1.概要

先週末、兵庫県が1mメッシュの全県域3次元データセットを公開をしました。
公開データはDSM、DEM、CS立体図で、ライセンスはC.C.4.0、「目的を問わず二次利用可能なデータですので、様々な用途でご利用ください。」とのことです。

• 兵庫県HP：全国初「全県土分の高精度３次元データ」の公開
• G空間情報センター：兵庫県全域数値地形図ポータル（2010年度～2018年度

これまで公開されていた三次元データセットとしては、国土地理院：基盤地図情報サイトの数値標高モデル（5ｍメッシュDEM）がありましたが、兵庫県全域数値地形図はその25倍のデータ密度であり、DEMに加え、建物や森林を含めたDSMが公開されています。
さっそくこれを利用して、都市や山林部の三次元モデルを作りたいと思いました。

2.今回作るもの

兵庫県公開のDSMは、平面直角座標第5系のx,y座標と標高値からなるデータセットです。三次元モデルを作るには色情報が欲しいところです。
このため、まず、地理院タイル：全国最新写真の画像タイルから各メッシュの色情報を取得し、DSMをXZYRGB形式のデータに変換するツールを作成します。
次いで、XZYRGBの頂点データから面を生成し、PLY形式の三次元モデルを生成するツールを作成します。
なお、PLY形式の仕様については、下記のサイトを参考にしました。

• PLY - Polygon File Format
• The Stanford 3D Scanning Repository

3.DSM ->XYZRGB変換ツールの実装

(1)処理の流れ

処理の流れは、以下のとおりです。
　1.DSMのx,y座標(平面直角座標第5系）を検査し、DSM点群の領域を取得する。
　2.DSM点群領域を緯度経度の矩形領域に座標変換する。
　3.緯度経度の矩形領域をピクセル座標に変換し、取得するタイル座標を把握する。
　4.DSMに対応した座標の画像タイルを取得し、連結する。
　5.DSM点群座標をピクセル座標に変換し、取得した航空写真画像から対応するピクセルの色情報を取得する。
　6.「x y z r g b」の様式でテキストファイルに出力する。

(2)座標変換クラス（平面直角座標系<->緯度経度）の実装

まず、平面直角座標系のxy座標を緯度経度に変換するクラスを実装します。
国土地理院時報の「Gauss-Krüger 投影における経緯度座標及び平面直角座標相互間の座標換算についてのより簡明な計算方法」を参考に下記のクラスを作成しました。

LonlatXYT.java

import java.awt.geom.Point2D;

public class LonLatXY {
    private static final double a=6378137;
    private static final double rf=298.257222101;
    private static final double m0=0.9999;
    private static final double s2r=Math.PI/648000;
    private static final double n=0.5/(rf-0.5);
    private static final double n15=1.5*n;
    private static final double anh=0.5*a/(1+n);
    private static final double nsq=n*n;
    private static final double e2n=2*Math.sqrt(n)/(1+n);
    private static final double ra=2*anh*m0*(1+nsq/4+nsq*nsq/64);
    private static int jt=5;
    private static int jt2=2*jt;
    private static double ep=1.0;
    private static double[] e=getE();
    private static final double[] phi0=new double[]{0,33,33,36,33,36,36,36,36,36,40,44,44,44,26,26,26,26,20,26};
    private static final double[] lmbd0=new double[]{0,7770,7860,7930,8010,8060,8160,8230,8310,8390,8450,8415,8535,8655,8520,7650,7440,7860,8160,9240};
    private static double[] alp=getAlp();
    private static double[] beta=getBeta();
    private static double[] dlt=getDlt();


    private static double[] getAlp(){
        double[] alp=new double[6];
        alp[1]=(1.0/2.0+(-2.0/3.0+(5.0/16.0+(41.0/180.0-127.0/288.0*n)*n)*n)*n)*n;
        alp[2]=(13.0/48.0+(-3.0/5.0+(557.0/1440.0+281.0/630.0*n)*n)*n)*nsq;
        alp[3]=(61.0/240.0+(-103.0/140.0+15061.0/26880.0*n)*n)*n*nsq;
        alp[4]=(49561.0/161280.0-179.0/168.0*n)*nsq*nsq;
        alp[5]=34729.0/80640.0*n*nsq*nsq;
        return alp;
    }

    private static double[] getBeta(){
        double[] beta=new double[6];
        beta[1]=(1.0/2.0+(-2.0/3.0+(37.0/96.0+(-1.0/360.0-81.0/512.0*n)*n)*n)*n)*n;
        beta[2]=(1.0/48.0+(1.0/15.0+(-437.0/1440.0+46.0/105.0*n)*n)*n)*nsq;
        beta[3]=(17.0/480.0+(-37.0/840.0-209.0/4480.0*n)*n)*n*nsq;
        beta[4]=(4397.0/161280.0-11.0/504.0*n)*nsq*nsq;
        beta[5]=4583.0/161280.0*n*nsq*nsq;
        return beta;
    }

    private static double[] getDlt(){
        double[] dlt=new double[7];
        dlt[1]=(2.0+(-2.0/3.0+(-2.0+(116.0/45.0+(26.0/45.0-2854.0/675.0*n)*n)*n)*n)*n)*n;
        dlt[2]=(7.0/3.0+(-8.0/5.0+(-227.0/45.0+(2704.0/315.0+2323.0/945.0*n)*n)*n)*n)*nsq;
        dlt[3]=(56.0/15.0+(-136.0/35.0+(-1262.0/105.0+73814.0/2835.0*n)*n)*n)*n*nsq;
        dlt[4]=(4279.0/630.0+(-332.0/35.0-399572.0/14175.0*n)*n)*nsq*nsq;
        dlt[5]=(4174.0/315.0-144838.0/6237.0*n)*n*nsq*nsq;
        dlt[6]=601676.0/22275.0*nsq*nsq*nsq;
        return dlt;
    }

    private static double[] getE(){
        double[] e=new double[jt2+2];
        for(int k=1;k<=jt;k++){
            ep*=e[k]=n15/k-n;
            e[k+jt]=n15/(k+jt)-n;
        }
        return e;
    }

    public static Point2D xyToLonLat(int num,double xx,double yy){
        double x=yy;
        double y=xx;
        double xi=(x+m0*Merid(2*phi0[num]*3600*s2r))/ra;
        double xip=xi;
        double eta=y/ra;
        double etap=eta;
        double sgmp=1;
        double taup=0;
        for(int j=beta.length-1;j>0;j--){
            double besin=beta[j]*Math.sin(2*j*xi);
            double becos=beta[j]*Math.cos(2*j*xi);
            xip -=besin*Math.cosh(2*j*eta);
            etap -=becos*Math.sinh(2*j*eta);
            sgmp -=2*j*becos*Math.cosh(2*j*eta);
            taup +=2*j*besin*Math.sinh(2*j*eta);
        }
        double sxip=Math.sin(xip);
        double cxip=Math.cos(xip);
        double shetap=Math.sinh(etap);
        double chetap=Math.cosh(etap);
        double chi=Math.asin(sxip/chetap);
        double phi=chi;
        for(int j=dlt.length-1;j>=0;j--){
            phi +=dlt[j]*Math.sin(2*j*chi);
        }
        double nphi=(1-n)/(1+n)*Math.tan(phi);

        double lmbd=lmbd0[num]*60+Math.atan2(shetap, cxip)/s2r;
        double lat=phi/s2r/3600;
        double lon=lmbd/3600;
        return new Point2D.Double(lon,lat);
    }

    public static Point2D lonlatToXY(int num,double lon,double lat){
        double phirad=Math.toRadians(lat);
        double lmbddeg=Math.floor(lon);
        double lmbdmin=Math.floor(60.0*(lon-lmbddeg));
        double lmbdsec=lmbddeg*3600.0+lmbdmin*60.0+(lon-lmbddeg-lmbdmin/60)*3600.0;

        double sphi=Math.sin(phirad);
        double nphi=(1-n)/(1+n)*Math.tan(phirad);
        double dlmbd=(lmbdsec-lmbd0[num]*60.0)*s2r;
        double sdlmbd=Math.sin(dlmbd);
        double cdlmbd=Math.cos(dlmbd);
        double tchi=Math.sinh(atanh(sphi)-e2n*atanh(e2n*sphi));
        double cchi=Math.sqrt(1+tchi*tchi);
        double xip=Math.atan2(tchi, cdlmbd);
        double xi=xip;
        double etap=atanh(sdlmbd/cchi);
        double eta=etap;
        double sgm=1;
        double tau=0;
        for(int j=alp.length-1;j>0;j--){
            double alsin=alp[j]*Math.sin(2*j*xip);
            double alcos=alp[j]*Math.cos(2*j*xip);
            xi +=alsin*Math.cosh(2*j*etap);
            eta +=alcos*Math.sinh(2*j*etap);
            sgm +=2*j*alcos*Math.cosh(2*j*etap);
            tau +=2*j*alsin*Math.sinh(2*j*etap);
        }
        double x=ra*xi-m0*Merid(2*phi0[num]*3600*s2r);
        double y=ra*eta;
        return new Point2D.Double(x,y);
    }

    private static double Merid(double phi2) {
            double dc=2.0*Math.cos(phi2);
            double[] s=new double[jt2+2];
            double[] t=new double[jt2+2];
            s[1]=Math.sin(phi2);
            for(int i=1;i<=jt2;i++){
                s[i+1]=dc*s[i]-s[i-1];
                t[i]=(1.0/i-4.0*i)*s[i];
            }
            double sum=0.0;
            double c1=ep;
            int j=jt;
            while(j>0){
                double c2=phi2;
                double c3=2.0;
                int l=j;
                int m=0;
                while(l>0){
                    c2 +=(c3/=e[l--])*t[++m]+(c3*=e[2*j-l])*t[++m];
                }
                sum +=c1*c1*c2 ; c1/=e[j--];
            }
            return anh*(sum+phi2);
    }

    private static double atanh(double v){
        return 0.5*Math.log((1.0+v)/(1.0-v));
    }
}

(3)航空写真タイル画像取得クラスの実装

地理院地図からタイル画像を取得・連結する下記クラスを作成しました。

GSITileReader.java

import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Shape;
import java.awt.geom.AffineTransform;
import java.awt.geom.GeneralPath;
import java.awt.geom.Point2D;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import javax.imageio.ImageIO;

public class GSITileReader {
    private static final String base_url="https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/seamlessphoto/";
    private static final double L=85.05112877980659;

    public static BufferedImage getGSIImage(Rectangle2D plane,int map_num,int zoom,double scale)throws IOException{
        Shape sp=getLonLatShapeAtPlane(map_num, plane.getX(), plane.getY(), plane.getWidth(), plane.getHeight());
        Rectangle2D rect=sp.getBounds2D();
        long[] topLeft=lonlatToPixel(zoom,rect.getX(),rect.getY());
        long[] bottomRight=lonlatToPixel(zoom,rect.getX()+rect.getWidth(),rect.getY()+rect.getHeight());
        Set<Long> x=new HashSet<Long>();
        Set<Long> y=new HashSet<Long>();
        for(long i=topLeft[1];i<=bottomRight[1];i++){
            x.add((long)Math.ceil(i/256));
        }
        for(long i=bottomRight[2];i<=topLeft[2];i++){
            y.add((long)Math.ceil(i/256));
        }
        Long[] xx=x.toArray(new Long[x.size()]);
        Long[] yy=y.toArray(new Long[y.size()]);
        Arrays.sort(xx);
        Arrays.sort(yy);
        BufferedImage im=new BufferedImage(xx.length*256,yy.length*256,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        Graphics2D g=im.createGraphics();
        for(int i=0;i<xx.length;i++){
            for(int j=0;j<yy.length;j++){
                try{
                    String url=base_url+Integer.toString(zoom)+"/"+Long.toString(xx[i])+"/"+Long.toString(yy[j])+".jpg";
                    BufferedImage tmp=ImageIO.read(new URL(url));
                    g.drawImage(tmp, i*256, j*256, null);
                }catch(IOException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        g.dispose();
        im=subImage(im,plane,(long)xx[0],(long)yy[0],map_num,zoom,scale);
        return im;
    }

    private static BufferedImage subImage(BufferedImage src,Rectangle2D rect,long minX,long minY,int num,int zoom,double scale){
        double xx=rect.getX();
        double yy=rect.getY();
        double ww=Math.abs(rect.getWidth());
        double hh=Math.abs(rect.getHeight());
        minX=minX*256;
        minY=minY*256;
        BufferedImage dst=new BufferedImage((int)(ww/scale),(int)(hh/scale),BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        System.out.println(dst.getWidth()+"/"+dst.getHeight());
        System.out.println(minX+"/"+minY);
        for(int i=0;i<dst.getWidth();i++){
            for(int j=0;j<dst.getHeight();j++){
                double x=xx+scale*i;
                double y=yy-scale*j;
                Point2D p=LonLatXY.xyToLonLat(num, x, y);
                long[] pc=lonlatToPixel(zoom, p.getX(), p.getY());
                int px=(int)(pc[1]-minX);
                int py=(int)(pc[2]-minY);
                int color=src.getRGB(px, py);
                dst.setRGB(i, j, color);
            }
        }
        return dst;
    }

    public static long[] lonlatToPixel(int zoom,double lon,double lat){
        long x=(long)(Math.pow(2, zoom+7)*(lon/180.0+1.0));
        long y=(long)((Math.pow(2, zoom+7)/Math.PI)*(-atanh(Math.sin(Math.toRadians(lat)))+atanh(Math.sin(Math.toRadians(L)))));
        return new long[]{(long)zoom,x,y};
    }

    private static double atanh(double v){
        return 0.5*Math.log((1.0+v)/(1.0-v));
    }

    public static AffineTransform createTfwTransform(Rectangle2D rectXY,BufferedImage img){
        double sx=rectXY.getWidth()/img.getWidth();
        double sy=rectXY.getHeight()/img.getHeight();
        double x=rectXY.getX();
        double y=rectXY.getY()+rectXY.getHeight();
        AffineTransform af=new AffineTransform(new double[]{sx,0,0,-sy,x,y});
            return af;
    }

    public static Shape getLonLatShapeAtPlane(int num,double x,double y,double w,double h){
        Point2D p1=LonLatXY.xyToLonLat(num, x, y);
        Point2D p2=LonLatXY.xyToLonLat(num, x+w, y);
        Point2D p3=LonLatXY.xyToLonLat(num, x+w, y+h);
        Point2D p4=LonLatXY.xyToLonLat(num, x, y+h);
        GeneralPath gp=new GeneralPath();
        gp.moveTo(p1.getX(),p1.getY());
        gp.lineTo(p2.getX(), p2.getY());
        gp.lineTo(p3.getX(), p3.getY());
        gp.lineTo(p4.getX(), p4.getY());
        gp.closePath();
        return gp;
    }

    public static void outTfw(AffineTransform af,File out)throws IOException{
        BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new FileWriter(out));
        bw.write(af.getScaleX()+"\n");
        bw.write(af.getShearX()+"\n");
        bw.write(af.getShearY()+"\n");
        bw.write(af.getScaleY()+"\n");
        bw.write(af.getTranslateX()+"\n");
        bw.write(af.getTranslateY()+"\n");
        bw.close();
    }
}

(4)XYZRGB出力クラス

最後にファイル入出力など、DSMをXYZRGBに変換するツールを作成しました。
本クラスでは、取得した航空写真画像からDSM座標に対応したピクセルのRGBを出力し、XYZRGB形式で出力しています。
一応、平面直角座標第5系以外にも対応できるようにしています。

XYZRgbCreator.java

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.datatransfer.DataFlavor;
import java.awt.datatransfer.Transferable;
import java.awt.datatransfer.UnsupportedFlavorException;
import java.awt.event.WindowAdapter;
import java.awt.event.WindowEvent;
import java.awt.geom.AffineTransform;
import java.awt.geom.Point2D;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.List;

import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JComboBox;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.SwingUtilities;
import javax.swing.TransferHandler;
import javax.swing.UIManager;

public class XYZRgbCreator {

    private JFrame frame;
    private JComboBox<String> zone;

    public XYZRgbCreator(){
        frame=new JFrame();
        frame.setTitle("XYZRGB");
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.DO_NOTHING_ON_CLOSE);
        try {
            UIManager.setLookAndFeel("com.sun.java.swing.plaf.nimbus.NimbusLookAndFeel");
            SwingUtilities.updateComponentTreeUI(frame);
        }catch(Exception e){
            try {
                UIManager.setLookAndFeel("com.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel");
                SwingUtilities.updateComponentTreeUI(frame);
            }catch(Exception ee){
                ee.printStackTrace();
            }
        }
        WindowAdapter wa=new WindowAdapter(){
            @Override
            public void windowClosing(WindowEvent e) {
                close();
            }
        };
        frame.addWindowListener(wa);
        frame.getContentPane().setLayout(new BorderLayout());
        zone=new JComboBox<String>(new String[]{
                null,"平面直角第01系","平面直角第02系","平面直角第03系","平面直角第04系","平面直角第05系","平面直角第06系","平面直角第07系","平面直角第08系",
                "平面直角第09系","平面直角第10系","平面直角第11系","平面直角第12系","平面直角第13系","平面直角第14系","平面直角第15系","平面直角第16系",
                "平面直角第17系","平面直角第18系","平面直角第19系"
            });
        zone.setSelectedIndex(5);
        frame.getContentPane().add(zone,BorderLayout.NORTH);
        JLabel label=new JLabel("DSM > XYZRGB");
        label.setFont(new Font(Font.SANS_SERIF,Font.BOLD,24));
        label.setVerticalAlignment(JLabel.CENTER);
        label.setHorizontalAlignment(JLabel.CENTER);
        JPanel jp=new JPanel(new BorderLayout());
        jp.add(label,BorderLayout.CENTER);
        frame.getContentPane().add(jp,BorderLayout.CENTER);
        frame.setSize(480,480);
        frame.setResizable(false);
        DropFileHandler handler=new DropFileHandler();
        label.setTransferHandler(handler);
        jp.setTransferHandler(handler);
    }

    private void close(){
        int id=JOptionPane.showConfirmDialog(frame, "Exit?", "Info", JOptionPane.YES_NO_OPTION,JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
        if(id==JOptionPane.YES_OPTION){
            frame.setVisible(false);
            System.exit(0);
        }
    }

    private class DropFileHandler extends TransferHandler {
        private static final long serialVersionUID = 1L;
        @Override
        public boolean canImport(TransferSupport support) {
            if (!support.isDrop()) {
                return false;
            }
            if (!support.isDataFlavorSupported(DataFlavor.javaFileListFlavor)) {
                return false;
            }
            return true;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        @Override
        public boolean importData(TransferSupport support) {
            if (!canImport(support)) {
                return false;
            }
            Transferable t = support.getTransferable();
            try {
                List<File> files = (List<File>) t.getTransferData(DataFlavor.javaFileListFlavor);
                for (File file : files){
                    if(file.isDirectory())continue;
                    try{
                        process(file);
                    }catch(IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            } catch (UnsupportedFlavorException | IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return true;
        }
    }

    private void process(File f) throws IOException{
        if(!(f.getName().endsWith(".txt")||f.getName().endsWith(".xyz")))return;
        frame.repaint();
        int bwz=zone.getSelectedIndex();
        Rectangle2D rectXY=getBounds(f);
        BufferedImage img=GSITileReader.getGSIImage(rectXY,bwz,18,0.5);
        String name=f.getName().substring(0,f.getName().lastIndexOf("."));
        File dir=f.getParentFile();
        ImageIO.write(img, "jpg", new File(dir.getAbsolutePath()+"/"+name+".jpg"));
        AffineTransform af=new AffineTransform(new double[]{
                0.5,0,0,-0.5,rectXY.getX(),rectXY.getY()});
        GSITileReader.outTfw(af, new File(dir.getAbsolutePath()+"/"+name+".jgw"));
        try{
            af=af.createInverse();
            BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader(f));
            File out=new File(dir.getAbsolutePath()+"/"+name+"_color.txt");
            BufferedWriter bw=new BufferedWriter(new FileWriter(out));
            String line=null;
            String str=null;
            Rectangle2D imgRect=new Rectangle2D.Double(0, 0, img.getWidth(),img.getHeight());
            while((line=br.readLine())!=null){
                line=line.replaceAll(" ",",");
                String[] sp=line.split(",");
                double x=Double.parseDouble(sp[0]);
                double y=Double.parseDouble(sp[1]);
                Point2D p=af.transform(new Point2D.Double(x,y), new Point2D.Double());
                int xx=(int)Math.floor(p.getX());
                int yy=(int)Math.floor(p.getY());
                if(imgRect.contains(xx, yy)){
                    int col=img.getRGB(xx, yy);
                    Color color=new Color(col);
                    str=line+" "+Integer.toString(color.getRed())+" "+Integer.toString(color.getGreen())+" "+Integer.toString(color.getBlue())+"\n";
                }else{
                    str=line+" 0 0 0\n";
                }
                bw.write(str);
                bw.flush();
            }
            br.close();
            bw.close();
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private Rectangle2D getBounds(File f)throws IOException{
        double xmin=Double.MAX_VALUE;
        double xmax=-Double.MAX_VALUE;
        double ymin=Double.MAX_VALUE;
        double ymax=-Double.MAX_VALUE;
        BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader(f));
        String line=null;
        while((line=br.readLine())!=null){
            line=line.replaceAll(" ",",");
            String[] sp=line.split(",");
            double x=Double.parseDouble(sp[0]);
            double y=Double.parseDouble(sp[1]);
            xmin=Math.min(x, xmin);
            xmax=Math.max(x, xmax);
            ymin=Math.min(y, ymin);
            ymax=Math.max(y, ymax);
        }
        br.close();
        Rectangle2D ret=new Rectangle2D.Double(xmin,ymax,xmax-xmin+1,-(ymax-ymin)-1);
        return ret;
    }

    public static void main(String[] args){
        XYZRgbCreator gp=new XYZRgbCreator();
        gp.frame.setLocationRelativeTo(null);
        gp.frame.setVisible(true);
    }
}

(5)成果物

XYZRgbCreatorを実行すると下記のウインドウが表示されます。兵庫県全域数値地形図DSMファイルをウインドウ内にドロップすれば、処理が開始され、xyzrgbファイルが出力されます。
なお、本来は処理の進捗情報を表示すべきなのですが、今回は割愛しました。

4.RGBXYZ -> PLY変換ツールの実装

次いで、RGBXYZファイルをPLYファイルに変換するツールを実装します。
DSMモデルはサーフェスモデルと呼ばれる表面のみが定義された3次元構造のモデルです。このため、2次元Delaunay分割を実行し、三角形ポリゴンをFaceにすれば三次元モデルが生成できると考えました。
なお、Delaunay分割には、2D Delaunay Triangulationライブラリ「TINFOUR」を利用しました。
mvn repositiry:tinfourから必要な情報を確認し、pomファイルのdependancisに追記しました。

(1)処理の流れ

処理の流れは以下のとおりです。
　1.XYZRGBファイルのXYZ情報から頂点リストを、RGB情報から色情報リストを作成する。
　2.IncrementalTinインスタンスに頂点リストを渡し、2次元Delaunay分割を実行する。
　3.PLYの仕様に合わせ、必要事項を出力する。
　4.頂点と色情報を出力する。
　5.面（Face)情報を出力する。

(2)PlyCreatorクラスの実装

上記の処理を実行するPlyCreatorクラスを実装します。
なお、めんどくさくなったので、コマンドラインツールとして実装しています。

PlyCreator.java

import java.awt.Color;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.file.Files;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Observable;
import java.util.function.Consumer;

import org.tinfour.common.SimpleTriangle;
import org.tinfour.common.Vertex;
import org.tinfour.standard.IncrementalTin;
import org.tinfour.utils.TriangleCollector;

public class PlyCreator extends Observable{
    private List<Vertex> vertexs;
    private List<Color> colors;
    private IncrementalTin tin;

    public PlyCreator(){}

    private void outVertex(BufferedWriter bw)throws IOException{
        System.out.println("Vertex出力");
        for(Vertex v : vertexs){
            StringBuffer buf=new StringBuffer();
            buf.append(Float.toString((float)v.getX())+" ");
            buf.append(Float.toString((float)v.getY())+" ");
            buf.append(Float.toString((float)v.getZ())+" ");
            Color c=colors.get(v.getIndex());
            buf.append(Integer.toString(c.getRed())+" ");
            buf.append(Integer.toString(c.getGreen())+" ");
            buf.append(Integer.toString(c.getBlue())+"\n");
            writeBytes(bw,buf.toString());
        }
    }

    private void outFace(BufferedWriter bw)throws IOException{
        System.out.println("Face出力");
        Consumer<SimpleTriangle> cons=new Consumer<SimpleTriangle>() {
            @Override
            public void accept(SimpleTriangle arg){
                StringBuffer buf=new StringBuffer();
                buf.append("3");
                buf.append(" "+Integer.toString(arg.getVertexA().getIndex()));
                buf.append(" "+Integer.toString(arg.getVertexB().getIndex()));
                buf.append(" "+Integer.toString(arg.getVertexC().getIndex()));
                buf.append("\n");
                try{
                    writeBytes(bw,buf.toString());
                }catch(IOException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        TriangleCollector.visitSimpleTriangles(tin, cons);
    }

    private void writeBytes(BufferedWriter bw,String str)throws IOException{
        bw.write(str,0,str.length());
    }

    public void writePLY(File f)throws IOException{
        System.out.println("PLY出力");
        Charset charset = Charset.forName("US-ASCII");
        BufferedWriter bw = Files.newBufferedWriter(f.toPath(),charset);
        writeBytes(bw,"ply\n");
        writeBytes(bw,"format ascii 1.0\n");
        writeBytes(bw,"element vertex "+Integer.toString(vertexs.size())+"\n");
        writeBytes(bw,"property float x\n");
        writeBytes(bw,"property float y\n");
        writeBytes(bw,"property float z\n");
        writeBytes(bw,"property uchar red\n");
        writeBytes(bw,"property uchar green\n");
        writeBytes(bw,"property uchar blue\n");
        writeBytes(bw,"element face "+Integer.toString(tin.countTriangles().getCount())+"\n");
        writeBytes(bw,"property list uchar int vertex_index\n");
        writeBytes(bw,"end_header\n");
        outVertex(bw);
        outFace(bw);;
        bw.close();
    }

    public void readXYZGRB(File f,String separator)throws IOException{
        System.out.println("ファイル読み込み");
        BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader(f));
        String line=null;
        vertexs=new ArrayList<Vertex>();
        colors=new ArrayList<Color>();
        int id=0;
        while((line=br.readLine())!=null){
            String[] sp=line.split(separator);
            Vertex v=new Vertex(
                Double.parseDouble(sp[0]),
                Double.parseDouble(sp[1]),
                Double.parseDouble(sp[2]),
                id++
            );
            vertexs.add(v);
            Color c=new Color(
                Integer.parseInt(sp[3]),
                Integer.parseInt(sp[4]),
                Integer.parseInt(sp[5])
            );
            colors.add(c);
        }
        br.close();
        System.out.println("TIN処理");
        tin=new IncrementalTin();
        tin.add(vertexs, null);
    }

    public static void main(String[] args){
         PlyCreator pc=new  PlyCreator();
         File in=new File(args[0]);
         File out=new File(args[1]);
         try{
             pc.readXYZGRB(in, ",");
             pc.writePLY(out);
         }catch(Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
    }
}

(3)成果物

入力ファイル(XYZRGBファイル）と出力ファイル（PLYファイル）を引数としてPlyCreatorクラスを実行するとPLY形式の三次元モデルが生成されます。

MeshLab等の3次元ビュアーにPLYファイルを読み込ませると、作成したモデルが表示されます。
下の画像はJR三ノ宮駅付近のDSMから生成したモデル画像です。

5.まとめ

国土地理院航空写真から色情報を取得して兵庫県全域数値地形図DSMをXYZRGBファイルに変換し、PLY形式のモデルを生成してみました。
都市域のモデルをみると多少荒く感じられるかもしれませんが、以下の画像は佐用町の山林部のDSMをモデル化したものですが、1ｍメッシュなら林相による樹冠の違いが表現された地形モデルを得ることができます。

兵庫県ホームページでは「このデータや他のデータと最先端技術を組み合わせて、民・産・学・官の協働による地域課題の解決に向けた取組を推進するため、利活用のアイデア・提案を募集します。」とありますが、兵庫県全域数値地形図は、兵庫県全域のDSM、DEMが公開されているので、色々な事に使えそうです。
兵庫県以外では、静岡県が「静岡ポイントクラウドデータベース」で点群データを公開していますが、他県でもこうした公共測量データ公開の動きがあると面白いと思います。

課題

NLP4J [006-034b] NLP4J で言語処理100本ノック #34 「AのB」の Annotator を作ってみる では以下のようなロジックを切り出して定義することでロジックの再利用を可能にしていました。

ところがこれでもまだ足りないのです。
キーワードの抽出ルールをロジックで書いているため、柔軟性が足りないのです。
「AのB」であればこのロジックで問題ありませんが、では「AがB」のようなものを抽出したいときはまた別のロジックを用意しなければなりません。

/**
 * 「名詞の名詞」を「word_nn_no_nn」キーワードとして抽出します。
 * @author Hiroki Oya
 */
public class Nokku34Annotator extends AbstractDocumentAnnotator implements DocumentAnnotator {
    @Override
    public void annotate(Document doc) throws Exception {
        ArrayList<Keyword> newkwds = new ArrayList<>();
        Keyword meishi_a = null;
        Keyword no = null;
        for (Keyword kwd : doc.getKeywords()) {
            if (meishi_a == null && kwd.getFacet().equals("名詞")) {
                meishi_a = kwd;
            } //
            else if (meishi_a != null && no == null && kwd.getLex().equals("の")) {
                no = kwd;
            } //
            else if (meishi_a != null && no != null && kwd.getFacet().equals("名詞")) {
                Keyword kw = new DefaultKeyword();
                kwd.setLex(meishi_a.getLex() + no.getLex() + kwd.getLex());
                kwd.setFacet("word_nn_no_nn");
                kwd.setBegin(meishi_a.getBegin());
                kwd.setEnd(kwd.getEnd());
                kwd.setStr(meishi_a.getStr() + no.getStr() + kwd.getStr());
                kwd.setReading(meishi_a.getReading() + no.getReading() + kwd.getReading());
                newkwds.add(kw);
                meishi_a = null;
                no = null;
            } //
            else {
                meishi_a = null;
                no = null;
            }
        }
        doc.addKeywords(newkwds);
    }
}

どうやって解くか

言語処理100本ノック 2015 #34 を改めてみてみると、#34 は単に

「AのB」
2つの名詞が「の」で連結されている名詞句を抽出せよ

と書いてあるのみです。
この問題を解くためだけにわざわざロジックを作るということはAIっぽくありません。

そこで、独自のルール記述を開発することにします。

ルールの記述

2つの名詞が「の」で連結されている名詞句を抽出せよ

とのことなので、これを書くことができるようなルールを作ってみましょう。

みんな大好きなJSONで書いてみると、ルールとしては以下のような感じでしょうか。

[{'facet':'名詞'},{'lex':'の'},{'facet':'名詞'}]

JSON配列としてキーワードが並んでいて、「名詞,の,名詞」のようになっているのが抽出のルールとします。

抽出結果の記述

2つの名詞が「の」で連結されている名詞句を抽出せよ

とありますが、名詞句の何を抽出するのかは明記されていません。
人間的に考えてみると正規形（原形）だとしておきます。

抽出結果の記述ルールとしても文法を何にするかはいろいろ考えられますが、日本で最も大規模に使われているエンタープライズ向けテキストマイニングソフトウェアの IBM Watson Explorer と同じ形式にしておきたいと思います。（あえてJSONにはしない...）

IBM Watson Explorer のルールファイルについてのドキュメントは以下のものになります。
コンテンツ分析コレクションのカスタム・ルール・ファイル

難しいマニュアルですが、キーワード抽出部の書き方としては以下のようになります。

${0.lex}-${1.lex}-${2.lex}

数値は抽出されたキーワードのインデックス値です。
ピリオドの後に続く文字列（ここではlex）はキーワードの属性値です。lexは原形を意味します。
日本語に翻訳すると

${0番目Keywordの原形}-${1番目Keywordの原形}-${2番目Keywordの原形}

となり、抽出されたキーワードの原形をハイフンで連結するという記述になります。

${...} の部分以外は適当に記述できるので、単に連結して

${0.lex}${1.lex}${2.lex}

ともできますし、

${0.lex} ... ${1.lex} ... ${2.lex}

のようにも記述できます。

CODE

コードとしては

String rule = "[{facet:'名詞'},{lex:'の'},{facet:'名詞'}]";
String facet = "word_nn_no_nn";
String value = "${0.lex}-${1.lex}-${2.lex}";

という設定だけを用意して、これで抽出できればスマートということになります。
ちょっとAIっぽくなりましたね。（ルールを自然言語で書ければさらにスマートですが...）

指定されたルールでキーワードを抽出するAnnotatorとして
nlp4j.annotator.KeywordSequencePatternAnnotator
を用意しました。コードが長くなったのでここでの掲載は省略します。

String rule = "[{facet:'名詞'},{lex:'の'},{facet:'名詞'}]"; // #34 これだけ
String facet = "word_nn_no_nn"; // #34 これだけ
String value = "${0.lex}-${1.lex}-${2.lex}"; // #34 これだけ

// NLP4Jが提供するテキストファイルのクローラーを利用する
Crawler crawler = new TextFileLineSeparatedCrawler();
crawler.setProperty("file", "src/test/resources/nlp4j.crawler/neko_short_utf8.txt");
crawler.setProperty("encoding", "UTF-8");
crawler.setProperty("target", "text");

// ドキュメントのクロール
List<Document> docs = crawler.crawlDocuments();

// NLPパイプライン（複数の処理をパイプラインとして連結することで処理する）の定義
DocumentAnnotatorPipeline pipeline = new DefaultDocumentAnnotatorPipeline();
{
    // Yahoo! Japan の形態素解析APIを利用するアノテーター
    DocumentAnnotator annotator = new YJpMaAnnotator();
    pipeline.add(annotator);
}
{
    KeywordSequencePatternAnnotator annotator = new KeywordSequencePatternAnnotator();
    annotator.setProperty("rule[0]", rule);
    annotator.setProperty("facet[0]", facet);
    annotator.setProperty("value[0]", value);
    pipeline.add(annotator);
}
// アノテーション処理の実行
pipeline.annotate(docs);

System.err.println("<抽出されたキーワード>");
for (Document doc : docs) {
    for (Keyword kwd : doc.getKeywords(facet)) {
        System.err.println(kwd);
    }
}
System.err.println("</抽出されたキーワード>");

結果

以下のようになりました。
ルールを指定するだけでキーワードを抽出できましたね！

<抽出されたキーワード>
彼-の-掌 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=彼-の-掌, str=彼-の-掌, reading=null, count=-1, begin=2, end=5, correlation=0.0]
掌-の-上 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=掌-の-上, str=掌-の-上, reading=null, count=-1, begin=0, end=3, correlation=0.0]
書生-の-顔 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=書生-の-顔, str=書生-の-顔, reading=null, count=-1, begin=11, end=15, correlation=0.0]
はず-の-顔 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=はず-の-顔, str=はず-の-顔, reading=null, count=-1, begin=13, end=17, correlation=0.0]
顔-の-真中 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=顔-の-真中, str=顔-の-真中, reading=null, count=-1, begin=5, end=9, correlation=0.0]
穴-の-中 [sequence=-1, facet=word_nn_no_nn, lex=穴-の-中, str=穴-の-中, reading=null, count=-1, begin=6, end=9, correlation=0.0]
</抽出されたキーワード>

Maven

以上のコードは nlp4j-core 1.2.0.0 以上で動作します。

<dependency>
  <groupId>org.nlp4j</groupId>
  <artifactId>nlp4j-core</artifactId>
  <version>1.2.0.0</version>
</dependency>

1.2.0.0 はビルド＋アップロードからMavenでデプロイされるまで、12時間以上かかったようです。
サーバーが混雑している？ようです。

所感

ルールを記述して解くというのは他の言語処理100本ノック#34と比較してもスマートだと思います。

まとめ

NLP4J を使うと、Javaで簡単に自然言語処理ができますね！

プロジェクトURL

https://www.nlp4j.org/

---

Indexに戻る

現在、フレームワークの勉強中でSpringBootを扱っております。
その中でログイン機能を実装する際に、SpringSecurityの認証機能を使うのが定石らしく、これを使って実装いたしました。
その際にだいぶ難儀しまして、実装までにだいぶ時間を要したので自分なりにまとめてみました。

１、SpringSecurityのイメージ

すごく簡素なイメージ申し訳ないのですが、イメージ的にはこんな感じになります。
SpringBootのDI（依存性の注入）という機能を使ってSpringSecurityを外部から読み込んでDBとやり取りを行います。
DIに関しては詳しく説明しませんが、外部のオブジェクトをDIコンテナという箱に入れておくことで、いつでもオブジェクトの機能を使うことができるみたいなイメージだと思います。
今回の場合そのオブジェクトというのが”SpringSecurity”ということです。
またSpringSecurityにはDBに接続をするメソッドが備わっていますが、実際にはSpring Data JDBCが担いますので、上の図で言うとSpringSecurityとDBの間にはJDBCが入ることになります。

２、実装の流れ。

さっそく実装をしていきますが、簡単に実装の流れを説明していきます。

１、MySQLでListを表示させる。
２、ログイン画面の実装。
３、SpringSecurityの認証機能の実装。

このような形になります。3番が今回のメインかつ一番ボリュームが大きいので1番2番を確実に実装してから3番に移行したほうが後でエラーになった時に解決しやすいです。
自分の場合最初から3番を実装しようとしてMySQLの読み込みでエラーになったりログイン画面のリダイレクト方法を間違えていたりと3番実装以前の段階でエラーが出てしまい解決に時間をかけてしまいました。

３、MySQLでListを表示させる。

では開発に取り掛かりましょう。
前提条件として”STS”と”MySQL”は使っておけるようにしておきましょう。

3-1,プロジェクトを作成します。

　「ファイル」→「新規」→「Spring Boot」→「Spring スターター・プロジェクト」
　以下の画像を参照しアプリ名やグループ名、JAVAのバージョンなどは合わせておくといいでしょう。
　

　

・プロジェクトの確認。
　以下の様なファイルが作成されていればOKです。
　

・プロジェクト起動します。
　「プロジェクト右クリック」→「実行」→「Spring Boot アプリケーション」の順で起動します。そうすると以下の様なエラーが吐かれると思います。

コンソール

Error starting ApplicationContext. To display the conditions report re-run your application with 'debug' enabled.
2020-01-16 15:39:27.382 ERROR 49572 --- [  restartedMain] o.s.b.d.LoggingFailureAnalysisReporter   : 

***************************
APPLICATION FAILED TO START
***************************

Description:

Failed to configure a DataSource: 'url' attribute is not specified and no embedded datasource could be configured.

Reason: Failed to determine a suitable driver class


Action:

Consider the following:
    If you want an embedded database (H2, HSQL or Derby), please put it on the classpath.
    If you have database settings to be loaded from a particular profile you may need to activate it (no profiles are currently active).

「Failed to configure a DataSource・・・」のところを翻訳すると、データソースの設定に失敗した。ドライバーを特定できないと書いてあります。
更に「If you want an embedded database ・・・」のところを翻訳すると、データベースを使う場合はクラスパスに配備しろ、データベースのロードにはプロファイルをアクティブ化しろ、と書いてあります。
このことから、今回使いたいMySQLを使うためにプロファイルに設定を書く必要があることが何となく理解できるかと思います。

DBを使う場合は「application.property」を編集します。

3-2,application.propertyの編集。

　
SpringBoot_Di_Security_DB_5.png" src="" class="autolink">https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/420031/bcbf58f1-9d17-16f3-472e-013050535ca7.png">

application.property

#//  jdbc:mysql://localhost:3306/login_app はMySQlのURL。それ以降はタイムゾーンの設定をしています。詳しくは[こちら](https://qiita.com/KKZ@github/items/e3f594b04c9233a86419)
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/login_app?useUnicode=true&useJDBCCompliantTimezoneShift=true&useLegacyDatetimeCode=false&serverTimezone=UTC
#// rootユーザでログインしています。
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=
#// MySQLのドライバー
spring.datasource.driverClassName=com.mysql.cj.jdbc.Driver
spring.jpa.database=MYSQL
spring.session.store-type=jdbc

3-3,MySQLの立ち上げ。

　コマンドプロンプトまたはPowerShellにてMySQLにログインします。
　以下実際に打つコマンドは「実行コマンド」、コマンド実行時の表示結果などを一色単にしたものは「コマンド実行例」になります。参考にしながら進めてください。

実行コマンド

mysql -uroot

create database login_app;

use login_app;

CREATE TABLE user(
    user_id INT AUTO_INCREMENT,
    user_name VARCHAR(255),
    password VARCHAR(255),
    PRIMARY KEY(user_id)
);

desc user;

INSERT INTO user (user_name, password) VALUES
(
    'user1',
    'pass1+'
),
(
    'yama',
    'kawa'
);

select * from user;

コマンド実行例

PS C:\Users\MGT-RD18> mysql -uroot
Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MySQL connection id is 2246
Server version: 5.7.28-log MySQL Community Server (GPL)

Copyright (c) 2000, 2019, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.

Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its
affiliates. Other names may be trademarks of their respective
owners.

Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

mysql>
mysql>
mysql> create database login_app;
Query OK, 1 row affected (0.02 sec)

mysql> use login_app;
Database changed
mysql>
mysql>

mysql>
mysql> CREATE TABLE user(
    ->     user_id INT AUTO_INCREMENT,
    ->     user_name VARCHAR(255),
    ->     password VARCHAR(255),
    ->     PRIMARY KEY(user_id)
    -> );
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

mysql>
mysql> desc user;
+-----------+--------------+------+-----+---------+----------------+
| Field     | Type         | Null | Key | Default | Extra          |
+-----------+--------------+------+-----+---------+----------------+
| user_id   | int(11)      | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| user_name | varchar(255) | YES  |     | NULL    |                |
| password  | varchar(255) | YES  |     | NULL    |                |
+-----------+--------------+------+-----+---------+----------------+
3 rows in set (0.01 sec)

mysql>
mysql> INSERT INTO user (user_name, password) VALUES
    -> (
    ->     'user1',
    ->     'pass1+'
    -> ),
    -> (
    ->     'yama',
    ->     'kawa'
    -> );
Query OK, 2 rows affected (0.01 sec)
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql>
mysql> select * from user;
+---------+-----------+----------+
| user_id | user_name | password |
+---------+-----------+----------+
|       1 | user1     | pass1+   |
|       2 | yama      | kawa     |
+---------+-----------+----------+
2 rows in set (0.00 sec)

mysql>

　最終的に「select * from user;」の結果が上記のようになっていればOKです。
ここまでくればアプリは実行されるはずです。

3-4,プロジェクト起動します。

　「プロジェクト右クリック」→「実行」→「Spring Boot アプリケーション」の順で起動します。そうすると正常に起動されるはずです。特にErrorなどが出なければOKです。

コンソール出力例

 .   ____          _            __ _ _
 /\\ / ___'_ __ _ _(_)_ __  __ _ \ \ \ \
( ( )\___ | '_ | '_| | '_ \/ _` | \ \ \ \
 \\/  ___)| |_)| | | | | || (_| |  ) ) ) )
  '  |____| .__|_| |_|_| |_\__, | / / / /
 =========|_|==============|___/=/_/_/_/
 :: Spring Boot ::        (v2.2.2.RELEASE)

2020-01-16 16:38:52.112  INFO 50328 --- [  restartedMain] SpringLogin.app.SpringLoginApplication   : Starting SpringLoginApplication on MGT-RD18 with PID 50328 (started by MGT-RD18 in C:\project\テスト用\SpringLogin)
2020-01-16 16:38:52.127  INFO 50328 --- [  restartedMain] SpringLogin.app.SpringLoginApplication   : No active profile set, falling back to default profiles: default
2020-01-16 16:38:52.174  INFO 50328 --- [  restartedMain] .e.DevToolsPropertyDefaultsPostProcessor : Devtools property defaults active! Set 'spring.devtools.add-properties' to 'false' to disable
2020-01-16 16:38:52.174  INFO 50328 --- [  restartedMain] .e.DevToolsPropertyDefaultsPostProcessor : For additional web related logging consider setting the 'logging.level.web' property to 'DEBUG'
2020-01-16 16:38:52.822  INFO 50328 --- [  restartedMain] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Bootstrapping Spring Data JDBC repositories in DEFAULT mode.
2020-01-16 16:38:52.837  INFO 50328 --- [  restartedMain] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Finished Spring Data repository scanning in 12ms. Found 0 JDBC repository interfaces.
2020-01-16 16:38:53.137  INFO 50328 --- [  restartedMain] trationDelegate$BeanPostProcessorChecker : Bean 'org.springframework.transaction.annotation.ProxyTransactionManagementConfiguration' of type [org.springframework.transaction.annotation.ProxyTransactionManagementConfiguration] is not eligible for getting processed by all BeanPostProcessors (for example: not eligible for auto-proxying)
2020-01-16 16:38:53.397  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat initialized with port(s): 8080 (http)
2020-01-16 16:38:53.413  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.apache.catalina.core.StandardService   : Starting service [Tomcat]
2020-01-16 16:38:53.413  INFO 50328 --- [  restartedMain] org.apache.catalina.core.StandardEngine  : Starting Servlet engine: [Apache Tomcat/9.0.29]
2020-01-16 16:38:53.491  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/]       : Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2020-01-16 16:38:53.491  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.s.web.context.ContextLoader            : Root WebApplicationContext: initialization completed in 1317 ms
2020-01-16 16:38:53.761  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.s.s.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor  : Initializing ExecutorService 'applicationTaskExecutor'
2020-01-16 16:38:53.871  WARN 50328 --- [  restartedMain] ion$DefaultTemplateResolverConfiguration : Cannot find template location: classpath:/templates/ (please add some templates or check your Thymeleaf configuration)
2020-01-16 16:38:54.058  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.s.b.d.a.OptionalLiveReloadServer       : LiveReload server is running on port 35729
2020-01-16 16:38:54.109  INFO 50328 --- [  restartedMain] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
2020-01-16 16:38:54.113  INFO 50328 --- [  restartedMain] SpringLogin.app.SpringLoginApplication   : Started SpringLoginApplication in 2.453 seconds (JVM running for 3.661)
2020-01-16 16:39:08.470  INFO 50328 --- [nio-8080-exec-2] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/]       : Initializing Spring DispatcherServlet 'dispatcherServlet'
2020-01-16 16:39:08.470  INFO 50328 --- [nio-8080-exec-2] o.s.web.servlet.DispatcherServlet        : Initializing Servlet 'dispatcherServlet'
2020-01-16 16:39:08.485  INFO 50328 --- [nio-8080-exec-2] o.s.web.servlet.DispatcherServlet        : Completed initialization in 15 ms

　この状態だとアプリ自体は起動されましたが、localhost:8080で確認することができません。理由は表示する、Viewやcontrollerを作っていないからです。

3-5,Viewとコントローラを作成しとりあえずページを表示する。

　完成イメージは以下になります。いきなり全て作ると混乱しますので、ここでも段階的に作成していきます。今回のゴールは取りあえずViewを表示するだけです。

　

　・必要なファイルを作成して、以下のコードを記述します。

SpringLogin.app.controller/HomeController.java

package SpringLogin.app.controller;

import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.ui.Model;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;

@Controller
public class HomeController {

    //userListのアドレスにアクセスした際にGetメソッドを実行。
    @GetMapping("/userList")
    public String getUserList(Model model) {

        //template配下のファイル名を指定することでViewを呼び出せる。     
        return "userList";
    }
}

templates/userList.html

<!DOCTYPE html>
<!-- thymeleafを使うため以下を記述する。以後はth:xxxとすればthymeleafのメソッドが使用可能。 -->
<html xmlns:th="http://www.thymeleaf.org">
<head>
    <meta charset="UTF-8"></meta>
</head>
<body>
    <!-- コンテンツ部分 -->
    <div>
        <h1>ユーザリスト</h1>
        <table>
            <tr>
                <th>user_id</th>
                <th>user_name</th>
                <th>password</th>
            </tr>
            <!-- ControllerからuserListを受け取りth:each文で配列の要素を回します。 -->
            <!-- 引数のuserにはUserクラスのインスタンスが格納されているので、フィールド名を指定すれば値を引き出せます。 -->
            <tr th:each="user : ${userList}">
                <td th:text="${user.userId}"></td>
                <td th:text="${user.userName}"></td>
                <td th:text="${user.password}"></td>
            </tr>

        </table>
    </div>
</body>
</html>

・記述が出来たらこれで表示は出来るはずです。

3-6,アプリをブラウザで表示させる。

・Eclipse上でSpringBootアプリケーションが立ち上がっていることを確認し、以下にアクセスします。
http://localhost:8080/userList

・以下のような画面が表示されればOKです。現在はDB接続のオブジェクトを実装していないのでリスト自体は表示出来ていません。

3-7,DB接続用のオブジェクトを実装。

・ファイルの構成イメージは以下になります。赤枠が新規作成、黄色枠が編集するファイルです。

・また処理の流れもイメージにしましたので、参考にして下さい。（毎度簡素なイメージで申し訳ない・・・）

・コードは以下になります。

SpringLogin.app.controller/HomeController.java

package SpringLogin.app.controller;

import java.util.List;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.ui.Model;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;

import SpringLogin.app.service.UserService;
import SpringLogin.app.model.User;

// Controllerクラスのアノテーション
@Controller
public class HomeController {

    // インスタンスを作成しDIコンテナに格納。
    @Autowired
    UserService userService;

    //userListのアドレスにアクセスした際にGetメソッドを実行。
    @GetMapping("/userList")
    public String getUserList(Model model) {

        //@Autowiredで作成したインスタンスを元に、userServiceのメソッドを呼び出す。
        List<User> userList = userService.selectMany();
        //userServiceから受け取ったデータをView側に渡す。
        model.addAttribute("userList", userList);

        //template配下のファイル名を指定することでViewを呼び出せる。
        return "userList";
    }

}

SpringLogin.app.service/UserService.java

package SpringLogin.app.service;

import java.util.List;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

import SpringLogin.app.repository.UserDao;
import SpringLogin.app.model.User;

@Transactional //メソッド内で例外が発生した際にロールバックつまりエラーが起きる直前に戻るアノテーション。
@Service //Serviceクラスのアノテーション。ServiceクラスはDAOから受け取ったデータを変換しControllerに渡す役目がある。
public class UserService {

    @Autowired
    @Qualifier("UserDaoJdbcImpl") //DAOはインターフェースをimplimentsするのが定石らしく、implimentsするファイルを明示的にする。
    UserDao dao;

    //Daoのメソッドを実行。戻り値をList型でControllerに引き渡す。
    public List<User> selectMany() {
        return dao.selectMany();

    }

}

SpringLogin.app.repository/UserDao.java

package SpringLogin.app.repository;

import java.util.List;

import org.springframework.dao.DataAccessException;

import SpringLogin.app.model.User;

public interface UserDao {

    // Userテーブルの全データを取得.
    public List<User> selectMany() throws DataAccessException;

}

SpringLogin.app.repository/UserDaoJdbcImpl.java

package SpringLogin.app.repository;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate;
import org.springframework.stereotype.Repository;

import SpringLogin.app.model.User;
import SpringLogin.app.repository.UserDao;

@Repository("UserDaoJdbcImpl") //DB接続用クラスのアノテーション。
public class UserDaoJdbcImpl implements UserDao {

    //DB接続のため、JdbcTemplateをDIする。
    @Autowired
    JdbcTemplate jdbc;

    // Userテーブルの全データを取得.
    @Override
    public List<User> selectMany() throws DataAccessException {

        // queryForListメソッドでSQLを発行。queryForListの場合、結果はMap型をList化した形式で結果が返ってくる。
        // MapはKeyとValueがセットになった配列型オブジェクトのこと。
        List<Map<String, Object>> getList = jdbc.queryForList("SELECT * FROM user");

        // Userの型に変換するため、格納用のArrayListのインスタンスを生成。
        List<User> userList = new ArrayList<>();

        for (Map<String, Object> map : getList) {

            User user = new User();
            // map.getでKeyに基づいたValueを取得。それをUserクラスのSetterに当てはめる。
            // 今回の場合はDBのuser_idというカラムから紐づくレコードを取得している。
            user.setUserId((int) map.get("user_id"));
            user.setPassword((String) map.get("password"));
            user.setUserName((String) map.get("user_name"));

            // userList(List型の配列)にUserインスタンスを追加。
            userList.add(user);
        }
        // ListをServiceに返す。
        return userList;
    }


}

SpringLogin.app.model/User.java

package SpringLogin.app.model;

import lombok.Data;

@Data //lombokを使用しているのでアノテーション一つでGetter,Setterを作成できる。
public class User {

    private int userId;
    private String password;
    private String userName;

}

・コードが書けたら、ブラウザにて確認します。Eclipseでアプリを起動していない場合は起動してから確認しましょう。以下の様な画面になっていたらOKです。

　

これでMySQL使えるようになりました！
長くなってしまったので続きは次回にします。

　

クラスフィールド・クラスメソッド

クラスフィールド

インスタンスフィールドがありましたが、クラスに属するクラスフィールド
というものもある。具体例としては、インスタンスがいくつ生成されたのか数える
countというものがある。
【例】

class Person{
 public static int count = 0;
 //...略

Person(String firstName,...);{
 Person.count++;
... //↑こうすることで、インスタンスが生成されるたびに１ずつ足されていく。

クラスメソッド

class Person{
 public static int count = 0;
 //...略
 public static void printCount(){
  System.out.println("合計" + Person.count + "人です");
 }
}

クラスメソッドは、インスタンスの生成がない場合でも呼び出すことが可能。

//<Main.java>にて
class Main{
 public static void main(String[]args){
  Person.printCount();
  Person person1 = new Person( //...略 );
  Person.printCount();
 }
}

出力：
合計0人です
合計1人です

※クラスフィールドもクラスメソッドも「static」が付くので注意！

nullを使ったfullNameの書き換え

以前の記事で作成したfullNameの中身は「firstName + lastName」としてましたが
middleNameを追加で入れたい場合の書き方を具体例で書いてみます↓
（middleNameを持っていないインスタンスもあるため、条件分岐で示す）

※何もしていない状態だと、通常middleName(String型)の箇所には「null」が入っている。
（intの場合は0 / doubleの場合は0.0 / booleanの場合はfalse）

class Person{
...
 public String fullName(){
  if (this.middleName == null){
   return this.firstName + " " + this.lastName;
  }else{
   return this.firstname + " " + this.middleName + " " + this.lastName;
  }
}
...

カプセル化

定義したものを触って壊されないようにしておく時に使用する仕組みのこと。
パソコンの内部のようなイメージ。
今までは「public」と書いていたが「private」と書くようにする。
※privateなフィールドにはMainクラスから変更などのアクセスができなくなる。

ゲッター

privateにした上で、クラス外から安全に値を取得するために
フィールドの値を返す仕組みのこと。「getフィールド名」と書く。

セッター

privateに設定後、クラス外で値を変更したい際に使う仕組み。「setフィールド名」と書く。

//<Person.java>にて...コンストラクタを書いた後↓
...
 public String getMiddleName() {
  return this.middleName;
 }
//まず、ゲッターを定義した後にセッターを定義
 public void setMiddleName(String middleName) {
  this.middleName=middleName;
 }
...

//<Main.java>にて...Person person1 = new Person("山田","花子"...);と書かれている場合。
...
person1.setMiddleName("Claire"); //変更したい場合。

System.out.println("ミドルネームを" + person1.getMiddleName() + "に変更しました");

復習課題に取り掛かってみて

・ゲッターを定義する場合

public String getName(){
 return this.name;

上記の際に()を忘れてしまうのでしっかり見直す。覚えなおす。

今後

一度ここまでのオブジェクト指向を自分で書けるように進歩するために
Progateや他サイトを使いながら書き方を復習しようと思う。
そこでなにか疑問や、わかったところなどあればまた書いてみようと思う。