北京科技大学と海外のチームは、文化遺産保護のための新しい3Dスキャン技術を開発し、エッジの特徴をはっきりと表示できるようになりました。

2024年11月12日、Antarctic Bearは、北京科技大学と日本の立命館大学の研究者が、視覚化された3Dスキャンオブジェクトの鮮明さを向上させるように設計された、高度なエッジ強調スキャン技術を開発したことを知りました。新しいスキャン技術は複雑な 3D オブジェクトをより鮮明に表示できるため、文化遺産の保存と研究に大きな応用価値をもたらします。
研究チームは田中聡教授が率いており、主要メンバーには山田由里氏、高取聡博士、梁李教授が含まれていました。この新しい方法は、複雑なポイントクラウドデータ内のシャープなエッジとソフトなエッジを個別に強調することで、一般的な視覚化の問題を解決し、従来の方法の限界を克服します。関連研究は、「デュアル 3D エッジ抽出に基づく 3D スキャンポイントクラウドの高視認性エッジ強調表示視覚化」というタイトルで、RemoteSensing 誌に掲載されました。

関連リンク: https://doi.org/10.3390/rs16193750
田中教授は、この研究のより広範な意義について次のように説明しています。「私たちの 3D エッジ抽出法は単なる改良ではなく、従来の方法ではカバーされていない領域を捉えることができる拡張された技術です。考古学者や歴史学者にとって、このツールは文化遺産の専門的な視覚分析の新たな可能性を切り開きます。一般の人々にとっては、歴史的および文化的遺跡に対するより深い理解を提供し、博物館やギャラリーでの展示を強化する技術です。」
△宮城県瑞巌寺洞窟の3Dスキャン点群データのデュアル3Dエッジ抽出。画像提供：立命館大学
強化された 3D スキャンによる文化遺産の視覚化の推進<br /> 3D スキャン技術、特に写真測量法とレーザースキャンの急速な発展により、研究者は文化遺物を含む複雑なオブジェクトの詳細な点群データを生成し、正確なデジタル表現を生成できるようになりました。これらのスキャンにより、構造の詳細を詳細に分析できますが、従来のエッジ強調表示方法では視覚的な明瞭さを低下させる過剰な線が生成されることが多いため、視覚化が困難になる場合があります。
これらの課題に対処するために、研究チームはデュアルエッジハイライト方式を開発しました。このデュアルエッジ抽出手法では、別々のしきい値を使用して、鋭いエッジと柔らかく丸いエッジを区別します。
よりシャープなエッジは曲率の高い領域を通じて識別され、丸みを帯びた輪郭やより微妙な輪郭に不可欠なソフトなエッジは二次しきい値によって表されます。各領域に異なる視覚化手法を適用することで、チームは、ソフトエッジが幅広の帯として視覚化されたときに発生する可能性のある乱雑さや厚みがなく、より完全な詳細をキャプチャすることができました。
不透明色のグラデーションは、ソフトエッジ内に色と透明度のグラデーションを導入することで視覚化をさらに強化し、前面のエッジと背景のエッジを自然に区別する「ハロー効果」を作成します。これにより、奥行き知覚が大幅に改善され、複雑な内部構造をより鮮明に観察できるようになります。
この効率的なレンダリングを実現するために、確率的ポイントベースレンダリング (SPBR)が使用されます。これは、3D 処理で通常必要とされる集中的な深度ソートを行わずにリアルタイムの視覚化を可能にする技術です。
テストでは、このスキャン技術が日本の玉置神社やインドネシアのボロブドゥール寺院など価値の高い文化遺産に適用されました。従来のエッジ強調表示と比較して、デュアルエッジアプローチは視覚的な明瞭性を高め、計算時間を増やすことなく外部構造と内部構造を正確に表現できます。ハロー効果とエッジの細化により、複雑な詳細が劇的に明確化され、文化遺産の保存に不可欠なものになります。
インタラクティブレンダリングの速度により、スキャンテクノロジのリアルタイム探索機能が保証され、「シースルー」視覚化などのアプリケーションがサポートされます。新しいスキャン手法では、標準的な透明性に頼るのではなく、エッジの定義を活用して、視覚的な奥行きを失うことなく内部構造を表示し、理解性を大幅に向上させます。
今後の改善では、しきい値処理の改良とカラーグラデーションパスの拡張に重点を置き、微妙な特徴をさらに改良していきます。機械学習を組み込むことで、シャープなエッジとソフトなエッジの両方からの情報と 3D 復元を組み合わせることが可能になり、2D 形式で記録されたアーティファクトのデジタル再構築に特に役立ちます。
この新しい視覚化方法は、3D スキャンアプリケーションに貴重な道を開き、これまでにない明瞭さと深さで文化遺産をデジタルで保存、分析、調査するためのより正確なツールを研究者に提供します。
△インドネシアのボロブドゥール寺院（ユネスコ世界遺産）の壁面レリーフの 3D スキャン点群におけるデュアル 3D エッジ抽出。画像提供：立命館大学
文化遺産保存のための新しい 3D スキャン手法<br /> 長年にわたり、文化遺産の保存のための 3D スキャンのさまざまな進歩が報告され、この技術の大きな可能性が強調されてきました。ウクライナの活動家たちは、早くも2022年に、ロシアの軍事作戦によって脅かされている文化遺産をデジタルで保存するために3Dスキャンを使い始めた。「バックアップ・ウクライナ」プログラムを通じて、約6,000人のボランティアがPolycamアプリを使用して記念碑や史跡の3Dモデルをキャプチャし、破壊から保護しています。この取り組みは、共同創設者のタオ・トムセン氏がユネスコおよびブルーシールド・デンマークと提携して開始し、急速に拡大しました。
以前、Google は 2018 年に、紛争や自然災害により危険にさらされている史跡の保護に取り組む非営利団体 CyArk と提携して、Google Arts & Culture で Open Heritage Project を立ち上げました。
このプロジェクトでは、CyArk の 3D レーザースキャンの専門知識を活用して、Google プラットフォームからアクセスできる文化的ランドマークの非常に詳細なモデルを作成しました。 CyArk は、LiDAR や写真測量法などの高度な技術を使用して、将来の修復作業をサポートするためにミリメートルレベルの精度を実現します。 Google Arts & Culture が 3D 遺産サイトへ初めて進出するにあたり、OpenHeritage は、これらのデジタルアーティファクトに関する没入型の教育体験の作成に関心のある開発者向けにモデルデータも提供しています。

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