配管ジャーナルPiping Journal

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点群データから3dモデル化はフリーソフトでできるのか?

プラントや工場の改修工事で行われる現地調査では、工事の規模や内容により正確なデータ収集が難しい場合があります。そうした場合には3Dレーザースキャナーで点群データを集め、3Dモデルなどに利用するのが効率的です。 現調で取得した点群データは、3Dモデルをはじめ、様々な場面で利用が可能です。

この記事では、点群データを元にできること、点群データを取得できるソフトウェアについて説明します。

点群データで何ができるのか

3Dレーザースキャナーなどから取得する点群データの概要について説明します。

点群データとは

点群データとは、主に3Dレーザースキャナーが照射する毎秒100万本以上のレーザー光線によって計測した高密度データのことです。文字通り「点が群れている」ように見えるほど、大量の点で取得します。ひとつひとつの点には空間座標(x、y、z)が記録されます。

照射物のわずかな凹凸もデータとして保存されるため、照射物の形状を非常に精密に再現します。

フレキシブルな活用ができる点群データ

取得した点群データの最大の特徴は、様々な場面で活用できることです。データを空間座標で記録することはもちろん、平面だけでなく立体的な表現も可能です。

工場やプラントの改修工事では、モデリング、シミュレーション、危険個所のモニタリングなど、幅広く点群データが利用されています。点群データは、国土交通省が推進する「ICT活用工事」(建設工事の生産性向上・経営改善を目的とした取り組み)にも寄与しています。

ICT活用工事では、ペーパーレス化も含まれており、デジタルデータで納品できる電子納品の制度もあります。 電子納品では、完成した工事部分について、3Dレーザースキャナーで記録した出来形データを提出します。出来形データの作成に点群データを使用できるうえ、BIMやCADへの共有も可能です。 点群データは空間座標というシンプルな内容のため、用途に合わせたファイル形式に変換できます。

官公庁や客先への提出の際には、先方が確認しやすいファイル形式を選んで出力できます。また、処理に使用するソフトウェアに合わせた形式で出力できるため、取得した1つの点群データをCADや3Dモデリング用のデータとして活用しやすいです。

3Dモデル化する理由

点群データを基に3D図面を起こし、3Dモデルを作ることができます。

点群データは点の集まりからできているため、パソコン上ではありますが、採寸した現地を立体的に見ることができます。見たいところだけを切り取って立体で確認することも可能です。

点群データを面として扱えるようにし、スムーズにくるくる回して見られるため、対象物の全体像を視覚的に掴みやすいです。 点群データを3Dモデル化するのには、上記のほか、ファイルサイズを小さくし、データを利用しやすくする目的もあります。

点群データは高密度で精細なデータです。そのまま他の用途に利用できると思いがちですが、高精度ゆえにファイルサイズが巨大で、実際の業務では使いづらいです。 工場やプラントの現調で得た点群データは、ファイルサイズが非常に巨大になることが多いです。

そのため、点群データにモデリング等の加工を施し、用途に合わせて必要な要素だけを抽出したデータを使用します。

3Dモデル作成のソフトウェア

点群データの処理には、モデリングの他、データ合成やノイズ除去、点群のカラー化など、用途に適したソフトウェアを使います。

ソフトウェアには、3Dレーザースキャナーに付属するもの、専用ソフトウェア、フリーソフトがあります。 多くのソフトが、点群データ処理に必要な機能を備えています。点群データからCADデータ化までサポートしますが、ソフトによって得意・不得意な処理があります。

点群データの処理方法によって、ソフトウェアを使い分けるのが一般的です。 モデリング処理に強いソフトウェアとして、次の5つを挙げて紹介します。

ライカジオシステムズ「RTC360」

「RCT360」は、3Dレーザースキャナーのメーカーであるライカジオシステムズのソフトウェアです。

座標値にキャプチャデータを自動的に配置するなど、手間をかけずにモデリングできる機能が豊富です。レーザーで1ショット撮影するのに、他社製品では7分ほどかかる場合がありますが、「RCT360」では約2分という短時間での照射を実現できます。

「RCT360」は、点群データの合成、点群分析、断面図の作成、報告書の出力まで対応しています。

エリジオン「InfiPoints」

「InfiPoints」は、三次元形状処理とデータベース変換の技術をベースにしたパッケージソフトを企画・開発するエリジオンが提供するソフトウェアです。 点群で採寸したり、点群から図面を起こすという使い方が多い場合におすすめです。

現況の図面がない場合に点群を元に図面を作成し、 点群データから二次元にすることもできます。立体的に起こした現地の見たいところを切り取って確認できます。3D図面を起こし、3Dモデルを作ることもできます。

Autodesk「Civil 3D」

「Civil 3D」は、AutoCADやMaya、3ds Maxといったソフトウェアを開発しているAutodeskが販売するソフトウェアです。

CAD化したデータから平面図を起こしたり、サーフェスモデリングを作成する際に使われます。BIM(ビルディング インフォメーション モデリング)にも対応しており、作図、設計、施工図書の作成などでも有効です。

Unity/Unreal Engine

ゲームエンジンとして開発されたUnityやUnreal Engineを、処理した点群データを利用する際に使うことがあります。

Unity/Unreal Engineは、最新の商用ゲームでも使われるほど高性能なソフトウェアですが、無料でダウンロードできます。利用方法によってはフリーソフトのようにも使え、ゲーム制作以外で利用する機会が増えています。点群データ処理もその一つです。

Open3D

「Open3D」は、インテルが開発するオープンソースのソフトウェアライブラリです。プログラミング言語のPythonとC++に対応しており、複雑なプログラムによる3D点群データの解析や処理ができます。ただし、比較的新しいソフトウェアのため、ネット上にはまだ日本語の情報がそう多くありません。

まとめ:点群データの3Dモデル化は専用ソフトで

主に3Dレーザースキャナーを使って取得する点群データは、モデリングやシミュレーション、モニタリングのほか、官公庁へ提出物するデジタルデータなど、様々なものに使用できます。

点群データをモデリングするソフトウェアには、専用ソフトウェアからフリーソフトまで様々なものがありますが、点群データの取得から官公庁へのデータ提出まで一連の業務をストレスなく完結させるには、専用のソフトウェアを使用するのがおすすめです。

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