点群処理とは、点の集合体である点群データを整理・解析・加工し、土木や建設現場の測量や施工管理、重要文化財の保護などに役立てる技術です。
近年では、従来の2D測量や写真だけでは捉えきれない複雑な現況を、3D測量によって短時間かつ詳細に取得できるようになりました。取得直後の点群データは誤差やノイズを含むため、実務で活用するためには点群処理の工程が欠かせません。
しかし、実際に導入しようとすると、
「どんな流れで処理するのか分からない」
「実際にどんな場面で活用できるのかイメージできない」
「高額なソフトやパソコン投資が必要なのでは？」
といった疑問や不安を抱える方も多いのではないでしょうか。
そこで本記事では、点群処理の基本から導入手順、建設現場での活用事例、そして失敗しないためのポイントまで、わかりやすく解説します。ぜひ参考にしてください。
点群処理とは
点群処理とは、レーザースキャナーやフォトグラメトリといった方法で取得した点群データを、整理・解析・加工する技術を指します。
点群データには、3次元の座標情報（X, Y, Z）と色情報（R, G, B）が含まれており、無数の点が集まることで地形や建築物、構造物を再現しています。
ただし、取得直後の点群データには、座標位置の誤差が生じていたり、乱れたデータが含まれていたりするため、そのままでは正確性に欠ける可能性があります。
そのため、点群データを専用ソフトで処理することで、精度の高い3Dモデルや測量結果が得られるのです。
点群データの主な取得方法
点群処理で使用する点群データは、主に2種類の取得方法があります。ここでは、点群データの取得方法と具体的な機材の種類について解説します。
【点群データの主な取得方法】
- レーザースキャナー
- フォトグラメトリ
レーザースキャナー
レーザースキャナーとは、レーザーを対象物に向けて照射し、その反射光が戻るまでの時間差から距離を計測することで、3Dモデルを生成する方法です。
代表的な計測方式のひとつにLiDAR（Light Detection and Ranging）があり、航空測量やモバイルマッピングシステム（MMS）、スマートフォン搭載センサーなどの多様な機材に応用されています。
レーザースキャナーの強みは、距離・位置測定における精度の高さと、昼夜や明暗に左右されにくい点です。
一方で、鏡面や水面といった反射率が極端に高い・低い対象物や、強い雨・雪・霧といった気象条件では、レーザーが錯乱してノイズが発生する可能性があります。
レーザースキャナーで使用する主な機材は以下のとおりです。
| 機材種類 | 特徴 |
|---|---|
| ドローン（UAV） | 近距離の上空から特定箇所を効率的に計測でき、小回りが利く |
| 地上設置型3Dレーザースキャナー | 三脚に設置して高精度な静止計測ができる |
| モバイルマッピングシステム（MMS） | 車両に搭載し、移動しながら広域をスキャンできる |
| ハンディ3Dスキャナー | 小型・軽量な手持ち式で、屋内や狭い空間に適している |
| スマートフォンLiDAR | iPhone/iPad Proなどに搭載され、簡易測定に利用できる |
| バックパック型LiDAR | 作業者が歩行しながら屋外や森林を計測できる |
| 航空レーザー | 航空機から広範囲を一度に計測でき、大規模な測量に向いている |
それぞれ特徴が異なるため、対象物や環境などに応じて、最適な機材を選定し、点群データを取得することが大切です。
フォトグラメトリ（SfM）
フォトグラメトリとは、対象物を複数の角度から撮影した写真を組み合わせ、3Dモデルを生成する方法です。
この技術はSfM（Structure from Motion）とも呼ばれ、専用の機器を使わなくても一般的なカメラで撮影した画像をもとに点群データを生成できる特徴があります。
フォトグラメトリの強みは、コストを抑えて導入できる点です。たとえば、市販のデジタルカメラやドローンの搭載カメラ、さらにはスマートフォンでも利用可能であり、用途や予算に合わせた柔軟な選択ができます。
一方で、高精度な結果を得るには対象物を漏れなく撮影する必要があるため、事前準備の手間・処理の時間がかかる場合もあります。また、光の条件や被写体の形状といった撮影環境に精度が左右されるという点にも注意が必要です。
フォトグラメトリに用いられる主な機材は以下のとおりです。
| 機材種類 | 特徴 |
|---|---|
| デジタルカメラ（DSLR／ミラーレス） | 高解像度の写真を撮影できる |
| ドローンカメラ | 上空から特定箇所を広範囲に撮影できる |
| スマートフォンカメラ | 携帯性に優れ、手軽に撮影できる |
撮影する目的や対象物の大きさ・範囲などに応じて、適切な機材を活用しましょう。
点群処理を行う5つの工程
点群処理は、ただ点群データを取得するだけでは終わりません。実際に活用できるようにするためには、いくつかの工程を行う必要があります。
まずは全体像を把握し、点群処理の流れをイメージしてみましょう。
1. 点群データを取り込む
前述した任意の方法で測量した点群データを、点群処理ソフトに取り込みます。
点群取得の機材によって取得した点群データのファイル形式は異なるため、どのような拡張子になっているか確認しましょう。
その上で、使用する点群処理ソフトに対応するファイル形式に変換し、正しく取り込むことが重要です。
2. 前処理を行う（位置合わせ・ノイズ除去）
取り込んだ点群データは、前処理として位置合わせ（アライメント）とノイズ除去（フィルタリング）を行います。
複数回のスキャンや測定によって得られた点群データは、そのままでは位置の誤差が生じていたり、不要な点が含まれていたりするのです。
そのため、まず位置合わせを行い、それぞれの点群データを正しい座標に統合します。さらに、ノイズ除去によって誤った測量や乱れた点を取り除いておきます。
前処理の精度が高いほど、以降の工程で扱いやすい正確なデータに仕上がります。
3. 解析・クラス分類を行う
前処理が終わった点群データは、続いて解析やクラス分類の工程に進みます。対象物を抽出して距離や体積・断面形状などを数値化するとともに、地表面・建物・構造物・樹木などのカテゴリーに分類します。
たとえば、施工管理では「地表面」と「構造物」を分けることで、切土量・盛土量の算出や進捗管理が容易になります。構造物の保守管理では「構造物」と「樹木」を区別することで、劣化や植生の影響を把握しやすくなります。
解析・クラス分類によって、単なる「点の集まり」だった点群データに意味を付与できるため、以降の工程であるモデリングや設計業務で活用できるようになります。
4. モデリングを行う
解析・クラス分類を終えた点群データを、さらに分かりやすい形に変換するのがモデリングの工程です。
まず、点群データを三角形や四角形などのポリゴンでつなぎ合わせ、対象物の表面を再現したメッシュデータを作成します。
次に、そのメッシュデータを滑らかな曲線や実際の形状に近い形へと調整し、実務で扱える3Dモデルへ仕上げます。
完成した3Dモデルは、設計検討やシミュレーション、施工計画など幅広い業務で活用できます。
5.点群データを出力する
最後に、前処理やモデリングを終えた点群データを用途に応じた形式で出力します。
一般的にはCADやBIMソフトと互換性がある形式に変換して保存しますが、適切な形式を選ばなければ、他のソフトで開けなかったり正しく表示できなかったりする恐れがあります。
出力形式の選定は、後工程の作業効率や関係者との共有のしやすさに直結するため、慎重に判断することが大切です。
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点群データの活用事例
点群データは、建設分野をはじめ社会のさまざまな場面で利用が進んでいます。続いては、実際に活用されている事例を紹介します。
【点群データの活用事例】
- 土木・建設現場の測量・施工・出来形管理
- インフラや建造物の保守管理
- 災害発生後の状況把握
- 歴史的建造物や文化財の保存活用
土木・建設現場の測量・施工・出来形管理
点群データは、土木・建設現場における測量から施工管理、出来形管理まで幅広く活用されています。
工事着工前の3D測量では、複雑な地形や植生の細部まで正確に現状を把握するのに点群データが役立っています。
また、施工段階では切土・盛土体積、進捗状況を定量的に把握できるため、作業効率と精度の両立が可能です。
さらに、従来は一部の地点だけをサンプル的に測量して出来形を確認していましたが、点群データを用いることで現場全体を面的に確認できます。
インフラや建造物の保守管理
点群データは、ビルや学校などの建築物、橋やトンネルといった構造物の保守管理にも活用されています。
目視や部分的な測量では見落としがちだった劣化や変形ですが、3D測量・点群データによって視認性が向上するため、点検の精度と効率につながっているのです。
また、定期的に測量した点群データを比較することで、経年変化を数値として追跡でき、維持管理計画の最適化もできます。
災害発生後の状況把握
災害時の迅速な被害把握にも、点群データは役立ちます。
地震や土砂災害、火災といった災害が発生した際に、現場を測量して点群データを生成することで被害範囲を正確に可視化できます。近年は、地域全域の点群データを取得・公開する自治体も増えており、災害前後のデータを比較することで、地形の変形や構造物の損傷も把握可能です。
従来は人が徒歩で行っていた現地確認をドローンや航空レーザーを活用することで、上空から地形の変化や構造物の崩壊状況を3Dモデルとして記録できるのが特徴です。
復旧計画の立案や二次災害防止のための安全確認に活かせるほか、将来的な災害対策の基礎データとしても利用できます。
歴史的建造物や文化財の保存活用
点群データは、歴史的建造物や文化財の保存にも活用されています。
文化財を直接測量するのは難しい場合が多いですが、3D測量であれば非接触で高精度に記録ができ、実物に基づいた精密なデジタルアーカイブを残すことが可能です。
さらに、3Dモデル化された文化財は、修復作業や耐震補強の検討に役立つほか、仮想空間での展示や観光資源としての活用にもつながります。
点群データは、歴史的建造物や文化財を保護しながら、その価値を社会に広く伝える新たな方法として注目されているのです。
点群処理の導入でつまずきがちな4つの壁
点群データは、測量や施工管理を効率化できる一方、導入時には多くの企業が直面する課題があります。ここでは、特に負担になりやすい4つのポイントを解説します。
【点群処理の導入でつまずきがちな4つの壁】
- 点群処理が複雑で担当者を確保しづらい
- 3D対応ソフトや高性能パソコンで高額な初期費用がかかる
- 点群処理に時間がかかりパソコンが占有される
- データ容量が大きいため関係者と共有しづらい
点群処理が複雑で担当者を確保しづらい
点群処理は、対応できる担当者を確保しづらいという課題があります。
点群処理には、点群データの取り込みから前処理、解析・クラス分類、モデリング、出力といった複数の工程があり、専門的な知識や経験が必要です。
専任の人材を配置できない場合は、既存スタッフが他業務と並行して対応することになり、工数の多さから業務の遅れにつながる可能性もあります。
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フィルタリング作業時間を平均で約3分の1まで短縮できるため、限られた人材の中でも業務効率化を実現できます。
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3D対応ソフトや高性能パソコンで高額な初期費用がかかる
点群処理を導入する際に大きな負担となるのが、3D対応ソフトや高性能パソコンの購入費用です。
3D対応ソフトは、パソコンにインストールして使用する「オンプレミス型」が一般的であり、数十万から数百万円の初期費用や年間のライセンス費用が発生します。
さらに、点群データは非常に容量が大きいため、点群処理を実行するためには高性能なパソコンが欠かせず、こちらも数十万円以上の追加投資が必要です。
つまり、点群処理を導入する際は、3D対応ソフトと高性能パソコンの両方で高額な費用がかかる点が導入ハードルといえます。
点群処理に時間がかかりパソコンが占有される
点群処理の作業は、数日から数週間かかることが一般的です。
前述した通り、点群処理には数十万から数百万円する3D対応ソフトや高性能パソコンが必要であるため、自社に導入できる数は限られます。
そのため、特定の担当者がパソコンを使用している間は、他の担当者が点群処理を行うことができず、複数の現場が重なった場合に深刻な作業待ちが発生します。
点群処理の作業が進められなければ、結果としてプロジェクト全体の効率低下や納期遅延につながる恐れがあります。
データ容量が大きいため関係者と共有しづらい
点群処理を行った点群データは、数十ギガバイト単位になることも珍しくなく、メール添付はできません。
DVDや外付けHDDといった物理的な媒体でデータを郵送したり、直接手渡ししたりするケースが多く、手間と時間がかかります。
さらに、このような方法ではデータ共有に大きなタイムラグが生じ、発注者や協力会社との迅速な確認・合意形成を妨げる要因となります。
その結果、意思決定の遅れや手戻りが発生し、プロジェクト全体の効率を下げる可能性があるため注意が必要です。
点群処理で失敗しないためにはツールの最適化が鍵
点群処理の導入で失敗しないポイントは、すべての作業を1台のパソコンで完結させようとしないことです。
処理負荷の大きい点群処理と、3D設計（CADやBIMソフト）を同じ環境で行うと、作業待ちが発生し、設計業務の停滞につながります。
高性能パソコンを3D設計に専念させ、点群処理は別の環境に切り離すことで、作業の滞りを防ぎ、効率よく業務を進められます。
そのためには、パソコンのスペックに依存しない「クラウド型点群処理ソフト」の導入がおすすめです。
クラウド型点群処理ソフトを使えば、コストを抑えつつ、無駄なパソコン待ちを解消できます。さらに、URLを共有するだけで関係者への点群データ共有も簡単に実現します。
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点群データについてよくある質問
最後に、点群データについてよくある質問をまとめました。
Q.点群処理にかかる費用はどれくらいですか？
点群処理には、点群データを取得するための機器と点群処理ソフトが必要です。
ただ、点群処理ソフトはオンプレミス型が一般的で、数十万から数百万円の初期費用や年間のライセンス費用が発生します。
一方で、点群処理に特化したクラウド型点群処理ソフト「ScanX」は、初期費用ゼロ・月額29,800円から導入可能です。
導入前に複数社から見積もりを取得し、費用の比較や費用対効果を考えることが大切です。
Q.点群データを取得するための測量方法は何がありますか？
点群データの取得方法は、レーザースキャナーとフォトグラメトリ（写真測量）の2種類です。
特にレーザースキャナーには、ドローン（UAV）、地上設置型3Dレーザースキャナー、モバイルマッピングシステム（MMS）といったさまざまな機器があり、特徴が異なります。
点群データの活用目的に応じて、最適な機器選定を行いましょう。
Q.点群データの容量はどれくらいですか？
点群処理を行った点群データは、数百メガバイトから数十ギガバイト以上になることも珍しくありません。
メール添付はできないため、「関係者とどのように共有するのか？」「簡単に共有できるのか？」という点を確認しておきましょう。
点群処理を使いこなし、3D測量による効率化を目指そう
点群処理とは、点の集合体である点群データを整理・解析・加工することで、地形や建築物、構造物の形状を正確に把握するための技術です。
3D測量で取得した点群データは、施工管理や維持管理に不可欠ですが、その一方でデータ共有の難しさや、高額な初期投資・パソコン性能への依存といった課題があります。
これらを解決する鍵は、作業の役割分担とツールの最適化です。
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