Metashapeの基本的使い方と概念

本文をMetashape2.0対応に変更しました。（2023.01.26）

ライセンス購入前に必ずお試しください。ライセンスの詳細をご確認ください。

点群処理ソフトウエア、３Dモデリングとはどういうものかを肌で感じて頂くために、Metashape（メタシェイプ）のトライアル版とサンプルデータをご用意いたしました。本チュートリアルは、基本的な使用方法のみですが、一通りの操作を行う事で理解が深まるかと思います。単なる使い方のみでなく、要所で重要なエッセンスをご紹介いたします。

Metashapeの準備

下記よりお好きなデータをダウンロードし、任意の場所に保存してください。

1.サンプルデータ

	UAV写真1：53枚（426MB）
	スマホ写真： 62枚（211MB)
申し訳ありません。（本当の現場なのでお見せ出来ません。）	GCP付写真（サポート会員専用）UAV写真：45枚

2.ソフトウエアダウンロード

Agisoft Metashape 2.0

Professional Edition

Standard Edition

30日間のトライアルライセンス

Metashape Professionalの全機能を30日間、無料でテストすることが出来ます。ソフトウエアをインストールし、Metashapeを起動すると、最初に以下画面が表示されます。「Start a free 30-day trial」を選択しOKしてください。

Metashapeの基本的使い方と概念

概要

下表は、一般的にUAV測量などに必要な工程です。構造物を高い精度で復元する場合も、UAV測量と同じ考え方で行います。精度を出すためには、「GCP設定」が必要ですが、多少複雑で時間を要するため、本ページでは、2～3，6～10まで実施します。まずは点群データを作成するまでのフローを一通り経験することにフォーカスします。それ以外の項目に関しては、重要なポイントは何かを記載致しますので、ご参考にしてください。尚、7.の工程が終了すると、i-constructionの場合は、トレンドポイント、SiTE-Scopeなどに持っていくことが出来ます。

	Metashape	機能概略
１	レンズキャリブレーション	使用カメラレンズのゆがみ補正。
２	初期設定	メニューの日本語化、GPU設定（処理の高速化）、クラウド設定など。
3	写真のアラインメント	カメラ位置、角度、距離の推定、タイポイント生成。
4	座標系の設定	Metashapeは、ドローンの写真を取り込んだ時にカメラの座標系を自動的に認識します。GCPを設定する場合は、GCPの座標を読み込んだ時に人間が座標系を明確に設定します。ですが、基本的には最適化処理前であればどこで設定しても構いません。他のソフトウェアでは、座標系を変更すると、最初のアラインメントからやり直しになるものがあります。例えば、2日ほどかけて処理したものが、座標系を変更するだけでやり直しになります。Metashapeにはそのような制限がありません。
5	マーカ設定（GCP設定）	マーカを設定し、その既知の座標を指定します。また検証点を設定する事で、精度の検証を行う事ができます。座標は、WGS84系、平面直角座標系(JGD2011)、現場の任意の基準としたローカル座標系を混合して扱えます。座標系は、Metashape上で変換し一つの座標系にする事も可能です。このようにMetashapeは、他の点群ソフトウエアではできない複合座標系の設定や再処理することなく座標変換が出来るなどの強みがあります。
6	最適化処理	点群データを補正し、精度を高くします。
7	ポイントクラウド構築	高密度点群の生成。
8	メッシュ構築	3Dモデルの構築
9	DEM構築	DSM/DEM（DEM建物や樹木は分類機能などを使用して削除が必要）を生成。
10	オルソモザイク構築	DEMもしくはMeshのどちらかを作成し、これを元にオルソを作成します。

初期設定

まずは初期設定が必要ですが、ここでは最低限の設定を致します。メニューの日本語化と、グラフィックボードの設定となります。グラフィックボードは、PCに備わっていれば処理が高速になります。参考記事：「点郡ソフトウエアMetashapeに必要なPC性能と設定」

日本語メニューに変更するには、
ツールメニューの「Tools」 – 「Preferences」…を選択します。

「General」タブの「Language」を「Japanese」を選択し「Apply」をクリックします。これで日本語表示になります。また、本説明で使用している「Theme」は、「Classic」です。テーマを変更した場合は、Metashapeの再起動が必要です。
本記事は、Windows10での表示ですが、同じテーマでもWindows7と10では見え方が若干違います。ご了承ください。

使用PCに、グラフィックカード（GPU)が搭載されている場合は、GPU機能をONにします。「GPU」タブ内にデバイスが検出されていれば、チェックを入れます。事務用PCでは、グラフィックボードが搭載されていないPCがございます。そのようなPCでは、チェックは入りません。

ここまでで、初期設定が完了いたしました。次からは、いよいよアラインメント処理です。

写真のアラインメント

アラインメントとは、直訳しますと整列、位置合わせという意味ですが、実際に行っている事は、オーバラップした複数の写真から共通点を探し、その共通点を点群データとして抽出します。それらの共通点から、カメラの位置、角度を推定する処理を行っています。これがMetashaeの本質的な処理になります。それでは、実際に処理を行ってみましょう。

最初に写真を読み込む必要があります。「ワークフロー」メニューの「フォルダを追加」をクリックし、写真データが入っているフォルダを指定し、「フォルダの選択」をクリックします。

下記の「写真の追加」ダイアログが表示されたら、「シングルカメラ」を選択し、「OK」をします。

写真が追加されます。XMP内に座標データが保存されていれば、座標も反映されます。（XMPとはJPEG内に記録されている情報データ（Meta）の事です。近年の産業用ドローンで撮影された写真であれば記録されています）。

XMPに記録される座標はWGS84座標です。いわゆる、経度、緯度の事ですが、日本では北緯〇〇度、東経〇〇度と表現される座標です。Metashapeでは、WGS84を他の座標に変換することができます。日本で使用される日本測地系2011にも変換可能です。座標系の話は、ボリュームが多く本記事では話が発散してしまいますので、ここでは割愛致します。詳細は、弊社のUAV測量トレーニングノートを参照してください。

読み込まれた写真は、下図の写真パネルに表示されます。

Note：Metashapeをインストール直後は、下図のパネル状態とは違っています。メニューの「ビュー」にて、「ワークスペース」、「座座標データ」、「写真」、「ツールバー」をONにして、パネル配置を好きな場所にドラックしてください。ちょっとコツがいります。

写真パネルの写真をダブルクリックする事で、メインビューに表示をすることが出来ます。
画質が悪い写真は、アラインメントから省く事が大事です。省くにはその写真上で右クリックし、「カメラを削除」を行う事で削除する事ができます（元のデータは削除されません）。

アラインメント処理は、「ワークフロー」メニューの「写真のアラインメント」をクリックします。

「写真のアラインメント」ダイアログでは、デフォルトの設定で大丈夫です。「OK」をクリックすると処理を実行します。

アラインメント処理が終了すると、ワークスペースに「タイポイント」が追加され、メインビューにタイポイントデータ（低密度点群）が表示されます。もし表示されていない場合は、メニューバーの「タイポイント」がONであり、メインビューのタブが「モデル」を選択されているかを確認してください。

メインビューは、マウスの左ボタンを押しながら移動すると、ボウルを中心として視点を変更する事が出来ます。
マウスの右ボタンを押しながら移動すると、点群データを移動する事が出来ます。
マウスのホィールを動かすと、ズーム、ズームアウトをすることが出来ます。

「カメラを表示」ボタンをクリックする事で、メインビューにカメラの位置が表示されます。「カメラを表示」ボタン横の矢印をクリックすることで表示の種類を変更することも出来ます。また、写真パネルの写真をシングルクリックする事で、メインビューに対応したカメラが赤く表示されます。

座標系の設定

WGS84とJGD2011は、双方の変換が可能です。この座標系の理解や操作は大事なポイントですが、最初に苦労する部分でもあります。日本固有の座標系の話の為、設定方法などはマニュアルには記載されていませんし、実際のオペレーションでは、写真はWGS84系、GCPはJGD2011もしくはローカル座標を使用し、複数の座標系が混在します。

また、現在のRTKドローンで扱われている高度は、楕円体高の為、標高に変換する必要があります。トレンドポイントなどではジオイド分を一括で高度変換することも出来ますが、ジオイドは現場の面積が広いと1cm近くずれる事があります。

弊社でリリースしているジオイドモデルを使用すると、楕円体高から標高に変換できますので便利かつ測量の精度が上がります。国土地理院サイトでCSVを使用して変換するという面倒な作業から解放されます。

Metashape用ジオイドモデルの詳細

マーカ設定（GCP設定）

UAV測量では、写真撮影する前に標定点を地面に設置し、その既知点を基に点群データの補正を行います。操作方法は、UAV測量トレーニングノートにまとめています。

最適化処理

補正の種類に関して

最適化処理は、点群データの補正処理になります。補正処理には、以下の方法があります。目標とする精度、状況に応じて、単独あるいは複数の方法で補正を行います。

レンズキャリブレーション
GCP（標定点による既知点の設定）
XMP（写真のXMP領域に埋め込まれた座標）

昔のセスナ等を使用した写真測量は、事前にレンズのゆがみ補正を行うためにレンズキャリブレーションを実施していました。しかし、現在のUAV測量では、ドローンやMetashapeなどの解析ソフトウエアの技術向上により、GCPやXMPの座標により正確な補正を行う事が出来るようになりました。

XMPは、近年ドローンにRTKが搭載され座標精度が飛躍的に高くなりましたので、その座標を基に補正を行うものです。元々ドローンは、その性質上、人が入れない場所で効果を発揮するものですが、測量の精度を上げるためにGCPの設置が必用とされていました。人が入れない場所にGCPの設定という矛盾を打開すべく、RTKの技術がドローンに搭載されたのです。実際、RTKによりGCPの設置はかなり少なく出来ており、GCPが無くとも誤差は、現場の状況や測定条件にもよりますが、ほぼ5cm前後の精度が出るようになりました。

しかしながら、精度を上げるためには、単にこれらの座標を使用すればよいというものではありません。GCPのみを使う場合の処理、XMPのみの処理、GCP＋XMPを使う処理など、状況に応じてMetashapeの設定の注意点やノウハウがあります。これらはある程度経験をつまないとわからないですし、マニュアルにはこれらのケースまでは記載されていません。UAV測量トレーニングノートは、実際のドローン測量の実践的なケース別操作内容、パラメータ設定値をまとめています。

弊社では、Mavice3 EnterpriseやMatrice300RTKなどを使用してMetashapeで100%の性能を出すために、弊社のUAV測量トレーニングノートと各機種別にUAV測量設定Manualを用意してございます。測量設定Manualは、弊社でドローンをご購入して頂いたお客様に無料特典として付属しております（非売品です）。

最適化処理の実施方法

補正を行うには、座標データパネルの「カメラを最適化」をクリックします。通常、「一般」は、デフォルト設定、「詳細」はGCPやRTKの状態、使用するカメラにより設定します。弊社日本語マニュアルとUAV測量トレーニングノートをご参考にください。

ポイントクラウド構築

UAV測量は、アラインメントによるタイポイント（低密度点群）まで生成し、誤差が許容内に収まっていることが確認出来ますと、基本的にはトライ＆エラーのフェーズは終了します。以降の処理は精度になんら影響を与えません。

ポイントクラウド構築は、より詳細な点群データ（点群密度を上げる）を作成する工程となります。ちなみに、Metashape Ver1.8までは、「高密度クラウドの構築」という名称でした。ポイントクラウドは、Site-Scope、トレンドポイントなどのツールにデータをエクスポートするにも必用なデータになります。

「ワークフロー」メニューの「ポイントクラウド構築」をクリックします。

基本的には、デフォルトで大丈夫です。ソースデータは、Metashape2.0では深度マップ（これはアライメント時に作成されます）以外は選択できなくなりました。また、デフォルトの品質は「中」となっておりますが、「高」にしても処理時間が極端に長くなる割には画質の差は感じられません。Metashapeは過密な点群を作る傾向にありますので、土木関連は中で良いかと思います。

処理が終わりましたら、ワークスペースに「ポイントクラウド」が追加されます。表示させるには、ツールバーの「ポイントクラウド」もしくは、ワークスペースの「ポイントクラウド」をダブルクリックします。ツールバーの「ポイントクラウド」横の矢印をクリックしますと、表示の形態を変えることが出来ます。従来出来なかった色を付ける前の点群も表示できるようになりました。