ふくだぶろーぐ

福田知弘(大阪大学 大学院工学研究科 環境・エネルギー工学専攻)のオフィシャルブログです。

都市とITとが出合うところ 第39回 情報処理教育プログラム(1)

高度な情報処理教育の取り組み

ICT(情報通信技術)革命の波は建築分野にも押し寄せている。ICT利用を基本とした建築計画がなされ、手書き作業がコンピュータ化され、さらに、ヒトが行う入力作業は自動化されつつある。建物には多様なセンサーが取り付けられ、ビッグデータが蓄積されている。建築物の大規模化、複雑化への対応、業務においては、情報化、国際化、効率化、高付加価値化への対応のために、情報の活用、ICTの開発と応用は、ますます重要になってくるであろう。

大学教育の現場に立って10数年が経とうとしているが、赴任以来、学部学生の教育の段階から、高度な情報処理教育プログラムを提供することを心がけてきた。若い頃にひとつでも多くの最新技術に触れておくことは何より大切であること、プログラミングは論理的思考力のトレーニングになることが主な理由である。また、コンピュータの中身やアルゴリズムを多少なりとも理解しておけば、使用するハード・ソフトに遊ばれてしまうことは減るように思える。

情報処理教育を実施するためには、コンピュータとソフトウェアが必要である。以前は、研究室にあるコンピュータでしか実施できず、研究室に配属された学生や少人数の学部学生を対象とせざるを得なかった。近年、大学に整備されているコンピュータに必要なソフトウェアをインストールしてもらうことで、学科全体を対象とした、より多人数への教育プログラムが可能となってきた。現在の取り組みを中心に、ご紹介しよう。


BIM
ソフトを用いたカフェ設計

環境・エネルギー工学創成演習・実験は、2年生1学期に開講する必修科目である。約80名の受講生が4つのグループ(20人/グループ)に分かれて、4つの演習テーマを12週かけて各3週ずつ演習していく。

テーマのひとつが、環境デザイン演習であり、吹田キャンパス内の敷地(40×30m)にある駐輪場と緑地を改善するため、カフェを含む施設をBIMソフト(Autodesk Revit)で設計するものである。1週目に現地調査と建物配置計画と新たな駐輪場の設計、2週目に建物の設計、3週目にプレゼンテーションを実施する。

3DCAD/BIM(Building Information Modeling)ソフトを用いた設計演習は、2005年頃より始めていたが、現在の姿となったのは、学部共通のCALL/CAD室にBIMソフトが導入された2010年からであり、今年は8年目となる。受講生の中には、1年生の選択科目でSketchUPを使って建物3次元モデリングを経験した受講生もいるが、全員が受講するのは本演習が初めてとなる。

この演習は、いわゆる芸術的建築を作ることが主眼ではない。環境・エネルギー面も視野に入れた建物のあり方を考察すること、そしてBIMソフトの様々な機能を試行することを狙いとしている。また、当学科の学生は必ずしも建築土木分野に進む訳ではない。しかし将来、どの工学分野に進もうと(プラント、自動車、機械、ITなど)、研究企画や実験設備を自ら考えたり他人に説明したりするために、3次元の図を描くことは普遍的に要求されるスキルであり、そのための演習とも捉えている。下記は演習内容である。

1. Revitの自作チュートリアルで教員と進める内容

  • カフェ、厨房、トイレ、倉庫を含む、建物の定義方法(1階のみ)
  • 平面図、立面図、断面図、パースの作成方法

2. チュートリアル後、受講生が検討すべき必須内容

  • 2階以上の作成(階段の作成を含む)
  • 建物の使い方や環境・エネルギー面を考慮した、開口部(窓、ドア)、什器の配置

3. チュートリアル後、受講生が検討すべき挑戦内容

  • 天井の作成
  • 壁、床の仕上げ変更
  • 屋根形状の変更

まず、約1時間半、TA 2名の助けを借りつつ、教員側で自作したチュートリアルを順に進める。建物を作るために、通り芯、地面、柱、梁、壁、ドア、窓、床、什器、屋根の定義の仕方、そして、でき上がった建物を操作しながら、パースや断面図の描き方、レンダリング、日影シミュレーション、集計表の作り方、図面をパワポ用に出力する方法を受講生は習得していく。

その後は自習時間であるが、途中、先輩の優れた作品の解説や、チュートリアルでは実施しなかったRevit操作方法の調べ方(ヘルプなど)を紹介する。

演習時間後は、3週目のプレゼンに向けて、研究室に足を運ぶ受講生が多いが、自宅のPCで作業を進める受講生もいる。


プレゼンテーション

3週目は、プレゼンである。持ち時間を2.5分/人として、現状の課題分析と解決方針、提案内容(駐輪場、オープンスペース、建物の全体配置と各設計内容)を順に説明する。プレゼン後、教員やTAと質疑を行う。

プレゼン本番に入る前に、2人1組になってピアレビューを行う。いわゆる予行演習であり、本番同様に時間を測り、はじめて聞く他人が内容理解できる内容となっているか、互いに確認し合い、最終修正を行う。

プレゼンの様子を眺めていると、プレゼンター以外の受講生のモチベーション維持が大切であることに気づいた。そこで、昨年度より、Googleフォームで学生間投票システムを作り、7段階のリッカート尺度で、自分以外のプレゼンター全員の評価を全員にしてもらった。演習用のPCで投票する者もいれば、自分のスマホで投票する者もいた。尚、この学生間投票結果は教員評価とは直接結びつきはない。 

プレゼンテーション終了後、集計をして(紙のアンケートに比べると集計作業はかなり早い)、掲示板に張り出しておく。

この学生間投票は、発表時間以外のモチベーションアップと、他人のプレゼンから学ぶ姿勢を身に着けてもらうという意味では、概ね好評を得たように思う。継続していきたい。

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PDF: http://y-f-lab.jp/fukudablog/files/1706machinami_FukudaFinal.pdf

大阪府建築士事務所協会「まちなみ」2017年6月号

書籍「VRインパクト(ダイヤモンド社)」でコラム「デジタルものづくり革命を推進する」が掲載されました。

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伊藤裕二著「:知らないではすまされないバーチャルリアリティの凄い世界」がダイヤモンド社より、先日発売されました。 トヨタ自動車、竹中土木、デンソーアイティラボラトリ、パイオニアなどのVR導入事例が紹介されています。

この書籍の中で、執筆させて頂いたコラム「デジタルものづくり革命を推進する」が7ページに渡って掲載されました。

伊藤さんが書かれた序章「なぜ日本からは世界的なソフトウェア企業が生まれないのか?」は自分たちの問題として考えてみるべき内容です。

ITに限らず、形のないもの(アイデア、ソフトウェア)にお金を惜しむ風土に少しでも風が吹くよう、ご笑覧頂ければ幸いです。

水木しげるロードリニューアルイメージ映像:境港市様のHPで公開されました。

youtu.be

昨年度、境港市様-大阪大学で進めてきた水木しげるロード リニューアルプロジェクト共同研究。成果物のひとつ、水木しげるロードリニューアルイメージ映像が、境港市様のHPで公開されました。
VRデータを元に作成したもので、特に夜景表現は苦労しました。学術成果は夏に国際会議で発表してきます。

VR movie of Mizuki Shigeru Road renewal project has released just today. This is a fruit of the joint research project between Sakaiminato City Office and Osaka University last year (Apr. 2016 - Mar. 2017).
https://www.city.sakaiminato.lg.jp/index.php?view=107748

都市とITとが出合うところ 第38回 水木しげるロード(3)

SfM

水木しげるロードの将来像を描いたVR仮想空間に配置する、ブロンズ像の3次元モデルを制作するために、SfM(Structure from Motion)技術を用いたことを前号で述べた。SfMは、デジタルカメラスマートフォンなどの低コストで身近な機材を使い、無料または低コストのソフトウェアを用いて、点群やメッシュの生成を可能とするため、急速に人気が高まっている。今回は、SfMに焦点を当ててみよう。

現存する3次元の物体や空間を3次元モデル化する方法(3次元復元技術)には、大きくレーザースキャナを用いる方法と画像を用いる方法がある。SfMは後者であり、レーザースキャナのような特殊な機材を使う必要がなく、異なる位置から撮影された複数枚の写真から、3次元構造を推定する技術である。処理の過程として、カメラのパラメータの推定、各画像の特徴量の抽出、ある画像と他の画像との共通の基準点の推定を経て、3次元モデルの点群(点の集まり)を生成する。この段階で生成された点群は密度が低く、この点群データを基に密度の高い点群を生成する。さらに、この密な点群から、多角形の生成(メッシュ化)、テクスチャの生成を行うことで、質の髙い3次元モデルを生成できる。

筆者が最初にSfMを使用した1990年代、写真上の共通の基準点は手作業で指定する必要があった。当時のPC性能では大量の画像を用いて処理することも困難であった。生成された3次元モデルも寸法誤差が大きく、結局、CAD/CGソフトでモデリングしていた。技術は長足の進歩を遂げ、現在は、一連の処理がほぼ自動化された。

SfM用の撮影ノウハウについて、ブロンズ像を例に紹介する。ブロンズ像を上空から見た時にブロンズ像に対して8方向の角度から撮り、さらに8地点それぞれにおけるカメラ位置の高さを、高、中、低の3地点、計24地点を基本とした。各画像を補完するための写真として、連続写真を撮影した。撮影する天候や時間帯は、曇りの日に、観光客が少ない時間帯とした。曇りの日とした理由は、VR仮想空間とSfMで作成した3次元モデルとの光学的整合性を確保するためである。つまり、VR仮想空間全体の陰影は、VRソフト上で日時や天候を設定した上で付けるため、SfMで3次元モデルを作成する時点では、陰影を付けないようにする必要がある。そのため、曇天時に撮影した。また、観光客が少ない時間帯とした理由は、可能な限りブロンズ像の全身を一枚の写真に収めること、そして、ブロンズ像以外の要素(観光客など)を写真に含めてしまうとそれらがノイズとなりうまく復元されないためである。この条件下で、153体のブロンズ像を撮影する必要があり、現地の境港市役所職員が撮影を担当した。撮影期間は約1か月を要したが、手持ちのデジカメで簡単なノウハウで撮影することができるため、日頃大阪で仕事をしている筆者らが時間とコストをかけて現地に行かなくとも、分担で作業を進めることができた。1体当たりの撮影時間は10~20分、SfMでの処理は1時間程度であった。ソフトウェアは、Agisoft PhotoScan、Autodesk Remake、UC-win/Road SfMプラグインを用いた(図1~5)。

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図1 ブロンズ像写真群|図2 推定されたカメラの撮影位置と姿勢

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図3 復元点群(低密度)|図4 復元点群(高密度)|図5 復元メッシュ
©水木プロ

ブロンズ像以外の対象として、VR仮想空間には、水木しげるロード沿道の建物を3次元モデリングする必要があり、SfMで3次元モデリングを試してみた。結果、生成した建物モデルは、内容の不足、不備、余剰が見られた(図6~8)。

  • 内容不足とは、本来モデリングされるべき個所がモデリングされていないことである。今回は、屋根部分が該当した。この課題は、ドローンを飛ばして上空から写真撮影すればクリアできそうである。
  • 内容不備とは、モデリングされてはいるものの、形状が正確に定義されていないことである。今回は、建物看板、アーケード、電柱などが該当した。
  • 内容余剰とは、不要なオブジェクトがモデリングされてしまったことである。今回は、電線に空の要素が多く含まれた。

SfMにより3次元モデルを生成した後、内容不備となるオブジェクトを修正したり、内容余剰のオブジェクトを削除するといった編集作業はSfMソフト上で可能であるものの、今回は、この編集作業に要する時間が多大となり、また作業内容が複雑となったため、最終的には従来手法(3次元CGソフトで、地図より得られる建物の平面輪郭線と立面写真より得られる建物の概算高さやファサード写真より3次元モデルを作成)により周辺建物を作成した。内容不備や余剰が発生した理由としては、商店街の建物は連坦しているため撮影できる建物立面が限られており、全ての面を撮影できなかったことがある。また、建物の前面にはアーケードや電線など建物をモデリングする際の阻害要素が多く含まれていたことがある。

3次元形状の復元精度は、現状では、レーザースキャナを用いる方法がSfMよりも信頼性は高いとされる。しかしながら、SfMは身近な機材を用いて3次元モデルを生成することができるため、今後、ますます普及が進むであろう。生成した3次元モデルは、3Dプリンターと組み合わせることにより、我々が住む現実世界に出力することも可能である。

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図6 周辺建物:現況写真|図7 従来手法|図8 SfMによる復元点群

PDF:  http://y-f-lab.jp/fukudablog/files/1705machinami_FukudaFinal.pdf

大阪府建築士事務所協会「まちなみ」2017年5月号

北摂7市(吹田市・茨木市・高槻市・豊中市・摂津市・池田市・箕面市)新成人応援デー(ガンバ大阪 vs 大宮アルディージャ)に参加しました。

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3月29日より、吹田市教育委員会 委員を仰せつかることになりました。ガンバりますので色々と教えてください。どうぞよろしくお願いします。

4月21日は、北摂7市(吹田市茨木市高槻市豊中市摂津市池田市箕面市)新成人応援デーということで、ガンバ大阪 vs 大宮アルディージャをユニフォームを着て応援してきました。スコアは、6-0。若い選手が大活躍でした。

最後の写真はガンバ勝利のセレモニー。スタジアム照明はLEDなので点灯・消灯が瞬時に可能。演出の幅が広がりますね。

報道記事:
サッカー 観戦、新成人招待 「郷土愛はぐくんで」 ガンバと吹田市 /大阪毎日新聞

 

第40回 情報・システム・利用・シンポジウム:論文/報告募集中です

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www.aijisa2017.org

40年目を迎える日本建築学会 情報・システム・利用・システム技術シンポジウム(情報シンポ 2017)は、2017年12月14・15日、東京田町・建築会館で開催されます。

6月16日まで、論文/報告を募集中です。今年度より、報告部門では、学術論文に加え、実務者の方々より実用面に貢献する論文なども広く募集されています。

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論文/報告のカテゴリー

  1. 情報インフラ(インターネット、通信)
  2. 情報機器(コンピュータ、モバイル、ウェラブル)
  3. 情報・メディア・コミュニケーション
  4. ソフトウェア・アルゴリズム
  5. データベース(数値・言語・画像・記号)
  6. 建築情報技術の標準・規準・規格化
  7. Building Information Modeling(BIM)、Computer Aided Design(CAD)
  8. 解析モデル、シミュレーション
  9. Virtual Reality(VR)、Augmented Reality(AR)、可視化
  10. Geographical Information System(GIS
  11. Artificial Intelligence(AI)、機械学習
  12. パラメトリックデザイン、アルゴリズミックデザイン
  13. 最適化、性能設計、ライフサイクル
  14. 対話的、動的な建築
  15. デジタルスキャニング、点群
  16. ビッグデータ、Internet of Things(IoT)
  17. デジタルファブリケーション、3Dプリンター
  18. ロボティックス、自動化施工
  19. モニタリング、センシング、データマイニング
  20. 人間科学(行動・心理・生理)分野の情報技術応用
  21. 建築計画・設計分野の情報技術応用
  22. 建築構造・材料分野の情報技術応用
  23. 建築環境・設備分野の情報技術応用
  24. 都市地域計画・地球環境管理分野の情報技術応用
  25. 構法・施工・生産分野の情報技術と応用
  26. 建設経済・流通・マネジメント分野の情報と応用
  27. スマートシティ
  28. 建築の情報技術教育と建築教育の情報化
  29. 情報化社会の建築都市ビジョンと情報倫理
  30. その他

Archi Future Web:

第40回情報・システム・利用・技術シンポジウムの応募要領を公開<日本建築学会>|Headline(ヘッドライン)|建築 × コンピュテーションのポータルサイト Archi Future Web

 

第5回 クラウド プログラミング ワールドカップ:CPWCの募集が始まりました。

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Cloud Programming World Cup(第5回 クラウド プログラミング ワールドカップ)のエントリーが始まりました。

ワールドカップ賞(最優秀賞) 賞金30万円!

詳しくは、

The 5th Cloud Programming World Cup 第5回 学生クラウドプログラミングワールドカップ

まで。お待ちしています!

CAADRIA2017 @ 蘇州に参加してきました。

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先週は、CAADRIA2017 (Computer Aided Architectural Design Research In Asia)に参加してきました。CAADRIAは建築・都市設計分野のコンピュータ援用に関する学会です。アジア各国の大学がホストとなり、世界中からの参加者を迎え、毎年カンファレンスとワークショップを開催しています。22回目を迎えた今年は、中国蘇州・XI'AN JIAOTONG-LIVERPOOL UNIVERSITYで開催されました。大勢の参加がありました。

論文発表は計86編。査読無しのショートペーパーが16編、ポスター発表12編が加わりました。

Abstract Submission(梗概投稿): 190
Abstract Acceptance(梗概採用): 171
Full paper Submission(フルペーパー論文投稿): 117
Full paper Acceptance(フルペーパー論文採用): 86
Publication(論文集に掲載): 86
論文のテーマ(Main theme: PROTOCOLS, FLOWS AND GLITCHES. Sub themes are shown below:)

Virtual Reality
Augmented Reality
Design Tools
Design Process
Parametric and Generative Design
Design Optimisation
Spatial Analysis
Performance-Based Design
Materiality
Shape Studies
Interactive and Kinetic Architecture
Computational Aesthetics
Building Information Modelling
Digital Scanning and Point Cloud Modelling
Big Data
Digital Fabrication
3D Printing
Robotics

研究室の発表リストは下記です。論文は、CuminCAD論文DBにも既に登録されています。その内、他の論文にも掲載されるようです。
http://papers.cumincad.org/

Kazuki, YOKOI, Tomohiro, FUKUDA, Nobuyoshi, YABUKI and Ali MOTAMEDI: Integrating BIM, CFD and AR for Thermal Assessment of Indoor Greenery, Proceedings of the 22nd International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA 2017), 85-94, 2017.4.

Munetoshi, MIYAKE, Tomohiro, FUKUDA, Nobuyoshi, YABUKI and Ali MOTAMEDI: Outdoor Marker-less Augmented Reality: A System for Visualizing Building Models Using Simultaneous Localization and Mapping, Proceedings of the 22nd International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA 2017), 95-104, 2017.4.

来年は、2018年5月16日から18日まで、中国・北京での開催となります。

都市と建築のブログ Vol.37: ミャンマー:横断中 up!

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都市と建築のブログ 第37回目(2017年4月号)はミャンマーヤンゴンをご紹介します。

NAVERまとめにも都市と建築のブログの過去記事をアーカイブしています。

matome.naver.jp

■都市と建築のブログ バックナンバー

 

都市とITとが出合うところ 第37回 水木しげるロード(2)

VR制作

リニューアル計画中の水木しげるロード。2016年度は、工事着工に向けて詳細設計を詰めていくと共に、水木しげるロードの将来像をより多くの人々に周知し、沿道地権者との合意形成を図る必要があった。そのため、水木しげるロードの完成イメージをVR(Virtual Reality: 人工現実)で制作することになった。

事業説明会で、説明を聞いた沿道住民(商店主)からよくある質問は「リニューアル事業によって、自分の家(店)の前はどう変わるのか?何か具合の悪い問題は発生しないのか?」ということである。設計している3次元の都市空間の状況を口頭で伝えるのは難しい。しかし、会議の場で、沿道住民からの要求に応えられないと、その場の雰囲気が悪くなってしまい、ひいては説明者(事業者)の信頼が損なわれかねない。また、全ての沿道の家や店からの完成イメージをパースで描くのは、枚数が大量となり、現実的ではないであろう。

これらの課題を解決するために、VR技術を活用した立体映像を用いれば、完成イメージをできるだけ具体的に提示し、あらゆる視点場からの完成イメージを即座に提示することができる。会議の席上で要求のあった家や店からの将来像を即座に描くことが可能であり、質問者の要求に応じることが可能である。よって、利害関係者の間に対話が生まれ、合意形成につながりやすい。水木しげるロード・リニューアルプロジェクトでは、道路の一方通行化案について沿道住民の合意を得ると共に、水木しげるロードの更なる発展に向けて考えるための土台を作る必要があった。そのため、筆者は、このVRを作る段階から、水木しげるロード・リニューアルプロジェクトに参加し、VR制作に係る統括、設計、また、コミュニケーションを円滑に図るための企画等を境港市との共同研究により推進した。

都市や建築の完成イメージをVR制作する業務は実用化が進んでおり、大学が参画する必要はないことも増えた。しかしながら、水木しげるロード・リニューアルプロジェクトをVR化するためには、課題を抱えていた。それは、水木しげるロードのシンボルである171体のブロンズ像(現存:153体、新規:18体)を如何に3次元モデル化するか、であった。通常は、CAD/BIM(Computer Aided Design/Building Information Modeling)やCG(Computer Graphics)のソフトウェアで3次元モデリングするが、ブロンズ像の図面は存在しないため、現状のブロンズ像を採寸し、その複雑な形状を入力する必要があった。この作業は、手慣れたVR制作者であっても多大な労力と手間を必要とし、コストも膨大となってしまう。そこで、複数枚の画像から3次元形状を復元するSfM(Structure from Motion)技術を応用して、それぞれの妖怪ブロンズ像をあらゆる角度から撮影した写真群から3次元モデルを自動的に作成する方法の可能性を探った。153体のブロンズ像の写真撮影は市役所職員にお願いすることで、作業のスピードアップを図った。

完成したVRは、実施設計内容を元にして以下の要素で構成され、昼景、夕景、夜景の表現が可能である(図1~8)。

  • 道路本体(路面、マーキングなど)
  • 道路植栽(並木、植栽枡など)
  • 道路付属物(信号機、ブロンズ像、照明柱など)
  • 道路占有物(電柱、アーケード、サインなど)
  • 沿道の建築物
  • 広告看板
  • 空地(公園など)
  • 遠景の自然要素(地形、海など)
  • 人工要素(周辺建築物など)
  • 人間活動(歩行者、自転車、自動車など)

これらを、VR開発ソフトUC-win/Road(Ver.11)上で構築した。交通流の表現は、2015年11月の社会実験で得られたデータを使用し、現実感を高めている。

VRで描かれた水木しげるロードの完成イメージは、2016年9月に開催された地域活性化イベント「怪フォーラム2016 in とっとり」で、首長を含む大勢の事業関係者、市民らに披露された。水木しげるロードの将来像を客観的に見せるだけでなく、一反木綿に乗った鬼太郎水木しげるロードを案内するシナリオとし、アナウンサーにナレーションをしてもらうことで臨場感を高めた。VRは、2016年秋には、地元説明会、地元小学校への出前授業等で頻繁に使われている。また、「第15回 3D・VRシミュレーションコンテスト オン・クラウド」に応募して、グランプリを受賞した。そして、2017年3月に開催された「水木しげる生誕祭」では、最新の実施設計内容にVRを更新すると共に、HMDOculus Rift)で体験するシステムへと発展させた。

水木しげるロードリニューアル工事は、2017年に着工し、2018年7月の完成を目標としている。工事期間中も水木しげるロードを楽しんでいただけるよう、工事区間以外のブロンズ像は通常通りとする他、JR境港駅前公園にて工事期間限定の特別展示を実施する予定である。

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図1 上空:境港市街と島根半島を俯瞰

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図2 JR境港駅前:水木しげる先生執筆中像

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図3 駅前広場:目玉おやじ街灯

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図4 ねずみ男

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図5 大正川交差点:鬼太郎

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図6 本町アーケード入り口

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図7 大正川交差点:夕景

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図8 影絵

©水木プロ

PDF:  http://y-f-lab.jp/fukudablog/files/1704machinami_FukudaFinal.pdf

大阪府建築士事務所協会「まちなみ」2017年4月号