3Dスキャナには、カメラで撮影した画像から立体形状を復元する写真式と、レーザー光を対象物に照射して距離や形状を計測するレーザー式があります。どちらも現場や対象物を3次元データとして記録できる機器ですが、データの取得原理や処理工程、得意とする対象物、成果物の特徴には違いがあります。
3Dスキャナの導入を検討している建設会社や測量会社、建設コンサルタントにとって、両方式の違いを理解することは重要です。目的に合わない方式を選ぶと、必要な精度を確保できなかったり、撮影やスキャンのやり直しが発生したり、取得したデータを十分に活用できなかったりする可能性があります。
特に、現況測量や出来形管理、建物の改修調査、土量計算、設備点検などでは、単に3次元形状を取得できるかだけでなく、どのようなデータが得られるのか、後処理にどれほどの作業が必要なのか、既存の図面や座標情報とどのように組み合わせられるのかを確認する必要があります。
写真式とレーザー式は、どちらか一方がすべての用途で優れているわけではありません。対象物の特徴や現場環境、必要な精度、作業時間、成果物の用途によって適した方式は変わります。また、両方式を組み合わせることで、それぞれの長所を活かせるケースもあります。
本記事では、写真式3Dスキャナとレーザー式3Dスキャナの違いを7つの観点から解説します。取得データや処理工程、計測精度、現場での使い分け、導入時の確認事項まで紹介するため、自社の業務に適した3D計測方法を検討する際の参考にしてください。
写真式3Dスキャナとレーザー式3Dスキャナの基本的な仕組み
写真式3Dスキャナとレーザー式3Dスキャナは、どちらも対象物の立体形状をデジタルデータとして取得するための機器です。しかし、3次元情報を取得するまでの仕組みが異なります。
写真式は、複数の方向から撮影した画像を解析し、画像同士の共通点や撮影位置の関係から対象物の形状を復元する方式です。写真測量やフォトグラメトリと呼ばれる技術が代表的で、複数の写真に写った同じ特徴点を対応付けることで、対象物の位置関係を計算します。
一方、レーザー式は、レーザー光を対象物に照射し、反射光などから対象物までの距離を計測する方式です。距離と照射方向の情報を組み合わせることで、対象物表面の3次元座標を取得します。
写真式では画像が計測の基本データとなり、画像解析によって点群やメッシュを生成します。レーザー式では距離計測によって得られた点群が基本データとなり、必要に応じて色や画像情報を付加します。
両方式とも、最終的には点群やメッシュ、3次元モデルなどを作成できます。ただし、取得したデータの密度や色の情報、形状の再現性、後処理の方法は同じではありません。
なお、写真式3Dスキャナという呼び方には、複数画像を利用する写真測量方式のほか、投影パターンをカメラで読み取る方式などが含まれる場合があります。本記事では、建設・測量分野で比較対象になりやすい、複数の写真から3次元形状を復元する画像ベースの方式を中心に説明します。
違い1：3次元形状を取得する原理
最初の違いは、3次元形状をどのような情報から復元するかという点です。この違いは、計測条件や取得できるデータの性質にも影響します。
写真式では、異なる位置から撮影した複数の画像を使用します。画像の中に写っている模様や輪郭、角、表面の特徴などを解析し、同じ場所を撮影した画像同士を対応付けます。
例えば、建物の外壁を正面と斜め方向から撮影すると、窓枠や目地、外壁材の模様などが複数の画像に写ります。これらの位置関係を解析することで、カメラの撮影位置や向きを推定し、対象物の奥行きや立体形状を計算できます。
この処理では、撮影画像の重なりが重要です。複数の画像に共通する特徴が十分に存在しなければ、画像同士を正しく対応付けられず、形状の復元が不安定になることがあります。そのため、撮影位置や方向を変えながら、対象物の同じ部分が複数の画像に写るように撮影します。
写真式の大きな特徴は、一般的なカメラで取得した画像を3次元化に利用できることです。対象物を直接計測するためのレーザー照射機構を必要としないため、撮影方法や対象物に応じて柔軟に計測計画を立てられます。
一方、レーザー式では、レーザー光を対象物に照射して距離を直接計測します。機器から対象物までの距離と照射角度を組み合わせることで、対象物表面の位置を3次元座標として記録します。
レーザー式には、光の往復時間を利用する方式や、光の位相差を利用する方式などがあります。近距離の対象物を計測する方式では、三角測量の原理を利用するものもあります。機器の種類によって計測範囲や速度、精度、適した対象物は異なります。
レーザー式の特徴は、画像の模様を解析しなくても、レーザー光が到達して反射を取得できる場所であれば距離情報を得られることです。表面に目立った模様がない対象物でも、計測条件が適切であれば形状を取得できます。
例えば、コンクリート構造物の表面や設備の配管、トンネル内壁など、画像上で特徴を抽出しにくい対象物でも計測に利用できます。
ただし、レーザー式も万能ではありません。対象物の反射特性や表面の角度、距離、遮蔽物などによって、計測点の欠落やばらつきが発生する場合があります。
つまり、写真式は画像の対応関係から形状を復元する方式であり、レーザー式は光学的な距離計測から形状を取得する方式です。この原理の違いを理解すると、現場ごとの適性を判断しやすくなります。
違い2：取得できるデータの種類と特徴
2つ目の違いは、取得できるデータの種類と表現方法です。どちらの方式も点群や3次元モデルを作成できますが、元になる情報が異なるため、成果物の特徴にも違いが生まれます。
写真式では、撮影した画像が重要な入力データになります。画像には対象物の色や模様、表面の状態、周辺環境などの情報が含まれています。そのため、形状だけでなく、見た目の情報を残しやすいことが特徴です。
複数の画像から特徴点を抽出し、カメラの位置関係を推定することで、対象物の点群を生成します。さらに、高密度な画像解析を行うことで、表面の細かな形状を表現する点群を作成できます。
点群を三角形の集合で構成されたメッシュに変換すれば、対象物の表面を連続した立体形状として表現できます。撮影画像をメッシュに貼り付けるテクスチャ処理を行えば、外壁の色や舗装面の模様、設備表面の状態なども視覚的に再現できます。
例えば、建物の外観を3次元化した場合、壁面の形状だけでなく、外壁材の色や窓の配置、仕上げの状態などを確認しやすくなります。改修前の状態を記録したい場合には、こうした画像情報が役立ちます。
一方、レーザー式では、取得した距離と方向から計算された3次元座標が中心になります。これらを集めたものが点群です。各点には座標情報があり、機器や処理方法によっては反射強度などの属性情報も付加されます。
また、カメラを搭載した機器では、撮影画像から色情報を付与できる場合があります。ただし、レーザー計測で得られる形状情報と、カメラで取得した色の情報は別のデータです。色付き点群を作成できる場合でも、写真式と同じ方法でテクスチャが生成されるとは限りません。
レーザー式の点群は、対象物表面の位置関係を把握する用途に適しています。例えば、構造物の断面形状、壁面の凹凸、設備間の距離、地形の起伏などを数値的に確認する場合に活用できます。
さらに、点群から断面図や平面図を作成したり、設計モデルとの比較に利用したりすることも可能です。
ここで注意したいのは、写真式で取得したデータが必ずメッシュ中心になり、レーザー式で取得したデータが必ず点群中心になるわけではないということです。写真式でも点群を生成できますし、レーザー式でもメッシュ化できます。
重要なのは、成果物の形式だけで方式を判断しないことです。色や表面の状態を重視するのか、座標や寸法を重視するのか、後から断面やモデルを作成するのかによって、必要なデータの種類は変わります。
導入前には、点群の出力形式、色情報の有無、メッシュ生成の可否、座標情報の保持方法などを確認しておくと、取得後のデータ活用がスムーズになります。
違い3：計測精度と品質管理の考え方
3つ目の違いは、計測精度を確保する方法と品質管理の考え方です。写真式とレーザー式のどちらを選ぶ場合でも、機器の仕様だけで成果物の精度が決まるわけではありません。
写真式では、撮影画像の品質や撮影位置、画像同士の重なり、カメラの内部特性などが計測結果に影響します。
特に重要なのが、撮影時の画像解像度と重複率です。画像の解像度が不足すると、小さな凹凸や細部の形状を十分に復元できない場合があります。また、画像同士の重複が少ないと、共通する特徴点を抽出しにくくなり、カメラ位置の推定や点群生成が不安定になる可能性があります。
撮影距離も重要です。対象物から離れすぎると、画像上で対象物が小さくなり、細部の情報が不足しやすくなります。反対に、近距離だけで撮影すると、対象物全体の形状を把握しにくくなることがあります。
さらに、写真式では実寸との対応関係を確保する必要があります。画像から復元した形状は、基準となる寸法や座標情報が不足している場合、相対的な形状は得られても、実際の大きさや位置を正確に確定できないことがあります。
そのため、既知の寸法を持つスケールや標定点、既知点などを活用して、モデルの縮尺や座標を適切に設定します。測量成果として使用する場合には、独立した検証点を設け、モデルの位置や高さ、形状の誤差を確認することが重要です。
レーザー式では、機器の距離計測性能や角度計測性能、設置条件、対象物までの距離などが精度に関係します。
例えば、計測対象までの距離が長くなると、機器の仕様や計測条件によっては点の間隔が広がったり、細部の形状を捉えにくくなったりします。また、レーザー光が対象物に対して斜めに入射すると、表面の状態によっては反射光を十分に取得できず、計測点が欠落する場合があります。
機器の据え付けや設置位置の安定性も重要です。複数の位置から取得した点群を統合する場合には、各スキャンの位置合わせに誤差が生じる可能性があります。ターゲットや共通形状を使って位置合わせを行い、統合後の点群にずれがないかを確認する必要があります。
写真式とレーザー式のどちらでも、相対精度と絶対精度を区別することが大切です。
相対精度は、対象物内部の点同士の距離や形状がどの程度正確に再現されているかを示す考え方です。絶対精度は、取得した点の座標が実際の基準座標に対してどの程度一致しているかを評価するものです。
見た目にはきれいな3次元モデルでも、座標系や縮尺が正しく設定されていなければ、測量や設計との照合には適さない場合があります。
精度を確認するときは、機器のカタログ値だけで判断せず、実際の使用条件に合わせた検証を行います。既知点や検証点を用意し、水平位置と高さを分けて比較すると、誤差の傾向を把握しやすくなります。
また、現場の規模や要求精度に応じて、必要な計測密度や検証方法を決めることも重要です。出来形管理や公共測量など、適用する基準や要領が定められている業務では、使用する計測方式が要求事項を満たしているかを事前に確認してください。
違い4：対象物や現場環境への適性
4つ目の違いは、対象物の種類や現場環境に対する適性です。写真式とレーザー式は、表面の状態や周辺の環境によって取得結果が変わるため、計測対象に合わせた方式選定が必要です。
写真式は、対象物の表面に模様や特徴がある場合に適しています。例えば、建物の外壁、舗装面、岩盤、コンクリート構造物などは、表面の模様や輪郭を画像から抽出しやすい場合があります。
反対に、表面が均一で模様の少ない対象物では、画像同士の特徴点を対応付けにくくなることがあります。単色の壁面や滑らかな表面などは、撮影条件によって形状の復元が不安定になる可能性があります。
また、透明なガラスや鏡面のような反射面も注意が必要です。光の反射や透過によって画像上の見え方が変化するため、実際の表面位置を正確に復元できない場合があります。
撮影時の明るさも重要です。暗い場所では画像のノイズが増えたり、細部が不鮮明になったりします。反対に、強い日差しや極端な明暗差がある場所では、白飛びや影の影響によって画像解析が難しくなることがあります。
さらに、風で揺れる植生や移動する車両、人など、撮影中に位置が変化する対象物も注意が必要です。複数の画像で対象物の形状や位置が異なると、正しく対応付けられず、点群にノイズや欠損が生じる場合があります。
レーザー式は、画像上の模様が少ない対象物でも距離情報を取得できる点が特徴です。そのため、コンクリート壁面、トンネル内壁、配管、設備、構造物など、形状を数値的に取得したい対象物に適しています。
また、撮影画像の明るさに依存しないため、照明条件が十分でない場所でも計測できる場合があります。ただし、レーザー光の反射特性は対象物の材質や表面状態によって変わります。
例えば、黒色の表面や光沢の強い表面では、機器の仕様や照射角度によって反射光の取得が難しくなることがあります。透明なガラスや鏡面も、通常の計測条件では正しい表面位置を取得できない場合があります。
屋外では、強い日射や雨、霧、粉じんなどが計測に影響する可能性があります。使用する機器の動作環境や防じん・防水性能を確認し、現場条件に応じた運用が必要です。
両方式に共通する課題として、遮蔽物による死角があります。写真式はカメラから見えない部分を復元できず、レーザー式もレーザー光が届かない場所の形状を取得できません。
例えば、橋梁の桁裏や設備の背面、構造物の隙間などは、どちらの方式でも計測位置を変える必要があります。複数方向から撮影・スキャンを行い、取得データに欠測がないかを確認することが重要です。
このように、写真式は表面の模様や撮影環境、レーザー式は距離計測と反射条件が重要になります。対象物の材質や形状、周辺環境を事前に確認しておくことで、現場での計測失敗を減らせます。
違い5：現場での撮影・スキャン作業の進め方
5つ目の違いは、現場での取得作業の進め方です。写真式は撮影位置や撮影方向の計画が重要であり、レーザー式は機器の設置位置や計測範囲、複数スキャンの統合を意識する必要があります。
写真式では、最初に対象物の全体形状と撮影範囲を確認します。そのうえで、対象物の周囲を移動しながら、異なる方向から複数の写真を撮影します。
建物の外壁を撮影する場合は、正面だけでなく、斜め方向や側面からも撮影することで、奥行きや角部の形状を捉えやすくなります。屋内では、壁面だけでなく、天井や床、開口部なども撮影範囲に含める必要があります。
撮影時には、画像同士に十分な重なりを確保します。同じ部分が複数の画像に写るように撮影位置を調整することで、画像解析の安定性を高められます。
また、撮影距離やカメラの向きが極端に変化しないように注意します。撮影範囲が広い現場では、全体を複数の区画に分けて撮影計画を立てる方法も有効です。
現場の明るさに応じて露出を調整し、ピントが合っていることや、手ぶれが発生していないことも確認します。画像の一部が不鮮明だと、後処理で十分な形状を復元できない可能性があります。
一方、レーザー式では、最初に計測対象と機器の設置位置を確認します。機器の計測範囲や必要な点密度、遮蔽物の位置を考慮して、スキャンする位置を決めます。
広い構造物を計測する場合は、1か所からの計測だけでは全体を取得できないことがあります。そのため、複数の位置に機器を移動させながら計測し、各位置で取得した点群を統合する方法が一般的です。
複数のスキャンを統合するときは、共通して取得できる部分を確保することが重要です。共通部分が少ないと、点群同士の位置合わせが不安定になる可能性があります。必要に応じてターゲットを配置し、各スキャンの位置関係を確認します。
また、機器の設置状態にも注意が必要です。三脚などを使用する場合は、設置面が安定していることを確認し、計測中に機器が動かないようにします。
現場作業の負担は、対象物の規模や計測範囲、機器の性能、作業者の経験によって変わります。写真式は撮影機材を持って対象物の周囲を移動しながら撮影できるため、設置作業を比較的柔軟に進められる場合があります。ただし、必要な画像数が多い現場では、撮影範囲の管理や撮り直しが負担になることがあります。
レーザー式は、設置位置ごとに機器を据え付けて計測する作業が必要になる場合があります。その一方で、計測条件を設定すれば、一定の範囲を効率的に点群化できるため、複雑な形状を数値として取得したい現場に適しています。
どちらの方式でも、現場で取得結果を確認することが重要です。写真式なら画像の重複やピント、レーザー式なら計測範囲や欠測部分を確認します。現場を離れてから不足に気付くと、再訪や再計測が必要になるため、取得直後の確認を作業工程に組み込んでおきましょう。
違い6：データ処理の工程と作業負担
6つ目の違いは、取得したデータを3次元モデルや図面に仕上げるまでの処理工程です。写真式とレーザー式では、処理の出発点が異なるため、必要なソフトウェア機能や作業内容にも違いがあります。
写真式では、最初に撮影した画像を整理します。画像の重複や解像度、ピント、露出などを確認し、解析に適した画像を選びます。
次に、画像内の特徴点を抽出し、複数の画像間で対応する点を見つけます。この対応関係を利用して、カメラの位置や向きを推定します。一般的に、この処理はSfMと呼ばれる技術を利用します。
その後、画像の対応関係から対象物の奥行き情報を推定し、高密度な点群を生成します。この処理にはMVSなどの技術が利用されます。生成した点群から不要な点やノイズを除去し、必要に応じてメッシュを作成します。
さらに、テクスチャを作成する場合は、撮影画像をメッシュ表面に対応付けます。これによって、形状だけでなく、対象物の色や模様を再現した3次元モデルを作成できます。
ただし、写真式では画像解析に多くの計算処理が必要になる場合があります。撮影枚数が多い場合や高解像度の画像を使用する場合には、処理時間やメモリ容量が増加します。
また、画像の位置合わせがうまくいかない場合には、撮影画像の選び直しや追加撮影、撮影条件の見直しが必要になることがあります。写真式は現場での取得作業だけでなく、画像の品質管理や後処理の工程も含めて計画することが大切です。
一方、レーザー式では、取得した点群の整理と位置合わせが主な処理工程になります。
複数の位置から取得した点群がある場合は、共通部分やターゲットなどを利用して位置合わせを行います。各点群の座標系を統一し、対象物全体を一つのデータとして統合します。
次に、不要な点や外れ値を除去します。例えば、通行人や車両、計測対象以外の設備などが含まれている場合は、必要な範囲を抽出して整理します。
その後、必要に応じて点群の分類やメッシュ化、断面作成、寸法計測などを行います。建設分野では、取得した点群から現況断面や平面図を作成したり、設計データとの比較に利用したりすることがあります。
レーザー式は距離計測によって点群を取得するため、画像から形状を復元する処理が不要な場合があります。ただし、複数スキャンの統合やノイズ除去、座標変換、データの整理には一定の作業が必要です。
また、点群の容量が大きくなる場合もあります。広範囲を高密度で取得すると、保存容量だけでなく、読み込みや表示、解析に必要な計算資源も増加します。
写真式とレーザー式のどちらでも、最終的な成果物に応じた処理が必要です。点群を保存するだけなのか、メッシュを作成するのか、断面図やCADデータに変換するのかによって、作業負担は大きく変わります。
特に注意したいのは、データ取得の速さと成果物が完成するまでの速さは同じではないということです。現場で短時間に撮影やスキャンができても、後処理に多くの時間が必要になることがあります。
導入時には、計測機器の取得速度だけでなく、データ整理や位置合わせ、成果物作成まで含めた全体の作業時間を比較することが重要です。
違い7：成果物の活用方法と得意分野
7つ目の違いは、取得した3次元データをどのような業務に活用しやすいかという点です。写真式とレーザー式は、それぞれ得意とする成果物や利用目的が異なります。
写真式は、対象物の形状と外観を一緒に記録したい場合に適しています。撮影画像を利用するため、色や模様、表面の状態を視覚的に確認しやすいことが特徴です。
例えば、建物の改修前調査では、外壁の形状だけでなく、仕上げ材の色や窓の位置、設備の配置なども記録できます。取得した3次元モデルを使えば、現況の形状を立体的に把握し、改修計画や関係者との情報共有に役立てられます。
また、法面や斜面の状況記録、構造物の外観記録、施工前後の比較などにも活用できます。撮影画像を残しておけば、点群だけでは分かりにくい表面の状態を後から確認しやすくなります。
一方、写真式で取得した形状を測量成果として利用する場合は、縮尺や座標の設定、検証点による精度確認が必要です。見た目の再現性が高いことと、寸法や座標の精度が確保されていることは別の問題として扱う必要があります。
レーザー式は、対象物の形状や寸法を数値的に取得したい場合に適しています。特に、複雑な構造物や設備、トンネル、橋梁、プラントなど、細部の位置関係や断面形状を把握したい業務で利用できます。
例えば、橋梁の現況調査では、部材の位置関係や構造物の形状を点群として取得できます。トンネルでは、内空断面の確認や設計形状との比較に利用できます。設備が複雑に配置された施設では、配管や機器の位置関係を3次元的に把握するための資料として活用できます。
土木工事では、施工前後の地形を点群化し、地形変化や土量を確認する用途にも利用できます。ただし、土量計算に使用する場合は、比較する地形の取得条件や座標系、高さの基準を統一し、植生や不要物、欠測部分の影響を確認する必要があります。
両方式の成果物は、CADやBIM/CIMなどの設計・施工管理業務と組み合わせることも可能です。ただし、点群やメッシュをそのまま設計データとして使用できるとは限りません。必要な形状を抽出したり、モデルを作成したり、座標系を統一したりする工程が発生します。
また、写真式とレーザー式のどちらも、取得したデータを長期間保存するだけでは十分に活用できません。現場名や測定日、測定範囲、座標情報、計測条件などを整理しておくことで、後から比較や検証に利用しやすくなります。
このように、写真式は外観を含めた形状記録、レーザー式は距離計測に基づく形状把握に適した特徴があります。ただし、実際の適性は機器の性能や計測方法、対象物の条件によって異なるため、最終的に必要な成果物を基準に選定することが重要です。
写真式とレーザー式の選び方を用途別に解説
写真式とレーザー式の違いを理解したら、次は自社の業務にどちらが適しているかを判断します。選定では、機器の性能だけでなく、対象物の種類や必要な成果物、作業環境、精度要件を総合的に考えることが大切です。
建物の外観調査や改修前の現況記録では、写真式が有力な選択肢になります。外壁や屋根、開口部、周辺設備などを撮影し、形状と外観を一緒に記録できるためです。
例えば、既存図面が残っていない建物を改修する場合、撮影画像から3次元モデルを作成すれば、現況の形状を立体的に把握しやすくなります。関係者に現況を説明するときにも、色や模様を含むモデルが役立ちます。
ただし、壁面の寸法や位置を設計に利用する場合は、実測値や基準点との照合が必要です。画像から復元したモデルだけで寸法を確定せず、重要な部分は別途確認することが望ましいです。
橋梁やトンネルなどの構造物計測では、レーザー式が適している場合があります。部材の位置関係や断面形状、内空寸法などを数値的に把握したい場合、距離計測に基づく点群が有効だからです。
特に、構造物の複雑な形状を取得したい場合や、複数の位置から計測して全体を統合する必要がある場合は、レーザー式の機器性能やスキャン計画が重要になります。
法面や造成地などの地形計測では、対象範囲や必要精度によって選択が変わります。写真式は広い範囲を画像として記録しながら地形モデルを作成する用途に適しています。一方、レーザー式は地表面の形状を点群として取得し、断面や土量の算出に利用する方法があります。
ただし、植生が多い場所では、写真式でもレーザー式でも地表面を正しく取得できないことがあります。草木によって地面が隠れている場合は、取得した点群の分類や補測が必要です。地形の計測方法を選ぶ際は、植生の状態や地表面の露出状況も確認してください。
プラントや設備の現況調査では、レーザー式が有効な場合があります。配管や機器が複雑に配置された場所では、距離計測によって各部材の位置関係を取得し、改修計画や設備更新の検討に利用できます。
一方、設備の外観や表面状態を記録する必要がある場合は、写真式を組み合わせることで情報を補完できます。
小規模な対象物や表面の模様を重視する記録では、写真式が扱いやすい場合があります。対象物を複数方向から撮影し、形状と外観をまとめて残せるためです。ただし、小さな寸法差を正確に確認したい場合は、対象物の大きさや必要精度に対応した計測機器を選ぶ必要があります。
選定の際に最も重要なのは、取得した3次元データを何に使うかを明確にすることです。外観記録が主目的なのか、寸法確認が主目的なのか、設計データとの比較が必要なのかによって、適した方式は異なります。
また、現場での取得作業だけでなく、処理を担当する人員や使用するパソコンの性能、データを共有する仕組みなども確認しましょう。導入後の運用まで考慮することで、実務に適した3D計測環境を構築できます。
写真式とレーザー式を組み合わせるメリット
写真式とレーザー式は、必ずしもどちらか一方だけを使用する必要はありません。両方式を組み合わせることで、それぞれの弱点を補いながら、より多くの情報を取得できる場合があります。
例えば、建物の改修調査では、レーザー式で壁面や柱、梁、設備などの位置関係を取得し、写真式で外壁の模様や仕上げ状態、細部の外観を記録する方法が考えられます。
レーザー式で取得した点群は、形状や寸法を確認するための基礎データになります。写真式で作成したモデルは、対象物の見た目や表面状態を把握するための補助資料になります。
両方のデータを同じ座標系に統合できれば、形状情報と画像情報を対応させて確認しやすくなります。例えば、点群で壁面の位置を確認しながら、写真で仕上げ材や劣化箇所を確認するといった使い方ができます。
土木構造物の調査でも、レーザー式で全体形状を取得し、写真式で局所的な表面状態を記録する方法が有効です。橋梁の部材配置を点群で把握し、ひび割れや塗装の状態を画像で記録するなど、目的に応じてデータを使い分けられます。
ただし、両方式のデータを統合するには、座標系と縮尺を統一する必要があります。写真式のモデルが任意の座標系で作成されている場合は、レーザー式の点群と直接重ね合わせられないことがあります。
そのため、共通の基準点やターゲットを設け、両方のデータが同じ位置関係になるように調整します。統合後は、複数の共通点や独立した検証点を使って位置ずれを確認することが重要です。
また、データの重複や容量にも注意が必要です。写真式とレーザー式で同じ範囲を取得すると、情報量が増える一方で、保存容量や処理時間も増加します。すべての範囲を両方式で取得するのではなく、形状確認が必要な場所と外観記録が必要な場所を分けて計測する方法もあります。
両方式を組み合わせる場合は、取得するデータの役割を明確にしておくことが大切です。どちらのデータを寸法確認の基準にするのか、どちらを外観記録に使うのかを決めておけば、成果物の整理や検証を効率的に進められます。
3Dスキャナの導入前に確認したい5つのポイント
3Dスキャナを導入する際は、機器の性能だけでなく、実際の業務で使い続けられるかどうかを確認する必要があります。特に、計測範囲や精度、出力形式、処理環境、運用体制の5つは重要な判断材料になります。
最初に確認したいのが、計測対象と計測範囲です。小さな部材を計測する場合と、建物全体や広い造成地を計測する場合では、必要な機器性能が異なります。
計測距離や視野角、取得できる点の密度、撮影範囲などを確認し、対象物の大きさに合った機器を選びましょう。また、狭い場所や複雑な形状の対象物では、死角が発生しないかも事前に検討する必要があります。
次に、必要な計測精度を確認します。現況の概略把握と、施工管理や設計に利用する測量成果では、求められる精度が異なります。
機器の仕様に記載された精度だけでなく、実際の測定距離や対象物、現場環境を踏まえた精度を確認することが重要です。既知点や検証点を利用した評価方法も事前に決めておくと、取得データの品質を判断しやすくなります。
3つ目は、データの出力形式と互換性です。取得した点群やメッシュをどのような形式で保存できるか、既存のCADやBIM/CIM環境で利用できるかを確認します。
点群形式、メッシュ形式、画像形式など、必要な成果物に対応しているかを確認しましょう。また、座標情報や色情報が出力時に保持されるかも重要です。
4つ目は、データ処理に必要な環境です。写真式では画像解析に必要な処理能力、レーザー式では大容量点群の表示や統合に必要な処理能力が求められます。
高密度なデータを扱う場合は、CPUやメモリ、GPU、ストレージの性能が作業効率に影響します。機器を導入しても、処理用のパソコンが不足していると、データの読み込みや解析に時間がかかる可能性があります。
また、取得データを誰が処理するのかも検討しましょう。現場担当者が取得から処理まで行うのか、専門の担当者が後処理を行うのかによって、必要な操作性や教育内容が変わります。
5つ目は、データの保存と共有方法です。3次元データは容量が大きくなりやすいため、保存場所やバックアップ、アクセス権限などを整理しておく必要があります。
現場ごとにデータを分類し、計測日や測定範囲、座標系、使用機器などを記録しておけば、後からデータを比較しやすくなります。施工前後の比較や経年変化の確認に使用する場合は、同じ基準でデータを取得できる運用ルールを設けることが重要です。
導入前に実際の現場を想定した試験計測を行うことも有効です。小規模な範囲で撮影やスキャンを実施し、取得精度や処理時間、成果物の使いやすさを確認すれば、導入後のミスマッチを減らせます。
LRTK Phoneを活用した現場の位置情報管理
写真式とレーザー式の3Dスキャナを現場で活用する際には、取得した3次元データだけでなく、計測した場所や作業内容を正確に記録することも重要です。
3Dスキャナで形状を取得しても、そのデータが現場のどの位置に対応するのか分からなくなると、後から図面や施工記録と照合する作業が難しくなります。
特に、広い工事区域や複数の構造物を対象とする調査では、計測範囲や撮影位置、確認した箇所などを位置情報と一緒に管理することが有効です。
そこで活用できるのが、RTK-GNSSによる位置情報を現場記録と組み合わせる方法です。RTKは、衛星測位に基準局などの補正情報を利用することで、通常の衛星測位より高い位置精度を目指す測位方式です。
LRTK Phoneは、RTK測位を活用して現場の位置情報を取得し、写真やメモなどと組み合わせて記録するための機材です。3Dスキャナとは役割が異なり、専用スキャナのように高密度な点群を取得する機器の代わりになるものではありません。
一方、3D計測の前後に行う現場確認や位置記録を支援する用途では、組み合わせて活用できます。
例えば、写真式で建物の外観を3次元化する場合、撮影した範囲や確認箇所の位置情報を記録しておけば、後から現場写真や調査記録と照合しやすくなります。
レーザー式で橋梁や法面を計測する場合も、計測地点や補足事項を位置情報と一緒に残すことで、複数の計測データを整理しやすくなります。
現場では、計測対象の名称や測定日、確認した内容、注意事項などを記録しておくことが大切です。こうした情報を3次元データと関連付けることで、単に形状を保存するだけでなく、調査や施工管理に活用できる記録として整理できます。
LRTK Phoneを利用する際は、端末によるRTK測位、LRTKアプリによる現場での記録・操作、LRTKクラウドによるデータ共有という役割を区別して運用します。
なお、RTK測位の結果は、衛星の受信環境や周辺の遮蔽物、補正情報の受信状態、基準局の座標などに左右されます。高い位置精度が必要な場合は、FIX状態や既知点との照合、座標系や高さの基準などを確認することが重要です。
写真式やレーザー式の3Dスキャナで形状を取得し、LRTK Phoneで現場の位置情報や写真、メモを整理することで、形状データと現場情報を関連付けた管理が可能になります。3次元計測の成果を調査記録や関係者との情報共有に活かしたい場合に、こうした組み合わせを検討するとよいでしょう。
まとめ
写真式3Dスキャナとレーザー式3Dスキャナは、どちらも対象物の形状を3次元データとして取得できますが、取得原理やデータの特徴、現場作業、後処理の工程には違いがあります。
写真式は、複数の画像から形状を復元する方式です。対象物の色や模様などの外観情報を残しやすく、建物の現況調査や外観記録、改修前後の比較などに適しています。ただし、画像の重複や明るさ、表面の模様などが復元結果に影響するため、撮影条件の管理が重要です。
レーザー式は、レーザー光による距離計測から形状を取得する方式です。点群として対象物の位置関係や寸法を把握しやすく、橋梁やトンネル、設備、複雑な構造物などの計測に活用できます。ただし、対象物の反射特性や計測距離、遮蔽物などを考慮する必要があります。
両方式の優劣は、使用目的や現場条件によって変わります。外観情報を重視するなら写真式、形状や寸法の取得を重視するならレーザー式が選択肢になります。また、両方式を組み合わせれば、形状情報と画像情報を補完しながら管理できます。
導入時には、必要な精度や計測範囲、取得データの形式、処理環境、保存・共有方法まで含めて検討することが重要です。機器の取得性能だけで判断せず、現場での計測から成果物の完成までを一連の業務として評価しましょう。
さらに、3次元データを実務で活用するには、計測位置や撮影記録、現場メモなどの管理も欠かせません。写真式・レーザー式の3Dスキャナと位置情報を取得できる機材を組み合わせることで、計測結果の整理や現場情報の共有を効率化できます。
3D計測の導入を検討している場合は、まず自社の業務で必要な成果物と精度を明確にし、対象物や現場環境に適した方式を選定することから始めましょう。現場の位置情報や写真、メモの記録も効率化したい場合は、LRTK Phoneの活用も検討すると、3次元計測と現場記録を組み合わせたデータ管理を進めやすくなります。