ケベック森林のデジタルツイン：オルソ画像11.5万枚を統合

すべてに先立つ基盤

ケベック州は、1ピクセル20〜30 cmのオルソ画像タイルを115,000枚以上公開しています。総容量は数百GBに及びます。私たちはそのすべてを、切れ目のない1つの3D地形上に配置しました。この作業のほぼすべては3Dではありませんでした。投影法を共有しないタイルを統合し、タイル間の空白を埋め、センサーや撮影年の違いをまたいで色を揃える作業だったのです。

これは誰も見せない部分であり、上にあるものが機能するかどうかを決める部分です。下のデータが連続していなければ、3Dビュー、州全体から区画へのズーム、そしてあらゆる領域計算は砂上の楼閣になります。この記事では、ケベックに適用したこの段階の進捗を報告します。

TerraLabのパイプライン：1つのシーン、すべてのソース

TerraLab-Twinは惑星規模の仮想地球儀です。その役割は、異種の地理空間ソース（公開オルソ画像、高解像度のドローンオルソ画像、数値地形モデル、ベクタレイヤ、衛星画像）をリアルタイムで融合し、惑星規模から区画レベルまで、単一の操作可能な3D地形上に配置することです。

私たちが目指す最先端の状態は、次の3つの特性で定義されます。

• スケールの連続性：ケベック全域（対角線10,000 km）から50 mの区画まで、途切れも、CRSの変更も、行政境界での継ぎ目もありません。
• 動的なマルチソース融合：品質と解像度が異なる複数のソースが同じ地形上で共存し、エリア、要求された解像度、データの可用性に基づいて、その場で選択されます。
• 上流処理の完全な抽象化：エンドユーザーがファイル形式、EPSGコード、MTMゾーンを見ることはありません。ユーザーはただナビゲーションするだけです。

以下で説明する作業はすべて、具体的なケースであるケベックの領域に対して、この3つの特性を実現するためのものです。

TerraLab WorldMapServerで融合したMRNFタイル。連続した地形で、元のシート間に目に見える継ぎ目はありません。

ケベックのデータを特別なものにする要因

ケベックは、この種の作業に適した北米有数の豊富な公開データセットを提供しています。ケベック州天然資源・森林省（MRNF、旧MERN）は、115,000枚以上のオルソ画像タイルを公開しています。データ総量は数百GBに及び、ネイティブ解像度は1ピクセル20〜30 cmです。これは、補完データとして使うSentinel-2衛星画像のおよそ30倍細かい解像度です。

ケベックの森林区域における、ネイティブ解像度20〜30 cmのMRNFオルソ画像。

この豊富さには、それ自体の課題も伴います。異種の地図投影、複数のファイル形式、複数年・複数季節にわたる撮影画像です。これはまさに仮想地球儀向けに設計されたデータセットです。従来のGISツールなら、ユーザーに投影法、季節、形式を選ばせ、その結果を受け入れるよう求めるでしょう。

**そして私たちは、この規模への対応方法を知っています。**115,000枚のタイル、数百GBのデータ、混在する形式、複数時期のデータ。TerraLab-Twinのアーキテクチャは、この容量を特別なインフラなしに、開発者のワークステーション上でネイティブに処理できるよう設計されています。

20 cmの元のMRNFタイル。処理前でも、樹木、道路、区画がはっきり見えます。

厄介な部分：地図投影

この点について少し立ち止まりたいと思います。地理空間分野で働いたことのある人なら、これは運用上の悪夢だからです。

ケベックの公開データは、単一の投影法で届くわけではありません。NAD83の派生系として、ケベック・ランベールの一種（EPSG:32198）、より現代的なCSRSベースの派生系、そして歴史的な地図作成上の理由から領域を分割する10のMTMゾーン（Modified Transverse Mercator）があります。実際には、タイルごとに異なる座標参照系で届く可能性があります。

ツールが問題の後半です。すべての測地系には固有の落とし穴があり、地理空間チェーンのすべてのツールが、PROJライブラリに関する独自のレガシーな挙動を抱えています。本番環境では、古いインストールによって10 m以上ずれた変換が返され、パイプラインが静かに失敗することが非常によくあります。

これはまさに、仮想地球儀が抽象化する部分です。TerraLab-Twinが知っている最終的な投影法は、惑星楕円体上の1つのWGS84だけです。投影に関する複雑さはすべて、取り込みパイプラインの上流で吸収されます。エンドユーザーがEPSGコードを見ることはありません。ゾーン境界で何も途切れることなく、ケベック全域から1つの森林区画まで、連続して操作できる3Dの領域を見るだけです。

この難題を解決できれば、マルチソース融合、連続したナビゲーション、リアルタイム3Dのすべてが可能になります。

内部タイル処理ツール。各ソースをWGS84に再投影し、その後3Dシーンに合成します。

仮想地球儀でWGS84を使う理由と、その重要性

楕円体上でWGS84を選ぶことは、任意の判断ではありません。古典的な地図投影は、その構造上、妥協案です。3Dの対象物である地球の楕円体を2D平面に平坦化するため、角度、面積、距離、またはそのすべてに必ず歪みが生じます。小縮尺では許容できても、大陸規模では許容できません。

仮想地球儀は、すべてを最後まで3Dのまま扱うことで、この問題を回避します。エンジンは平面投影ではなく、実際の楕円体上で動作します。ユーザーにとっての直接的な効果は、CRSを切り替えることなく、ケベック全域から50 mの区画まで自由にズームできることです。MTMゾーン境界での継ぎ目も、極域の引き伸ばしも、エッジの位置合わせによるアーティファクトもありません。これがナビゲーションを連続的にします。従来の2D GISツールには提供できないものです。

色調整と融合：視覚的な課題

投影法を処理した後の次の課題は、視覚面です。ケベックの3D Digital Twinが融合する画像ソースは1つではなく、相互に補完する3つです。

1. MRNF航空オルソ画像：優先度1、20〜30 cm、詳細レイヤ
2. Sentinel-2衛星画像：優先度2、10 m、航空写真のカバレッジがない地域（通常は沿岸地域）を補完
3. Blue Marble惑星ベースマップ：最終フォールバック。どの地域も空白にならないようにする

この3つのソースには、それぞれ固有の測色特性があります。センサー、取得条件、撮影日、上流処理がそれぞれ異なるためです。課題は単に同時表示することではありません。境界が目に見えないまま保たれること、そして隣接するタイルが同じ色域を共有することを保証する必要があります。

一部のMRNFタイルは不完全でもあります。飛行キャンペーンの端では、航空写真のカバレッジがタイルの途中で止まり、nodata領域が残ります。処理しなければ、これらの空白は3D地形上に黒い帯として現れます。これも、パイプラインが複数のソースを融合しなければならない理由です。航空オルソ画像が足りない部分を、Sentinel-2で自動的に埋めます。

部分的なカバレッジのMRNFタイル。パイプラインが空白をSentinel-2で自動的に埋めます。

Sentinel-2側では、固定した反射率範囲にわたる複数日の中央値を使って合成します。これにより外れ値（雲、影、 atypical days）が除去され、すべてのタイルで同じキャリブレーションが共有されます。

2015年のキャンペーンにおける青み

ケベック側では、一部の古い航空撮影キャンペーン、特に2015年のものに、系統的な青みが見られます。この欠陥の正確な原因はデータ提供者によって文書化されていません。しかし、異常に高い青色対赤色比（通常のキャンペーンでは約0.88なのに対し、B/Rは約1.30）が、その年のタイルの大部分に影響しています。パイプラインでは季節でフィルタリングし、緑の色調を揃えるため夏季の取得画像を使っていますが、2015年のタイルしか存在しない地域では問題が残ります。

こうした地域には、いくつかの方法があります。自動色補正（隣接タイル間のヒストグラムマッチング）や、衛星画像への置き換えです。後者では、まず無料で10 mのSentinel-2を使うか、より高解像度が必要ならAirbus PleiadesやMaxarなどの商用ソースを使えますが、コストは大きくなります。どの選択肢も、それだけで理想的とはいえません。最も可能性が高い組み合わせは、撮影年によるフィルタリングと、代替手段のない地域へのSentinel-2フォールバックです。

ここでは時間が味方します。MRNFは新しい航空撮影キャンペーンを定期的に公開し続けており、特定の地域では2023年と2024年のオルソ画像がすでにオープンデータとして利用できます。欠陥のある2015年のタイルだけで覆われている地域も、より新しく、より適切にキャリブレーションされた取得画像に置き換えられる可能性が高いでしょう。

上：青みのあるMRNF 2015年タイル（B/Rは約1.30）。下：通常の色の2016年タイル（B/Rは約0.88）。

通常にキャリブレーションされたタイルの隣にある、青みのある2015年タイル。地形の均一性を壊すパッチワークが見えます。

ケベックのオルソ画像とSentinel-2が接する場所

2つのソースの境界では、幾何的な切り替わりは感じ取れません。しかし、一部の沿岸地域では、色の切り替わりがまだ見えます。

この色の継ぎ目は、意図的なトレードオフです。数百kmにわたる海岸線でピクセル単位のブレンディングを行うと、視覚的な改善よりも処理コストのほうが大きくなります。特にDigital Twinで一般的なナビゲーションの縮尺ではそうです。パイプラインは、周縁部の見た目の完璧さよりも、カバレッジと連続性を優先しています。

上：Sentinel-2のみ。下：ケベック + Sentinel-2の合成。海岸線沿いにブレンディング領域が見えます。

パイプラインには、こうした切り替わりを滑らかにする色合わせの工程が含まれています。下のリビエール・デュ・ルー周辺の例は、その違いを示しています。色合わせなしでは、ケベックのオルソ画像とSentinel-2の境界がはっきり見えます。色合わせを行うと、切り替わりははるかに目立たなくなります。

リビエール・デュ・ルー。上：色合わせなし。下：色合わせあり。

ガスペ半島の広域ビュー。シアン色の区域（左）= 青みのある2015年タイル、本土 = ケベックのオルソ画像、海 = Sentinel-2。

現在の状況

2026年4月7日現在、進捗は順調です。NAD83のファミリーは上流で吸収され、取り込みパイプラインは約115,000枚のMRNFタイルを段階的に処理しています。

**この段階では、領域のカバレッジは部分的です。**すでに処理された地域、たとえばガスペ半島では、ケベックのオルソ画像を使ってナビゲーションできます。一方、その他の地域は当面Sentinel-2で埋められています。3層合成はガスペ海岸で検証済みで、データ量は標準的な開発者ワークステーション上で余裕を持って処理できます。

現在の解像度

エンジンは現在、1ピクセル10 mで出力しています。これは最初の反復における意図的な選択です。まず全球スケールで作業することで、地域ごとに解像度を上げる前に、パイプライン全体（投影法、融合、色のキャリブレーション、データ量）を検証できます。20〜30 cmの元のMRNFデータはすでに存在します。30 cmまでの高精細化は、必要性に応じてケースごとに行います。

標高

標高側では、3D地形はSRTM（Shuttle Radar Topography Mission）の数値標高モデルに基づいています。利用可能な中で最も細かいソースではありませんが、領域全体をカバーしており、チェーン全体を検証できます。優先地域については、より精密なケベックのDTMに切り替えることも可能です。

これが現在の結果です。SRTMの起伏に10 mのケベックのオルソ画像を重ねています。3D植生もベクタデータもありません。これは、その他すべてを構築していくための、生の地形基盤です。

ケベックの最初期の3Dビュー。10 mオルソ画像 + SRTMの起伏。上から下へ：大気散乱、直接照明、照明なし。

重要なポイントは、レンダリング品質がソースデータの品質を超えることはないということです。MRNFデータがクリーンで適切にキャリブレーションされている地域（2015年以降のキャンペーン）では、結果は優れています。欠陥のある地域（青みのある2015年のキャンペーン）では、パイプラインが正しい色のキャリブレーションを生み出すことはできません。

現在利用できるもの：

• ケベックの航空オルソ画像（MRNF）とSentinel-2の融合
• SRTMによる3D起伏
• ガスペ海岸で検証済みの完全なパイプライン

次に予定しているもの：

• 近接ズームでの20〜30 cm解像度
• OSMのケベック・ベクタデータ
• ケベック全域の3D樹木