フォトグラメトリとは、複数の写真から対象物の3Dモデルを生成する技術です。
この記事では、フォトグラメトリの基本的な仕組みから、3Dモデルを作成する具体的な方法、導入するメリット・デメリットまでを網羅的に解説します。
手軽に始められる3Dデータ化の手法として注目されており、ゲーム制作や建築、文化財の保存など幅広い分野で活用されています。
これからフォトグラメトリを学びたい方や、業務への導入を検討している方は、ぜひ参考にしてください。
フォトグラメトリとは？写真から3Dモデルを作成する技術
フォトグラメトリーは、ギリシャ語で「写真」を意味する「Photo」、「測定」を意味する「Gram」に由来する言葉で、日本語では「写真測量法」と訳されます。
その意味の通り、対象物を様々な角度から撮影した複数の写真をもとに、その形状や位置、大きさを計測し、3次元のデジタルモデルを生成する手法です。
コンピュータが各写真に写っている対象物の特徴点を照合し、それらの位置関係を計算することで、立体的な形状を復元します。
フォトグラメトリが近年注目を集めている理由
フォトグラメトリが近年急速に普及し注目を集めている背景には、技術的なハードルの低下があります。
かつては専門的な知識と高価な機材が必要でしたが、パソコンの処理能力の向上、デジタルカメラやスマートフォンの高画質化、そして高性能なソフトウェアが手頃な価格、あるいは無料で利用できるようになったことで、誰でも入門しやすくなりました。
これにより、プロの現場だけでなく、個人のクリエイターや研究者、趣味の領域でも手軽に高品質な3Dモデルを作成する環境が整いました。
特別なスキャナがなくても、身近な機材で始められる手軽さが、幅広い分野での活用を後押ししています。
フォトグラメトリと3Dスキャナは何が違う？
フォトグラメトリと3Dスキャナは、どちらも現実の物体を3Dデータ化する技術ですが、その原理や特性は大きく異なります。
フォトグラメトリが写真を用いるのに対し、3Dスキャナはレーザー光などを対象物に照射し、その反射をセンサーで読み取ることで形状を直接計測します。
この違いが、必要な機材や導入コスト、得意な対象物、そして生成されるデータの精度に影響を与えます。
それぞれの特徴を理解し、目的や用途に応じて適切な手法を選択することが重要です。
必要な機材と導入コストの違い
フォトグラメトリを始めるために最低限必要な機材は、デジタルカメラとパソコン、そして専用ソフトウェアです。
すでに所有している機材を活用できる場合が多く、ソフトウェアも無料のものから始められるため、3Dスキャナに比べて導入コストを大幅に抑えられるのが大きな利点です。
一方、3Dスキャナは、スキャン方式によって価格は様々ですが、高精度なモデルの多くは高価な専用機材となります。
そのため、導入には大きな初期投資が必要になる傾向があります。
手軽に3Dデータ化を試してみたい場合や、コストを抑えたい場合には、フォトグラメトリが適した選択肢となります。
スキャン精度と再現性の違い
精度に関しては、両者に異なる特徴があります。
3Dスキャナは、レーザーなどで対象物の形状を直接計測するため、寸法精度が非常に高いデータを取得できます。
工業製品の設計や検査など、ミリ単位の正確性が求められる場面で強みを発揮します。
対してフォトグラメトリは、写真から形状を推定するため、3Dスキャナほどの寸法精度を出すのは難しい場合があります。
しかし、テクスチャの再現性においては非常に優れており、撮影した写真の色や質感をそのままモデルに反映させるため、見た目の解像度が高く、フォトリアルな仕上がりになります。
リアリティを重視するか、寸法精度を重視するかで選択が分かれます。
得意な対象物や用途の違い
フォトグラメトリは、カメラで撮影できるものであれば対象を選ばない柔軟性が魅力です。
特に、屋外にある建物や地形、遺跡といった大型で動かせない対象物の3Dデータ化に適しています。
ドローンを活用すれば、広範囲の測量も可能です。
一方、3Dスキャナは、工業製品や部品など、高い寸法精度が求められる比較的小さな対象物を得意とします。
主な用途として、リバースエンジニアリングや品質検査などが挙げられます。
ただし、光沢のある物体や透明な物体はどちらの技術も苦手としていますが、3Dスキャナの方が専用のスプレーなどを用いて対応しやすい場合があります。
フォトグラメトリで3Dモデルを作成する4つのステップ
フォトグラメトリによる3Dモデル作成は、いくつかの明確な手順に分かれています。
まずは必要な機材とソフトウェアを準備し、次に対象物を様々な角度から撮影します。
その後、撮影した写真をソフトウェアに取り込んで3Dモデルを生成し、最後に生成されたモデルを調整・修正して完成です。
この4つのステップからなる一連のプロセスを理解することで、初心者でも迷うことなく作業を進めることができます。
各手順のポイントを押さえることが、高品質な3Dモデルを作成する鍵となります。
ステップ1：必要な機材とソフトを準備する
フォトグラメトリを始めるには、まず対象物を撮影するためのデジタルカメラ、撮影した大量のデータを処理するためのパソコン、そして3Dモデルを生成するための専用ソフトウェアの3つを準備します。
カメラはスマートフォンのものでも可能ですが、高画質で設定の自由度が高いデジタル一眼レフカメラなどが理想です。
パソコンは、3Dモデルの生成処理に高い負荷がかかるため、CPU、メモリ、特に高性能なグラフィックボード（GPU）を搭載したモデルが推奨されます。
ソフトウェアには、無料で利用できるオープンソースのものから、プロ向けの有料製品まで様々な選択肢があるため、目的や予算に応じて選びます。
ステップ2：対象物をあらゆる角度から撮影する
高品質な3Dモデルを作成するためには、撮影が最も重要な工程です。
対象物に対して、あらゆる角度から漏れなく写真を撮影する必要があります。
基本的な撮影方法として、隣り合う写真が60%以上重なるように、対象物との距離を一定に保ちながら周りを回り込むように撮影します。
対象物の複雑さにもよりますが、必要な写真の枚数は数十枚から数百枚、場合によってはそれ以上になることもあります。
また、影が強く出ると形状の認識精度が落ちるため、曇りの日の屋外や、照明を均一に当てた室内など、光が均一に回る環境で撮影することが望ましいです。
ピントが合っていて、ブレのないシャープな写真を撮ることを心がけます。
ステップ3：ソフトウェアで3Dモデルを生成する
撮影した大量の写真をパソコンに取り込み、フォトグラメトリソフトウェアを使って3Dモデルを生成します。
ソフトウェアはまず、各写真から特徴点を抽出し、それらが他のどの写真のどの部分に対応するかを自動で解析（アライメント）します。
次に、カメラの位置と向きを特定し、3次元空間上に点群データ（ポイントクラウド）を生成。
最後に、この点群データをもとに表面を覆うポリゴンメッシュを作成し、写真から色情報を抽出したテクスチャを貼り付けることで、立体的な3Dモデルが完成します。
無料ソフトやスマートフォンアプリでもこの一連の処理が可能ですが、処理にはパソコンの性能に応じて時間がかかります。
ステップ4：生成されたモデルを調整・修正する
ソフトウェアによって自動生成された3Dモデルは、多くの場合、完璧な状態ではありません。
対象物以外の背景や地面が一緒にモデル化されていたり、形状の一部に穴が開いていたり、ノイズ（不要な凹凸）が発生していたりします。
そのため、最終的な仕上げとして、これらの不要な部分を削除したり、穴を埋めたり、表面を滑らかにしたりする調整・修正作業が必要です。
この作業は、フォトグラメトリソフトウェアに搭載されている編集機能や、別途Blenderなどの3Dモデリングソフトを使用して行います。
この工程を経ることで、よりクオリティの高い、目的に沿った3Dモデルが完成します。
フォトグラメトリを始めるために必要なもの一覧
フォトグラメトリを実践するには、いくつかの機材とソフトウェアを揃える必要があります。
基本となるのは、対象物を撮影するための「デジタルカメラ」、撮影データを処理して3Dモデルを生成する「パソコン」、そしてその処理を行うための「専用ソフトウェア」の3点です。
これらの品質や性能が、最終的に出来上がる3Dモデルのクオリティに大きく影響します。
以下で、それぞれに求められるスペックや選び方のポイントを解説します。
3Dモデル生成に耐えうる性能のパソコン
フォトグラメトリの処理、特に多数の写真から3Dモデルを生成する工程は、パソコンに非常に高い負荷をかけます。
そのため、快適に作業を行うには、一定以上のスペックを持つパソコンが必要です。
特に重要なのが、計算処理を担うGPU（グラフィックボード）で、NVIDIA社のGeForceシリーズやQuadroシリーズなど、VRAM（ビデオメモリ）容量の大きい高性能なものが推奨されます。
また、大量のデータを一度に扱うため、メモリ（RAM）も32GB以上あると安心です。
CPUもコア数が多く、クロック周波数が高いものが処理時間の短縮につながります。
ゲーミングPCやクリエイター向けPCがこれらの条件を満たしていることが多いです。
対象物を撮影するためのデジタルカメラ
フォトグラメトリで使用するカメラは、スマートフォンのカメラでも始めることは可能ですが、より高品質なモデルを目指すのであれば、解像度の高いデジタル一眼レフカメラやミラーレス一眼カメラが適しています。
画素数が高いほど、より詳細なテクスチャを持つ3Dモデルを生成できます。
また、撮影設定を細かく調整できるマニュアルモードや、編集耐性の高いRAW形式での撮影機能があると便利です。
レンズは、画像の歪みが少ない単焦点レンズが理想とされています。
ドローンに搭載されたカメラを使用すれば、建物の屋根や広大な地形など、人の手では撮影が難しい対象物もデータ化できます。
撮影データから3Dモデルを生成する専用ソフトウェア
撮影した写真から3Dモデルを構築するためには、専用のフォトグラメトリソフトウェアが不可欠です。
ソフトウェアには様々な種類があり、プロの現場で広く使われている高機能な有料ソフトとして「Agisoft Metashape」や「Reality Capture」が知られています。
一方で、初心者でも気軽に試せるオープンソースの無料ソフト「Meshroom」なども存在します。
また、一部の3Dモデリングソフトにはプラグインとしてフォトグラメトリ機能が提供されている場合もあります。
目的や予算、求めるクオリティに応じて最適なソフトウェアを選択します。
近年では、作成したデータをオンラインの3Dモデルライブラリで共有する機能を持つものもあります。
フォトグラメトリを活用するメリット
フォトグラメトリは、他の3Dデータ化手法と比較して多くのメリットを持っています。
高価な専用機材を必要としないため低コストで始められる手軽さ、写真ベースならではのリアルな質感の再現能力、そして撮影対象の規模や場所を選ばない柔軟性などが挙げられます。
これらの利点を理解することで、自身のプロジェクトや業務においてフォトグラメトリをどのように活かせるか、より具体的に検討することができるようになります。
高価な専用機材が不要で低コストに始められる
フォトグラメトリの最大のメリットは、導入コストの低さです。
高精度な3Dスキャナは何十万、何百万円もすることがありますが、フォトグラメトリであれば、すでに所有しているデジタルカメラとパソコンがあればすぐにでも始められます。
もちろん、より高品質なモデルを作るためには高性能な機材が必要になりますが、それでも専用スキャナに比べればはるかに安価に環境を構築できます。
ソフトウェアに関しても、無料で利用できるオープンソースのものがあるため、初期投資をほぼゼロに抑えることも可能です。
この手軽さから、個人や小規模なチームでも3Dコンテンツ制作に挑戦しやすい技術といえます。
現実さながらのリアルなテクスチャを再現できる
フォトグラメトリは、撮影した写真をテクスチャとして3Dモデルに貼り付けます。
そのため、対象物が持つ色合い、光沢、錆や汚れといった経年変化のディテールを、非常にリアルに再現できるのが大きな強みです。
手作業でテクスチャを作成する場合、このような複雑な質感を再現するには高度な技術と多くの時間が必要ですが、フォトグラメトリならその手間を大幅に削減できます。
このフォトリアルな表現力は、実写と見分けがつかないほどの映像を作るVFXや、没入感が重視されるゲームの背景アセット制作などで特に重宝されます。
フォトグラメトリーツール「Substance 3D Sampler」でのテクスチャ作成方法はこちら！
https://www.cadcenter.co.jp/article/cclab/cclabno22/
屋外や大型の対象物も3Dデータ化しやすい
カメラで撮影できるものであれば、その大きさや場所に制約を受けにくいのもフォトグラメトリの利点です。
3Dスキャナでは測定範囲に限界があるような、建物、史跡、巨大な彫刻、さらには山や谷といった広大な地形まで、あらゆるものが3Dデータ化の対象となります。
特にドローンと組み合わせることで、人間が立ち入れない場所や高所の撮影が容易になり、建設現場の測量や災害状況の把握など、活用の幅はさらに広がります。
スタジオに持ち込めないような大型の対象物を手軽にデジタル化できる柔軟性は、他の手法にはない大きなメリットです。
フォトグラメトリを導入する際のデメリット
多くのメリットを持つフォトグラメトリですが、万能というわけではなく、いくつかのデメリットや注意点も存在します。
特に、原理的に苦手とする種類の物体があったり、生成されるデータの寸法精度には限界があったりします。
これらの弱点をあらかじめ理解しておくことで、失敗を避け、フォトグラメトリが適した場面かどうかを正しく判断できます。
また、工夫次第でデメリットを軽減することも可能です。
光沢や透明な物体の撮影は苦手
フォトグラメトリは、複数の写真から共通の特徴点を見つけて形状を復元する技術です。
そのため、特徴点の特定が難しい物体は3Dモデル化が困難になります。
代表的なのが、ガラスのように透明で向こう側が透けて見える物体や、金属球のように周囲の景色が映り込む光沢のある物体です。
これらは見る角度によって見え方が大きく変わってしまうため、ソフトウェアが特徴点を正しく認識できません。
また、模様のない単色の壁なども、特徴が乏しいため苦手とします。
対策として、対象物にベビーパウダーや現像スプレーなどを吹き付け、光の反射を抑えて特徴点を作り出すといった前処理が行われることもあります。
正確な寸法やスケールの再現には工夫が必要
フォトグラメトリで生成した3Dモデルは、あくまで写真から推定された相対的な形状データであり、そのままでは正確な寸法を持ちません。
写真に写っている物体の大きさが不明なため、モデルが実物大なのか、それともミニチュアサイズなのかをソフトウェアが判断できないのです。
そのため、工業製品の設計や品質管理など、厳密な寸法精度が要求される用途には注意が必要です。
この問題を解決するためには、撮影時に既知の長さを持つスケールマーカーを一緒に写し込み、後からソフトウェア上でその長さを基準にモデル全体のスケールを補正する、といった工夫が求められます。
フォトグラメトリ技術はどんな分野で活用されている？事例も交えて紹介
フォトグラメトリの活用範囲は、その手軽さと表現力の高さから、多岐にわたる分野へ広がっています。
ゲームや映像制作などのエンターテインメント業界はもちろんのこと、貴重な文化財を後世に残すためのデジタルアーカイブ、建設・土木業界における測量や検査、さらには医療やEコマースの分野でも応用が進んでいます。
ここでは、具体的な事例を交えながら、フォトグラメトリが社会の様々な場面でどのように役立っているかを紹介します。
文化財や遺跡のデジタルアーカイブ化
触れることのできない貴重な文化財や、風化や災害によって失われる危険のある遺跡などを、高精細な3Dデータとして半永久的に保存する「デジタルアーカイブ」の取り組みが世界中で進んでいます。
フォトグラメトリは、対象物に直接触れることなく、非接触でデータ化できるため、こうした繊細な対象物の記録に非常に適しています。
デジタル化されたデータは、オンライン上で誰もが自由に鑑賞できるだけでなく、学術的な研究資料や、破損した際の修復・復元作業の貴重な情報源としても活用されるなど、文化財の保存と活用の両面で重要な役割を担っています。
みんなの首里城デジタル復元プロジェクト
https://www.our-shurijo.org/
2019年に発生した首里城火災を受け、沖縄県は焼失した正殿の復元に向けた取り組みを続けています。このプロジェクトの一環として、フォトグラメトリ技術を用いた「みんなの首里城デジタル復元プロジェクト」が立ち上がりました。焼失前の首里城を撮影した一般からの写真や動画を募り、これらのデータを基に首里城正殿の高精細な3Dモデルを生成しています。これにより、失われた首里城の姿をデジタル空間上に再現し、復元に向けた資料として活用するとともに、オンライン上で広く公開することで、多くの人々に首里城の歴史と文化を伝える取り組みとなっています。
3Dフィギュア
フォトグラメトリは、個人を対象とした3Dフィギュア作成にも活用されています。スマートフォンで撮影した複数枚の全身写真から、手軽に自分や家族、ペットの3Dフィギュアを制作できるサービスが登場しており、思い出を形として残す新しい方法として人気を集めています。3Dプリンターの普及により、作成した3Dモデルを実物として出力するコストが下がったことも、この分野の成長を後押ししています。
瞬撮ご来社スキャンサービス 立体造形工房
https://rittai3d.co.jp/scan02.html
「瞬撮ご来社スキャンサービス」は、株式会社立体造形工房が提供する、フォトグラメトリ技術を用いた3Dフィギュア作成サービスです。このサービスでは、来店客が専用の撮影スタジオで複数のカメラに囲まれて一瞬で撮影されることで、全身の3Dデータを取得します。このデータをもとに、高精細な3Dフィギュアを制作できます。結婚式や誕生日といった特別な記念日のプレゼントや、家族の思い出を残す新しい形として注目を集めています。
建設・土木業界での測量や進捗管理
建設土木業界では、ドローンとフォトグラメトリを組み合わせた測量が急速に普及しています。
ドローンで建設現場や広大な地形を上空から撮影し、そのデータから3次元の点群データや地形モデルを生成します。
この手法は、従来の人手による測量に比べて、短時間で広範囲のデータを安全かつ低コストで取得できるという大きな利点があります。
生成された3Dモデルは、起工前の現況把握、工事の進捗管理、土量の計算、設計データとの比較による施工精度の確認など、建築土木工事のあらゆる工程で活用され、生産性向上に貢献しています。
ECサイトで商品を360度確認できる3Dビュー
オンラインショッピングにおいて、顧客が商品を手に取って確認できないという課題を解決するため、フォトグラメトリが活用されています。
スニーカーやバッグ、家具といった商品の3Dモデルを作成し、ECサイトに掲載することで、ユーザーはマウスや指で商品を自由に回転させ、あらゆる角度からデザインや質感を確認できるようになります。
静的な写真だけでは伝わりにくい商品の全体像や細部のディテールを直感的に把握できるため、顧客の購買体験が向上し、ミスマッチによる返品率の低下にもつながります。
これにより、オンラインでの販売促進に貢献する技術として注目を集めています。
まとめ
フォトグラメトリは、複数の写真から3Dモデルを生成する技術であり、デジタルカメラとパソコンがあれば低コストで始められる手軽さが大きな魅力です。
写真を用いるため、対象物のリアルな質感を再現することに長けており、ゲーム制作や映像分野で広く活用されています。
また、屋外の大型構造物や地形のデータ化も得意とし、建設業界や文化財のデジタルアーカイブにも応用が広がっています。
一方で、光沢のある物体や透明な物体のスキャンは苦手とし、正確な寸法を再現するには工夫が必要です。
これらのメリットとデメリットを理解し、様々な分野の活用事例を参考にすることで、自身の目的に合った効果的な利用が可能となります。
キャドセンターではフォトグラメトリを活用した3D空間の構築、コンテンツ制作を行っています。ぜひお気軽にお問い合わせください。
