3Dリアルアバター作成方法|全身をスキャン・モーションキャプチャする各技術と費用感


VR内でチャットやゲームが楽しめる「VRChat」。

通常はアニメキャラ風のアバターを利用して世界中のユーザーとの交友を楽しみますが、最近は自分の姿を3D化した「リアルアバター」を利用する人も徐々に増えてきました。

そこで今回は、リアルアバターの制作方法や、3DCGアバターに関連する様々な最新技術を一挙に取り上げます。

3Dリアルアバターのみならず、今後のVR/AR全般にも関わる要素が満載ですので、ぜひ最後までご覧ください!

3DCGアバターを作成するスキャン方法・価格

まず始めに、3DCGによるリアルアバターの作成方法について見ていきましょう。

3Dスキャニングについては各社が現在も様々な工夫を凝らしていますので、ここで紹介するのは基本的なリアルアバターの制作方法として捉えてください。

1.全身を3Dスキャンする

まず始めに、モデルの全身姿を3Dでスキャニングします。

3Dスキャニングのためには360°からの撮影が必要です。そのため、多数のカメラで瞬間的に撮影するのが一般的です。およそ80~120台ものカメラを使ってモデルを撮影し、リアルアバター制作に必要な画像データを入手します。

2.スキャンしたデータを処理する


平面の画像をデータ処理して3Dモデリングすれば一応リアルアバターの完成となりますが、出来上がった3DCGアバターはポリゴン数がとても多く、VRChatではそのまま使用することができません。

そのため、「Blender」や「Maya」といった3Dソフトを使ってポリゴン数を減らすといった修正作業を行います

このような過程を経て、リアルアバターが完成となります。

必要な機材・ソフトウェア

リアルアバターを制作するには、専用のスタジオとカメラ、コンピューターと3Dソフトが必要となります。

一般ユーザーであればリアルアバターを制作している会社に依頼することになりますが、一方で3DCGアバターを制作するためのシステム一式をキット化し、法人向けに販売している企業も存在します。

株式会社映像伝播社はその一つ。同社では、3DCGアバターを制作するために必要なカメラや機材をキット化し、販売・導入を行っています。

こうした本格的なキットではなく、もっと手軽に個人でもリアルアバターの制作はできないか?

その答えの一つが、「Structure Sensor」を使用することです。

Structure Sensor」はiPadに取り付けられる3Dスキャナで、対応するアプリと組み合わせることによってリアルアバターの制作が可能です。

 

本格的な機材とスタジオで制作したモデルと比較するとリアリティに差がありますが、VRChatで使用する分には十分かもしれませんね。

3DCGアバターを製作するのに必要なコスト感

リアルアバターを制作するのに必要なコストは、制作方法によって異なります。

制作会社に作成を依頼する場合、1体当たりのコストは撮影+データ処理も含めて大体1万円前後。

上で紹介した株式会社映像伝播社の3DCG製作キットは300万円ほどになります。

Structure Sensor」の販売価格は527ドル~、専用アプリで3DCGアバターを1体書き出すのに必要なコストは7ドルといった具合。

個人としてリアルアバターを利用するのはもちろん、一企業として本格的に3DCGアバターを制作するのも、コスト的には思ったほど敷居が高くないと感じられるのではないでしょうか。

ここからは、3DCGアバターを制作するのに不可欠な技術や、関連テクノロジーを紹介します。

関連技術1.「フォトグラメトリ」とは|必要機材・撮影方法

最初に紹介するのは、リアルアバターの制作過程でもふれた平面画像を3D化するのに欠かせない、「フォトグラメトリ」についてです。

フォトグラメトリとは?

「フォトグラメトリ(Photogrammetry)」とは、撮影した画像を統合して3DCGモデルを作成する技術のこと。

モデルを360°撮影した画像は、そのまではバラバラな状態。それを結合し、3Dモデル化するのがフォトグラメトリというわけです。

フォトグラメトリによって3D化したモデルは拡大・縮小や回転も自由自在。リアルアバターの作成だけではなく、VRやARコンテンツの開発にも不可欠な技術の一つです。

フォトグラメトリは以前からある技術で、もともとは地形調査や測量などの分野で利用されていました。

最近ではPCのスペック向上によって気軽に3DCGが制作できるようになったこと、フォトグラメトリ用のソフトが充実してきことなどから、誰でも気軽に利用できるようになってきています。

フォトグラメトリに必要な機材・ソフトウェア

現実空間の精巧なデジタルデータをアーカイブすることが可能なフォトグラメトリですが、必要なものは基本的に以下の3種類。

  • PC
  • カメラ
  • 専用ソフトウェア

これさえあれば、誰でも3DCGモデルを作成可能です。

カメラもパソコンも性能が高ければ高いほど良いにこしたことはありませんが、3Dアバター制作であればプロ並みの機材を揃える必要はありません。

カメラはスマホでも代用可能ですし、パソコンも現行発売されているものであればノートパソコンでもソフトを走らせることができます。もちろん、処理能力が高いパソコンを使うと、それだけ解析も早く完了するのは言うまでもありません。

フォトグラメトリ用のソフトも色々発売されています。

有名なところでは、

  • 3DF Zephyr
  • Reality Capture(ともにCapturin Reality社製)
  • ReCap(Autodesk社)
  • MetaShape(Agisoft社)
  • Meshroom(オープンソース)

などが挙げられます。

料金はソフトによって異なりますが、おおよそ2万円前後。体験版もあるので色々試してみることを推奨します。オープンソースのMeshroomは無料で利用できます。

フォトグラメトリの撮影方法

3DCGモデルを作成するためには、360°全体から対象物を撮影する必要があります。

モデルの全ての面が撮影できるように、少しずつ角度をずらしながら撮影します(原則、隣り合った画像同士が60%ずつ重なると良いと言われています)。

大まかにいって、一つのモデルにつき80枚前後の写真を撮影すると、納得のいく3DCGモデルを作成できるでしょう。

フォトグラメトリ用の写真撮影時には、いくつかの注意点があります。

  • 明るさに注意:写真が暗すぎたり、逆に明るすぎて白飛びしてしまうと上手く制作できません。写真撮影時には照明に気をつけましょう。
  • 手ブレ防止:手ブレはフォトグラメトリの大敵です。一眼レフカメラを使う時には、なるべく三脚などを利用すると良いでしょう。
  • ピンぼけ防止:手ブレ同様、ピンぼけもフォトグラメトリに向かないのは言うまでもありません。枚数が多くなるので大変ですが、しっかりとピントを合わせて撮影しましょう。

フィギアなどの小さなモデルであれば、台の上に乗せて撮影したり糸でつらして底面も撮るということも可能ですが、人間相手の場合はそうはいきません。

リアルアバター制作のためには、やはり専用のスタジオで撮影するのがおすすめです。

関連技術2.「ボリューメトリック・キャプチャ」とは|必要機材・撮影方法

ボリューメトリックキャプチャとは、取得した3D情報をそのまま3DCG化する技術を指します。

フォトグラメトリとの違いは、フォトグラメトリは「撮影した画像を」元に3DCGを作成するのに対し、ボリューメトリックキャプチャは「撮影した映像」がそのまま3D用のデータとなります。

そのため、静止している物体だけではなく、人間の動きをそのまま捉えて3DCG化することが可能です。

下の動画は、ロンドンを拠点に活動するラッパー、Tino Kamalのミュージックビデオ。Tino Kamalのタトゥーが光を放ち、7色に変化するのが特徴的なMVですが、実はこのTino Kamalの姿が3DCGなのです。

 

ボリューメトリックキャプチャによって3DCG化したTino Kamalのモデルの上に、光を放つタトゥーのテクスチャを貼り付けたのです。

ダンスや身体の細かな動きまで、見事にとらえて3DCG化していることが分かるでしょう。

ボリューメトリックキャプチャはこのように、モデルの情報を取得して3DCG化するのに非常に優れた技術なのです。

ボリューメトリックに必要な機材・ソフトウェア

ボリューメトリックキャプチャは人間の動きを正確にトラッキングして3DCGデータ化するため、撮影にも専用のスタジオや機材が必要となります

後述しますが、現在マイクロソフトやソニーのような大企業がボリューメトリックに注視しており、様々なデモ映像やコンテンツを開発中です。

現在で2Dで制作される映像・画像は今後3D化されていき、ボリューメトリックで撮影されたグラフィックを使用するコンテンツ(ボリューメトリックビデオ)の市場規模は2020年の14億ドルから、2025年には58億ドルにまで拡大するという試算も出されています(参考)。

ミュージックビデオなどの映像作品だけではなく、スポーツ観戦やイベント、広告をはじめとした日常の様々シーンで活用される技術になるでしょう。

※参考記事:広告業界の最先端|ARが変える広告・プロモーションとは?

ボリューメトリック・キャプチャの撮影方法

ボリューメトリックは人間の動きをトラッキングするために、多数のカメラで同時にモデルを撮影しなければなりません。

上で紹介したTino Kamalのミュージックビデオの撮影には、106個のカメラを使用し、Tino Kamalの動きを正確にトラッキング・3Dデータとしてデジタル化しています。

キャプチャにはカメラだけではなく、マイクを搭載したリグも用います。このリグは必要に応じてスケールの変更も可能なため、より広い範囲をキャプチャしたり、逆に細かな動きをトレースすることも可能。

そのため、ダンサーやパフォーマーの指先の動きなどの細やかな表現も3DCGとして再現することができるのです。

このボリューメトリック技術はリアルアバターやミュージックビデオ制作のみならず、ゲームや映画、さらには医療分野など様々な分野への応用が期待されています。

現在、ボリューメトリックキャプチャができるスタジオは限られていますが、将来的には中小やインディースタジオまで利用できるようになるでしょう。VR業界にとっても、ボリューメトリックはこれから必須の技術になるにちがいありません。

全身モーションキャプチャアプリ「ミチコンPlus – スマホで全身モーキャプ – 」

ここからは、実際に3Dスキャンを行えるスタジオやプロダクトを紹介していきます。

最初に取り上げるのは、全身モーションキャプチャアプリの「ミチコンPlus – スマホで全身モーキャプ – 」です。

ミチコンPlus は、iPhoneやiPadのカメラで全身を撮影するだけで、モデルの動きをキャプチャし、3DCGキャラクターにリアルタイムで反映させられるモーションキャプチャアプリです。

当アプリは2019年に「ミチコン-VisionPose Single3D-」としてリリースされましたが、2020年にiPhoneのARkit3に対応した「ミチコンPlus – スマホで全身モーキャプ-」にリニューアル。App Storeで現在配信中です。

「ミチコンPlus – スマホで全身モーキャプ -」のインストールはこちら

「ミチコン」の使い方・必要なスマートフォンのスペック

ミチコンPlusはモデルの動きだけではなく、動画からの読み込みにも対応。動きを反映させるCGキャラもバーチャル広報担当ミチコだけに限りません。

VRoid Hub(https://hub.vroid.com/)に投稿された3DCGキャラクターを利用することが出来るため、自分のアバターとして利用することも可能です(PRO機能のみ)。

リアルアバターというわけにはいきませんが、自分のお気に入りのキャラクターに好きな動きを自由に、かつ手軽につけられる楽しさは代えがたいものがあります。

通常、モーションキャプチャのためには複数台のカメラが必要ですが、ミチコンPlusではiPhoneやiPadのカメラだけでキャプチャができるラクチン設計。自分には複雑な動きなんて無理!という方でも、動画から好きなダンスやアクションをトレース可能です。

ミチコンPlusはARkit3に対応したアプリのため、Android端末は残念ながら非対応となっています。また、iPhoneやiPadも当然ARkit3に対応していなければなりません。

【Apple製品・ミチコンPlus推奨端末】

  • Phone XR
  • iPhone XS/XS Max
  • iPhone 11/11Pro/11ProMAX
  • iPad Air(第3世代) AR機能非対応
  • iPad mini(第5世代) AR機能非対応
  • iPad Pro(第3世代)

※A12以降のプロセッサが搭載された端末が推奨。
※AR機能につきましては推奨端末に一部制限あり。

また、ミチコンPlusはグリーンバック機能も搭載しているため、別途配信ツールを利用することによってクロマキー合成も可能。動きをトレースした3DCGキャラクターを現実空間に召喚することもできてしまいます。

【ARモード対応端末 】

  • iPhone 11、11Pro、11ProMAX
  • Phone XR
  • iPhone XS、XS Max
  • iPad Pro(第3世代)

3Dスキャナー「3D GATEWAY」

続いて紹介する「3D GATEWAY」は、株式会社DiGITAL ARTISANが開発・販売する3Dスキャナーです。

3D GATEWAYは1/200秒でモデルの全身をスキャンし、高精度の3Dデータを10分程度で作成可能です。

上の動画では、格闘技イベント向けに、格闘家・菊野選手の全身をスキャンしている様子です。出来上がった3Dデータを元にフィギアを制作してイベントで配布したとのこと。

「3D GATEWAY」技術の特徴・価格

3D GATEWAYの最大の特徴は、100台以上のカメラを使って1/200秒で撮影し、専用ソフトウェアで3Dデータを10分程度で作成できる性能であるにも関わらず、分解・設置が容易で持ち運びが簡単に出来る点にあります

そのため、様々なイベントへの貸し出しも対応可能。実際に国内外の様々なイベント会場での運用実績を誇ります。


上の動画は、3D GATEWAYを実際に設置している様子です。

本体はアルミパイプのため軽量で組み立ても簡単、2時間程度で設置可能とのこと。

3Dスキャン用の筐体は大型のため高価で専用のスタジオが必要なことが多いですが、3D GATEWAYでは容易に持ち運びができ、かつコストも嵩まないためイベントなどで気軽に利用できます。

撮影とモデリングも専用ソフトウェアで自動処理されるため、3Dスキャン&モデリングの専門知識が無くても問題ありません。

3D GATEWAYは貸し出しのほか、受注生産・販売も行っていますので、気になる方はDiGITAL ARTISANの公式HPからお問い合わせください。

3Dスキャンスタジオ「irirs」

iris」はレスパスビジョン株式会社が運営する、3Dスキャンスタジオです。

フォトグラメトリを使用した高品質な3Dモデルデータ作成を、専任の撮影スタッフと同社のクリエイティブチーム「steam studio」が担当します。

レスパスビジョン本社の地下2階に鎮座する「iris」ですが、同筐体は受注生産も受け付けており、研究機関や教育機関・3Dデータを活用する企業などに販売しています。

受注生産のため、撮影するモデルのサイズや用途に合わせて、様々なカスタマイズが可能。3Dスキャンスタジオを常設したい企業や研究機関にとっては、一度相談する価値があるでしょう。

「iris」の技術の特徴・価格

「iris」には、3つの異なるアプローチで3Dデータを作成します。

1.人体用スキャン

「iris」は他の3Dスキャンスタジオと同様、人間の全身3Dデータを取得するのに有用です。

Nikonの一眼レフカメラ164台で構成される「iris」は、1/2000秒のシャッタースピードに対応しているため、ジャンプした瞬間なども見逃さずにスキャン可能。動きを捉えるアクションスキャンは、映画マトリックスでもおなじみの、バレットタイム撮影にも適しています。

全身スキャン時のポリゴン精度はおよそ2,000万ポリゴン。ジオメトリ精度は約2メートル、テクスチャは約1mmの精度を誇ります。資料撮影としての活用も有効です。

2.物体スキャン

ターンテーブルを用いた物撮りにも「irsi」はもちろん対応しています。物体スキャン時には1台のカメラを使用し、200~500枚の写真を撮影して3Dデータを作成します。

物体スキャンでは最小1cm、最大で70cmの幅までの物体をスキャン可能。ポリゴン数は最大で約1億ポリゴン、ポリゴン解像度は1mm、テクスチャ解像度は0.3mm、テクスチャは最大16Kで出力可能となっています。

3.布地スキャン

「iris」では通常スキャンが難しい、布地などの細かなディティールまでもスキャンが可能。これは「Photometric Stereo」という手法を採用することによって可能になったシステムで、0.3mm以下の解像度が得られます。

凹凸の表現を立体ではなく画像によって表現することができ、少ないポリゴン数で繊細なテクスチャを再現します。硬貨のレリーフなどの細かな表現も正確に読み取り、Normal Mapとして取得できます。

  • 「iris」問い合わせフォームはこちら

全身モーションキャプチャ「Artec Shapify Booth」

ハンディタイプの業務用3Dカラースキャナーを販売するArtecが、その高解像度3D技術をベースに開発した3D全身スキャナが、「Artec Shapify Booth」です。

「Artec Shapify Booth」はワンクリックで12秒の全身スキャンを行い、わずか数分で3Dデータ生成化します。

数あるスキャナの中でも、撮影から5分程度で3Dモデルが自動生成できるのは、「Artec Shapify Booth」を置いてほかにありません。

「Artec Shapify Booth」技術の特徴・価格

「Artec Shapify Booth」の技術で最も特徴的なのは、やはりそのソフトウェア能力でしょう。

ブース内にある4台の広角解像度3Dスキャナと自動処理ソフトウェアの組み合わせによって、スキャンしながら3Dデータを生成。モデルのポーズや服のシワなどの細かなディティールまで忠実に再現します。

「Artec Shapify Booth」はわずか12秒の撮影時間、そして3Dデータ作成まで3~5分程度と極めて短時間で作業が完了するため、例えばショッピングモールやイベント会場、観光スポットなどでも活用されています。

買い物ついでやイベントの待ち時間に気軽にスキャンし3Dプリンタで出力すれば、その場で自分のミニチュアフィギアを手にすることも可能。

まさにプリクラ感覚で気軽に3Dスキャンできるのが「Artec Shapify Booth」の醍醐味なのです。

全身モーションキャプチャ「PERCEPTION NEURON2.0」

PERCEPTION NEURON 2.0」は、人間の動きを全身で検出し、指先の細かな動きまで再現可能な全身モーションキャプチャです。

PERCEPTION NEURON 2.0」は人間の全身をスキャンする3Dスキャナではなく、モデルの身体にデバイスを装着し、その動きをトレースするモーションキャプチャ。低コストで汎用性が高いため、ゲームやVR開発以外にも様々なシーンで活用可能です。

製品名に「2.0」がついている通り、同製品は先代の「NOITOM Perception Neuron」から大幅にパワーアップ。性能の高さはそのままに、センサーの取付や装着が簡単になり、より使いやすくなりました。

※「PERCEPTION NEURON」の詳しい情報や使い方のイメージなどはこちらの記事をご覧ください。

「PERCEPTION NEURON2.0」 の技術の特徴・価格

「PERCEPTION NEURON 2.0」はジャイロスコープや加速度計、IMU(完成計測装置)を内蔵したNEURONと呼ばれる小型センサーによって対処物の動きを捉えます。

しかし、それらは非常にコンパクトで、実際に製品の全てが小型のキャリングケースに収められているほど。

その内容物は以下の通りです。

  • NEURON 32個
  • USBケーブル 2本
  • デュアルポゴピンケーブル/プロップケーブル
  • ボディストラップ
  • レッグストラップ(左右)
  • グローブ(左右)/フルグローブ(左右)
  • ハブ
  • クイックスタートガイド
  • リファレンスカード/保証書

合計32個ものNEURONセンサーによって全身の動きを計測、リアルタイムでモデルの動作をキャプチャします。

また専用ソフトウェアの「Axis Neuron」によって、BVHストリーミング、FBX出力、Rawデータ出力だけではなく、FBXファイルとして出力も可能。ゲーム開発やVR開発だけではなく、教育機関や研究用など様々な用途に幅広く活用できます。

こうした高い性能と汎用性を有しているのにも関わらず、価格が安価なのも「PERCEPTION NEURON 2.0」の大きなセールスポイント。高精度のモーションキャプチャを安価で運用したいなら、「PERCEPTION NEURON 2.0」を真っ先に検討すべきでしょう。

 事例・トレンド1:SONYがボリューメトリックキャプチャを使用して制作したデモ動画を公開

SONYが制作したボリューメトリックキャプチャを用いたデモ動画は、人間の立体的情報を3DCG化できる、同技術の可能性を見事に表しています。

上の動画は2人のダンサーが踊っているCGですが、通常こうしたCG映像を作成するにはかなりの手間がかかります。

ところがボリューメトリックキャプチャを用いると、ダンサーの細かな動きまでリアルに再現していることがよく分かります。しかもこの動画はダンサーをキャプチャし、リアルタイムで3DCG化したもの。モデルを撮影するだけでこうした3DCGが再現できるのですから、驚異的。

しかも、ボリューメトリックキャプチャは3DCG映像として再現するだけではなく、3Dデータ化してしまうため、そのままスマホアプリなどに使用できます。

動画でも説明されている通り、ボリューメトリックキャプチャでは3次元空間がまるごと撮影されているため、自由な視点で映像を鑑賞することが可能。

さらにライティングや様々な表現を組合わえていくことで、これまで現実空間ではなし得なかった全く新しい映像表現が生み出されようとしています。

トレンド2: DImension社がマイクロソフト製「Mixed Reality Capture Studios」を運営

ボリューメトリックキャプチャのために、マイクロソフト社が開発したのが「Mixed Reality Capture Studiosです。

 

マイクロソフトとパートナーシップ提携を結んでいるDimension社が、アメリカのサンフランシスコ、レッドモンド、そして同社の所在地であるロンドンの3ヶ所でこのMixed Reality Capture Studios」を運営しています。

『Mixed Reality Capture Studios』とは

VRやARの開発にも力を入れているマイクロソフトの「Mixed Reality Capture Studios」は、ボリューメトリックキャプチャで人間の動きを正確にトラッキングし、3Dデータ化します。

人間の目線や指のシワに至るまでの非常に複雑なディテールまでキャプチャできるため、ゲームや映画の制作だけではなく、研究分野や医療などの様々なシーンへの活用が期待されています。

「Mixed Reality Capture Studios」によって、高機能なキャプチャ機能を小規模なインディースタジオやスタートアップでも活用できることが期待されています。それによって、より高品質なVRやARコンテンツの開発が可能になるでしょう。

まとめ

美少女キャラなどを使うことが主流のVRChat内において、リアルアバターを使うと注目度は抜群!

自分の姿は世界に一つしかない、本物の「オリジナル」ですから、VR内でも自分の個性を主張したい人にはうってつけのアバターとなるでしょう。

関連記事)バーチャルヒューマン(デジタルヒューマン)とは?仕組みや作り方を徹底解説

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ここまで3Dアバター制作に関する様々な情報を紹介してきましたが、本メディア「XR-Hub」を運営している株式会社x gardenはXR事業導入コンサルティングを展開しています。

国内の大手観光会社、大手通信会社を始めとした実績が多数あり、国内外の「各産業×AR/VR」の事例収集や事業規模の産出・新規事業の企画・計画書の策定からアプリ・デモの開発まで幅広く支援を行っています(自社でエンジニアを採用しています)。

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※関連記事:【VRChat】オリジナルアバターをUnityで作成する方法


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今泉滉平:株式会社x garden執行役員 / XR-Hub 事業責任者

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