意味情報を伴う中国古代木造建築を3DでモデリングするためのCityGML ADE

なぜ古い木造寺院に新しいデジタル工具が必要か

中国各地に、何世紀も前に建てられた木造の堂や寺院が残っており、重なり合う屋根や精巧な斗栱（ときょう）が地震や戦火、風雨を乗り越えてきました。しかしこれらの傑作は脆弱であり、保存にはもはや大工仕事だけでは不十分です。本研究は、建物の見た目だけでなく、各部材が何であるか、それらがどのように組み合わさっているかをコンピュータが理解できるように、三次元で記述する新たな手法を示し、より賢明な保存と研究の基盤を築きます。

古来の技をデジタルな構成要素に変える

伝統的な中国木造建築は秩序だった論理に従います：基壇、柱や梁からなる木骨組、囲いとなる壁や戸、そして複雑な屋根。斗栱やほぞ組のような特殊な木構造は、重い瓦屋根を支えつつ地震時に建物をしなやかに動かす機能を持ちます。著者らは、この遺産を真に守るためには、デジタルモデルが外形だけでなくこうした階層構造や専門用語を取り込む必要があると主張します。既存の3Dモデルや多くの遺産向けBIMは形状を精密に記録する一方で、職人が用いる伝統的なカテゴリをぼかしたり無視したりしがちで、どの要素が屋根層に属するか、特定の斗栱群がどの柱に関連するかといった問いに答えづらくなっています。

3D都市モデルに意味を付与する

このギャップを埋めるため、研究者たちは3D都市を記述する国際標準であるCityGMLを拡張し、中国木造建築用のアプリケーションドメイン拡張（CTAADE）を作成しました。この拡張は基壇、木骨組、垂直囲い、屋根という4つの主要層と、基壇、柱、梁、垂木、瓦、壁、窓、斗栱など17の主要部材型を導入します。各デジタルオブジェクトは時代、様式、保護レベル、寸法などの情報を持て、空間内の幾何学的面にもリンクされます。これらの部材を明確な階層にネストすることで、CTAADEは特定の梁がある堂に属し、木骨組層に位置し、特定の柱や屋根部材と接続していることをコンピュータが“理解”できるようにします。

設計ファイルから意味を持つ遺産モデルへ

このフレームワークに基づき、研究チームは既存の遺産向け建物情報モデルをCTAADE準拠の都市モデルに変換するパイプラインを考案しました。市販の設計ソフトで作成された詳細な3Dモデルから出発し、各オブジェクトの形状と基本的属性を自動的に抽出します。元のモデルは要素を非常に大まかなカテゴリでしかラベル付けしていないため、専門家が17のCTAADE部材型に対応したマッピング表に基づき、基壇、扉、梁、個別の斗栱群など各部材を分類します。カスタムスクリプトは最終的にこの幾何と意味をCityGMLファイルへとエンコードするため、標準的な地理情報システムやビジュアライゼーションツールで読み取れる成果物が得られます。

大規模な寺院堂で手法を検証

手法の有効性を示すため、著者らは山西省太原の崇善寺大悲殿にCTAADEを適用しました。この堂は明代の大規模な木造堂で、重なり合う軒と豊かな木組が特徴です。彼らはその遺産BIMをCTAADEベースの3D都市モデルに変換し、4,704のセマンティックな部材と50万枚を超える三角形面を含むモデルを得ました。専門ビューアを用いて、ファイルがCityGML規則に沿っていること、幾何プリミティブがほぼ完全に有効であることを確認しました。より重要なのは、ソフトウェアが部材のツリー表示を行い、単一の斗栱群や屋根層など個々の要素を強調表示して、その属性や関係を示せたことであり、単なるメッシュでは不可能だった高度な照会が可能になりました。

史的建造物保護における意義

実務的には、この成果は保存担当者、計画者、研究者にとって複雑な木造寺院について共通のコンピュータ可読言語を提供します。堂を単なる外殻として扱う代わりに、CTAADEは意味ある部位へと分解し、それらを検索・解析し、構造解析や気候暴露といった他のデータと結びつけることができます。現行モデルは主要な建物タイプに焦点を当て、部材の分類に人の専門知識を必要としますが、他の構造へ拡張でき、認識を高速化するために人工知能と組み合わせることも可能です。最終的に、このセマンティックな3Dアプローチは遺産サイトのデジタルツインを支え、補修計画、リスク評価を助け、古来の大工技術に埋め込まれた知識を将来世代に伝える手助けとなるでしょう。

引用: Zhang, J., Hou, M., Chen, J. et al. A CityGML ADE for modeling ancient chinese timber architecture in 3D with semantic information. npj Herit. Sci. 14, 271 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02535-2

キーワード: 中国古代木造建築, 3Dセマンティックモデリング, CityGML ADE, 文化遺産保全, HBIM統合