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LiDARでスキャンしたデータをブラウザで表示するまで

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はじめに

これは非公式Infocom Advent Calendar 2020の3日目の記事です。

やりたいこと

LiDARが使えるあの電話機を手に入れたので、早速3Dスキャンを楽しんています。
これをWebブラウザで見れるようにしてみます。

利用する要素

スキャンアプリ

アプリは複数ありますが、主にこちらを利用しています。

  • 3d Scanner App ... 無料
  • Polycam ... データのエクスポート機能は有料

3Dデータ

iOSの標準ではデータ形式はUSDZですが、Webブラウザで扱いやすいように他の形式を使います。

  • OBJ形式
  • GLTF/GLB形式

スキャナプリからシェア(エクスポート)する際に、形式を選べることが多いです(形式の変換は有料のアプリもあります)

3D表示

three.jsなど、WebGLを使ったライブラリを活用します。今回はA-FAMEを使いました(simpleというよりeasy寄り)

実装

A-FRAMEを使うことで、表示だけなら簡単にできます。

表示例

コード例: GLTF/GLB形式

GLTF/GLBの場合は、<a-gltf-model>を使うのが簡単です。

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <title>gltf in A-Frame</title>
  <script src="https://aframe.io/releases/1.0.4/aframe.min.js"></script>
</head>

<body>
  <a-scene>
    <a-assets>
      <!-- asset for model file -->
      <a-asset-item id="tree" src="path/some.glb"></a-asset-item>
    </a-assets>

    <!-- Using the asset management system. -->
    <a-gltf-model src="#tree" position="0 0.5 -2" rotation="0 -45 0" scale="0.2 0.2 0.2"></a-gltf-model>

    <a-sky color="#ECECEC"></a-sky>
  </a-scene>
</body>

</html>

コード例: OBJ形式

OBJファイルの場合は、関連するMTLやテクスチャファイル(JPG等)と一緒にWebサーバーに配置します。<a-entity obj-model>を使って表示します。

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <title>Obj in A-Frame</title>
  <script src="https://aframe.io/releases/1.0.4/aframe.min.js"></script>
</head>

<body>
  <a-scene>
    <a-assets>
      <!-- asset for model file -->
      <a-asset-item id="tree-obj" src="path/some.obj"></a-asset-item>
      <a-asset-item id="tree-mtl" src="path/some.mtl"></a-asset-item>
    </a-assets>

    <!-- Using the asset management system. -->
    <a-entity obj-model="obj: #tree-obj; mtl: #tree-mtl" position="-0.5 2 -0.5" scale="0.5 0.5 0.5"></a-entity>

    <a-sky color="#ECECEC"></a-sky>
  </a-scene>
</body>

</html>

面倒なところ

obj/mtlファイルの読み込みデーエラー

  • 3Dデータの読み込みでエラー or 正しく表示されない
  • 対策(1) ... 手でファイルを修正する
    • OBJ形式利用時に、テクスチャのマッピングを示すMTLファイルの読み込みでエラー
    • 存在しないテクスチャ(JPG)を参照している箇所を、手動で削除 → 読み込み成功
  • 対策(2) ... 他の形式を使う
    • OBJ形式でうまくいかない場合hは、 GLTF/GLB形式を利用→うまくいくケースあり
  • 対策(3) ... 他のアプリを使う
    • 3d Scanner Appからエクスポートしたファイルの読み込みに失敗
    • アプリの不具合か設定の不備か、原因は不明

※各ファイル形式のフォーマットを理解すれば根本的な対策できそうですが、そこまではできず。

カメラと3D物体の位置関係

  • 表示するまで、どのような位置に物体が表示されるか予想できない
  • 対策 ... ブラウザーでインスペクターを起動してトライ&エラー
    • インスペクターの起動は [ctrl] + [Alt] + i
    • 要素の位置、スケール、ローテーションを調整
    • →程よい値を割り出し、プロパティに反映

3D物体の回転軸の調整

  • 3D物体のローテーションを調整した時に、必ずしも中心軸にそって回転しない
    • 特にアプリ側でトリミングしてからエクスポートした場合に発生
    • 回転軸をオフセットする方法が見つからず
  • 対策...他のエレメントでラップする
    • 回転は、ラッパー側で行う
    • ラッパーに対する3D物体の相対位置(オフセット)を指定し、回転軸を調整する
抜粋
<!-- 回転は wrap_pbj で行う -->
<a-entity id="wrap_pbj" position="0 0 0" rotation="0 20 0">
  <!-- 3D物体の位置を、wrap_pbjに対しての相対オフセットで指定する -->
  <a-entity id="obj" obj-model="obj: #tree-obj; mtl: #tree-mtl" position="-0.5 0.4 0.5" scale="0.5 0.5 0.5">
  </a-entity>
</a-entity>

まとめ

LiDARで撮影した物体/風景を見るのは楽しいです。
GLTF形式やOBJ形式とA-FRAMEを組み合わせれば、iOSだけでなくいろいろなブラウザで楽しむことができます。

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