[論文レビュー] 3-Phase Recognition Approach to Pseudo 3D Building Generation from 2D Floor Plan

Raj Kishen Moloo, Muhammad Ajmal Sheik Dawood+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2011

3D Surveying and Cultural Heritage被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、画像処理、XMLベースの属性保存、Irrlichtゲームエンジンを用いたインタラクティブ3D可視化により、2次元の間取り図から自動的に擬似3D建物モデルを生成する3段階の認識システムを提案する。本システムは、平均して3秒の処理時間と4秒の3D生成時間を達成しており、6つの複雑さの異なるテスト用間取り図において、インタラクティブなウォークスルーと部品の変更が可能である。

ABSTRACT

Nowadays three dimension (3D) architectural visualisation has become a powerful tool in the conceptualisation, design and presentation of architectural products in the construction industry, providing realistic interaction and walkthrough on engineering products. Traditional ways of implementing 3D models involves the use of specialised 3D authoring tools along with skilled 3D designers with blueprints of the model and this is a slow and laborious process. The aim of this paper is to automate this process by simply analyzing the blueprint document and generating the 3D scene automatically. For this purpose we have devised a 3-Phase recognition approach to pseudo 3D building generation from 2D floor plan and developed a software accordingly. Our 3-phased 3D building system has been implemented using C, C++ and OpenCV library [24] for the Image Processing module; The Save Module generated an XML file for storing the processed floor plan objects attributes; while the Irrlitch [14] game engine was used to implement the Interactive 3D module. Though still at its infancy, our proposed system gave commendable results. We tested our system on 6 floor plans with complexities ranging from low to high and the results seems to be very promising with an average processing time of around 3s and a 3D generation in 4s. In addition the system provides an interactive walk-though and allows users to modify components.

研究の動機と目的

• 手動での3Dモデリングツールや熟練デザイナーに依存しない、2次元の間取り図から3次元建築可視化を自動生成すること。
• 建築設計および建設分野における従来の3次元モデリングワークフローの非効率性と高コストな労働負荷を是正すること。
• 画像認識と手続き的レンダリングを用いて、図面ドキュメントから迅速かつ準自動的に3次元シーンを生成すること。
• 設計の検討とプレゼンテーションの向上を目的として、インタラクティブな3次元ウォークスルーと部品レベルの変更を可能にすること。
• 複雑さの異なる間取り図を一貫したパフォーマンスと出力品質で処理できるスケーラブルなパイプラインの開発

提案手法

• 段階1：OpenCVを用いた画像処理技術を適用し、2次元間取り図画像から壁、ドア、窓などの幾何的特徴を検出・抽出する。
• 段階2：処理済み画像内の空間的関係性と構造的パターンを分析することで、部屋、通路などの間取り部品を認識・分類する。
• 段階3：XMLファイルに格納された認識済み部品とその属性に基づき、Irrlichtゲームエンジンを用いて擬似3Dモデルを生成する。
• 検出されたオブジェクトの構造的および意味的属性をXMLファイルに保存し、3次元レンダリングおよびインタラクティブな変更のためのデータ保持を実現する。
• 3次元レンダリングエンジンを統合し、リアルタイムでのインタラクティブなウォークスルーと動的な部品編集を可能にする。
• C/C++をコアロジックに、OpenCVを画像処理に、Irrlichtを3次元可視化に使用するモジュラーなソフトウェアアーキテクチャを採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3段階の認識システムは、2次元間取り図から構造的および意味的情報を効果的に抽出し、自動3次元モデル生成を可能にするか？
• RQ2 本システムは、複雑さの異なる間取り図を最小限の人的介入で、どの程度の効率で処理できるか？
• RQ3 本システムは、生成後、どの程度のレベルでインタラクティブな3次元可視化と部品レベルの変更をサポートするか？
• RQ4 実際の建築用途において、処理時間およびレンダリング時間の観点から、パイプラインのパフォーマンスオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 本システムは、特別な3次元設計ツールを用いずに、標準的な2次元図面から視覚的に整合性があり意味的に正確な擬似3次元モデルを生成できるか？

主な発見

• 本システムは、複雑さが低から高までの6つの2次元間取り図から、擬似3次元建物モデルを正常に生成した。
• 間取り図の分析および部品認識の平均処理時間は、1つの間取り図あたり約3秒であった。
• 3次元モデルの生成およびレンダリングは、1つの間取り図あたり平均4秒で完了し、リアルタイム実現の可能性が示された。
• 本システムは、インタラクティブなウォークスルーをサポートしており、ユーザーが3次元環境で部品を動的に変更できる。
• OpenCVによる画像処理、XMLによるデータ永続化、Irrlichtエンジンによるレンダリングの統合は、パイプラインにおいて効果的かつスケーラブルであった。
• 結果から、建築可視化分野における自動化の強力な可能性が示された。手動による3次元モデリングワークフローへの依存が低減できる。