平成 29 年度芸術科学会東北支部・大会論文【大会論文 29-07】

宮古市三王岩の 3D 計測とモデル化
高志毅+ 佐藤和輝+ 土井章男+ 榊原健二+++++

岩手県立大学（株）TOKU PCM

細川智徳++

原田昌大+++

大棒秀一+++++++（株）タックエンジニアリング++++

特定非営利活動法人津波太郎（ＮＰＯ田老）

１．はじめにデオ撮影を行った。次に撮影した写真画像から SfM（Structure from Motion）技術を用いて、3D の点群データと 3D モデルを生成した。点群生成に使用したソフトウェアは Pix4D 社の Pix4DMapper である。
また、3D モデル生成には、写真画像や点群データから 3D モデルを構築する Bentley Systems 社のContextCapture を使用した。

三王岩は宮古市田老字青砂里にあり、高さ 50 メー
トルの男岩を中心に、左側が女岩、右側が太鼓岩からなる（図 1）。1 億 1 千年前（白亜紀）に堆積した地層からなり、砂岩と礫岩の斜めの縞模様が特徴的である。太鼓岩のみ縞模様の向きが違うのは、この岩だけ付近の海岸から転がり落ちて現在の位置にある転石だからである。今回の 3D 計測の目的は三王岩地形情報の取得、三王岩の情報発信、3D プリンタを用いて、マスコットや箱庭モデルを作成することである。

図1

図2

MarvicPro と GNSS 測量機

図3

IPAD によるドローンの操縦

三王岩

2．3D 計測方法
2．1. 計測装置およびソフトウェア
3D 計測で使用する装置は、SONY 製カメラ NEX7、ドローン（DJI 社の S900、PHANTOM 4、MarvicPro（図 2））、GNSS 測量機（図 2）、座標識別点、４K ビデオである。
各ドローンは Apple 社 IPAD から遠隔操作することが可能である（図 3）。また、S900 搭載の NEX7の画像センサの APS-C サイズは 23.5mmx15.6mmで、記録した写真の画素数は 6000ｘ4000（24M）である。今回の撮影では、小回りが利く MarvicPro に搭載された高解像度カメラでの写真撮影と、PHANTOM4 搭載の 4K ビデオによる撮影を行った。
今回の撮影では南昌荘の撮影で行ったドローンによる空撮と地上からの 3D 計測機による組み合わせは、三王岩が海上にあるため困難であった[1, 2]。そのため、三王岩の上空および側面からの写真撮影とビ-1-

2.2 GNSS を用いた座標補正
GNSS(Global Navigation Satellite System / 全球測位衛星システム)は、GPS、GLONASS、Galileo、準天頂衛星（QZSS）等の衛星測位システムの総称であり、GPS（Global Positioning System）はアメリカ合衆国によって運用される衛星測位システム（地球上の現在位置を測定するためのシステムのこと）である[1]。GPS 測位の原理は、局所慣性系で光速 cが一定であることによる[3]。
c=2.99792458 × 10^8 m/s(1)GPS 衛星と受信機がともに正確とみなせる時計をもっていれば、送信時刻（測定値）T と受信時刻 t の差に c を掛けると距離がわかる。
GPS 衛星 i の位置を座標 (Xi,Yi,Zi)、受信機の位置

平成 29 年度芸術科学会東北支部・大会論文

4.おわりにを (x,y,z) とすると、海上からのドローンによるカメラ撮影により、三王岩の高解像の連続写真と HDTV ビデオを撮影した。
さらに得られた写真画像から点群データと 3D モデルを作成した。図 5 は Acute3DViewer で表示させた三(2)GPS 衛星の位置を得るには、受信データに重畳された航法メッセージ信号を復調し、送信時刻と組み合わせる。受信時刻 t は GPS 受信機の時計の値であり、もしそれが正確ならば、受信機の位置である三つの変数（未知数）x, y, z を得るために最低三本の連立方程式があれば良いである。しかし GPS 受信機の時計はそれほど正確ではなく、受信時刻 t も未知数とする必要がある。したがって、4 つの衛星から受信することで、これら 4 つの未知数を求められる。

王岩である。今回の 3D 計測では上空および側面の写真撮影を十分行うことで、側面も十分な精度でモデル化が行えることを示した。今後の取り組みとして、ホームページからのデータ公開や Virtural Reality 表示（仮想現実感表示）を試みる。

参考文献
1) 高志毅，土井章男，榊原健二，原田昌大，細川智徳，今野公顕，”文化財庭園の 3D モデル化と復興加速化への活用”，
日本バーチャルリアリティ学会、第 32 回テレイマージョ

3．点群データおよび 3D モデル作成

ン技術研究会，2017/6/22-23.

ドローンで三王岩を写真撮影した後、SfM 技術で使用した写真枚数は 1015 枚である。上空（垂直）と側面の写真は分けずにまとめて画像解析を行った。
上空と側面の誤差は当然生じるが、三王岩自体には３D データの段ズレや穴が少なくなるようあらゆる角度から撮影した。また、陸地部に対空標識を設置して、標定点測量を行うことで、実座標、実距離に忠実な３D データを生成した。
得られた写真画像からの点群生成には、Pix4D
社の Pix4DMapper を使用して、点群生成に約 2.0 日を要した。
3D モデルは、点群データからの 3D モデル作成も可能であるが、今回は写真画像から ContextCaptureを用いて 3 D モデルを生成した。ContextCapture はBentleySystems 社が開発したソフトウェアで、連続写真から街並みなどの３D モデルを自動生成するソフトウェアで、写真や点群から特徴点を抽出し、3Dモデルが生成可能である。
3D モデル生成には、約 2.5 日を要している。生成した 3D モデルの編集には、約 1 週間かけて、不要な面の除去などを行った。使用したワークステーショ
ンは HP 社 Z840、主記憶 256GB、CPU クロックXeon2.10GHz 、 GPU は 12GB の NVIDIA
QuadroM6000 である。
図 4 は作成した三王岩の 3D モデルである。ビューワーは Bentley Systems 社の Acute3D である。テクスチャマッピングを行っており、ほぼリアルタイム表示が可能である。図 5、図 6 は、図 4 の 3D モデルの側面部分を拡大した。洞窟も正確にモデリングされているのが確認された。図 6 は 3 角形の大きさを示すために 3D モデルにワイヤフレーム表示を重層している。

2) S. Kou, K. Satoh, A. Doi, K. Sakakibara, T., “3Dmodeling of cultural property gardens and utilization foracceleration of disaster reconstruction”, AROB2018,2018/1/19-21.
3)

国土地理院

、

“GNSSとは”

http://terras.gsi.go.jp/geo_info/GNSS.html

2

図4

三王岩の 3D モデル外観

図5三王岩側面の 3D モデル

図6

三王岩側面の 3D モデル（エッジ表示重層）