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3次元点群からの点の間引き(サンプリング)について

 3次元点群からの点の間引き(サンプリング)について

Kenta Itakura

March 28, 2025
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  1. 点群データの取得と課題 点群データの取得方法として様々な方法がある • 地上型レーザースキャナー: TLS (Terrestrial Laser Scanning) • 車両レーザスキャナー

    : MMS (Mobile Mapping System) • 航空機レーザースキャナー: ALS (Airborne Laser Scanning) 例: 写真1:地上型レーザースキャナー 写真1出典:株式会社かみえちご測地 https://kamiechigo.com/uav/uav03/ 写真2:車両レーザースキャナー 写真2出典:iPROSものづくり https://mono.ipros.com/product/detail/2000702522 写真3出典:i-Construction https://icon.fukuicompu.co.jp/start/drone.html 写真3:航空機レーザースキャナー
  2. サンプリング手法の例 代表的な点のサンプリング手法として、今回は5つの方法を紹介する 手法 概要 ランダムサンプリング(Random) 無作為に点を抽出 平均グリッドサンプリング※(Grid Average) グリット内平均で代表 Grid

    Nearest グリット内最近点を選ぶ FPS (Farthest Point Sampling) 最遠点を順に選ぶ IDISS (Inverse Density Importance Sub-Sampling) 密度逆比例で抽出 ※ボクセルグリッドサンプリング(フィルタリング)などとも呼ばれますが、ここではこのよ うに表現します
  3. Farthest Point Sampling (FPS) ランダムに1点を選んだ後、その点から最も遠い点を順次選択 クラスタリングやメッシュ生成に有効 最初の点(点A)を ランダムに選択 点Bから最も離れた 点(点C)を選択

    点A→ 点A→ 点A→ 点A→ 点Aから最も離れた 点(点B)を選択 点Cから最も離れた 点(点D)を選択 ←点B ←点C ←点B ←点B ←点C 点D→
  4. 応用例: 点群深層学習におけるサンプリング 点群を対象にした深層学習においてもサンプリングは重要 点群の深層学習で有名なPointNet++ではサンプリングにより効果的な処理を実現 図出典: Qi, C. R., Yi, L.,

    Su, H., & Guibas, L. J. (2017). Pointnet++: Deep hierarchical feature learning on point sets in a metric space. Advances in neural information processing systems, 30. 図出典: MATLAB https://www.mathworks.com/help/lidar/ug/aerial-lidar- segmentation-using-pointnet-network.html
  5. サンプリング手法のまとめ 手法名 処理速度 点密度の制御 特徴保持性能 主な用途・特徴 Random Sampling ◎ 全体を均等に減少

    局所情報が失われやすい シンプルで高速な手法。全体的に点 数を減らす際に有効。 Grid Average Sampling 〇 グリッドで均一に制御可能 元の構造を比較的維持 各グリッドの平均点を代表点に。外 れ値の影響を低減するが元データ の点の位置が移動してしまう。 Grid Nearest Sampling 〇 グリッドで均一に制御可能 元の構造を比較的維持 各グリッド中心に最も近い点を選択。 構造保持に優れる。 Farthest Point Sampling (FPS) × 均一分布だが密度制御は不可 形状保持に優れる 形状を保持でき、PointNet++などの 深層学習モデルの中でも利用される。 IDISS △ 密度に応じて調整可能 形状保持に優れる 単純なランダムやグリッドサンプリン グでは冗長になりがちな密集領域を 効率的に間引ける。  様々なサンプリング方法があり、目的に応じて使い分けることが重要です