画像から3Dモデルを生成するフォトグラメトリーとは？

こちらの記事は画像から3Dモデルを生成するフォトグラメトリーについて解説してまいります。フォトグラメトリーとは被写体や地形をさまざまなアングルから撮影してその画像を解析、統合して立体的な3Dモデルを生成する手法です。「写真測量法」とも呼ばれ、実は150年以上の歴史があります。

フォトグラメトリーを使って、これからますます必要とされる3Dモデルを制作してみませんか？

タイトル画像： #545538724 寄稿者：Alexey Suloev

フォトグラメトリーの活用事例

それでは、具体的にどのような場面でフォトグラメトリーを使って、3Dモデルが作成されているのでしょう？

フォトグラメトリーは錆びたり色褪せした歴史的な建造物の記録にも使われていますし、地形図をフォトグラメトリーで3D化し、これから建てるビル周りの環境と合わせてCGで見せる場合にも使われています。

また、大規模なイベント会場をフォトグラメトリーで3D化して、CGでイベントの様子を見せることでも、イベント予約率のアップに繋がっています。

もちろん、フォトグラメトリーは映画やゲーム・エンターテインメント業界でも使われていて、例えば現実の地形からフォトグラメトリーを使いビデオゲームの背景が制作されていますし、俳優の顔をスキャンしておいて、その俳優が亡くなっても、別の俳優を特殊メイクでそっくりに見せるといった使い方もされています。

昔は地形のフォトグラメトリー撮影に凧や気球を使っていましたが、今ではドローンを使うことでより簡単にスキャンできるようになりました。

またスキャニングの次の段階として、iPhone Proにも採用されたレーザーを用いて対象物の位置や形状を検出するLIDARを利用することで、より詳細な3D情報が得られるようになっています。

すでに1480年には、レオナルド・ダ・ヴィンチが「イラストレーションに遠近法を取り入れるべき」という説を唱えていました。遠近法と射影幾何学の形式原理はフォトグラメトリー理論の基礎となるもので、物体をガラス越しに見るように、遠近法で写すことができるとされました。

1850年代になるとフランスの科学者エーメ・ロスダー（Aimé Laussedat）が写真による地図作成の可能性を説き、地形図の作成に写真を使い始めました。彼は「フォトグラメトリーの父」と呼ばれています。

フォトグラメトリーは４つの段階を経て進化を遂げました。

平面フォトグラメトリーでは、画像の写真を使って透視線を引き、距離などの情報を計算していました。エーメ・ロスダーは凧や熱気球を使って写真を撮影し、平面フォトグラメトリーを作成しましたが、空から見える範囲全体をカバーするほどの写真撮影は困難だったと言われています。

次の段階であるアナログ・フォトグラメトリーによる3D作成は、航空技術の急速な発展とフィルムカメラの改良の恩恵を受け、さらにコンピューターの普及によりアナリティカル・フォトグラメトリーへと進化します。

1980年代に始まった Structure-from-Motion のアプローチは、現在のデジタル・フォトグラメトリ礎となっています。今では複数のカメラで捉えた3次元情報から専用ソフトウェアで3Dモデルを構築する手法が一般的です。

皆さんがお手持ちのスマホとPhotoCatch などのアプリでもフォトグラメトリーを使って3Dモデルを作成できますし、iPhone ProにはLIDARが搭載されていますので、かなり正確な3Dモデルを制作できます。

また、3Dモデル専用ソフトウェア Reality CaptureやMeshroom、Blenderに画像を取り込むことで、さらに本格的な3Dモデルを作成できます。

どんなフォトグラメトリーのアプリやソフトウェアでも複数の画像を使い、画像の中の共通点を使って3Dモデルを構築します。そのため、無地のセーターよりも柄のあるセーターを着てもらって画像を撮影する方が、より良い3Dモデルを得ることができます。

フォトグラメトリーに使う写真撮影のヒントは下記のとおりです。

必ず三脚を使う。
フラッシュは使わない。
撮影フレームの中心で被写体を捉える。
撮影角度の違う写真の数が多ければ多い程良い。（但し処理時間は増えます。）
透明なものや反射するものは避ける。どうしても避けられない場合は反射を抑える専用の塗料を使用するか、反射面に軽く水をかけ、小麦粉やタルカムパウダーをまぶして反射を抑えます。