フォトグラメトリは、複数の写真から被写体の形状や表面の質感を復元し、3Dモデルを作成する技術です。建物や地形、製品などの静止物だけでなく、人物や自動車なども3D化できます。しかし、人物が歩いていたり、車が走行していたりする状態を撮影する場合は、通常の静止物とは異なる難しさがあります。
フォトグラメトリでは、異なる位置から撮影した複数の写真に写っている特徴点を対応付け、カメラの位置関係や被写体の形状を推定します。そのため、撮影中に被写体が移動したり、姿勢が変わったりすると、写真同士の整合性が崩れ、正確な3Dモデルを生成できないことがあります。
特に人物は呼吸や体の揺れ、髪や衣服の動きが発生します。自動車も走行中は位置や向きが変化し、車体表面の反射やタイヤの回転などがデータの再構成を難しくします。
一方で、撮影方法や機材、処理方法を適切に選べば、人物や車の3D化は十分に実現可能です。重要なのは、被写体が動いている状態をそのまま撮影するのか、被写体の動きを止めて立体形状を取得するのかを明確にすることです。
この記事では、フォトグラメトリで人物や車を3D化できる条件を解説し、動くものを撮影するときに押さえておきたい6つの注意点を紹介します。撮影環境の準備から画像処理、精度確認まで、実務で役立つポイントを詳しく説明します。
フォトグラメトリで人物や車を3D化できる条件
フォトグラメトリでは、人物や自動車も3Dモデルにできます。ただし、被写体の種類や撮影時の状態によって、適した撮影方法が異なります。
基本となるのは、複数の写真に共通する特徴が十分に写っていることです。例えば、自動車の車体にある模様や細かな凹凸、人物の衣服のしわなどは、画像間で対応付けるための手掛かりになります。異なる方向から撮影した写真に同じ特徴が写っていれば、撮影位置と被写体の立体形状を推定しやすくなります。
一方、撮影するたびに被写体の位置や形状が変わると、同じ特徴を正しく対応付けられなくなります。この違いを理解することが、動体撮影の基本です。
人物の場合、被写体が一定の姿勢を保てるなら、一般的なフォトグラメトリの手法で3D化できます。例えば、直立した人物を正面、側面、背面、斜め方向から撮影すれば、全身の立体形状を復元できます。顔や手など細かな部分についても、十分な解像度で複数の方向から撮影することで形状を取得できます。
ただし、人間は完全に静止することが難しいため、撮影時間を短くする工夫が必要です。撮影中に表情が変化したり、腕の位置が変わったりすると、顔や身体の一部に不自然な凹凸が生じることがあります。
自動車の場合は、車両を停止させた状態であれば比較的撮影しやすくなります。車体の前後左右だけでなく、斜め上方や低い位置からも撮影することで、ボンネット、ルーフ、バンパー、ホイールなどの形状を取得できます。
ただし、車体表面には光沢のある塗装やガラスなど、画像処理が難しい素材が多く使われています。形状を取得できても、表面の一部が欠損したり、テクスチャが不自然になったりする可能性があります。
走行中の自動車を撮影する場合は、さらに高度な撮影環境が必要です。通常のカメラ1台で周囲を移動しながら撮影する方法では、車両が移動してしまうため、同じ位置関係にある写真を取得できません。複数台のカメラを同期させ、同じ時刻に異なる方向から撮影する方法などが検討されます。
つまり、人物や車の3D化は可能ですが、静止した被写体を撮影する方法と、動いている被写体を撮影する方法は区別する必要があります。まずは完成させたい3Dモデルの用途と、被写体の動きの有無を整理することが重要です。
動くものの撮影で3Dモデルが崩れる理由
フォトグラメトリで動くものを撮影すると、静止物では発生しにくい問題が生じます。その代表的な原因は、写真ごとに被写体の位置や形状が一致しなくなることです。
一般的なフォトグラメトリでは、複数の画像を撮影し、それぞれの画像に写った特徴点を照合します。例えば、人物の肩にある衣服のしわが複数の画像に写っていれば、その特徴を手掛かりにカメラの位置や人物の立体形状を推定します。
ところが、人物が撮影中に腕を動かすと、画像ごとに腕の位置が異なります。処理側から見ると、同じ被写体の同じ部分であるにもかかわらず、異なる場所に特徴点が現れる状態になります。その結果、特徴点の対応付けが失敗し、形状のずれや欠損が発生します。
また、人物のように柔らかい部分を持つ対象は、単純な位置移動だけでなく、形状そのものが変化します。衣服が揺れたり、髪が動いたり、顔の表情が変わったりすると、同一の物体を撮影しているという前提が成立しにくくなります。
自動車の場合も、走行による位置変化や方向転換が問題になります。例えば、道路脇から走行中の車両を連続撮影した場合、写真ごとに車両の位置が変わります。さらに、ホイールやタイヤは回転するため、撮影時刻によって表面の模様や位置関係も変化します。
背景の影響も無視できません。車両が移動すると、背景にある建物や道路の見え方が変わります。カメラの移動と被写体の移動が同時に発生すると、どの部分が移動したのかを画像だけから判断することが難しくなります。
もう一つの原因は、撮影時のブレです。被写体が移動している状態でシャッター速度が遅いと、1枚の写真の中でも被写体の輪郭が流れます。特徴点が明確に写らなくなるため、複数画像の照合が難しくなります。
このように、動体撮影では、被写体の移動、形状変化、背景の変化、画像のブレが複合的に影響します。
対策としては、通常のフォトグラメトリで対応できる静止撮影を基本とし、被写体の移動を止められない場合には同期撮影や動的な3D再構成など、目的に合った方法を選択することが大切です。
注意点1：撮影中の被写体の動きをできるだけ抑える
動くものをフォトグラメトリで撮影する際に、最初に考えるべきなのが被写体の動きです。
一般的なフォトグラメトリでは、撮影するすべての画像において、被写体の形状が一定であることが重要です。カメラの位置を変えても、被写体自体は同じ状態を保っていなければなりません。
人物を撮影する場合は、できるだけ自然な姿勢を保ってもらい、撮影中の身体の揺れを抑えます。腕を少し広げた姿勢や、足を肩幅程度に開いた姿勢など、身体の輪郭を確認しやすい状態を事前に決めておくと撮影しやすくなります。
ただし、長時間同じ姿勢を維持させると、疲労によって姿勢が崩れる可能性があります。特に全身撮影では、顔、腕、脚など複数の部位を撮影するため、撮影時間が長くなりやすい傾向があります。
そのため、撮影範囲をあらかじめ決め、必要な画像を効率よく取得することが重要です。撮影者が被写体の周囲を移動する場合は、移動経路や撮影順序を決めておき、同じ方向を何度も撮影し直すことを避けます。
人物の表情も注意したいポイントです。顔を撮影する場合、目線や口元の変化が画像ごとに異なると、顔の表面に不自然な凹凸が生じることがあります。顔の3D化を目的とする場合は、表情を一定に保ち、撮影中に視線を動かさないようにすることが重要です。
髪の毛や衣服も動きやすい部分です。風の強い場所では髪が揺れ、衣服の裾や袖も変形します。可能であれば風の影響が少ない屋内で撮影し、衣服も形状が安定しやすいものを選びます。
自動車の場合は、車両を停止させて撮影する方法が基本になります。走行中の車両を3D化する必要がなければ、安全な場所に駐車し、車両の位置を固定してから撮影します。撮影途中で車両を移動させたり、ドアやボンネットを開閉したりすると、画像間で形状が変わってしまうため注意が必要です。
走行中の車両を対象にする場合は、一般的な連続撮影とは異なる方法を検討します。例えば、複数のカメラを車両の周囲に配置し、撮影時刻を同期させれば、同じ瞬間の異なる視点からの画像を取得できます。
ただし、同期撮影を行っても、カメラの位置関係やレンズ特性、露出条件が適切でなければ高品質なモデルにはなりません。撮影装置の校正や時間同期の精度も重要になります。
また、歩行者や車両が通行する現場では、3D化を優先して危険な撮影を行わないことが大切です。撮影者や被写体の安全を確保できる場所を選び、必要に応じて立ち入り範囲を管理します。
注意点2：シャッター速度と露出を適切に設定する
動体撮影では、シャッター速度と露出の設定が3Dモデルの品質を大きく左右します。
シャッター速度が遅いと、撮影中に被写体やカメラが動いた際に画像がブレます。静止物を撮影する場合は、三脚などを利用してカメラを固定すればブレを抑えられますが、人物や走行中の車両では被写体そのものが動くため、シャッター速度を適切に設定しなければなりません。
例えば、歩行する人物を撮影する場合、手足の動きによって輪郭が不鮮明になることがあります。走行中の車両では、車体の移動だけでなく、ホイールやタイヤの回転によるブレも発生します。
このような状況では、できるだけ短い露光時間で撮影することが基本です。動きが速いほど短いシャッター速度が必要になります。ただし、シャッター速度を速くすると、カメラに取り込まれる光量が減少するため、撮影環境の明るさにも注意が必要です。
暗い場所でシャッター速度を速くすると、画像が暗くなったり、感度を上げることでノイズが増えたりすることがあります。ノイズが多い画像は特徴点の検出やテクスチャの再現に悪影響を及ぼす可能性があります。
そのため、動体撮影では十分な照明を確保することが重要です。屋内で人物を撮影する場合は、被写体全体に均一に光が当たるように照明を配置します。顔や身体に強い影ができると、部分的に特徴が見えにくくなるため、光源の位置にも配慮します。
自動車を撮影する場合は、屋外の直射日光にも注意が必要です。強い日差しによって車体表面に明暗差が生じると、画像間で見え方が大きく変わります。撮影時間や天候を調整し、できるだけ安定した光の条件を確保することが望ましいです。
露出を自動調整に任せると、撮影する方向や背景の明るさによって画像ごとの明るさが変化する場合があります。こうした変化は、画像を重ね合わせる際の色調や特徴点の検出に影響することがあります。
可能であれば、撮影中は露出やホワイトバランスを一定に保つ設定を利用します。特に複数台のカメラを使う場合は、カメラごとの明るさや色味が大きく異ならないように調整します。
また、電子的な読み出し方式によっては、ローリングシャッターの影響も考慮する必要があります。ローリングシャッターでは、画像の上部から下部へ順番に撮像情報を読み出すため、撮影中に被写体やカメラが動くと、形状が傾いたり歪んだりする場合があります。
高速で動く対象を撮影する場合は、読み出し方式の異なるカメラを検討することも有効です。撮影条件だけでなく、使用する機材の特性を理解しておくことが重要になります。
注意点3：写真の重複率と撮影角度を確保する
フォトグラメトリでは、写真同士の重複率と撮影角度が3Dモデルの完成度を左右します。
重複率とは、隣り合う写真に同じ部分がどの程度写っているかを示す考え方です。写真同士に共通する領域が十分にあれば、特徴点を照合しやすくなり、被写体の立体形状を推定しやすくなります。
反対に、写真ごとに写っている範囲が大きく異なると、画像同士の対応付けが難しくなります。特に人物の顔や自動車の細かな部分を3D化する場合は、隣接する画像で共通する特徴を十分に確保する必要があります。
撮影計画を立てる際には、被写体の周囲を一定の間隔で移動しながら撮影する方法が有効です。例えば、人物を撮影する場合は、正面から始めて斜め前方、側面、斜め後方、背面へと撮影位置を移動させます。
このとき、隣接する写真に同じ身体の部分が十分に写るようにします。顔だけを撮影する場合も、正面だけでなく左右の斜め方向から撮影し、頬や鼻、耳などの立体形状を確認できる画像を取得します。
撮影間隔は被写体の大きさや形状、カメラとの距離によって変わります。一般的な静止物の撮影では、隣接画像の重複率を70〜80％程度に設定する運用もありますが、これは一律の正解ではありません。使用する処理方法や対象の複雑さに合わせて調整する必要があります。
動く人物を撮影する場合は、単純に写真枚数を増やせばよいわけではありません。撮影枚数を増やすために時間をかけすぎると、その間に人物の姿勢が変わってしまう可能性があります。
そのため、撮影方向を事前に決め、必要な角度から効率よく撮影することが大切です。複数台のカメラを使用する場合は、各カメラが異なる方向から同じ瞬間を撮影できるように配置します。
自動車の場合は、車体の周囲を一周するように撮影します。車両の前面、側面、後面だけでなく、斜め方向からも撮影することで、各パネルのつながりや曲面形状を取得しやすくなります。
さらに、車体の上部や下部も重要です。ボンネットやルーフは比較的撮影しやすい一方、バンパーの下側やタイヤハウス、車体下部などは撮影角度が限られます。こうした部分は、低い位置からの撮影を追加することで欠損を減らせます。
撮影時には、対象の周囲を一周するだけでなく、高さを変えた撮影も必要です。同じ高さから撮影した写真だけでは、上面や下面の形状を十分に取得できない場合があります。
また、撮影位置を変えるときは、被写体との距離もできるだけ安定させます。距離が極端に変化すると、画像内の被写体の大きさや解像度に差が生じます。
重複率を確保することは重要ですが、同じ角度から似た写真を大量に撮るだけでは十分ではありません。異なる方向から立体形状を捉えられるように撮影計画を組み立てることが、品質向上につながります。
注意点4：背景や遮蔽物の影響を管理する
人物や車を撮影するときは、被写体だけでなく背景や周囲の環境にも注意が必要です。
フォトグラメトリでは、画像に写っている特徴点を使ってカメラの位置関係や形状を推定します。そのため、被写体以外のものが画像に多く写り込んでいると、処理結果に影響する可能性があります。
例えば、人物を屋外で撮影すると、背景に建物や樹木、通行人などが写ります。撮影位置を変えるたびに背景の見え方が変わるため、被写体と背景を正しく区別できない場合があります。
特に、人物の後ろを別の人が横切ったり、車両が通過したりすると、写真ごとに背景の状態が変化します。このような画像を同じデータセットに含めると、特徴点の対応付けが不安定になることがあります。
人物を撮影する場合は、できるだけ背景が整理された場所を選ぶとよいでしょう。単純な背景は不要な特徴点を減らしやすく、被写体の輪郭も確認しやすくなります。
ただし、背景が完全に無地で特徴が少ない場合は、カメラの位置推定に必要な情報が不足する可能性もあります。背景の特徴が少なすぎることも、撮影条件によっては問題になります。
そのため、背景を単純にするだけでなく、被写体と背景の距離を確保することも有効です。被写体の輪郭と背景を分離しやすい環境を用意することで、画像処理の負担を減らせます。
自動車の場合は、周囲に駐車車両や通行人が多い場所を避けることが重要です。特に車両の側面や下部は、周囲の障害物によって見えにくくなることがあります。
また、車体の一部が別の車両や設備に隠れていると、その部分の形状を十分に取得できません。撮影前に車両の周囲を確認し、必要な撮影範囲を確保しておきます。
遮蔽物への対策として、撮影位置を変える方法があります。例えば、車両の側面から撮影できない部分があれば、前後の斜め方向から撮影することで、隠れていた箇所を別の角度から捉えられる場合があります。
ただし、完全に隠れている部分は、別の方向から撮影しない限り形状を取得できません。処理ソフトが周囲の形状から補完する場合もありますが、補完された部分が実物と一致するとは限りません。
人物の腕や脚が重なっている場合も同様です。身体の一部が別の部位に隠れていると、その部分の表面形状を取得できなくなります。自然な姿勢を保ちながら、身体の輪郭が分かりやすいポーズを選ぶことが重要です。
動体撮影では、背景の変化と遮蔽物の発生を完全に防ぐことが難しい場合もあります。その場合は、撮影対象の領域を分離して処理する方法や、必要な範囲を限定して3D化する方法を検討します。
注意点5：反射や透明部分などの素材特性に対応する
フォトグラメトリでは、被写体の素材によって3D化の難易度が変わります。特に人物の髪や自動車の塗装、ガラスなどは、一般的な不透明で模様のある素材と比べて処理が難しい部分です。
フォトグラメトリは、複数の画像に写る特徴を照合して形状を推定するため、画像上で特徴が安定して確認できることが重要です。
ところが、光沢のある素材は、撮影する角度や照明によって反射の状態が変わります。自動車のボディに光が映り込むと、同じ位置でも写真ごとに異なる模様が現れます。
画像処理側がこの反射を表面の特徴として認識すると、正しい対応付けができなくなる場合があります。その結果、車体表面に歪みが生じたり、テクスチャが不自然になったりします。
対策としては、強い直射光を避け、できるだけ均一な照明環境で撮影することが有効です。曇天時の屋外や、光を拡散できる屋内環境などは、反射の変化を抑えやすい条件になります。
ただし、光沢のある塗装では、照明を調整しても反射を完全に除去できるとは限りません。車体の色や塗装状態によっても画像の見え方が変わるため、事前に試し撮りを行い、画像の品質を確認することが大切です。
ガラス部分も注意が必要です。自動車の窓ガラスやヘッドライトなどは、光を透過したり反射したりするため、通常の立体形状として認識しにくいことがあります。
ガラスの向こう側に見える景色が撮影角度によって変化すると、同じ表面を撮影しているにもかかわらず、画像に異なる特徴が現れます。そのため、窓ガラスの部分に欠損や不自然な形状が生じる場合があります。
このような部分は、車体の不透明な部分とは分けて考えることも有効です。車体の外形を優先して復元し、ガラス部分は別の方法で形状や材質を表現するなど、用途に応じた処理を検討します。
人物の場合は、髪の毛が代表的な難所です。髪の毛は細く、一本一本が独立して動きます。また、黒髪などは光の条件によって細部が見えにくくなることがあります。
髪の毛全体のボリュームを取得することは可能でも、細い毛先まで正確に再現することは難しい場合があります。特に風で髪が揺れていると、画像ごとに形状が変化するため、3Dモデルに欠損が発生しやすくなります。
衣服についても、光沢のある素材や模様の少ない素材は注意が必要です。滑らかな布地は特徴点が少なく、画像間の対応付けが難しくなることがあります。また、光を強く反射する素材は、撮影角度によって色や明るさが変化します。
撮影前に素材の特徴を確認し、照明や撮影方向を調整することが重要です。必要に応じて、反射を抑える撮影環境や、素材ごとに異なる処理方法を採用します。
なお、被写体に一時的なマーカーや表面処理を施す方法も考えられますが、車両や人物の撮影では、対象物への影響や安全性、許可の有無を確認する必要があります。特に自動車の塗装面に処理を施す場合は、表面を傷めない方法を選ばなければなりません。
注意点6：スケールと位置情報を確認して精度を検証する
フォトグラメトリで人物や車を3D化する場合、形状を再現できたかどうかだけでなく、実際の寸法や位置関係が正しいかを確認することも重要です。
一般的なフォトグラメトリでは、複数の画像から相対的な形状を推定できますが、撮影条件によってはモデルの大きさが実寸と一致しないことがあります。
例えば、人物の全身モデルを作成できても、実際の身長に対してモデルが大きくなったり、小さくなったりする可能性があります。自動車についても、車体の長さや幅が実物と一致しているとは限りません。
実寸に近い3Dモデルが必要な場合は、撮影時にスケールの基準となる情報を取得します。既知の長さを持つ基準物や測定済みの寸法を利用すれば、生成したモデルの縮尺を確認できます。
例えば、人物であれば身長や肩幅など、実際の寸法を別途測定しておく方法があります。自動車であれば、車体の全長や全幅など、確認可能な寸法を基準として利用できます。
ただし、基準となる寸法を一つ確認するだけでは、すべての方向の精度を保証できません。モデルの歪みや部分的な変形がある場合、特定の寸法だけが一致していても、ほかの部分は実物と異なる可能性があります。
そのため、複数の位置で寸法を確認することが望ましいです。人物であれば、身長だけでなく肩幅や腕の長さなども比較します。自動車であれば、全長や全幅に加え、ホイールベースや各部の位置関係なども確認対象になります。
また、複数台のカメラを使用する動体撮影では、カメラ同士の位置関係と撮影時刻を正しく管理する必要があります。
カメラの内部パラメータには、焦点距離やレンズ歪みなどが含まれます。外部パラメータには、カメラの位置や向きなどが関係します。これらの情報が適切でなければ、異なる方向から撮影した画像を正確に統合できません。
特に走行中の車両を複数台のカメラで撮影する場合、撮影時刻のわずかなずれが形状の誤差につながる可能性があります。カメラごとに撮影タイミングが異なると、車両の位置やタイヤの回転状態が一致しなくなるためです。
動体撮影では、時間同期の確認とカメラの校正を事前に実施することが重要です。撮影後も、各カメラの画像が同じタイミングで取得されているかを確認します。
さらに、3Dモデルの用途に応じて位置情報の必要性を判断します。人物や車両の形状を視覚的に確認するだけなら、相対的な形状が分かれば十分な場合があります。一方、現場の設備や道路、建築物との位置関係を確認する場合は、座標系を統一する必要があります。
現場で取得した写真と3Dモデルを組み合わせる場合は、撮影位置や方向、対象物の位置を記録しておくと、後からデータを確認しやすくなります。
精度を高めるためには、撮影した画像の品質だけでなく、スケール、カメラの位置、撮影時刻、座標系などを総合的に確認することが大切です。
人物をフォトグラメトリで3D化する撮影方法
人物をフォトグラメトリで3D化する場合は、撮影対象と完成モデルの用途を最初に明確にします。
全身の形状を再現したいのか、顔の細部を取得したいのかによって、必要な撮影範囲や画像の解像度が変わります。全身モデルでは身体全体を撮影する必要がありますが、顔のモデルでは目元や鼻、口元などの細かな形状を取得することが重要になります。
一般的な撮影方法では、人物に一定の姿勢を維持してもらい、カメラを被写体の周囲で移動させながら複数の写真を撮影します。
最初に正面から撮影し、次に左右の斜め方向、側面、背面へと移動します。さらに、カメラの高さを変えて上方や下方から撮影すると、肩や頭部、胴体、脚部などの立体形状を取得しやすくなります。
撮影時には、被写体の姿勢をできるだけ一定に保つことが大切です。腕の位置や顔の向きが変わると、画像間の対応付けが不安定になります。
特に顔の3D化では、撮影中に表情を変えないことが重要です。目を閉じたり、口を開いたりすると、画像ごとに顔の形状が変化します。自然な表情を維持し、視線も一定に保つようにします。
人物の全身を撮影する場合は、身体の各部位が隠れないように注意します。腕を身体に密着させると、胴体と腕の境界が見えにくくなります。足を大きく重ねると、脚部の形状を取得しにくくなります。
ただし、身体を大きく広げすぎると、自然な姿勢から離れてしまうことがあります。用途に合わせて、形状を確認しやすい無理のない姿勢を選ぶことが重要です。
撮影環境は、照明が均一で風の影響が少ない場所が適しています。屋外では日差しや風によって髪や衣服の状態が変わる可能性があるため、安定した環境を用意しにくい場合があります。
人物を短時間で3D化する必要がある場合は、複数台のカメラを周囲に配置する方法も検討できます。同時に撮影することで、人物が動く前の同一時刻の画像を取得しやすくなります。
ただし、複数台のカメラを使う場合は、各カメラの撮影範囲が重なるように配置する必要があります。カメラの位置や向き、露出、撮影時刻を統一し、事前に校正を行うことも欠かせません。
また、人物を撮影する場合は、プライバシーへの配慮も必要です。本人の同意を得たうえで撮影し、顔や身体のデータをどのように保存、利用、共有するのかを明確にしておきます。
人物の3Dモデルは、外見や身体的特徴を含むデータです。業務で利用する場合も、撮影目的や利用範囲を事前に説明し、データへのアクセス権限や保管方法を適切に管理することが重要です。
自動車をフォトグラメトリで3D化する撮影方法
自動車をフォトグラメトリで3D化する場合は、車両を停止させた状態で撮影する方法が基本です。
走行中の車両を撮影する必要がない場合は、安全な場所に駐車して、車体の周囲を移動しながら写真を取得します。車両が停止していれば、異なる角度から撮影した写真でも、基本的な形状が変化しないため、一般的なフォトグラメトリの処理を適用しやすくなります。
撮影を始める前に、車両の外観を確認します。ドアや窓の開閉状態、ミラーの位置、ボンネットの状態などを決め、撮影中に変更しないようにします。
撮影方向は、車両の前面から始めて、左右の斜め前方、側面、左右の斜め後方、後面へと移動する方法が基本です。さらに、車体上部や下部も撮影します。
自動車は複雑な曲面を多く持つため、同じ高さからの撮影だけでは十分な形状を取得できないことがあります。例えば、ボンネットやルーフは上方から撮影し、バンパーやサイドスカートは低い位置から撮影すると、立体形状を確認しやすくなります。
ホイールやタイヤも重要な撮影対象です。タイヤの側面だけでなく、ホイールの凹凸やタイヤハウスとの位置関係も確認します。ただし、スポークの隙間や車体下部などは遮蔽が発生しやすいため、複数の方向から撮影する必要があります。
また、自動車の外装は反射しやすいため、撮影環境を整えることが大切です。強い日差しが当たる場所では、ボディ表面に周囲の建物や光源が映り込み、画像ごとの見え方が変わります。
可能であれば、照明が安定した場所で撮影します。屋外で撮影する場合は、天候や時間帯を考慮し、光の条件が急激に変わらないようにします。
走行中の自動車を3D化したい場合は、別の撮影方法が必要です。複数台のカメラを道路周辺などに配置し、車両が通過する瞬間を同時に撮影する方法が考えられます。
この場合は、車両の速度や撮影範囲、カメラの配置、撮影タイミングなどを事前に設計します。カメラの同期が不十分だと、各画像に写る車両の位置が一致しなくなり、形状の再構成に失敗する可能性があります。
さらに、走行中の車両を撮影する場合は、車両とカメラの相対的な位置関係も重要です。カメラ自体が移動している場合は、カメラの移動量と車両の移動量を区別して扱う必要があります。
走行中のタイヤや車体の振動など、時間によって変化する部分については、通常の静止物向けフォトグラメトリでは十分に再現できない場合があります。必要な成果物が車両全体の外形なのか、走行状態を含む動的な形状なのかによって、撮影方式を選ぶことが重要です。
なお、道路や駐車場で撮影するときは、周囲の交通や歩行者の安全を優先します。撮影機材の設置場所や撮影範囲について必要な許可を確認し、一般の通行を妨げない計画を立てることが大切です。
3Dモデルの品質を高める撮影後の処理
フォトグラメトリでは、撮影が終了した後の画像処理も重要です。写真を取得しただけでは完成した3Dモデルにならず、画像の選別や位置合わせ、形状の再構成など複数の工程が必要になります。
最初に行うのは、撮影画像の確認です。ピントが合っていない写真や、強いブレがある写真、露出が極端に異なる写真は、処理結果に悪影響を与える可能性があります。
特に動くものを撮影した場合は、被写体の姿勢や位置が変わっていないかを確認します。人物の腕や顔の位置が異なる画像が混在していると、画像間の対応付けが失敗する原因になります。
自動車の場合も、車両の位置が変化した画像や、周囲の人や車両が大きく写り込んだ画像を確認します。撮影時刻や車両の状態が異なる画像を混在させないことが重要です。
次に、画像から特徴点を検出し、複数の写真に共通する特徴を対応付けます。この工程によってカメラの位置関係を推定し、被写体の大まかな立体形状を再構成します。
その後、より密度の高い点群を生成し、必要に応じてポリゴンメッシュを作成します。点群は空間上の点の集合として形状を表現するデータであり、メッシュは点同士を面で結んで立体形状を表現するデータです。
人物や車両の外観を再現したい場合は、メッシュに加えてテクスチャも重要になります。テクスチャは、写真に写っていた色や模様をモデルの表面に貼り付けるための情報です。
ただし、テクスチャがきれいでも、立体形状が正確とは限りません。反対に、形状は正しく取得できていても、表面の色や模様に欠損がある場合もあります。
そのため、形状とテクスチャを分けて評価することが大切です。人物であれば顔や指先、衣服の輪郭などを確認し、自動車であればボンネット、ドア、ホイール、ガラスなどの形状と表面状態を確認します。
欠損が発生した部分は、元の画像に戻って原因を調べます。撮影角度が不足していたのか、被写体が動いたのか、反射や遮蔽が原因なのかによって、対処方法が異なります。
撮影不足が原因であれば、追加撮影によって改善できる可能性があります。一方、走行中の車両のように同じ状態を再現できない場合は、別の撮影方式や補完方法を検討する必要があります。
また、3Dモデルのデータ量にも注意が必要です。高密度な点群や細かなメッシュは、多くの情報を含む一方で、保存や表示、編集に大きな処理負荷がかかります。
用途に応じて必要な解像度を決め、不要なデータを整理することが重要です。外観確認が目的であれば、必要以上に細かな形状を保持しなくてもよい場合があります。一方、寸法確認や設計検討に使用する場合は、必要な部分の精度を優先します。
最後に、完成した3Dモデルを実物や基準データと比較します。全体形状だけでなく、部分的な欠損や歪み、寸法のずれがないかを確認します。
撮影から処理までの工程を記録しておくと、問題が発生した際に原因を追跡しやすくなります。撮影日時、カメラの設定、撮影位置、使用した画像、処理条件などを整理し、次回の撮影に活用できる状態にしておくことが望ましいです。
動くもののフォトグラメトリでよくある失敗と対策
動くもののフォトグラメトリでは、撮影時には問題がないように見えても、処理後に形状の欠損や歪みが見つかることがあります。失敗の原因を理解しておけば、撮影前の準備や撮影後の確認によって品質を改善できます。
よくある失敗の一つが、被写体の姿勢が写真ごとに変化していることです。人物の撮影では、撮影中に腕が少し下がったり、顔の向きが変わったりするだけでも、部分的な形状のずれにつながることがあります。
この場合は、撮影時間を短縮し、撮影順序を事前に決めることが有効です。長時間の撮影が必要な場合は、複数台のカメラによる同時撮影も検討します。
自動車では、撮影途中に車両の位置が変わってしまうことが問題になります。例えば、車両を少し移動させてから残りの写真を撮影すると、前半と後半の画像で位置関係が異なります。
このような失敗を防ぐには、車両の位置を固定し、撮影が完了するまで状態を変えないことが基本です。ドアやミラーなどの可動部分についても、撮影前に状態を決めておきます。
次に多いのが、写真の重複率不足です。被写体の周囲を一周して撮影していても、撮影間隔が広すぎると隣接画像に共通する特徴が少なくなります。
この場合は、撮影位置を細かく調整し、同じ部分が複数の写真に写るようにします。ただし、写真枚数だけを増やしても、撮影中に被写体が動いてしまえば改善につながりません。重複率と撮影時間の両方を考慮する必要があります。
また、反射や透明部分の欠損もよくある問題です。自動車のガラスや光沢のある塗装面は、通常の画像照合では形状を取得しにくい場合があります。
この場合は、撮影環境を調整して反射の変化を抑えます。それでも形状を取得できない部分は、別の手法で補完するか、3Dモデルの用途に応じて再現対象から分けて管理します。
さらに、背景の特徴を誤って被写体の特徴として処理してしまうこともあります。人物の撮影中に背景の人や車両が移動すると、画像間で不要な特徴が増える可能性があります。
背景の影響が大きい場合は、撮影場所を変更するか、被写体と背景を分離しやすい環境を用意します。画像処理の段階で不要な領域を除外する方法も検討できます。
最後に、生成した3Dモデルの寸法が実物と一致しない問題があります。見た目が自然でも、縮尺が正しくない場合や、一部の形状が歪んでいる場合があります。
この問題を防ぐには、撮影時に寸法の基準を取得し、完成後に複数箇所を測定して確認します。用途が設計や測定に関係する場合は、見た目の再現性だけでなく、実寸との誤差も評価することが重要です。
動くものの3D化では、撮影の失敗を処理工程だけで解決することは難しい場合があります。撮影前の計画、撮影中の状態管理、撮影後の検証を一連の工程として考えることが、安定した成果物につながります。
まとめ
フォトグラメトリでは、人物や自動車なども3D化できます。ただし、通常の静止物と異なり、撮影中に被写体が動くと画像間の整合性が崩れやすくなるため、撮影方法を適切に選ぶことが重要です。
人物を撮影する場合は、姿勢や表情、髪、衣服などの変化を抑える必要があります。自動車の場合は、停止した状態で撮影する方法が基本となり、走行中の車両を対象とする場合は、複数台のカメラによる同期撮影などを検討します。
特に重要なのは、撮影中の動きの管理、シャッター速度と露出、写真の重複率、背景や遮蔽物、素材の反射特性、スケールと位置情報の6つです。これらを事前に確認することで、欠損や歪みの少ない3Dモデルを作成しやすくなります。
また、3Dモデルの完成度は撮影時の画像品質だけで決まりません。撮影画像の選別、特徴点の対応付け、点群やメッシュの生成、テクスチャの作成、寸法の検証まで、一連の工程を適切に管理する必要があります。
現場で人物や車両、設備などを撮影する場合は、3D化に必要な画像だけでなく、撮影した場所や日時、対象物の状態なども記録しておくと、後からデータを確認しやすくなります。
こうした現場記録の管理には、LRTK Phoneの活用も有効です。LRTK Phoneは、現場写真と位置情報、施工記録を一元的に管理するための仕組みとして活用できます。フォトグラメトリ用の撮影データと現場の記録を整理することで、撮影対象の場所や状況を後から把握しやすくなります。
人物や車両の3D化では、対象物の動きに合わせた撮影方法を選び、画像の品質と位置情報を適切に管理することが重要です。撮影計画と現場記録の両方を整え、3Dデータを業務で活用できる状態にしていきましょう。