1人でできるフォトグラメトリ：スマホ一台で簡単・高精度な点群測量

近年、建設や測量の現場で「フォトグラメトリ」という言葉が注目を集めています。スマートフォンのカメラを使って対象物の3次元形状をデジタル化し、点群データや3Dモデルを生成する技術です。これにより、従来は専門機器や高度なスキルが必要だった測量作業が、1人でスマホ一台あれば手軽に行える時代が到来しました。

本記事では、フォトグラメトリとは何か、なぜスマホ1台で測量が可能なのか、その具体的な手順や得られる精度、従来の測量手法との違いを初心者にも分かりやすく解説します。また、初心者でも導入しやすい理由や、実生活や仕事における活用例（小規模工事、敷地調査、簡易設計、趣味の記録など）も紹介します。記事の最後では、スマホを使った最新の簡易測量ソリューション「LRTK」についても触れ、スマホフォトグラメトリ導入のヒントを提供します。

フォトグラメトリとは何か？

フォトグラメトリ（Photogrammetry）とは、日本語で「写真測量」を意味し、複数の写真画像から対象物の3次元情報を取得する技術です。対象をさまざまな角度から撮影した多数のデジタル写真を専用ソフトウェアで解析し、各写真に写る共通の特徴点を見つけ出します。そして三角測量の原理によってそれら点の空間座標を計算し、高密度な点の集合（点群）やポリゴンメッシュなどの3Dモデルを生成します。写真には色情報も含まれるため、生成されたモデルには実物さながらのテクスチャ（色や模様）が付与され、リアルな外観を再現できるのも特長です。

フォトグラメトリの大きなメリットは、高精度かつ低コストで3Dデータを作成できる点です。高価な3Dレーザースキャナーを使わなくても、手持ちのカメラとパソコン（あるいはスマホ）さえあれば、建物や地形から小さなオブジェまで立体物の詳細なモデルを作成できます。実際、写真測量で得られる点群データの密度や精細さは非常に高く、条件が良ければミリ単位の形状までデジタル化することも可能です。それでいて必要な機材はカメラ程度とお手軽であるため、研究機関やプロの現場のみならず、近年は建設・土木分野やクリエイティブ分野、趣味の世界に至るまで幅広く普及が進んでいます。

さらに、ソフトウェアやコンピュータ環境の進歩もフォトグラメトリ普及を後押ししています。解析アルゴリズムの高度化やパソコン・スマホの性能向上、クラウドサービスの登場によって、従来は専門家の手作業が必要だった3D生成処理が自動化・高速化されました。最近ではAI技術の応用も進み、写真からの3Dモデル生成がより高品質に行えるようになっています。その結果、専門知識がなくても誰でも扱える3D計測手法としてフォトグラメトリは注目を集めているのです。

なぜスマホ一台で測量ができるのか

フォトグラメトリ自体は従来からある技術ですが、高性能なスマートフォンの登場により一気に身近なものとなりました。では、なぜスマホ1台で測量ができてしまうのでしょうか？主な理由は、現在のスマートフォンが複数の高度なセンサーと強力な処理能力を備えたデバイスだからです。

まずスマホには高解像度のカメラが搭載されています。最新のスマホなら1000万画素を超える鮮明な写真が撮影でき、この写真群がフォトグラメトリの原材料になります。カメラ性能の向上によって、スマホであっても十分高品質な画像データが得られるため、3D再現の精度も向上しています。さらに近年のスマホ（特に一部のiPhoneなど）にはLiDAR（ライトレーザーによる測距センサー）まで内蔵されており、被写体との距離や奥行きを直接計測することが可能です。LiDARセンサーは写真測量の弱点である特徴点の少ない場面でも形状を捉える助けとなり、写真＋LiDARのハイブリッドで精度を高めるアプリも登場しています。

また、スマホは小型コンピュータでもあります。マルチコアCPUやGPUを活かして、撮影した画像の解析や3D演算をその場で実行できるほか、必要に応じてインターネット経由でクラウドサービスにデータを送り、高速なサーバで処理することもできます。つまり、データ計測から処理までを一貫してこなせるのがスマホの強みです。加えて、スマホには加速度計やジャイロスコープ（姿勢センサー）、GPSなども内蔵されており、これらの情報が画像解析と組み合わさることで、より効率的にカメラの位置推定やスケール推定が行えるようになっています。

このように、カメラ・センサー・コンピューティング能力が集約されたスマートフォンは、まさに携帯できる計測機器といえます。専用のフォトグラメトリアプリを使えば、スマホを片手に現場を歩き回るだけで自動的に写真が撮影され、裏側で3Dモデルが生成されていきます。従来の測量では三脚や複雑な機器設定が必要でしたが、スマホなら直感的な操作で計測が可能です。こうした手軽さから、「スマホで測量」が実現できているのです。

スマホを使ったフォトグラメトリの手順

では実際に、スマホ1台を使ってフォトグラメトリによる点群測量を行う基本的な手順を見てみましょう。流れとしては大きく以下の4ステップに分けられます。

• 準備: 計測したい対象物や現場を選びます。事前に周囲の環境を整え、対象物に十分な光が当たるようにしましょう（屋外なら日中の明るい時間帯が理想、屋内なら照明を増やすなど）。被写体が動かないよう安定した状態にし、邪魔な物や人の写り込みは排除します。場合によっては、対象物のそばにスケールバーや既知の長さのもの（定規やマーカー）を置いておくと、後でモデルにスケール（寸法）を与えるのに役立ちます。

• 撮影: スマホのカメラで対象物を様々な角度から撮影します。フォトグラメトリでは撮影枚数が多いほど精度が上がる傾向にあるため、対象物全体をカバーできるようできるだけ多くの写真を撮りましょう。ただし漫然と撮るのではなく、少しずつカメラ位置や角度をずらしながら全周囲から均一に撮影することが重要です。連続写真を撮る専用アプリや動画モードを使って、歩きながらスキャンすることもできます。撮影時はピントが合ってブレのない写真を確保するため、スマホを両手でしっかり構え、必要に応じて三脚やスマホ用ジンバルを利用すると良いでしょう。また、金属やガラスなど光沢の強いものや透明なものは写真から形状復元しにくいので、そうした対象は避けるか、マットなスプレーを吹きかけるなどの工夫が有効です。

• 画像の処理と3Dモデル生成: 撮影した写真データをフォトグラメトリアプリで処理します。スマホ上で処理が行えるアプリもありますが、写真の枚数が多い場合や高精細なモデルを作りたい場合は、一旦クラウドやPCに写真をアップロードして処理するケースもあります（アプリによって方式は様々です）。ソフトウェアは画像間の共通点を解析し、カメラ位置の推定と点群の生成を自動で行います。処理時間はデータ量やスマホの性能によりますが、数十枚程度の写真ならスマホでも数分～15分程度で粗いモデルが生成されることもあります。処理後、点の集合体である点群データや、テクスチャ付きのポリゴンモデルが得られます。

• 結果の活用・測量: 完成した3Dモデルを確認し、必要に応じてスケール調整や座標合わせを行います。例えば、手順1で置いたスケールバーがモデル内に写っていれば、その長さを基準にモデル全体の寸法を校正できます。モデルは専用ビューアやアプリ上で回転・拡大縮小でき、現地にいるのと同じ感覚で長さや面積、高さ差を計測可能です。地形であれば等高線を描いたり、構造物であれば断面を切って図面化することもできます。点群データをCADやBIMソフトに読み込めば、本格的な設計・解析にも利用できます。ここまでの一連の作業が、スマートフォンだけで完結してしまうのが驚きです。

※撮影のコツ: フォトグラメトリの精度は元となる写真の品質に大きく左右されます。ピンボケ写真やブレのある写真は避け、影が強く出ないよう均一な明るさで撮影しましょう。被写体の表面に模様やディテールが少ない場合、付箋やマーカーを貼って人工的に特徴点を増やすと効果的です。とにかく色々な角度から重複度高く撮ること、そして焦らず丁寧に撮ることが成功の鍵です。

スマホフォトグラメトリの精度と実用性

気になる精度の面ですが、スマホを使ったフォトグラメトリでも十分実用的な精度を達成できます。一般に、フォトグラメトリで生成されたモデル内での相対精度（形状寸法の正確さ）は、撮影条件が良好であれば数ミリ～数センチ程度の誤差に収まることが多いです。例えば、室内で家具の配置を測るようなケースでは数ミリ単位の精度で寸法を拾えますし、建物外観や地形の測量でも、数センチの範囲で実寸に近いモデルを得ることが可能です。撮影枚数や写真の解像度を増やすことで、モデルの点群密度も上がり、小さなディテールまで鮮明に記録できます。

一方で、モデル全体の絶対精度（現実の座標系における正確さ）は、スマホ単体の場合いくらか注意が必要です。通常のスマホカメラで撮影しただけでは、生成された点群やモデルは任意のスケール（縮尺）や座標系で出力されます。そのため、実寸大の寸法と合わせるには前述のようにモデル内の既知寸法でスケール調整したり、複数の既知点（地上基準点）を撮影に含めておいて後処理で合わせ込む必要があります。また、スマホ内蔵のGPS位置情報は数メートル単位の誤差があるため、それだけでモデルに地理座標を与えるのは難しいのが現状です。しかし、これらは裏を返せば相対形状の精度自体は非常に高いことを意味します。スケールさえ合わせ込めば、スマホ写真測量のモデル上で距離や面積を測ったとき現場とほぼ遜色ない値が得られます。実際、工事の進捗管理や出来形（出来高）数量の把握などには、スマホのフォトグラメトリで得た点群データが実用に供され始めています。

精度に関連して、フォトグラメトリで得られる点群はカラー情報を持つ点群である点も実用上のメリットです。各点にRGB色が付いているため、出来上がったモデルを見れば地面なのか草なのか、コンクリートなのかアスファルトなのかといった材質の違いも一目瞭然です。これは白黒の点だけを取得する従来型のレーザースキャナーにはない利点で、現場の状況把握や関係者への説明にも役立ちます。また、スマホで取得する範囲は任意に選べるため、必要な部分だけをピンポイントで測量でき、不要なデータを最小限に抑えられる柔軟性もあります。

もっとも、法的に求められる厳密な基準点測量や、公的図面作成などでは、依然として従来型の測量機器や専門的な手法が用いられる場合があります。スマホフォトグラメトリは万能ではありませんが、「現場の状況を素早く3D記録して把握する」という目的において、その精度と手軽さから十分に実用的なソリューションだと言えるでしょう。

従来の測量手法との違い

スマホを使ったフォトグラメトリ測量は、従来の測量手法と比べて様々な違いがあります。いくつか代表的なポイントを比較してみましょう。

• 必要な機材・コスト: 従来の測量ではトータルステーションやGPS受信機、大型の3Dレーザースキャナーなど高価で専門的な機材が必要でした。三脚やスタッフ（一脚の計測棒）を担いで現場に出向く必要もありました。それに対し、フォトグラメトリ測量はスマホとカメラだけで始められます。既に持っているスマホを使えるので追加投資が少なく、小規模事業者や個人でも導入しやすい低コスト手法です。

• 作業人数と手順: 従来は測量士を含む複数人で作業するのが一般的でした。例えば1人が測量機を覗き、もう1人が反射プリズムを持って測点に立つ、といった具合です。フォトグラメトリなら基本的に1人で完結します。カメラ撮影も機動的に行えるため、狭い場所や高所も身軽に対応できます。また、従来は測点ごとに1点ずつデータ取得していたのが、写真撮影ではシャッターを切るだけで無数の点を同時に取得できるため、広範囲を短時間で測量できる点も大きな違いです。

• データ形式と活用: 従来の測量データは点や線の集合（座標表や図面）として出力されました。一方、フォトグラメトリでは現実そっくりの3Dモデルが得られます。このモデル上で自由に計測ができるだけでなく、データとしてもBIM/CIMモデルやGISマップと親和性が高く、後工程での利活用が容易です。例えば、取得した点群を設計データと重ね合わせて出来形を検証したり、完成予想図と現況を比較したりといった活用が直感的にできます。現場の記録としての価値も高く、工事前後の状況を3Dアーカイブしておくことで後から詳細を検証することも可能です。

• 精度と信頼性: 高精度が要求される基準点の測設や境界測量などでは、依然として専門の測量機器が主役です。トータルステーションや高精度GNSSは、適切に扱えばミリ単位までの精度を保証します。ただ、それら従来手法では多数の点を測るのは時間がかかり、人為ミスも蓄積しやすいという課題もありました。フォトグラメトリでは一度に大量の点を取得できるため、全体としての精度は高く、特に相対的な寸法精度では遜色ない成果を得られます。もちろん絶対座標合わせの工夫は必要ですが、簡易な現況把握や施工管理レベルであればスマホ写真測量でも必要十分な精度を確保できます。

このように、スマホによるフォトグラメトリは従来手法と「競合」するというより、むしろ補完し合う関係にあります。大まかな現況把握やプレゼン資料作成には手軽なフォトグラメトリを活用し、最後の詰めの高精度測定だけ従来機器で行う、といった住み分けも可能です。新旧の技術を上手く使い分けることで、測量作業全体の効率と品質が向上すると期待されています。

初心者でも導入しやすい理由

スマホフォトグラメトリがここまで普及した背景には、初心者でも取り組みやすい要素が揃っていることがあります。具体的には、次のような点が挙げられます。

• 初期コストの低さ: 手元のスマートフォンを使えるため、専用機材を購入する必要がありません。無料または安価なアプリからスタートでき、予算の限られた個人や小規模事業者でも始めやすいのが魅力です。

• 操作の手軽さ: 写真を撮るというシンプルな行為が中心で、複雑な機械操作や難しい設定は基本的にアプリ側が自動で行ってくれます。UIもスマホアプリならではの直感的なデザインが多く、専門的な教育を受けていなくても触っているうちに慣れていけます。

• 安全で負担が少ない: 軽量なスマホだけで作業できるため、重い機材を運ぶ必要がなく、狭所や高所でもフレキシブルに動けます。1人作業でも危険が少なく、撮影中は周囲への影響も小さいので気軽にトライできます。

• 結果が分かりやすい: 出来上がった3Dモデルは写真そのものを立体化したようなものなので、測量の専門知識がなくても理解しやすいです。「ここにこんなものがある」「この高さはいくつ」といった情報が視覚的に得られるため、社内外での情報共有もしやすくなります。数字の羅列を見るより、3Dで現況を確認できる方が初心者にも親切です。

• 学習リソースが豊富: スマホ測量に関する情報はインターネット上に多く、先人たちのノウハウをすぐに調べられます。またアプリ開発元がチュートリアル動画を用意していたり、ユーザーコミュニティがSNS上で発達していたりと、困ったときに助けを得やすい環境も整っています。こうしたサポート体制が敷居の低さにつながっています。

総じて、スマホフォトグラメトリは「誰でもすぐに試せる」間口の広さが最大の強みです。最初は小さな対象物をモデル化してみるなど遊び感覚で始めて、徐々に業務に取り入れていくことも可能でしょう。

フォトグラメトリ活用例：小規模工事から趣味の記録まで

最後に、スマホフォトグラメトリが実際にどのように活用できるのか、具体的なシーン別の例を紹介します。

• 小規模工事の現場計測: 住宅のリフォームや外構工事など、小規模な工事現場で現況を計測するのに活躍します。着工前にスマホで敷地や構造物をスキャンしておけば、あとでオフィスで寸法を確認したり、出来形を3Dで記録したりできます。従来はメジャーや測量器で測っていた作業を、写真を撮るだけで代替できるため省力化につながります。

• 敷地調査・地形の把握: 建設予定地や造成地の高低差や地物の配置を調べる場合にも有用です。ドローンを飛ばせないような場所でも、地上から建物周囲を撮影して地形の点群モデルを起こすことで、おおまかな地勢図を作成できます。土地の全体像を3Dで示せるので、関係者同士の認識合わせもスムーズになります。

• 簡易な設計・プランニング: 建築士やデザイナーが、リノベーションや造園のプランニング時に既存の建物や庭を測量するケースです。スマホで室内空間を撮影しておけば、後から壁や天井の寸法を拾って家具配置を検討できたり、庭の樹木や地形をモデル化してCADソフトに取り込み、設計の検討材料にできます。現場で長時間採寸しなくても概略モデルが手に入るため、提案までの時間短縮にも役立ちます。

• 趣味の3D記録・作品制作: 個人のホビー用途でもフォトグラメトリは盛んに使われています。旅行先の名所を3Dモデルとして記録したり、お気に入りの愛車やバイク、フィギュアなどを丸ごとスキャンしてデジタルアーカイブする人もいます。また、美術品や歴史的建造物を個人でスキャンしてVRで鑑賞するといった楽しみ方も可能です。最近ではスマホで撮った写真から3Dプリンター用データを起こすといったことも行われており、創作や研究の幅を広げるツールとしても注目されています。

このように、スマホフォトグラメトリは業務から趣味まで幅広い分野で活用が広がっています。「スマホで3Dスキャンできるなんて」と驚かれるかもしれませんが、一度使ってみるとその手軽さと有用性から手放せなくなることでしょう。

LRTKによる簡易測量

フォトグラメトリの魅力とスマホ測量の可能性について紹介してきましたが、最後にそれらをさらに推し進めた最新ソリューションをご紹介します。それが、スマホを用いた高精度測量システム「LRTK」です。

LRTKは、スマートフォンに取り付ける小型のRTK-GNSS受信機と専用アプリから構成され、一言で言えば「スマホをセンチメートル級精度の万能測量機に変える」画期的なツールです。通常、GPSを使ったスマホの位置情報は数メートルの誤差がありますが、LRTKではRTK（リアルタイムキネマティック）という補正技術を使うことで位置精度を飛躍的に向上させています。数cm以内という驚異的な精度でスマホの位置を把握できるため、スマホのカメラやLiDARで取得した点群データにそのまま高精度な座標を付与することが可能になります。

具体的には、LRTKを装着したiPhoneやiPadで現場を撮影するだけで、即座にグローバル座標付きの3D点群モデルを生成できます。フォトグラメトリ（写真測量）の技術を活用しており、出来上がったモデルはコンクリートの質感まで分かる高精細なものです。各点に緯度・経度・高さが含まれているため、モデル上で長さや勾配、面積、体積といった計測が現地に行かずとも正確に行えます。例えば、LRTKで作った3Dモデルを既存の図面データやGIS地図に重ね合わせれば、ピタリと合った位置・向きで配置されるので、従来は手間だった座標合わせ作業が不要になります。

LRTKの優れている点は、こうした高精度3Dスキャンが誰にでも簡単に行えるところです。機器は手のひらに収まるほど小型軽量で、持ち運びも楽々。専門的な操作も不要で、スマホのアプリ画面に従って撮影するだけで完了します。従来、センチメートル級の測位には大型の機材や複雑な設定が付き物でしたが、LRTKはそれらを一新し、現場技術者がスマホ感覚で扱える気軽さを実現しました。「いつでも、どこでも、誰でも」精密測量ができるという意味で、まさに測量の民主化といえるでしょう。

さらに、LRTKは現場での実用性もしっかり考慮されています。スマホ上で撮影から3D生成まですべて完結するため、山間部などインターネットが不安定な環境でも問題ありません（日本の準天頂衛星による補強信号にも対応しており、通信圏外でもRTK測位を継続できます）。現場で取得したデータはクラウドと連携して一元管理でき、オフィスにいながら遠隔でモデルを確認したり追加解析したりすることも容易です。点群データも写真測量由来のため軽量で扱いやすくなっており、スマホやタブレット上でサクサク動かせます。高価なCADソフトが無くてもブラウザ経由でモデルを共有できるサービスも提供されているため、小規模チームでもすぐに活用できます。

このようにLRTKは、スマホフォトグラメトリと最先端の測位技術を融合したトータルソリューションとして注目されています。スマホでの点群測量に興味を持った方は、ぜひLRTKによる簡易測量も検討してみてください。手軽さと精度を両立したこのツールを活用すれば、これまで諦めていたシーンでも「1人でできる測量」が実現できるかもしれません。より詳しい情報は [LRTK公式サイト](https://www.lrtk.lefixea.com) で公開されていますので、未来の測量スタイルに触れてみてはいかがでしょうか。