【論文100本ノックの93】複数参照座標系の点群データからの半自動統合地図生成システム
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の93本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
複数参照座標系の点群データからの半自動統合地図生成システム
秋山英久, 竹内栄二朗, 田所諭, 下羅弘樹, & 野田五十樹 産業技術総合研究所、東北大学
第 73 回全国大会講演論文集 2011.1 (2011): 339-340. 2011
3.2 研究内容
（社会的・技術的ニーズ）
震災やテロなどの災害時の情報収集をより安全に遂行するため、遠隔操縦型探査ロボットによる環境情報の収集が期待されている
（提案手法）
複数台の移動ロボットが収集する3次元点群データから統合地図を半自動で生成するために、地理情報データベースとグラフ修正法を利用したフレームワークを提案する。
3.3 従来の問題点と解決法
・移動ロボットによる環境地図生成タスクの研究では、測域センサデバイスによって観測された点群データを用いてロボットの周囲の形状を計測するアプローチが多いが、複数台のセンサ情報の統合や、既存地図データの利用への対応は不十分である
→地理情報データベースを用いた情報集約、人間のオペレータによる介入を許容する参照座標系変換の仕組みを提案する
3.4 提案手法地理情報データベースへの情報集約を行った上で、観測された点群データを用いることで複数台ロボットの位置市政情報を修正し、統合地図上へマッピングする
位置姿勢情報を修正する手法として、グラフ修正法を用いる
（１）地理情報データベースへの情報集約
地理情報データベースDaRuMaによって、チリ表現、時刻表現を構造化し、データベース上で柔軟に扱えるだけでなく、参照座標系変換情報のフィードバックも可能となる
（２）グラフ修正法
観測されたロボットの位置姿勢をグラフノードとし、2ノード間の相対位置関係とその誤差分散を拘束条件と定義する。
誤差分さんが大きいほど、ロボットの位置市政情報の信頼性は低い。
グラフ修正法は以下の3ステップで実行される。
ア ノードの生成
x,y,z,roll,pitch,yawの6自由度情報をノードとして生成する
イ 拘束条件の生成
以下の3つの拘束条件を使用する。
・オドメトリによる拘束条件
・3次元形状マッチングに基づく拘束条件
・人間の観察に基づく教示情報による拘束条件
ウ ノード位置の最適化
与えられた高速条件に対してノード位置の同時確率を最大化するようなノード位置の変位量を求める
3.5 検証実験
提案手法を実装し、統合地図を生成した。
人手により数個の拘束条件を与えるだけで、位置測定誤差を大幅に減少できることが確認できた。
3.6 今後の検討
なし。
４ 出現用語
５ おわりに
研究の貢献対象として、日本では「軍事分野への貢献はご法度」と言われている。
しかし、本研究のように、近年では「テロ対策」も1つの貢献分野として認められつつあるような気がする。
テロへの対応が警察なのか軍隊なのかはよくわからないが、組織だった武力に対応するための能力であれば、軍事分野にはならないのだろうか。
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの92】道路情報プラットフォームにおけるユーザインタフェースの開発
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の92本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
道路情報プラットフォームにおけるユーザインタフェースの開発
石川真成, 坂本大介, 阿部昭博, 市川尚, & 窪田諭.
第 76 回全国大会講演論文集 2014.1 (2014): 719-721. 2014
3.2 研究内容
（社会的・技術的ニーズ）
道路の補修や苦情対応を行う維持管理業務を効率的に行うプラットフォームのニーズがある。
（提案手法）
人間中心設計の観点から、道路維持管理業務プラットフォームのための使いやすいユーザインターフェースを開発する。
3.3 従来の問題点と解決法
・従来手法では、機器設置が困難な箇所や狭隘部で計測ができず、モデリングを効率的に行うための情報が少ないため、適用拡大には多くの問題点がある
→レーザスキャナとデジタル写真測量を併用する
3.4 提案手法・オンライン・オフライン両対応
・現場職員が収集した情報をもとに事務所職員が対応方針を指示できるようにする
・将来的には構造物の台帳データを点群データとして活用することが考えられる。今回は斜面管理機能を試作した。
・以下の5機能を登録した
・データ登録機能
・データ検索機能
・データ表示機能
・地図描画機能
・コメント機能
3.5 検証実験
提案手法を実装した後、エキスパートレビューを行った。
その結果、オンライン・オフライン両システムのインターフェースの統一が概ね図れていた。
実務での利用可能性評価では、実務者２名の利用評価の結果、実務に即した設計及び機能が実装されていると評価された。
データ検索機能とコメント機能について、統一の必要性が指摘され、改善した。
3.6 今後の検討
・実務でのシステム運用と評価
４ 出現用語
５ おわりに
点群は未だ２次元画像ほど広く使われるデータではないが、非常に有用性の高いものであると思われる。
おそらく、それゆえに点群を対象とする研究も盛んなのだと思う。
今後、点群が一般的なものとなった場合、どのように活用していくかが重要なテーマとなるだろうが、その一例として興味深かった。
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの91】レーザスキャナ・デジタル写真測量併用型計測システムの開発
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の91本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
レーザスキャナ・デジタル写真測量併用型計測システムの開発
横山大, and 斎藤博志 日立プラント建設、日立プラントシステムエンジニアリング
第 66 回全国大会講演論文集 2004.1 (2004): 85-86. 2004
3.2 研究内容
（社会的・技術的ニーズ）
プラント据付工事での計測合理化等に、レーザスキャナ計測の適用拡大のニーズがある。
（提案手法）
レーザスキャナとデジタル写真測量を併用したハイブリッド型計測システムを開発する。
3.3 従来の問題点と解決法
・従来手法では、機器設置が困難な箇所や狭隘部で計測ができず、モデリングを効率的に行うための情報が少ないため、適用拡大には多くの問題点がある
→レーザスキャナとデジタル写真測量を併用する
3.4 提案手法デジタル写真測量情報と点群データから「擬似中心投影画像」を仮想空間内に作成し、点群データと撮影画像の自動対応付けを行うことで色付き点群データの作成を行った。
3.5 検証実験
提案手法を適用した。
（１）死角部分計測結果
レーザスキャナとの誤差は8m以内で最大±10mm程度であった。
レーザスキャナ計測死角部分に適用した。
（２）色付き点群データ作成結果
色付き点群が作成できた。
3.6 今後の検討
・開発したシステムの適用範囲の拡大
４ 出現用語
５ おわりに
本論文はKinect以前のものだが、色付き点群の作成については、Kinect登場以来、実用レベルに到達したという認識が広がったせいか、あまり新規の研究がない気がする。
時代を重ねるごとに新しい技術が普及し、古い基礎的な技術を全く意識しなくてよくなることは、ユーザーとしては非常に良いことだが、研究者や開発者にとっては、実感のないまま基礎技術を勉強しなくてはならず、かえって古い技術のほうが難解に感じることがある。
特に情報系分野は進歩が早く、この傾向が顕著であるように思う。
肝要なのは、いきなり中途半端に古い技術に手を出さず、最も古い技術から追いかけるか、理解できる新技術から遡っていくことのように思う。
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの90】点群データの擬似サーフェースレンダリング
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の90本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
点群データの擬似サーフェースレンダリング
川田弘明, and 金井崇 慶應義塾大学
第 65 回全国大会講演論文集 2003.1 (2003): 201-202. 2003
3.2 研究内容
（社会的・技術的ニーズ）
点群のみのデータをレンダリングする際、点と点の間をどう埋めるかが問題となっている。
（提案手法）
点群データを2次元に投影した状態から面を生成し、レンダリングを行う手法を提案する
3.3 従来の問題点と解決法
なし
3.4 提案手法レンダリング手法の手順
（１）
レンダリング画像よりも小さいバッファに、投影変換による2次元座標を格納する。この際、小数点以下も保存する（=サブピクセル化する）ことで、後の拡大作業での画質劣化を防ぐ。
また、対応する三次元座標と、視点から一番近い点、色情報も、それぞれ格納する。
（２）
3次元座標から法線を生成し、バッファに記録する。
（３）
S倍に拡大させ、法線を利用したライティング計算を面が構成できる点ごとに計算し表示する。
（４）
隣接ピクセルに２つ以上点があれば面を生成する
3.5 検証実験
提案手法を、スタンフォードバニーに適用した。
一部エッジがギザギザになったり、背後に物体のある部分のエッジがぼやけてしまった。
3.6 今後の検討
・不具合の改善
４ 出現用語
５ おわりに
私が点群データにメッシュを貼る際には、通常ソフトを使う。
しかし、Blenderではまともに貼れず、MeshLabでは一応貼れるが規則的な分割ではないなどの問題が生じる。
これらを解決するようなメッシュ生成ソフトがほしい。
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの89】臓器統計モデルの医用画像への位置合わせの GPU を用いた高速化
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の89本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
臓器統計モデルの医用画像への位置合わせの GPU を用いた高速化
堤貴浩, and 本谷秀堅 名古屋工業大学
第 74 回全国大会講演論文集 2012.1 (2012): 271-272. 2012
3.2 研究内容
（社会的ニーズ）
発電プラント建設では多くの配管が必要なので、配管の個体識別の自動化というニーズがある。
（提案手法）
臓器統計モデルの医用画像への位置合わせのGPUを用いた高速化を提案する
3.3 従来の問題点と解決法
なし。
3.4 提案手法計算量が膨大である医用画像の位置合わせに、GPUを使用する。
3.5 検証実験
CPUのみ、GPUのみ、重み計算のみGPU、重み計算にShared Memoryを使用、の４とおりの処理を実践した。
分布ごとにシリアルにする必要があるサンプリングでは、CPUの方が高速に計算することができた。
重み計算では、メモリへのアクセスや計算量が多いため、並列処理できるGPUの方が高速であった。
Shared Memory活用により、Global Memoryへのアクセスが減少し、高速に処理できた。
3.6 今後の検討
なし。
４ 出現用語
５ おわりに
以前参加した学会のパネルディスカッションで、「海外の論文採択等では、新規性が非常に重要視され、実装に関する論文は微に入り細を穿つ修正要求があり、最終的に採択されないことがある。もっと実装論文を採択すべきだ。」という主張があった。
実装論文は確かに意義があるが、それは研究というよりは開発に近い。
実装論文は他人の論文で使用されたプログラムのリバースエンジニアリングと改良の過程に近く、悪く言えば頭を使わなくても研究のネタになる。
医学の分野では、イヌでやった実験をネコでやっただけ、というような研究（いわゆる「イヌネコ研究」）が多く認められているらしいが、それをきくと、「医者の博士って楽に取れそう」と思う。
本論文は、もちろんGPU使用がどのくらい役に立つかを知る上で非常に有用な一例であり、有意義なものであるが、やはり研究者のアイデアや思想といったものを感じられるものではなかった。
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの88】複数ステレオ画像を用いた配管資材の形状計測
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の88本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
複数ステレオ画像を用いた配管資材の形状計測
島倉諭, & 関洋 日立製作所、日立研究所
第 74 回全国大会講演論文集 2012.1 (2012): 21-22. 2012
3.2 研究内容
（社会的ニーズ）
発電プラント建設では多くの配管が必要なので、配管の個体識別の自動化というニーズがある。
（提案手法）
ポリゴンによる幾何モデルから生成された３次元テクスチャを、ポイントベースレンダリングによってデータ量を削減してレンダリングを行った。
3.3 従来の問題点と解決法
・単一画像による物体認識では自動化に限界があり、認識率も低い
→複数画像からの3次元形状情報復元
3.4 提案手法
（１）SfMによる３次元復元
（２）配管要素の抽出（配管以外の除去）
（３）配管設計3D-CADデータとの照合
ア 主成分分析による配管の中心線ベクトル算出
イ 配管断面形状の検出と中心点の算出
ウ 配管の中心線、及び、形状特徴量の算出
エ 配管の形状特徴量と配管設計3D-CADデータの照合
3.5 検証実験
実際の配管に対し、提案手法を適用した。
概ねの形状を示すデータは取れたものの、類似する配管が存在するため、一意に特定できなかった。
3.6 今後の検討
・配管形状以外の建設情報を統合評価する仕組みを考慮に入れた個体認識
４ 出現用語
５ おわりに
SfMによる点群取得は、ロボットの走行など、ある程度粗くても良いものには適当だが、配管のような細かい情報を扱うには不適当ではないかと考える。
Kinect等でやったら、もう少し違うのだろうか？
６ 今後調査したい事項
【論文100本ノックの87】異方性 3 次元テクスチャのポイントベースレンダリング
１ 目 的
点群に関する研究論文を読み、点群処理に関する知識を得るとともに、新たな研究のための気づきを得る。
２ はじめに
100本計画の87本目として、和文2ページの本論文を読む。
３ 対象論文と要約
3.1 対象論文
異方性 3 次元テクスチャのポイントベースレンダリング
伊藤智也, 藤本忠博, 村岡一信, 千葉則茂 八戸工業大学、岩手大学、東北工業大学
情報処理学会第 68 回全国大会 3 (2007): 3. 2007
3.2 研究内容
（社会的ニーズ）
なし。
（提案手法）
ポリゴンによる幾何モデルから生成された３次元テクスチャを、ポイントベースレンダリングによってデータ量を削減してレンダリングを行った。
3.3 従来の問題点と解決法
・細かい表現構造を持つCGは、データ量・計算時間・画像品質の点で問題がある
→３次元構造を持つテクスチャを用いる。
・異方性３次元テクスチャ法は、レイトレーシング型のボリュームレンダリングを適用しているため、与えられた幾何情報によっては、データ量・計算量も膨大になる。
→ポイントベースレンダリング法を用いる
3.4 提案手法異方性テクスチャの表現では、ボクセル単位で球体を作成し、その表面上の点に異方性に必要な情報を記憶させる
（１）繊細な形状をポリゴンで作成する
（２）作成したポリゴンをボクセルの範囲でクリッピングし、サブポリゴンと呼ぶクリッピングされたポリゴンをそのボクセルに登録する。
（３）各ボクセルに密度球、陰影球を用意する。
ア 密度球、陰影球の表面上をランダムにサンプリングした点を生成し、それら各点pをクリアする
イ ボクセルに含まれるサブポリゴンの全てにおいて、次の作業を行う。
（ア）ボクセルの投影面積を１とした相対面積で、各サブポリゴンの面積を正規化する。
（イ）サブポリゴンの単位法線ベクトルをN、相対面積をS、密度球の表面上における点pの単位法線ベクトルをNpとすると、密度球状のすべての点pについて、Spを加える。
（ウ）サブポリゴンのNと同じ法線を持つ陰影球状の点pに、そのサブポリゴンの相対面積と表面反射係数、phongの係数を加える
（４）ボクセルごとに、サブポリゴンの法線、面積、表面反射率などから、密度球、陰影級の表面上にそれらの情報を登録する。
（５）ポイントデータの作成
仮想球体に登録された密度球上の点の中から、サブポリゴンの断片の面積に比例した面積の点を数個抽出し、法線を与える。
（６）ポイントデータのレンダリング
スプラフティングによりレンダリングする
3.5 検証実験
提案手法により樹木をレンダリングした。
レイトレーシングによるボリュームレンダリングでは、エイリアシングが少なかった。
3.6 今後の検討
・視点に依存した点群データの効率的な生成法
・スプラフティング以外のポイントレンダリング手法の適用
４ 出現用語
５ おわりに
提案手法を紹介しながら、実験結果では一般的手法と既存手法の評価しかせず、提案手法の評価を一切しないという、珍しい論文であった。
点群処理ばかりしていると、点群そのものが（２次元画像に比べて）重いデータ形式と思いがちだが、CGと比較するとまだ軽いデータらしい。
このような気付きが得られるのも、他者の視点があったればこそである。
６ 今後調査したい事項
