3D計測の現場では、点群データだけでは伝えきれない「現場のリアリティ」をどう可視化するかが大きな課題となっています。そうした中で注目されているのが、フォトリアルな空間再現を可能にする新技術「3DGS（3D Gaussian Splatting）」です。

従来の点群では難しかった質感や透明感の表現まで再現できるため、プレゼンテーションや遠隔点検の質を大きく高める可能性があります。さらに、この3DGSを現場で効率よく活用するうえで重要な役割を果たすのが、歩きながら計測できる「ハンディ型LiDAR SLAMスキャナ」です。

今回は、3DGSとSLAMの基本的な仕組みから、両技術を組み合わせた最新の業務ワークフローまでを体系的に解説します。

私たちアジルジオデザインでも、こうした先進的なデジタルツイン技術を活用し、複雑な現場の可視化やデータ化を支援しています。次世代の3D計測技術が、建設・測量の現場をどのように変えていくのかを解説します。

3DGSの仕組みとその技術

3DGS（3D Gaussian Splatting）は、従来の点群やフォトグラメトリとは異なるアプローチでフォトリアルな3D空間を再現する技術です。ここでは、3DGSの基本的な仕組みと、従来手法と比較した際の特徴や優位性について解説します。

3DGSの基本原理と特徴

3DGSの最大の特徴は、空間を「点」ではなく、ガウス分布と呼ばれる半透明で異方性を持つ楕円体の集合として表現する点にあります。

従来の点群データは、XYZ座標と色情報を持つ離散的な点の集合であるため、拡大すると点と点の間に隙間が生じやすいという課題がありました。一方で、3DGSでは数百万から数千万個の楕円体を空間に配置し、それらを重ね合わせて描画することで、滑らかな表面や空気感まで表現できます。

さらに、この手法は従来のLiDAR（光を用いた検知と測距）による点群では表現が難しかった、物体の質感や光の反射、さらには煙や霧のような不定形な対象までリアルに再現できる点も特徴です。加えて、深層学習による最適化アルゴリズムを利用しているため、レンダリング（描画）処理が高速であることも大きな利点です。

その結果、スマートフォンや一般的なPCのブラウザ上でも、フォトリアルな3D空間をスムーズに閲覧できる環境が実現しています。

フォトグラメトリとの違い

従来、フォトリアルな3Dモデル生成技術として広く利用されてきたのがフォトグラメトリです。しかし、3DGSはこのフォトグラメトリとは根本的に異なる仕組みを採用しています。

フォトグラメトリでは、写真から特徴点を抽出し、それらを接続してポリゴンメッシュを生成し、そこにテクスチャを貼り付けるという工程を経て3Dモデルを構築します。このメッシュ生成の過程では、細い手すりや網状のフェンス、あるいはガラスなどの透過物がうまく再現できず、形状の崩れやノイズが発生することがありました。

一方、3DGSはメッシュという構造を介さず、画像情報を直接学習して空間を再構成します。そのため、メッシュ生成工程が不要となり、鏡への映り込みや水面の反射、半透明素材といった従来は再現が難しかった対象も自然な形で表現できます。

さらに、計算処理の効率も高く、従来は高性能なワークステーションを長時間稼働させる必要があった処理を、より短時間で実行できるようになっています。これにより、高品質なフォトリアルモデルをより実用的な時間で生成できるようになりました。

3DGSが建設、インフラ業界にもたらす革新

3DGSの導入は、建設・インフラ分野における現場の可視化手法を大きく変える可能性があります。特に大きなメリットとなるのが、遠隔地からでも臨場感のある現場確認が可能になる点です。

従来の点群データは、専門知識がなければ形状を理解しにくい場合がありましたが、3DGSモデルは実際の現場に近い見た目で表示されるため、発注者や非技術者にも状況を直感的に伝えられます。これにより、会議室にいながら現場を歩いているかのような視点で議論でき、意思決定や合意形成のスピードが向上します。

また、維持管理の分野においても視覚的な情報量の増加は大きな価値を持ちます。橋梁の錆の進行状況やコンクリート表面の変色、漏水の痕跡などは、従来の粗い点群では把握しにくい場合がありました。

3DGSでは滑らかな描画により細かな表面状態まで確認できるため、劣化の兆候をより直感的に把握できます。こうした特性により、デジタルツインは単なる形状の記録から、現場状況を詳細に把握できる視覚的な情報基盤へと進化しつつあります。

ハンディSLAMスキャナの役割とメリット

3DGSのような高度な空間再現を実現するためには、現場で効率的かつ網羅的にデータを取得する手段が不可欠です。ここで重要な役割を担うのが、歩きながら3D計測ができるハンディ型SLAMスキャナです。ここでは、SLAM技術の基本的な仕組みと、ハンディデバイスとして活用するメリットについて解説します。

SLAM技術の概要

SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）は、「自己位置推定」と「地図作成」を同時に行う技術です。

一般的な屋外測量ではGNSS（全球測位衛星システム）を用いて位置を特定しますが、屋内空間やトンネル、橋梁下、森林内部などの環境では衛星電波が届かず、正確な測位が困難になります。SLAMを搭載した計測デバイスは、周囲の形状をセンサーで取得しながら自己位置を連続的に推定するため、GNSSが利用できない環境でも歩行しながら三次元地図を構築できます。この仕組みにより、広い空間でも連続した計測が可能になります。

SLAMには、主に次のような方式があります。

• LiDAR SLAM：レーザーを照射して周囲までの距離を計測し、形状情報をもとに自己位置を推定する方式
• Visual SLAM：カメラ画像から特徴点を抽出し、それらの位置関係を利用して自己位置と環境構造を推定する方式

近年のハンディSLAM機器では、これらの技術を組み合わせることで、精度と安定性を両立しています。作業者は機器を持って歩くだけで計測が進み、リアルタイムでタブレットなどに計測範囲が表示されるため、データの取りこぼしをその場で確認・防止できるという利点があります。

ハンディ型SLAMが3DGSと相性が良い理由

3DGSのモデル生成には、多角的な視点から取得された大量の画像データが必要になります。そのため、撮影視点を連続的に変化させながらデータを取得できる計測手法が重要になります。

従来の三脚型レーザースキャナでは、1地点ごとに機器を設置して計測する必要があり、据え替え作業を繰り返すことで作業時間が長くなりやすいという課題がありました。また、死角をなくすためには多くの設置点が必要になります。

一方、ハンディ型SLAMは歩行しながら計測できるため、視点が連続的に変化するデータを効率的に取得できます。この連続した視点移動は、3DGSが必要とする画像データの取得条件と非常に相性が良い特徴です。

特に次のような環境では、そのメリットが顕著になります。

• 配管や設備が複雑に入り組んだプラント施設
• 狭い点検通路や屋内設備空間
• 複雑な構造を持つ文化財建築や歴史的建造物

このような場所では固定式スキャナの設置が難しいケースも多く、ハンディSLAMの機動力がデータ取得の効率を大きく向上させます。その結果、3DGSモデルの品質を高め、より欠損の少ないデジタル空間の構築につながります。

ハンディSLAMの最近の動向

現在、ハンディSLAM機器は国内外のさまざまなメーカーから登場しており、用途や性能に応じて多様な選択肢があります。

ハンディSLAMに対応した機器の普及により、従来よりも手軽に3D計測を実施できる環境が整いつつあります。ただし、業務用途で利用する場合には、単純な操作性だけでなく、次の点を考慮することが重要です。

• 計測精度
• 計測範囲と作業効率
• 機器の重量や運搬性
• データ処理ワークフローとの適合性

また、SLAM計測は単に歩くだけで高精度なデータが得られるわけではありません。暗所環境や単調な壁面が続く通路、金属反射が多い場所などでは計測精度に影響が出ることがあります。そのため、現場条件に応じて最適な機器選定や歩行ルートの設計を行うことが重要です。

アジルジオデザインでは、こうした現場条件を踏まえた計測計画を立てることで、ハンディSLAMを活用した高精度なデータ取得を実現しています。

3DGSとハンディSLAMのワークフロー

3DGSモデルの品質は、現場計測からデータ処理、共有までのワークフロー設計によって大きく左右されます。ここでは、ハンディSLAMを活用して3DGSモデルを構築する際の一般的なプロセスについて解説します。

現場での撮影・計測の準備

高品質な3DGSモデルを構築するためには、現場計測前の準備が極めて重要です。3DGSは画像情報をもとに空間を再構成する技術であるため、特に照明環境や撮影条件への配慮が不可欠になります。

たとえば、強い逆光や短時間で大きく変化する日射条件は、モデル内にゴースト（重なり）やノイズを発生させる原因となります。また、歩行者や車両などの動体が画面内に入り込むと、それらも空間の一部として学習されてしまう可能性があります。そのため、計測時間帯の選定や立ち入り制限など、撮影環境の管理が重要になります。

さらに、計測ルートの設計もモデル品質を左右する重要な要素です。3DGSでは、隣接する画像やデータ間に十分な「オーバーラップ（重なり）」が確保されていないと、空間が正しく再構成されない場合があります。

そのため単に現場を通過するだけではなく、次のような視点移動を意識した計測計画を立てることが重要です。

• 対象物の周囲を回り込むように歩行する
• 視点の高さを変えながら撮影する
• 狭小部や裏側など死角となる部分も計測する

このように、3DGS特有の撮影条件を踏まえた歩行ルートを設計することで、より安定した空間再構成が可能になります。

データ処理と学習の実施

現場で取得したデータは、そのまま3DGSモデルとして生成されるわけではなく、複数の処理工程を経て学習データとして整理されます。

まず、ハンディSLAMで取得した軌跡データや動画、連続写真から、3DGS学習に適したフレームを抽出します。この工程で重要になるのが、カメラ位置推定（SfM：Structure from Motion）の精度です。各フレームが空間のどの位置から撮影されたのかを高精度に推定することで、ガウス分布の配置がより正確になり、結果として高品質なモデル生成につながります。

また、3DGSの学習処理には高性能GPUを搭載した計算環境が必要になります。対象範囲が広い現場では、数千万規模のガウス分布を最適化する処理が発生するため、計算時間も長くなる傾向があります。

そのため、プロジェクトの規模や納期に応じて次のような計算環境を選定することが重要になります。

• オンプレミスの高性能ワークステーション
• GPUクラウドを活用した分散処理環境

こうした計算環境の設計は、モデル生成のスピードやプロジェクト全体の納期にも影響する重要な要素です。

アウトプットの最適化と共有

完成した3DGSモデルは情報量が非常に多く、データサイズが数GB規模になることも珍しくありません。そのため、実務で活用するためにはデータの軽量化や配信方法の設計が重要になります。

近年では、専用の3Dビューワーを利用することで、URLを共有するだけでブラウザ上からフォトリアルな3D空間を閲覧できる環境が整いつつあります。これにより、専門ソフトを持たない関係者でも現場状況を直感的に確認できるようになります。

また、3DGSモデルはさまざまな用途への展開が可能です。

• VRゴーグルを用いた没入型の現場確認
• ARデバイスによる現地での可視化
• CADやBIM（Building Information Modeling）との重ね合わせ

特にBIMとの連携では、既存環境の3DGSモデルを背景に計画中の設計モデルを配置することで、「将来の構造物がどのように見えるか」をリアルな環境の中でシミュレーションできます。これにより、設計検討や合意形成の精度を高めることが可能になります。

3DGSとSLAMの実務的価値

3DGSとハンディSLAMの組み合わせは、単なる高精細な3D可視化にとどまらず、建設・インフラ・産業設備の現場において具体的な業務課題の解決に貢献します。本章では、実際の業務分野における活用例と、その実務的な価値について解説します。

建設現場分野

建設現場は、施工の進行とともに形状が変化していく「動的な空間」です。3DGSとハンディSLAMを活用すれば、施工フェーズごとの状態を高い再現度で記録することができます。

たとえば、コンクリート打設前の配筋検査では、複雑に配置された鉄筋の状態を3DGSで記録しておくことで、後からでも詳細な確認が可能になります。これにより、「特定箇所の被り厚は適切だったか」といった確認を、現場に戻ることなく高い確実性で行うことができます。

さらに、壁内部に隠れる配管やダクトの施工状況を事前にデジタル記録しておくことで、竣工後の維持管理や改修工事の際に発生する手戻りを大幅に減らすことができます。これらのデータは最終的に「デジタル竣工図」として発注者に提供することも可能であり、建物の資産管理の高度化にも寄与します。

インフラ設備分野

橋梁、トンネル、ダムなどの公共インフラでは、老朽化対策のための点検・維持管理の重要性が年々高まっています。しかし、これらの構造物は高所や狭小部が多く、点検作業の安全確保が大きな課題となっていました。

ハンディSLAMを活用すれば、高所作業車やドローンと組み合わせることで、足場を設置せずに広範囲のデータ取得が可能になります。これにより、危険箇所を含む構造物全体を効率的に記録できます。

また、3DGSによるフォトリアルな可視化により、次のような劣化状況をより詳細に確認できます。

• コンクリート表面のひび割れ
• 鋼材の腐食や錆の進行
• 表面の変色や漏水痕

さらに、定期的にスキャンを実施することで、異なる時期のデータを比較した経年変化のモニタリングも可能になります。これにより、劣化の進行状況を客観的に把握し、補修が必要な箇所を優先的に特定するデータ駆動型の維持管理を実現できます。

工場・プラント設備分野

工場やプラント設備は、配管やバルブ、各種計器が三次元的に複雑に配置されており、従来の手法では現況把握や図面作成に多くの時間とコストが必要でした。ハンディSLAMによる高速なスキャンと3DGSによる高精細な可視化を組み合わせることで、この課題を効率的に解決できます。

数千平米規模の空間でも、作業者が数時間歩行するだけで、施設全体のデジタルコピーを取得することが可能です。取得したデータは、設備更新やレイアウト変更の検討において重要な基盤情報となります。

たとえば、次のような用途で活用できます。

• 新規設備が既存配管と干渉しないかの確認
• 改修工事における施工計画の検討
• 現場状況の遠隔共有

さらに近年では、現場作業員向けの安全教育への活用も注目されています。危険箇所を3DGSによるリアルな仮想空間として再現することで、実際の作業環境に近い形で安全教育を実施でき、現場での事故リスク低減につながることが期待されています。

3DGS導入の課題と今後の展望

3DGSは非常に高い可視化能力を持つ技術ですが、実務で活用するためにはいくつかの技術的課題も存在します。最後に、現時点での主な課題と、それらを解決するために進められている技術動向について解説します。

データ精度の課題

3DGSはフォトリアルな「見た目の再現性」に優れた技術ですが、それ単体では必ずしも高精度な幾何寸法を保証するものではありません。特に広範囲の空間を計測する場合、SLAM特有の累積誤差の影響により、モデル全体にわずかな歪みが生じる可能性があります。

そのため、実務用途では次のような補完的な手法を組み合わせるケースが多くなっています。

• GNSSやトータルステーションによる基準点の設置
• 高精度LiDAR点群との統合
• 制御点を用いた位置補正

これらを適切に組み合わせることで、フォトリアルな可視化と測量レベルの位置精度を両立させることが可能になります。

ファイルサイズとセキュリティの管理

3DGSモデルは非常に高密度な情報を持つため、データ容量が大きくなりやすいという特徴があります。現場規模によっては、モデルサイズが数GBに達することもあり、データ管理や共有方法の設計が重要な課題となります。

そのため、導入時には次のようなインフラ設計が求められます。

• クラウド上での効率的なデータ管理
• Web配信用の軽量化処理
• 社内・クライアントとの安全な共有環境の構築

さらに、インフラ施設や重要工場などのデータは高い機密性を持つため、セキュリティ対策も不可欠です。具体的には次のような対策が検討されます。

• 通信およびデータ保存の暗号化
• IPアドレス制限によるアクセス管理
• 機密データを扱うためのローカル運用環境

このように、3DGSの導入には技術面だけでなく、データ管理やセキュリティを含めた運用設計も重要になります。

AIとの統合と自動解析の可能性

今後の発展として特に期待されているのが、AIとの統合による自動解析の高度化です。3DGSモデルは単なる画像ではなく、三次元空間情報を含むデータであるため、AIによる物体認識や解析と非常に相性が良い特徴があります。

たとえば、次のような自動化が実現しつつあります。

• モデル内の配管や設備を自動識別しCADデータ化
• コンクリート表面のクラック検出
• 設備や構造物の自動分類

これにより、従来は人手で行っていた点検・図面化作業の効率化が期待されています。

さらに近年では、リアルタイムに3DGSモデルを生成する研究も進んでいます。この技術が実用化されれば、たとえば災害現場で取得した映像から、遠隔地の対策本部にフォトリアルな3D空間を即座に共有するといった運用も可能になります。

このように、3DGSとハンディSLAMの進化は、物理空間の把握や活用の方法を大きく変える可能性を秘めています。

まとめ

3DGSとハンディSLAMの組み合わせは、従来の点群中心の計測では難しかったフォトリアルな空間再現と、効率的な現場データ取得を同時に実現する技術です。特に建設・インフラ分野においては、視覚的に理解しやすい3D空間を短時間で構築できることが大きな価値となります。

3DGSは従来の点群では表現が難しかった質感や光の反射まで再現できる可視化技術ですが、その性能を実務で十分に活かすためには、現場データを効率よく取得する仕組みが必要です。そこで重要な役割を果たすのが、歩行しながら計測できるハンディSLAMです。

三脚型レーザースキャナでは対応が難しかった複雑な構造物や広域な現場でも、ハンディSLAMの機動力を活用することで、短時間で死角の少ない計測が可能になります。この2つの技術を組み合わせることで、単なる視覚的な3Dモデルの作成にとどまらず、施工管理、遠隔点検、設備管理など、現場業務そのものの効率化につながります。

さらに、BIM/CIMとの連携やAIによる解析技術の発展により、3DGSとSLAMは建設・インフラ分野のデジタルトランスフォーメーション（DX）を支える基盤技術として、今後ますます重要な役割を担うと考えられます。

アジルジオデザインでは、今回紹介した3DGSやハンディSLAMを活用したデジタルツイン構築を通じて、測量・建設・インフラ分野における現場の可視化とデータ活用を支援しています。現場の状況をよりリアルに把握したい、最新の3D計測技術を導入したいといった課題をお持ちの方は、ぜひお気軽にご相談ください。専門スタッフが最適なソリューションをご提案します。