CPD講座

Continuing Professional Development Lecture

測量と計測技術の最前線
第4回

点群とBIM の建築設計への利用発展
安達基朗 ｜（株）シュルード設計

レーザースキャナは現物、「建築物」を高精度で測定します。測定しを行うため、対象物以外の物も測定します。つまり、人や車が通るとたデータをデジタル化し、手元のパソコンで現地の建物や周辺の状測定対象ではないにも関わらず、それらも測定してしまいます［図 1-a］。

況を確認したり、計測ができ、利便性や計測の精度は日々向上してまた、測定を行うときにレーザー光線がガラス面を通過してしまう場います。

合や、鏡や金属面が現場に存在した場合などは乱反射などが起こ

私たちは、多くの製鉄所やプラントで 3 次元測定を実施してきましり、レーザースキャナはノイズを拾うことが起こります［図 1-b］。

た。建築現場での実績も日々増えてきています。3 次元測定を行うと、また、点群は点の集合体である以上、スキャナの設置点から遠い利便性や精度のよい計測は当たり前の時代が来ていると考えていま箇所は点の密度が疎となり、点と点の間が透けてしまうことがあります。そのような中、私たち 3 次元測定エンジニアとして、建築士のす。その結果、端的に言いますと、点群は「見にくい」データとなりま方々へ「当たり前でないもの」は何を提供できるのか、その取り組みす。そこでわれわれがまず取り組んだことは、「見やすい」点群をつくについてお話をします。

ることでした。

見やすい点群をつくるといっても、われわれはスキャナメーカーで「見る」のこだわりはありません。スキャナで取得する点群は機器まかせとなってしまいます。そのため、まず描画を行うソフトウェアに着目をしました。第 1回〜3 回までの本講座で多くの点群の写真を掲載しましたが、とても点群データは、3 次元レーザースキャナ（第 1 回参照）や SfM 技術（第綺麗な点群表現になっていたかと思います。こちらは、立命館大学

2 回参照）を利用すると容易に取得が可能です。その反面、データをの田中覚先生と長谷川恭子先生 が 開発された SPBR（Stochastic

取りすぎるという弱点もあります。レーザースキャナは全方位の測定

Point-based Rendering 確率的ポイントレンダリング［註 2］）という技術

a 測定途中に測定範囲に停車した車両（京都女子大学 中庭［註 1］）

b 窓越しで測定した際に生じたノイズ（京都女子大学 B 校舎）

図 1 測定後のノイズ処理をしていない点群画像

32 Ke n c h i k u s h i2020.2

図 2 SPBR 描画技術の利用（京都女子大学 B 校舎の例）。SPBR 描画技術を用いない点群表現（左）とSPBR 技術を用いた描画（右）を利用して描画を行っています［図 2］。この技術を利用した、ノイズが「知る」に対しては、今はまだない新しいもの、たとえば、配管など少ないクリアな描画の点群ビューワーソフトの開発を行い、点群のの設備や建具など今ここにないものが入るのか、入ったらどういうイ綺麗な描画を実現しました。

メージとなるのかを知るために、3D モデルの配置と測定データの点群と新しいモデルの重なり（干渉）の確認に対して取り組んでいます。

「見る」と「知る」を同時 に［図 4］。正確な情報を、より見やすい仮想空間で知ることができるようにするための取り組みです。
また、SPBR では点群を透過させる表現も可能です［図 5］。

点群は座標点の集まりですので、寸法を知ることができます。たとえモデルの配置や干渉確認は多くの点群ソフトが保有している機能

ば、測定した建物の現状を確認しながら、知りたいと思った箇所のですが、干渉確認は見落としが発生しがちです。そこで、透過が可寸法を測ることができます。

能な SPBR を利用した干渉確認［図 6］では、その見やすさを最大限

私たちは、建築設計は行っていませんが、機械の設計を行っています。機械の設計でも、頭の中で現場をイメージし、そのイメージをに生かし、干渉箇所の見落としや見にくさをなくした表現技術の開発に取り組んでいます。

図面という形に落とし込んでいきます。しかしその過程で、しばしば、文化遺産の建造物の計測では部材の状態を把握するための触診他の図面を広げ 寸法を調べたりする作業が生じます。これはとてもが重視されていますが、3 次元測定では建物の部材の状態を把握す煩わしいものです。しかしながら、現場を 3 次元スキャナにてスキャニングし、点群を用いて現場の状況をパソコン上で確認しながら、点群内に設計イメージの 3 次元モデルを書き込んでいく、というような手法を用いることができます。すると、別資料で寸法などを調べる必要がなくなります。そうすることで、思考が途切れることが少なくなり、考えながら描き込んでいくうちに構想ができあがっていきます。この方法は、機械設計者から好評価を得ています。もちろん私も機械設計を行う者として同意見です。
これは建築士も同じではないかと、点群で記述された測定データ上に改築部分を BIM 設計する手法を提案し、実践していただいたところ、非常に喜んでいただきました。写真などを見てイメージする作業と図面などで寸法を知る作業が、別の資料を見ることなく一つの画面で、思考を途切れさせることなく行えることは、3 次元測定と3次元設計を併用することで得られる利点となります。
この利点をより発展させるための取り組みとして「、見る」に対しては、精度のよいスキャナで測定した点群データに、写真画像から SfM技術を利用したデータを重ね合わせることに取り組んでいます［図 3］。

図 3 スキャナ測定と写真測定を融合。スキャナ測定と写真測定を融合すると、写真のようなクオリティをもつ空間データの表現ができる

2020.2 Ke n c h i k u s h i33建築士も、お施主様に対して自身の感性やデザインの意味を伝えるためにパースを利用していると思います。パースの表現も、CG を使
写真調査による空間データ

BIM データ

う場合や手書きのイラストを使う場合など、建築士によりさまざまです。それらの CG やイラストを見 せていただく機会もありますが、見るだけで感動を覚える素晴らしいものです。それらの表現方法の一つに点群表現を入れられないかということも、現在取り組んでいます。
スキャナは建築物などの現況を正確に測定します。写真に対して画像の編集ソフトが多く存在するように、測定で得たノイズなどのある点群データを、思い描く頭の中のイメージと一致させることができ統合された空間データ
BIM モデルと点群の合成。同仮想空間に配置することで、干渉チェックを行える空間データが作成できる
図4

る技術、つまり点群そのものを編集できるソフトが今後、必要になってくると思います。今後の大きな技術的な取り組みと考えています。

体験して知る「動線」も、設計時に建築士の方々が非常に重要視されることだとお聞きしました。その動線を体験する方法の一つとしてVR（仮想現実）があります。最近では、スタンドアロン型の VR ゴーグルも多く販売されており、ゴーグルを身につけた人の動きと連動して建築物内を仮想体験することができます。BIM 化したデータは VR 化することができます。VR 化することでドローン飛行のようにあらゆる角度から、時
図5

透視点群表現（舞鶴旧鎮守府倉庫施設舞鶴海軍需品庫の現状）には上空から臨場感いっぱいに建築物を確認することができます。
それだけではなく、自分自身の視点（一人称視点）で建物の中を動くことが体験できるため、人とのすれ違いや手の届く範囲を確認することなど、実際に建てる前に確認することができます。点群測定と合わせることで、観光資源として未公開の遺産建築物の中の仮想体験などにも利用ができるでしょう。

VR ゴーグルの性能の向上、点群データの軽量化技術の進歩により、測定で得たデータを活用した VR の技術は、実用レベルまで進んでいます。ただやはり、快適に使えるのか、建築士の方々が自由に編干渉のデジタルデータでの確認（図提供…立命館大学 田中覚教授）。京都 ･ 祇園祭の山鉾の巡航において、電線と鉾の干渉を事前に検証

図6集して使えるのかとなると、まだまだその水準にはありません。
利用が広がることは技術の進歩にとても大切です。多くの企業がVR に取り組んでいます。建築士の方々も一つの表現方法、提示方法として利用してみてください。

ることはできません。いつの日か 触診との融合を行い、触診結果を合わせて表現できるようにすることも、次の技術課題だと考えます。

モノからコトへイメージを知ってもらう

第 3 回の点群の利用方法の中で、建設途中に測定を実施することで施工確認ができることを示しました。建設途中での測定を実施する

こんなにもカメラが普及しているにも関わらず、「写真家」「プロのカと、工法や建設手順までもが記録に留めることができます。

メラマン」はいなくなりません。そこには、ただ撮影して現物を残す

現在、寺社仏閣など古い木造建築の建築工法は継承者が減ってだけではなく、撮影の高い技術のほかに、感性というものがあり、感いるそうです。伝統的工法の記録を残すことにも役立てる技術ではじていることを表現する力があるからだと思います。

ないかと考えています。VR と組み合わせることで、その時の職人さ34 Ke n c h i k u s h i2020.2

んの動きや目線なども残していけるのではないかと考えます。測定し選択できる状況は整いつつあります。
「BIM は難しい、新しく覚えなて「モノ」をデータとして残すだけでなく、その時の作業や動き「コト」いといけないことが多い」などと捉えるのではなく、「BIM を利用するまでも保存し、伝えて行くことができます。とこんな新しい表現が可能になる、喜んでもらえる建築ができる」とここまで、現在の取り組みの話をさせていただきましたが、まだま考え、BIM 利用を広めるお手伝いができればと、日々技術を高めてだ開発途中の技術も多くあります。ゴールがないものもあるのかもしおります。建築士の方々と一緒に BIM の可能性と利用価値を高めてれません。今後も、BIM や点群の可能性を信じて、多くの建築士のいけることを願っています。

方々のお話を聞かせていただいたり、開発した技術を使っていただいき、そのフィードバックをいただきながら、よりよい技術へと発展させて行きたいと思います。
註 1 2019 年時点でスキャンした中には現存しない（測定は 2018 年４月に実施）

まとめ
私たちは、「見る・見 せる」ことを大切にし、「コト」までも残したいと考え、これらをテーマに掲げて3 次元測定技術と3 次元表現技術を日々磨いています。精度よく測定することだけが課題ではない時代において、多くの 3 次元測定エンジニアリング会社はそれぞれの「テーマ」を持って取り組まれています。

建築士の方々が、ご自身で何を表現したく、何に利用したいかを参考文献
S.Tanaka, K.Hasegawa, N.Okamoto, R.Umegaki, S.Wang, M.Uemura,
A.Okamoto, and K.Koyamada, "See-Through Imaging of Laser-scanned
3D Cultural Heritage Objects based on Stochastic Rendering of LargeScale Point Clouds", ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf.
Sci., III-5, 73-80, doi:10.5194/isprs-annals-III-5-73-2016, July,
2016.
謝辞
本稿は科学研究費 16H02386 の研究の一環として舞鶴市の協力を得て実施した調査研究成果の一環である。また、京都女子大学北尾研究室の協力を得て、計測した結果を示す画像データを作成できた。関係者各位に謝意を表する

あだち・もとあき図7（駅務システム開発）（株）アル京都システムズ（株）、ソフト（携帯電話システム開発・カーナビゲーションシス
テム開発）、システムセグロ（カーナビゲーションシステ
ム開発）を経て、個人事業主として、機械設計・3D測定技術者・機械制御ソフト開発。2014 年 9月〜（株）シュルード設計代表取締役として、現在に至る。
機械設計・3D 測定技術者・機械制御ソフト開発。
京都府建築士会賛助会員

舞鶴旧鎮守府倉庫施設舞鶴海軍需品庫の再現 VR 画像

自習型認定研修 の 設問
設問 1

設問 2

スキャナに関して正しいものはどれか。

VR（仮想現実）に関して正しいものはどれか。

a. 全方位の測定を行うレーザースキャナにはデメリットはない。
b. レーザースキャナはノイズを拾ったり、設置点から遠い箇所は点と点の間が透けることがある。
c. ノイズが少ない点群の描画は高性能スキャナの開発により実現された。

a. BIM 化したデータをVR 化することは難しい。
b. VRゴーグルを身につければ、建築物内を仮想体験できる。
c. 測定データを活用したVR技術は、実用レベルにはほど遠い。

認定教材の設問への回答は、CPD 情報システムのページ

https://jaeic-cpd.jp/にアクセスのうえ、お願い致します。
※不正解の場合は、単位に登録できない場合があります。
※自習型教材の選択欄における会誌『建築士』
選択項目は、平成 28 年 1 月より建築士会会員のみの表示項目になります。

2020.2 Ke n c h i k u s h i35