Underwater Photogrammetric Documentation as a Testbed for 3DF Zephyr Software: An Evaluation Study in the Search for an Alternative to Agisoft Metashape

水底のデジタル・タイムマシン

あなたは考古学者だと想像してください。ただし、スコップで乾いた土を掘り返すのではなく、湖の表面下に隠された沈んだ世界を探索しているのです。問題は、水が非常に厄介な隣人であることです。水は光を飲み込み、鮮やかな赤を幽霊のような青や灰色に変えてしまい、さらに浮遊する塵がすべてをぼやけさせてしまいます。こうした水中のお宝（古い沈没船や失われた道具など）を研究するために、科学者たちはフォトグラメトリと呼ばれる技術を使用します。これは「デジタルの手品」だと考えてください。異なる角度から何百枚もの重なり合う写真を撮り、コンピュータがそれらを繋ぎ合わせて、対象物の完璧な3D仮想モデルを構築するのです。それは、平面のパズルを、画面上でぐるぐると回転させられる立体的な彫像に変えるようなものです。

長年、この水中での魔法を行うための「ゴールドスタンダード（標準）」は、Agisoft Metashapeというプログラムでした。それは、数え切れないほどの困難なダイビングにおいて実績を証明してきた、信頼できる主力製品であり、ほとんどの人が使用してきました。しかし最近、状況は複雑になっています。Metashapeの開発元がロシアに拠点を置いているため、現在の世界的な緊張と貿易制限により、多くの西洋の研究者がそれを簡単に購入したり使用したりすることができなくなっています。これにより、水中考古学のコミュニティには一種のパニックが広がっています。「お気に入りのツールが使えないとしたら、どうやって歴史を記録し続けていけばいいのか？」彼らは、深い場所の乱れた低視認性の現実を、苦もなく処理できる新しい、信頼できるソフトウェアを必要としているのです。

大規模なソフトウェアの入れ替え：新たな挑戦者のテスト

これこそが、ヴォイチェフ・ガイトコウスキ（Wojciech Gajtkowski）が自身の研究で答えを出そうとした問いです。彼は、イタリアの企業が開発した3DF Zephyrが、通常Metashapeが担っている役割を担うことができるのかどうかを確認したいと考えました。単に同じ写真を使って両方のツールを並べて比較する（これはツールを比較する一つの方法です）のではなく、ガイトコウスキは、現実の世界における3DF Zephyrの「筋力」をテストすることに決めました。彼は、ダイバーがどのようなカメラを手に持っていようとも、実生活の泥臭いダイビングを単独で処理できるかどうかを見極めたいと考えたのです。

ソフトウェアをテストするために、ガイトコウスキはポーランドのクウドノ湖（Lake Kłodno）へと潜りました。そこは視界がわずか1.2メートルから1.6メートルしかない濁った水の中でした。彼のターゲットは、水深約6.6メートルに横たわる、長さ約4.93メートルの木造漁船の残骸でした。彼は単一のカメラを使ったのではなく、シーンを同時に捉えるために、2種類の異なるカメラを一つのフレームに固定しました。一つは、ヘルメットに取り付けるようなコンシューマー向けのInsta360 Ace Proアクションカメラ、もう一つはプロ仕様のSony A7IVフルフレーム・ミラーレスカメラです。

彼はソフトウェアに試させるための4つの異なる「レシピ」を作成しました：

1. モデルA： アクションカメラによる標準的な4Kビデオ。
2. モデルB： アクションカメラによる、生のフラットなプロファイルビデオ（ソフトウェアがより多くのデータを利用できるようにするため）。
3. モデルC： 広角16mmレンズを使用したプロ用カメラによる高解像度写真。
4. モデルD： 追加の色補正を行った、35mmレンズを使用するプロ用カメラによる高解像度写真。

結果は、シェフが異なる食材を使って料理する様子を見ているかのようでした。3DF Zephyrがアクションカメラの映像からモデルを構築しようとしたとき（モデルAおよびB）、船の形状を示すことはできましたが、細部は少しぼやけており、濁った水を通して見ているように全体が強い緑色の色調になっていました。しかし、ソフトウェアがプロ用カメラの写真を使用したとき（モデルCおよびD）、その結果は驚くべきものでした。モデルは信じられないほどシャープで、木の小さな裂け目や船の構造の詳細まで描き出していました。35mmレンズのバージョン（モデルD）が最もシャープでしたが、色が完璧に補正されていたため、少し「水中らしさ」が薄れて見えました。

ここでの最も重要な発見は、3DF Zephyrは失敗しなかったということです。このソフトウェアは、安価なアクションカメラと高価なプロ用機材の両方から、高品質な3Dモデルを構築することに成功しました。この研究は、最終的な3Dモデルの品質は、ソフトウェア自体よりも、撮影する写真の質（カメラと照明）に大きく依存することを示唆しています。言い換えれば、3DF Zephyrはユーザーを制限しない、有能なツールです。良いデータを与えれば、素晴らしいモデルを作ってくれるのです。

ただし、著者はこれがあらゆる面において「完璧な代替品」であるとは断言していません。彼は、ミリ単位の幾何学的な精度を測定するために、全く同じ写真を用いてMetasholeと厳密な直接対決を行ったわけではないことを注記しています。また、実用的な障害についても指摘しています。3DF Zephyrの無料版では既存の3Dモデルをインポートできず、フルライセンスはかなり高価です。さらに、これらの高詳細モデルのファイルサイズは非常に大きいため、一般的な共有サイトに簡単にアップロードすることはできません。

結局のところ、この研究は、3DF Zephyrが水中考古学において完全に機能する、信頼できるツールであることを裏付けています。これは、制限のためにMetashapeにアクセスできない研究者にとって、過酷な低視認性の環境にも対応できる実行可能な選択肢があることを証明しています。ミリ単位の精度においてMetashapeと一致するかどうかを確認するための、より直接的な比較はさらに必要ですが、3DF Zephyrは最初の大きなテストに合格しました。それは機能し、再現性があり、濁った緑色のダイビングを、鮮明なデジタルの宝物へと変えることができるのです。