【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調制御用熱放射センサや人感知用赤外線センサなど、感知範囲が放射状に広がっているセンサの設置条件の評価に係り、特に複雑な形状の三次元空間におけるセンサの設置位置や感知方向などの条件の評価・決定に有効なセンサ設置条件の評価シミュレーション装置及び評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、空調制御用熱放射センサは、
建物内に形成される空調空間（三次元空間）の空調制御や温熱環境の計測のために、つまり当該空調空間における周壁などからの熱放射の程度を把握するために使用される。 このセンサの感知範囲は、センサ設置位置から感知方向を中心軸として放射状に広がっていて例えばセンサ設置位置から感知角度（放射角度）が５２度の同心円錐内であり、その感知範囲の放射熱を受けて空調制御用コントローラに出力する。 この熱放射センサは、主に、
スキンロード制御を行うオフィスの外壁、ガラス面、インテリア（机、パーティションなど）、ＰＭＶ制御を行う空間などで使用されることが多い。 そして、最適な空調制御を行うためには、センサの設置位置や感知方向などのセンサ設置条件が重要な要素の一つとなる。

【０００３】ここで、上記のような用途に使用される熱放射センサの設置位置や感知方向等の決定は、従来にあっては、プリントアウトされた建物の設計図面（平面図や断面図等）を使用して、その二次元図面上で手作業・
手計算により設置位置等の設置条件の検討を行い設置位置や感知方向等を決定していた。 すなわち、図４に示すように、設計図面上におけるセンサ設置位置５１から感知方向５２に所定の感知角度の上記感知範囲Ｋの境界線５０を記入して現在のセンサの設置位置５１や感知方向５２における感知範囲Ｋを求めてセンサ設置条件の妥当性について検討評価を行い、各センサの設置位置等を決定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空調空間等の建物内の空間は三次元的なものであり、また、建物によってはその空調空間を構成する境界面も複雑な三次元形状となっている場合があるため、上記二次元図面上での評価だけでは各センサの感知範囲Ｋを三次元的に評価する作業はかなり煩雑なものとなる。 すなわち、複雑な形状の建物になるほど、各センサの感知範囲Ｋを３
次元状態で正確に把握して当該センサの設置位置等の条件が妥当かどうかの評価及び決定は困難なものとなる。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、簡易にセンサの感知範囲を三次元状態で視認できるようにして、センサの設置位置等の設置条件の妥当性の評価を容易にすることを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、
センサを設置する三次元空間の三次元形状モデルを設定するモデル設定手段と、設置する１又は２以上のセンサについての、少なくともセンサ設置位置、感知方向及び感知角度からなる各センサ設置条件を入力するセンサ設置条件入力手段と、図形を表示する際の視点、画角などの図形表示条件を入力する表示条件入力手段と、入力したセンサ設置条件データに基づいて、上記三次元形状モデルにおけるセンサの感知範囲を計算する感知範囲計算手段と、上記感知範囲計算手段の計算結果に基づき、計算した感知範囲の三次元形状モデル部分に色付けを行い、上記表示条件に基づき視点からの上記三次元形状モデルの三次元図形を表示する表示手段とを備えることを特徴とするセンサ設置条件の評価シミュレーション装置を提供するものである。

【０００７】本発明によれば、各センサの感知範囲が三次元図形（三次元コンピュータグラフィック）として表示されて、三次元で各センサの感知範囲を視覚化することができる。 そして、センサの設置位置などの設置条件の設定を変えるだけで、短時間で変更後のセンサの感知範囲の変更状態も三次元図形で視認することができる。

【０００８】また、表示する視点等の表示条件を変更することで、簡易に、任意の視点等からの感知範囲の状態を三次元で視認することが可能となる。 ここで、センサの感知範囲は、センサ設置位置を中心とし感知方向に向かう円錐形状など放射状に広がった立体的な範囲であるが、センサの目的に応じて、その全部若しくは一部だけを表示すればよい。

【０００９】次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明に対し、上記感知範囲計算手段は、設置するセンサを仮想の光源と見なし、当該仮想の光源の一次光で照射される上記三次元形状モデルの表面位置をレイトレーシング法にて計算し、当該一次光で照射される範囲をセンサの感知範囲とし、表示手段は、三次元形状モデルにおける物体表面での感知範囲のみに色付けを行って三次元形状モデルの三次元図形を表示することを特徴とするものである。

【００１０】ここで、仮想の光源は、点光源に限定されず、線光源、面光源など、対応のセンサの形状や機能などに応じて異なる。 もっとも、対象とする空間が大空間であれば、スポットライトなどの点光源に仮想して問題はない。 熱放射センサや赤外線センサ等のセンサは、光を放射する照明と異なり、物体の放射熱などを受けるものであり且つ通常視認できないものであるが、そのセンサの感知範囲は、センサ設置位置を頂点とした円錐状や角錐状など、当該センサ設置位置から放射状に広がる範囲であり、グラフィック上では、照明の照射範囲の形状と同じである。

【００１１】したがって、グラフィック上では、センサの感知方向や感知角度等は、仮想の光源の照射方向及び照射角度（配光角度）等と一対一に対応し、照明についての三次元コンピュータグラフィックで一般に採用されているレイトレーシング法にて三次元形状モデル表面における感知範囲を計算することができ、当該感知範囲を可視化して表現することで（コンピュータグラフィック化することで）、センサの感知範囲が三次元的に容易に把握されその設置位置の評価が容易となる。

【００１２】なお、照明の場合には、反射した２次光（間接光）も考慮する必要があるが、センサの場合には、照明でいう一次光（直接光）だけを考慮すればよいし、また、物体表面上での感知範囲だけを表示すればよいので、計算が簡易である。 また、モデル上の物体表面における感知範囲のみを表示することで、複数のセンサなどを同時に表示した場合等において、感知範囲が分かりやすくなる。

【００１３】また、センサが熱放射センサであれば、物体表面からの熱放射を感知するので、物体表面の感知範囲のみが分かればよい。 このとき、複数のセンサの感知範囲について同時に表示できるが、この場合には、センサ毎にその感知範囲の配色を異ならせておくことで、複数のセンサの感知範囲を同時に評価したり各センサの感知範囲の重なり等も容易に評価することが可能となる。

【００１４】次に、請求項３に記載した発明は、センサの設置位置に光源を設定し、その光源による一次光の照射範囲をセンサの感知範囲と見なして当該センサの設置条件の妥当性を評価することを特徴とするセンサ設置条件の評価方法を提供するものである。 センサの感知範囲と光源の一次光による照射範囲との関係は、図形的には、感知方向は照射方向、感知角度は配光角度、感知感度は光束にそれぞれ一対一で対応する。 したがって、実際のセンサ設置位置に対して、対応する光源を設置して当該光源の一次光による照射範囲によってセンサの感知範囲が三次元状態で視覚化することができる。

【００１５】また、実際に光源を設置しなくても、既存の照明用シミュレーション装置で、センサに対応する光源での一次光の照射範囲をシミュレーションし三次元グラフィックとして表示することで、センサの感知範囲（照射範囲）が三次元図形で視覚化することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 本実施形態は、建物内の空調空間に空調制御に使用される熱放射センサを設置する際の評価を例にして説明する。 図１は、本実施形態に係るセンサ設置条件評価シミュレーション装置のシステム構成を示す図であり、モデル設定手段１、入力手段２、
感知範囲計算手段３、及び表示手段４から構成されている。

【００１７】モデル設定手段１は、空調空間を構成する建物の設計データに基づいて、空調空間を構成する三次元形状モデル表面を、小面積の三角形等の多角形からなる多数の表面単位に分割して繋いだ三次元建物形状データとしてモデル化し、各単位表面面の頂点の座標点列として保存する。 この三次元建物形状データを作成するためのデータはマウスやキーボードなどの入力装置から入力する。 もっとも、センサの設置を評価する段階では、
既に、建物の設計段階などによって上記三次元建物形状データは作成されて建物三次元データ５としてデータベース化されているので、そのデータベースから必要な三次元建物形状データを入力すればよい。

【００１８】上記入力手段２は、センサ設置条件入力手段２Ａと表示条件入力手段２Ｂとを備える。 センサ設置条件入力手段２Ａは、キーボード等の入力装置を介してセンサ設置位置、センサの感知方向及び感知角度、表示色情報からなるセンサ設置条件が入力され、入力したセンサ設置条件データを感知範囲計算手段３に供給する。

【００１９】表示条件入力手段２Ｂも、キーボード等の入力装置を介して視点（目の位置）、視軸の方向（見ている方向）、画角（視野）からなる表示条件が入力され、入力された表示条件データを表示手段４に供給する。 感知範囲計算手段３は、概念図である図２のように、熱放射センサの感知範囲Ｋが、センサ設置位置１０
から感知方向１２に向けて感知角度θの広がりを持った放射状（点光源状態であれば円錐状）の範囲であることから、グラフィック上では、照明と同等の扱いができることに鑑み、設置位置を光源の位置、センサの感知範囲を一次光の照射方向、感知角度を照射角度として、この仮想の光源による一次光が照射される単位面を、レイトレーシング法にて計算して求め、求めた単位面データに対応するセンサの情報を設定する。

【００２０】表示手段４では、感知範囲計算手段３で求めた感知範囲１１（照射範囲）の単位面のデータに、対応するセンサの色情報の色で色付けを行い、表示条件データに基づいて、設定され視点からの三次元形状モデルの画像（図形）を演算して画像データを作成し、カラーモニタに表示したり、カラープリンタによってプリントアウトする。

【００２１】上記構成のシミュレーション装置では、データベースに格納されている建物の三次元データから、
対象とするモデルの三次元形状モデル表面を多数の単位面の集まりとして設定した後、センサ条件入力手段２から、設置する複数のセンサについて、各センサ設置条件をそれぞれ入力する。 すると、感知範囲計算手段３が作動して、各センサ毎に、感知範囲Ｋにある単位面をレイトレーシング法で計算し、対応する単位面に各センサの色情報が設定される。 なお、形状モデル表面における複数のセンサの感知範囲１１に属する面の色情報は、その各センサの色情報の光の合成色となる。

【００２２】そして、表示条件を表示条件入力手段２Ｂ
で入力すると、表示手段４が作動し、図３に示すような、設定された視点からの三次元モデルの画像が表示される。 このとき、各センサのモデル表面での感知範囲１
１はセンサ毎に設定された色に色付けされて表示される。 これによって、センサの設置条件による各センサの物体表面における感知範囲１１がそれぞれ立体的に可視化されて、センサの設置位置やセンサの種類の妥当性が容易となる。

【００２３】視点を変更する場合には、表示条件を入力し直すことで自動的に計算されて変更された画像が表示される。 つまり、表示条件を変えるだけで、任意の視点から現在のセンサ設置条件による感知範囲１１を三次元画像として視認することができて、妥当性の評価が容易となる。 また、センサの設置条件を入力し直すことで、
簡易に変更後のセンサの感知範囲１１が視認することができる。

【００２４】このように、空調空間が複雑な形状となっていても、各センサの感知範囲１１の確認や各センサの感知範囲の重なりチェックなどを簡易に、且つ高い精度で検討を行うことができる。 ここで、図４では、空調空間に設置される机など備品類が図示されていないが設置される備品類を考慮すると三次元空間を構成する三次元形状は複雑な形状となる。

【００２５】ここで、上記実施形態では、各センサの感知範囲１１のエリアだけを表示しているが、感知強度（感度分布）も表示するように設定しても良い。 例えば、対象とする単位面における法線ベクトルとセンサ設置位置からの当該単位面への光源ベクトルとの内積や、
センサ設置位置からの当該単位面までの距離による色強度の重み付けを行って、感知範囲１１内における各単位面での色の強度を変化させて感知強度の分布についても可視化するようにしても良いし、センサ自体の感度をセンサ設置条件として入力し、感度を光束に対応づけるようにしても良い。

【００２６】上記実施形態では、建物内の空調空間への熱放射センサの設置の評価を例に説明しているが、これに限定されるものではない。 例えば、防犯用の人感赤外線センサの設置位置を決定するための評価に使用したり、生産プロセス中の移動物体の位置や個数を感知するセンサの位置決定のための評価に使用したりしても良い。

【００２７】また、上記実施形態では、センサとして熱放射センサを挙げているため、感知範囲Ｋのうちの物体表面部分１１のみを表示する場合で例示しているが、センサの用途によっては感知範囲Ｋ全域を表示してもよい。 但し、感知範囲Ｋ全域を表示すると逆に分かりづらくなるおそれがあり、特に複数のセンサによる感知範囲Ｋを同時に表示すると見づらくなるおそれがある。

【００２８】本装置による評価は、対象の三次元空間の形状が複雑で、２次元図面上での判断が困難な場合に特に有効となる。 また、三次元空間が可変の場合にも有効である。 また、上記実施形態では、感知範囲の計算をレイトレーシング法で行う場合を例示しているが、他のコンピュータグラフィック手法によって感知範囲を計算しても良い。 また、三次元形状モデルのモデリングも他のモデリングを採用しても良い。

【００２９】また、上記実施形態では、センサ設置条件評価用の専用のシミュレーション装置を使用してセンサの感知範囲１１を三次元コンピュータグラフィックとして可視化して評価することを例に挙げているが、これに限定されない。 例えば、実際の建物内に、センサに対応する光源（照明）をセンサ設置位置に設置して、実際に一次光の当たる部分を感知範囲として可視化して視認し評価するようにしても良い。 この場合には、実際の光源の向きや配置を変更することで、実際の三次元空間で、
簡単に、感知範囲の変更後の状態を三次元状態で視認することができる。 なお、ドーム等の大空間であれば、仮想の光源としてスポットライト（点光源）を使用すればよい。

【００３０】また、既存の照明用シミュレーション装置を流用して、センサを仮想の光源としてその仮想の光源による一次光の照射範囲を三次元コンピュータグラフィックとして表示させて、当該照射範囲をセンサ感知範囲として、センサの設置位置などの評価・検討を行うようにしても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明を採用すると、複雑な形状の三次元空間であっても、センサの感知範囲を三次元状態で可視化して評価できるので、簡単且つ精度良く各センサの設置位置や感知範囲などを把握できる。 特に、請求項１又は請求項２に係る発明では、一度、対象とする三次元空間の形状モデルを設定したら、センサ設置条件や視点等の表示条件を任意に変更しても、短時間でセンサの感知範囲を精度良く且つ三次元状態で視認できる結果、感知範囲の状態が分かりやすく且つ短時間で再評価ができるため作業性が良く、しかも最適なセンサの配置や感知方向などの検討を精度良く行うことができるという効果がある。

【００３２】なお、センサの設置位置などを精度良く決定できることは、空調用のセンサの評価にあっては、空調制御の向上に繋がる。 また、請求項２に係る発明は、
物体表面での感知範囲のみを表示するので、空調用熱放射センサの設置評価に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施形態に係る評価シミュレーション装置の構成を示す概略図である。

【図２】本発明に基づく実施形態に係る装置感知範囲計算手段を説明するための概念図である。

【図３】本発明に基づく実施形態に係る感知範囲の表示状態を示す概念図である。

【図４】従来の感知範囲の検討を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１ モデル設定手段 ２Ａ センサ設置条件入力手段 ２Ｂ 表示条件入力手段 ３ 感知範囲計算手段 ４ 表示手段 ５ 建物三次元データ １０ センサ設置位置 １１ 物体表面での感知範囲 １２ 感知方向 Ｋ 感知範囲 θ 感知角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 百里 美和 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 Ｆターム(参考） 3L061 BA02 5B046 AA03 DA02 GA01 HA09 JA04 9A001 HH32 HZ26 JJ50 KK37