地形データの立体視化の実践
Practice of Stereoscopic Visualization of Terrain Data
青木 成一郎，作花 一志（京都情報大学院大学）
Seiichiro Aoki, Kazushi Sakka（The Kyoto College of Graduate Studies for Informatics）

Abstract
The advantage of stereoscopic visualization of numerical data is easy to grasp, including depth
information, from visibility improvement, and it is very useful for data analysis. In this paper, we
describe the creation and method of stereoscopic video of terrain data conducted by students under
the guidance of the authors.

■ 1．はじめにンテンツは公開 [2] され，誰でも自由に無償利用することが可能である。これらのコンテンツを用いて数値データの 3 Ｄ可視化は，分野を問わず，こ立体視投影しながら大学教員が行う小中学校での出れまで数多く行われてきたが，制作及び再生に必要前授業や，科学館・博物館や天文台における展示等な機材が高価であったことや使いやすい制作ツールが活用事例となる。筆頭著者の青木も京都大学におがあまり無かったことから，立体視化まで行った実いて，太陽のＸ線映像や磁場映像（図 1）などの立例は少ない。しかし，立体視化による可視性向上の体視 3 Ｄ動画群「Kyoto4D」を制作指揮 [3] し，こ恩恵は大きく，左右及び上下方向だけでなく，奥行れらの動画コンテンツと Mitaka とを組み合わせ，き方向の情報も視点変更することなく同時に把握で生涯学習施設，予備校，小学校などでの講演を行っき，立体的な構造をとらえることができる。図 1 は，たり，博物館や天文台での展示 [4] において上映及筆者らが松本琢磨氏（名古屋大学）と共に作成したび運用したりしてきた（のべ見学者数 3 万 5 千名

太陽表面の磁場構造を立体視化した動画のスナップ弱）。筆頭著者が立体視コンテンツを教育ツールとショットである。太陽表面の磁場データ（SOHO/して活用する [5] 理由は，映像に興味を持たせやすMDI）を元に force-free 近似（プラズマから磁場へいと同時に，直感的に現象を把握しやすいためであのフィードバックを無視する近似）を用いて磁力線る。また，視聴者との対話的要素を含めた運用も容（図 1 のチューブ状構造）を計算し，立体視化して易であり，科学コミュニケーションツールとして活いる。立体視化することで，重なっている磁力線の用しやすい利点もある。なお，近年では，京都大学立体的な構造を，視点変更することなく把握するこにおける「地（知）の拠点整備事業」（2015 年度）とができる。

及び学内授業（天文台で学ぶ地域科学コミュニケー

立体視化は，研究面 [1] のみならず，教育面におション，2015 年，2016 年）において，筆頭著者はいても効果が大きく，立体視化したコンテンツは優これらのコンテンツを科学コミュニケーションスキれた教育ツールとなる。著者ら（青木と作花）が専ルを修得するツールとしても活用し，解説者育成を門とする天文学の分野におけるコンテンツの実例にしている（のべ育成数 104 名）。

は，国立天文台の 4 次元デジタルプロジェクトが前述した天文映像コンテンツの立体視化に関して制作及び整備する（立体視）天体シミュレーター

は稿を改めて紹介することとし，本論文では，これMitaka（ミタカ）及びシミュレーションデータ等

らの経験と実績を踏まえて 2016 年度の京都情報大を用いた立体視 3 Ｄ動画などがある。これらのコ

学院大学の修了プロジェクト開発・研究において著

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3者らの指導の下に大学院生が行った立体視化についする東西及び南北方向へ 22.5km 四方のデータは，て述べる。

複数のエリアにまたがるため，前述によって変換した 複 数 の GeoTiff デ ー タ を 結 合 し， 結 合 し た
GeoTiff データを読み込み，R 言語で処理した。なお，
R 言語による処理ソフトウェアとして，無償で利用可能な，Rstudio[8] 及び EZR[9] を用いた。なお，用いたデータサイズは，一辺が 2,250 メッシュの約500 万（5,062,500）のセルデータである。このサイズのデータ処理でも，標準的なスペックのノートブック型 PC（ただし，RAM の容量は 16GB 程度必要）を用いて，contour 図生成に 1 分程度，鳥瞰図生成に 20 秒程度と，計算コストがそれほど膨大にならないことも，Rstudio や EZR の特徴である。
GeoTiff データを R 言語で処理するライブラリ

図1

筆頭著者（青木）が制作指揮した
天文映像コンテンツ「太陽と磁場構造」
球の表面の模様は，太陽表面での磁場の N 極及び S 極を表し，チューブ状の構造は磁力線を表す。と し て，rgdal 及 び rgl（ 無 償 公 開 ） を 用 い て，
contour 図 や 鳥 瞰 図 を 作 成 し た。 な お，rgdal は
GIS データ読み込みに必要な関数をパッケージ化したライブラリであり，GeoTiff 形式のデータなどの ラ ス タ ー デ ー タ の 他 に，GPX（GPs eXchange■ 2．3D 映像立体視化

Format）形式（GPS ロガーで使われる GPS 測位デー
タの形式の 1 つ）などのベクターデータなどを読

本節では，京都情報大学院大学の大学院生が著者み込むこともできる。今回は，ラスターデータを読ら（青木と作花）の指導の下，修了プロジェクト開

み 込 む 関 数 で あ る readGDAL を 用 い て GeoTiff

発・研究（修士レポート「R による地形データの可データを読み込んでいる。本稿では，前述の富士山視化」（佐々木拓夢氏（2017 年 3 月修了））におい

近傍 22.5km 四方の標高データを用いて作成したて行った立体視化について紹介する。

contour 図 及 び 鳥 瞰 図 を 紹 介 す る が， そ れ ぞ れ，spplot 及び persp3d という関数を用いることで生

2-1

3D 可視化

前 述 の プ ロ ジ ェ ク ト で は，GIS（Geographic標高モデルデータの標高情報を元に spplot を用

Information System；地理情報システム）データ

いて contour 図を作成したものが図 1 である。海として，国土地理院の基盤地図情報数値標高モデル

抜 0m から 4,000m までを 16 等分割し，250m のを用いた。用いたデータは水平方向に 10m 間隔の高さごとに色分けしている。色づけに用いたカラー

メッシュ，高度方向に 5m の精度を持つ，地形図のパレットは Rstudio や EZR に標準的に実装されて等高線データ [6] である。今回は，国土地理院のウェいる terrain.colors である。なお，鳥瞰図（後述）

ブ サ イ ト か ら 取 得 し た XML 形 式 の デ ー タ を，において，自然の地形をイメージしやすい色づけのGeoTiff（Georeferenced Tagged Image File

ため，このカラーパレットを用いた。

Format）形式のデータへ変換したものを用いた。

今回，鳥瞰図から立体視映像化したため，ここでなお，GeoTiff 形式は画像フォーマットである Tiff

鳥瞰図の作成について述べる。鳥瞰図の生成には，形式を拡張したもので，埋め込まれたジオリファレ

rgl ライブラリを用いたが，このライブラリを用いンス情報を元に，標高などの計算をすることができると，3 次元図の作成及び作成した 3 次元図の視点

標高 DEM デーを移動したり，ズームインやズームアウトなどのイタ変換ツール」（株式会社エコリスが無償公開するンタラクティブな操作を行ったりすることができ変換ツール）[7] を用いた。ところで，国土地理院

る。今回は，
rgl ライブラリで定義される関数のうち，提供のデータは，日本全国のエリアごとに分割されpersp3d を用いて鳥瞰図を作成した。図 2 が富士山ており，今回立体視化の対象とした富士山を中心と近傍の鳥瞰図である。大沢崩（富士山正面の谷部分）

る。なお，変換には，「基盤地図情報4成できる。

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Rstudio（または EZR）への読み込みを正面に，富士スバルラインを大沢崩の左方のジグザク状模様（中央左下）として確認することができ（4）rgl ライブラリの関数 persp3d を用いた鳥瞰図る。道路の形状まで確認可能であるのは，東西南北作成（カラーパレット：terrain.colors）

方向に 10m ごと，高さ方向に 5m ごとの精密なデータを使用したからである。

このようにして作成した鳥瞰図を元に立体視化する方法は，次節で述べる。
2-2立体視化の方法

今回は，静止画よりも全体的な構造を把握しやすい，動画の立体視化を行った。具体的には，富士山を視点の中心に置いた鳥瞰図で，水平方向に 180度視点変更する動画を作成している。富士山からの距離は変更せずに視点変更しているため，富士山を半周分周回する鳥瞰図の動画となる。この方法による視点変更の場合，立体視化動画を簡易に制作できるため，今回，この方法を用いた。また，動画のフォーマットとして Microsoft Windows において再生環
境 の 制 限 を 受 け に く い，Windows Media Video（wmv）を用いた。立体視動画の形式は，図 4 のように左眼用映像と右眼用映像を横並びに並べた，サ
図 2 富士山の contour 図
250m ごとの高さごとに色分けしている。

イドバイサイド形式とした。なお，サイドバイサイド形式は，民生用 3 Ｄプロジェクタや 3 Ｄテレビ等で広く採用されているアクティブシャッター（時分割）方式の立体視システムにおいて標準的な形式であり，汎用生が高い。また，左眼用動画と右眼用動画を別の動画として用意し，立体視用動画としてサイドバイサイド形式で結合しているため，例えば左眼用映像のみを通常の 2D 投影用プロジェクタで投影したり PC のモニタで閲覧したりすることで，2D 投影・閲覧用コンテンツとしても利用することができる。従って，今回制作したコンテンツは，立体視システムが必須の限られた環境でのみ投影・閲覧可能なものではなく，汎用生が高いコンテンツである。

図 3 富士山の鳥瞰図
大沢崩（富士山正面の谷部分）を正面に，富士スバルラインを大沢崩の左方のジグザク状模様（中央左下）として確認することができる。

以上が，3 Ｄ可視化に関するものである。鳥瞰図
作成まで行った操作をまとめると以下となる。
（1）国土地理院の基盤地図情報数値標高モデルデータの変換（XML から GeoTiff へ）（2）GeoTiff データの結合（データが複数エリアにわたる場合）（3）gdal ライブラリの関数 readGDAL を用いた

図 4 サイドバイサイド形式の立体視動画
左眼用映像と右眼用映像の視差は 1 度としている。

今回の左眼用及び右眼用動画は，鳥瞰図の静止画

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5

のスナップショットから作成した。左右の眼の視差動画として別途作成する（図 5 一点鎖線枠部は 1 度としているため，この視差にあわせて，本分相当）。

来は左眼用と右眼用動画の元となるスナップショッ（3）動画編集ツールを用いて，左眼用動画と右眼トは独立して用意する必要があるが，特に今回は，用動画を左右横並びにして結合する（サイド富士山を中心に水平方向に回転する鳥瞰図の画像をバイサイド形式立体視動画）。この際，出力す用いるため，視差を水平方向の回転に読み替えるこる動画は，Full HD（1920 × 1080）の解像度とができる。つまり左眼用画像に対して，右眼用画と し， 動 画 フ ォ ー マ ッ ト は Windows Media

像は視線の方向を 1 度ずらした画像を用いることVideo（拡張子 wmv）とした。

で視差の効果を実現している。そのため，左眼用映像及び右眼用映像の元となる静止画を独立に用意す

上 記（1） か ら（3） の 作 業 に よ り， 解 像 度 がる必要はなく，1 度ずつの水平方向の回転とともにFull HD の wmv フォーマットで，サイドバイサイ連続的に生成したスナップショットのうち，左眼用ド形式立体視動画を制作した。図 4 が実際に制作映像作成に用いるスナップショットのセットと右眼したサイドバイサイド形式の動画のスナップショッ用映像作成に用いるセットの開始と終了の位置（鳥トである。図 4 の左側の画像は左眼用動画，右側瞰図の画像ファイル番号）を図 5 のように 1 つずの画像は右眼用動画である。図 4 において左右にらす方法をとっている。図 5 の，点線枠は左眼用並んだ画像に違いを感じることができないのは，左動画生成に用いた画像ファイルのセットの例，一点右の動画の視差が 1 度と非常に小さいためである。

鎖線枠は右眼用動画生成に用いた画像ファイルのこの手法により，立体視化映像を，佐々木拓夢氏セットの例である。

が京都情報大学院大学修了プロジェクト開発・研究（修士レポート「R による地形データの可視化」）の一環として制作し，最終試験において立体視投影を行った。

図 5 左眼用動画と右眼用動画に用いた静止画セットの違い
点線枠は左眼用動画生成に用いた画像ファイルのセット例，一点鎖線枠は右眼用動画生成に用いた画像ファイルのセット 例 で あ る。 例 え ば 左 眼 用 映 像 に は huji000.png か らhuji011.png，右眼用映像には huji001.png から huji012.pngを用い，使用する連番ファイルのセットを 1 つずつずらしている。

■ 3．今後の課題
立体視動画は，オブジェクトが重なっている場合，前後の位置関係を視点変更せずとも把握できることが大きな利点である。今回は，第 1 段階として，地形データを元に富士山近傍の標高データを立体視この手法に基づき，次の方法でサイドバイサイド形式の鳥瞰図の立体視動画を制作した。

かったが，メッシュごとに雨量データをヒストグラ（1）富士山を視点の中心に置き，Rstudio において，ム化したり，気温データをグラフ化したりしたデー

関数 rotate3d を用いて鳥瞰図を水平方向に右タを標高データの上に載せるなど，他の観測情報を回りに 180 度の角度を回転するよう指定し，付加することでオブジェクトが重なることが考えら

関数 movie3d を用いて鳥瞰図を角度 1 度回転れる。そのような場合，立体視によって視点変更せさせるごとにスナップショットを 1 枚，連番ずに全体的な状況を一瞥で把握でき，その後の分析のファイル名で保存した。これにより，富士に有用となることが期待される。また，動画は時系山を中心に据え，水平方向に右回りに 1 度ず列情報を持つため，それら観測データから作成したつ視線方向が異なる，回転角度 180 度分のス動画によって時間変化を把握し，分析に用いることナップショット（保存順の連番ファイル名でもできる。また，立体視映像のビデオコンテンツな181 枚）のセットが生成される。

どの e ラーニングコンテンツにおける効果的な活用（2）保存画像ファイル名の番号が 0 番から 179 番を連番の順番に結合して左眼用動画を作成する（図 5 点線枠部分相当）。また，画像番号が1 番から 180 番の順番に結合した動画を右眼用6化したため，立体視化の利点はあまり大きくはな

NAIS Journalも今後考えていきたい [10]。

■ 4．まとめ京都情報大学院大学の修了プロジェクトにおける学生指導により，地形データを用いた立体視動画を，R 言語を用いて制作した。制作したコンテンツは富士山を中心に半周周回する鳥瞰図の立体視動画である。元となるデータは，国土地理院の基盤地図情報
数 値 標 高 モ デ ル で あ り， 元 の XML 形 式 か ら
GeoTiff 形式へ変換の上で使用している。R 言語における処理には，Rstudio 及び EZR を使用し，ライブラリ rgdal と rgl を用いて GeoTiff データの読み込みと鳥瞰図生成を行っている。このデータから，富士山を中心に水平方向に 1 度ごとに回転させながら鳥瞰図のスナップショットを生成し，それを元に左眼用動画と右眼用動画を作成した。これらの動画をサイドバイサイド形式で結合し，立体視動画を[3]

京都大学花山天文台での天文教育普及活動＆ 4 次元デジ タ ル 宇 宙 シ ア タ ー . 2015，http://www.museum.
kyoto-u.ac.jp/modules/event/content0513.html[4] 京都大学総合博物館特別展「明月記と最新宇宙像」関連イベント 4 次元デジタル宇宙シアター . 2014，
http://www.museum.kyoto-u.ac.jp/modules/special/content0044.html[5] 京都大学 4 次元デジタル宇宙シアターによる天文普及
活 動 . 宇 宙 ユ ニ ッ ト シ ン ポ ジ ウ ム，2017，https://www.usss.kyoto-u.ac.jp/etc/symp10/short_presen/short_presen_10_61.pdf[6] https://fgd.gsi.go.jp/download/menu.php[7] http://www.ecoris.co.jp/contents/demtool.html[8] https://www.rstudio.com/[9] http://www.jichi.ac.jp/saitama-sct/SaitamaHP.files/
statmed.html[10] 青木成一郎，作花一志 . 数値データの 3D 立体視化の実践と e ラーニングにおける活用の可能性 . 情報教育
シンポジウム論文集，2017（25），168-171（2017-08-10）制作した。今後，雨量や気温データなどの観測データを標高データへ載せるなどすることで，立体視の利点が分析に生かされることが期待される。
謝辞
本論文執筆にあたり，資料及びデータを提供して頂いた佐々木拓夢氏に，謹んで感謝の意を表する。
また，本論文の元となる研究の一部は，JPSP 科研費 15K01099，16H3087 の助成を受けたものである。
【参考文献】[1] J. O ku mu r a, D. Mi n e y a m a , H. Wa t a n a b e, T.
Nakamura, K. Otsuji, T. Matsumoto, S.I. Aoki, E.
Asano and K. Shibata. “Three Dimensional
Visualization of the Solar Corona using Soft X-ray
Images taken with Yohkoh/SXT and Hinode/XRT”. in
The 1st ICSU World Data System Conference, 2011.
http://pacocat.com/sun/IGY50. pdf[2] 国立天文台 4 次元デジタル宇宙プロジェクトウェブサ
イト http://4d2u.nao.ac.jp/t/index.html

◆著者紹介

青木成一郎

Seiichiro Aoki

京都情報大学院大学准教授。
東京大学大学院理学系研究科博士課程修了（博士（理学））
専門は天体物理学，可視化。
京都大学非常勤講師，関西大学非常勤講師
平成 25 年度 文部科学大臣表彰 科学技術賞 受賞

作花一志

Kazushi Sakka

京都情報大学院大学教授
京都大学大学院理学研究科博士課程修了（理学博士）
専門分野は古天文学，統計学。
元京都大学理学部・総合人間学部講師，
元京都コンピュータ学院鴨川校校長，
元天文教育普及研究会編集委員長

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