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古代建築は、人類文明とその歴史の証として存在しています。私たちの文化遺産の不可欠な一部である古代建築は、残念ながら地理的要因による自然崩壊によって徐々に失われつつあります。しかし、3D技術の登場により、これらの傑作の一部を鮮明なディテールで再現することが可能になりました。この技術は、古代建築をさらなる劣化からより良く保護するだけでなく、後世に伝えることにも役立ちます。
プロジェクトの背景
UAVスタジオは、クライアントの依頼を受け、中国湖南省の学校の建築工学部と共同で、黄興旧居と徐光達旧居という2つの主要な史跡の精密な3Dモデリング作業を実施しました。前者は重要文化財保護単位に指定されており、6.45エーカーの面積を誇ります。一方、徐光達は生前、多くの貴重な著作を残した影響力のある学者としても知られています。無人航空機（UAV）を用いて収集した高解像度の航空写真と地上リモートセンシング技術によるデータ分析を組み合わせた研究成果を通じて、後世に語り継がれる彼らの物語をより深く理解し、将来の研究のために彼らの文化遺産を保存していきたいと考えています。
ペインポイント分析
従来の3Dモデリングは、多くの場合、UAVチルト撮影から収集したデータに依存していますが、この方法には独自の限界があり、精細な建物モデリングのニーズを満たしていません。第一に、角度と距離の問題により、ファサードの詳細なテクスチャを捉えることができません。第二に、多くの伝統的な建物は軒が広く、UAVチルト撮影では捉えるのが困難、あるいは不可能な場合があります。第三に、建物周囲の樹木が邪魔になり、UAVチルト撮影では建物ファサードのテクスチャを完全に捉えることができません。
UAV傾斜撮影モデリング法のこれらの欠点を補うため、UAVを手動で制御し、建物のファサードや詳細を追加撮影するなどの補助的な手法が一般的に用いられています。しかし、この手法にも限界があり、建物の周囲に十分なスペースがある高層または大型の建物にしか適用できないという課題が残っています。本プロジェクトの旧住宅は平屋で、周囲には高い木々があるため、この手法は他の手法よりも安全上のリスクが高いと判断され、使用には適していません。もう一つの方法は、通常のカメラを用いて、地上で住宅のファサードや詳細などの建物の追加写真を手動で撮影することです。しかし、この手法では、後処理段階で共通写真と航空写真を統合する際に更なる困難が生じます。共通写真には正確なPOS位置情報が含まれず、航空写真との効果的なレイヤー化やオーバーラップが欠如しているからです。さらに、通常のカメラと航空測量カメラの解像度とCMOS画像のポイントサイズも異なります。したがって、この手法は適用できません。
従来の 3D モデリング手法のこの制限により、業界の専門家は建物の精密モデリングの代替手段を模索するようになりました。
実施プログラム
このタスクでは、Hi-Target vRTK + UAVの連携手順システムを採用し、3Dモデルの精度向上を図りました。屋根と立面図の画像取得にはUAVチルト撮影を使用し、建物ファサードの画像撮影にはvRTKを使用しました。その後、別途空中三角測量計算から得られた空中三角測量の結果を統合し、直接3Dモデリングを行いました。
このソリューションの最大の利点は、画像測位技術を備えたGNSS RTKであるvRTKで撮影された画像には正確なPOSデータ（RTKレベルの精度）が含まれているだけでなく、同じ座標系が共有されており、空中三角測量の計算時に接続ポイントや画像コントロールポイントを設定する必要がないことです。
この方法により作業負荷が軽減され、オフィスワークが以前よりも容易になります。
ワークフロー
1. 物理的な応用
1）UAVチルト撮影
中国ブランドのUAVを使用してチルト航空写真撮影を行う際に、5方向チルト撮影法を適用します。
2) vRTK地上ベースの近距離写真撮影
vRTK を使用して、焦点を合わせて撮影する必要がある建物の壁や木々に隠れている表面のクローズアップ写真を撮影します。
撮影方法は、一般的にはファサードを被写体として、隣接する画像を重ね合わせたり、カメラを遠近に配置したり、視点を傾けたりしながら撮影する方法です。以下がその例です。
このプロセスにおいて、追加画像を撮影するためのHi-Target vRTK地上近距離撮影は、UAVチルト撮影と同じ座標系と標高システムを共有する必要があります。このプロジェクトでは、ジオイド、中国測地座標系2000、そして中国移動通信CORS基地局が使用されています。技術者は2時間の操作を経て、2棟の旧住居の物理データセットを完成させました。
2. データ処理
UAVで収集した航空写真とHi-Target vRTKで収集した建物のクローズアップ写真はそれぞれ空中三角測量処理され、最終段階で全ての空中三角測量の結果を統合して3Dモデリングが行われます。全体のデータ処理には合計2時間かかります。
結果
生成された 3D モデルを見ると、vRTK で撮影した追加画像によって建物のファサードの質感が大幅に改善され、UAV 傾斜撮影によって欠落していた軒部材や木の陰影による欠落した建物のファサード モデルが補完されていることがわかります。
今回生成された3Dモデルは、UAVの傾斜撮影のみから生成された3Dモデルと比較すると、建物の詳細な構造を明確に示すことができ、ファサードや軒下、樹木などの建築要素と、建物を支える文化的要素の両方を細かく表示することができ、プロジェクトのニーズを満たすことができました。
プロジェクト概要
このプロジェクトの実施を通じて、以下の結論を導き出すことができます。
（1）地上からの撮影を補うためにHi-Target vRTKを適用し、UAV写真測量と組み合わせることで、作業効率が大幅に向上しました。2つの旧居留地の合計8.07エーカーのデータ収集をわずか2時間で完了しました。
（2）POSデータ付きのHi-Target vRTK写真はUAV航空写真と同じ座標系を共有しているため、接続ポイントを使用せずに内部モデリングが可能になり、空中三角測量の結果をモデリングに直接マージできるため、内部操作プロセスが簡素化され、社内業界の作業負荷が軽減され、内部処理の効率が向上し、精製モデルの構築がわずか2時間で完了します。
（3）UAVとHi-Target vRTKの関連パラメータは近いため、画像解像度に大きな差がないため、モデリングの融合が強く、生成される3Dモデルは自然で精細です。
（4）Hi-Target vRTKで撮影した地上写真は、建物の局所的な詳細とテクスチャを効果的に補完・改善し、軒下や木々に隠れた建物のテクスチャを取得する問題を解決しました。