3D Gaussian Splattingとは？仕組み・NeRFとの違い・企業活用事例を徹底解説！

3D Gaussian Splattingは、複数の写真から3D空間を効率的に再現する技術として2023年に登場して以来注目を集めています。従来のNeRFと比べて処理時間を大幅に短縮し、フォトグラメトリよりもデータ容量を抑えながら細部の表現を向上させました。

複雑な3D環境を高品質かつ効率的に再現するこの技術は、どのような影響を与えるのでしょうか？

本記事では3D Gaussian Splattingの仕組みから、VR、AR、製品設計など幅広い分野での具体的な活用事例まで徹底解説します。先進企業の事例も交えながら、この革新的技術がもたらす新たなビジネスチャンスと、導入時の戦略的アプローチを探ります。

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3D Gaussian Splattingとは？

3D Gaussian Splattingは、2023年8月に発表された3D表現技術です。複数の写真から3Dシーンを高速に再現できます。

3D Gaussian Splattingは、複雑な3D環境をガウス関数を用いて表現します。この手法により、実際には存在しない光やモヤが生成されるゴースト現象を抑制できるようになりました。

また、フォトグラメトリよりもデータ容量が軽く、細部の表現に優れています。そして、NeRFよりも計算コストが低く、リアルタイムアプリケーションに適しているのが強みです。

3D Gaussian Splattingは、コンピュータビジョンの重要な課題である画像から3D空間を効率的に再構築することを可能にしました。従来のポリゴンベースの3Dモデリングに代わる新たなアプローチとして注目されています。

3D Gaussian Splattingの基本概念

3D Gaussian Splattingは、従来のポリゴンベースの3Dモデリングとは異なり、空間を多数の「ガウス分布」と呼ばれる点で表現します。

この技術の核心は、3D空間を滑らかな確率分布として捉える点にあります。これにより、従来の表現方法では難しかった複雑な形状や微妙な光の効果を、より自然に表現することが可能になりました。

また、AIの手法を用いて、ガウス分布のパラメータ（位置、スケール、色など）は、学習プロセス中に最適化されます。これにより、シーンの複雑な部分には多くのガウス分布が配置され、単純な部分には少ないガウス分布が配置されるという効果が得られます。

そのため、3D Gaussian Splattingは少数の入力画像から高品質な3D再構築を実現可能となっています。

3D Gaussian Splattingは、コンピュータグラフィックス、仮想現実、拡張現実など、幅広い分野の革新が期待されています。その高速なレンダリング能力と写実的な表現力は、次世代の3D技術の基盤となることが期待されています。

NeRFとの違い

3D Gaussian Splattingは、ニューラルネットワークを用いた3D再構成手法であるNeRF（Neural Radiance Fields）の概念を基に発展しました。

NeRFはシーン全体を表現する連続関数を学習します。一方、3D Gaussian Splattingは空間を多数のガウス分布で表現する疎なデータ構造でシーンを表現します。

この効率の良さにより、3D Gaussian Splattingはメモリ効率が高く、高速レンダリングが可能になります。

また、NeRFでは学習時間に48時間かかっていたのに対し、3D Gaussian Splattingでは同等程度の描画を40分程度で完了できるなど、パフォーマンスが大幅に向上しています。

さらに、3D Gaussian Splattingは3次元空間をガウシアンで表現するため、シーンの解釈や編集が容易になるという利点もあります。

これらの特徴により、3D Gaussian Splattingは、NeRFの課題を克服し、より実用的な3D表現技術として注目を集めています。ただし、より複雑な光の相互作用を含むシーンでは、NeRFがより優れた性能を発揮する可能性があります。

関連記事：「NeRFの仕組みから最新の活用事例まで徹底解説!自動運転、医療、eコマースなど、幅広い産業での応用例」

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3D Gaussian Splattingの特徴

3D Gaussian Splattingは、複雑な3D環境を高品質かつ効率的に再現することを可能にし、コンピュータグラフィックスの分野に新たな可能性をもたらしています。

複雑形状の再現

3D Gaussian Splattingの最大の特徴は、3次元空間を連続的な確率分布として捉える点にあります。この手法では、多数の「ガウス分布」（ガウシアン）と呼ばれる点を用いて空間を表現します。

各ガウシアンは、以下のパラメータを持ちます。

• 3D空間上の位置
• 形状と向きを表す3×3の共分散行列
• 色情報（RGB値）
• 不透明度（アルファ値）

上記のパラメーターを最適化することで複雑な形状や微妙な光の効果を自然に表現できます。

従来の離散的な表現方法では難しかった細かい曲面や複雑な幾何学的形状も、この連続的な表現によって高精度に再現することが可能になりました。

視点依存効果の表現

3D Gaussian Splattingは、見る角度によって物体の見え方が変わる「視点依存効果」を高精度に表現できます。

3D Gaussian Splattingは、視点依存の色情報を持つことができるため、複雑な光の反射特性を近似できる能力を持っています。これにより、カメラの位置や角度が変わっても、物体の見え方が自然に変化する様子を再現することができます。

この特徴は、特に以下のようなシーンの表現に威力を発揮します。

• 金属の表面がキラキラ光る様子
• ガラスや水面の反射が角度によって変化する様子
• 曇りガラスを通して見える景色の変化
• 薄い布や葉っぱの透け感
• 絹のような布地の光沢の変化
• 車のボディの塗装の見え方の変化

これらの効果により、より現実に近い3D環境を作り出すことができます。例えば、バーチャルショールームで車を360度回転させて見たときに、塗装の輝きが自然に変化する様子を再現できます。

効率的なリアルタイムレンダリング

3D Gaussian Splattingの大きな利点の一つは、高速なレンダリング能力です。3D Gaussian Splattingでは、GPUの高速なソート処理を利用することで、瞬時にラスター化（3次元の図形をピクセル画像に変換すること）を行うことができます。

これにより、リアルタイムレンダリングや最適化の処理時間が大幅に短縮され、従来手法と比較して最大で2.5倍の高速化を実現しています。

ユーザーはストレスなく3D環境を操作したり、複雑な3Dモデルをスムーズに閲覧したりすることができます。例えば、スマートフォンでECサイトの商品を3Dで見る際に、指でくるくると回しても、滑らかに商品の見え方が変化する体験が可能になります。

この効率的なレンダリング能力は、インタラクティブな3D体験や大規模な3D環境のリアルタイム表示を可能にし、様々なアプリケーションでの活用が期待されています。

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3D Gaussian Splattingがもたらす業界への影響

3D Gaussian Splattingは、従来の技術では困難だった高品質かつリアルタイムな3D環境の再現を可能にし、多くの分野で新たな可能性を切り開いています。

バーチャルリアリティ体験の向上

3D Gaussian Splattingは、バーチャルリアリティ(VR)体験の大きな向上が期待されています。この技術の高速なレンダリング能力と写実的な表現力により、VR環境内でより自然で没入感のある体験を提供することが可能になりました。

特に、複雑な形状や微妙な光の効果を高精度に再現できる点が、VR体験の質を飛躍的に高めています。

例えば、VRゲームやシミュレーションにおいて、3D Gaussian Splattingを用いることで、より詳細で生き生きとした環境を作り出すことができます。これにより、ユーザーはより現実感のある仮想世界を体験できます。

従来のVRコンテンツでは難しかった、繊細な視覚的要素も楽しむことができるようになります。

また、教育や訓練分野でのVR利用においても、より正確で説得力のある環境を提供することで、学習効果や訓練の有効性を高めることが期待されています。

拡張現実アプリケーションの進化

拡張現実(AR)アプリケーションの分野でも、3D Gaussian Splattingは大きな進化をもたらしています。この技術を用いることで、ARアプリケーションはより自然で違和感のない形で仮想オブジェクトを現実世界に重ね合わせできるようになりました。

視点依存の色情報を持つ能力により、光の反射や透明度などの複雑な視覚効果を正確に表現できるため、ARコンテンツの現実感が大幅に向上しています。

例えば、ファッション業界では、3D Gaussian Splattingを活用することで、より精密な仮想試着システムを開発することが可能になります。ユーザーは、自分の体型に合わせて衣服がどのように見えるかを、光の反射や布地の質感まで含めてリアルに確認できるようになるでしょう。

また、インテリアデザインのARアプリケーションでは、家具や装飾品を実際の部屋に配置したときの見え方を、光の当たり方や影の付き方まで含めて高精度にシミュレーションできます。

3Dスキャニングと再構築・デジタルツイン

3D Gaussian Splattingにより、実世界の物体や環境を高速かつ高精度に3Dデータ化し、デジタルツインをより高精度に生成することが可能になりました。従来の手法と比較して、3D Gaussian Splattingは複雑な形状や細かいテクスチャを持つ対象物でも、より正確に再現できます。

例えば、古代の遺跡や芸術作品を3D Gaussian Splattingを用いてスキャンしてデジタルツインを作成することで、細部まで忠実に再現された3Dモデルを作成できます。これにより、文化遺産のデジタル保存や考古学研究などの研究者は物理的な制約を受けずに詳細な分析を行うことができます。

また、世界中のどこからでもバーチャルツアーを通じてこれらの貴重な文化遺産を体験することが可能になります。

企業における3D Gaussian Splattingの活用事例

企業は、3D Gaussian Splattingを用いて製品開発から顧客体験まで、幅広い領域でビジネスプロセスを改善し、新たな価値を創出しています。

アパレル・EC分野での商品展示（テックファーム株式会社）

アパレル・EC業界では、3D Gaussian Splattingを活用した商品の立体表示が実用化されています。この技術により、従来の撮影時間を大幅に短縮しながら、衣服の素材感や着用時の見え方を精密に再現できるようになりました。

顧客はECサイト上で、商品を360度どの角度からも確認でき、透け感のあるブラウスの質感から、着用時の全体的なシルエットまで詳しく把握できます。

例えば、テックファーム株式会社では、独自開発の3Dビューワーと組み合わせたソリューションを提供しています。従来のフォトグラメトリと比べて撮影時間を約3,600分の1に短縮し、データ容量も7割削減しながら、より自然な表現を実現しています。

この技術の導入により、ECサイトでの購買体験の向上や返品率の低減が期待されています。また、製品開発においても、試作品の3Dモデル化による海外工場とのデザインレビューの効率化など、幅広い業務改善につながっています。

関連ニュース記事：「テックファーム、AI活用の「3D Gaussian Splatting」による3Dモデル生成ソリューションサービスを提供開始」

製品設計とプロトタイピングの効率化

製造業において、3D Gaussian Splattingは製品設計とプロトタイピングのプロセスを大きく改善しています。この技術を用いることで、複雑な形状や細かいテクスチャを持つ製品でも、高精度にスキャンし、迅速に3Dモデル化することが可能になりました。

これにより、設計の検証や改良のサイクルが大幅に短縮され、製品開発の効率が向上しています。

例えば、自動車業界では、車体のデザインや空力特性の評価に3D Gaussian Splattingを活用することで、従来よりも短期間で高品質な製品を市場に投入することが可能になっています。

建築・不動産業界でのバーチャルツアー（株式会社MATRIX）

建築・不動産業界では、3D Gaussian Splattingを活用したバーチャルツアーが注目を集めています。3D Gaussian Splattingにより、実際の物件を高精度に3Dスキャンし、リアルタイムでレンダリングすることが可能になりました。

顧客は物理的に現地に行くことなく、スマートフォンやVRデバイスを通じて物件内を自由に歩き回り、細部まで確認できます。

例えば、ロイヤルハウジング販売株式会社では、株式会社MATRIXの開発した「ガウシアンVR」というサービスを導入しています。スマートフォンで撮影した動画から最短数十分でAIが3D空間を自動生成し、VRゴーグルを通じて自由に室内を歩いて内見できるシステムを実現しています。

この技術の導入により、不動産業界の人手不足対策や顧客満足度の向上につながっています。

ゲームとアニメーション制作の革新

3D Gaussian Splattingは、ゲームとアニメーション業界の、特に3Dシーンの再構築と表現において進展を示しています。

3D Gaussian Splattingは、写真から高品質な3Dシーンを迅速に再構築する能力を持っています。この特性は、ゲームやアニメーション制作において、現実世界の環境を正確に再現する際に非常に有用です。

例えば、ゲーム開発者は実際の場所を撮影し、それを短時間で詳細な3D環境に変換することができます。これにより、リアルな背景やセッティングの制作時間の大幅な短縮が期待できます。

さらに、3D Gaussian Splattingは高速なレンダリング能力を持っています。これは、リアルタイムレンダリングを必要とするゲーム開発において特に重要です。

複雑な3D環境をスムーズに描画できることで、プレイヤーにより没入感のある体験を提供できます。

まとめ

3D Gaussian Splattingは、複雑な3D環境を高速にレンダリングし、リアルタイムで表示できる能力を持ち、従来の手法と比較して大幅な効率化を実現しています。バーチャルリアリティ体験の向上、拡張現実アプリケーションの進化、製品設計とプロトタイピングの効率化など、その活用範囲は広範にわたります。

特に、建築・不動産業界でのバーチャルツアーやゲーム・アニメーション制作における3Dシーンの再構築と表現において、大きな進展が見られています。

しかし、導入にあたっては適切な技術的知識と環境整備が必要です。

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3D Gaussian Splattingについてよくある質問まとめ