SfMとは？写真から3Dモデルを生成する仕組みをドローン測量で整理

ドローン測量の核心技術の一つがSfM（Structure from Motion：動きから構造を復元する技術）です。複数の視点から撮影した写真を専用ソフトウェアに読み込ませると、写真間の共通特徴点を自動的に検出して三次元モデルを構築できます。

SfMを使えば、ドローンで広大なエリアを撮影するだけで点群データ・DSM（数値表層モデル）・オルソ画像（真上から見た正射影画像）などの測量成果が得られます。従来の地上測量と比べて広域を短時間・低コストで処理できる点が大きな特徴です。

簡単に言えば、SfMは「大量の写真からレゴブロックのように3Dモデルを組み立てる技術」です。人が歩きながら写真を撮るよりも、ドローンが高空から格子状に飛んで撮影することで、より正確で広範囲な3Dモデルが作れます。

SfMとは（複数視点から形状を推定する技術）

SfMは、複数の異なる視点から撮影した写真群に含まれる共通の特徴点を検出し、カメラの位置・向きと対象物の三次元座標を同時に推定する技術です。

SfMはかつて高度な専門知識が必要でしたが、現在ではGUIベースの専用ソフトが整備されており、比較的容易に処理できるようになっています。

ドローン測量でのSfM処理と自動飛行の組み合わせは、教則第4版（下図）でも示されています。

ドローン測量でのSfMの流れ

ドローン測量でSfMを活用する際の全体の流れは以下のとおりです。

重複率（オーバーラップ・サイドラップ）の意味と設定の目安

SfMの精度と品質は撮影写真の重複率に大きく依存します。

重複率が低すぎると特徴点のマッチングが失敗し、欠損部分（ホール）が生じたり、精度が低下したりします。重複率が高いほど精度は向上しますが、撮影枚数と処理時間が増加します。

i-Construction対応の測量では重複率の基準が定められている場合があります（詳細は国土交通省等の最新情報でご確認ください）。

SfMで生成されるデータの種類

SfM処理後に生成される主なデータは以下のとおりです。

GCPとの組み合わせによる精度向上

SfM処理のみでは、写真の座標情報（カメラGPS）に基づいた相対的な精度しか確保できません。地上にGCP（Ground Control Point：グラウンドコントロールポイント）を設置してGNSSで座標を取得し、SfM処理に組み込むことで、絶対精度（実際の地上座標系との一致精度）が大幅に向上します。

RTK（リアルタイムキネマティック）測位に対応したドローンを使用する場合、GCPの必要数を大幅に減らすことができます（詳細は国土交通省等の最新情報でご確認ください）。

学科試験で混同しやすいポイント

学科試験では「SfMとLiDARの違い」が問われる場合があります。SfMは写真（可視光）から点群を生成するのに対し、LiDARはレーザー照射の反射時間から点群を生成します。

また「オーバーラップとサイドラップの方向の違い（前後vs左右）」も混同しやすいポイントです。

一問一答

Q1. SfM（Structure from Motion）とは何か？

A1. 複数の異なる視点から撮影した写真の特徴点を検出・マッチングし、三次元モデルを自動生成する技術。

Q2. ドローン測量でのオーバーラップとサイドラップの違いは何か？

A2. オーバーラップは飛行方向（前後）の写真の重なり、サイドラップは隣接する飛行ライン間（左右）の重なりを指す。

Q3. SfMとLiDARの最大の違いは何か？

A3. SfMは可視光写真から点群を生成するのに対し、LiDARはレーザー照射の反射時間から点群を生成する。

まとめ

SfM（Structure from Motion）はドローンで撮影した大量の写真から自動的に三次元モデルを生成する技術です。飛行→撮影→SfM処理→点群・DSM・オルソ画像の生成という流れで測量成果が得られます。

高い重複率（オーバーラップ80〜90%、サイドラップ70〜80%）の確保が精度向上の基本です。GCPと組み合わせることで絶対精度が向上し、i-ConstructionでのICT活用測量にも広く使われています。

LiDARとの違いは「写真から生成するかレーザーから生成するか」という点です。

関連記事：ドローン測量の基本と流れ｜オルソ画像とは｜GCPと検証点の使い方