[論文レビュー] StreetGen : In base city scale procedural generation of streets: road network, road surface and street objects

Rémi Cura, Julien Perret+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2018

Automated Road and Building Extraction参考文献 7被引用数 8

ひとこと要約

StreetGenは、最小限の入力データから一貫した道路網、道路表面、街路施設を生成する統合的でGISベースの手続き的フレームワークを提案する。リレーショナルデータベース（PostGIS）と強固な幾何的ヒューリスティクスを活用することで、大規模な都市スケールで正確でトポロジカルに整合性のある街路モデルを生成した。パリを対象に実証し、インタラクティブ編集および逆手続き的モデリングによる検証を実施した。

ABSTRACT

Streets are large, diverse, and used for several (and possibly conflicting) transport modalities as well as social and cultural activities. Proper planning is essential and requires data. Manually fabricating data that represent streets (street reconstruction) is error-prone and time consuming. Automatising street reconstruction is a challenge because of the diversity, size, and scale of the details (few centimetres for cornerstone) required. The state-of-the-art focuses on roads (no context, no urban features) and is strongly determined by each application (simulation, visualisation, planning). We propose a unified framework that works on real Geographic Information System (GIS) data and uses a strong, yet simple modelling hypothesis when possible to robustly model streets at the city level or street level. Our method produces a coherent street-network model containing topological traffic information, road surface and street objects. We demonstrate the robustness and genericity of our method by reconstructing the entire city of Paris streets and exploring other similar reconstruction (airport driveway).

研究の動機と目的

• 都市計画における詳細な街路データの手作業再構築という課題に取り組む。これは時間と労力を要し、誤りの原因にもなる。
• 現存する手続き的手法が、現実の都市の複雑さを反映しない狭義の道路や仮想世界に特化しているという制限を克服する。
• トポロジカルな道路網、表面幾何、街路レベルのオブジェクトを統合した汎用的かつ拡張可能なフレームワークを構築する。
• 外部データ（例：航空写真、LiDAR）を用いた観測データに基づくインタラクティブなモデルの精練を可能にする。
• 将来的な逆手続き的モデリングを支援するため、生成されたモデルが実世界の観測に適合するようにパrameter最適化を可能にする。

提案手法

• トポロジカル整合性と並列処理を実現するため、リレーショナルデータベース管理システム（PostGIS）を用いて街路データを格納・処理する。
• シンプルだが堅牢なモデリング仮説を採用：街路網は軸線から構築され、レーン、マークイング、表面は幾何的ルールによって導出される。
• GEOSを介したバッファ操作、ブール集合演算、距離計算を活用して、道路表面および交差点を生成する。
• レーン幅による軸線のオフセットと曲率補正を用いて道路表面をモデリングする。必要に応じて弧を線分に近似する。
• 外部データ（例：航空写真）を用いて結果をユーザーが精練できるインタラクティブ編集動作を導入するが、専用GUIは不要。
• 文法や意味的ルールを用いて複雑なオブジェクトへの拡張を可能にするが、これは今後の課題のまま残されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小限の入力で、都市スケールの手続き的街路生成システムが、トポロジカルに整合性のある詳細な街路モデルをどのように生成できるか。
• RQ2 どのようなモデリング仮説が、パリや空港のような多様な都市環境において堅牢で汎用的な街路生成を可能にするか。
• RQ3 GISネイティブなアプローチ（PostGIS）が、大規模で並列的かつ正確な街路手続き的モデリングをどのように支援できるか。
• RQ4 インタラクティブ編集および逆手続き的モデリングは、自動生成された街路モデルの現実性をどの程度向上できるか。
• RQ5 弧を線分に近似する現行の幾何的近似（例：弧→線分変換）には、どのようなトポロジカル整合性の損なわれ方があるか。

主な発見

• StreetGenは、道路軸線データのみを用いて、パリ全土の完全でトポロジカルに整合性のある街路網を成功裏に生成した。
• 複雑な都市幾何（曲がりくねった道路、複雑な交差点など）の処理において、その堅牢性が裏付けられた。
• 弧を線分に近似する処理に起因する精度の問題が、ブール集合演算におけるトポロジカルエラーを引き起こした。これは、CGALのような正確な計算ツールの必要性を浮き彫りにした。
• PostGIS互換ツールを介したインタラクティブ編集が可能であり、航空写真やLiDAR由来の観測データに合わせたモデル整列が可能である。
• 点および表面ベースの街路オブジェクトは成功裏にモデリングされたが、レーンマークのような線形特徴や複雑なオブジェクト文法はまだ未発達である。
• パrameter最適化を可能にするためのフレームワークにより、将来的な逆手続き的モデリングが可能になった。具体的には、歩道やマークイングなどの実世界観測に適合するようにパラメータを最適化できる。