Cesium for Unrealで実現するAECデジタルツインの革新事例【UNREAL FEST 2024 TOKYO】
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November 21, 24
スライド概要
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Youtube URL：https://youtu.be/jEc7pug9ex8
講演内容：
昨今AEC（建築・エンジニアリング・建設）業界では、従業員の安全管理や働き方改善、災害対応や住民の合意形成を実現する持続可能な新しい都市・地域づくりが強く求められています。一方、同業界は労働力不足と生産性向上の深刻な課題に直面しています。本セミナーではその解決策として、Cesium for Unrealを利用した3D地理空間データ連携と高品位可視化でデジタルツインの設計から施工までの具体的な事例手法を紹介します。
講演者：
久木田 弦(Japan Community Manager(Cesium GS,Inc))
佐藤 隆洋(中央研究所デジタル基盤推進センター 副センター長(日本工営株式会社))
高田 知典(高没入・デジタルツイン施工グループ マネジャー(株式会社EARTHBRAIN
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Cesiumについてはこちら：
https://cesium.com/
UNREAL FEST 2024 TOKYO 公式サイト：
https://unrealengine.jp/unrealfest/2024/
Unreal Engineを開発・提供しているエピック ゲームズ ジャパンによる公式アカウントです。 勉強会や配信などで行った講演資料を公開しています。 公式サイトはこちら https://www.unrealengine.com/ja/
関連スライド
各ページのテキスト
Cesium for Unrealで実現する AECデジタルツインの革新事例 Cesium GS, Inc. 日本工営株式会社 株式会社EARTHBRAIN
Cesium for Unrealで実現するAECデジタルツインの革新事例 Agenda 1. Opening Cesium セッション『Cesium for Unrealで、高没入感型デジタル ツインを構築しよう』 ● 2. 日本工営株式会社 中央研究所デジタル基盤推進センター 副センター長 佐藤 隆洋様 株式会社EARTHBRAIN様 開発事例『Unreal EngineとCesiumでつくる建 設デジタルツイン～Smart Construction VRのユースケースとテクノロジー について～』 ● 4. Japan Community Manager 久木田 弦 日本工営株式会社様 開発事例『Cesium for Unreal を使用した土木設計可 視化の実践例』 ● 3. Cesium GS,Inc. 株式会社EARTHBRAIN 高没入・デジタルツイン施工グループ Q&A マネジャー 高田 知典様
Cesium for Unrealで、 高没入感型デジタルツインを構築しよう Cesium GS, Inc. Japan Community Manager 久木田 弦
Agenda ● Cesium overview movie ● 3D Tiles & Cesium ● User Stories ● Tips and Tricks ● 関連情報
Cesium - The Platform for 3D Geospatial https://www.youtube.com/watch?v=6-jtkiliiYE&t=5s
3D Tiles The open standard for performant run-time streaming of your AEC data
3D Tiles for Geospatial Context
3D Tiles for Design Data
SaaS Cloud or Self Hosted Visualization for the web Game Engines, Simulation and XR Your data + Other 3D Engines and Apps
Terrain & Imagery SaaS Cloud or Self Hosted Point Clouds Datasmith Other 3D data Context Data Design Data GLTF OBJ FBX APIs Location services and IoT RVT IFC
Cesium for Unreal https://github.com/CesiumGS/cesium-unreal/releases https://cesium.com/learn/unreal/unreal-quickstart/
User Stories
Pennoni Transforms Engineering Models with Cesium https://cesium.com/blog/2024/09/17/pennoni-transforms-engineering-models-with-cesium/
Spatial Media - Digital Twin Project for extended Tram network in Australia
Tips and Tricks
Cartographic polygonsでクリップする
Globe anchors：アクターを地球上の特定の位置 に固定する頼もしいツール
ライントレースを用いたメタデータへのアクセス
メタデータを使用してマテリアルをスタイリング https://cesium.com/blog/2024/10/15/coming-soon-cesium-revit-add-in/
プロジェクトデータを地球座標系に再投影
GISとオープンな地理空間データソースの活用
Cesium ion: Two ways to purchase Cesium Hosted Customer Hosted Local ✓ データの3Dタイルへの変換 ✓ データの3Dタイルへの変換 ✓ Cesiumグローバル3Dコンテンツ ✓ Cesiumグローバル3Dコンテンツ ✓ Google Photorealistic 3D Tiles ✓ DevOpsデプロイ + SSO統合 ✓ Bing Maps Imagery ✓ Via Cesium ion SaaS: Google P3DT & Bing Maps Starts at $1,788.00 per year Starts at $35,000.00 per year
Cesium Japan Team
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Cesium for Unrealを使用した土木設計可視化の実践例 日本工営株式会社 中央研究所 デジタル基盤推進センター 佐藤 隆洋
アジェンダ • イントロダクション • Unreal EngineとCesium for Unrealの合意形成での活用例 • 様々なデータを可視化する①（観測データの可視化：地震） • 様々なデータを可視化する②（シミュレーションその１） • 様々なデータを可視化する③（シミュレーションその２） • まとめ 27
ID＆Eと日本工営の紹介 ・ID＆Eホールディングスは、社会資本整備、都市開発、エネルギー開発な ど160か国で社会インフラ整備を行う開発コンサルタント ・日本工営は、社会資本整備の企画段階から調査、計画、設計、完成後の 維持管理段階まで、施工を除く社会資本整備全体に携わっています 28
UEチームのご紹介 企画 ＆ マネジメント レベルデザイナー ＆ モデラー 本日のSpeaker 佐藤 隆洋 川野 倫輝 古澤 明里朱 奥平 賢太 K・I S・H 注）本人の希望でイラス トにしています Unreal Fest‘21Winter Speaker プログラマー ＆ UIデザイナー 長谷川 英一 Unreal Fest‘21Winter Speaker Techasirinukul Thanapol Sithu Phyoe Chaisrinarat Thitiwat From Myanmar Koei International 29
これまでにUnreal Engineで様々な可視化を実践 30
今日は、Cesium For Unreal関連の話題 周辺空間の重要性 有識者や関係者から必ず言われること どんなものができるかは分かった ところで、周辺からのアクセス性は？ 周辺環境との調和は？周辺への影響は？・・・ 31
周辺空間の重要性 有識者や 関係者の要望 どんなものができるかは分かった ところで、周辺からのアクセス性は？ 周辺環境との調和は？周辺への影響は？・・・ 設計箇所とその周辺も すべて作成しなければならない 点群データや写真測量などで 周辺データを作成 ケースバイケースですが、経験 上設計箇所の可視化に要する時 間と同等の時間がかかります 32
Cesium ionが無い時のゲームエンジンでの仮想空間作成 震災直後 出典：国土交通省九州地方整備局九州技術事務所 ～VR空間で体験する～ 阿蘇の震災直後と復興した未来を仮想世界で体験 H31.3.22 https://www.qsr.mlit.go.jp/kyugi/newstopics_files/20190322/190322asokasouVR.pdf 33
Cesium ionが無い時のゲームエンジンでの仮想空間作成 復興した未来 斜面災害箇所 復旧後イメージ ※道路や鉄道はあくまでも イメージです 阿蘇大橋 この当時、地形データの広さ制限が1ｍメッシュの 場合に64km2のため、地形は視認可能な部分のみ 制作し、樹木等で雰囲気を作っていた 出典：国土交通省九州地方整備局九州技術事務所 https://www.qsr.mlit.go.jp/kyugi/newstopics_files/20190322/190322asokasouVR.pdf 34
今ならCesium ionのデータが使える Cesium World Terrain Cesium World Bathymetry (CWB) Sentinel-2 Imagery Japan 3D Buildings ※Cesium World Terrainの 地形と整合 Bing Maps Aerial Imagery Google's Photorealistic 3D Tiles 35
Cesium ionには月のデータもあります 36
ワークフロー：Cesium ionの有り無し 設計対象物のデータを作成（ 20～100時間） Cesium ion導入前 Cesium ion導入後 点群データや写真測量など で周辺データを作成 20～40時間 Cesium ionの アセットを入れる 1時間以内 完成 37
Cesium ionのデータを追加する 出典：静岡県景観セミナー 2024.7.17 セミナー資料 ※Twinmotionデータは静岡県景観まちづくり課様より借用 38
Cesium for Unrealの使い方 Cesium ionのアセットを追加 位置の設定 ランド スケープ CesiumGeoreferenceでUEの原点座標の 地理座標を設定する Cesium ionのデータのみ Cesium ion＋ランドスケープ 非表示エリアの設定 設計対象箇所内はCesium ionのデータが表示さ れないようにする Cesium Cartographic PolygonでCesium ion データを表示させないエリア設定し、Cesium Polygon Raster Overlayでポリゴンを指定 周辺データ Cesium for Unreal 季節や時刻の設定 デザインエリア Cesium SunSkyで再現する時期を入力 航空LP等の地形データ 39
Cesium for Unrealの合意形成での活用例 計画箇所：河川沿い 中近景：地上レーザー 遠景：Cesium ion 出典：国土交通省九州地方整備局九州技術事務所 40
データを可視化①（地震の震源データの可視化） 日本で起きた地震の震源地を立体で見せて直感的に理解 表示用デバイス： 空間再現ディスプレイ ※Spatial Reality Display『ELF-SR1、 ELF-SR2』はソニー 株式会社の製品です 41
震源位置の可視化はどうやっているか UnrealEngineの点群読み込みを使用 震源位置を色付きの点群データとして読み 込み Sonyの空間再現ディスプレイで表示する ために、Spatial Reality Display Plugin for Unreal Engineを使用 表示用デバイス： 空間再現ディスプレイ ※Spatial Reality Display 『ELF-SR1、ELF-SR2』 はソニー株式会社の製品 です おお～～！すごいね でも時系列で見たい あと海底地形もね 42
データを可視化①（地震の震源データの可視化） 海底地形はCesium ionのCesium World Bathymetryを使う 時系列は何か方法を考えないと 43
時系列で震源データを表示するには Niagaraのパーティクル発生機能を使用 パーティクル発生位置、発生時間、規模をテ キストファイルで準備 x,y,height,magnitude, timeを一つのパーティ クルの発生条件として設定 →テクスチャデータを生成（ダイナミックテ クスチャ,RGB（XYZ）A（magnitude） ） 表示には、テクスチャデータからパーティク ル発生位置と大きさの情報を読み込む 44
データを可視化①（地震の震源データの可視化） 海底地形はCesium ionのCesium World Bathymetryを使用 時系列はNiagaraのパーティクル発生機能を使用 表示用デバイス： 空間再現ディスプレイ ※Spatial Reality Display『ELF-SR1、 ELF-SR2』はソニー株 式会社の製品です 45
データを可視化②（シミュレーションその１） 水の流れをわかりやすい形で伝える Unreal Fest Extreme’21 Winterで発表済み 46
流況計算データを表示するには 表示までの流れ iRIC（水理シミュレーションソフト）の計算 結果をCSVデータで読み込み 頂点座標（X,Y,Z）からメッシュを生成 水深、流向（UV）をマテリアルで表現 流向（UV）は水流アニメーションに使用 水のイメージ 水深 流線 ＜流線の生成方法＞ 計算範囲をスキャンして、計算結果がある場 所のUV値を取得。そのUVベクトルの方向に さらにスキャンを繰り返して、流線を生成 流線の色は流速を表現しており、 UVベクトルのスカラー値で任意の色を着色 47
データを可視化③（シミュレーションその２） 土砂崩れのシミュレーション結果をわかりやすい形で表現 表示用デバイス： 空間再現ディスプレイ ※Spatial Reality Display『ELF-SR1、 ELF-SR2』はソニー株 式会社の製品です 48
時系列で計算データを表示するには 表示までの流れ 67GBのテキストデータ（計算結果、頂点デー タ）をバイナリデータに変換（600MB弱） 全タイムステップ分をメモリに読み込んで、 点群として読み込む タイムステップ間はカクカクしないように頂 点補間している 頂点位置の点として表示 点群から格子構造の立体メッシュをダイナ ミックメッシュとして事前生成 格子構造の立体メッシュに対して、テクス チャを与えて、表示 49
まとめ • 科学計算、データをUnreal Engineで読み込む方法を開発 • Unreal EngineとCesium ionを組み合わせることで没入感が向上 • 合意形成向けの完成空間予測もCesium ionで大幅に作業時間を短縮 • 表示デバイスの進展で合意形成の表現手段が増した 今後も、わかりやすい可視化に取り組んでいきます！ 50
Unreal EngineとCesiumでつくる建設デジタルツイン ～ Smart Construction VRのユースケースとテクノロジーについて ～ 株式会社EARTHBRAIN 高没入・デジタルツイン施工グループ 高田 知典
会社概要 会社名 株式会社EARTHBRAIN 設立 2021年7月 所在地 東京都港区六本木1丁目6番1号泉ガーデンタワー29F 株主 従業員数 役員 事業内容 200名 ※2024年10月現在 代表取締役会長 代表取締役社長 取締役副社長 四家 千佳史 小野寺 昭則 河内山 晃 建設業向けデジタルソリューションの開発、保守など デジタル技術を駆使し、土木現場の生産性・安全性・環境性の世界革命を起こす 52
まずはこちらの動画をご覧ください 53
本日のアジェンダ 54 1. Smart ConstructionⓇの概要 2. Smart Construction VRのユースケース 3. Smart Construction VRのテクノロジー 4. まとめ
55 1 Smart ConstructionⓇの概要
建設業の課題 ①労働者の減少と高齢化 56 ②社会インフラの老朽化 建設業のDXが不可欠 出典：国土交通省「国土交通白書 2022」 https://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/r03/hakusho/r04/pdf/np202000.pdf ③災害の激甚化、頻発化 出典：国土交通省「建設業を巡る現状と課題」 https://www.mlit.go.jp/policy/shingikai/content/001610913.pdf 出典：国土交通省「国土交通白書 2020」 https://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/r01/hakusho/r02/pdf/np101100.pdf
Smart Construction®の発想 企画 調査 計画 57 設計 施工 施工中 施工準備 掘 削 積 込 運 土 盛 土 完工検査 転 圧 法 面 舗 装 施工中の一部プロセスのみに使用 ICT建機 （３Dマシンコントロール） 土木施工の問題解決には、施工全体の視点が不可欠 →あらゆる工程をデータでつなぎ、施工に活用する 維持管理
Smart Construction®のワークフロー 58 Digital Twin Digitalize サイバー空間の建設現場 リアル空間の建設現場 車両 地形 作業員 Realize
Cesiumエコシステムによるデータ処理フロー 設計データ(BIM/CAD) Hosting Server オルソデータ(航空写真) Tiling Pipeline 測量データ(点群データ) 59
Smart Construction®の展開 約10,000現場 （直近6カ月にSmart ConstructionⓇソリューションが導入された現場） 60
61 2 Smart Construction VRのユースケース
Smart Construction VRの用途とメリット • 用途 • 遠隔検査 • 発注者や近隣住民への説明、合意形成 • メリット • 現地に行かなくてもよい • 移動時間が不要 • 移動コストが削減できる • 安全な環境で作業できる • 現実ではできないことができる • 現在の地形と設計データを重ねて見る • 地形の断面を見る • 建機や安全柵等の配置シミュレーション 62
Smart Construction VRの活用事例 株式会社 廣瀬 様 【工事概要】 ・工事名 ・工事場所 ・工期 ・工事内容 R３大河津分水路山地掘削その１４工事 大河津分水路山地部掘削その１４工事 新潟県長岡市寺泊薮田 地先 令和3年3月26日 ～ 令和4年3月24日 放水路の拡幅 63
Smart Construction VRによる検査 64 【従来の検査方法】 発注者と受注者が現地で2次元の図面を見ながら距離や高さの確認を行っていた。 【VRによる検査方法】 ドローン等で3次元計測を行っておくことで、いつでも高さや距離の確認を行うことができ、現地に 行く必要が無い。 現場事務所 WEB会議ツール 国交省事務所
計測結果の精度検証 65 Smart Construction VRの地形モデルはレーザースキャナー及びドローンを使用した。 ※Smart Construction VRの地形モデルの精度は計測機器に依存するため、検査内容によっては高精度な測量機器を使用することも必要となる。 Smart Construction VRによる計測と現地での従来方法による計測の比較 【計測日 2/15】 No 設計値 VR計測値 設計との差 現地計測値 設計との差 1 67.500 67.417 -0.083 67.413 -0.087 2 67.500 67.472 -0.028 67.457 -0.043 3 67.681 67.667 -0.014 67.647 -0.034 Smart Construction VR上での計測結果と従来方法の計 測結果で大きな差はないことが確認できた。
66 3 Smart Construction VRのテクノロジー
Smart Construction VRのアーキテクチャ Multi-User Auth Cesium Smart Construction Platform 67 VR Meta Quest Device Epic Online Services Auth API Online Subsystem EOS Online Subsystem Landlog Dashboard API Meta Quest Link Cesium for Unreal Plugin Meta XR Plugin Smart Construction VR Application / C++ Unreal Engine 5.2 Windows
Smart Construction VRの認証フロー Smart Construction VR Smart Construction Platform Web Browser (1) Smart Construction Platformの認証 [RFC 8252] OAuth 2.0 for Native Apps https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8252 ID連携 (2) Epic Online Servicesの認証 Identity Provider Login Flow https://dev.epicgames.com/docs/dev-portal/identity-provider-management 68 Epic Online Services
OAuth 2.0/OpenID ConnectによるPlatform認証 Smart Construction VR Smart Construction Platform Web Browser ①アプリ起動 Epic Online Services Smart Construction VRアプリ登録済み client_id, app_type=native, redirect_uri, scope ⑧state検証 Loopback Interface ②認証認可リクエスト(client_id , redirect_uri, scope, code_challenge) ④ユーザー入力 (email, pasword) ③認証認可画面 ⑤email, password ⑥リダイレクト(redirect_uri?code=&state=) ⑦redirect_uri?code=&state= ⑨トークンリクエスト(code, code_verifier) PKCE [RFC7636] code_challengeと hash(code_verifier) の一致チェック ⑩code_verifier検証 Smart Construction PlatformのAPIが使える！ ⑪アクセストークン 69
OpenID連携によるEpic Online Servicesの認証 Smart Construction VR Web Browser Smart Construction Platform ⑫EOSログイン(ユーザーID、アクセストークン) 70 Epic Online Services Smart Construction VR アプリ登録済み ProductId, SandboxId, DeploymentId, ClientId, ClientSecret, ID Provider Yes ユーザーが 存在する？ No Smart Construction PlatformのAPIエンドポイント ⑬ユーザー 作成 ⑭ユーザー情報取得(アクセストークン) ⑮ユーザー情報 Multi-User機能 が使える ⑰EOSログイン成功 ⑯ユーザー ID検証
VRで3D Tilesにテレポートするときの問題 VR空間内でのプレイヤー移動はVR酔いを避ける為、テレポートが基本 ＋ 3D Tilesは視点からの距離に応じたLODの3Dデータを逐次ダウンロードして表示 ↓ テレポートするとプレイヤーが地面に埋まる事象が発生 LODの低い地面 LODの高い地面 71
VRで3D Tilesにテレポートするときの対策 1. ポインターのRaycastが3D TilesにHitしたら、Hitした場所の手前に仮想カメラ を位置づけて、より詳細な3D Tilesの読み込みを促す。 2. テレポート後、頭上から足元方向にRaycastして、Hitした場所(地面)が足元よ り上にあったら、その場所に立ちなおす。 72
Cesium for UnrealのVRチュートリアル 今回の内容 https://cesium.com/learn/unreal/vr-introduction/ 73
74 4 まとめ
本日の内容 • Smart Construction®の紹介 • 土木施工分野におけるのデジタルツイン • Cesiumエコシステムの活用 • Smart Construction VRの紹介 • VRの用途とメリット • 実際の施工現場での活用事例 • Unreal EngineとCesiumで作るVRアプリケーションの実装方法 • Smart Construction VRの認証フロー • 3D Tilesの特性に基づいたVRアプリの作り方 75
今後の展望 • 土木施工分野における新たなXRのユースケース／価値の発見 • 測量／検査以外の、安全教育や設計レビュー等での活用 • 事務所で使うVRに加えて、現場で使うモバイルARとの連携 • さらなる品質向上 • 操作性の改善 ⇒ もっと直感的に操作できるようにしたい！ • 臨場感の向上 ⇒ もっとUnreal Engineの良さを発揮したい！ 76
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