平成13年度古典籍デジタルアーカイブ研究センター

研究成果報告書

学術フロンティア研究プロジェクト代表者龍谷大学 理工学部 教授

岡田 至弘

2002年5月

目 次

1 研究概要 1

1.1 研究の背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 研究内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 共同研究の体制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 期待される研究成果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 研究成果の公表計画 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.6 研究計画 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.7 年度別研究計画 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.8 共同研究プロジェクトに参加する主な研究者 . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 購入装置の概要 10

2.1 アーカイブシステム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 超高精細入出力装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3 3次元計測装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4 3次元・2次元高精細画像の表示装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5 コンテンツ情報の解析支援システム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6 科学分析装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 ディジタルアーカイブ方式の研究 15

3.1 3次元形状復元データを用いた実体モデル製作の実用化法の提案 . . . . 15

3.1.1 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.2 本手法の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

i

3.1.2.1 中心射影カメラ行列によるカメラキャリブレーション . 17

3.1.2.2 色空間閾値処理による物体領域の抽出 . . . . . . . . . 20

3.1.2.3 ボクセル表現による 3次元形状復元 . . . . . . . . . . . 22

3.1.3 復元結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.1.4 光造型機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.1.5 おわりに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2 平面図・立面図を用いた視体積交差法に基づく石窟寺院および遺跡の 3

次元モデリング . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.1 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2.2 平面図を用いた 3次元モデリング . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2.2.1 平面図の解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2.2.2 3次元モデルの生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2.3 立面図を用いた視体積交差法に基づく 3次元モデルの生成 . . . 33

3.2.3.1 前処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2.3.2 視体積交差法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.3.3 3次元モデルの生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.2.4 実画像から立面図の生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.2.4.1 対象物体に関する条件設定 . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.2.4.2 弱透視投影カメラモデル . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.2.4.3 対象物体の輪郭抽出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2.4.4 対象物体の中心軸抽出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2.4.5 中心軸を用いた画像の幾何学変換 . . . . . . . . . . . . 40

3.2.5 実験と結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.2.5.1 平面図を用いた石窟寺院の 3次元モデリング . . . . . . 41

3.2.5.2 立面図を用いた石窟寺院の 3次元モデリング . . . . . . 45

3.2.5.3 実画像を用いた遺跡の 3次元モデル . . . . . . . . . . . 47

3.2.6 おわりに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

ii

3.3 分散環境におけるディジタルコンテンツのメタデータ管理システム . . 54

3.3.1 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.3.2 分散コンテンツ処理技術と課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3.3 分散コンテンツ向けアーキテクチャ . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.4 論理サイトの設計と実装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.3.5 論理サイトの動作実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.3.6 評価とまとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.4 古文書テキストの縦組製版・Web表示とXMLデータベース化に関する

調査と展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.4.1 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.4.2 古文書における超多文字コード化の問題 . . . . . . . . . . . . . 86

3.4.2.1 超多文字コード化の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.4.2.2 フォントの書体の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.4.3 縦組表示・印刷の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.4.3.1 縦組表示・印刷（LaTeXによる製版並びにPDFによる

Web表示と印刷） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.4.3.2 縦組表示（Java AppletによるWeb表示） . . . . . . . 91

3.4.4 古文書のXML文書化とデータベース化 . . . . . . . . . . . . . . 91

3.4.5 古文書のXML文書化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.4.6 正信偈講義 (shousinnge.xml) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.4.7 古文書のリレーショナルデータベース化 . . . . . . . . . . . . . 93

3.4.8 古文書のXMLデータベース化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.4.9 展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4 科学分析・保存に関する研究 99

4.1 銅印の三次元デジタルデータの保存と複製 . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.1.1 緒言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

iii

4.1.2 実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.1.3 結果および考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.1.4 結言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.2 中央アジア西域将来経典の元素分析に関する研究 . . . . . . . . . . . . 108

4.2.1 緒言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.2.1.1 本研究の目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.2.2 実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.2.2.1 試料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

4.2.2.2 測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.2.3 結果および考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.2.3.1 定性分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.2.3.2 紙に保持される化合物の組成比に関する測定結果 . . . 115

4.2.4 まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.2.5 謝辞 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.3 手漉き和紙の簀の目の画像解析に関する研究 . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.3.1 緒言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.3.2 地合とその評価法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

4.3.3 本研究の目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.4 実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.4.1 試料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.4.2 透過画像の取得 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

4.4.3 画像解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

4.5 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

4.5.1 取り込み画像の角度、描画物がパワースペクトルに及ぼす影響 . 123

4.5.2 簀の目の分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

4.5.2.1 同一書籍に使用された紙における簀の目の分析 . . . . 125

4.5.2.2 様々な書籍の簀の目の間隔の分析 . . . . . . . . . . . . 126

4.6 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

iv

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.7 X線分析顕微鏡によるネパール写本挿絵の分析 . . . . . . . . . . . . . . 130

4.7.1 緒言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

4.7.2 実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

4.7.3 結果および考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.8 紙に関する表面分析および、「せん仏」の科学分析 . . . . . . . . . . . . 138

4.8.1 緒言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

4.8.1.1 大谷コレクション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

4.8.1.2 紙 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

4.8.2 研究目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

4.8.3 実験方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.8.3.1 和紙 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.8.3.2 せん仏 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

4.8.4 結果と考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

4.8.4.1 和紙 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

4.8.4.2 せん仏 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5 コンテンツ情報の解析 156

5.1 龍谷大学図書館の漢文文書 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

5.2 龍谷大学図書館の所蔵品、収集品分散の経緯 . . . . . . . . . . . . . . . 157

5.2.1 龍谷大学図書館の所蔵品 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

5.2.2 収集品分散の経緯 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

5.3 大谷探検隊とイスラム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

5.4 京都国立博物館の探検隊資料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

5.5 西域南道ニヤ遺跡の出土資料のデジタル保存について . . . . . . . . . . 163

5.6 サンスクリット仏教写本の文献学的研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

5.7 民族植物学的研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

5.8 奈良絵本等の研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

5.9 古典籍の調査と目録作成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

v

5.10 日本における中国語情報処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

5.11 中央アジア仏教文化の文献学的研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

6 発表論文・書籍等の一覧 170

vi

図 目 次

3.1 本手法の処理の流れ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 キャリブレーションボード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3 撮影方向推定のためのランドマーク . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4 モデリングエラー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.5 チェックパターン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.6 ボクセルからシルエット画像への投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.7 3次元形状復元結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.8 高精度形状復元 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.9 処理の流れ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.10 平面図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.11 平面図の記述結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.12 3次元モデルの生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.13 立面図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.14 立面図の分割 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.15 視体積交差法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.16 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.17 弱透視投影 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.18 中心軸の抽出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.19 ベゼクリク千仏洞 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.20 平面図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.21 ベゼクリク第 9号窟の 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . 44

vii

3.22 キジル石窟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.23 キジル石窟 (1903年当時) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.24 キジル第 1号石窟の 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.25 キジル第 8号石窟の 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.26 キジル第 139号石窟の 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.27 モール仏塔 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.28 モール仏塔の 3次元モデル生成結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.29 大谷文書画像データの例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.30 提案システムの全体構成:データ管理サイト、メタデータ管理サイト、ユー

ザインタフェースサイトで構成される . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.31 メタデータ管理サイト:サイトサーバ、メタデータベース、IDマネージャ、

検索 (処理)エージェント、外部情報マネージャで構成される . . . . . . 73

3.32 処理結果: (a)LGLWによるグループ化、(b)DBMによるマッチング . . 80

3.33 縦書き「正信偈」の例：「正信偈講義」4)で使われている書体でEUC J

に無い漢字を 今昔文字鏡の漢字で置き換えて表示した。作業時間が不

十分で確実なことは言えないが 今昔文字鏡でも異体字の問題は完全に

解決できていないのではないかと言う印象である。 . . . . . . . . . . . 90

4.1 銅印 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.2 銅印の測定データ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.3 複製品 1の切削加工データ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.4 複製品 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.5 鋳型の切削加工データ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.6 鋳型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.7 複製品 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.8 複製品 1の測定データ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.9 複製品 2の測定データ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.10 印章の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.11 方形銅印の現物と複製品の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

viii

4.12 楕円形銅印の現物と複製品の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.13 ハート形銅印の現物と複製品の比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

4.14 紙試料中のカルシウム成分の定量に用いた検量線 . . . . . . . . . . . . 110

4.15 スタインコレクションNo.15の組成像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

4.16 スタインコレクションNo.1の組成像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.17 スタインコレクションNo.14の組成像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.18 試料中に保持されたケイ素の質量とアルミニウムの質量の関係 . . . . . 116

4.19 試料中に保持されたケイ素の質量とマグネシウムの質量の関係 . . . . . 117

4.20 試料中に保持されたイオウの質量とカルシウムの質量の関係 . . . . . . 118

4.21 観世流改訂謡本に使用されていた紙の透過画像 (a)およびそのパワース

ペクトル図 (b) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

4.22 瑞應塵露集に使用されていた紙の透過画像 (a)およびそのパワースペク

トル図 (b) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4.23 様々な書籍の簀の目の数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

4.24 試料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.25 測定個所 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.26 部分分析結果 1～3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

4.27 部分分析結果 4および顕微鏡による観察写真 . . . . . . . . . . . . . . . 134

4.28 部分分析結果 5～7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

4.29 各元素の分布状態 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

4.30 せん仏 (龍谷大学図書館所蔵) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

4.31 各試料における繊維幅 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

4.32 各原料のおける繊維幅 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

4.33 No.62の顕微鏡写真 (原料 パルプ・倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . 1514.34 No.74の顕微鏡写真 (原料 楮・倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . . . 1514.35 No.72の顕微鏡写真 (原料 三椏・倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . . 1514.36 No.70の顕微鏡写真 (原料 雁皮・倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . . 1514.37 No.70の顕微鏡写真 (蒸着済み・倍率 ×500) . . . . . . . . . . . . . . . 1514.38 No.70の顕微鏡写真 (未蒸着・倍率 ×500) . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

ix

4.39 各試料におけるCaおよび Fe元素の相対強度比 . . . . . . . . . . . . . 152

4.40 原料別におけるCaおよび Fe元素の強度比の値 . . . . . . . . . . . . . 152

4.41 産地別におけるCaおよび Fe元素の相対強度比 . . . . . . . . . . . . . 153

4.42 楮 1の顕微鏡写真 (倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534.43 No.216の顕微鏡写真 (倍率 ×200) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534.44 せん仏・表側の測定個所 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

4.45 せん仏・裏側の測定個所 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

4.46 せん仏 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

4.47 せん仏・裏側の測定個所 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

x

表 目 次

1.1 コンテンツ情報研究グループの主な研究者 . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 共同研究機関等＜コンテンツ情報研究グループ＞ . . . . . . . . . . . . 8

1.3 デジタルアーカイブ研究グループの主な研究者 . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 共同研究機関等＜デジタルアーカイブ研究グループ＞ . . . . . . . . . . 8

1.5 科学分析・保存研究グループの主な研究者 . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.6 共同研究機関等＜科学分析・保存研究グループ＞ . . . . . . . . . . . . 9

3.1 ブロック統合結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 中心軸の直線パラメータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.3 開発環境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.4 ポリゴン数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.5 幾何学変換のパラメータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.6 大谷文書の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.7 古典籍資料の技術的課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.8 モジュール・オブジェクト・エージェント . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.9 Site Serverの機能レベルと実験条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.10 実験システム構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.11 コンテンツとクエリーの設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.12 サイトサーバの機能レベルによる応答時間 . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.1 スタインコレクションの資料番号と大英図書館での分類番号との対応表 109

4.2 大谷コレクションの資料番号と大宮図書館での分類番号との対応表 . . 110

xi

4.3 スタインコレクション試料に含有された元素による分類 . . . . . . . . . 112

4.4 紙に保持された可能性のある物質 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.5 大谷コレクションの含有元素別分類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.6 増評八大家文読本に使用された和紙の簀の目の数 . . . . . . . . . . . . 126

4.7 紙から検出された各種元素の由来 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

xii

第1章

研究概要

1.1 研究の背景

デジタルアーカイブ (Digital Archive)とは、歴史文化財、伝統文化資産を、高精細

デジタル映像の形で記録し、これをマルチメディア・データベースの形式で保管蓄積

するものである。この分野においては、デジタル図書館・博物館の実現を目標に蓄積

対象のデジタル入力・アーカイブ化が進められている。また、貴重な文化資料の保存・

分類といった研究においても、半永久的に劣化せずに保存可能なデジタル情報資料の

作成を目的とした研究計画も鋭意推進されている。

本研究プロジェクトは、大量の原典情報に依拠し、これまで実験システムの域をで

なかったデジタルアーカイブや古典籍システムとは一線を画くものである。また、古

文書学、図書館学、情報学からみても、科学的分析に裏打ちされた原典情報の解析か

ら保存まで学際的な解析・処理へ現実的な道筋を拓くものである。龍谷大学所蔵の寫

字台、大谷文書をはじめとする古典籍や、貴重資料の保存・分類・展示を目的として、

原典情報を保持したデジタル・アーカイブシステムの研究・開発・構築から、現実的な

デジタルアーカイブ方式が実現可能となりうることを実証する。

ここでの原典情報の保持とは、保有する古典籍そのものの分析・保存および、超高精

細のデジタル画像への変換や、紙質、色彩情報の保持を目的としたメディア変換をも

対象とし、オンライン環境下での古典籍の研究を進める上でのシステム化を推進して

いく。また、デジタル化においては、大量に蓄積されうるアーカイブデータの自己組

1

織化の可能性を検討し、次世代古典籍電子ライブラリィへと先導していくものとなる。

1.2 研究内容

本プロジェクトは、古典籍を対象としたデジタルアーカイブ方式の研究、および、古

典籍の分類・管理を目的とした、保存・科学分析の研究、また古典籍そのものの系統

的・書誌的解析の研究に大別して研究を推進していく。古典籍画像デジタルアーカイ

ブ方式の研究では、入力対象とする原典情報の解析とデジタル情報への変換方式の研

究を行う。２次元的な情報（空間情報、色彩情報）だけでなく、質感情報（疑似３次元

情報など）への変換方式の検討を行う。また、大量画像入力方式としての、ロボット

利用による画像スキャニング、マイクロフィッシュ・フイルムからのデータ変換の自動

化についても検討を進めていく。また、ここで生成されたデジタルアーカイブ情報の

蓄積・管理方式について、大量のオンライン情報、インタネット上への送出、関連研

究機関の保有するデータとのネッワークを経由した同期方式の検討をすすめ、次世代

デジタルライブラリィのパイロットシステムの構築を進める。古典籍の保存・科学分

析では、処理対象となる古典籍そのものの科学分析を行い、年代推定、材質判定など

の客観的データの解析・蓄積を行い、文化財としての古典籍の保存・修復に不可欠な

基礎解析をすすめ、古代中国経典・古文書、ならびに古代・中生和紙の科学的解析と

保存法の確立を目指す。このため、大谷探検隊収集西域文化資料を中心とする経典文

学、仏像などの２次元、３次元解析および古文書、古絵画の墨、絵具などの非破壊分

析、保存法を国際共同研究により推進していく。

古典籍を対象とするコンテンツ情報の解析では、古典籍アーカイブに含まれる専門

家知識の解析・抽出を行い、アーカイブ情報の分類・検索方式の研究をすすめる。ま

た、アーカイブ中の相互関係を原典情報だけでなく、関連研究情報、歴史的な背景情

報、地理的関連情報相互から明らかにしていく。ここでは、本学所蔵の大谷探検隊収

集の西域文化資料に焦点をあて、さらにインド・中央アジア文化圏の非漢字資料およ

び漢字仏典資料の調査と総合的研究を国際共同研究によって進めていく。また、本学

所蔵の貴重本についても解析をすすめ、とりわけ、奈良絵本等の貴重書を対象とした

絵と詞に対応した意味的関係についての研究をすすめ、古典籍デジタルアーカイブに

2

おけるコンテンツ情報に構造的な意味関係が存在することを実証していく。以上の研

究に対応して、本学所蔵の全古典籍を調査し、古典籍分類目録を漢籍・和書・仏教・真

宗の 4部に分けて、作成・編集し、順次公開していく。併せて、貴重書解題目録を作成

し、古典籍デジタルアーカイブにおける基礎的インデックスとしての活用を実証して

いく。

1.3 共同研究の体制

本プロジェクトを進める上で、国内外の研究組織と連携した共同研究は必須となる。

古典籍デジタルアーカイブ方式全般の共同研究として、国立民族学博物館とは、とり

わけ大谷探検隊収集の西域文化資料などの世界各地に分散したアーカイブ情報や質の

異なるマルチメディア情報の標準的なアクセス手法の研究および、検索で収集された

資料から利用者独自のコレクションを作成し、画像の領域単位でテキスト情報を加え

て他ユーザーと情報を共有するためのユーザインタフェースの共同開発を進め、本プ

ロジェクトでは、古典籍デジタルアーカイブ情報のデジタル入力方式の検討をすすめ、

この上で、蓄積・管理・検索システムの開発・研究を進めていく。古典籍を対象とした

保存・科学分析においては、大英図書館の IDP（国際敦煌学プロジェクト）と共同で、

中国古代紙、木簡、書籍の分析と保存について検討を加え、本学所蔵の大谷探検隊収

集の資料の相互解析を共同で行い、膨大な中国・日本の古文書、経典類を所蔵する龍

谷大学と大英図書館の分類・管理への道程を明らかにする。

また、龍谷大学所蔵の大谷探検隊収集資料とドイツ隊収集資料とは、ともにトルファ

ン出土資料を保有するという共通点をもっていることから、ベルリン・ブランデンブ

ルグ科学院トルファン研究所と共同で、西域文化資料の系統的な解析をすすめ、196 5

年以来のドイツとの共同研究を更に深めていく。この中には、ドイツ国立図書館 (分館

1・2)における、ドイツ隊収集資料のうち写本類の検討および、ドイツ国立美術館所蔵

の、ドイツ隊収集の考古美術資料を対象とした共同研究も含まれる。

3

1.4 期待される研究成果

本研究プロジェクトは、大量の原典情報に依拠し、これまで実験システムの域をで

なかったデジタルアーカイブや古典籍システムとは一線を画くものである。また、古

文書学、図書館学、情報学からみても、科学的分析に裏打ちされた原典情報の解析か

ら保存まで学際的な解析・処理へ現実的な道筋を拓くものである。

1.5 研究成果の公表計画

国際合同シンポジウムの開催、各年次毎の研究報告会において、ひろく研究成果を

公開し、アニュアルレポートを刊行する。また、国内外の学協会においての積極的な

成果発表と、学術雑誌とならんでインターネット上でのWeb出版を積極的に行い、研

究成果の公開を進めていく。

1.6 研究計画

本プロジェクトは、４つの研究テーマに大別される。

1. 古典籍画像デジタルアーカイブ方式の研究

ここでは、入力対象とする原典情報の解析とデジタル情報への変換方式の研究を

行う。２次元的な情報（空間情報、色彩情報）だけでなく、質感情報（疑似３次

元情報など）への変換方式の検討を行う。また、大量画像入力方式としての、ロ

ボット利用による画像スキャニング、マイクロフィッシュ・フイルムからのデー

タ変換の自動化についても検討を進めていく。また、ここで生成されたデジタル

アーカイブ情報の蓄積・管理方式について、大量のオンライン情報、インタネッ

ト上への送出、関連研究機関の保有するデータとのネッワークを経由した同期方

式の検討をすすめ、次世代デジタルライブラリィのパイロットシステムの構築を

進める。

2. 古典籍の保存・科学分析

ここでは、処理対象となる古典籍そのものの科学分析を行い、年代推定、材質判

4

定などの客観的データの解析・蓄積を行い、文化財としての古典籍の保存・修復

に不可欠な基礎解析をすすめ、古代中国経典・古文書、ならびに古代・中生和紙

の科学的解析と保存法の確立を目指す。このため、大谷探検隊収集西域文化資料

を中心とする経典文学、仏像などの２次元、３次元解析および古文書、古絵画の

墨、絵具などの非破壊分析、保存法を国際共同研究により推進していく。

3. コンテンツ情報の解析

ここでは、古典籍アーカイブに含まれる専門家知識の解析・抽出を行い、アーカ

イブ情報の分類・検索方式の研究をすすめる。また、アーカイブ中の相互関係を

原典情報だけでなく、関連研究情報、歴史的な背景情報、地理的関連情報相互か

ら明らかにしていく。ここでは、本学所蔵の大谷探検隊収集の西域文化資料に焦

点をあて、さらにインド・中央アジア文化圏の非漢字資料および漢字仏典資料の

調査と総合的研究を国際共同研究によって進めていく。また、本学所蔵の貴重本

についても解析をすすめ、とりわけ、奈良絵本等の貴重書を対象とした絵と詞に

対応した意味的関係についての研究をすすめ、古典籍デジタルアーカイブにおけ

るコンテンツ情報に構造的な意味関係が存在することを実証していく。

4. 古典籍目録の生成

ここでは、上記３つのプロジェクトの前提となる基礎研究として、本学所蔵の全

古典籍を調査し、古典籍分類目録を漢籍・和書・仏教・真宗の 4部に分けて、作

成・編集し、順次公開していく。併せて、貴重書解題目録を作成し、古典籍デジ

タルアーカイブにおける基礎的インデックスとしての活用を実証していく。

1.7 年度別研究計画

平成 13年度

1. 超高詳細画像入力装置による効率的なデジタル入力方式の検討を行い、2次

元画像情報の蓄積・管理方式の検討を進める。

2. 古典籍目録作成を進め、コンテンツ情報のインデックス生成を行う。

5

3. SEM、EPMA、X線分析顕微鏡等を用い、古代中国紙の表面組織分析、残

留物分析を行い、中国古代製紙技術を明らかにする。

4. 大谷・ドイツ探検隊収集資料のデジタル入力、奈良本絵本の解析を行う。

平成 14年度

1. 2次元画像情報の大量入力方式の検討を進め、古典籍デジタル・アーカイブ

システムのパイロットシステムを稼働させて、デジタルアーカイブにおける

自己組織化方式の検討を進める。

2. 古典籍における各国文字の表現方法と各国文字による原典テキスト分類・検

索方式の検討を行うと共に、古典籍目録の作成を継続して行う。

3. タングート文書等の紙の分析を行い、中国古代製紙技術の中央アジアへの拡

がりを追跡する。

4. 大谷・ドイツ隊資料に併せて、ニヤ遺跡、洞窟壁画、ネパール梵本、奈良絵

本のアーカイブ化を進める。

平成 15年度

1. 2次元画像情報だけでなく、3次元画像入力方式の検討から、入力対象を古

典籍だけでなく、古代裂や植物標本などの大谷コレクションに焦点を絞り、

デジタル・アーカイブにおける質感情報の表現を検討する。

2. 画像情報、テキスト情報、科学分析データなどのマルチメディア情報相互の

組織化方式の検討を古典籍全般を対象に進める。

3. 龍谷大学所蔵のカローシュティー木簡類に焦点を当て、失われつつある文字

の再現をX線分析顕微鏡を用いて試みる。

4. 古典籍全般のアーカイブ化を推進し、パイロット的システムの構築を行う。

平成 16年度

1. 質感情報の入力方式の検討をさらにすすめ、龍谷大学所蔵の仏像、塑像など

の立体物のデジタル・アーカイブ化を検討する。

6

2. 蓄積されたデジタル・アーカイブ情報の検索・呈示方式の検討を行う。

3. Ｘ線分析顕微鏡を用いて、奈良絵本等絵本類、また版本類の顔料、墨の分析

を行う。和・漢書籍の製本技術に焦点をあて、布・糸などの分析を行う。

平成 17年度

平成 16年度までの研究成果を公開すべく、共同研究機関相互で運用されるデジ

タル・アーカイブ相互を高速ネットワークで連携させた仮想的古典籍デジタル・

アーカイブシステムの運用を図る。

1.8 共同研究プロジェクトに参加する主な研究者

表 1.1 コンテンツ情報研究グループの主な研究者所属・職 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題文学部・教　授 百　済　康　義 大谷探検隊収集資料の総合的研究文学部・教　授 山　田　慶　児 古典籍の調査と科学史文献の基礎的研究文学部・教　授 糸　井　通　浩 奈良絵本等の総合的研究文学部・教　授 赤　松　徹　真 仏教歴史資料の調査と基礎的研究文学部・教　授 児　玉　　　識 古文書および材質の科学的研究文学部・教　授 小　田　義　久 大谷探検隊収集資料の総合的研究文学部・講 師 蓮　池　利　隆 西域南道ニヤ遺跡新出資料の研究文学部・助教授 若　原　雄　昭 ネパール所蔵サンスクリット写本の研究経済学部・助教授 入　沢　　　崇 インド・中央アジアの仏教美術資料の研究法学部・助教授 金　子　真　也 大谷探検隊収集資料の総合的研究国際文化学部・教　授 杉　村　　　棟 古典籍資料の総合的研究国際文化学部・教　授 阪　本　寧　男 古典籍資料の総合的研究

7

表 1.2 共同研究機関等＜コンテンツ情報研究グループ＞所属・職 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題京都国立博物館 赤　尾　栄　慶 大谷探検隊収集資料の総合的研究大阪大学文学部・教授 森　安　孝　夫 大谷探検隊収集資料の総合的研究神戸外国語大学・教授 吉　田　　　豊 大谷探検隊収集資料の総合的研究ドイツ国立博物館 Marianne Yaldiz ドイツ隊収集資料の総合的研究ドイツ科学院トルファン研究所 Werner Sundermann ドイツ隊収集資料の総合的研究ドイツ立図書館 Hartmut-Ortwin Feistel ドイツ隊収集資料の総合的研究

表 1.3 デジタルアーカイブ研究グループの主な研究者所属・職 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題理工学部・教授　 岡　田　至　弘 古典籍画像の入力・蓄積・検索方法の研究理工学部・教授　 有　木　康　雄 マルチメディア・コンテンツ情報の解析の研究理工学部・教授 阿　部　宏　尹 マルチメディア・コンテンツ情報の総合的研究理工学部・教授 小　澤　孝　夫 マルチメディア・コンテンツ情報の総合的研究理工学部・教授 回　陽　博　史 マルチメディア・コンテンツ情報の総合的研究

表 1.4 共同研究機関等＜デジタルアーカイブ研究グループ＞所属 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題国立民族学博物館 杉　田　繁　治 デジタル・アーカイブ方式の総合的研究

8

表 1.5 科学分析・保存研究グループの主な研究者所属・所属 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題理工学部・教授 江　南　和　幸 古典籍・古文書紙、木簡、

顔料の化学分析と保存学的研究理工学部・教授 河　嶋　壽　一 古典籍・古文書紙、木簡、

顔料の化学分析と保存学的研究理工学部・教授 藤　原　　　学 古典籍・古文書紙、木簡、

顔料の化学分析と保存学的研究

表 1.6 共同研究機関等＜科学分析・保存研究グループ＞所属 研究者名 共同研究プロジェクトにおける研究課題大英図書館 Susan Whitfield スタインコレクション、大谷文書における古文書紙

木簡、顔料の科学分析と保存学的研究

9

第2章

購入装置の概要

2.1 アーカイブシステム

(1) デジタルアーカイブ編集処理装置

デジタル化された古典籍・貴重資料・写真などのデジタルデータの組織化と、ネッ

トワーク上での分散蓄積が可能なものである。このため、装置として、高度デー

タハンドリングが可能なマルチCPU（CPU×４）の構成をとる。

(2) 大規模磁気ディスク装置

デジタルアーカイブ編集処理装置において、管理されるデータの常時・高速アク

セス要求に応える RAID５構成の 2TBのシステムであり、大規模アーカイブ用

DVDライブラリーと連携して古典籍デジタルデータの保存・収集を行う。

(3) 大規模アーカイブ用DVDライブラリー

常時生成・編成される古典籍デジタルデータの保管を目的として、DVD-R　 700

枚を格納するDVDチャンジャー 2基からなる。

2.2 超高精細入出力装置

(1) 高精細画像入力装置

600万画素以上の CCD を用いたデジタルカメラであり、IEEE1394 によって、

10

PC とデジタルカメラ間で接続可能である。また、RGB 各チャンネル 12 ビット

以上であり、レンズ交換が可能である。線を出さないものである。

(2) 高精細フィルム取込装置 (マイクロフィルムスキャナー)

600dpi 以上の解像度の画像が得られ、マイクロフィルムの取り込みが可能であ

り、全自動または半自動で取り込み作業が行えることが必須である。

(3) 赤外線画像撮影装置

可視から 1.8 µm以下の波長が撮影可能ある. PC と接続可能であり、OS は、

Windows である。C 言語などの開発環境を有し、取り込んだ画像を独自のプロ

グラムで処理可能なインタフェースが備わっている。プログラム開発向けにサン

プルプログラムが提供され、詳しいマニュアルが提供されている。

(4) 大型高精細印刷装置

B0 サイズでの印刷が可能であり、ページ記述言語として、PostScriptが使用で

きる。また、印刷解像度として、600dpi× 600dpi 以上であり、印字速度は、最高画質で 1 時間あたり 9m2以上である。複数のインクシステムが使用可能であり、

6色インクを使用する。接続インタフェースとして、Ethernet と セトロニクス・

パラレルが使用可能である。

(5) 汎用カラー印刷装置

A4 または A3 サイズでのカラー印刷が可能であり、ページ記述言語として、

PostScript が使用できる。また、印字解像度として、600dpi 以上である。また、

印字速度は、モノクロ 20ppm以上であり、カラー印刷時に 20ppm以上である。

接続インタフェースとして、Ethernet が使用可能である。

2.3 3次元計測装置

(1) 近距離用 3次元計測装置

0.1mm以上の精度で 3次元形状を入力が可能であり、計測範囲が 300mm×300mm以上である。また、物体の全方向の形状が測定可能であるか、あるいは部分形状を

11

繋ぎ合わせることによって全方向の形状データが出力可能である。計測データに

は色情報を付加することができる。PCによる制御が可能であり、OSはWindows

である。また、入力した形状を編集するソフトが添付されており、入力した形状

が一般的なファイルフォーマット (wavefront,DXF,etc.)に変換が可能である。計

測に必要な時間が 4秒以内である。

(2) 3次元位置測定装置

カメラに取り付けることが可能であり、位置の計測精度が 4mm未満である。ま

た、方位角のデータの精度が 0.4度以上であり、12m×12m以上の広さの室内で計測が可能である。

(3) 位置情報取込装置 (GPS)

0.5 秒以内で、GPS より位置情報が取得可能であり、PC などと RS-232C もし

くは USB 接続である。計測誤差 2cm 程度である。PC の OS は、Windows で

ある。

2.4 3次元・2次元高精細画像の表示装置

(1) 液晶シャッター方式の立体表示用機器

高品質なステレオビューが可能であり、対応 OSは、 Solaris、 IRIXもしくは

Linux、Windowsに対応している。多人数での鑑賞が可能であり、視力矯正用眼

鏡と併用ができる。OpenGLライブラリにより、3次元コンテンツの作成が容易

である。エミッターと液晶シャッター眼鏡の有効範囲は 3m 以上であり、・ステレ

オの解像度が 1280ｘ 1024以上である。液晶シャッター眼鏡のフィールドレート

が毎秒 80から 160フィールドである。

(2) 制御用 PC

フレームバッファが 128MB以上、テクスチャメモリが 128MB以上であり、ステ

レオでサポートされる解像度は 1280×1024以上である。OpenGLに対応し、高い性能で 3次元表示が可能である。垂直同期が 120Hz以上のステレオ対応のグラ

フィックスカードである。

12

(3) 高精細画像表示装置

50型以上であり、垂直周波数が 120Hz以上である。また、入力として、アナロ

グRGB信号、デジタルRGB信号、ビデオ信号、HD/DVD/DTV信号がある。

2.5 コンテンツ情報の解析支援システム

(1) コンテンツ情報解析用WS

古典籍・貴重資料などを対象とした、テキストベースの情報収集、解析のための

WSであり、ここで入力される情報は、アーカイブシステムによって保存・組織

化が行われる。

(2) コンテンツ情報対話支援システム

古典籍デジタルアーカイブ研究を遠隔地対向で可能するための、IP接続ベース

の遠隔電子会議システムと、電子ホワイトボードと高精細画像入出力装置からな

る、対話研究支援システムである。

(3) コンテンツ情報配信システム

研究成果の積極的広報・公表のためのWeb配信システムである。

2.6 科学分析装置

(1) 可搬型光学分析装置

　考古資料中に含まれる有機成分を非破壊で定性定量分析を行う装置として、反

射型赤外線・可視光・紫外線吸収分光法ならびに蛍光分光法を組み合わせた特注

のシステムを用いる。可搬型の本機器により大容積の紙・布・陶器および石製品

を移動することなく、これら資料表面の染料・顔料中の有機成分の定量分析が可

能となる。

(2) 可搬型蛍光Ｘ線分析装置

　蛍光Ｘ線分析法は、資料を破壊することなく、微量元素から大量の元素分析ま

でを同時に数種類の元素の定性・定量分析が可能な分析法である。この装置では、

13

強力なＸ線源と 2重湾曲型モノクロメータ、SDD検出器の採用により、無機・金

属成分の定性・定量分析を行い、考古資料の解析に資する。

(3) Ｘ線分析顕微鏡

　絵巻物、陶磁器などの大型資料を資料架台にそのまま設置したまま、微小部の

元素分析と、分析位置の同定が可能となるＸ線分析装置である。

(4) 環境試験機

　 1000年の保存に耐えた古典籍・文物の保存状態を現代の資料により再現し、顔

料や染料、紙や布などの古典籍資料の劣化原因を探るために、温度・湿度の制御

による人工的な劣化環境を生成する装置である。

(5) 3次元物体計測・加工装置

　 3次元形状をもつ文化資料を対象に忠実な形状計測と、加工を可能とする装置

である。3次元加工においては、回転軸をもつコンピュータ制御可能な装置とし、

3次元物体の１投影面（正面）だけでなく、側面、裏側の加工が可能で、連続的

に平滑な形状をも再現する装置である。この装置により鋳造品の鋳型をも加工成

型可能であり、過去の鋳造法の再現にも有力な情報を与えることになる。

14

第3章

ディジタルアーカイブ方式の研究

3.1 3次元形状復元データを用いた実体モデル製作の実用化法の提案

岩成 英一,岡田 至弘 (龍谷大学理工学部)

3.1.1 はじめに

現在、美術館の活動にデジタル技術を取り入れていこうという動きがある。作品の

現状を記録するためにデジタル技術を用いることで、劣化しない美術品の保存が可能

となる。これは、収蔵品をデジタル化し、インターネットやCD、DVDなどで画像公

開する、あるいは作品の現状を精密に記録するための手段としてデジタル画像を利用

するといったあたりが代表的なところである。

本研究では、その中でも、仏像などの立体物のデジタル化及び実体モデルの生成を

考える。しかしながら、美術品などの正確なデジタル化には 3次元形状復元自体が困

難であることに加えて様々な問題がある。実際に、現在の 3次元形状復元の手段として

は、能動的手法と受動的手法があり、それぞれ特徴がある。能動的手法としては、ロ

ボットアームによる接触型や、レーザー光やスリット光などを用いたレンジファイン

ダと呼ばれる非接触型の 3次元形状計測装置等を用いる方法がある。これらの中には

数mm以下のオーダーで 3次元形状を計測できるものもあり、データの信頼性もよい。

15

ただし、これらの計測装置は高価であり、機動性に欠け、また装置に応じて計測でき

る物体の大きさに制限がある。特に、古い美術品等は、移動させることが困難であっ

たり、実際に復元するための環境におくことが難しい。また、レーザーなどの光を投

射することで品質が劣化する恐れ等もある。

それに対して、受動的手法として、コンピュータビジョンでは撮影した画像から奥

行きを求める研究が盛んである。この場合は、ただ対象物体をデジタルカメラなどで

撮影するだけで形状の復元が行える等、多くの利点がある。

そこで、本研究では、3次元形状復元の技術の一つとして、Shaple-from-Silhouette

の手法を用い、3次元形状復元を行い、その復元データを基に 3次元造形を行う。近年

の製造業における設計分野では、試作品の 3次元形状データを短期間で実体化し、評

価や検証を行うラピッドプロトタイピング技術が注目されている。その一つとして光

積層造形法による実体モデル生成がある。本稿では、実際にデジタルカメラによる任

意視点撮影画像からの 3次元形状復元データをもとに、光積層造形法による実体モデ

ル生成を行う。これにより、3次元形状復元によるデジタルデータでの保存の有効性を

示すとともに、新しい表示の方法を提案する。

3.1.2 本手法の特徴

重要な美術品などの形状復元を行う際には、特に劣化を避けるために非接触で、な

おかつ環境の変化を避ける必要がある。

そこで、本手法では中心射影カメラ行列を用いて Shape-from-Silhoette法により 3次

元形状復元を行う。ここでは本手法における特徴を示し、処理の流れを図 3.1に示す。

• 任意視点におけるカメラキャリブレーション我々は、3次元空間上と 2次元画像上の対応する点を 1つの中心射影カメラ行列

によって直接関係付けることで、任意視点からの撮影を可能とする。従来のキャ

リブレーション法では、撮影に用いるカメラが理想的なピンホールカメラである

か、それに相当する焦点距離を精度良く求められることが必要であった。ここで

は、カメラの位置・姿勢の自由度にあわせて、ズームによる撮影も可能となり、

16

撮影者の意図に沿ったモビリティーな画像の入力が可能となる。

• シルエットによる形状情報の取得本手法では、中心射影カメラ行列を用いたカメラキャリブレーションを行い、形

状情報としてシルエットを用いる。これによって、完全に非接触での3次元形状復

元が可能である。また、本手法は複雑形状物体に対しても有効であり、さらに対

象物体がガラスケースなどにが入っている状態でも 3次元形状復元が可能である。

• カラー情報を用いた物体領域の抽出複数任意視点から撮影したすべての画像において、対象物体のシルエットを抽出

し、物体の形状情報を獲得する。これは、物体領域と背景領域とを分離するとい

う比較的簡単な処理のみであるため、ピクセルレベルの精度でロバストにデータ

を得ることが可能であり、複雑な形状の物体に対しても有効である。ここでは、

従来の濃淡値からの閾値処理に加えて、カラー情報を用いた色空間閾値処理を行

う。これによって、照明光に影響されずにどのような撮影環境かにおいてもロバ

ストな抽出が可能となる。

• Voxel表現を用いた復元我々は、カメラで撮影が可能であり、画角に収まるものであれば、自然界に存在

するあらゆる物体に対して 3次元形状の復元が可能となる手法の確立を目指す。

例えば、対象物体にソリッドな物体はもちろん、植物や昆虫等の複雑な形状や表

皮を持ったものも対象とする。

そこで、任意視点でのそれぞれのキャリブレーションデータと物体のシルエット

情報から、Voxel表現によってすべてのシルエットを計算機内で統合する。Voxel

表現を用いることで、複雑な形状の物体に対しても正確な復元が可能になる。

3.1.2.1 中心射影カメラ行列によるカメラキャリブレーション

カメラキャリブレーション法

任意視点で撮影を行うために、それぞれの視点でカメラキャリブレーションを行う。

17

図 3.1 本手法の処理の流れ

カメラ位置および向き情報を表すカメラキャリブレーションについての研究は古く

から様々な形で行われている。なかでも 1987年に発表されたTsaiの手法 2) は有名で

あり、非常に多くの研究で応用されている。これは、世界座標系とカメラ座標系、画

像座標系をそれぞれカメラの外部パラメータ、内部パラメータによって変換する。この

手法は、外部パラメータ、内部パラメータをそれぞれ独立に求めるために、安定した解

を得られることが特徴である。

これに対して 1990年代以降、各種カメラパラメータを明示的には求めず、3次元空

間中の点と画像上の点の幾何学的対応関係を直接記述することによってキャリブレー

18

ションを行う研究が増えている。これは、世界座標系から画像座標系までの位置関係

を 1つの行列で表す。各カメラパラメータの変動に強固な中心射影カメラ行列を求め

ることにより、対象から画像までの対応を記述できる。これにより、ズーミングなど

の内部パラメータの変化にも対応することができ、安定した 3次元形状復元を行うこ

とができる。

さらに近年、従来のようなカメラもシーンも静的で、世界座標が既知のキャリブレー

ション物体を理想的な条件で撮影するという整備された環境下のキャリブレーション

とは異なり、

• シーン中に存在する特徴を利用する

• カメラの動きを利用して精度を高める

ことを目指した、セルフキャリブレーション (self-calibration)の研究が盛んである。こ

れは従来のキャリブレーション手法に比べ、カメラをあらかじめキャリブレーション

する必要がないというだけでなく、撮影において自由にズームを変化させても良いな

どの利点がある。

このように、現在様々なキャリブレーション研究が行われている。本研究では以上

のような特徴をふまえた上で、中心射影カメラ行列を求めることで対象と画像との対

応をとり 3次元形状復元を行う方法を用いている。これは、本研究の 3次元形状復元

の方法では、各カメラパラメータを正確に求めることよりも 3次元点と画像上の点と

の対応関係を正確に記述することの方が重要となり、中心射影カメラ行列はその部分

での最適化を行っているといえるからである。

中心射影カメラ行列の算出

中心射影カメラ行列は焦点距離及び画素サイズを一つの行列に内在することができ

る。この中心射影カメラ行列を求めることで任意の視点・焦点距離での撮影画像によ

るカメラキャリブレーションが可能となる。中心射影カメラ行列は、6つの 3次元空間

上の点と 2次元画像上の点との対応付けから求めることができる。ここで、中心射影

カメラ行列をP とし、3次元上の点をM = [X,Y,Z, 1]T、画像上の点をm = [u, v, 1]T

19

とすると、以下の関係式が成り立つ。

sm = PM (3.1)

P =

p11 p12 p13 p14p21 p22 p23 p24p31 p32 p33 p34

s :スカラー

実際には、6点以上の点から式 (3.1)から得られた解を初期値として、式 (3.2)のCを

最小にする評価関数を非線形最小 2乗法によって解く。

C =N∑

i=1

(pT1 Mi + p14pT3 Mi + p34

− ui)2 + (pT2 Mi + p24

pT3 Mi + p34− vi)2 (3.2)

キャリブレーションパターン

本手法においてカメラキャリブレーションを行うには、キャリブレーションポイン

トである点M、mを得るために、同一平面上でない 3次元座標が既知な点が 6点以上

あればよい。ここでは図 3.2のような底 1枚、横 2枚からなるキャリブレーションボー

ドを用いる。底ボードの中心に対象物体を置き、底を世界座標系の原点とする。ボー

ドにはチェックパターンが描かれており、エッジ検出により特徴点mを抽出し、3次

元上の点M との対応をとる。また、撮影者が 360度あらゆる角度から撮影できるよう

に横ボードと底ボードとを切り離すことができ、撮影に応じて横ボードを 90度づつ移

動させる。撮影方向がわかるように図 3.3のようなランドマークを底ボードに貼ってお

く。さらに、対象物体が小さい場合には、横ボードを原点に近づけてキャリブレーショ

ンを行い、中心射影カメラ行列P を求める。

3.1.2.2 色空間閾値処理による物体領域の抽出

ある一方向からカメラによって物体を撮影した場合、その投影面上には物体のシル

エットである形状情報及び大きさの情報が含まれる。シルエットの情報を必要十分蓄

積し、これらの情報をカメラモデル内で統合することで物体の 3次元情報を得ること

20

CCD CAMERA

Calibration Board

Right-angled Rotation

X

Y

OZ

Y

Z

XO

図 3.2 キャリブレーションボード

view angle

mark set in pattern

π / 2 π 3 π / 2 0

図 3.3 撮影方向推定のためのランドマーク

ができる。この手法は一般に Shape from Silhouette法と呼ばれており、現在カメラの

みを用いた 3次元形状復元の中では最も優れた手法の一つである。これは、物体と背

景の領域を分離するという比較的簡単な処理のみであるために、ピクセルレベルの精

度でロバストにデータを得ることができ、処理速度も高速であるためである。

しかし、対象となる物体に対して水平方向からの撮影のみによる従来の Shape from

Silhouette法では、凹面やオクルージョンの発生する場所に対し図 3.4のようなモデリ

ングエラーが発生し、原理的に正確な復元を得ることはできない。そこで、その箇所

についてはさらに別の視点から撮影することが望まれる。例えば、垂直方向からも複

数枚撮影することで物体の周囲 360度と上方からのシルエットを獲得する。そしてこ

れらすべてのシルエットをカメラモデル内で統合する。

まず、正確に物体領域と背景領域とを分離するために、RGB色空間から HSV色空

間へ変換し、濃淡値の強度、色相値の両面から閾値処理を行う。HSV色空間に色空間

21

閾値処理をほどこすことで、照明光や様々な物体色に左右されずに良好な物体のシル

エットを抽出できる。

物体の背景は、2色からなるチェックパターンが描かれたキャリブレーションボード

である。図 3.5に示すようなチェックパターンの 2色に、濃淡値がわずかに異なった濃

い緑色を用いる。これは人間の知覚に基づいて、多くのCCDカメラにおいてRGB個

体撮像素子に緑色系を多く割り当てており、緑色系が最も忠実に画像で再現できるか

らである。さらに、濃淡値の低い緑色を用いることによって、濃淡値の高いものに比

べて、照明光に対する色相値の変化を軽減することができる。

Modeling Error

図 3.4 モデリングエラー

DarkGreen1

DarkGreen2

(H.120, S.100, V.30)

(H.120, S.100, V.15)

図 3.5 チェックパターン

3.1.2.3 ボクセル表現による 3次元形状復元

シルエット画像との交差判定による 3次元形状復元

　シルエット画像から得られる形状情報中心射影カメラ行列を用いることで統合し、

物体の３次元形状を求める。まず、ボクセル空間を定義する。ボクセル空間とは、図

22

3.6 で示すような、物体を復元する離散的な３次元空間であり、ボクセル (voxel)と呼

ばれる大きさの等しい小立方体の集合である。

復元処理では、これらのボクセル一つ一つをシルエット画像に投影して交差判定を

行い、（不透明：opaque）または、（透明：transparency）の属性を与える。

　交差判定では、中心射影カメラ行列によってボクセルを投影したシルエットと、物

体のシルエットの交差状態を判定する。ボクセルのシルエットが物体のシルエットに

完全に含まれるときには、属性値は１となり。ボクセルの一部またはすべてが物体の

シルエットから外れているとき、属性値は０となる。

　このような交差判定をすべてのシルエット画像に対して行い、最終的にそのボク

セルの属性を決定する。このとき、１枚の画像でも交差判定の属性値が０となれば、そ

のボクセルの属性は（透明：transparency）となり、削除される。

　このようにして、最終的に残されている、属性が（不透明：opaque）のボクセル

集合が対象物体の３次元形状を示すこととなる。

図 3.6 ボクセルからシルエット画像への投影

23

復元の精度

ボクセル表現による 3次元形状復元の精度は画像の解像度及びボクセル空間の解像

度に依存する。また、物体のシルエット抽出、カメラキャリブレーションの精度など

の要因も影響する。特に復元精度に最も大きく関係し、計算機の処理能力に応じて設

定可能なのはボクセル空間の解像度である。

これは、入力画像から得られたシルエット画像が持つ形状情報をいかに正確に表現

できるかのレベルである。従って、入力画像の解像度以上の精度は得られない。例え

ば、入力画像の解像度が低い場合、ボクセル空間の解像度上げて復元を行ってもある

程度以上の精度は得られない。これはボクセルを投影した画像の縦横の解像度がボク

セルの解像度よりも小さくなるためである。

以上のことから、次の条件を満たす必要があることがわかる。

• ボクセル空間の解像度 (mm/voxel) ＞ 入力画像の解像度 (mm/pixel)

3.1.3 復元結果

実際に本手法を用いて 3次元形状復元を行った結果を図 3.7に示す。復元対象物体と

して仏像の頭部を用いた。画像解像度 3040× 2016の撮影画像を用いて形状復元を行った。ボクセル空間の解像度は 0.3(mm/voxel)である。

3.1.4 光造型機

前節までで、３次元形状の入力方法について述べた。入力された３次元形状は、計

算機の中に蓄積・保存され、必要に応じて検索して取り出すシステムの構築が可能と

なる。　ここで、最終段階である出力について考えると、VRMLなどの３次元表示の

ブラウザを用いてディスプレイに表示することが考えられる。この方法では、選択し

た物体を任意の方向から自由に眺めることができる。しかし、もう一歩踏み込んだ利

用を考えてみる。例えば、物体が壊れた状態で散逸している場合、各部品を集めても

との形状を復原する必要がある。（ここでは、入力作業での「復元」と区別するために

「復原」という言葉を用いる）

24

図 3.7 3次元形状復元結果

　この作業は、コンピュータ内の仮想空間で行うことも考えられるが、実際の形状

を３次元物体として出力できれば、手にとって作業をすることが出来、もっと直感的

な復原が可能となる。

　そこで近年ラピッドプロトタイピングという産業的な用途で注目を浴びている光

造形システムと組み合わせることにより、３次元形状データの出力を行った。用いた

光造型機はシーメット社製の SOUP 600GS-05で、高精度形状確認用樹脂 (HS-680)に

LD励起 UV固体レーザ（出力 500mW）を照射することにより、形状を出力する。こ

の機械は、最小積層ピッチとして 50µmの精度で出力することができる。この機械を

用いて、次のような手順で形状の出力を行った。

(1) ３次元形状データを光造型機に渡す（STLフォーマット）

(2) 光造型機で樹脂を固めて形状を復元する

(3) 樹脂形状から石膏型を作る。

25

(4) 型に粘土をいこみ、焼成。陶器による複製品（レプリカ）を得る

(3)、(4)では出力された樹脂からさらに石膏で型取りを行い、粘土に色を着けて焼く

ことにより、実物と同じ色、艶を持った複製品（レプリカ）の生成を行った。このよ

うに、実物に近いものを出力することにより、考古学的な復原作業や研究、展示といっ

た多くの利用が考えられる。

今後は、高精度なレンジファインダによる計測結果との融合や精度比較について研

究を進めていく予定である。参考としてレンジファインダ (ミノルタVivid900)により

計測した結果と光造形による出力結果を示す。(図 3.8)

(a) レンジファインダによる計測結果 (b) 光造形による出力結果

図 3.8 高精度形状復元

3.1.5 おわりに

以上のように、実際に実体モデルを作成した。これにより、貴重な美術品などの実

体モデルを作るための実際手法を示した。これは、新しい表示の手法として用いるこ

とができる。また、3次元形状復元の美術品などの保存法としての有効性、そして更な

26

る可能性を示すことができたと言える。

現在、造形後の着色については見た目で色あわせをして着色している。今後は形状

復元結果を用いることでのより高精度な着色法の実現が課題となる。

参 考 文 献

1) 藤原孝幸, 輿水大和, 藤村恒太, 藤田悟朗, 野口孔明, 石川猶也, “3D似顔絵フィギュ

ア製作の実用化の試み,” PRMU, Vol.101, No.422, pp.27-32, (2001)

2) ROGER Y. Tsai, “A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy

3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Self TV Cameras and Lensed,” IEEE

Journal of Robotics and Automation, Vol.RA-3, No.4, pp.323-344, (1987)

3) 桜井勇亮, 鈴木宏正, 金井崇, 木村文彦, “頂点オフセットによる三角形メッシュの

シェリング-光造形データ作成への応用-,” 精密工学会誌, Vol.64, No.6, pp.835-839,

(1998)

4) 澤弘義, 坂本尚久, 岩成英一, 岡田至弘, 金出武雄, “複数任意視点からのOctree表

現による 3次元形状復元,” CVIM, Vol.99, No.29, pp.33-40, (1999)

謝辞

光造型機による３次元形状の出力についてはミノルタ株式会社、陶器による複製品

の作成については大塚オーミ陶業株式会社のご協力を頂きました。ここに深く感謝の

意を述べさせていただきます。

27

3.2 平面図・立面図を用いた視体積交差法に基づく石窟寺院および遺跡の3 次元モデリング

正司 哲朗、 村山 健二、岡田 至弘 (龍谷大学理工学部)百済 康義 (龍谷大学文学部)

3.2.1 はじめに

近年、計算機の飛躍的な 3次元表示能力の向上により、3次元コンピュータグラフィッ

クスを利用した応用分野がますます広がっている。その 1つに、3次元CGを用いた仮

想考古学 (Virtual Reality Archaeology)3)と呼ばれる分野の研究が進められている。従

来、考古学者間の遺跡や遺構等に関する情報を伝達する手段として、文書、画像、ス

ケッチ等が用いられてきた。しかし、このような 2次元的な情報では、直感的に理解す

ることは難しいものである。仮想考古学の発展は、遺跡や遺構に関しての新たな発見

や認識を学者間で共有したり、学者と一般の人との共有な空間を可能とするものであ

る。また、仮想考古学は、学者に新たな知見を与えることが可能となる。例えば、光

源と遺跡の配置関係について考えた場合、光源の位置・種類が、遺跡に与える影響に

ついて、計算機上で知ることができる。

上記で述べたことを実現するためには、遺跡、遺構の 3次元モデルを生成する必要

がある。しかし、広域な遺跡、遺構の 3次元モデルを既存の 3次元CG作成ツールを用

いて生成するには、多大な労力と製作コストを必要とする。そのため、簡易に、3次元

モデルを生成する手法の確立が必要不可欠である。

本研究では、遺跡や遺構の概略・表示として利用される平面図・立面図 (正・平・側

面図)を用いて、石窟寺院の 3次元モデルを生成する方法について述べ、実画像から立

面図を生成し、遺跡の 3次元モデルを生成する手法を提案する。

まず、平面図からの 3次元モデル生成では、平面図の構造解析を行う。3次元モデル

を生成する際には、高さ情報が必要となるが、平面図からでは推定することができな

い。そのため、高さ情報は既知とする。

次に、立面図から 3次元モデルを生成する代表的な方法として、以下の 2 つに分類

28

できる。1つは、タブレットを用いて対話的に人が三面図を描きながら、逐次的に 3次

元モデルを生成する方法 4)である。もう 1つは、三面図の稜線や頂点を用いて、自動

的に 3次元モデルを生成する方法 15)である。これらの研究で対象としている三面図は、

機械・機構などの精密なものであり、2次元CADにより生成されたものである。しか

し、本研究で扱う立面図は、遺跡や遺構の概略表記として利用されるものであり、正

確に描かれたものではない。そのため、正確な稜線や頂点情報に基づく従来法では、3

次元モデルを生成することは困難である。

そこで、本研究では、建築物や遺跡の立面図 (正面、平面、側面図)をそれぞれ 1 つ

の領域 (対象物体のシルエット)として扱い、Shape from Silhouette手法 11)を立面図に

適用することにより、3次元モデルを生成する。これにより、2次元CADによって生

成された建築物の立面図や、手書きで描かれた石窟寺院の立面図に対しても、3次モデ

ルの生成が可能であることを示す。

また、実画像から 3次元モデルを生成する方法として、能動的な方法と受動的な方

法がある。能動的な方法では、レンジファインダなどの 3次元距離・形状計測装置を

用いて 3次元モデルを生成するものである 8)。しかし、この方法では、機動性、撮影環

境、対象物体の大きさの点においての制限を考慮する必要がある。一方、受動的な方

法は、対象を撮影した画像を用いて、3次元モデルを生成するものである。画像から 3

次元モデルを生成する手法として、ステレオ法を用いた方法 6)や、時系列画像を用い

た方法 14)16)、エピポーラ幾何による方法 13)などがある。しかし、これらの手法では、

画像間の対応付けが必要となり、画像から特徴点の検出が困難な対象に対しては、正

確な 3次元モデルを生成することが困難である。

そこで、本研究では、対応点問題を扱わずに、4方向 (対象物体の側面方向)から撮

影したカメラパラメータが未知な実画像を用いて、3次元モデルを生成する手法を提案

する。入力する画像を 4枚とすることで、比較的撮影が容易となり、また 3次元モデ

ルを生成する処理コストを下げることができる。具体的には、先に述べた立面図から

3次元モデルを生成する方法を実画像に適用するため、図 3.9に示すように、実画像か

ら幾何学変換に必要なパラメータ (移動量、回転角、拡大率)を求める。次に、得られ

たパラメータを基に、画像を幾何学変換させることにより、対象物体の立面図 (4つの

側面図)を生成する。最後に、得られた立面図を用いて、3次元モデルを生成し、Voxel

29

実画像

中心軸抽出

回転角度移動量 拡大率

幾何学変換

立面図の生成

立面図

視体積交差法

3次元モデルの生成

平面図

平面図の構造解析

3次元モデルの生成

図 3.9 処理の流れ

Coloring 手法 9)により物体表面に色情報を与える。

上記の方法により 3次元モデルを生成する場合には、撮影画像は最低 2枚 (例えば、

対象物体の正面と側面)あれば、対象物体の大まかな 3次元形状を生成することが可能

である。しかし、本研究では、Voxel Coloring手法を用いて、3次元モデルの全周に色

情報を与えるために、4方向から撮影した 4枚の画像を用いる。

本論文の構成は次のとおりである。まず、平面図から 3次元モデルを生成する方法

について述べる。次に、立面図を用いた 3次元モデルの生成方法について述べ、実画

像から立面図を生成するため、対象物体の条件を設定し、幾何学変換による立面図の

生成方法について述べる。最後に、石窟寺院や遺跡に対して、本手法を適用し、3次元

モデルの生成実験を行い、本手法の有効性を確認する。

3.2.2 平面図を用いた 3次元モデリング

ここでは、平面図から自動的に 3次元モデルを生成する方法について述べる。

3.2.2.1 平面図の解析

入力となる平面図の 2値化画像を生成する。この平面図から、対象の幾何モデルを

生成するために、特徴点を抽出し、各特徴点間の接続関係を記述する必要がある。

30

構造解析方法として、従来からエッジ検出方法 1)や特徴点抽出方法 12)が様々提案さ

れている。しかしながら、エッジ検出方法では、画像のノイズに弱く、平面図によって

は、エッジが途切れてしまう場合がある。また、特徴点を自動的に検出する方法には、

マスクパターンを適用するのが、一般的であるが、誤検出する可能性がある。コーナ

のような必要な特徴点を検出することができない場合がある。

そこで、平面図の特徴を大局的に捉えるために、平面図をブロックに分割すること

により平面図の記述を行う。以下にその方法を示す。

Step1: 平面図の傾きを補正する。

Step2: 図 3.10の平面図をm × nにブロック分割する。

Step3: 式 (3.3)により,各ブロック内の画素値の平均値 ave を求める。

ave =1

m × nm−1∑i=0

n−1∑j=0

P (i, j) (3.3)

ただし、P (i, j)は、(i, j)における画素値とする。

平均値 aveが、閾値 thより小さければ、建物部分の領域として、そのブロック位

置を記述し、大きければ、領域外とみなしブロック位置を記述しない。

次に、ブロックで記述された平面図に対して、ブロックを統合し、ブロック数を削

減する。これは、等分割にブロック分割された平面図をそのまま 3次元モデルとして

生成した場合には、ポリゴン数が多くなり、計算機上で描画速度が遅くなるためであ

る。以下に、隣り合うブロックを統合して、対象となる建物の形状を保ちつつ、ブロッ

ク数を削減する方法について示す。

Step1: ブロックで記述された平面図に対して、x方向に探索し、隣り合うブロックを

統合する。

Step2: Step1の統合処理が終了するまで繰り返す。

Step3: x方向のブロックが統合された平面図に対して、y方向に探索し、ブロックが

隣り合い、かつブロックサイズが同じものを統合する。

31

図 3.10 平面図

(a) ブロック分割 (b) ブロック統合

図 3.11 平面図の記述結果

Step4: Step3の統合処理が終了するまで繰り返す

ブロック分割で記述された平面図を図 3.11(a)に示す。この図は、平面図の解像度が

360 × 315、ブロックサイズが、5× 5における分割結果である。また、ブロックを統合した結果を図 3.11(b)に示す。表 3.1は、ブロックの統合前と統合後のブロック数を示

している。表に示すように、統合することにより、ブロック数が削減されていること

が分かる。

表 3.1 ブロック統合結果ブロック数

統合前 146統合後 15

32

3.2.2.2 3次元モデルの生成

次に、上記の方法により、記述された平面図に、既知の高さ情報を加えることによ

り、3次元モデルを生成する。図 3.12に 3次元モデルの生成結果を示す。

図 3.12 3次元モデルの生成結果

3.2.3 立面図を用いた視体積交差法に基づく 3次元モデルの生成

ここでは、立面図から自動的に 3次元モデルを生成する方法について述べる。

3.2.3.1 前処理

3次元モデルを生成する前処理として、まず、図 3.13(b)に示す立面図を 2値化する

(ここでは、対象領域を白とする)。次に、1枚の立面図に、正面図、側面図、平面図が

描かれているために、これを 3枚の画像 (正面画像、側面画像、平面図画像)に分離す

る。それには、図 3.14に示すように、画像の x軸、y軸に対して、それぞれ白画素の

分布を調べ、画像の x軸、y軸に対する各ヒストグラムにおいて、谷となる点を対象領

域の境界として、立面図の分離を行う。

33

(a) 3次元モデル

y

xz

x

y

z

(b) 立面図

図 3.13 立面図

3.2.3.2 視体積交差法

上記で、分離された正面図、側面図、平面図の 3枚の画像に対して、視体積交差法

を用いて 3次元モデルの生成を行う。

視体積交差法 11)は、図 3.15に示すように、実空間内に複数設置したカメラで撮影し

た画像から物体のシルエットを抽出し、あらかじめカメラキャリブレーションにより

求まるカメラパラメータを用いて、空間に逆投影し、シルエットの交わりを計算する

ことによって、3次元モデルを求める手法である。

本研究で使用する立面図 (正・平・側面図)は、画像面に垂直な軸に沿って投影する

34

x

画素数

y画素数

図 3.14 立面図の分割

対象物体

シルエット画像カメラ位置 1

カメラ位置 2

3次元空間

図 3.15 視体積交差法

正射影図法によるものであり、奥行情報のみが失われる。このため、視体積交差法を

用いて、3次元モデルを生成する場合に、必要とされるカメラパラメータを求める必要

がない。

3.2.3.3 3次元モデルの生成

以下に立面図から 3次元モデルを生成する手順を述べる。

(1) 形状を構成する 3次元空間 (Voxel空間)を立方体格子に分割。

(2) 各ボクセルに対して、正射影による逆投影を行い、立面図上にシルエットが存在

35

するか、しないかを判定。

(3) 最終的に存在するボクセル集合を 3次元形状とみなす。

(4) 3次元形状の内部�