2D 画像を使用した 3D データの作成

画像の探索

ドローンのミッションが完了し、ヴェルトッセのオフィス ビル開発に関する一連の画像を受け取りました。 ドローンが撮影した画像は、圧縮されたファイル フォルダーにオンラインで格納されています。 フォルダーをダウンロードして、いくつかの画像を確認します。

  1. Drone_images zip ファイルをダウンロードします。
  2. コンピューター上で、ダウンロードしたファイルを選択します。
    注意:

    お使いの Web ブラウザーによっては、ファイルをダウンロードする場所を選択するよう求めるメッセージが表示される場合があります。 ほとんどのブラウザーでは、デフォルトでコンピューターのダウンロード フォルダーがダウンロード先の場所になります。

  3. そのファイルを右クリックして、簡単にアクセスできる場所に展開します (ドキュメント フォルダーなど)。
  4. 展開したフォルダーを開きます。

    ドキュメント フォルダーのコンテンツ

    フォルダーには 36 の画像が格納されています。 処理に進む前に、いくつかの画像を調べてみましょう。

  5. 最初の画像である [DSC00153] をダブルクリックして、コンピューターのデフォルトの画像ビューアーで開きます。

    新しいオフィス ビル

    この画像には、開発中のオフィス ビルが表示されています。 このビルの建設は完了しているように見えます。そのため、完成した構造物に極めて近い画像をビルの関係者に提示することができます。

  6. この画像を閉じます。 他のいくつかの画像を開いて、表示されている内容を確認します。

    複数の角度から見たオフィス ビル

    画像では、同一のビルが異なる角度で表示されています。 これらの画像は傾斜タイプです。

    注意:

    一般的に、ドローンは、直下方向 (Nadir) と斜め方向 (Oblique) の 2 種類の画像を撮ることができます。 どちらの種類の画像も、GIS マッピングに使用できますが、それぞれ異なるタイプのデータセットを生成します。 天底の画像を使用して、2D オルソ画像を作成できます。これは、領域を一定スケールで表示し、ゆがみが最小になる航空写真です。 オルソ画像は、つなぎ合わせてより大きなオルソモザイクにすることができ、画像ベースマップはこのオルソモザイクから作成されます。

    さきほどダウンロードした画像のような斜体画像は、3D 点群の作成に使用できます。この点群では、サーフェスを 3D 空間に描画するために何千というポイントが使用されます。 次に、点群を使用して、3D メッシュを作成できます。3D メッシュは、ポイントを三角形に結んで、エリアを表す現実感のある 3D ダイアグラムを形成します。 最終的な結果として、ナビゲート可能な 3D シーンが得られます。

  7. 開いている画像を閉じます。

このセクションでは、ドローンによって作成された傾斜画像をダウンロードして探索しました。

プロジェクトの作成

次に、ArcGIS Drone2Map でプロジェクトを作成し、マップにドローンの画像を追加します。

  1. ArcGIS Drone2Map を開きます。
    注意:

    Drone2Map がない場合、ArcGIS の無料トライアルにサイン アップできます。

  2. ライセンスされた ArcGIS アカウントを使用してサイン インします。
    注意:

    ArcGIS Pro または ArcGIS アカウントがない場合、ArcGIS の無料トライアルにサイン アップできます。

    アプリケーションの [新しいプロジェクトの作成] ウィンドウが開きます。 プロジェクトに使用するプロジェクト テンプレートを、[2D 高速][2D マッピング][3D マッピング][検査][バッチ処理] の 5 つから選択できます。 テンプレートごとに、異なるタイプの出力が作成され、クリックすると詳細を学習できます。

    点群およびテクスチャ処理されたメッシュを生成する [3D マッピング] テンプレートは、このレッスンでナビゲーション可能なビルの 3D シーンを作成するときに使用します。

  3. [プロジェクト テンプレートの選択] で、[3D マッピング] をクリックします。

    プロジェクト テンプレートの選択

    注意:

    テンプレートのリストの横にあるテキストと画像が変化し、選択したテンプレートの詳細な説明が表示されます。 すべてのテンプレートは、リスト内でクリックすると、その詳細情報を確認できます。

  4. ウィンドウの下部にある [次へ] をクリックします。
    注意:

    [次へ] ボタンを表示するために、ウィンドウのサイズを下方に拡張するか、ウィンドウを最大化する必要がある場合があります。

    次に、プロジェクトのパラメーターをいくつか指定して、プロジェクトで使用する画像を選択します。

  5. [プロジェクトの名前を入力] で、「Building Development Project」と入力します。

    プロジェクトの名前を入力

    プロジェクト データを保存するコンピューター上の場所を選択することもできます。 デフォルトの出力場所を変更するには、[参照] ボタンをクリックします。 次に、画像をプロジェクトに追加します。 画像を個別に追加するか、フォルダーをアップロードして追加できます。

  6. [フォルダーの追加] をクリックします。

    フォルダーの追加

    [画像フォルダーの参照] ウィンドウが開きます。

  7. 使用する画像を含む [Drone_Images] フォルダーを参照し、クリックして選択します。 [OK] をクリックして、フォルダー内の画像を画像のリストに追加します。

    追加した画像のリスト

    各画像に、[Lat [Y]][Long [X]]、および [Altitude [Z]] 属性が示されます。それぞれ、緯度、経度、高さに対応します。 これらの地理的属性は、マップ上での画像の位置を特定できるように、各画像の撮影時にドローンによって格納されたものです。

  8. [作成] をクリックします。

    しばらくすると、プロジェクトが作成され、画像がマップに追加されます。各画像は青色のポイントで示されます。

    フライト パスを示す青色のポイントが表示されたプロジェクト

    ポイントがオレンジ色の線でつながれます。 これらのラインは、ドローンが画像を撮影するために通ったフライト パスを表します。 フライト パスと画像は、ドローンがビルの周囲の軌道を描いて移動したことを示しています。

    組織の設定に応じて、ベースマップは異なる場合があります。 上の画像例に一致するようにベースマップを変更します。

  9. 必要に応じて、マップの上にあるリボンの [ホーム] タブの [レイヤー] グループで、[ベースマップ] をクリックして [衛星画像ハイブリッド] を選択します

    ベースマップを変更する。

    ドローン画像自体はマップ上に表示されません。 表示される画像は [衛星画像ハイブリッド] ベースマップから取得された画像であり、ドローン画像よりもはるかに低い解像度が低い画像です。

    これらの画像がマップ上に適切に配置されていることを確認するために、周囲のエリアを拡大表示します。

  10. マウス ホイール ボタンを使用して、マップ上に [Etterschlag] ラベルと [Waldbrunn] ラベルが表示されるまで拡大します。

    マップ上の Etterschlag ラベルと Waldbrunn ラベル

    さらに縮小すると、マップ上の [Wörthsee] ラベルを確認できます。 Etterschlag と Waldbrunn はヴェルトッセという地方自治体内の地域です これらの画像は正しく配置されているように見えます。

  11. [コンテンツ] ウィンドウの [プロジェクト データ] で、[画像] を右クリックして [レイヤーの全体表示] を選択します。

    レイヤーにズーム

    マップが、青色のポイントから成る円に元どおりズームします。

このセクションでは、Drone2Map でプロジェクトを作成し、マップにドローンの画像を追加しました。

3D プロダクトの生成

これで、プロジェクトの準備が整ったので、画像を処理して 3D テクスチャ メッシュと 3D ポイント クラウドを作成します。 最初に、必要な処理パラメーターを指定します。

注意:

ドローン画像は部分的に重なるため、Drone2Map はいくつかの計算をバック エンドで実行して 3D 情報を抽出します。 このプロセスは、Structure from Motion 手法を使用します。

  1. リボンの [ホーム] タブの [処理] グループで [オプション] をクリックします。

    処理オプション ボタン

    [オプション] ウィンドウが表示されます。 [3D プロダクト][初期][密度] というプロジェクトに関連する 3 つのパラメーターのタブを確認します。

    注意:

    指定するパラメーターとコンピューターのリソースによっては、処理時間がおよそ 5 分から 1 時間かかることがあります。 独自のデータを処理するときは、通常、高品質の処理を使用して、最終のデータ プロダクトを生成したいと考えます。 ただし、このレッスンの実施時間を短縮するために、処理時間を短縮するパラメーター値を指定します。

  2. [オプション] ウィンドウで、[初期] タブをクリックします。

    最初に、[キーポイント画像の縮尺] 設定を選択します。 キーポイントは、画像の処理中に生成されるポイントで、画像内の一意の場所を表します。 一般に、画像ごとに何千というキーポイントが生成されます。 別々の画像内の同じエリアを表すキーポイントは、タイポイントと呼ばれ、このキーポイントを照合することで、画像が重なり合っている場所を特定します。 [キーポイント画像の縮尺] パラメーターは、どれだけ多くのキーポイントが生成されるかを指定します。

  3. [キーポイント画像の縮尺] で、[高速] を選択します。

    [高速] に設定された [キーポイント画像の縮尺]

    次のパラメーターである [画像ペアのマッチング] は、どの種類の画像ペアがキーポイントと照合されるかを定義します。 [航空グリッドまたはコリドー] は、グリッドまたはコリドー (つまり直線) に沿ったフライト パスを含むプロジェクトに使用するのが最も適しています。 [自由飛行または地上画像] は、特定のビルまたは地理フィーチャの周りを回るフライト パス (このプロジェクトの場合) に使用するのが最も適しています。

  4. [画像ペアのマッチング] で、[自由飛行または地上画像] が選択されていることを確認します。

    自由飛行または地上画像

    最後に [照合方法] で、[ジオメトリ検証済みマッチングを使用] がオンの場合、補助プロセスが画像のジオメトリをチェックして、一致が正確であることを確認します。 このプロセスを実行するにはより多くの時間がかかるため、このレッスンでは使用しません。

  5. [照合方法][ジオメトリ検証済みマッチングを使用] がオフになっていることを確認します。

    照合方法

  6. [密度] タブをクリックします。

    この一連のパラメーターは、点群内に作成されるポイントの数を定義します。

    [画像の縮尺] パラメーターは、元のドローンの画像から作成されるコンポジット画像の縮尺を定義します。 画像の縮尺が小さいほど、ポイントの処理が高速化されますが、精度は低下します。ここでは、デフォルトの縮尺をそのまま使用します。

    [ポイント密度] パラメーターは、点群内の面積あたりのポイント数を定義します。 ポイント密度が低いほど、計算が大幅に高速化されるため、このパラメーターを変更します。

  7. [ポイント密度][最適] から [低密度 (高速)] に変更します。

    低密度 (高速) に設定されたポイント密度

    [最小一致数] パラメーターは、3D ポイントとして点群に追加するために各キーポイントが表示しなければならない画像の数を定義します。 最小数が少ないほど、3D ポイントの数は増加しますが、出力される点群に、より多くのノイズとアーティファクトが生じることになります。 デフォルト値の 3 は推奨値であるため、この値はそのままにしておきます。

    [ポイント クラウドの密度] パラメーターは、キーポイントの照合に使用されるグリッドのサイズをピクセル単位で定義します。 このパラメーターには、直下方向の画像に適している [7x7 ピクセル] と、斜め画像に適している [9x9 ピクセル] の 2 つのオプションがあります。 取得した画像は斜め画像であるため、このパラメーターを変更します。

  8. [ポイント クラウドの密度][9x9 ピクセル] に設定されていることを確認します。

    9x9 ピクセルに設定されたポイント クラウドの密度

  9. [3D プロダクト] タブをクリックします。

    最初に、点群出力用のファイル タイプを選択します。 [LAS] は、ArcGIS の点群用の標準ファイル タイプです。 これを選択します。

  10. [ポイント クラウドの作成] で、[LAS] がオンに、それ以外のオプションがオフに設定されていることを確認します。

    [LAS] がオンに設定された [ポイント クラウドの生成]

    次に、3D テクスチャ処理されたメッシュの出力ファイル タイプを選択します。 シーン レイヤー パッケージ ([SLPK]) ファイル形式は ArcGIS で開くことができ、また ArcGIS Online で共有できるため、目的に適した選択肢です。 次の形式 [OBJ] は、3D グラフィックス用に広く受け入れられているファイル形式であり、さまざまな種類のアプリケーションで開くことができます。 また、このファイル タイプは、シーン レイヤー パッケージの主要コンポーネントでもあるため、シーン レイヤー パッケージを作成するには、このオプションをオンのままにしておく必要があります。

  11. [テクスチャ メッシュの作成] で、次の値を選択します。
    • [マルチ LOD メッシュ] で、[SLPK] だけがオンになっていることを確認します。
    • [シングル LOD メッシュ] で、[OBJ] をオンにします。

    テクスチャ メッシュの作成

    解像度とカラー調整を決める残りの設定には、デフォルト値をそのまま使用します。 これらのパラメーターの詳細については、ArcGIS Drone2Map ヘルプをご参照ください。

  12. [OK] をクリックします。

    パラメーターが適用されます。 これで、処理を開始する準備ができました。

  13. リボンの [処理] グループで、[開始] をクリックします。

    開始ボタン

    処理が実行されます。 この処理の終了にはおよそ 5 分かかります。 アプリケーションの最下部にあるステータス バーには、処理が実行されている間の進行状況が記録され、処理が完了したときに通知が示されます。

    ステータス バー

このセクションでは、ドローン画像を処理して 3D プロダクトを作成しました。

3D プロダクトの探索

ここでは、少し時間を割いて、生成した 3D プロダクトを探索します。

  1. デフォルト ビューである [2D マップ] に表示される [LAS ポイント クラウド] を確認します。

    2D で表示された LAS ポイント クラウド。

    これにより、生成した 3D プロダクトの最初の理解を得られます。 ただし、3D ビューで確認するとさらに興味深いものになります。

  2. マップ ビューアーで [3D マップ] をクリックします。

    3D マップタブ

    [3D マップ] で、テクスチャ [メッシュ] を確認できます。

  3. 対象のビルを見やすくするために、マウス ホイール ボタンを使用して拡大します。

    ビルの 3D メッシュ

  4. マップ上の [マップ操作] ツールで、[フル コントロールの表示] をクリックして、ツールを展開します。

    フル コントロールの表示ボタン

  5. メッシュを調べます。 [マップ操作] ツールの内側のリングを使用して、傾斜や回転を行います。 マウスでドラッグして、画面移動します。

    マップ操作ツールの内側のリング。

    この 3D メッシュには、元のドローンの画像で表示されていたように、ビルの正確な表現が示されています。 もっと近くまでズームすると、テクスチャの粗さが目立つようになりますが、精度を向上させる処理パラメーターを使用すると、これらのテクスチャが滑らかになると考えられます。 関係者にとって、このメッシュは、一連の画像とは対照的に 3D 設定ではビルがどのような外観になるかについてのより適切な判断材料になります。

    次に、3D シーンで [LAS ポイント クラウド] を調査します。

  6. [コンテンツ] ウィンドウの [3D プロダクト] で、[メッシュ] をオフにし、[LAS ポイント クラウド] をオンにします。

    LAS ポイント クラウド オプション

    [3D マップ] タブで、3D メッシュが点群に置き換えられます。

  7. マウスまたは [マップ操作] ツールを使用して、点群内を移動して調査します。

    点群を調査します。

  8. 点群の個々のポイントが表示されるまで拡大します。

    点群の個々のポイント

  9. いくつかのポイントをクリックして、ポップアップ ウィンドウにそのポイントに関する情報 (標高や座標など) を表示します。

    ポップアップ

  10. ポップアップを閉じます。

    点群形式は、ビルの利害関係者へのデモとして直接役立つわけではありません。 ただし、ArcGIS Pro などの GIS アプリケーションで、無数の分析の出発点となります。

    次に、コンピューター上の 3D プロダクトを特定します。

  11. コンピューターのファイル ブラウザーを開き、[Building Development Project] フォルダーを参照します。
    注意:

    このフォルダーは、プロジェクトを作成したときに作成されました。 デフォルトでは、このフォルダーは [ドキュメント] フォルダー内の [Drone2Map][Projects] の下に置かれています。

  12. [Building Development Project][Products] フォルダーを開いてから、[3D] フォルダーを開きます。

    [3D] フォルダーには、「Building Development Project」で作成したすべての 3D プロダクトが格納されています。 [メッシュ][SLPK][OBJ] プロダクトを含み、[PointCloud] は LAS ポイント クラウド ファイルを含みます。

    メッシュと PointCloud を含む 3D フォルダー

  13. コンピューターのファイル ブラウザーを閉じ、Drone2Map に戻ります。
  14. クイック アクセス ツールバーで、[保存] をクリックして、プロジェクトを保存します。

    保存ボタン

このセクションでは、2D と 3D で生成し視覚化した 3D プロダクトを調査しました。

オンラインでの 3D シーン レイヤーの共有

ここで、Drone2Map のシーン レイヤー パッケージを ArcGIS Online に公開します。 これにより、そのデータをビルの利害関係者と簡単に共有できます。

  1. リボンの [共有] タブの [共有] グループで [シーン レイヤー] をクリックします。

    シーン レイヤーボタン

    [シーン レイヤーの共有] ウィンドウでは、どのデータ プロダクトを共有するかを選択でき、メタデータと共有プロパティを変更できます。

  2. [シーン レイヤーの共有] ウィンドウで、次のパラメーターを入力します。
    • [レイヤー][メッシュ] をオンにします。
    • [タイトル] に「Building Development Project」と入力し、名前が組織内で一意になるように、自分の名前またはイニシャルをデフォルト名の末尾に付加します。
    • [フォルダー] で、ArcGIS Online アカウント内でシーン レイヤーの保存先にするフォルダーを選択できます (デフォルトは [マイ コンテンツ])。
    • [説明] に、「The newly constructed Worthsee office building」と入力します。
    • [タグ] で、「Bavaria, Germany, office building」をタグのリストに追加して、Enter キーを押します。
    • [グループ] で、シーン レイヤーをすべてのユーザーと共有するか、組織のメンバーと共有するか、特定のグループのメンバーと共有するかを選択します。

    シーン レイヤーの共有ウィンドウ

  3. [共有] をクリックします。

    シーン レイヤー パッケージおよび対応するシーン レイヤーが、自分の ArcGIS Online アカウントに公開されます。 しばらくすると、公開が完了したことを確認するメッセージが表示されます。

  4. [消去が完了しました] をクリックします。

    消去が完了しましたボタン

  5. Ctrl + S を押して、プロジェクトを保存します。

    これで、公開した 3D シーンが ArcGIS Online に表示されます。

  6. ArcGIS Online に移動し、サイン インします。 上部のバーで、[コンテンツ] をクリックします。
  7. [Building Development Project Mesh] シーン レイヤーを参照し、クリックしてそのシーンの情報ページを開きます。

    コンテンツにリスト表示された Building Development Project Mesh シーン レイヤー

  8. [Scene Viewer で開く] をクリックします。

    Scene Viewer で開くボタン

    3D シーンが表示され、それに含まれるレイヤーが表示されます。 3D シーン レイヤーを調査します。

  9. ナビゲーション ツールを使用して、[画面移動][回転] を切り替えます。 または、クリック、右クリック、ドラッグ、マウス ホイール ボタンを使用して、画面移動、ズーム、傾斜、回転を行います。

    画面移動ボタンと回転ボタン

    Web シーンでは、3D でビルの詳細の拡大して確認することができます。 これで、ビルの利害関係者と共有できるようになりました。

    3D のビルの詳細

    次の手順として、レイヤーと情報をシーンにさらに追加したり、組み込みスライドを作成してシーンの興味深い側面を強調したりすることができます。 これらの機能を探索するには、「Scene Viewer の開始」のレッスンをご参照ください。

このレッスンでは、ドローン画像から 3D データ プロダクトを生成しました。 その後、シーン レイヤーを ArcGIS Online に公開して、関係者と共有しました。 今後の解析のために、ArcGIS Pro または他のアプリケーションで開くことができる LAS ポイント クラウド データセットもあります。

同様のレッスンについては、「画像およびリモート センシングの概要」ページをご参照ください。