ゲーム用のフォトグラメトリ

現代のゲーム業界では、グラフィックを忠実に表現することと短い起動サイクルが成功の鍵となっているため、そこでフォトグラメトリを導入する利点は明らかです。そのため、このテクノロジーは急速に業界標準になりつつあります。しかし、このプロセス全体は実際にどのように機能するのでしょうか?

他のフォトグラメトリの用途と同様に、ゲーム用にフォトグラメトリを利用するワークフローでも、オブジェクトをさまざまな角度から線形のマトリックスのようなパターンでキャプチャし、各写真を次の写真と重ね合わせることから始まります。大型オブジェクトをキャプチャする場合、開発者はその近距離から細部をキャプチャする前に、360度のワイドショットから開始することができます。
しかし、長距離用デバイスの方がこういった種類の用途により適しているため、長距離デバイスを使用する方が一般的に簡単です。

ビデオゲーム業界で使用されているフォトグラメトリ。画像ソース: smns-games.com

とはいえ、これらすべてを達成するのは、ただ言う分には簡単ですが、実際行う分には難しいものです。ゲームスタジオは、適切な形状とプロポーションを備えた完全なモデルを確実に作成するために、多くの「落とし穴」を回避していかなければなりません。まず始めに開発者は、使用する機器を検討する必要があります。高解像度カメラを使用する場合は、写真が重なるよう確認することが求められます。

ただし、LiDAR（Light Detection and Ranging) デバイスを使用する場合は、オブジェクトの基材も考慮しなければなりません。たとえば、これが再帰反射だった場合、その表面は信号損失を最小限に抑えてスキャナの受信機に光を跳ね返す可能性があります。反対に、オブジェクトが光沢のあるものだったり、不透明なものである場合、デジタル化はより困難になります。

開発者がこれらの問題に取り組み、完全に重なり合う測定値の一式を取得したら、Adobe Photoshopなどのプログラムでそれらを処理していく必要があります。そうすることで、最終モデルが設計されたゲームのトーンに一致するように、照明や影などの側面を微調整することができるのです。色補正を行った後、多くの場合これらはRealityCaptureなどのプログラムにエクスポートされます。そこで画像は点群に位置合わせされ、テクスチャ付きの3Dメッシュに変換されます。

初期モデルは後で「リトポロジ化」することができます。これは、モデルのポリゴン数を減らしてゲーム内でのレンダリングを容易にするプロセスのことです。最後に、これらの3Dメッシュの情報がテクスチャファイルに入力されると、それらのサーフェスをさまざまな方法で微調整して、より現実的に見せることができます。

影や摩耗などの視覚効果を追加する「マスク」をそれらと組み合わせることもできますし、Unreal Engineなどの一般的なゲームエンジンにエクスポートする前に、プロシージャマップやテクスチャマップを使用して、オブジェクトのジオメトリをより適切に想定実験することもできます。

この記事の前半でRealityCaptureについて言及いたしましたが、3Dモデルを高精度で作成できるビデオゲーム用のフォトグラメトリソフトウェアはこれだけではありません。たとえば、業界をリードするゲーム開発会社であるElectronic Arts (EA)はPhotoModelerを使用することで知られています。ソフトウェアの理想化機能を利用して、処理中にレンズの歪みを除去することができます。これにより、もともとの素材により適した鮮明なゲームやアニメーションの背景を簡単に作成できると言われています。

このプログラムは、広く普及しているCAD形式でエクスポートできる、非常に正確なテクスチャを備えたモデルを生成する自動点群生成アルゴリズムも備えています。とはいえ、このプログラムはフォトグラメトリ用に厳密に構築されているわけではありません。その結果、このソフトウェアには熱心な競合他社が利用している写真をソリッドに自動変換させるワークフローが欠けています。

RealityCaptureを使用した車のフォトグラメトリ

見事な風景をデジタル化できるよう設計されたプログラムをお探しの方のためには、ビデオゲーム会社のUnityはSpeedTreeを販売しています。3Dアートツールから手順生成アルゴリズムまで、あらゆるものを駆使したこのソフトウェアを使用すると、植物を忠実に再現することができます。したがって、BungieやUbisoftなどのゲーム会社の強豪に採用されたことは当然のことです。

同様に、AgisoftはMetashapeと言う、近距離と遠距離の両方でキャプチャされた精巧な画像データを処理できる、3Dモデル編集ソフトウェアを提供します。こちらはビデオゲームの開発よりも、研究や測量、防衛の分野で使用されることが多いようですが、このプログラムの自動キャリブレーション機能やマルチカメラのサポートにより、複雑なオブジェクトをデジタル化したり、大規模な3D環境を作成したりする方にとって魅力的なオプションとなっています。

ただし、現在のフォトグラメトリパッケージの使用にはいくつかの欠点があります。その多くは段階的に販売されているので、場合によってはユーザーは特定の機能にアクセスするにはアップグレードが必要になります。また、他のプログラムではいくらかの機能を完全に欠いていることもあります。よって、特定のプロジェクトに必要な補足パッケージを知っておくことが重要となるため、これから使用を始めたい方々にとってハードルを高くしてしまっています。

名作ビデオゲームシリーズのDoomに登場するモンスター、マンキュバスのフォトグラメトリ

その他に、より幅広く、よりアクセスしやすいソフトウェアを探している方には、Artec 3Dが販売しているArtec Studioがあります。多くの場合、このプログラムは3Dスキャナでキャプチャされたデータを処理するために使用されます。最新バージョンのArtec Studio 17には、スキャン結果として得られた3Dモデルの品質を最適化する際に役立つ多くの機能が含まれています。

このプログラムの自動モード機能は、いくつかのチェックボックスの入力に基づいて、プロジェクトに最も効果的なデータ処理アルゴリズムを選択できるので、初心者のユーザーにとってこれまで以上に操作が簡単になっています。Artec Studioの写真位置合わせアルゴリズムを使用すると、高解像度の写真にテクスチャを適用することで、モデルの色の明瞭度を向上させることもできます。

さらに、スケールアルゴリズムによるプラットフォームの位置合わせにより、ユーザーは、ほんのわずかな重要なジオメトリの特徴のみに基づいて、3Dモデルの任意のスケールをターゲットオブジェクトのスケールと一致させることができます。これは参照を使用せずに作成された、スケールに対応しないもしくは特に複雑なサーフェスを持たないフォトグラメトリモデルにテクスチャを転送する場合、特に便利です。

総合的に、これらの機能はArtec 3Dのハードウェアと連携しており、検査やリバースエンジニアリング、ビデオゲーム、アニメーション、CGI開発などの、データをキャプチャして正確なモデルに変換するプロセスを合理化します。

上記の実用的な用途を考慮すると、ゲーム業界ではフォトグラメトリと3Dスキャンの両方がグラフィックをどんどん極めていっていることは明らかです。ゲーム会社の強豪たちはスキャン技術を利用してゲーム制作を行っていますが、それぞれが少し異なる３Dプラットフォームを使用しているため、特定のビデオゲームのモデルを作成するために繰り返し展開できる万能ソリューションは今のところまだありません。

その代わり、ゲーム制作スタジオはハードウェアとソフトウェアのパッケージの選択に直面しています。その中には、ゲーム開発用に特別に設計されたものもあれば、より幅広い用途用に構築されたものもあります。これらのいずれかを決定する際、開発者はゲーム内で再現したい環境の種類や、仮想世界のオブジェクトのグラフィックにどれほど忠実性を求めるかなどの要素を考慮する必要があります。

そのようなクリエイターにとって幸いなことに、ゲームにフォトグラメトリと3Dスキャンを導入する状況の増加は、さまざまなニーズを満たす製品の発売につながっています。あらゆる形状とサイズのオブジェクトを忠実に再現し、アップロードや微調整、そして仮想世界への統合の準備ができている技術のこの実証済みの能力は、新しい最先端のゲームの開発を加速する上でも魅力的であると言えます。

それを念頭に置いても、今はビデオゲーム業界におけるフォトグラメトリと3Dスキャンにとって、エキサイティングな時期です。テクノロジーが近い将来にイノベーションをどのように推進し続けるかを見るのは実に興味深いものです。