和歌山県文化財センター研究紀要創刊号

2023

LiDAR 搭載のモバイル端末を活用した三次元計測について
濵 﨑 範 子１． はじめに発掘調査における遺構及び出土遺物の記録や歴史的された瓦の三次元モデルのデータベースが公開されて建造物、⺠具などの文化財の調査保存については、こいるほか、和歌山県内においては和歌山県立紀伊風土

れまで写真や実測図などの二次元の記録がその中心で記の丘が特別史跡岩橋千塚古墳群の古墳の三次元計測あった。現在においてもこれらの記録が果たす役割が及びそのデータ公開を進めている（1）。

非常に大きいことは言うまでもない。

このような一連の流れに加え、2020 年以降、従来の一方で地形を活かして造られる山城や石垣、古墳の小型 LiDAR スキャンより更に小型化した LiDAR が、石室と言った立体的な構造物の記録が求められる発掘携帯性に優れる Apple 社のモバイル端末（iPhone 12

現場において、前述の記録だけではなく三次元測量がpro 以降の一部機種やタブレット）に搭載されるよう有効であるということも事実である。しかし、従来のになった。これらモバイル端末を用いた三次元計測は三次元計測では使用する専用機器が高額であり、また考古学や文化財への応用が期待されている(2)。

専門業者による測量経費は決して安価なものとは言え本稿は筆者が受講した令和４年度奈良文化財研究ない。そのため、予算が限られる場面によっては導入所主催「文化財デジタルアーカイブ課程」の内容を一することが難しい部分もあった。

部踏まえ、具体的な事例として自身の所有するモバイ

しかし近年、Smf/MVS による写真計測（フォトグ

ル端末（iPhone 13 pro）を使用して行った三次元計測ラメトリ）が容易になったことで、文化財の記録保存とそのデータの編集について紹介し、埋蔵文化財や文における三次元計測が急速に進みつつある。例えば、化財の記録保存にどのように活用できるのか考えてい独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所（以下きたい。

「奈良文化財研究所」）
では一部ではあるが三次元計測

２． 三次元データとは何か
一般的な三次元データとは何を指すのか、端的に述での応用などがあげられている。

べれば「対象の表面の XYZ 座標を高密度に計測したモバイル端末に搭載された小型 LiDAR は特に携帯もの」と定義することが出来る(3)。三次元データであ性・操作性が高く、計測時に専門的知識や経験を必要れば全方向から形状や高さ、角度の情報を提供することしない。また、古墳の石室内や周囲に樹木が多い場とが可能であり、通常の実測図面等の二次元データに所といった、据え置き型では計測の死角が発生しやす比べて視認性、再現度が高い。

い場所においては据え置き型よりも時間をかけずに計

この三次元データを記録するためには、前述した据測することが可能とされている。

え置き型の LiDAR による測量、Smf/MVS による写計測した三次元データは、PC などを経由せず、モ真計測などの様々な方法がある。LiDAR とは「Lightバイル端末内で情報処理でき、専用アプリ内で ply やDetection And Ranging」の略称で、「装置本体からレobj 形式など互換性の高い形式でデータを書き出すこーザ光を照射し、その反射光を観測することで対象物とができる。書き出されたデータは CloudCompare(5)までの距離や形状を観測する装置、または技術」を指などの三次元点群編集ソフトウェアを利用することです(4)。古くは地質学や気象学、天文学で使用されてお不要なデータを除去し、また計測された基準点の位置り、身近なところでは自律移動ロボットや自動運転車を合わせる調整を経て汎用性の高いデータを作ること

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LiDAR 搭載のモバイル端末を活用した三次元計測についてができる。
なお、モバイル端末を活用した三次元計測の具体的点等をまとめたマニュアルや主なアプリの機能比較表などを公開しているため、そちらも参照されたい。

手順についてはモバイルスキャン協会(6)が計測の注意

３． モバイル端末を使用した遺構の三次元データ計測
日本全国において令和２年度だけで発掘調査は８千件を超えており、うち 95％以上が開発行為に伴うものである(7)。筆者の所属する（公財）和歌山県文化財センター（以下、「当センター」）においても多くは自治体による公共工事を主とした開発行為に伴う発掘調査を主として受託しており、発掘調査においては出土遺物と共に調査区や遺構の実測図、写真が主な調査の記録となる。それらは整理作業を経て発掘調査報告書という形で広く埋蔵文化財の保存活用に利用されるが、掲載される情報が専門的・限定的であることは否定できない。
筆者が受講した「文化財デジタルアーカイブ課程」
では、講義の中で据え置き型の LiDAR や写真計測、モバイル端末に搭載された LiDAR を使った三次元計測の実演や具体的事例の紹介があった。このことが当センターの発掘現場における記録保存の方法の一つとしてモバイル端末を活用した三次元計測が可能か模索するきっかけとなった。
筆者は令和４年度当センターが受託した発掘調査業
務のうち、和歌山県日高郡美浜町吉原に所在する吉原遺跡の発掘調査現場において検出された方形周溝墓をモバイル端末によって三次元計測する機会に恵まれた。
この方形周溝墓を選んだのは計測範囲の中に４級基準点が複数存在しており、計測後のデータ編集においてこの基準点を使用してデータの調整や精度確認が可能であると考えたためである。
遺構の計測は令和４年 12 月３日に行い、筆者の所有する iPhone13 pro で行った。計測時は周囲に掘削された他の遺構があり、また、海岸砂丘上に立地する遺跡の性質上、足場の安定しない砂質土上で計測するため、安定性と安全性を考え自撮り棒の先端にモバイル端末を固定し、計測者の視野を広げた状態で行った。
計測には Scaniverse という無料アプリを使用した。
選定の理由はモバイルスキャン協会が令和４年９月16 日に更新した iPhone 3D スキャンアプリの中で紹60

写真 1 吉原遺跡の方形周溝墓３Ｄ
介されているアプリのうち、出力形式がメッシュ・点群の幅広い形式に対応していること、フォトグラメトリがアプリ内のローカルな環境で処理できること、無料のスキャンアプリの中では初心者にも扱いやすいアプリとされていたことによる。なお、この Scaniverseは LiDAR が非搭載の iPhone での使用も可能であるが、精度としては LiDAR 搭載機に劣る。
計測した面積は⻑さ 14.39ｍ、幅 3.64ｍの約 52 ㎡程度である(写真 1)。モバイルスキャン協会が推奨する計測面積である幅５ｍ、⻑さ 10ｍよりやや広い(8)。

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写真 2 計測したデータの座標調整

写真 3 座標調整後（任意のポイントの座標が表示される）
計測時のアプリ設定は「Large Object/Area」を指定し、削除して obj 形式で書き出した後、CloudCompare を計測後の処理は「Detail」で行った。計測とローカル処

インストールしたパソコンで計測したデータを編集し理にかかった時間は記録していないが約 10 分程度とた(写真２)。

記憶している。計測した後、データを現地で確認し、まず計測データ内の基準点に世界測地系の座標値をアプリ内の操作で不必要な範囲のデータをあらかじめ調整する作業を実施した。Scaniverse で計測した三次
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LiDAR 搭載のモバイル端末を活用した三次元計測について元データが示すＸＹＺ値はアプリが自動設定したものであり、世界測地系の座標でない。このため、現地に設定された４級基準点の座標値を活用して入力し、座標値を調整した。この際 LiDAR や写真測量技術を使った測量では線形代数の右手座標系が使用されているため、ＸとＹ値が逆転する現象が起きることに注意が必要である。この作業により計測した三次元データに世界測地系の座標が調整され、方形周溝墓の溝や石の座標や標高をピンポイントで表示することが可能になった(写真３)。更に座標の調整により、CloudCompare内におけるスケールも改めて設定されるため、スケー
ルの入った画像を書き出すこと、任意の場所で断面図を作成し tiff や jpeg 形式で書き出すことも可能となった。
一方で、今回の作業で計測した三次元データ内の基準点と計測範囲の４級基準点との誤差は 0.013〜0.019m であった。据え置き型の LiDAR や Smf/MVSによる写真計測ほどの精度は保証できないことが分かる。しかし、通常発掘現場で記録する実測図や写真に比べて視認性・再現性の高いデータを作成することが

写真 4 有田川町奥の宝篋印塔３Ｄデータ可能であり、報告書作成時における補足資料とする以外にも、デジタルデータとして公開するなどし、広く情報を公開することも可能である(9)。
また、発掘調査現場においては、面積の広い調査区全体をモバイル端末で三次元計測することは精度の点からも推奨できず、座標の調整には複数の基準点が複数必要となるなどの課題もあるものの、崩落の危険性

写真 4 有田川町奥の宝篋印塔３D データ
難しい立体的な遺構を記録する際、モバイル端末を活用した３次元計測は発掘現場における迅速な記録作業の助けとなると考えられる。

がある井⼾など、状況によっては実測者の安全確保が４．モバイル端末を使用した埋蔵文化財以外の三次元計測
埋蔵文化財以外においても LiDAR の搭載されたモスも想定される他、地震や台風といった自然災害によバイル端末の活用方法として石造物や⺠具の計測が挙って破損することも考えられるため、可能な限り詳細げられる 。地蔵仏や五輪塔、石塔などの構造物は基な記録保存が必要である。だが、実測図の作成や写真本的には屋外にあって経年劣化を免れられない。これ撮影には一定の経験や技術が必要であり、記録作業にらは地域の歴史を考える上で貴重な資料である一方、は時間もかかるという問題点がある。また、小規模な場所によっては大量の石造物や構造物が存在している自治体では専門職員を配備することそのものが難しいケースもあり、文化財に指定されているもの以外は記という問題もある。これらの問題点を解消する方法と録類が十分ではないものも多い。また、過去の市史やして、LiDAR が搭載されたモバイル端末の活用はこれ

町史編纂事業において図面や写真で記録されたものの、までにも提示されてきた（11）。

(10)

資料の引継ぎなどが不十分で記録が散逸しているケー

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筆者は令和４年 11 月３日に和歌山県有田郡有田川和歌山県文化財センター研究紀要創刊号

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写真５ Sketchfab で公開されている 3 次元データ（奈良文化財研究所投稿 関⻄学院⼤学構内古墳）
町奥に所在する奥の宝篋印塔をモバイル端末で計測し録することも可能になることが分かった。

た(写真４)。所要時間は記録していないが約５分程度

計測時においてはメジャーやスタッフ等スケールで、初めての三次元計測であったこともあり、スケーとなるものを一緒に計測する必要があることを踏まえルとなるものを同時に計測していなかったため資料とつつ、遺構と同様に計測した三次元データをしては十分ではないのだが、特別な経験や知識がなくCloudCompare で編集することで、現地でなくても石とも視認性の高い三次元データを残すことができた。

造物の断面図や立面図を作成も可能になる。

また、モバイル端末であれば短時間で複数の資料を記

５． 計測した三次元データの利活用について
これまで述べてきた三次元データは 3Dpdf など汎繰り返しとなるが、モバイル端末に搭載された用性の高いファイル形式に変換したり、obj 形式であLiDAR による計測データは、精度としては写真計測やれば現在 windows に標準搭載されている３Ｄビュー据え置き型 LiDAR 等よる三次元計測には及ばない。

ワーで確認することもできる。また、専用のソフトをしかし、低予算かつ短時間で対象の三次元データを計インストールしなくても、web 上で三次元データを閲測できるメリットを活かす方法を積極的に考えていく

覧ることのできる Sketchfab(12)などの無料サービスもことで、様々な部分で作業の効率化や迅速化を図るこ

あり、計測した三次元データを投稿することで広く共とが出来る。

有することできる（写真５）。

少子高齢化を迎えた現在社会においては、今後文化図面や写真に比べで視認性・再現性の高いこれら三財に十分な人的リソースを振り分けることが困難な状

次元データは、今後、小中学校の地域学習や生涯学習

況となる可能性もある。モバイル端末に搭載された等への活用が期待できるだろう。ただし、データの共LiDAR をはじめ、進歩するデジタル技術を活用し、地有や公開には知的財産権等の問題も生じる恐れがあり、域の文化財の記録を残し、それらを活用していく方法

所属組織によってあらかじめ「何を目的としてデータについて、文化財に携わる我々職員は検討していく必を公開するのか」といったガイドラインや規約を準備要があるだろう。

する必要がある 。
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LiDAR 搭載のモバイル端末を活用した三次元計測について【 注 】(1) 「文化財デジタルアーカイブ課程」（令和４年度独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所主催）金澤舞氏による「和歌山県立紀伊風土記の丘におけるデジタルアーカイブとその活用」資料及び金澤舞 2023「和歌山県立紀伊風土記の丘におけるデジタル・アーカイブとその活用」『デジタル技術による文化財情報の記録と利活用 5− LiDAR・3D データ・デジタルアーカイブ・SNS・GIS・知的財産権−』奈良文化財研究所研究報告第 37 冊 独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所による。
奈良文化財研究所収蔵品データベース（URL：https://jmapps.ne.jp/nabunken/index.html）内で軒瓦三次元計測データベースが公開されている。
(2) 野口淳 2022 参照(3) 「文化財デジタルアーカイブ課程」（令和４年度奈良文化財研究所主催）野口淳氏による「文化財 3 次元データ概論」資料による。
(4) 土井伸洋 2022 参照(5)Daniel Girardeau-Montaut により開発された点群データ編集ソフト。オープンソース化されており、公式サイトからダウンロードが可能。

(6) モバイルスキャン協会（URL：https://mobilescan.jp/）(7) 文化庁文化財第二課『埋蔵文化財関係統計資料−令和３年度−』2022 年 3 月による。
(8) 「モバイル端末スキャンマニュアル」モバイルスキャン協会 2022 年６月（モバイルスキャン協会 HP でダウンロード可能）(9)

野口淳 2022 参照(10)

野口淳 2022 参照
現在、3D DB Viewer（URL：https://gsrt.digiarc.aist.go.jp/nabunken_aist/index.html）においても様々な遺跡や遺構の三次元データが閲覧できる。

(11) 野口淳 2022 参照(12)

Sketchfab （URL：https://sketchfab.com/）文化財に関するものは独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所アカウントで投稿された古墳の三次元データ等が公開されている。

(13) 「文化財デジタルアーカイブ課程」（令和４年度奈良文化財研究所主催）野口淳氏による「文化財 3 次元データ概論」資料による。
三次元データに関わらず、近年デジタルアーカイブとして様々な文化財の画像が公開されているが、それに関しても同様の措置が必要である。
【 参考引用文献 】
野口 淳 2022「考古学／文化財への応用」『Interface』2023 年１月号 ＣＱ出版社
土井伸洋 2022「レーザ光で空間を捉える LiDAR の基礎知識」『Interface』2023 年１月号 ＣＱ出版社
金澤 舞 2023「和歌山県立紀伊風土記の丘におけるデジタル・アーカイブとその活用」『デジタル技術による文化財情報の記録と利活
用 5− LiDAR・3D データ・デジタルアーカイブ・SNS・GIS・知的財産権−』奈良文化財研究所研究報告第 37 冊 独立行政法人
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