画像電子学会第6回デジタルミュージアム・人文学(DMH)研究会

硫黄島の戦跡に関するデジタルアーカイブの試み
佐藤 大輔*†

岩切 宗利*‡

藤原 匠*‡

小川 健一*§

竹内 健一*§*防衛大学校 〒239-0811 神奈川県横須賀市走水 1-10-20†理工学研究科情報数理専攻 ‡情報工学科 §統率戦史室
E-mail: †em61015@nda.ac.jp,‡{iwak, ftakumi}@nda.ac.jp §{kenogawa, takeuchi}@nda.ac.jp

あらまし
硫黄島の戦跡は，環境の変化によって失われつつあり，その継承と利活用が課題となっている．
戦跡を含む文化財の収集，保存方法として，デジタルアーカイブが近年注目を集めている．そこで本報告では，デジタルアーカイブのためのデジタルデータを電子情報基盤とし，本報告では，電子情報の形式として静止画像，動画像，全天球映像，３次元モデルといったデータ形式ごとに，硫黄島の電子情報基盤としての特性，収集及び処理方法について示す．
キーワード
写真測量・画像処理・デジタルアーカイブ・LiDAR・３次元モデル

An Attempt at a Digital Archive on The Battle Sites of Ioto Island
Daisuke SATO†

Munetoshi IWAKIRI‡ Takumi FUJIWARA‡
and Kenichi TAKEUCHI§

Kenichi OGAWA§†Mathematics and Computer Science, Graduate School of Science and Engineering,
National Defense Academy of Japan‡Department of Computer Science, National Defense Academy of Japan§Command and History, School of Defense Sciences, National Defense Academy
E-mail: †em61015@nda.ac.jp,‡{iwak, ftakumi}@nda.ac.jp §{kenogawa, takeuchi}@nda.ac.jp

Abstract
The battle sites on Ioto Island are being lost due to environmental changes, and their inheritance and utilization
is becoming an issue. Digital archives have attracted attention in recent years as a method for collecting and preserving cultural
heritage, including battle sites. This report presents the characteristics of Ioto Island as an electronic information base, its collection and processing methods for each media format, such as still images, moving images, omnidirectional images, and threedimensional models.
Keyword
Photogrammetry, Image enhancement, Digital archive, LiDAR, 3d model

1. は じ め に
2. 研 究 目 的

硫 黄 島 は 太 平 洋 戦 争 の 戦 場 と な っ た 場 所 で ，地 上 や地中に多くの貴重な戦跡が存在する．また，硫黄島は本研究ではデジタルアーカイブのための硫黄島の火 山 島 で あ り ， 2016～ 2022 年 の 7 年 間 で 隆 起 量 が 7ｍ

戦跡に関する電子情報基盤構築を目的とした． 本報告を 超 え ， 年 間 1ｍ 以 上 と い う 世 界 で 最 も 隆 起 速 度 が 速

で は ，硫 黄 島 の 電 子 情 報 基 盤 と し て の 活 用 方 法 を 示 す ．

い カ ル デ ラ 火 山 の 1 つ で あ る [1]．そ の た め ，立 ち 入 り

その中でも特に３次元モデルは，それ以外の２次元情が困難になる地域が年々増加しており，その戦跡の 継報 と 比 べ て ，歴 史 的 な 場 所 や 物 体 を 仮 想 的 に 再 現 で き ，承が課題となっている．

視覚的な理解を深めるために有力なデータ形式として

近 年 ，戦 跡 を 含 む 文 化 財 の 収 集 ，保 存 方 法 と し て デ

注目されていることから，そのデータの取得から情報ジタルアーカイブが注目を集めている．デジタルアー処理の方法までの詳細を示す．

カイブのためには様々な形式の電子情報を収集し，利活用できる形に整備する必要がある． 本報告では，こ3. 電 子 情 報 の 特 性 と 収 集の整備されたデジタルデータを電子情報基盤と呼ぶ．

3.1.静 止 画 像

硫黄島の戦跡を題材として，電子情報基盤の構築を容

近年，多くのカメラに取り付けられた機能により，易にできれば，デジタルアーカイブに関する工学的技

撮影した位置情報と静止画像とを関連付けて記録する術の発展とともに，様々な史跡資料の充実が期待できことが容易になっている．この位置情報はジオタグとる．

呼 ば れ [2]，ジ オ タ グ を 活 用 す る こ と に よ り ，静 止 画 像

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図３ 地下壕の全天球映像

図１ ジオタグの活用例

図２ 解説付き動画像の収集が効率化されることが期待できる． 図１は，オ

図４ 米軍戦車の３次元モデル

ー プ ン ソ ー ス 地 理 情 報 処 理 ソ フ ト QGIS (Versionドラッグなどの操作で自在に視点を変え，直感的に周3.28.13)[3]の 拡 張 機 能 で あ る Import Photos を 使 っ て ，囲の状況を観察することが可能であり，その結果としQGIS 上 の XYZ Tiles と し て 表 示 で き る OpenStreetMapて 没 入 感 を 得 る こ と が で き る ．図 ３ は ，RICHO THETAという地図上に，硫黄島で撮影したジオタグ付き写真で撮影した地下壕内の全天球映像である． 再生，停止を撮影箇所とともに表示させたものである．図１に表と同時に自由な方向を確認しながら映像を確認できる．

示されている写真は，主要道路から植生の強い森林を3.4.３ 次 元 モ デ ル

越えた場所にある地下壕の入り口である．従来は，そ３次元モデルは，情報利用者が対象物を自由な方向の撮影位置を地図や歩測等により評定していたが，カから確認することができるデータ形式である．３次元

メラのジオタグ付与機能を活用することにより，そのモ デ ル 生 成 の 代 表 的 な 手 法 と し て ， LiDAR-SLAM位置の記録に成功した例の一つである．

（ Light Detection And Ranging - Simultaneous Localiza-

3.2.動 画 像

tion and Mapping）と い う 光 測 距 器 と 自 己 位 置 推 定 技 術

動画像は，時間の経過を捉えることができるため，を 用 い た 手 法 [4]と SfM-MVS（ Structure from Motion and

静止画像よりも豊富な情報を記録することができる．

Multi-View Stereo ） と い う 移 動 す る カ メ ラ で 撮 影 し た

また，動画像は時系列を含む映像だけでなく，音声を画 像 か ら 形 状 を 復 元 す る 技 術 [5]が あ る ． 本 研 究 で は ，組み合わせて伝えることができる．専門家による解説

この２つの手法を用いて硫黄島戦跡の３次元モデルをと合わせて戦跡の状況を動画像として残すことで，電生 成 し た ． 図 ４ は ， 撮 影 し た 動 画 か ら SfM-MVS に よ子情報としての価値を向上できる．図２は， 専 門 家

る ３ 次 元 モ デ ル 生 成 ソ フ ト Pix4D Mapper(Ver-が GoPro HERO11 で 撮 影 し た 解 説 付 き 動 画 像 の 一 例 でsion4.8.4)[6]で 生 成 し た ３ 次 元 モ デ ル の 一 例 で あ る ．

あ る ．背 景 情 報 を 臨 場 感 と と も に 伝 え る こ と が で き る ．

3.4.1.LiDAR-SLAM に よ る 地 下 壕 の モ デ ル 化
本 研 究 で は ， LiDAR-SLAM 装 置 の 一 つ で あ る

3.3.全 天 球 映 像
全天球映像は，情報利用者が撮影された位置から

STENCIL2 を 用 い た ． STENCIL2 は ， LiDAR か ら 得 ら

360 度 自 由 な 方 向 の 映 像 を 確 認 す る こ と が で き る 形 式

れた点群の反射強度や形状，取り付けられた光学カメ

で あ る ．情 報 利 用 者 は ，映 像 内 を ク リ ッ ク ，ス ワ イ プ ，ラ か ら 得 ら れ る 特 徴 点 の 動 き ， 搭 載 さ れ た IMU

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80m

図７ 地下壕の３次元モデル
図 ５ STENCIL2 の SLAM 処 理 の 流 れ

図６ 壕内の測量方法

図８ 画質評価結果（ Inertial Measurement Unit， 慣 性 計 測 装 置 ） に よ っ てで色付けを行っている．赤や黄で表示されているのが検出する３次元の慣性運動といった，大きく３つの要地上部分であり，緑や青で表示されているのが壕内の素から自己位置推定とモデル生成を同時に実現する．

部分である．この地下壕はやや山のようになった地形

図 ５ は ， STENCIL2 の SLAM 処 理 の 流 れ で あ る ．

に対して掘られているため，高さが地表と同じ位置ま

STENCIL2 の 使 い 方 は ， 本 体 を 起 動 し ， 携 行 し て 移 動で来ている部分があるのが確認できる．この結果から

す る こ と で ，LiDAR か ら 得 ら れ る 点 群 を リ ア ル タ イ ム

STENCIL2 の LiDAR-SLAM は ，LiDAR か ら 得 ら れ る 反で位置合わせすることによって３次元モデルを生成す

射強度の情報と光学カメラから得られる情報が，最終る．しかし，硫黄島の地下壕では，この通常の使用方的な自己位置推定と３次元モデル生成に大きく影響を法では３次元点群を計測することができなかった．

及ぼすことがわかった．

3.4.2 モ デ ル の 整 合

従来の方法で地下壕の３次元モデル生成が失敗した の は ，STENCIL2 の LiDAR-SLAM の 仕 組 み か ら ，反動画像を用いた３次元モデル生成は，特別に設定射強度の特徴を得るのが困難であったこと，壕内は暗（スケール調整）しない限り実際の寸法は反映されな黒のためカメラからの情報が得られなかったことが原

い ． 一 方 ， LiDAR を 用 い て 生 成 し た ３ 次 元 モ デ ル は ，因と考えた．そこで，測量時の安全管理のために，硫センサからの距離と反射強度の情報を持った点群で構

黄島に携行していた反射材付き折りたたみパイロンを成されているため，点群は色情報を持っていない．電特 徴 的 な 反 射 強 度 の ラ ン ド マ ー ク の 設 置 に ，小 型 LED

子情報基盤として十分な３次元モデルにするため，動懐 中 電 灯 を STENCIL2 に 搭 載 さ れ た カ メ ラ 視 界 の 確 保

画像からの３次元モデルを実寸に合わせたい．複数物に使用することにした．

体の３次元モデル生成分野で２値化画像の画質評価を

壕内の屈曲部にパイロンを設置し，そのうち２つの用 い て き た [7]こ と か ら ，X，Y，Z の ３ 方 向 か ら 撮 影 しパ イ ロ ン を STENCIL2 で 観 測 で き る 位 置 か ら ，パ イ ロ

た画像を２値化し，画質評価することで詳細な整合がンの方向に対してそれぞれ約１０度ずつゆっくりと動できると考えられる.

かして点群を取得した．図６は，この計測方法を表し２値化画像の画質評価による詳細な整合の実行性たものである．計測位置を点群の整合の基準とするたを確認するため，シミュレーションモデル上で実験をめ，その都度，地図上に計測位置と計測順序を記録し行った．モデルを回転，拡大縮小させたものをそれぞた．計測後，それぞれの位置で取得した点群を地図，れ XYZ 方 向 か ら 撮 影 し ， RMSE（ Root Mean Squared

特徴的な反射強度のパイロン，壕の形状を基準に，手Error）で 画 質 評 価 し た ．図 ８ は ，そ れ ぞ れ の 画 質 評 価

動で位置合わせを行い，壕全体の３次元モデルを生成結果である．モデル角度が０度，大きさが１倍に近づした．

くにつれて画質評価誤差が低下していることがわかる．
この結果から，２値化画像の画質評価を用いた３次元

図７は，生成した地下壕の一例を地表面に対して水モデルの整合は有用性があることが確認できた．

平 な X， Y 軸 方 向 か ら 撮 影 し た も の で あ る ． 図 ７ の 点
群は高さを基準に，最も高い点を赤，最も低い点を青25

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4. 電 子 情 報 の 整 理

表１

形式特性のまとめ

電子情報の利用者が，その目的に応じたデータを容易に見つけられることは，電子情報基盤として重要な点である．そのためには，収集した電子情報の整理が必要である．本章では史跡の利活用の方法から必要な整理を考察する．
史跡の持つ重要な活用として，見学し体験できるとまえ，電子情報を理解し，様々な形式で収集し，歴史い う 点 が あ る ．体 験 は 観 光 や 教 育 の 分 野 で 重 要 と さ れ ，背景に応じた分類を行って資料を整理するとともに，人は体験することにより印象，気づきといったものを問題認識を持って構築を継続しなければならない．

得て，対象とそれを取り巻く情報への理解をより深め

今後，電子情報基盤の収集，保存及び整理を継続

る こ と が で き る [8]．北 本 ら [9]は ，体 験 を 共 有 す る た め

し，他のデジタルアーカイブとの連携し，持続的に利に必要な情報には分類軸が必要であるとして，時間軸活用容易な硫黄島のデジタルアーカイブの公開に繋がと 視 点 軸 を 挙 げ て い る ．ま た ，富 澤 ら [10]や 広 瀬 ら [11]ることが期待できる．

は，資料の利活用のためには資料を取り巻く人間の思いや問題認識を含めるべきであると述べている．これ

文らを硫黄島の戦跡に適用すると，時間軸として硫黄島の戦いの前，戦闘中，戦闘後の３つに，視点軸としては，島民，旧日本軍，米軍の３つの視点がそれぞれ考えられる．
活用例として，本研究データは，来年度から防衛大学校及び防衛医科大学における戦史教育で活用される予定である．硫黄島の戦史教育担当者からの聞き取りを実施したところ回答が得られた．
「硫黄島教育における，現地実習の時間は移動時間等を除くと，実質８時間程度しか確保できず，事前学習が重要である．文献や動画等のやや受動よりの学習だけではなく，学生が自らの手で全天球映像や３次元モデルの視点を操作して学習することで，『現地でこれを 見 た い 』と い う 主 体 的 な 実 習 目 的 に 繋 が る と 考 え る ．」
この戦史教育における活用例から，戦跡の電子情報は，従来の文献や動画等の教育者主体としての教育資料に加え，全天球映像や３次元モデルといった被教育者が，主体的かつ視覚的に学習できる教育資料としても期待されていることがわかった．
本研究活動を通じて，電子情報の整理は時間や視点についての分類が必要であると考えられる． さらに，デジタルアーカイブに資する電子情報基盤は，最終的な活用への意識を絶やさず，継続的な関係者相互の協同により成し得るものであることがわかった．

5. お わ り に
本報告では，硫黄島の戦跡に関するデジタルアーカイブのための電子情報基盤構築を課題として，データ形式ごとにその特性等を考慮した電子情報の整備手法について示した．表１は，電子情報の形式ごとの特性をまとめた表である．電子情報基盤構築に携わる者の心構えとして，電子情報基盤は，デジタルアーカイブの骨幹をなすものであるからその理想的な目標を踏26

献[1] 東 京 大 学 地 震 研 究 所 地 震 火 山 情 報：2023 年 10月 30 日 硫 黄 島 沖 噴 火 と 新 島 形 成 に つ い て ，https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/eq/20249/ (2023). ( 参照 2023-11-6).
[2] 八 重 樫 恵 太 ，丸 山 拓 馬 ，柳 井 啓 司 ，ジ オ タ グ
画像認識における位置情報の利用法の検討と分
析 ， 画 像 の 認 識 ・ 理 解 シ ン ポ ジ ウ ム (MIRU2010)
論 文 集 , OS6-2， pp. 1340–1347(2010).
[3] QGIS, https://qgis.org/ja/site/index.html , (参 照2023-11-6).
[4] 田 崎 勇 一 ，LiDAR を 用 い た SLAM 技 術 の 現
状 と 展 望 ，シ ス テ ム /制 御 /情 報 ， Vol. 64, No. 2, pp.
51–56 (2020).
[5] 織 田 和 夫 ， 解 説 : Structure from Motion (SfM)
第 一 回 SfM の 概 要 と バ ン ド ル 調 整 ， 写 真 測 量 とリ モ ー ト セ ン シ ン グ ， Vol. 55, No. 3, pp. 206–209(2016).
[6] Pix4D, PIX4Dmapper, https://support.pix4d.co m/. (参 照 2023-12-13)[7] 佐 藤 大 輔 ，岩 切 宗 利 ，藤 原 匠 ，マ ス ク 画 像 を用いた多重クラス複合 3 次元モデルのスケール調整，画像関連学会連合会第 9 回合同秋季大会
要 旨 集 ， p. 15 (2023).
[8] 浅 井 徹 ，平 田 光 男 ，制 御 教 育 を 考 え る ― 体 験の 必 要 性 と 教 材 開 発 ， 計 測 と 制 御 ， Vol. 54, No. 3,pp. 147–151 (2015).
[9] 北 本 朝 展 ，デ ジ タ ル 台 風 :リ ア ル 空 間 で の 体 験を共有する参加型情報基盤，電子情報通信学会
イ ン タ ー ネ ッ ト ア ー キ テ ク チ ャ 研 究 会 ， Vol. 109,
No. 351, pp. 63–68 (2009).
[10] 富 澤 浩 樹 ，阿 部 昭 博 ほ か ，資 料 の 利 活 用 を 前
提 と し た 震 災 関 連 デ ジ タ ル ア ー カ イ ブ の 検 討 ，研究 報 告 情 報 シ ス テ ム と 社 会 環 境 (IS)， Vol. 2014,
No. 3, pp. 1–8 (2014).
[11] 広 瀬 雄 二 ， 山 名 流 聖 ， 吉 野 凌 太 ， 櫻 井 風 雅 ，体験獲得型地域文化デジタルアーカイブシステ
ム の 構 築 ，東 北 公 益 文 科 大 学 総 合 研 究 論 集 : Forum21， No. 40, 東 北 公 益 文 科 大 学 ， pp. 51–65 (2021).