技術メモ 同一写真の複数回投入による3Dモデル改善効果

 Technical memo: 3D model improvement effect of multiple inputs of the same photo

I investigated the reason why multiple inputs of the same photo improve 3D models. It seems that "emphasis by reusing feature points" and "noise reduction by adding redundant data" are possible reasons. It seems to be a "good (?)" characteristic of the software, not a bug.

同一写真の複数回投入による3Dモデル改善効果の理由を調べてみました。「特徴点の再利用による強調」や「冗長データの追加によるノイズ低減」が考えられるようです。ソフトのバグではなく、ソフトの「良き（？）」特性のようです。

1　ChatGPT質問

フォトグラメトリソフト3DF Zephyrに3枚の空中写真を投入して、垂直写真仕様で地形3Dモデルを作成しました。平坦面が大きく波打った3Dモデルとなり、現実離れしたものになりました。

次に3枚の写真の複製を含めて6枚の写真で地形3Dモデルを作成しました。大きく改善され、見かけ上は通常の地形に見えるようになりました。

他の事例でも、同じ写真を2枚投入すると3Dモデル造形とテクスチャが改善されます。

この改善の理由について、考えられる要因を教えてください。

2　ChatGPT回答

同じ写真を複数回投入したことで3Dモデルの造形やテクスチャが改善された理由として、いくつかの要因が考えられます。以下にその理由を説明します。

2-1 特徴点の再利用による強調

フォトグラメトリでは、入力された写真から共通する特徴点を抽出して3Dモデルを構築します。同じ写真を複数回投入することで、ソフトウェアが同じ特徴点を何度も認識し、その位置情報が強調されます。この結果、特徴点のマッチング精度が向上し、平坦な地形の波打ちなどの誤差が軽減される可能性があります。

2-2 冗長データの追加によるノイズ低減

同じ写真が複数回投入されると、冗長なデータが増えます。この冗長性が、ノイズや計算誤差を統計的に平滑化する効果を生むことがあります。これにより、より滑らかで現実的な3Dモデルが生成される可能性があります。

2-3 アルゴリズムの内部補正効果

3DF Zephyrなどのフォトグラメトリソフトウェアでは、入力データが不足する場合や配置が不均一な場合、モデルに誤差が生じやすくなります。同じ写真を複数回投入することで、ソフトウェアのアルゴリズムが「補完」として認識し、元のデータの不足を補う動きをする場合があります。

2-4 テクスチャのリファイン効果

テクスチャマッピングでは、複数の写真から同じ領域を参照することで高品質なテクスチャが生成されます。同じ写真が複数回使用されることで、テクスチャ情報が「再評価」され、結果としてモデルの見た目が改善される可能性があります。

2-5 カメラパラメータの調整精度向上

カメラの内部パラメータ（焦点距離、歪み係数など）や外部パラメータ（位置や角度）の推定は、写真間の対応点に基づいています。同じ写真を追加することで、これらの推定が安定し、全体の精度が向上する場合があります。

2-6 平坦面の処理における情報補完

平坦な地形では特徴点が少ないため、モデルが波打つような誤差が生じやすいです。同じ写真を追加すると、平坦面の情報が補完され、これが改善につながることがあります。

2-7 注意点

この現象が起きるのは、フォトグラメトリソフトウェアのアルゴリズムや入力データの特性に依存します。3Dモデルの精度を向上させるには、以下の方法も検討できます：

・より多角度から撮影した写真を追加する。

・解像度の高い写真を使用する。

・特徴点が豊富に含まれる領域を撮影する。

・同じ写真を複数投入するのは改善効果がある場合もありますが、本来の最適な方法とは言えないため、データ収集や撮影方法を見直すことが推奨されます。

3　感想

同一写真の複数回投入による3Dモデル改善効果の理由をChatGPTで調べてみました。「特徴点の再利用による強調」や「冗長データの追加によるノイズ低減」が考えられるようです。ソフトのバグではなく、ソフトの「良き（？）」特性のようです。

3Dモデル造形が部分的に破綻したり、やテクスチャが部分的に乱れた時、正常な写真を複数回投入して、それを改善することが「手法」としてあることを知りました。人形塚古墳3枚写真による3Dモデル作成はとてもラッキーな体験となりました。

同一写真の複数回投入による3Dモデル改善効果の理由を、web検索で即時に調べることは、自分の現状知識や気力ではほとんど不可能です。しかし、ChatGPTならそれがいとも簡単にできました。ChatGPTの内部化を意識して進めることにします。

同一写真複数回投入による3Dモデル改善効果