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iPhone LiDARとCloud Compareを組合わせて二次元CADで現況実測平面図を描く方法

iPhoneで撮影した「点群データ」を用いて現況測量図を描く方法

新着情報

動画の中で紹介したオープンソースの点群編集ソフトウェア「Cloud Compare」の開発者、Daniel 博士が2024年4月17日に来日。東京大学にて開催予定のユーザー交流会にて登壇します。
参加申込受付中です。詳細については下記のリンクをチェックしてみてください。

本編(15分動画の本編文字起こし)

導入

こんにちは、土地家屋調査士の吉田です。この動画ではiPhoneで撮影した点群データを用いて現況測量図を描く方法について解説します。紹介するのは200平米程度までの小規模宅地に最適なワークフローです。
iPhoneで撮影した点群データをサンプルデータとして用意しました。
これをCloud Compareという無料の点群編集ソフトに取り込んで、一旦オルソ画像として出力し、
最終的に、トレンドワン(福井コンピュータ)やウィングネオ(アイサンテクノロジー)、HO_CAD pao(HO’s Thinktank)などの主要なCADソフトに取り込んで図に仕上げる方法について15分で解説します。

データセット

この動画で使用するサンプルデータはiPhoneで撮影したLASデータ(点群データ)と画地の情報の入ったSIMAデータ(測量用にフォーマットされたCSVファイル)の2種類を使います。サンプルデータは一般に公開していますので興味のある方はチャレンジしてみてください。

Cloud Compareのインストール

早速Cloud Compareのインストール方法から解説していきます。Googleの検索窓にCloud Compareと入力して検索していただくと、1番最初のリンクが公式サイトです。ダウンロードをクリックして、インストーラバージョンをクリックします。
インストールバージョンのダウンロードが完了するとデスクトップに exeファイルが出来上がります。このインストーラーファイルをダブルクリックしてインストールを開始してください。
インストールが完了するとクラウドコンペアのショートカットメニューが出来上がります。

Cloud CompareへのLASデータ(点群データ)の読込

Cloud CompareのショートカットをダブルクリックしてCloud Compareを立ち上げます。Cloud Compareが立ち上がりましたら、iPhone点群のLASファイルをドラッグアンドドロップで取り込みます。無事に点群を取り込むことができました。点群データは、このように好きな角度から見たり拡大縮小して表示させることができます。

点群から高さ(標高)の測量値のデータセットを作成

今回、現況図には高低測量の成果も盛り込みたいので、点群から高低測量のデータを取っていきます。
点群データを選択してLISTのコマンドを選択して、高低のデータが欲しい箇所をクリックしていきます。
今回は道路中心の高さを載せたいので、道路中心をクリックしていきます。
高低測量のプロットが終わりましたら、保存マークの横にあるGlobal Index XYZを選択します。これをCSVファイルで保存します。閉じて先ほどのCSVファイルを開きます。このCloud Compareから出力された点群データの座標データは数学座標系になっているので、一旦、XとYを入れ替えて保存します。これで高低測量のデータセットが出来上がりました。

点群からオルソ画像を出力する(GeoTIFF)

次に点群データをオルソ画像として出力していきます。データを選択したら、チェッカーマークのボタンをクリックして、RGBにチェックを入れてください。そして、以下の画像のようなパラメーターを入力します。

Update gridすると、このようにオソ画像が出力できたのが確認できます。Hightのチェックを外し、LASTERを押し、RGBカラーをチェックにRGBカラーにチェックを入れたら、ラスターをエクスポートします。デスクトップに保存します。するとこのようにデスクトップにラスターファイルが出力されました。このラスターファイルはGeoTIFFという形式になっており、ピクセルの1つ1つに座標が付与されている(かのように扱うことができる)画像です。そのため、ウィングネオやトレンドワン、HO_CAD Paoなどの主要なCADソフトに取り込むと、そのまま現況測量図の背景画像としてトレースすることができます。

オルソ画像をタイル化する(解説は例としてHO_CAD pao)

今回は、GeoTIFFの取り込みが標準搭載されているHO_CADでの手順について解説します。
HOCADは、タイル画像にも対応しているので、先にこのGeoTIFFをタイル画像にしていきます。GeoTIFFを開きます。タイル画像にするのは、GeoTIFSplitter64というHO_CAD paoに付属するソフトウェアを使います。距離は60mとして、保存先のフォルダーは新しく作ります。
今回は “demo” という名前でフォルダを作ります。OKを選択。画像名もデモとします。これでが完了です。

二次元CADに測量データセットとオルソタイルを読みこむ

HOCADを立ち上げます。最初に、SIMAファイルを作ってあるので、SIMAファイルを取り込みます。
これは、先ほどの測量した測量対象地の画地(敷地境界)の情報が入っているSIMAファイルです。
点群から取った高低測量のデータセットも二次元CADに取り込んでいきます。このようにコピーして、貼り付けすると簡単に取り込むことができます。マークは好きなものを選んでください。
この時に必ず忘れてはならないのが、設定から平面直角座標形を選択して「9系」になっていることを確認してください。編集を適用します。閉じます。すると、このようにCAD画面上に、SIMAデータの座標が展開されました。プロットの大きさなどを調整していきます。高低については、標高の値のみを表示します。標高の値のみが表示され、K1、K2などの境界線のデータも反映されていることが確認できました。

いよいよ、タイル画像を取り込んでいきます。このブックマークボタンに”タイル画像表示”というボタンがあるので、これをクリックします。画像フォルダーで、先ほどのデモフォルダーを選んでOKを押します。
すると、GeoTIFFデータは座標の情報を持っているので、簡単にCAD上の正確な位置に展開することができます。

オルソ画像(GeoTIFF画像)のトレース

あとは、正確な座標に基づいてCAD上に展開された、GeoTIFF画像をいつもの現況図を書く容量でトレースすれば、現況実測平面図の完成です。

今回とデモということでHOCADを使用していますが、他のCADでも同じように作図することができます。
アイサンや福井などの完全な商用CADは、GeoTIFFの取り込みが有料のオプションになっている場合があるので、ご自身で契約されているプランが有料加入してるか、確認してみてください。

iPhone点群の点群密度はかなり高いので、このように縁石の縁までGeoTIFFでそのまま確認することができます。縁石が描けたので、次にマンホールを描いていきます。このようにマンホールも書けました。続いて建物も書いていきます。建物の次にブロック塀も描いていきます。ブロック塀も描けました。

最後にタイル画像の表示を解除します。このように現況図がかけているというのが確認できます。あとはお好みで、求積表などの必要な情報を配置します。表題部も配置していきます。方位もつけます。
これで現況実測平面図の完成です。入出力からpdfにしていきます。このような現況実測平面図が完成いたしました。今回は、GeoTIFFとの連携が標準搭載してるHO_CADでやったんですけれども、トレンドワン(福井)やウィングネオ(アイサン)でも同じように作図することができます。
より詳しい手順については、今後予定している第3期のCAD自主連でも公開予定です。
解説は以上になります。ご視聴ありがとうございました。

3次元計測に関する情報発信はTwitter上でも行っております。
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Interview with Daniel Girardeau-Montaut | Author of CloudCompare | Click 3D Episode 50

この記事では、ダニエル・ジラルドー・モントー氏へのインタビューを日本語で紹介します。
ジラルドー・モントー氏は、CloudCompareの開発者です。
インタビューは「Click 3D Episode 50」で行われました。
インタビューは、同じく点群の専門家ユージーン・リショウ氏によって行われ、その様子はYoutubeで公開されています。
なお、弊社では日本語訳を作成するにあたり、ダニエル氏・ユージーン氏の了解を得ております。
改めて、お二人の協力に感謝いたします。

Introduction

こんにちは、ユージーン・リショウです。 Click 3Dへようこそ。このプログラムでは、3Dフォトグラメトリ、レーザースキャニング、構造光スキャナー、ソフトウェア、ハードウェアなど全ての3D関連について話し合います。時には非常に興味深い人々をインタビューすることもあります。それが、実際今日のエピソードの内容です。

多くの方々が3Dデータを扱う分野で、CloudCompareというプログラムについて聞いたことがあるでしょう。それはフランスのダニエル・ジラルドー・モントーによって開発されたオープンソースのプログラムで様々な分野で広く使用されています。
しかし、多くの人々はダニエルやCloudCompareの起源について知りません。ただ、それが無料のソフトウェアであることを知っています。Cloud Compareは多くの人々が使用しています。実際、ダニエルは私に月に30,000ダウンロードあると言っていました。この数字から、過去10年、15年間でそれがどれだけのユーザーを意味するか、想像してみてください。
私は、ダニエルにコンタクトを取り、インタビューをお願いしました。実際、彼は承諾しました。以下は、CloudCompareの著者であるダニエル・ジラルドー・モントーとのインタビューです。彼は非常に優秀な人物で3Dコミュニティへの貢献は絶対的に素晴らしいものです。
では、すぐに始めましょう。楽しんでいただければ幸いです。

ユージーン・リショウ

Interview本編

ユージーン:
「ダニエル、こんにちは。今日はこちらに来ていただき、ありがとうございます。フランスは遅い時間だと思いますが、時間を割いていただき、感謝します」

ダニエル:
「招待してくれてありがとう」

ユージーン:
「まず、あなた自身とあなたのバックグラウンドから始めたいと思います。CloudCompareを始める前の、あなたのバックグラウンドについて教えてください」

ダニエル:
「私は常にコンピュータサイエンスに興味がありました。実は、私の母はC++の教師でした。だから私は非常に早い段階で、パスカルやC、C++を学びました。私はフランスで工学の学位を取り、その後博士号を取得しました。そして、私の博士課程でCloudCompareを始めたのです」

ユージーン:
「どこで学びましたか?」

ダニエル:
「フランスのナンシーにある鉱山学校です。そこは今は鉱山とは関係ありません。北東部には、かなり有名なコンピュータサイエンスの研究所があります。この研究所でEDFの人々と出会い、パリでEDFの支援を受けて博士号を取得しました」

By Artem Nancy – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52505530

ナンシー鉱山(Nancy School of Mines) は、フランスを代表するエンジニアリンググランゼコールの 1 つです。
この大学は、フランス東部ナンシー市 (パリから TGV でわずか 1 時間 30 分) のアルテム キャンパス内にあり、ロレーヌ大学の一部です。約 400 人の学生が一般的な科学と管理を教えられ、300 人が専門的な修士プログラムに従います。これらの学生は 60 人の常任教授によって教えられます。また、100 人の博士課程の学生を含む 400 人の研究者がいます。規模は小さいにもかかわらず、フランスの業界ではよく知られています。卒業生のほとんどは、フランス内外の産業界や大企業の幹部職、または科学研究の職に就いています。

出典 Wikipedia

ユージーン:
「CloudCompareのコンセプトや誕生のアイデアは何でしたか?」

ダニエル:
「私の博士課程のメインテーマは、緊急地図作成でした。電力プラントのような施設での事故が起こった場合にドローン、UAV、衛星画像などからの情報を統合することができるかを研究していました。そしてEDFは、その時期から既にライダースキャナー、特に地上ライダースキャナーを利用していました。また、EDFのチームは、UAVにライダースキャナーを搭載するアイデアを持っていました。それで、私たちはたくさんのデータ、特に大量の点群を持っていました。緊急地図作成用だったので、事故の前後のデータを比較することが目的でした。それが私たちを、自然に点群の差分解析へと導きました。
しかし、当時はそのような機能を持つソフトウェアは、存在しない(ほとんど知られていない)状況でした。手探りの状況下で、私たちは特に生の点群を使用して3次元での多時期の差分抽出を行おうと試みました」

A: レーザー点群と 3D メッシュの違い (青: 小さな差 > 赤: 最も大きな差)
B: 「変化する」領域の自動分類 (統計的および空間的フィルタリング)
C: 連結成分のラベル付け
出展:Webサイト Daniel Girardeau-Montaut

ユージーン:
「では、最初に参加したのはあなたがメインの人物でしたか?」

ダニエル:
「はい、私が唯一の人物でした。他に、EDFの非技術者や、パリのTelecom Parisという研究室の人たちと一緒に働いていました」

フランス電力会社(EDF)は、フランス最大の電力会社である。2023年2月現在フランス政府が株式の90%以上を所有している。 2004年11月19日まではフランス政府が100%の株式を保有する完全な国有会社だったが、翌11月20日にその内の15%前後を売却し、同日にユーロネクスト・パリへ上場、以後株式公開企業となっている。
EDFは世界最大級の電力会社であり、2003年には欧州連合内の電気の22%を生産している。 EDFは燃料資源の乏しいフランスにおいて、1973年のオイルショックを契機に原子力開発を推し進め、独占的に原子力発電所の建設・運転を行っている。
2004年現在でフランス国内の20箇所以上で58基の原子炉を運転している。その他1967年に世界初の潮力発電所であるランス潮汐発電所を運転している。 EDFはフランス国内の発電事業は独占していなかったが、1999年の電力市場開放までは配電事業を独占していた。欧州連合の電力自由化政策にあわせてフランスの電力市場が段階的に開放されたためEDFは独占を失い、フランス国内に各国の電力・エネルギー企業が参入したが、EDFは電力自由化の進む他国の電力会社の株式を積極的に買収。
ヨーロッパ各国をはじめ中国、ベトナム、アメリカ合衆国、南米、アフリカなど全世界の電力会社を傘下に置く多国籍企業となっている。

出典:Wikipedia

ユージーン:
「最初期のCloudCompareの主な機能を教えてください」

ダニエル:
「主な用途は点群差分解析でした。EDFではすでにスキャナーを多用しており、彼らは、CADモデルと点群を比較する活動を行っていました」

ダニエル:
「いつ頃から、CloudCompareを開発し始めたのですか?」

ダニエル:
「いい質問です。2003年に博士課程を始めました。3年間をかけて、2006年に博士号を取得し、その頃には、初期バージョンができていました。当時の主な機能も点群の比較でしたが、EDFでは考古学のためにもCloudCompareが利用されていました」

ダニエル:
「EDFはどうして考古学に関わることになったのですか?」

ダニエル:
「それは完全に偶然でした。著名な考古学者が、エジプトでのプロジェクトにEDFの技術を必要としました。彼らはエジプトで大きな考古学的調査を行い、それに基づいて制作されたテレビ番組が反響を呼び、EDF内で考古学の研究が盛んになりました。」

ダニエル:
「CloudCompareを公開したのはどうしてですか?」

ダニエル:
「私が博士課程を終え、さらに1年間EDFで働いた後、彼らはCloudCompareを製品化するために私を雇いました。そして私は5年間EDFで働いた後、他の場所も見てみたいと思い、退職しました。
その時、彼らはCloudCompareの主要な開発者を失うことに気づきました。それで、私が会社にいなくてもプロジェクトに関わり続けるために、オープンソースとして公開することにしました。承認を得るために少し時間がかかりましたが、2009年に正式にオープンソースプロジェクトとしてリリースされました」

ダニエル:
「CloudCompareが広まり始めたのはいつ頃ですか?」

ダニエル:
「正直言って分かりません。2009年はもう13年前ですから。徐々に広がっていったようです。ますます多くの人が新しい機能の追加やバグ修正を求めてきました。初めて “これは本当に興味深いものになる” と思ったのは、2014年にメキシコで開催された3次元点群のワークショップに招待された時です。私の航空券や滞在費など、全てカバーされ、CloudCompareについて話す機会を得ました。この出来事によって私は、Cloud Compareが有意義なプロジェクトになっていることを、より強く実感しました」

ユージーン:
「素晴らしいです。その後、CloudCompareに関わった他のプログラマーやパートナーはいましたか?」

ダニエル:
「最初は私一人でした。その後、EDFに新しい博士課程の学生が入ったので、彼が少し手伝ってくれました。彼は新しい機能をいくつか開発しましたが、彼が去った後は、他の人がCloudCompareに関わるまで時間がかかりました」

ダニエル:
「CloudCompareのダウンロード数についてですが、現在のユーザー数はどれくらいですか?」

ダニエル:
「正確には分かりませんが、今では大まかに月30,000ダウンロード程度です。そのため、MacやLinux版をダウンロードしてくれている人も合わせると、より多くのダウンロード数になります。」

ユージーン:
「本職として、CloudCompare以外のプロジェクトにも取り組んでいますよね?」

ダニエル:
「はい、実際には医療用ロボットのプログラミングに深く関わっています」

ユージーン:
「CloudCompareには今でも人々が協力していますか?」

ダニエル:
「はい、小さなコミュニティがあります。彼らは全員がフルタイムで関わっているわけではなく、多くは、自分の自由時間に開発を進めています。CloudCompareの開発者たちは、会社で働いている専門家や博士課程の学生など、情熱を持って取り組んでいます」

ユージーン:
「CloudCompareを使用しているユーザーの種類についてはどうですか?」

ダニエル:
「具体的な数字はありませんが、最大のユーザーグループは間違いなく考古学者と構造地質学者です。それらは、3Dデータやスキャニング、高密度な写真測量のデータを大量に使用する分野です。それから、より広範なコミュニティ、例えば測量士やリモートセンシングの研究者などもいます」

ユージーン:
「法医学の分野でもCloudCompareが使われていることは知っていますよね」

ダニエル:
「はい、もちろんです。法医学の分野でもCloudCompareがフォトグラメトリとレーザースキャナーデータの組み合わせに使われています」

ユージーン:
「企業からCloudCompareの機能追加や点群ファイル拡張子のサポートに関する依頼はありますか?」

ダニエル:
「はい、企業からの要望は多いです。いくつかの企業はCloudCompareが読み書きできるようにするために私たちのサポートをしてくれます。多くはないですが、いくつかのユーザーから拡張子のサポートを求められ、必要に迫られて、メーカーの説得を試みたことがあります。唯一の例外は、リーグル社です。彼らは本当の意味でのオープンソースを体現しています。彼らは本当に積極的で、自社のファイル拡張子をインポートするためのフィルタを開発し、それを維持しています。彼らは研究者と協力することに慣れています。私はこの会社が好きです。彼らがしたことが本当に好きです。
 また、積極的に自社のファイル拡張子にCloudCompareが対応できるようにすることに対してサポートしれくれる会社としてDot Prodcutがあります。彼らも非常にモチベーションが高いです。

ユージーン:
「彼らとは、具体的な人物としては、ラファエル・スプリングさんやトム・グリーブスさんですか?」

ダニエル:
「ええ、そのとおりです」

引用:Raphael Spring氏 Xアカウント
引用:Tom Greaves氏Xアカウント

ユージーン:
「CloudCompareの現状については、今後のプランや新機能について話せますか?」

ダニエル:
「実際、私たちは2.12バージョンの正式リリースに近づいています。最後のバージョンから1年半 以上経っていますが、コロナウイルスの影響や私が他のプロジェクトに多くの時間を費やしているため、リリースが遅れています。新機能は定期的に追加されており、新しいプラグインの数もかなり多いです。これらのプラグインは私だけでなく、コミュニティのメンバーによっても開発されています。分類のためのプラグインが増えており、特に手動での点群分類に注目が集まっています」

2024.2.14 にバージョン2.12が正式リリースされてます👏

ユージーン:
プラグインの開発に興味がある人は、何を知っておくべきですか?

ダニエル:
プラグイン開発には、主にC++の知識が必要です。また、私たちが使用しているQtフレームワークにも慣れておく必要があります。私たちはできる限りサポートし、既に存在する多くのプラグインのコードを例として提供しています。プラグインの品質は非常に高く、それを見ると私たちのコミュニティの強さを感じます

ユージーン:
CloudCompareのアニメーションプラグインなど、最近の改良について教えてください。

ダニエル:
はい、それは3G Roboticsとの協力によるもので、彼らは最近名前を変更したカナダの会社です。

ユージーン:
CloudCompareコミュニティについて教えてください。活発なフォーラムがありますか?

ダニエル:
はい、私たちのフォーラムは非常に活動的です。週に10〜20の新しいメッセージがあり、私はそれに答えようとしています。私たちにはGitHubページもありますが、それは主に開発者向けです。開発者コミュニティの中で最も熱心な人たちのために、私たちはSlackのスペースも持っています」

ユージーン:
「興味のある人たちには、YouTubeにもCloudCompareに関する多くのビデオがあります」

ダニエル:
「ええ、その通りです。そして、私たちはCloudCompareに貢献するために時間を割いている開発者や他の人々をサポートするために、寄付ページも持っています」

ユージーン:
「CloudCompareは3Dコミュニティ全体にとって素晴らしい貢献です。法医学、建築など、さまざまな分野で広く使用されています。CloudCompareは素晴らしい製品で、そのコミュニティは非常に強いです」

ダニエル:
「ありがとうございます」

ユージーン:
「それでは、CloudCompareのダニエルでした。興味深いインタビューでした。CloudCompareについて質問があれば、コメント欄に書き込んでください。CloudCompareはオープンソースで無料で提供されています。ダウンロードリンクをコメント欄に掲載します。それでは皆さん、また次回お会いしましょう」

(完)

<記事編集部より>
インタビューの内容はいかがだったでしょうか。
普段使っているCloudCompareですが、開発背景や開発者の人となりを知ることができる情報は少ないので、とても貴重な内容だったともいます。
冒頭にも紹介したように、実際のインタビューの様子はYoutubeに一般公開されています。
ご興味のある方はぜひ、こちらもチェックしてみてください。
記事について、ご不明な点や三次元計測技術に関するお問い合わせは、下記の問い合わせフォームより受け付けております。
皆様からのコメントをお待ちしております 

編集:吉田史郎(Paraworld) 
監修:板倉健太(Im Vision Labs.inc)
最終更新日 2024-03-12