■概要：

この10年間で、ビデオゲームにおけるキャラクターモデルや環境は飛躍的に進歩しました。ゲーム機のハードウェアのアップグレードだけでなく、フォトグラメトリーのようなデジタル化プロセスの採用によるものです。この技術を使うことで、フォトリアリスティックな世界を作り出すことが可能になり、世界中で増え続けるゲーマーにかつてない没入感を提供している。フォトグラメトリーとは、対象物のさまざまな画像を照合し、テクスチャーの質が驚くほど高い3Dモデルに変換する技術であることは、ご存知の方も多いだろう。しかし、このプロセスはゲーム業界でどのように利用されているのだろうか？次の記事では、ワークフローの手順から代替手段としての3Dスキャニングの展望まで、このトピックについて解説する。

はじめに

アプリケーションの説明に入る前に、皆さんはこう尋ねるかもしれない： 写真測量とは何ですか？

簡単に言うと、対象物を複数の角度から重ね合わせて撮影することです。これらの写真から同じ点を特定し、カメラの位置、焦点距離、歪みを一定にすることで、座標を取得し、3D空間内の位置を三角測量し、3Dモデルとして再現することができます。

ビデオゲームの世界では、フォトグラメトリーは、現実の小道具や場所、さらには俳優の顔をキャプチャし、ゲームに追加するためにますます使用されるようになっています。この技術により、開発者はフォトリアリスティックなグラフィックスで世界を構築できるだけでなく、手作業で作成するのにかかる時間の何分の一かでそれを実現できるようになった。

フォトグラメトリーを利用する以前は、グラフィックス・アーティストは、ゲームプレイやリードタイムの制約と美観のバランスを取りながら妥協するワークフローで、このような3Dアセットをゼロから作り直すことがよくありました。

従来の “ホワイトボックス “デザイン手法では、ゲームが進化するにつれてコーディングを継続的にテストする必要があり、プロジェクトがまとまり始めるまでシステムを完全に評価できないため、疑問も生じていました。対照的に、フォトグラメトリーを使用することで、スタジオはモデルをキャプチャしてアップロードし、ワールド「キット」を事前に作成できるようになりました。これは、開発者がより良い準備をし、スケジュール通りに納品するのに役立ちます。

この記事の残りの部分では、これを可能にするために一部の開発者が行っている個々のワークフローのステップを分解する。また、これらを実行する手段として導入可能なさまざまなテクノロジーを掘り下げ、それぞれのアプローチの潜在的な利点を評価する。

フォトグラメトリはビデオゲームでどのように使用されますか?

現代のゲーム業界では、グラフィックの忠実度が高く、ローンチサイクルが短いことが成功の鍵であるため、フォトグラメトリーを採用するメリットは明らかです。そのため、この技術は急速に業界標準になりつつある。しかし、実際にはどのようなプロセスなのでしょうか？

他のフォトグラメトリー・アプリケーションと同様、ワークフローは、オブジェクトを様々な角度から、直線的なマトリックスのようなパターンで、それぞれの写真が次の写真に重なるようにキャプチャすることから始まります。大きな物体を撮影する場合、開発者は360度のワイドショットから始め、その後近づいて細かいディテールを撮影することもできます。しかし、一般的には、この種の用途に適した長距離デバイスを使用する方が簡単だ。

とはいえ、これをすべて実現するのは言うは易く行うは難しで、ゲームスタジオは、正しい形とプロポーションを持つ完全なモデルを得るために、いくつもの落とし穴を避けなければならない。まず、開発者は使用する機材を考慮する必要がある。高解像度カメラを使用する場合は、写真が重なるようにしなければならない。

しかし、Light Detection and Ranging（LiDAR）デバイスを使用する場合は、物体の基材も考慮しなければならない。例えば、その物体の表面が再帰反射性であれば、信号の損失を最小限に抑えながら光をスキャナーのレシーバーに跳ね返すことができる。逆に、その物体が光沢があったり不透明だったりすると、デジタル化するのが難しくなる。

Key point ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
写真測量は、地形図を作成するための測量で長い間使用されてきたが、現在、
3D環境を作成するビデオゲーム開発者にとって有用なツールであることが証明されている。━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

開発者がこれらの問題に取り組み、完全に重なり合った一連の測定値をキャプチャしたら、Adobe Photoshopのようなプログラムでそれらを処理する必要があります。こうすることで、ライティングやシャドウなどを微調整し、最終的なモデルがゲームのトーンにマッチするようにします。色調補正の後、RealityCaptureのようなプログラムにエクスポートされることが多く、そこで画像を点群に整列させ、テクスチャ付きの3Dメッシュに変換することができます。

初期モデルは後で「リトポロジ化」することができる。これは、モデルのポリゴン数を減らして、ゲーム内でレンダリングしやすくするプロセスだ。最後に、これらの3Dメッシュに保存された情報がテクスチャファイルにベイクされると、よりリアルに見えるように、その表面をさまざまな方法で微調整できます。

アンリアル エンジンのような一般的なゲーム エンジンにエクスポートする前に、影や摩耗などの視覚効果を追加する「マスク」と組み合わせたり、プロシージャやテクスチャ マップを使用してオブジェクトのジオメトリをよりよくシミュレートすることもできます。

ビデオゲームにおけるフォトグラメトリの例

写真測量自体は進化しているテクノロジーですが、まったく新しいテクノロジーではありません。このプロセスは品質管理や測量などの分野で長年導入されてきましたが、ゲームで注目を集めるようになったのはごく最近のことです。写真測量法を本格的に採用した最初の大手スタジオの 1 つが、2015 年に大人気の Star Wars: Battlefront シリーズのリブートを担当したスウェーデンの開発会社 DICE です。

タイトな発売スケジュール、60 FPS ゲームプレイの需要、新世代のコンソールに対応する必要性に直面していた DICE は、制作に向けて課題に事欠きませんでした。しかし、スタジオは依然として原作に忠実な世界を作りたいと考えていました。これを実現するために、開発者はアーカ​​イブを徹底的に調べてオリジナルのスター・ウォーズ映画の小道具を見つけ出し、その後写真測量法で 3D モデリングしました。

このアプローチにより、DICEは前作『バトルフィールド4』と比較して、各アセットのデジタル化にかかる時間を半分以下に短縮することができた。さらに、同スタジオの作業により、スター・ウォーズの小道具、キャラクターモデル、景観で構成される「レベル構築キット」を開発することができ、これが最終的なゲームの基礎となった。DICEはまた、そのアプローチによって、発売よりもかなり前にワークフローを確立することができ、社内の納期を先取りすることが可能になったことを発見した。

Key point ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
フォトグラメトリーは、広大な3D環境を構築するためだけでなく、
小道具、葉、キャラクターモデルなど、その構成要素の多くに使用されている。━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

この開発者の先駆的な仕事が初めて明るみに出て以来、他の超大作ビデオゲームも同様の方法で作られてきた。インフィニティ・ウォードは、『コール・オブ・デューティ モダン・ウォーフェア』フランチャイズを2019年に再始動させるにあたり、フォトグラメトリーで収集したデータを使用して、表面のディテール解像度を向上させる「タイリング」処理を実行できることを発見した。

本作の開発が進むにつれ、スタジオはさらに実験を重ねた。場合によっては、死体モデルのベースとしてチームメンバーをスキャンし、より大きな環境をキャプチャするためにドローンで飛行するスキャナーを使用することもあった。最終的にフォトグラメトリーによって、小道具、風景、銃、乗り物、キャラクターのモデルを迅速に作成できるようになったこのプロジェクトは、この技術がビデオゲームにどれほど応用できるようになったかを示している。

ビデオゲーム用写真測量ソフトウェア

この記事の前半でRealityCaptureについて触れましたが、ビデオゲーム用の3Dモデルを高い精度で作成できるフォトグラメトリーソフトウェアはRealityCaptureだけではありません。例えば、業界をリードするゲーム開発会社であるエレクトロニック・アーツ（EA）は、PhotoModelerを使用していることで知られています。このソフトウェアのIdealize機能を利用すれば、処理中にレンズの歪みを除去することが可能です。これにより、ゲームやアニメーションの背景を、より素材にマッチした鮮明なものにすることがはるかに容易になると言われています。

また、このプログラムには自動点群生成アルゴリズムが搭載されており、高精度のテクスチャを持つモデルを作成し、広く使用されているCADフォーマットでエクスポートすることができます。とはいえ、このプログラムは厳密にはフォトグラメトリー用に作られたものではありません。そのため、このソフトウェアには、競合他社のような自動化された写真からソリッドへのワークフローがありません。

素晴らしい景観をデジタル化するためのプログラムを求めている人たちのために、UnityはSpeedTreeを販売している。3Dアートツールからプロシージャル生成アルゴリズムまで、あらゆるものを使って、植物の生命を忠実に再現することができる。そのため、BungieやUbisoftといったゲーム界の重鎮に採用されているのも不思議ではない。

同様に、AgisoftはMetashapeという3Dモデル編集ソフトを提供しており、近接・遠距離の両方で撮影された精巧な画像データを処理することができる。ビデオゲーム開発よりも、研究、測量、防衛の分野で使用されることが多いが、このプログラムの自動較正機能とマルチカメラ・サポートは、複雑な物体をデジタル化したり、大規模な3D環境を作成したりする場合に魅力的な選択肢となる。

しかし、現在のフォトグラメトリー・パッケージを使うには、いくつかの欠点がある。多くのパッケージは段階的に販売されているため、特定の機能を利用するにはアップグレードが必要な場合がある。また、プログラムが機能を完全に失っている場合もあります。そのため、新規参入のハードルが高くなり、あるプロジェクトに必要な追加パッケージを知ることが重視される。

より幅広く、より利用しやすいソフトウェアをお探しなら、Artec 3DはArtec Studioを販売しています。このプログラムは、3Dスキャナーで取り込んだデータを処理するために使用されることが多く、最新バージョンのArtec Studio 17には、出来上がった3Dモデルの品質を最適化するための便利な機能が多数搭載されています。

Key point ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
3Dワールドの構築にはソフトウェアが不可欠であり、プログラムの選択によって、
撮影した画像を照合してゲーム内で表示する方法が決まることも多い。━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

このプログラムのオートパイロット機能では、いくつかのチェックボックスの入力に基づき、最も効果的なデータ処理アルゴリズムを選択することができるため、初めての方でも簡単です。Artec Studioの写真登録アルゴリズムでは、高解像度の写真を使用してテクスチャを適用することで、モデルの色の鮮明度を向上させることもできます。

さらに、このプラットフォームのAlignment by Scaleアルゴリズムにより、ユーザーは3Dモデルの任意のスケールとターゲットオブジェクトのスケールを一致させることができます。この機能は、リファレンスなしで作成された写真測量モデルにテクスチャを転送する場合に特に便利です。

全体として、Artec 3Dハードウェアと連携することで、これらの機能は、検査やリバースエンジニアリング、ビデオゲーム、アニメーション、CGI開発など、データのキャプチャや正確なモデルへの変換プロセスを効率化します。

代替手段としての3Dスキャン

写真測量はビデオゲームのモデリングツールとして有能であることが証明されていますが、限界があります。得られる3Dアセットの精度は、対象物の撮影に使用したカメラの解像度に左右されます。変わりやすい天候、キャリブレーション、アングル、冗長性の問題はすべて、詳細でないモデルの作成につながります。さらに、重なり合った画像をキャプチャして合成するには、当然ながら時間がかかる。このような問題から、より効率的な3Dモデリング方法はないものかという疑問が生まれます。

ビデオゲーム用の3Dモデルの作成プロセスを加速させたい方は、3Dスキャンの導入を検討することをお勧めします。Artec Leoのような最先端デバイスは、毎秒最大40フレーム（レジストレーションなしモード）という驚異的なスキャン速度を誇り、写真測量ユーザーにワークフローを加速させる可能性を提供します。

過去に、スタジオThe Farm 51はこれを実現しました。Leoともう一つの3DスキャナーArtec Space Spiderを組み合わせることで、開発者は驚くほどリアルな第3次世界大戦のビデオゲームモデルを作成することができました。実際、以前のタイトル開発に使用されていた写真測量法から切り替えたことで、同社はオンラインシューティングゲームの各キャラクター、乗り物、武器のモデルをわずか数時間で作成することができました。

Xboxの人気ビデオゲームフランチャイズ「Hellblade」にも、Artec 3Dスキャンによって作成された全身3Dモデルが採用されています。マイクロソフト傘下のスタジオNinja Theoryのモーションキャプチャー技術を駆使して開発されたこのゲームには、主演俳優のメリーナ・ユルゲンスの驚くべきゲーム内レプリカが登場します。Artec Evaの素晴らしい柔軟性と精度のおかげで、開発者はキャラクターを本物そっくりに見せることができただけでなく、本物の人間のように動く皮膚や筋肉をデザインすることができました。

現在では、3Dモデリングにもスケールは関係ありません。Artec Microを使えば、小さなオブジェクトのデジタルバージョンを作成し、最大0.029 mmの解像度で複雑なディテールをキャプチャしてから、ゲーム内の世界に配置することができます。一方、長距離のArtec Rayは、救助ヘリコプター全体の3Dスキャンに既に使用されています。この技術が大規模なモデリングへの新たな用途を見つけ続けている今、このような乗り物をバーチャルな世界に持ち込むのに使えないということはないでしょう。

まだ写真測量を完全にやめる準備ができていない？写真測量と3Dスキャンを組み合わせることで、まさにお探しのソリューションになる場合もあります。AS17は、ハイエンドカメラで撮影した画像と3Dスキャンを統合することができます。また、より正確なカラーキャプチャデータでモデルを作成できるフォトテクスチャ機能も利用できます。

まとめ

上記の実用的なアプリケーションを考慮すると、写真測量と3Dスキャニングの両方が、ゲーム業界におけるグラフィックの限界を押し広げるのに役立っていることは明らかです。スキャンを使用して構築された各大作は、少しずつ異なる3Dプラットフォームに依存しているため、現在のところ、あらゆるビデオゲームのモデルを作成するために繰り返し展開できる万能のソリューションはありません。

その代わりに、スタジオは、ゲーム開発専用に設計されたものもあれば、幅広い用途向けに構築されたものもある、ハードウェアとソフトウェア・パッケージの選択に迫られています。開発者は、ゲーム内で再現したい環境の種類や、仮想世界のオブジェクトに求めるグラフィックの忠実度などの要素を考慮する必要があります。

このようなクリエイターにとって幸いなことに、ゲームにおける写真測量と3Dスキャンの導入が進んでいるため、さまざまなニーズに対応する製品が登場しています。この技術は、あらゆる形や大きさのオブジェクトを忠実に再現し、アップロード、微調整、仮想世界への統合が可能であることが証明されているため、最先端の新しいゲームの開発を加速させる上でも魅力的です。

このように、ビデオゲーム業界における写真測量と3Dスキャニングは、エキサイティングな時期である。