初心者のためのLiDARによる点群生成の解説

ますます多様化する LiDAR テクノロジーにより、誰でも簡単に周囲の環境をマッピングできるようになりました。これはLiDARの初心者にさまざまな機会を提供しますが、測量者は点群を理解する必要があります。点群とはどんなもので、どのように作成され、どのように使用されるのでしょうか？

この記事では、点群に関するよくある質問と必要な情報をご紹介します。

点群とは？

点群は、3D レーザースキャナーを使用して 3D 空間にプロットされたデータの点の集合です。例えば、建物をスキャンする場合、各仮想点は、壁、窓、階段、金属細工、またはレーザービームが接する任意の表面上の実際の点を表します。

点群にはどのような計測値が含まれていますか？

スキャナーは、レーザービームによって生成された垂直角と水平角度を自動的に組み合わせて、X、Y、Z座標の位置を計算します。各点は、多くの場合RGBで保存された色値と明度を含む3次元座標計測値のセットを生成します。

点群は現実世界を明確に表現していますか?

点の密度が高いほど、表現がより詳細になり、小さな要素やテクスチャーのディテールが明確になります。点群を拡大すると、小さな点が3Dモデル全体を構成しているのがわかります。エリア内の点が多いほど、スキャンされた環境がより鮮明に可視化されます。

点群スキャンとは？

点群スキャンは、3Dレーザースキャナーを使用してさまざまな点を取得し、任意の領域を計測するプロセスです。点群は、モバイルマッピング機器、固定のLiDAR、またはLiDAR対応のスマートフォンを使用して迅速に生成できます。

点群の作成方法は？

レーザースキャナーで対象物や環境をスキャンし、データを処理するだけで点群が生成されます。

固定スキャン

地上型レーザースキャナー（TLS）を使用した固定スキャンは、通常三脚に取り付けた状態で行います。点群は、マッピングされた領域のすべての角度がカバーされるように、オーバーラップしながら一連の位置をスキャンすることによって生成されます。後処理段階では、個々のデータセットが統合されて 1 つの正確な点群が作成されます。

モバイルマッピング

モバイルマッピングでも同様の結果が得られますが、精度は低下します。TLSとは異なり、モバイルマッピングは移動しながらスキャンを行います。モバイルベースのスキャンは、ハンディタイプでも車両やドローンに搭載しても、動いているときに最も効果を発揮します。単一の点群は、後処理の結果であるか、または両方のスキャンの重複する場所を基準点としてスキャンするときに自動的に結合される、より大きなスキャンの結果です。

点群の作成にはどのくらいの時間がかかりますか？

スキャンが必要な対象や、使用しているスキャナーの種類によって異なります。

速度

スキャンに必要な要件が迅速で混乱が少ないことであれば、モバイルマッピングソリューションが理想的です。精度にわずかな犠牲を伴いますが、通常は最大6mmの精度で点群が生成されます。これは、スピード、安全性、作業の中断がないことがスキャンの成功の鍵となる、鉱山のような環境に最適です。

測定精度

静的ベースのソリューションが精度面で最も優れており、ほとんどのソリューションで1mm以下の精度が得られます。TLSから生成される点群は、建築、エンジニアリング、建設、オペレーション（AECO）やBIMのような、より詳細なレベルを必要とする業界に最適です。

再現性のための必要条件がある場合、モバイルマッピング機器とTLSの点群の組み合わせが解決策となります。

点群の視覚化

点群は完全な3D形式であるため、どの角度からでも見ることができます。必要に応じて、オブジェクトや部屋など、点群の任意の部分を任意の角度から表示できます。さらに、点群を視覚化するにはさまざまな方法があります。その中には、以下のようなものがあります。

明度

明度値は通常、LiDARセンサーに依存し、レーザービームが返す強度によって点群のどの部分が他よりも明るいかを識別します。これは、道路標識や反射ターゲットなど、点群の一部を簡単に識別できるようにするのに適しています。

標高

標高は、点群内の点の高さに基づいてデータを分類します。多くの場合、徐々に色が変化して表されます（赤は最高点、青は最低点を表します）。標高は、表示されている環境にコンテキストを与えるのに最適で、数値標高マップ（DEM）にも最適です。

RGB

色付けされた点群を見ると、寸法計測とRGB値の両方が表示されています。その結果、点群が3D写真のように見えるため、ユーザー（初心者も経験者も）が点群をより適切に理解できるようになります。

使用すべき点群形式は？

さまざまなスキャナーが複数の形式で生データを生成し、ソフトウェアごとにエクスポート機能が異なります。出力形式は、データ要件とそれを必要とするユーザーによって決まります。データを長期間保存したい場合は、点群をASCIIファイルとしてパッケージ化するのがおそらく最善でしょう。その他の一般的な形式は、LAS、PTS、PTX、XYZ、Fast Binaryです。

一部のデータは、ユニバーサルファイル形式（LAZ/LAS/PLY/TXT/e57）で動作するソフトウェアと互換性があります。このようなタイプのソフトウェアの例としては、マイニングソリューション用のDeswickや建物情報モデリング用のRevitなどがあります。

この知識を身に付けて、3Dレーザースキャニング技術を取り入れることを学んでいただければ幸いです。点群の作成は簡単でシンプル、誰でも作成できます。