アメリカ国立公園の壮大な洞窟をリアルタイム 3D で探検

多くの国立公園にはすでにバーチャル ツアーがありますが、そのほとんどは限られた視点からの写真や動画から構成されます。3D のバーチャル ツアーは細部をとらえ、複数の角度から見ることができます。損傷を心配することなく繊細な生成物をクローズ アップして観察できます。

LaSala 氏はこの 1 年間に、何マイルにも及ぶ洞窟の通路の仮想エクスペリエンスを作成してきました。新型コロナウイルスによる規制で NPS の多くの洞窟が公開休止となるなか、その自然の驚異をいつでも見られるようにしました。

こうしたインタラクティブな環境は、洞窟ツアーを一般に提供するだけでなく、科学分野コミュニティにも役立ち、地球学者はこのビジュアルのみから総合的な調査を実施できます。さらに、身体的制約があったり、閉所に精神的不安を感じたりして、実際に洞窟に入ることができない人々も、各自のコンピューター上で、教育、鑑賞の面で実際に訪れた場合と同様の効果を得ることができます。

LaSala 氏は 2014 年の冬をサウス ダコタ州のウインドケーブ国立公園で過ごしました。そしてそこで初めてスキャニング装置を手にしました。ウインドケーブ国立公園では、近くのオグララ・ラコタ カレッジから借りた Leica HDS スキャナーを利用できる状態でしたが、そのデータを十分に活用できていませんでした。

「ウインドケーブの GIS スペシャリスト、Kevin Kovacs 氏がこの装置を使用する機会を与えてくれました」と LaSala 氏は言います。「私が強い関心を持っていることを見抜き、やってみることを許してくれました」

LaSala 氏は Leica 独自の Cyclone 点群データ処理ソフトウェアとともに、MeshLab と CloudCompare を使用して、スキャナーの生データを OBJ 形式の 3D モデルに変換しました。

「テクスチャはありませんでしたが、試しに Unreal Engine に放り込んでみました。タピオカでできた洞窟のようになりましたが、どの地点かを認識することはできました。概念実証としてウインドケーブのスタッフに見せたら、良い反応が得られました」と LaSala 氏は述べています。

加えて、数テラバイトのモデルは、1 マイル (1.6 キロメートル) の通路にわたり 1 センチ未満の精度を実現しています。法線マップ、グローバル動的ライティング、LOD を利用してリアルタイムで実行されます。LaSala 氏は次のように述べています。「指の爪より大きいものは何でも見えます。生成物や空間を以前に見たことがあれば、それを認識できます。写真と比較して、適切に表現されていることを確認しました」

LaSala 氏はさらに、リアルタイム テクノロジーが急速に進化したため、現在の作業では、ソフトウェアの限界ではなくスキャナーの限界に近づいていると加えます。「このようなことは初めてです」と LaSala 氏は言います。「以前は、ソフトウェアの処理能力を超えていたため、スキャナーのデータのほとんどを破棄する必要がありました。Unreal Engine では、そのような妥協をせずに済みます」

インタラクティブなシミュレーションについては、Unreal Engine の VR テンプレートとファーストパーソン テンプレートが使用されました。「テンプレートがあらかじめ用意されていて助かりました」と LaSala 氏は述べています。ティンパノゴス向けには、現地で楽しめる VR 体験も制作されましたが、残念ながらパンデミックの影響でまだ一般公開されていません。最後にテストしたときには、Intel 6900K プロセッサーと GTX 1080 Ti グラフィック カードの組み合わせでこれらの Unreal Engine プロジェクトが 90 fps で動作することがわかり、LaSala 氏を喜ばせました。「新しいハードウェアではどれだけ高速で実行できるか想像してみてください」と LaSala 氏は思いを巡らせます。

LaSala 氏は、データを適切な形式にすれば、手間がかかる処理は Unreal Engine ですべてできることを高く評価しています。「テンプレート、テクスチャ、自動 LOD が連携して機能します。テラバイト単位の生データを Unreal Engine が取り込み、すべて自動的に最適化できます」と LaSala 氏は述べています。

洞窟スキャニングの未来への展望

スキャニングとリアルタイム テクノロジーはまだ地球科学者の間で普及していませんが、LaSala 氏は、これらが調査と問題解決のために重要なツールとなると期待しています。「洞窟を 3 次元で見て、操作できると、これまで見ることができると考えもしなかったものが見られます。実際には手の届かない生成物や地形に接近でき、繊細な生成物の損傷を心配せずに何度も訪れることができます」