スポットライト
2021年4月14日
アルバトロス：歴史ある蒸気機関車をバーチャル リアリティで再現
ヨーロッパ最後の特急蒸気機関車、アルバトロスは多くの物語を秘めていますが、残念ながら誰もが実際に見ることができるわけではありません。そこで Artzenal は、RealityScan を使用してこの愛すべき象徴をデジタル化し、誰もが楽しめるようバーチャル リアリティで再現しました。
アルバトロス蒸気機関車 498.104 の姿には、まさに圧倒されます。全長 25.6m、磨き上げられた威厳のあるブルーに鮮やかな赤い車輪を特徴とするこの機関車は、当時の蒸気機関車の中でもひときわ目を引く存在です。アルバトロスは、中央ヨーロッパの主要路線にディーゼル機関車と電気機関車が登場する以前の技術の時代の終わりを象徴する存在であり、最後の大型特急蒸気機関車です。
この象徴的な車両は、会長の Veres 氏を筆頭とする鉄道専門家と愛好家の団体であるアルバトロス クラブによって長年にわたり保存されてきました。アルバトロスは、主要なイベントや記念行事で頻繁に登場し、多くの場合、旧チェコスロバキア共和国の大統領専用車両を牽引する役割を担ってきました。ただし、アルバトロスは巨大であるため、実際に見るためには、現地まで赴く必要があります。博物館には到底収まりません。
アルバトロスを一般の方にもっと身近に感じてもらうため、アルバトロス クラブは、スロバキアに拠点を置くデジタル化サービス Artzenal にアルバトロスのスキャンを依頼し、バーチャル リアリティ体験の一部として組み込むことにしました。
アルバトロスの蒸気機関は、これまでにスキャンされた単一の物体の中で最もスキャンが困難な物体の 1 つでしょう。アルバトロスには、巨大なサイズ、外部照明のみ、光沢のある金属表面、ガラス、複雑な構造、そして手が届きづらい隅の方の隙間に隠されている幾重にも重なる工業的な美など、「スキャンを避けた方が良い」条件がすべて揃っています。
Artzenal のチームは、FARO FOCUS 150 レーザー スキャナーを数十箇所 (最終的に 18 箇所) で使用し、さらに Nikon D850 カメラ数台を使用して、アルバトロス蒸気機関の 45,858 枚の写真を撮影しました。RealityScan を使用して、これらの画像から詳細度の高い 3D モデルを作成しました。
アルバトロスを一般の方にもっと身近に感じてもらうため、アルバトロス クラブは、スロバキアに拠点を置くデジタル化サービス Artzenal にアルバトロスのスキャンを依頼し、バーチャル リアリティ体験の一部として組み込むことにしました。
アルバトロスをスキャンする
アルバトロスの蒸気機関は、これまでにスキャンされた単一の物体の中で最もスキャンが困難な物体の 1 つでしょう。アルバトロスには、巨大なサイズ、外部照明のみ、光沢のある金属表面、ガラス、複雑な構造、そして手が届きづらい隅の方の隙間に隠されている幾重にも重なる工業的な美など、「スキャンを避けた方が良い」条件がすべて揃っています。
Artzenal のチームは、FARO FOCUS 150 レーザー スキャナーを数十箇所 (最終的に 18 箇所) で使用し、さらに Nikon D850 カメラ数台を使用して、アルバトロス蒸気機関の 45,858 枚の写真を撮影しました。RealityScan を使用して、これらの画像から詳細度の高い 3D モデルを作成しました。
スキャン作業は、Artzenal の経験豊富なチームにきわめて困難なプロセスでした。Artzenal のスキャン ユニット リーダーである Richard Dömös 氏は次のように述べています。「優れた結果を得るためには、すべてのプロセスを綿密に計画する必要がありました。機関車をセクションに分割し、日々の計画に従って作業を進め、天候や光の条件を考慮して均一なプロファイルを実現しなければなりませんでした。高光沢の金属表面や計器類の正確なサーフェス モデルをキャプチャするために、新たな手法を開発する必要がありました」
Dömös 氏は、チームが現場で 6 日間を費やし、適切な条件下ですべてをキャプチャすることで、きわめて詳細度が高く、均質な結果を得られたと付け加えています。
Dömös 氏は、チームが現場で 6 日間を費やし、適切な条件下ですべてをキャプチャすることで、きわめて詳細度が高く、均質な結果を得られたと付け加えています。
データを統合する
チーム、ハードウェア、ソフトウェアにとってもう 1 つの課題であり、試練となったのは、700 GB を超える膨大な収集データを活用し、アルバトロス蒸気機関車と炭水車の正確な単一モデルを一度に作成することでした。チームは、絶対的な精度の成果物を得るために、膨大な量の入力を正確にアライメントする必要がありました。技術的な詳細や寸法に至るまで、オリジナルに忠実で正確な結果を実現するためです。RealityScan と、Artzenal でこれまで使用された中で最高の演算能力を駆使しましたが、それでも何度か試行錯誤を重ね、アライメントとデータ生成にそれぞれ数日を要し、ようやく満足のいく結果が得られ、威厳のあるオリジナルにふさわしい結果を得ることができました。
Artzenal の創設者であり 3D パイプラインの責任者である Marcel Petras 氏は次のように述べています。「アルバトロス蒸気機関車は、私たちが [RealityScan] での生成を試みてきた中で、これまでで最大のアセットでした。これまでの作品では、1 オブジェクトあたり最大 2 万枚の写真しか生成したことがありませんでした。アルバトロスでは、その 2 倍以上の枚数を使って、未踏の領域に踏み込んだのです」
Petras 氏は次のように述べています。「このプロセスでは、何度も試行錯誤を繰り返す必要がありましたが、得られた成果とノウハウは、その手段と労力に見合うものでした。このプロセスは、[RealityScan] ソフトウェアのテストでもありました。少なくとも私たちの側では、単一のオブジェクトに対して、レーザー スキャンと写真という異なる種類のデータをこれほど大量に処理しようとしたことはありませんでした。この成果はこのツールの高いパフォーマンスの証であるため、今後も自信を持ってさらなる挑戦に取り組んでいくことができます」
RealityScan による最初のパスでは、以下のデータ出力が生成されました。
Petras 氏は次のように述べています。「このプロセスでは、何度も試行錯誤を繰り返す必要がありましたが、得られた成果とノウハウは、その手段と労力に見合うものでした。このプロセスは、[RealityScan] ソフトウェアのテストでもありました。少なくとも私たちの側では、単一のオブジェクトに対して、レーザー スキャンと写真という異なる種類のデータをこれほど大量に処理しようとしたことはありませんでした。この成果はこのツールの高いパフォーマンスの証であるため、今後も自信を持ってさらなる挑戦に取り組んでいくことができます」
生データ
RealityScan による最初のパスでは、以下のデータ出力が生成されました。
- 点群 – 700 GB を超える入力データ
- モデル – 13.8 億個のトライアングル
- テクスチャ – 36 種類のマテリアルと 150 種類のテクスチャ
Unreal Engine に移行する
主なユース ケースである、アルバトロス蒸気機関車をバーチャル体験として実現するには、生データを Unreal Engine で使用できるように最適化された形式に変換する必要がありました。Unreal Engine を選択したのは当然のことです。強力なビジュアル パッケージと、対象プラットフォーム向けのビルドを簡単に作成できるからです。
将来のユース ケースで高速なリアルタイムのパフォーマンスを実現しながら、各自のパフォーマンスを備えるハードウェアで最高の品質を維持するため、当初の目標は、生のモデルの 13 億 8,000 万個のトライアングルを 500 万個を大きく下回るトライアングル、約 150 個のテクスチャ、36 個のマテリアルにまで削減し、マスターのリアルタイム モデルを作成することでした。
最終的に、マスターのアルバトロス蒸気機関車と炭水車は、メッシュが 300 万個弱のトライアングルで構成され、150 個のテクスチャと 36 個のマテリアルを使用しています。このバージョンは、標準的な PC 上で Unreal Engine で安定して 60 fps で実行され、さまざまなターゲット ハードウェア設定に合わせた後続の最適化の優れた基盤となります。
この段階で、単一のオブジェクト ソース モデルは、さまざまなオブジェクトとサブグループに分割されました。この目的のために、Veres 氏とアルバトロス クラブは、Artzenal に詳細なガイド ツアーを行い、機関車とキャビン内の操作部のすべての機能要素を説明しました。続いて、この素晴らしい機械を動かすことで生じる動き、音、そしてエフェクト (炎、煙、蒸気) をレコーディングするライブ デモを実施しました。この資料は、Artzenal のバーチャル体験において、エンジンの動作を細部まで再現するのに役立ちます。
この段階で、単一のオブジェクト ソース モデルは、さまざまなオブジェクトとサブグループに分割されました。この目的のために、Veres 氏とアルバトロス クラブは、Artzenal に詳細なガイド ツアーを行い、機関車とキャビン内の操作部のすべての機能要素を説明しました。続いて、この素晴らしい機械を動かすことで生じる動き、音、そしてエフェクト (炎、煙、蒸気) をレコーディングするライブ デモを実施しました。この資料は、Artzenal のバーチャル体験において、エンジンの動作を細部まで再現するのに役立ちます。
Petras 氏は次のように述べています。「私たちは、事前に適切な判断を下さなければなりませんでした。そうでなければ、後から元のモデルに戻ってプロセスをやり直さなければならなくなるからです。ゲーム開発の経験と Unreal Engine をプラットフォームとして活用することで、分割と最適化を 1 つの大きなステップにまとめ、最終的に「ゲーム モデル」を完成させました。このモデルは、意図したリアルタイム シナリオで完全に動的に使用できます」
アルバトロス蒸気機関車を Unreal Engine でスムーズに動作させるという重要なマイルストーンを達成した後、チームは現在、この巨大な仮想機械に命を吹き込む作業を進めています。
バーチャル アルバトロスの今後
アルバトロス蒸気機関車を Unreal Engine でスムーズに動作させるという重要なマイルストーンを達成した後、チームは現在、この巨大な仮想機械に命を吹き込む作業を進めています。
次のステップでは、意図した機能、インタラクション、操作性を追加し、最終的なターゲット プラットフォームでの使用に向けたブランチを作成します。2021年には、アルバトロスを VR と高品質のプロジェクションに組み込み、インタラクティブな体験を提供したいと考えています。スキャンの視覚的品質と、実践的な情報提供や教育的価値を組み合わせることで、大きな可能性がもたらされます。今回のケースでは、楽しいゲーム化されたシナリオで蒸気機関車を体験します。
アルバトロスのバーチャル リアリティ シナリオは約 10～15 分間続き、ユーザーは「熱くない」蒸気機関に近づいて、点検したり、グリース、石炭、水、砂などを用意して稼働準備を行うことができます。これらの作業が完了すると、ユーザーはキャビンに移動し、着火して、圧力と蒸気を発生させ、バルブとレバーをセットアップし、最後に誇らしげに汽笛を鳴らして出発します。映像、音、動きもすべて再現されています。
Artzenal のチームは次のように述べています。「私たちにとって、この作品はバーチャル文化遺産の最重要作品です。デジタル技術によって新たなオーディエンスに情報を提供し、そして何よりも、価値あるコンテンツと知識を魅力的な形で提示することで、既存の壁を打破することができます」
Artzenal のチームは次のように述べています。「私たちにとって、この作品はバーチャル文化遺産の最重要作品です。デジタル技術によって新たなオーディエンスに情報を提供し、そして何よりも、価値あるコンテンツと知識を魅力的な形で提示することで、既存の壁を打破することができます」
注：このブログ記事執筆当時、RealityScan は RealityCapture というブランド名で、会社名は CapturingReality でした。
RealityScan をダウンロードする
RealityScan は、学生、教育者、および年間総収益が 100 万米ドルに満たない個人および企業は無料で使用することができます。年間総収益が 100 万米ドルを上回る場合は、Epic Games の ライセンス ページ にアクセスし、購入オプションをご確認ください。
ランチャーをダウンロードする
RealityScan をインストールして実行する前に、Epic Games Launcher をダウンロードしてインストールする必要があります。
Epic Games Launcher をインストールする
ダウンロードして、インストールしたら、Epic Games Launcher を開いて、Epic Games アカウントを作成するか、ログインします。
問題が発生した場合は、サポートを受ける か、手順 1 でダウンロードした Epic Games Launcher を再起動します。
RealityScan をインストールする
ログインしたら、[Unreal Engine] セクションの [RealityScan] タブに移動し、[Install (インストール)] ボタンをクリックします。最新バージョンのダウンロードが始まります。