スマホで横穴式石室を測りまくる

第2回考古学・文化財のためのデータサイエンス・サロン

スマホで横穴式石室を測りまくる

岩村 孝平

（古 墳見学者/N DS . T S 株式 会社 ）

はじめ に

2 1 世 紀 に 入 り 安 価 か つ 高 性 能 に な っ た デ ジ タ ル カ メ ラ や 情 報 通 信 端 末 が 広 く 使 用 さ れ る こ と で 、 多 く の 古 墳 画 像 や 動 画 が イ ン タ ー ネ ッ ト に 公 開 さ れ る よ う に な っ た 。 さ ら に 、 Augmented Reality（AR：拡 張 現 実 ） や Simultaneous Localization and Mapping（SLAM： 自 己 位 置 推 定 と 地 図 作 成 の 同 時 実 行 ） を 実 現 さ せ る た め に 、 従 来 高 性 能 な P C を 必 要 と し た 深 度 セ ン サ ー を ス マ ー ト フ ォ ン 上 で 動 作 さ せ る こ と が 可 能 と な り つ つ あ る 。

報 告 者 は 、 そ の よ う な 安 価 に 市 販 さ れ て い る 3 次 元 計 測 可 能 な 機 材 を 用 い 、 横 穴 式 石 室/ 横穴 墓 の 記 録 を 行 っ た 。2 0 1 4 年 9 月 か ら 2 01 9 年 6 月 ま で の 古 墳 見 学 で 、5 0 0 基 を 超 え る 横 穴 式 石 室 と 横 穴 墓 の 3 次 元 デ ー タ を 得 た 。 こ れ ら の 3 次 元 デ ー タ を 計 測 し た 3 種 類 の 手 法 と 、 古 墳 見 学 の 過 程 で 得 た ノ ウ ハ ウ を 共 有 す る 。

なぜ、 横穴式 石室/横 穴墓の 3 次元 計測 に至 ったの か

2 0 1 3 年 に 行 わ れ た 持 ち 運 べ る 3 D ス キ ャ ナ の ク ラ ウ ド フ ァ ン デ ィ ン グ を 支 援 し た こ と で 、 iPad に 外 付 け す る 3 D ス キ ャ ナ を 入 手 し た 。 当 初 は 、 使 用 環 境 を 選 ば な い モ ー シ ョ ン キ ャ プ チ ャ 機 器 と し て 使 用 す る 予 定 で あ っ た 。 サ ン プ ル ア プ リ な ど を 試 す 過 程 で 、 光 沢 面 を 持 た な い 空 間 記 録 に 適 し て い る こ と が 分 か り 、 趣 味 で あ る 古 墳 巡 り に 転 用 。 横 穴 式 石 室 や 横 穴 墓 を 3 次 元 記 念 撮 影 を 開 始 し た 。

ま た 、 全 国 の 古 墳 を 見 学 す る の に 伴 っ て 横 穴 式 石 室 の 形 状 を 表 現 す る 「 ド ー ム 型 」「 胴 張 り 」 と い っ た 文 言 に つ い て 、 実 際 の 遺 構 と の 相 違 を 感 じ る よ う に な っ た 。 写 真 や 動 画 で は 形 状 を 客 観 的 に 把 握 す る の が 難 し く 、 平 面 図 や 立 面 図 も 遺 構 の 一 部 を 切 り 出 し て 作 成 さ れ た 物 で あ る た め 完 全 で は な い 。 情 報 の 閲 覧 者 が 、「 急 激 な 持 ち 送 り 」 で は な く 「 傾 斜 〇 〇 度 の 持 ち 送 り 」 と い っ た 共 通 の 認 識 を 持 て る よ う 3 次 元 デ ー タ を 取 得/公 開 す る こ と と し た 。 古 墳 見 学 者 の WEB サ イ ト で も 3 次 元 デ ー タ 利 用 を 行 っ て い る 事 例 は ご く 少 数 で あ っ た こ と も 理 由 と し て 挙 げ ら れ る 。

Z e n f o ne AR 以前 の使 用機材 1 ( Oc c ip i t a l 社 S t r uc t ur e S e n s or )

ハ ー ド ウ ェ ア と し て StructureSensor、 ソ フ ト ウ ェ ア と し て Skanect お よ び Roomcapture を 使 用 し た 。Skanect は 、StructureSensor と P C を 有 線 も し く は 無 線 で 接 続 し 、 デ ー タ 処 理 を 接 続 し て い る iPadで は な く P C に 担 わ せ る 形 式 で あ る 。 高 密 度 の 点 群 デ ー タ が 取 得 で き る 反 面 、 ノ ー ト P C を 見 学 場 所 に 持 ち 込 む 必 要 が あ り 1 人 で の 運 用 は 難 し い 。Roomcapture は 、 StructureSensor と 接 続 す る iPad 上 で 動 作 す る iOS ソ フ ト ウ ェ ア で あ り 、 片 手 で も 運 用 が 可

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（岩村）

サ イ ズ も 100Mbytes以 下 に 収 ま る こ と か ら 、 こ の 形 態 を 多 用 し た 。

デメリ ット

・ パ タ ー ン 投 影 方 式 の 3 次 元 計 測 は ToF（Time of Flight）方 式 と 比 較 し て 、 直 射 日 光 な ど の 状 況 で 3 次 元 計 測 が 破 綻 す る こ と が 多 く 、 横 穴 式 石 室/横 穴 墓 の 開 口 部 記 録 が 行 え な い 。

・StructureSensor自 体 は 持 ち 運 べ る も の の 、 移 動 し な が ら の 3 次 元 計 測 が で き る わ け で は な い 。 据 え 置 き 型 の 台 座 を 人 が 行 う こ と に 近 く 、 石 棺/石 屋 形 な ど 付 帯 設 備 を 持 つ 石 室 や 大 型 の も の で は 計 測 位 置 が 多 く な り や す い 。 公 開 前 に 、3 次 元 計 測 デ ー タ の 位 置 合 わ せ を 行 う 必 要 が あ る 。

画 像 1 S k a n e c t で 3 次 元 計 測 し た 群 馬 県 高 崎 市 観 音 塚 古 墳

画 像 2 R o o m c a p t u r e で 3 次 元 計 測 し た 群 馬 県 高 崎 市 観 音 塚 古 墳

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Z e n f o n e A R 以 前 の 使 用 機 材 2 ( P i x 4 D 社 Pix4DMapperMesh/ A g i s o f t 社 Metashape) StructureSensorと は 重 複 し な い 分 野 で あ る 墳 丘 や ト レ ン チ と い っ た 遺 構 を 3 次 元 化 す る た め に Pix4DMapperMesh を 導 入 し た 。 ド ロ ー ン 測 量 用 の ソ フ ト ウ ェ ア で 、2～3 m の 一 脚 に 遠 隔 操 作 可 能 な カ メ ラ を 取 り 付 け 撮 影 し た 写 真 の 処 理 を 行 っ た 。Metashape（旧 Photoscan） へ 乗 り 換 え た 際 に 、 崖 面 の 横 穴 墓 群 や 横 穴 式 石 室 に も 使 用 で き る こ と が 判 明 し た 。 高 密 度 の 3 次 元 デ ー タ を 作 成 す る こ と が で き 、 テ ク ス チ ャ も そ の ま ま V R コ ン テ ン ツ （virtual reality）

と し て 使 用 で き る 品 質 を 持 つ 。StructureSensor（ 計 測 ） と 併 用 す る 形 で 運 用 し た 。 デ メ リ ッ ト

・ 撮 影 の 難 し い 狭 い 羨 道 や 石 棺/石 屋 形 な ど 付 帯 設 備 は 、3 次 元 化 に 失 敗 可 能 性 が 高 い 。 ま た 、3 次 元 化 の 成 否 が 帰 宅 後 と な り 、 画 像 デ ー タ の 再 取 得 が 難 し い 。

・S f M / M V S 用 の 写 真 撮 影 に 大 型 の 石 室 で 1～3 時 間 と 時 間 が か か る 。 ま た 、 別 に 計 測 デ ー タ を と る 必 要 が あ り 、 古 墳 1 基 あ た り の 滞 在 時 間 が 延 び る 。

・ ソ フ ト ウ ェ ア の 要 求 P C ス ペ ッ ク が 高 い 。

以 上 の よ う な デ メ リ ッ ト を 解 消 す る た め 、2 0 1 6 年 ご ろ よ り 伸 張 し て き た Augmented Reality（拡 張 現 実 ） を 実 現 す る た め の 技 術 に 着 目 し た 。A R で は 、 現 実 感 を 失 わ せ な い よ う に 表 示 機 器 と 空 間 お よ び 物 体 の 位 置 を 相 互 に 把 握 し て い る 必 要 が あ る 。 そ の た め に 必 要 な 深 度 セ ン サ ー や 複 数 の カ メ ラ を 機 器 に 搭 載 す る 例 が 出 現 し た 。 そ の 中 の 1 つ で あ る Project Tango（Google 社 ） で 見 学 に 転 用 で き る 機 器 が な い か 調 査 を 続 け て い た 。2 0 1 7 年 に 入 り 、 ProjectTango に 対 応 し た ハ ー ド ウ ェ ア で あ る ZenfoneAR と 3 次 元 計 測 が 可 能 な RTAB-Map 等 の ソ フ ト ウ ェ ア が リ リ ー ス さ れ た た め 、 前 述 の ス マ ー ト フ ォ ン を 購 入 し デ メ リ ッ ト を 解 消 で き る か 見 学 を 行 っ た 。

画 像 3 R o o m c a p t u r e で 3 次 元 計 測 し た 岡 山 県 総 社 市 緑 山 古 墳 群 4 号 墳 結 合 前 の 3 次 元 デ ー タ

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（岩村）

Z e n f o ne AR＋R TA B - M ap を使用 して

ハ ー ド ウ ェ ア と し て ZenfoneAR。 ソ フ ト ウ ェ ア と し て 、RTAB-Map を 使 用 し た 。3 次 元 計 測 の 方 式 が ToF 方 式 と な り 、 低 照 度 下 で あ れ ば 小 型 の 墳 丘 や 崖 面 の 横 穴 墓 群 の 3 次 元 計 測 も 十 分 可 能 で あ る 。3 次 元 計 測 結 果 を リ ア ル タ イ ム で 確 認 し な が ら 移 動 す る こ と が で き 、 石 棺/ 石 屋 形 な ど も 容 易 に 3 次 元 デ ー タ 化 で き る 。3 次 元 計 測 に 必 要 な 時 間 も 、1 0 m 以 下 の 横 穴 式 石 室 や 横 穴 墓 で あ れ ば 5 分 程 度 。1 5 m を 超 え る 大 型 の 横 穴 式 石 室 で も 2 0 分 以 内 に 3 次 元 計 測 デ ー タ が 得 ら れ る 。SfM/MVS と 比 較 す る と 、 点 群 密 度 や テ ク ス チ ャ の 精 緻 さ で 劣 り 、 小 型 の 石 材 や 工 作 痕 と い っ た も の は 記 録 で き な い 。

Z e n f o ne AR のみ で行 える 3 次 元 計 測

ZenfoneAR 自 体 が 通 信 機 器 で あ る た め 、RTAB-Map で 処 理 し た 3 次 元 デ ー タ を イ ン タ ー ネ ッ ト 回 線 を 使 用 し て Sketchfab（https://sketchfab.com/）等 に ア ッ プ ロ ー ド が 可 能 と な っ て い る 。 例 と し て 、 奈 良 県 桜 井 市 赤 坂 天 王 山 古 墳 の 見 学 時 に 行 っ た デ ー タ 共 有 の タ イ ム テ ー ブ ル を 記 載 す る 。 こ の よ う な 、 短 時 間 で の デ ー タ 共 有 が 可 能 に な れ ば 、 見 学 の 状 況 を 共 有 し 有 識 者 の 意 見 を 求 め る と い っ た 使 用 方 法 も 考 え ら れ る 。

9 : 5 0 横 穴 式 石 室 の 3 次 元 計 測 を 開 始 1 0 : 3 0 3 回 の 3 次 元 計 測 が 終 了

1 0 : 4 0 優 良 デ ー タ を 選 択 し 、 ス マ ー ト フ ォ ン 上 で デ ー タ 容 量 の 削 減 を 実 施

1 0 : 5 8 3 次 元 デ ー タ を Sketchfabに ア ッ プ ロ ー ド 。Facebookで 共 有 リ ン ク を 公 開

※ 実 際 に ア ッ プ ロ ー ド し た 赤 坂 天 王 山 古 墳 の 3 次 元 デ ー タ の Sketchfab リ ン ク ア ド レ ス ： https://skfb.ly/6JFYD

画 像 4 M e t a s h a p e で 作 成 し た 愛 知 県 豊 橋 市 馬 越 長 火 塚 古 墳

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機 材 自 体 が 小 型 の ス マ ー ト フ ォ ン で あ る た め 、 人 の 入 れ な い 開 口 部 で あ っ て も そ の 先 に あ る 程 度 の 空 間 が あ れ ば 3 次 元 計 測 が 実 施 で き る 。 茨 城 県 日 立 市 十 王 前 横 穴 墓 群 1 0 号 墓 で は 、 2 0 c m ほ ど の 開 口 部 か ら ZenfoneAR を 差 し 入 れ て 回 転 さ せ る こ と で 3 次 元 計 測 を 行 っ た 。 ま た 、 奈 良 県 桜 井 市 谷 首 古 墳 で は 土 砂 の 流 入 で 空 い た 石 材 間 の 空 間 を 3 次 元 計 測 す る こ と で 、 石 材 の 大 き さ を 推 定 す る こ と が 可 能 と な っ た 。

画 像 6 S k e t c h f a b 上 の 奈 良 県 桜 井 市 天 王 山 古 墳

画 像 5 R TA B - M a p で 作 成 し た 奈 良 県 桜 井 市 天 王 山 古 墳 メ ッ シ ュ

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（岩村）

こ と か ら 対 応 し た ス マ ー ト フ ォ ン は 今 後 発 売 さ れ な い 。ZenfoneARの AndroidOSは 7 . 0 で 、 Google の 対 応 が 打 ち 切 ら れ る の が 通 常 の ラ イ フ サ イ ク ル で い け ば 3 年 後 の 2 0 2 2 年 。 ハ ー ド ウ ェ ア の 保 守 期 間 も 同 様 の 時 期 に 終 了 す る 。2 0 2 2 年 以 降 、 使 用 で き な い わ け で は な い が 懸 念 は 残 る 状 態 で は あ る 。

お わ り に

紹 介 し た 3 種 類 の 手 法 の 内 、ZenfoneAR を 見 学 に 多 用 し て は い る が 他 の 機 材 が 使 用 で き な い わ け で は な い 。 特 に SfM/MVS は 、 光 を 使 用 す る 機 材 が 不 得 意 と す る 直 射 日 光 下 の 屋 外 3 次 元 化 が で き る ・ 横 穴 墓 の 工 作 痕 が 記 録 で き る な ど 、ZenfoneAR と 重 複 し な い 機 能 が 多 い 。 横 穴 式 石 室 や 横 穴 墓 群 の 状 況 に よ っ て 、 選 択 で き る 技 術 を 広 げ て い け る よ う 安 価 な 技 術 の 調 査 を 続 け て い き た い 。

ま た 、 見 学 開 始 か ら 5 年 間 で 取 得 し た 3 次 元 デ ー タ の 活 用 に つ い て も 検 討 し て い く 必 要 が あ る 。 現 在 、5 0 0 基 を 超 え る 3 次 元 デ ー タ は 、 一 部 が Sketchfab に 公 開 さ れ て い る も の の 、 大 部 分 は 活 用 さ れ ず に 報 告 者 の P C / N A S に 保 管 さ れ て い る 。 も し 、 こ れ ら の デ ー タ が 考 古 学 の 研 究 ・ 分 析 に 耐 え ら れ る も の で 活 用 で き る も の で あ る な ら ば 、 市 民 か ら 研 究 者 へ の デ ー タ 流 路 を 作 る 必 要 が あ る の か も し れ な い 。

画 像 7 R TA B - M a p で 作 成 し た 茨 城 県 日 立 市 十 王 前 横 穴 群 の 1 0 号 墓

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画 像 9 S k e t c h f a b n o n a k a ア カ ウ ン ト ・ ペ ー ジ

（h t t p s : / / s k e t c h f a b. c o m / n o n a k a s a b u）

画 像 8 R TA B - M a p で 作 成 し た 奈 良 県 桜 井 市 谷 首 古 墳 側 壁