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【Learning Vol-13】写真測量/フォトグラメトリーとは？
■テクニカルレポーター：カンヤンタ・ムバンガ（Kanyanta Mubanga）
■概要：
写真測量/フォトグラメトリーは、写真から信頼性の高い計測を行うプロセスです。何世紀にもわたり、何らかの形で私たちの生活に浸透しており、地表面などに対する理解の形成に役立ってきました。今日、写真測量は多くの産業で重要な役割を担っています。このページでは、測量とは何か、どのように機能するのかについて、一般的な理解を深めていただくための入門編としてご紹介します。
◎なぜ写真測量なのか？
カメラの普及により、エンジニアリングやCGIなど、より多くの人が比較的容易に3Dモデルを作成できるようになりました。
◎そのためのデータをどのように取り込むか？
CGIフォトグラメトリー用に用意されたシーンでのカメラや、計測関連用途に設計されたフォトグラメトリーキットを装着したカメラで撮影することで、より効果的な計測を行うことができます。
◎写真測量は誰が使うのか？
建設プロジェクトにおけるエンジニア、文化財保護における考古学者、映画やゲーム産業におけるCGIエキスパート、地図の専門家、土地測量士など、数え上げればきりがないほどです。
はじめに
写真測量は幅広い分野にわたっています。写真測量は幅広い分野で利用されており、その用途は多岐にわたりますが、それぞれに特徴があります。ここでは、写真測量の基礎となる一般的な概念を紹介します。写真測量がどのように機能するか、一般的なアプリケーション、どのようなハードウェアが一般的に使用されるか、一般的に写真測量を使用する場合、使用しない場合について説明します。
まず、定義から始めましょう。
フォトグラメトリーの定義
写真測量は、写真から信頼性の高い計測を行うプロセスである。この定義は少し単純に思えるかもしれませんが、この用語の語源がそれを裏付けています。フォト」はギリシャ語で「光」、「グランマ」は「書く」「描く」、「メトロン」は「測る」という意味です。
また、写真測量の定義には、電磁波の放射エネルギーなどのパターンから計測することも含まれている場合があります。これは、写真だけでなく、他のマルチスペクトル画像からのデータも写真測量の定義に含まれる界隈があるからです。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写真測量は、写真から信頼性の高い測定値を得るための手段です。
結局のところ、その背後にある一般的な原理は変わりません。画像を調べて解釈することで、物理的な対象物の寸法について信頼できる情報を得ることができます。多くの場合、これらの画像はカメラ（通常はデジタル一眼レフカメラ）で撮影された通常の写真です。私たちは、この定義をもとに作業を進めます。
では、昔ながらの犯罪現場の画像を考えてみましょう。興味のある物体の横に定規を置き、それを使って撮影したものです。これは写真測量と言えるのでしょうか？写真から物体を計測するのですから。
しかし、そうではありません。その理由は後ほど説明します。
写真測量の仕組みは？
写真測量とは、写真から信頼性の高い計測を行うことと定義しています。この「信頼できる」という言葉が非常に重要な意味を持つのですが、要するに写真測量とは「信頼性」なのです。
例えば、現場に足跡の写真があり、その横に定規が置いてあったとします。定規の目盛りがあっても、写真から靴のサイズを判断することはできません。足跡が土の上にカーブしている場合、上から見ると実際よりも小さく見えます。
この足跡が湾曲した土の上に作られたものであれば、この視点からは小さく見えるかもしれず、この写真からの測定は信頼できません。
正確な計測を行うためには、地表の曲率を考慮する必要があります。しかし、カメラが足跡の真上に位置し、下を向いている場合、地面の輪郭が見えません。では、写真測量はどのようにしてこの問題を回避しているのでしょうか。その答えは、異なる位置と角度から撮影した複数の写真を重ね合わせて使用することです。
写真測量は、異なる位置や角度から撮影した複数の写真を重ね合わせることで、風景から寸法を推定するものです。
大切なのは視点
写真測量は、遠近法とその解釈が中心です。写真測量は、写真撮影のプロセスを逆行させたものです。写真では、対象物や風景を平坦な2次元の画像にしますが、写真測量では逆に、その2次元の画像を手がかりに3次元のモデルを構築していくのです。
でも、具体的にどうやって？
カメラは人間の目と同じように物を見ていることが分かっています。例えば、レンズの近くにあるものほど大きく見えます。例えば、まっすぐな道路は幅が変わらないのに、遠くへ向かって細くなっていくように見えます。
この概念をより精巧に表現しているのが、アルブレヒト・デューラーが1525年に出版した「画家の手引き」です。そこには、リュートを幾何学的に正確に描こうとする二人の男が描かれています。二人はリュートを窓のようなものの前のテーブルの上に置きますが、窓ガラスの代わりにキャンバスを置いています。リュートをテーブルの上に置き、窓ガラスの代わりにキャンバスを置いて、観察者の目がある壁の一点に糸を固定し、開いた窓から糸を通していきます。
1525年、アルブレヒト・デューラー著『画家必携』に掲載された幾何学的遠近法を示す版画です。写真測量では、この概念を利用して、2次元画像から3次元データを推定します。
三角測量
写真測量では、画像の重なりが重要な鍵となります。複数の画像から同じ点を特定し、各画像のカメラの位置や向き、焦点距離、レンズの歪みなどを考慮することで、その点が3次元空間のどこに位置していたかを特定することができるのです。これを三角測量といいます。
三角測量は、重なり合った画像の共通点を特定し、カメラの既知の位置に対する3次元空間での位置を決定することで機能します。
異なる場所から撮影された少なくとも2枚の写真に1つの点が写っていれば、その点の方向に2つのカメラ位置から仮想の線を引くことができます。そして、その線が交差する場所を数学的に決定する。その線が交差する地点のXYZ座標を求めます。そして、十分な点数があれば、そのシーンのモデルを構築することができるのです。
実は、人間もこれと全く同じことを直感的に行っているのです。私たちは、奥行きや距離を感じるために、頭の中に小さなカメラを2台、少しずつ離して置いて歩いているのが基本です。
スケールと方向
しかし、一つ注意しなければならないのは、フォトグラメトリのモデルはプロポーションを持ちますが、スケールを持たないということです。モデルを拡大縮小するためには、少なくとも1つの既知の距離が必要です。
これは、私たちの脳も、見ているものの大きさを推定するために、見慣れたものが必要なのと同じです。写真では原寸大の建物に見えても、隣にコインを置くとミニチュア模型になる。写真測量では、このコインをスケールバーと呼びます。
写真測量では、比率はわかりますが、縮尺はわかりません。T字型の校正されたスケールバーがなければ、このクランクシャフトの大きさ（または小ささ）を知ることはできないのです。
スケールバーは、校正された直線状の棒に、ターゲットと呼ばれる印刷された目印を取り付けたものです。スケールバーのターゲットはコード化されています。これは、ソフトウェアが各ターゲットを一意に識別できることを意味します。コード化されていないターゲット（写真のクランクシャフトのようなもの）は、単に画像を正確につなぎ合わせるための高コントラストの基準点です。これらは一意に識別することはできません。
スケールバー上のターゲットは既知の距離で分離されているため、画像のスケーリングに使用することができます。一貫性と精度を確保するため、スケールバーは温度変化で寸法が大きく変化しない材料で製造されています。
また、撮影前に撮影場所の周辺にターゲットを設置し、撮影した画像をつなぎ合わせる際に、重なり合った画像間で一致するような強固な基準点を提供します。
写真測量ソフトは、コード化されたターゲットを自動的に認識して画像間でマッチングさせ、この情報を使って画像の位置合わせを行い、モデルの向きを決定することができます。また、コード化されていないターゲットは、ソフトウェアが処理した後のモデルの精度を確認するために使用されます。
一貫性と品質が重要
写真測量で実現できることには、さまざまな要素があります。カメラやレンズなどのハードウェアは、最大限の品質を作り出します。また、解像度、シャープさ、被写界深度など、画像の品質も特に重要です。これについては、後ほど詳しく説明します。
しかし、画質だけでなく、画像をどのように撮影するかも重要です。大切なのは、被写体を余すところなく撮影することです。おすすめは、被写体の周りを何周か回って、カメラの位置を変えてドーム状になるように撮影することです。小さな被写体であれば、当然ながら撮影枚数は少なくなります。しかし、どのような場合でも、被写体全体にピントが合っていることを確認しながら撮影すると、より効果的です。
被写体の周囲を何度か一周し、距離を変えて撮影すると効果的です。
大きな被写体や周囲を囲むことができないシーン（例えば、建物の正面など）では、建物の正面と平行な直線に沿ってカメラを移動させることができます。シーンの全体を撮影するには、複数回の掃引が必要な場合があります。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写真測量は、写真撮影のプロセスを逆算したものです。複数の写真を見て、幾何学的遠近法に関する原理を利用することで、2Dのデータから3Dのモデルを作ることができます。
航空写真測量では、ドローンなどの空撮機にカメラを搭載し、下向きに撮影します。建物や樹木など垂直なものの側面も撮影したい場合は、カメラの角度を多少変えて、これらの面を十分に撮影するのがよいでしょう。ここでも、一貫性が重要です。
写真測量アルゴリズムの種類
写真測量は、人間の視力と同じような仕組みになっています。私たちの目は常に重なり合った写真を記録しており、それを使って奥行きや距離を知覚しています。同様に、写真測量がうまく機能するためには、必要なデータを推定するために、シーンに関する十分な情報を持つ、よく撮影された写真のセットが必要です。
しかし、写真測量は人間のように無制限に写真を撮ることができるわけではありません。必要な情報を得るために必要な画像の量は、対象物やシーンの大きさや複雑さ、そしておそらくより重要なこととして、プロジェクトのニーズによって変わってきます。
そのため、写真測量の基本的なコンセプトは変わりませんが、そのアルゴリズムは、プロジェクトのニーズに応じて2つに大別されます。
エンジニアリングのためのフォトグラメトリー
技術者が品質管理やリバースエンジニアリングのために物体のモデルを作成する場合、必ずしも画像中の1ピクセル1ピクセルが必要なわけではありません。例えば、直線を引くには、2つの点の位置が分かればいい。
これが「メートル写真測量」と呼ばれる考え方です。この写真測量で重要なのは、正確さです。写真に写っている特定の点の相対的な位置をできるだけ正確に把握することで、写真から正確な計測や計算を行うことがポイントです。
メートル法写真測量では、アルゴリズムが多数の関連する点に基づいてモデルを抽出します。目的は正確さであり、すべての面を捉えることではありません。
そのため、エンジニアはアルゴリズムが認識するターゲットを興味のある場所に配置します。アルゴリズムはこのターゲットを使ってモデルを構築します。その結果、すべての表面の点群ではなく、関連する点のスケルトンが作成されます。
ターゲットを対象物に貼り付けることで、写真同士の重なり部分の特定と位置合わせを容易にします。
対象物の大きさ、形状、位置を正確に把握することを重視した点群です。距離や面積はもちろん、地形図に必要な標高や、技術的な用途に必要な体積、断面などを確実に割り出すことができます。
カラー3Dモデリング用フォトグラメトリー
一方、ゲーム開発、映画のCGI、文化財の保存などでは、現実の物体を忠実にレンダリングすることが求められます。原則として、モデルにはより多くのピクセルとディテールを詰め込むことができれば、より良い。このような業界で働く専門家は、通常、最高の写真機材を持っているので、写真測量についても適切に装備されていることでしょう。
違いを見分ける｜写真測量による3Dモデル（左）とArtec Leoで作成したモデル（テクスチャも取り込めるスキャナ）
そのトレードオフは、モデルの最終的な形状が通常不完全であるということです。平均的な3Dスキャナは、光沢のある表面、透明な表面、または黒い表面に苦労することがありますが、写真測量では、必然的に対処しなければならないアーチファクトの数とノイズの量が圧倒的に多くなっています。その結果、最終的には、高精細なテクスチャを持つモデルでありながら、多くのノイズや不完全なジオメトリを持つことになるのです。
3Dスキャナで、形状とカメラのテクスチャを組み合わせて、リアルで正確なモデルを作成
このようなプロジェクトでは、写真測量と3Dスキャナを組み合わせることで、最適な結果を得ることができます。この点については、「3Dスキャナと写真測量の組み合わせ」のセクションで詳しく説明します。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写真測量には、エンジニアリングに代表される計測技術と、現実の物体を非常にリアルでCGIに近い3Dモデルにするためのフルカラー可視化技術があります。
フォトグラメトリーハードウェア
すでに取り上げたターゲットやスケールバー以外にも、写真機材は重要な役割を担っています。写真測量の結果は、このプロセスで使用される画像に完全に依存します。解像度、照明、被写界深度などの要素はすべて、結果として得られるモデルからの測定の正確さと信頼性に重要な役割を果たします。詳細で鮮明な画像は不可欠です。
写真機材については、ついつい深入りしてしまいがちですが、いくつかの有用なコンセプトがあります。写真家、あるいはカメラを使いこなす人は、すでに一歩先を進んでいます。焦点距離や絞りなどの用語は、仕事や趣味の一部である場合、すでにそこに到達しているのです。次のセクションは読み飛ばして、写真測量のアプリケーションに進んでください。
センサー
カメラには、携帯電話用カメラ、CCTV、GoPro、本格的なプロ用映像機器など、さまざまな形や大きさのものがあります。どの程度までプロジェクトに適しているかは、センサーサイズに集約されるかもしれません。
カメラにとってのセンサーは、人間の目にとっての網膜のようなものです。レンズを通して入ってくる画像を記録し、実際に撮影できるディテールの大きさを決定します。センサーが大きければ大きいほど、より多くのポイントをとらえることができ、より高いレベルのディテールを得ることができます。
カメラの中にあるセンサーは、レンズを通して入ってきた画像を記録し、画像の画素数を決定します。
小型のポイント＆シュートカメラでも適切な照明条件下では十分な仕事ができますが、フルサイズセンサー（時にはポイント＆シュートカメラの30倍ものサイズ）を搭載したハイエンドデジタル一眼レフは、3Dモデルに対してはるかに多くのピクセル、つまりはるかに優れた解像度を提供することができるのです。
センサーサイズは、クロップファクターと呼ばれるものにも影響します。2つの異なるセンサーに同じレンズを装着した場合、小さなセンサーでは「見る」ことができず、大きなセンサーではそれぞれの写真でシーンのより多くの部分をカバーするため、シーンの異なる部分をキャプチャすることになります。
レンズ
次に重要なのが「レンズ」です。光を曲げ、カメラのセンサーに焦点を合わせるものです。ピント合わせ、露出、拡大率、画角の広さ・狭さなどを決定するのがレンズです。
光を曲げ、カメラのセンサーに集光するのがレンズです。画像のクオリティに直接影響します。
レンズは、一端が曲がったガラスで、もう一端が絞り（光がカメラに流れ込むサイズ変更可能な穴）になっています。カメラのシャッターを開閉することで、レンズの絞りを通してセンサーに光が入り、画像が撮影されます。これらの要素が組み合わさって画像の特性が決まるため、写真測量では重要な検討事項となります。
焦点距離
焦点距離とは、カメラのセンサーとレンズの光線が集束する点との間の光学的距離をミリメートル単位で表したものです。焦点距離によって画角や倍率が決まります。数値が小さいほど（焦点距離が短いほど）、視野が広く、倍率が低いので、より多くのシーンを撮影することができます。写真測量では、通常、焦点距離が固定されています。
レンズの焦点距離は、撮影倍率と、どれだけ多くのものを写し込めるかという視野を決定します。
絞り
レンズの絞りの開き具合をF値で表した数値で、カメラに光を取り込む量が1Fあたり2倍になります。F値が大きいほど、カメラに入る光の量は2倍になります。F-32のように数字が大きいと絞りが小さく、小さいと開放になるため、わかりにくいかもしれません。
絞りは被写界深度（ピントが合う範囲）を直接的に決定します。絞りを開けると、ピントが合っている部分が薄くなり、それ以外の部分がぼやけます。例えば、人物撮影では、被写体にはピントを合わせ、背景には豊かなボケ味を持たせることができるかもしれません。このようなぼかしを「焦点ぼかし」といいます。
絞りは被写界深度（ピントが合っている範囲）を決定します。
写真測量では、できるだけ多くのシーンにピントを合わせたいものです。ぼやけた画像は、写真をつなぎ合わせるのが難しくなります。
ここで、もう一つのボケである「モーションブラー」に話を移します。
シャッタースピードとモーションブラー
シャッタースピードとは、カメラのシャッターが開いている状態で、センサーに光が降り注ぐ時間のことです。通常、1秒の何分の一かで表されます。シャッタースピードは、センサーに当たる光の量に影響するだけでなく、「ぶれ」にも直接関係します。
シャッターが開いている間に被写体やカメラが動くと、写真がブレてしまうのです。例えば、ホバリングしているヘリコプターを撮影する場合、シャッタースピードを速くすると回転翼が固まり、遅くすると回転翼が見えなくなってしまいます。
手持ちで撮影する場合は、カメラを持つ手のわずかな動きにも対応できるように、十分なシャッター速度を設定します。また、三脚を使用してカメラを完全に静止させることもできます。
シャッタースピードは、動きのブレを左右する。速いシャッタースピードは動きを止め、遅いシャッタースピードは動きをボカします。結局、写真測量で最高の結果を得るためには、これらの要素をすべて注意深く考慮する必要があります。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写真測量は、その過程で使用される画像の品質に依存するため、写真撮影のコンセプトを正しく理解することが重要です。画像の解像度、さまざまなレンズの特性、焦点距離やシャッタースピードなどのカメラ設定など、すべてが重要な役割を担っています。
フォトグラメトリーの応用
写真測量という技術は、その汎用性やコストだけでなく、長距離での有効性から人気があります。その代表的な使い方を紹介しましょう。
大型エンジニアリングプロジェクト
航空写真測量は、大規模な建設プロジェクトでエンジニアによく利用されています。
長距離をスキャンする際の精度を考慮し、写真測量はドローンや飛行機を使用するエンジニアが大規模な建設プロジェクトを計画・評価するために使用されています。例えば、高速道路の位置や設計などです。写真測量で得られたデータは、土工量の計算や、土木技術者にとって不可欠な地形の注記に利用される可能性があります。また、時間の経過とともに段階的な3Dレンダリングを提供することで、プロジェクトの進捗を評価する際にも欠かせません。
映画・エンターテイメント
写真測量によって、ゲームや映画業界はリアルな環境を作り出す能力を向上させることができるようになりました。写真測量と3Dスキャナーを組み合わせることで、映画制作者は写真測量の色情報と正確な3Dスキャンモデルを重ね合わせてセットデザインを作成することができます。ゲームデザイナーも同様に、リアルで高品質なアセットとリアルな環境を作成することができます。
法医学/科学捜査
犯罪現場の調査や鑑識において、写真測量は重要な役割を担っています。
メートル法写真測量は、科学捜査や犯罪現場の調査においても重要な役割を果たすようになりました。多くの場合、小さなディテールがすべてを左右するのです。犯罪や事故の現場を正確に撮影し、正確に計測することは、裁判だけでなく、建築環境をより安全なものにするために重要なことかもしれません。
例えば、路面の写真に写ったタイヤの跡を分析することで、女性が運転していた車の寸法と、その車に衝突して重傷を負った2台目の車との位置関係が一致しているかどうかを捜査官が突き止めることができたという例があります。メートル法による写真測量は、事故発生時の2台の車の位置に関する矛盾を解決するのに非常に重要であることが分かりました。
土地測量
航空写真測量は、地方自治体や土木技師が土地測量を行う際によく利用されています。
また、建設作業員、建築家、自治体では、敷地の境界を決定したり、建設プロジェクトを計画したり、データ分析に使用されます。衛星画像でもこのような情報は得られますが、航空写真測量は、特定の関心領域に対してより高い精度を提供することがよくあります。
不動産におけるフォトグラメトリー
また、写真測量は、購入希望者が見ることのできる住宅のバーチャルモデルの作成にも使用されています。多くの購入者は、すでにオンラインリストを頼りに購入を決定していました。そして今、コビドによる文化の変化が、多くの不動産ビジネスにおけるオンライン化を加速させているのだろう。現代のフォトグラメトリは、わずかなコストで、不動産会社が広告する住宅のバーチャル体験を実現することができるのです。
マッピング
ドローンや飛行機、人工衛星で撮影した写真を使って、地形を3Dマッピングする写真測量が行われています。航空機や潜水艇から撮影した高解像度の画像を用いることで、水中を含む到達困難な場所のモデルをより短時間で作成することが可能になります。
ドローンや飛行機、人工衛星から撮影された写真が、地形の3Dマップに利用されています。
Google Earthは、写真測量によって地形の正確な画像を作成する、今日までで最も野心的なプロジェクトです。Googleは、ストリートビュー、航空写真、衛星写真など、複数のソースからの数十億枚の画像をつなぎ合わせて、道路、車線、建物、川などのオブジェクト間の正確な距離など、地域の詳細を表示しています。
考古学
考古学では、地域をマッピングし、遺跡のレイアウトや構造を理解する能力が絶対不可欠です。Metric Photogrammetryは、考古学者に迅速かつ正確に地域をマッピングし、関心のある遺物を記録する能力を提供します。また、3Dレンダリング画像を共有することで、現場にいない他の考古学者とのコラボレーションも容易になります。
写真測量の最も一般的な用途のひとつに、遺産保存があります。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写真測量は、その過程で使用される画像の品質に依存するため、写真撮影のコンセプトを正しく理解することが重要です。画像の解像度、さまざまなレンズの特性、焦点距離やシャッタースピードなどのカメラ設定など、すべてが重要な役割を担っています。
写真測量を使用しない場合
写真測量にするかどうかを決める際には、いくつかの落とし穴があります。一言で言えば、プロジェクトのニーズに応じて検討すべき事項があるということです。
特殊な機材を必要としないメートル法写真測量
正確な測定を目的とし、色情報を重視しない場合は、Hexagonのハイエンド写真測量システムのような、測定関連の用途に特化した優れた写真測量キットを持っている場合にのみ、写真測量を使用する必要があります。これらのキットには、デジタルカメラ、ターゲットセット、正確に校正されたスケールバーが付属しており、タスクのための完全な装備が整っていることを保証します。
計測関連の用途に特化した完全な写真測量キット
しかし、このようなキットは、その正確さにもかかわらず、優れた3Dスキャナと比較して、疎な点群を生成することに留意してください。
高密度な点群による高精度
高密度な点群と精度が必要な場合は、Artec Evaのように、毎秒最大200万点をキャプチャして同時に処理し、最大0.1 mmの精度を持つスキャナーの方がはるかに優れています。
実際、Evaは構造光走査技術により、黒色や光沢のある表面を持つ物体など、ほとんどあらゆる種類の物体を正確にとらえ、ターゲットを必要としないため、オールラウンドなソリューションとして優れています。
ハイエンドカメラなしで、色と質感のデータを取得
一方、写真測量からのニーズが測定に関係なく、主に質感を捉えるために写真測量を使用している場合、まず、写真測量に使用しているカメラ機器がArtec Space SpiderやArtec Leoなどのスキャナよりも高品質であることを確認する必要があります – 質感を捉えるためのスキャナです。
写真測量を使ってテクスチャをキャプチャする場合、使用するカメラがArtec Space SpiderやArtec Leoのようなテクスチャをキャプチャするスキャナよりも高い品質が可能であることを確認してください。
映画やゲームデザインに携わる人は、通常、ハイエンドの写真撮影装置を所有しています。このような特殊な機材は、非常に高品質の画像を生成し、平均的な3Dスキャナのカメラからのテクスチャを凌駕する可能性が高いです。
しかし、このタイプの写真測量はターゲットを使用しないため、精度が低くなりがちです。そのため、高品質のカメラを使用しても、テクスチャと組み合わせる正確なモデルを作成するプロフェッショナルな3Dスキャナと一緒に使用することをお勧めします。Artec 3Dスキャナーは全てターゲットなしでスキャンできるので、このタイプの写真測量と組み合わせるには最適なオプションです。
写真測量の一般的な欠点
写真測量の欠点は、時間がかかること、正しく行うにはそれなりの専門知識が必要なこと、そして、それでも条件が整わなければ必要な結果が得られない可能性があることです。何十枚、何百枚という写真を一枚一枚撮影し、それぞれの写真が十分な品質であること、写真と写真の間に十分な重なりがあることを確認しなければならないかもしれません。
また、せっかくライティングを調整したのであれば、写真ごとにライティングが大きく変化していないことも確認しなければなりません。例えば、ある写真で被写体に落ちた影は、最終的なモデルにも写り込みます。
写真測量では、均一で十分な照明が必要なため、それに合わせてシーンを計画し準備する必要があります。
これに対して、ほとんどの携帯型3Dスキャナは独自の光を生成し、スキャン中に被写体を照らします。そのため、スキャンから高品質のテクスチャーを得ることが目的でない限り、フォトグラメトリのように光について半分も心配する必要はありません。ハンディタイプの3Dスキャナでは、スキャンするための準備は比較的少なくて済みます。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
一般的に、高精度の点群が必要な場合は、3Dスキャナを使用する方がよいでしょう。写真測量は、写真のようなリアルな質感が必要で、優れたカメラを持っている場合に有効です（3Dスキャナのそれよりも優れています）。写真測量は、プロフェッショナルなキットをお持ちで、疎な点群でも構わない場合にのみ、測定目的で使用してください。
Artec Leoのようなスキャナは、スキャンしながらリアルタイムのレプリカを構築するタッチスクリーンを搭載しており、完全なモバイルスキャン体験を提供します。このデバイスには自動処理機能が搭載され、バッテリーが内蔵され、ワイヤレス接続により2台目のデバイスにストリーミングすることが可能です。つまり、Artec Leoを使えば、スキャンはビデオ撮影と大差ないのです。
とはいえ、写真測量にはプラス面もあります。3Dスキャンと比較して、低コストで行うことができます。また、通常数メートル以上の広い範囲をスキャンする場合にも有効です。
写真測量と3Dスキャニングの融合
簡単に言うと、テクスチャは二の次で、ノイズが少なく高精度の点群を作成することが重要な場合、3Dスキャンが有効です。最高の3Dスキャナは、非常に高速なスキャン能力、自動処理、ミリメートル単位の3D点精度を備えています。
しかし、リアルな質感や実物そっくりのモデルを必要とするプロジェクトで、最高級の撮影機器を所有している場合は、写真測量に頼るのもよいでしょう。ただし、写真測量でテクスチャを作成する場合、不完全なジオメトリでやりくりしなければなりません。というのも、質感を出すためには、より多くの写真が必要で、しかもターゲットのいない状態で撮影されます。そのため、ノイズやアーチファクトが多く発生し、必ず精度が落ちます。
写真測量は、3Dスキャナのような幾何学的な正確さはありませんが、本物のような質感とリアルなモデルが必要な場合、良い解決策になります。
下のビデオでは、写真測量とArtec Evaを使用して、この息を呑むような車のモデルを作成するテクニックを紹介しています。
3Dスキャナの幾何学的データとハイエンドカメラのテクスチャを組み合わせて、高精度のレンダーを作成することができます。
例えば、手持ちのArtec Space Spiderを使って撮影したランニングシューズの見事なレンダリングをご覧ください。300枚以上の写真をつなぎ合わせ、スキャンしたデータを組み合わせた最終モデルです。色も鮮やかで、ディテールのレベルも非常に優れています。
この2つを組み合わせることが最適なソリューションであり、最も気難しい業界の専門家にも好まれています。例えば、バラク・オバマ大統領の周囲に設置された多数のカメラの画像とArtec Evaのスキャンデータを組み合わせて、史上初のアメリカ大統領の3Dポートレートを作成したことがあります。
カメラは詳細で豊かな質感を提供し、3Dスキャナの精度は質感を包むために最小限のノイズで構造を作り出しました。
【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
テクスチャにはハイエンドカメラを、幾何学データにはプロフェッショナルな3Dスキャナを使用し、Artec Studioなどのソフトウェアを使ってその2つを組み合わせると、素晴らしいテクスチャと低ノイズで非常に正確な幾何学データという最高の結果を得ることができます。
フォトグラメトリーソフトウェア
市場には、さまざまな写真測量ソフトウェアがあります。少し調べれば、無料のアプリケーションから何千ドルもするソフトウェアパッケージまで、何でも見つかります。繰り返しになりますが、すべてはあなたのニーズと利用可能なリソースに起因しています。
写真測量を始めたばかりであれば、3DF Zephyr、Meshroom、Visual SFMのような無料のソリューションから始めるのがよいかもしれません。しかし、これらは機能が限られており、速度が遅かったり、正確な結果が得られなかったりする場合があります。また、色付きのテクスチャメッシュを作成するなどの機能を実現するために、追加のプラグインをインストールする必要がある場合もあります。
より多くの機能が必要な場合は、Elcovision、iWitness、Photomodelerなど、より包括的なオプションを選択することができます。MetaShape、Pix4D、Reality Captureも人気のあるオプションです。
写真測量法を計測に使用する場合、HexagonのAicon 3D Studioのようなパッケージは、インテリジェントで強力なツールを提供します。このソフトウェアでは、プラグインを通じてPolyWorksと連携することも可能です。PolyWorksは幅広い3次元計測機能をサポートしており、工業系製造業が行うほとんどの作業に対応できるはずです。
CGIプロフェッショナルや、ジオメトリとテクスチャの両方で最高の品質を求める人にとって、Artec Studio は、完璧なジオメトリと優れたテクスチャ品質を実現する簡単なワークフローを提供します。このソフトウェアは、3Dスキャナからのメッシュデータにテクスチャをシームレスにマッピングできるよう、新しく生まれ変わりました。
Artecの受賞歴のある3Dスキャナは、非常に正確なスキャンが可能で、ハンドヘルドモデルの1つであるArtec Space Spiderでは0.05 mmまでの精度、デスクトップスキャナーのArtec Microでは10ミクロンまでのさらに高い精度といった業界最高レベルのベンチマークを達成しています。
Artec Studio の強力な機能により、高解像度カメラで撮影したピクセル単位の写真と、精密測定器による3Dスキャンを自動的に位置合わせし、驚くほどリアルな3Dモデルを実現することができます。
