iPhoneできれいに撮れたのに、なぜ"図面"には使いにくいのか──点群の話②「ドリフト」とプロ機材の違い

iPhoneできれいに撮れたのに、なぜ"図面"には使いにくいのか──点群の話②「ドリフト」とプロ機材の違い

前回の記事で、私はこんな話をしました。LiDARは「モノの形」を撮っているのではない。空間に砂つぶのように"点"をまいて、その一粒一粒を集めているだけだ、と。スキャンの正体は、無数の点の集まり——「点群」なのだ、という話でした。

今日はその続きです。テーマは、現場で本当によく聞く"あるある"から入ります。

「iPhoneできれいにスキャンできた。画面で見ると、ちゃんと部屋の形になっている。なのに、いざ図面に重ねようとすると、なぜか合わない」

撮れているのに、使えない。これは現場でじわじわ効いてくる、地味だけれど切実な悩みです。せっかく時間をかけて撮ったのに、最後の最後で「これは設計には回せませんね」となってしまう。なぜ、そんなことが起きるのか。その不思議の正体が、今日の主役「ドリフト」です。

測るほど、少しずつズレが溜まっていく

iPhoneは、手に持って、動かしながらスキャンします。このとき、機械の中では何が起きているのか。

ざっくり言うと、iPhoneは毎瞬間、「自分が今、さっきからどれだけ動いたか」を推定しながら、点と点をつなげています。少し前に進んだ、ちょっと右を向いた——そうした"自分の動き"を細かく見積もって、点を正しい位置に置こうとしているのです。

ところが、この見積もりには、ほんの小さな誤差が必ず混じります。そして厄介なことに、その小さな誤差は消えてはくれず、少しずつ積み重なっていく。これが「ドリフト」です。

たとえ話をします。

目印が何も見えない、真っ白な霧の中を想像してください。あなたは地図もコンパスも持たず、「歩数」だけを頼りに歩きます。100歩で100メートル、と数えながら。

最初の数十歩は、ほぼ正確でしょう。でも、歩幅は毎回わずかに違う。少しだけ右に逸れる癖もあるかもしれない。その小さなズレが歩くほどに溜まっていって、1,000歩も進んだ頃には、自分が思っている位置と、実際の位置とが、大きく食い違ってしまう。

この「少しずつズレが溜まっていく」感覚を、霧の中を歩くたとえで図にすると、次のようなイメージです。

もちろん実際のスキャンは、歩数だけで位置を決めているわけではありません。カメラの映像や、動きをとらえるセンサーの情報も組み合わせながら、自分の位置を推定しています。それでも「小さな推定誤差が、少しずつ積み重なっていく」という意味では、iPhoneのスキャンでも、この霧の中のたとえとよく似たことが起きています。

部屋を一周して出発点に戻ってきたとき、「最初に撮った点」と「戻ってきて撮った点」が、ぴったり重ならない。本当は同じ壁のはずなのに、少しズレて二重になる。これがドリフトの正体です。

短い距離・狭い範囲なら、ズレはごくわずかで、見た目にはきれいに撮れます。でも、広い現場や長い距離を撮るほど、誤差が溜まり、"図面に使うには合わない"という形で表に出てくるのです。

しかも厄介なのは、画面で眺めているぶんには、たいてい気づけないこと。立体としては破綻なく見えるのに、実寸の図面や既存のCADデータに重ねた瞬間、数センチ単位の食い違いが牙をむく。「見た目はきれい」と「寸法が正しい」は、まったくの別物——ここが、ドリフトの一番こわいところです。

では、なぜプロの据え置き機材は強いのか

ここで、測量や土木で使われる、三脚に固定する据え置き型のプロ用スキャナーと比べてみます。

最大の違いは、拍子抜けするほどシンプルです。あれは、そもそも動かない。

三脚にしっかり据えて、その一点からぐるりと測る。動かないのだから、「自分が今どれだけ動いたか」を推定する必要がありません。推定しなくていいなら、推定の誤差も溜まりません。つまり、動きながら測るiPhoneに比べれば、ドリフトはずっと溜まりにくいのです。

動かないことに加えて、撮れる点の細かさや、測れる距離にも大きな差があります。だから、条件が整えば、測量・土木で求められるような、ミリ単位で議論できる精度を目指せる。——もっとも、この「細かさ」と「距離」が、機械の"仕組み"のどこから生まれるのかは、次回にじっくり譲ります。

優劣ではなく、得意の違い

ただ——ここはどうしても強調しておきたいのですが——これは「プロ機材が偉くて、iPhoneがダメ」という話では、まったくありません。

iPhoneのよさは、手軽・安い・誰でもすぐ、です。ポケットから出して、その場で空間を立体のまま記録できる。これは数年前まで、専門家が高価な機材を担いで、ようやくできたことです。

プロ機材のよさは、高精度・据え置き・確かさ。その代わり、高価で、運ぶのも据えるのも手間がかかる。

スマホのカメラと、三脚に据えた業務用カメラの関係に近い、と思ってください。スナップを撮るのにいちいち業務用は出さないし、本気の一枚をスマホ一台で済ませはしない。道具には、それぞれ得意な場面がある。ただ、それだけのことなのです。

大事なのは、どちらか一方を選ぶことではなく、「いま自分が欲しいのは、手軽さか、それとも確かさか」を、その都度きちんと見極めることだと思っています。

差を縮める、現場の工夫

では、iPhoneのドリフトと、どう付き合えばいいのか。実務では、いくつかの工夫で、その差を少しずつ縮めていきます。

ひとつ目。現場に「基準点（マーカー）」を置く。これは「ここは絶対にこの位置」という物差しを、空間にあらかじめ与えてあげること。霧の中に、動かない旗を何本か立てておくイメージです。その旗が見えたところで「ここはこの位置だ」と分かり、溜まったズレを取り戻せる。

ふたつ目。ゆっくり、滑らかに動かす。急にカメラを振ったり、真っ白で手がかりのない壁ばかりを撮ったりすると、機械は"自分の動き"を見失いやすくなります。手がかりの多いところを、丁寧になぞる。

みっつ目。撮ったあとの「後処理」。コンピューターで、溜まったズレをまとめて補正してあげる工程です。歩き終えたあとに地図と照らし合わせて、軌跡を引き直してあげるイメージですね。

そして最後に、いちばん大事な工夫——用途で割り切ること。ざっくり全体をつかみたいならiPhoneで十分。ミリ単位で確認したい箇所は、プロ機材や別の測定方法で。役割を分ければ、それぞれの長所だけを、気持ちよく取り出せます。

ただし、これらの工夫も万能ではありません。最後は用途に応じて、精度をきちんと確認する——その一手間だけは、省かないようにしています。

ちなみに、この「差」は年々縮まっています。端末のセンサーも、ズレを補正するソフトウェアも進化していて、数年前なら諦めていた精度が、今は工夫しだいで手の届く範囲に入ってきた。その手応えを、いち事業者として毎月のように感じています。

まとめ、そして次の「なぜ？」

「撮れているのに、使いにくい」。その正体は、動きながら測るがゆえに溜まっていく"ドリフト"でした。そして、それを承知のうえで、工夫で差を縮めていくのが、現場の知恵です。

ここまで、iPhoneと据え置き型を見比べてきました。でも、そもそもこの機械たちは、どんな"仕組み"で空間を測っているのでしょう。

しかも、じつはもうひとつ。iPhoneと据え置き型の"あいだ"に、「ハンディスキャナー」という選択肢もあります。手に持って歩きながら、iPhoneより本格的に測る道具です。

次回は、この3つ——据え置き型・iPhone・ハンディ——が、それぞれどんな仕組みで光を投げ、点を集めているのかをのぞいてみます。次の素直な疑問は、これです。

——なぜ、同じように光で測っているのに、機械によって"どこまで細かく・どこまで遠くまで測れるか"が、こんなにも変わるのか?

連載「なぜ？3Dスキャンの素直な疑問」（全10回）

iPhoneの3Dスキャンにまつわる「なぜ?」を起点に、中学生でも雰囲気が分かるレベルまで、ひとつずつ噛み砕いていく連載です。（公開ずみの回はリンクから、これからの回は順次更新します）

第1回｜入口：3Dスキャンって、何種類あるの? ——測り方の道具箱

第2回｜点群①：LiDARは「面」が見えて、「角」が見えにくい ——その素直な理由（前回の記事）

第3回｜点群②：iPhoneで測ったのに、現場では使えない? ——ドリフトという落とし穴（本記事）

第4回｜点群③：3つのスキャナーは、どんな仕組みで測っているのか ——据え置き・iPhone・ハンディ

第5回｜位置推定：機械は「自分がどこにいるか」をどう知るのか ——点群か、画像か

第6回｜人間の空間認知：私たちも、目だけで歩いてはいない ——目・内耳・海馬の合わせ技

第7回｜ロボティクス：掃除ロボも自動運転も、中身は同じ ——デモと現場のあいだ

第8回｜メッシュ・ボクセル：砂つぶを、かたちにする ——張りぼてと積み木

第9回｜BIM：かたちに「意味」が宿るとき ——これは扉、これは柱

第10回｜フォトグラメトリ：写真だけで、現実をそっくり起こす ——最初の問いに戻る

こうした技術の得意・不得意を見極めて、現場で本当に使える形に落とし込む——じつは、いちばん手間と工夫が要るのは、その部分だと感じています。

私たち One Technology Japan は、iPhoneのLiDARを使った3Dスキャンを軸に、建設業のDXに取り組んでいます。ご興味があれば、弊社のサイトも一度のぞいてみてください。

小さなズレを正しく理解することが、現場で本当に使える3Dスキャンへの第一歩だと思います。

WHAT A WONDERFUL DAY TODAY!