置決定処理では、低レベル配置位置の個数の上限値Ｕを用いる。（２）上述した高レベル配置位置決定処理では、面分選択処理において生成された面分行列Ａを用いて、高レベル配置位置を決定するための最適化計算を行うが、低レベル配置位置決定処理では、面分選択処理において生成された面分行列Ｂを用いて、低レベル配置位置を決定するための最適化計算を行う。具体的には、低レベル配置位置決定処理で行う最適化計算では、当該最適化計算で算出される候補位置の個数が上限値Ｕ以下であり、かつ候補位置決定処理において決定された複数の候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される低レベル選択面分の個数を最大化する最適な位置を算出する。この最適化計算で算出された最適な位置が低レベル配置位置である。（３）低レベル配置位置決定処理で用いる上昇率基準値は、高レベル配置位置決定処理で用いる上昇率基準値と異なる場合がある。なお、高レベル配置位置決定処理および低レベル配置位置決定処理でそれぞれ用いる上昇率基準値は作業者が任意に設定することができる。それぞれの上昇率基準値を異ならせてもよいし、同じにしてもよい。

【0092】

高レベル配置位置決定処理の終了後、高レベル配置位置決定処理において最後に行われた最適化計算により算出された高レベル配置位置が記憶部３に記憶されている。また、低レベル配置位置決定処理の終了後、低レベル配置位置決定処理において最後に行われた最適化計算により算出された低レベル配置位置が記憶部３に記憶されている。配置位置決定部１６は、これら高レベル配置位置および低レベル配置位置を記憶部３から読み出し、読み出した高レベル配置位置および低レベル配置位置を表示部５等に出力する（図１９中のステップＳ５３）。なお、ここで記憶部３から読み出した低レベル配置位置には、記憶部３から読み出した高レベル配置位置と同一の位置が含まれている場合がある。その場合には、配置位置決定部１６により低レベル配置位置を表示部５に出力する際に、高レベル配置位置と同一の位置を低レベル配置位置から除外するようにしてもよい。

【0093】

図２３は計測機配置位置決定装置１により決定された設備室２８内における計測機配置位置（高レベル配置位置および低レベル配置位置）の一例を示している。この例では、設備室２８内において７つの計測機配置位置Ｐ１〜Ｐ７が計測機配置位置決定装置１により決定された。作業者は、計測機配置位置Ｐ１〜Ｐ７のそれぞれに計測機を順次配置して三次元計測を行い、三次元計測により得られた計測データを用いて空調設備の最終的な三次元モデルを生成することができる。

【0094】

以上説明した通り、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１では、面分選択処理において、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像に描画されている面分を、候補位置から見た可視面分５１Ａとして特定する（図１５中のステップＳ３５〜Ｓ３７を参照）。これにより、計測機配置位置決定装置１において、計測機配置位置を決定する処理にかかる時間を、上記非特許文献１に記載された従来技術と比較して大幅に短縮することができる。したがって、計測機配置位置の決定作業の効率を向上させることができる。

【0095】

これについて具体的に検討する。上記非特許文献１に記載された従来技術においては、計測機配置候補ボクセルから可観測である計測対象ボクセルを特定する処理を行う。この処理が、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置において候補位置から見た可視面分５１Ａを特定する処理に対応する。従来技術において、計測機配置候補ボクセルの個数をｎａとし、計測対象ボクセルの個数をｎｂとし、１つの計測機配置候補ボクセルから可観測である計測対象ボクセルをｎｂ個の計測対象ボクセルの中から特定する処理Ｐｒにかかる時間をｔとすると、ｎａ個のすべての計測機配置候補ボクセルについて処理Ｐｒを行うのにかかる時間はｎａ×ｎｂ×ｔである。一方、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１において、候補位置の個数をｍａ個とし、ベースモデルに含まれる面分の個数をｍｂ個とし、１つの候補位置から見たベースモデルの展開画像を形成し、ベースモデルに含まれるｍｂ個の面分のうち展開画像に描画されている面分を、当該１つの候補位置から見た可視面分５１Ａとして特定する処理Ｑｒにかかる時間をｕとすると、ｍａ個のすべての候補位置について処理Ｑｒを行うのにかかる時間はｍａ×ｕである。ここで、仮に、計測機配置候補ボクセルの個数と候補位置の個数が互いに等しく、かつ１つの計測機配置候補ボクセルについて処理Ｐｒを行うのにかかる時間と１つの候補位置について処理Ｑｒを行うのにかかる時間とが互いに等しいとすると、ｍａ個のすべての候補位置について処理Ｑｒを行うのにかかる時間は、ｎａ個のすべての計測機配置候補ボクセルについて処理Ｐｒを行うのにかかる時間のｎｂ分の１である。被計測物の体積が空調設備等のように大きい場合、計測対象ボクセルの個数は膨大であり、１千個を超える場合が多く、１万個を超える場合もある。したがって、この場合、ｍａ個のすべての候補位置について処理Ｑｒを行うのにかかる時間は、ｎａ個のすべての計測機配置候補ボクセルについて処理Ｐｒを行うのにかかる時間の１千分の１未満、または１万分の１未満となる。大ざっぱな検討方法であるが、この検討から、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１において候補位置から見た可視面分５１Ａを特定する処理にかかる時間が、従来技術において計測機配置候補ボクセルから可観測である計測対象ボクセルを特定する処理にかかる時間よりも桁違いに短いことは明らかである。このように、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１において候補位置から見た可視面分５１Ａを特定する処理にかかる時間を、従来技術において計測機配置候補ボクセルから可観測である計測対象ボクセルを特定する処理にかかる時間よりも大幅に短くすることができるので、計測機配置位置決定装置１において、計測機配置位置を決定する処理にかかる時間を、上記従来技術と比較して大幅に短縮することができる。

【0096】

実際に、面積が１８０ｍ^２であり、天井高さが４．６ｍである空調設備（熱源機械室）について、上記従来技術により計測機配置位置を決定する処理を行ったところ、その処理にかかった時間は２４．１分であった。また、同一の空調設備について、本発明の実施形態の計測機配置位置装置１により計測機配置位置を決定する処理を行ったところ、その処理にかかった時間は１．９分であった。これにより、上記従来技術よりも本発明の実施形態の計測機配置位置装置１の方が計測機配置位置を決定する処理にかかる時間が大幅に短いことが実際に確認された。

【0097】

また、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１では、面分選択処理において、ベースモデルに含まれる複数の面分に当該面分ごとに固有の色情報を割り当てた後に、候補位置から見たベースモデルの展開画像を生成し、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、展開画像の各画素が有する色情報が割り当てられている面分を、候補位置から見た可視面分５１Ａとして選択する。これにより、可視面分５１Ａの特定を容易に行うことができる。また、この色情報によって展開画像から可視面分５１Ａを特定する処理方法は、可視面分５１Ａを特定する処理時間の短縮化に貢献している。

【0098】

また、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１では、高レベル配置位置決定処理において、算出される候補位置の個数が、高レベル配置位置の個数の上限値Ｔ以下であり、かつ候補位置決定部１４により決定された複数の候補位置のうち、１つ以上の候補位置から計測される高レベル選択面分の個数が最大となる最適な候補位置を分枝限定法を用いて算出し、当該算出した最適な候補位置を計測機配置位置（高レベル配置位置）として決定する。この計測機配置位置決定装置１によれば、計測機配置位置を貪欲法を用いて決定する上記従来技術と比較して、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を決定することができる。したがって、三次元計測機を用いた設備等の計測作業の効率を向上させることができる。また、計測機配置位置決定装置１における低レベル配置位置決定処理においても、高レベル配置位置決定処理と同様に、計測機配置位置を貪欲法を用いて決定する上記従来技術と比較して、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置（低レベル配置位置）を決定することができる。

【0099】

実際に、面積が１８０ｍ^２であり、天井高さが４．６ｍである空調設備（熱源機械室）について、上記従来技術により計測機配置位置を決定する処理を行ったところ、当該空調設備において重要度が高レベルである計測部分の範囲の約８７．９％を計測が可能な、１０個の計測機配置位置が決定された。また、同一の空調設備について、本発明の実施形態の計測機配置位置装置１により計測機配置位置を決定する処理を行ったところ、当該空調設備において重要度が高レベルである計測部分の範囲の約８８．２％を計測が可能な、７つの計測機配置位置が決定された。これにより、本発明の実施形態の計測機配置位置装置１によれば、上記従来技術と比較し、ほぼ同一の範囲が計測される計測機配置位置の個数を減らすことができることが実際に確認された。

【0100】

また、本発明の実施形態の計測機配置位置決定装置１では、ベースモデルにおける被計測物のうち計測機で計測する計測部分に少なくとも高レベルまたは低レベルの重要度を指定する。また、高レベル計測条件におけるレーザー光の入射角範囲が低レベル計測条件におけるレーザー光の入射角範囲よりも小さくなり、かつ高レベル計測条件における計測機とベースモデルの面分との間の距離が、低レベル計測条件における計測機とベースモデルの面分との間の距離よりも小さくなるように、高レベル計測条件および低レベル計測条件を設定する。そして、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、重要度が高レベルである計測部分に対応し、かつ高レベル計測条件を充たす面分を高レベル選択面分として選択し、候補位置決定部１４により決定された複数の候補位置のうち、計測される高レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を分枝限定法を用いて算出し、当該算出した候補位置を高レベル配置位置として決定する。また、ベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から見たときに可視であり、重要度が低レベルである計測部分に対応し、かつ低レベル計測条件を充たす面分を低レベル選択面分として選択し、候補位置決定部１４により決定された複数の候補位置のうち、計測される低レベル選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を分枝限定法を用いて算出し、当該算出した候補位置を低レベル配置位置として決定する。この構成により、空調設備において重要度の高い部分を高精度に計測することができる計測機配置位置と、空調設備において重要度の低い部分を、精度を落として迅速に計測することができる計測機配置位置とをそれぞれ決定することができる。これにより、要求される計測品質を維持しつつ、三次元計測の作業時間を短縮することができ、全体的に見て三次元計測作業の効率を向上させることができる。

【0101】

なお、上記実施形態では、計測機配置位置の決定を分枝限定法を用いて行う場合を例にあげたが、計測機配置位置の決定を、線形整数最適化問題の他の厳密解法を用いて行ってもよい。また、計測機配置位置の決定を線形整数最適化問題の近似解法を用いて行ってもよい。計測機配置位置の決定を線形整数最適化問題の近似解法で行うこととした場合でも、計測機配置位置を決定する処理時間を短くするという作用効果は発揮される。

【0102】

また、上記実施形態では、高レベル計測条件および低レベル計測条件のそれぞれに、計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角と、計測機と計測部分との間の距離とが含まれる場合を例にあげた。しかしながら、高レベル計測条件および低レベル計測条件のそれぞれに、計測機から照射されるレーザー光の計測部分への入射角のみを含めるようにしてもよいし、高レベル計測条件および低レベル計測条件のそれぞれに、計測機と計測部分との間の距離のみを含めるようにしてもよい。

【0103】

また、上記実施形態では、計測部分の重要度として高レベルおよび低レベルの２通りの重要度を指定し、これら２通りの重要度に対応する高レベル配置位置および低レベル配置位置を決定する場合を例にあげたが、例えば高レベル、中レベル、低レベルといったように、計測部分の重要度を３通り以上指定することとし、これら３通り以上の重要度に対応する３種類以上の計測機配置位置を決定するようにしてもよい。また、計測部分の重要度を指定しないこととし、１種類の計測機配置位置を決定するようにしてもよい。

【0104】

また、上記実施形態において、ベースモデルの面分の形状は三角形であるが、面分の形状は三角形に限らない。

【0105】

また、上記実施形態では、被計測物として空調設備を例にあげたが、本発明は、空調設備に限らず、給排水、電気通信等の設備や機械、建築物等、様々な被計測物を計測機で計測するための計測機配置位置の決定に用いることができる。

【0106】

また、図２中のステップＳ２がベースモデル取得工程の具体例であり、ステップＳ３が計測部分指定工程の具体例であり、ステップＳ５およびＳ６が候補位置決定工程の具体例である。また、ステップＳ７が面分選択工程の具体例であり、ステップＳ８が配置位置決定工程の具体例である。

【0107】

また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う計測機配置位置決定装置、計測機配置位置決定方法およびプログラムもまた本発明の技術思想に含まれる。

【符号の説明】

【0108】

１ 計測機配置位置決定装置
１１ ベースモデル読込部（ベースモデル取得部）
１２ 計測部分指定部
１３ ボクセルモデル生成部
１４ 候補位置決定部
１５ 面分選択部
１６ 配置位置決定部
５１ 面分
５１Ａ 可視面分

【要約】

【課題】計測機配置位置を決定する処理時間を短くし、また、広い範囲の計測が可能な、より少ない個数の計測機配置位置を決定する。
【解決手段】計測機配置位置決定装置は、ＳｆＭにより生成された被計測物等のベースモデルに含まれる複数の面分のうち、候補位置から被計測物を見たときに可視であり、かつ指定された計測部分に対応する面分を選択面分として選択する面分選択処理（Ｓ７）と、決定された複数の候補位置のうち、計測される選択面分の個数が最大となる１つ以上の候補位置を数理計画法を用いて算出し、当該算出した候補位置を計測機配置位置として決定する配置位置決定処理（Ｓ８）等を行い、面分選択処理では、候補位置から見たベースモデルの展開画像に基づいて、候補位置から被計測物を見たときに可視である面分を特定する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】