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JP7046402B1 - 情報表示装置、および情報表示プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】消波ブロックの据付範囲を仮想的に表示すること。【解決手段】情報表示装置100は、消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、3次元モデル生成手段によって生成された3次元モデルを、消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示する表示手段と、表示手段によって表示された映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる表示方法変化手段とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、情報表示装置、および情報表示プログラムに関する。
次のようなブロック体の設置方法が知られている。このブロック体の設置方法では、構造物の側面の上縁部に一又は複数の保護部材を移動可能に配置し、ブロック体を吊り下ろす際に、ブロック体の吊り下ろし位置に合わせて保護部材を上縁部に沿って移動させることによって、ブロック体と構造物との接触による構造物の破損を防止している(例えば、特許文献1)。
特開2020-153096号公報
従来、海岸での消波ブロックの設置では、事前に現地に木製の定規を所定間隔で設置してその定規を目安にブロックを据付けていた。この場合、消波ブロックの据付けを底部から積み上がるにつれて定規が障害となるため定規の撤去が必要となり、据付中盤以降は定規無しで作業が行われていた。また、港湾での消波ブロックの設置では、海中から海上での作業となるために定規の設置が不可能であった。このように、従来、消波ブロックの設置に当たっては定規などの目安なしに作業が行われることがあったため、消波ブロックを設計通りに設置するのが困難であった。このため、この問題を解決するための技術が求められているが、従来は、このような問題を解決するための技術については何ら検討されていなかった。
本発明による情報表示装置は、消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、3次元モデル生成手段によって生成された3次元モデルを、消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示する表示手段と、表示手段によって表示された映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる表示方法変化手段とを備え、表示方法変化手段は、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示することを特徴とする。
本発明による情報表示プログラムは、消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成する3次元モデル生成手順と、3次元モデル生成手順で生成した3次元モデルを、消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示する表示手順と、表示手順で表示した映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる表示方法変化手順と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、表示方法変化手順は、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示することを特徴とする。
本発明によれば、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示するとともに、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させるようにしたので、消波ブロックを設計通りに設置するのを支援することができる。
情報表示装置100の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 設計データの具体例を示す図である。 位置合わせに用いる基準点の設定例を模式的に示す図である。 基準点と3D仮想面定規の位置合わせ方法の具体例を示す図である。 3D仮想面定規の具体例を示す図である。 設置場所に消波ブロックが据え付けられた後の状態例を示す映像図である。 情報表示装置100で実行される設計データ記録処理の流れを示すフローチャート図である。 情報表示装置100で実行される3D仮想面定規表示処理の流れを示すフローチャート図である。
本実施の形態における情報表示装置は、海岸工事や港湾工事における消波ブロックの据付において、MR(Mixed Reality)と呼ばれる複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の精度向上と作業の安全性向上の実現を支援するために利用される。
従来方式の海岸での消波ブロック据付は、事前にドウブチやサギ等の木製定規を所定間隔、例えば5~10m間隔に現地に設置し、その定規を目安にブロックを据付けるものである。しかし、消波ブロックの据付けを底部から積み上がるにつれて定規が障害となるためブロック据付の中盤で定規の撤去が必要となる。一度撤去した定規は、安全性の問題や固定方法の問題があり、再設置することは困難である。このため、消波ブロック据付の中盤からは定規無しで作業が行われている。また、港湾での消波ブロック据付は、海中から海上に向けての作業となるため、安全性や固定方法の問題で据付定規の設置が不可能であり、熟練作業員の堪に頼った作業となっている。さらに、消波ブロックの据付作業においては、安全上、ブロックの上に乗っての作業は禁止されているため、定規の設置や据付出来形の確認に苦慮しているのが実情である。
このような問題を解決するために、本実施の形態における情報表示装置は、複合現実の技術を用いて現実空間と仮想空間を融合させることにより、現実の映像にCGで仮想定規を表示させた映像をリアルタイムに表示することによって、消波ブロックの据付を正確かつ安全に行うことができるように支援するための仕組みを提供する。以下、本実施の形態における情報表示装置で実行される処理について説明する。
情報表示装置は、例えば、スマートフォンやタブレット端末などの携帯情報端末が用いられる。図1は、本実施の形態における情報表示装置100として、タブレット端末を用いた場合の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示すように、情報表示装置100は、タッチパネル101と、カメラ102と、制御装置103とを備えている。
タッチパネル101は、液晶パネル等の表示装置とタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせた電子部品であり、画面上の表示を押すことで機器を操作することができる入力装置である。例えば、情報表示装置100の操作者は、液晶パネル上に表示されたボタンやメニュー等の表示項目を指やタッチペンを用いてタッチまたはスライドさせることにより、情報表示装置100を操作することができる。タッチパネル101は、操作者によるタッチやスライドといった操作を検出して、その検出信号を制御装置103へ出力する。
カメラ102は、レンズ、撮像素子、その他周辺回路によって構成される公知の撮像装置である。カメラ102で撮影された画像や動画のデータは、制御装置103へ出力される。本実施の形態における情報表示装置100では、制御装置103は、カメラ102から所定のフレームレートで入力される画像をタッチパネル101に出力することにより、タッチパネル101にカメラ102で撮影した映像を表示することができる。
制御装置103は、CPU、メモリ、およびその他の周辺回路によって構成され、情報表示装置100の全体を制御する。なお、制御装置103を構成するメモリは、例えばSDRAM等の揮発性のメモリやフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリを含む。揮発性のメモリは、CPUがプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリや、データを一時的に記録するためのバッファメモリとして使用される。また、不揮発性のメモリには、情報表示装置100を動作させるためのファームウェアや種々のアプリケーションを動作させるためのソフトウェアのプログラムデータが記録される。本実施の形態では、以下に説明する処理を実行するためのプログラムは不揮発性のメモリに記録されている。なお、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリは、不図示のカードスロットに挿入されたメモリカードなどの外部の記憶媒体を利用するようにしてもよい。
本実施の形態における情報表示装置100では、ライダー(LiDAR)機能を備えたMRの活用により、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる。例えば、消波ブロック据付の規格範囲を半透明色のCGで表した3D仮想面定規で表示する。そして、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示することによって、従来用いていた木製定規なしに正確な据付指示をリアルタイムに行う。
なお、一般的なAR(Augmented Reality=拡張現実)では、ARコンテンツが現実の物体の前後関係により後ろに隠れたり手前に表示されたりするオクルージョンが生じ、ARコンテンツより手前に実物がある場合には遠近感や位置関係を表示できないという問題がある。これに対して、MRでは、ライダーで計測することで深度を認識するため、手前に実物がある場合にはモデルが奥に隠れて表示される。ライダーはレーダーよりも遥かに短い波長の電磁波を用い、その反射光を光センサでとらえ距離を測定するリモートセンシング方式であり、このライダー機能を用いることにより、周囲の位置関係を正確に測定して現実とコンテンツの自然な表示が可能となる。なお、AR、MR、およびMRにおけるライダー(LiDAR)は、公知の技術のためここでは詳細な説明は省略する。
本実施の形態における情報表示装置100を利用して消波ブロックの据付施工を行うためには、あらかじめ消波ブロックの据付施工の設計データが入力されている必要がある。このため、設計データの入力者、例えば消波ブロックの据付施工工事の作業者は、情報表示装置100を操作して消波ブロックの据付施工の設計データを入力する。本実施の形態では、設計データの入力者は、タッチパネル101を操作して消波ブロックの据付施工用のアプリケーションを起動し、タッチパネル101に表示される設計データの入力画面上で設計データの入力を行う。
消波ブロック据付施工は、そのほとんどである80%程度が構造物に沿って行われるため、本実施の形態では、消波ブロックの据付施工の設計データは、構造物の高さ(標高)と、据付地盤高さと、消波ブロックの天端高さと、消波ブロックの天端幅と、消波ブロックの斜面勾配と、延長方向の測点とが入力される。これらの設計データは、例えば、図2に示す設計データに基づいて入力される。図2(A)に示す断面図に基づいて入力される設計データは、構造物の高さ(標高)2a=+5.2m、据付地盤高さ2b=-1.0m~-0.5m、消波ブロックの天端高さ2c=+4.2m、消波ブロックの天端幅2d=2.91m、消波ブロックの斜面勾配2e=1:4/3となる。また、延長方向の測点は、図2(B)に示す平面図において範囲2fに含まれる測点の全ての値、例えば19.77、24.07、33.07、56.40、62.88、および69.70となる。
制御装置103は、入力された設計データをメモリに記録しておき、操作者によって3D仮想面定規の表示が指示されると、消波ブロックの据付施工の設計データを変換して、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成することにより、設計データを3D仮想面定規に変換する。すなわち、制御装置103は、構造物の高さ(標高)と、据付地盤高さと、消波ブロックの天端高さと、消波ブロックの天端幅と、消波ブロックの斜面勾配と、延長方向の測点を満たすような3D仮想面定規のデータを生成する。そして、制御装置103は、生成した3D仮想面定規をタッチパネル101に表示する。なお、設計データに基づいて3次元モデルを生成する方法は公知のため、ここでは詳細な説明は省略する。
消波ブロックの据付施工を指示する指示者は、消波ブロックの据付現場に隣接した現実空間における構造物、例えば擁壁、防波堤等にあらかじめ基準点を設置し、タッチパネル101上で該基準点と3D仮想面定規の位置合わせを行っておく。図3は、位置合わせに用いる基準点の設定例を、図2に示した断面図と平面図上に模式的に表した図である。指示者は、図3に示された位置3aに基準点を設定して3D仮想面定規の位置合わせを行う。
図4は、本実施の形態における情報表示装置100における基準点と3D仮想面定規の位置合わせ方法の具体例を示す図である。指示者は、図4(A)に示すように、タッチパネル101に表示された位置合わせ用の点4aを構造物上に設定した基準点に合わせるとともに、構造物の向きと情報表示装置100の向きを合わせる。具体的には、図4(B)に示すように、位置合わせ用の点4aを構造物上に標した基準点のずれ量を表すX、Y、Zの位置座標をゼロに合わせるとともに、構造物の向きと情報表示装置100の向きのずれ量を表す回転のX、Y、Zをゼロに合わせるように、タッチパネル101に表示される映像の範囲や向きを調整する。
上述したように位置合わせが行われると、制御装置103は、設定された基準点の情報をメモリに記録した後に、消波ブロックの据付施工範囲に合わせて3D仮想面定規を表示する。図5(A)は、制御装置103によって生成された3D仮想面定規を模式的に示す図であり、図5(B)は、図5(A)に示した3D仮想面定規をカメラ102で撮影された映像に重畳して表示することにより、消波ブロックの据付施工範囲を現実映像に重ね合わせて表示した例を示している。
消波ブロックの据付施工を指示する指示者は、消波ブロックの据付現場にカメラ102を向けて、タッチパネル101に表示された現実の映像に3D仮想面定規を融合させた映像を視認ながら消波ブロックの据付けを指示することができる。これによって、クレーンオペレータなどの作業員に消波ブロックを誘導するための正確な指示を出すことができ、消波ブロックを設計図に沿った適切な箇所に据付けることができる。また、上述したように基準点を用いて現実映像と3D仮想面定規の位置合わせを行っているため、指示者は移動時には基準点に照準を設定ながら使用することで高精度な据付管理を行うことができる。
本実施の形態では、制御装置103は、上述したように、MRのライダー(LiDAR)機能を利用することにより、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示する。例えば、図6は、図5(B)に示した設置場所に消波ブロックが据え付けられた後の状態を示す映像図である。この図6に示すように、制御装置103は、3D仮想面定規で示した消波ブロックの据付範囲外に位置している消波ブロックは現実映像で表示し、3D仮想面定規で示した消波ブロックの据付範囲内に位置している消波ブロックは半透明色に変換して表示する。制御装置103は、この変換処理をリアルタイムで行ってタッチパネル101上の表示を更新する。これによって、指示者は、タッチパネル101に表示されている映像を確認することによって、ブロックが規格面よりどの程度出入りしているかをリアルタイムで視認することができるため、現実のブロック据付出来形を確認することができる。
図7は、本実施の形態における情報表示装置100で実行される設計データ記録処理の流れを示すフローチャートである。図7に示す処理は、上述したように、設計データの入力者によって設計データの入力開始が指示されると起動するプログラムとして、制御装置103によって実行される。
ステップS10において、制御装置103は、上述した設計データが入力されたか否かを判断する。ステップS10で肯定判断した場合には、ステップS20へ進む。
ステップS20では、制御装置103は、入力された設計データをメモリに記録する。その後、処理を終了する。
図8は、本実施の形態における情報表示装置100で実行される3D仮想面定規表示処理の流れを示すフローチャートである。図8に示す処理は、上述したように、消波ブロックの据付施工を指示する指示者によって3D仮想面定規の表示が指示されると起動するプログラムとして、制御装置103によって実行される。
ステップS110において、制御装置103は、上述したように、消波ブロックの据付施工の設計データを3D仮想面定規に変換することにより、3D仮想面定規のデータを生成する。その後、ステップS120へ進む。
ステップS120では、制御装置103は、指示者によって、上述したように、位置合わせを行うための基準点が設定されたか否かを判断する。ステップS120で肯定判断した場合には、ステップS130へ進む。
ステップS130では、制御装置103は、上述したように、カメラ102で撮影された映像に3D仮想面定規を重畳して表示することにより、消波ブロックの据付施工範囲に合わせて3D仮想面定規を表示する。その後、ステップS140へ進む。
ステップS140では、制御装置103は、上述したように、消波ブロックが据え付けられた範囲については、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示するように、タッチパネル101上の表示を更新する。その後、ステップS150へ進む。
ステップS150では、制御装置103は、指示者によって3D仮想面定規の表示終了が指示されたか否かを判断する。ステップS150で否定判断した場合には、ステップS140へ戻る。これに対して、ステップS150で肯定判断した場合には、処理を終了する。
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1)制御装置103は、消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルとして3D仮想面定規を生成し、生成した3D仮想面定規を消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示し、該映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させるようにした。これによって、消波ブロックを設計通りに設置するのを支援することができる。具体的には、消波ブロックの据付施工を指示する指示者は、タッチパネル101に表示された現実の映像に3D仮想面定規を融合させた映像を視認ながら消波ブロックの据付けを指示することができるため、クレーンオペレータなどの作業員に消波ブロックを誘導するための正確な指示を出すことができ、消波ブロックを設計図に沿った適切な箇所に据付けることができる。
(2)消波ブロックの据付現場に隣接した現実空間における構造物に設定された基準点と3D仮想面定規とはあらかじめ位置合わせが行われており、制御装置103は、該位置合わせの結果に基づいて、3D仮想面定規を消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示するようにした。これによって、消波ブロックの据付現場の映像に3D仮想面定規を正確に重畳して表示することができる。また、消波ブロックの据付施工を指示する指示者は、移動時には基準点に照準を設定ながら使用することで高精度な据付管理を行うことができる。
(3)制御装置103は、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示するようにした。これによって、消波ブロックの据付施工を指示する指示者は、ブロックが規格面よりどの程度出入りしているかをリアルタイムで視認することができるため、現実のブロック据付出来形を確認することができる。
(4)制御装置103は、複合現実の技術におけるLiDAR機能を用いることによって消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させるようにした。これによって、公知の技術を活用して消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させることができる。
―変形例―
なお、上述した実施の形態の情報表示装置は、以下のように変形することもできる。
(1)上述した実施の形態では、制御装置103は、消波ブロック据付の規格範囲を半透明色のCGで表した3D仮想面定規で表示するようにした。そして、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示する例について説明した。しかしながら、3D仮想面定規の表示は半透明色に限定されない。また、指示者が消波ブロック据付の規格範囲外のブロックと消波ブロック据付の規格範囲内のブロックを区別して認識可能な表示方法であれば、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックと消波ブロック据付の規格範囲内のブロックの表示方法はこれに限定されない。
(2)上述した実施の形態では、制御装置103は、3D仮想面定規で示した消波ブロックの据付範囲外に位置している消波ブロックは現実映像で表示し、3D仮想面定規で示した消波ブロックの据付範囲内に位置している消波ブロックは半透明色に変換して表示するようにし、このための表示色の変換処理をリアルタイムで行う例について説明した。しかしながら、制御装置103は、指示者によって指示されたタイミングで表示色の変換処理を行うようにしてもよい。
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
100 情報表示装置
101 タッチパネル
102 カメラ
103 制御装置

Claims (6)

  1. 消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、
    前記3次元モデル生成手段によって生成された前記3次元モデルを、消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示する表示手段と、
    前記表示手段によって表示された映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる表示方法変化手段とを備え
    前記表示方法変化手段は、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示することを特徴とする情報表示装置。
  2. 請求項1に記載の情報表示装置において、
    消波ブロックの据付現場に隣接した現実空間における構造物に設定された基準点と前記3次元モデルとはあらかじめ位置合わせが行われており、前記表示手段は、該位置合わせの結果に基づいて、前記3次元モデルを消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示することを特徴とする情報表示装置。
  3. 請求項1または2に記載の情報表示装置において、
    前記表示方法変化手段は、複合現実の技術におけるLiDAR機能を用いることによって消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させることを特徴とする情報表示装置。
  4. 消波ブロックの据付施工の設計データに基づいて、消波ブロックの据付範囲を示す3次元モデルを生成する3次元モデル生成手順と、
    前記3次元モデル生成手順で生成した前記3次元モデルを、消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示する表示手順と、
    前記表示手順で表示した映像において、複合現実の技術を用いて、消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させる表示方法変化手順とをコンピュータに実行させるための情報表示プログラムであって、
    前記表示方法変化手順は、現実空間で消波ブロックが据え付けられた範囲を対象として、消波ブロック据付の規格範囲外のブロックは現実映像で表示し、消波ブロック据付の規格範囲内のブロックは半透明色に表示することを特徴とする情報表示プログラム。
  5. 請求項に記載の情報表示プログラムにおいて、
    消波ブロックの据付現場に隣接した現実空間における構造物に設定された基準点と前記3次元モデルとはあらかじめ位置合わせが行われており、前記表示手順は、該位置合わせの結果に基づいて、前記3次元モデルを消波ブロックの据付現場の映像に重畳して表示することを特徴とする情報表示プログラム。
  6. 請求項4または5に記載の情報表示プログラムにおいて、
    前記表示方法変化手順は、複合現実の技術におけるLiDAR機能を用いることによって消波ブロック据付の規格範囲外に位置する消波ブロックと、消波ブロック据付の規格範囲内に位置する消波ブロックの表示方法を変化させることを特徴とする情報表示プログラム。
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高橋 秀則 ほか2名,ICT技術を活用した防波堤消波ブロック据付作業の効率化について ―須築漁港外西防波堤改良工事を例として―,第64回(2020年度) 北海道開発技術研究発表会論文,2021年02月,p.76-80,<URL:https://thesis.ceri.go.jp/db/files/153231700613803f078068.pdf><書誌事項のURL:https://thesis.ceri.go.jp/db/documents/public_detail/69109>,[令和4年1月14日検索]、インターネット

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