点群データとは?活用事例や取得方法・3Dモデルにする方法を解説



近年、建設業・製造業を中心に広まりつつある概念の「点群データ」。業務の効率化の観点から、導入を検討している方も多いと思います。この記事では、そんな点群データに関して、そもそもどのようなものなのか、またどのように活用することができるのかについて解説をしていきます。

点群データとは

点群データとは、座標情報(x,y,z)と色情報(RGB)を所有した点の集合データのことを指します。

点群出典:静岡県PCDB

上の画像は、一見画質が荒い航空写真のように見えるかもしれません。しかしこれこそが、航空ドローンで取得した点群データを使い、静岡のとある街並みを再現したものです。



点群出典:静岡県PCDB

画像を拡大してみると、確かに無数の点によって、この街並みが構成されていることがわかります。
※この点群データはTwinmotionでインポートしました。

このように街並みや地形なども、最新の状態を点群データ化することによって、防災やインフラの整備などに活用されるようになりました。
国土交通省も点群データの提供を開始するなど、現在注目を集めています。

点群データのメリット

点群データとは何かわかったが、いまいち活用イメージがわかない、どのような良さがあるのかわかない方も多いのではないでしょうか。
ここからは、点群データを利用するメリットを紹介していきます。

デジタルデータとして活用できる

座標情報(x,y,z)と色情報(RGB)を持っている点群データは、さまざまな分野で活用が期待されています。自治体、建築業、土木業、製造業のみならず医療業界や重要文化財での利用など、幅広い分野での運用が始まっています。

計測を素早くできる

2つ目のメリットは、計測時間を短縮できるということです。点群データは航空ドローンや車など、さまざまな手段で計測できます。機材の運搬や交通規制など、測量にかかるさまざまな手間が省けるので、計測作業の短縮に期待ができます。また、災害地や断崖絶壁など、人が立ち入るのが難しい場所でも、無人ヘリコプターやドローン搭載のスキャナーを用いて、人を危険にさらすことなくデータ収集が出来ることは大きな利点です。

3Dシミュレーションができる

3つ目のメリットは、点群データを利用することで3Dシミュレーションができる点です。
点群データは、点群編集処理ソフトでの作図や3Dモデル化、またはモデリングソフトで点群データを基にした3Dモデル作成などができ、それを利用して3DシミュレーションやVR体験が可能です。
ビジュアライゼーションソフト、Twinmotionでは点群データを使ったVR体験ができます。

Twinmotion 弊社公式サイト

2D図面の作成もできる

最後に紹介するメリットは、2D図面の作成もできる点です。対応したソフトを使用すれば、点群データから線を抽出したりトレースをして2D図面の作成もできます。
3D・2Dを場合によって使い分けできるというのも、点群データの大きなメリットです。

点群データの取得方法

点群データを実際に使用してみようと思ったときに、どのようにすればデータを取得できるか気になりますよね。点群データを取得するには、大きく分けて以下の3つの方法があります。

  • ●航空型のドローンによるレーザー測量
  • ●地上設置型の3Dレーザースキャナーを利用した計測
  • ●移動型のレーザースキャナーを搭載した車を利用した計測=MMS(モービルマッピングシステム)

航空型のドローンによるレーザー測量

まず1つ目の方法は、航空型ドローンを利用したレーザー測量です。ドローン下部にレーザースキャナーを搭載し、光を射出・返ってくるまでの時間を計測して、立体的な地形データを作成します。
作業人数も少なく済み、森林地帯や災害区域なども安全にかつ精度高く測量できるのが特徴です。このことから、主に大規模な土木・建築・災害査定の際に利用されています。

地上設置型の3Dレーザースキャナーを利用した計測

続いての方法は、地上設置型のレーザースキャナーで計測する方法です。こちらも基本的な仕組みはドローンと同様に、スキャナーから射出される光の位相や時間をもとに、データを取得しています。
測量したいポイントに対してコーナーキューブやレトロリフレクタと呼ばれるターゲットを設置し、そのターゲットをスキャンすることで測量を行います。正確なデータを取得するためには、これらの機械を移動しつつ繰り返し測量を行う必要があるため、計測には少々時間が掛かりがちです。
主に道路や橋梁の測量に用いられています。

移動型のレーザースキャナーを搭載した車を利用した計測=MMS(モービルマッピングシステム)

紹介した方法で取得した点群データは、そのままの状態では、ただの座標情報・色情報を持った点の集合体でしかありません。
そこで点群データをコンピューター上でモデリングするためには、以下のフローでCADデータ化する必要があります。

  1. データの合成
  2. ノイズの除去
  3. メッシュデータに変換
  4. サーフェスデータに変換

点群データは複数の箇所からスキャンを行いデータを取得するので、取得したままの状態ではデータがバラバラの状態になっています。まずはその複数のデータを1つの点群データにするために、データの合成を行います。

データの合成が完了したら、続いての作業はノイズの除去です。3Dスキャナーでは、データを取得する際に対象物以外のデータも合わせて取り込んでしまいます。より正確にデータを再現するためにも、不要なデータを除去しなければなりません。

ノイズの除去が終わったら、メッシュデータに変換をしていきます。メッシュデータに変換するためには、点群データの点同士を線で繋ぎ合わせてできた面で対象物の3Dモデルを形作っていきます。この時点で生成されるモデルは、点同士を線で繋ぎ合わせたものなので、カクカクとした形状になっているのが特徴です。

最後にサーフェスデータへの変換を行います。この作業では、カクカクした形状のメッシュデータの表面に曲面を再現することで、なめらかな3Dモデルへと変換していきます。これにより、メッシュデータのより精密な3Dモデル化が可能になるのです。

以上のように点群データを変換していくことで、CADデータとして読み込み、点群編集処理ソフトなどを使うことでモデリングや編集ができるようになります。

点群データを合成・3Dモデル化するには「Scan Essentials」がおすすめ

ここまで点群データの変換方法を解説しました。また、点群データの編集をするためには専用のツールが必要です。
そのときにおすすめなのが、SketchUp Studioに付属している「Scan Essentials」です。

Scan Essentialsは、3DモデリングのソフトウェアであるSketchUp のプラグインです。これを利用することで、SketchUpに点群データをインポートできます。
インポートできる点群データは、E57・RWP・LAZ・LAS・TZF・PLYです。

Scan Essentialsを活用することにより、点群データと3Dモデルの合成や、点群データを参照しながらのモデリングがSketchUpでできるようになります。点群データの利用を検討している方は、ぜひScan Essentialsを利用してみてください。

Scan Essentialsに関して詳しくはこちら

点群データの活用事例

最後に、点群データの活用事例について解説していきます。

リバースエンジニアリング

スキャナーで既存製品の点群データを取得し、3Dモデル化することで、既存の製品を分解・解析し、仕組みや構造・技術などを明らかにすることを、リバースエンジニアリングといいます。自社製品の再開発・改良や、競合製品の分析に役立てることが可能です。

地形測量

地形を点群データとして取得し、そのデータを用いて3Dシミュレーションすることで、インフラの整備や建築物設営の検討に役立てられています。
地形測量を行う際には、近年はドローンやMMS(モービルマッピングシステム)で地形データをスキャンすることも多くなり、効率的に、かつ、安全に測量ができるようになりました。

災害査定

災害査定とは、台風や地震などの災害時に補助金の交付額を決めるため、被害にあった場所の調査・その規模の確認をすることを指します。
災害にあった箇所の点群データを取得し、被害現場を再現することで、より精密に状況を把握することに役立てられています。
また以前は人の手で測量が行われていましたが、昨今はドローンによる測量が普及しており、測量の効率化、および安全性の確保ができるようになりました。

有形文化財のデジタルアーカイブ化

デジタルアーカイブとは、デジタル技術を用いて作成されたアーカイブのことを指します。
美術品や建築などの有形文化財は、保存をどれだけ厳重に行っていたとしても、年月の経過により風化し、最終的には壊れてしまうことも多くなります。
そのような有形文化財を点群データとして取得し、デジタルアーカイブとして残しておくことで、後世に優れた遺産を継承していくことに役立てられています。

工場設備配置の検討・保全

老朽化した工場を点群データにしてモデリングすることで、設備の配置換えや復元の参考にできます。点群データを利用することで、配線や設備で複雑になりがちな工場でも、素早く・精度高く3Dの図面を作成できるのが特徴です。

点群データを活用して業務の効率化を実現しよう

点群データは、座標情報と色情報を持った点の集合データであり、これを利用することで地形や構造物などの精度の高い3Dモデルの制作が可能になります。点群データ化することでさまざまな検証を行ったり2Dの図面の作成も行えたりと、業務のさまざまな面で効率化を図ることができます。また点群データから3Dモデルを作成する際には、SketchUp Studioに付属しているプラグイン「Scan Essencials」がおすすめです。LAS、LAZ、E57 などのファイル形式をサポートしており、データのインポートからモデルの作成まで、初心者の方でも取り組みやすいでしょう。

Scan Essentialsの機能紹介ページはこちら

ブログ記事に戻る