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![安価なウェブカムを3Dスキャナへと変える「ProFORMA」 | WIRED VISION
英国ケンブリッジ大学エンジニアリング科の学生Qui Pan氏が率いるチームは、通常の安価なウェブカムを3Dスキャナに変えてしまうシステムを作成した。
このシステムは「ProFORMA」(Probabilistic Feature-based On-line Rapid Model Acquisition:確率的特徴に基づいたオンライン高速モデル形成)と呼ばれるが、その名前から受ける印象よりもはるかに素晴らしいものだ。[Proformaには「仮の」という意味がある]
3Dスキャンでは通常、専用装置が必要で、それなりに時間もかかる。しかしProFORMAでは、ウェブカムの前でオブジェクトを回転させると、リアルタイムでそれをスキャンすることが可能だ。オブジェクトを回転させていくと、表面のテクスチャも取り込んだ完全な3Dモデルを構築することができる。さらに印象的なのは、スキャンが終わったあとだ。カメラは引き続き空間のなかでオブジェクトをトラッキングし続け、オブジェクトを動かすと、スクリーン上のモデルが同じように動く。
カメラの画像から3Dオブジェクトの各頂点をスキャンし、高度な計算を使用して、オブジェクトを持った手が時折オブジェクトの一部として取り込まれることを無視しつつ、オブジェクトの表面の位置を計算していく。その後のことは筆者の頭ではちんぷんかんぷんなのだが、ドローネー三角分割法を利用して、2Dから3Dへのモデルへと変換する。
この用途について考えてみよう。例えば、任天堂「Wii」のアバター「Mii」のことは放っておいて、その代わりに、自分オリジナルの3Dバージョン・アバターを作ることができる。また、「マリオカート」にお気に入りの道具を追加することができる。3Dプリンターに接続すれば、ほぼあらゆるものを複製できる即席ファクシミリを作ることも充分可能だろう。
留意してほしいのは、これがすべて単一のカメラで行なわれているということだ。しかもそれは、この記事を読んでいる間にノートパソコンのスクリーン上部から読者を眺めているウェブカメラのようなカメラで良いのだ。すぐにでも、ProFORMAで遊んでみたい。](http://2.media.tumblr.com/tumblr_kto9s48m6c1qznh6co1_400.jpg)
安価なウェブカムを3Dスキャナへと変える「ProFORMA」 | WIRED VISION
英国ケンブリッジ大学エンジニアリング科の学生Qui Pan氏が率いるチームは、通常の安価なウェブカムを3Dスキャナに変えてしまうシステムを作成した。
このシステムは「ProFORMA」(Probabilistic Feature-based On-line Rapid Model Acquisition:確率的特徴に基づいたオンライン高速モデル形成)と呼ばれるが、その名前から受ける印象よりもはるかに素晴らしいものだ。[Proformaには「仮の」という意味がある]
3Dスキャンでは通常、専用装置が必要で、それなりに時間もかかる。しかしProFORMAでは、ウェブカムの前でオブジェクトを回転させると、リアルタイムでそれをスキャンすることが可能だ。オブジェクトを回転させていくと、表面のテクスチャも取り込んだ完全な3Dモデルを構築することができる。さらに印象的なのは、スキャンが終わったあとだ。カメラは引き続き空間のなかでオブジェクトをトラッキングし続け、オブジェクトを動かすと、スクリーン上のモデルが同じように動く。
カメラの画像から3Dオブジェクトの各頂点をスキャンし、高度な計算を使用して、オブジェクトを持った手が時折オブジェクトの一部として取り込まれることを無視しつつ、オブジェクトの表面の位置を計算していく。その後のことは筆者の頭ではちんぷんかんぷんなのだが、ドローネー三角分割法を利用して、2Dから3Dへのモデルへと変換する。
この用途について考えてみよう。例えば、任天堂「Wii」のアバター「Mii」のことは放っておいて、その代わりに、自分オリジナルの3Dバージョン・アバターを作ることができる。また、「マリオカート」にお気に入りの道具を追加することができる。3Dプリンターに接続すれば、ほぼあらゆるものを複製できる即席ファクシミリを作ることも充分可能だろう。
留意してほしいのは、これがすべて単一のカメラで行なわれているということだ。しかもそれは、この記事を読んでいる間にノートパソコンのスクリーン上部から読者を眺めているウェブカメラのようなカメラで良いのだ。すぐにでも、ProFORMAで遊んでみたい。
![ヒトゲノムの3D構造は「丸めた麺のようなフラクタル」 | WIRED VISION
ヒトゲノムを数百万の断片に分解し、その配列をリバース・エンジニアリングする手法により、ゲノムの3次元構造の画像が、かつてないほどの高解像度で作成された。
再現された構造は目を見張るようなフラクタル形状をしている。この手法を使えば、ゲノムのDNAの内容だけでなく、ゲノムの形状そのものが、人間の発達や疾病にどのような影響を及ぼしているか調べることが可能になるだろう。
「染色体の空間構造が、ゲノムの制御に非常に重要だということが明らかになった」と、「Science」誌の10月9日号に発表された今回の研究論文を執筆した1人で、マサチューセッツ大学医学部の分子生物学者であるJob Dekker氏は話す。
初歩的な生物の教科書や、一般の人々のイメージの中では、ヒトゲノムは23対の染色体におけるDNAとタンパク質の複合体[クロマチン]の中に収められ、それら染色体はきれいなX型をして1つ1つの細胞核の中に並んでいるように描かれている。しかし実際には、そのような状態になるのは細胞が分裂しようとしているごく短い間だけだ。それ以外のとき染色体は、絶え間なく形を変えるかたまりとして存在する。むろん、染色体を構成するひも状のDNAも、密集してかたまりになっている。ゲノムを端から端までまっすぐに伸ばすと、約2メートルほどの長さになる。
何十年も前から、一部の細胞生物学者たちの間では、ゲノムが圧縮されているのは効率よく保存するための仕組みというだけでなく、遺伝子の機能や相互作用そのものに関係しているのではないかと考えられてきた。しかし、それを突き止めるのは容易ではない。ゲノム配列を解析しようとするとゲノムの形状が壊れてしまうし、電子顕微鏡では活性表面の下をほとんど見通すことはできない。その構成要素は知られていても、ゲノムが本当はどんな形状をしているのかは謎のままだった。
ゲノムの構造を直接見ることなく解明する方法として、研究チームはまず細胞核をホルムアルデヒドに浸した。ホルムアルデヒドはDNAと相互作用して接着剤のような働きをする。これによって、ゲノムの直鎖状配列では離れているが、実際の3次元のゲノム空間では近接している遺伝子どうしがつなぎ合わされた。
研究チームはその後、ホルムアルデヒドによるつながりは残したまま、直鎖状配列の遺伝子どうしのつながりは分解するような化学物質を加えた。その結果、ペアになった遺伝子の集まりができあがった。それはちょうど、麺を100万もの細かな層に切り分けて混ぜ合わせ、ボール状に凍らせたようなものだった。
遺伝子のペアを調べることで、元のゲノムではどの遺伝子どうしが近接していたのかが特定された。ソフトウェアを用いて、遺伝子ペアをゲノム上での既知の配列と相互参照した結果、ゲノムのデジタル立体構造が組み立てられた。その立体は目を見張るようなものだった。
「どこにも結び目がなかった。絡み合った箇所が1つもない。麺を驚異的に密集させて丸めたボールのようでありながら、その麺の一部を引っ張り出したり戻したりできる。しかも、全体の構造は全く崩れない」と語るのは、論文の共同執筆者でハーバード大学の計算生物学者であるErez Lieberman-Aiden氏だ。
これを数学的に説明すると、ゲノムのこれら断片は折りたたまれてヒルベルト曲線[フラクタル図形の1つ]に似たものを形成している。ヒルベルト曲線は、決して重複することなく2次元の空間を埋め尽くすことのできる図形の一種だが、同じことが3次元で行なわれているわけだ。
研究チームはまた、染色体には2つの領域があることも発見した。1つは活性化した遺伝子の領域で、もう1つは不活性な遺伝子の領域だ。そして、絡み合うことなく作られた曲線のおかげで、遺伝子はその間を容易に移動できるようになっている。
Lieberman-Aiden氏はこの配列を、大きな図書館に隙間なく並ぶ電動の本棚にたとえた。「それらは書架のようなもので、上下左右に隙間なく積み重なっている。そしてゲノムがある遺伝子の一群を使いたくなると、それが収まっている書架を開く。ただしゲノムは書架を開くだけでなく、図書館の新しい場所に移動させる」
活性化した遺伝子と不活性な遺伝子の領域を区別していることは、ゲノムの構造そのものが遺伝子機能に影響を及ぼしていることの裏付けとなる。
ゲノムの形状と遺伝子的な機能を結びつけて研究することで、「直鎖状配列」のみに焦点をあててきた従来のゲノミクスによっては不明だった疾病と遺伝子との関係も解き明かされていくだろうと期待されている。研究チームはさらに、ゲノムの形状がどのように変化するのかについても研究したいと考えている。幹細胞から成熟細胞に変化する間、そして細胞が機能している間、ゲノムの形状は常に変化しているとみられているが、詳しいことはわかっていない。](http://18.media.tumblr.com/tumblr_krhrpe9AfA1qznh6co1_400.jpg)
ヒトゲノムの3D構造は「丸めた麺のようなフラクタル」 | WIRED VISION
ヒトゲノムを数百万の断片に分解し、その配列をリバース・エンジニアリングする手法により、ゲノムの3次元構造の画像が、かつてないほどの高解像度で作成された。
再現された構造は目を見張るようなフラクタル形状をしている。この手法を使えば、ゲノムのDNAの内容だけでなく、ゲノムの形状そのものが、人間の発達や疾病にどのような影響を及ぼしているか調べることが可能になるだろう。
「染色体の空間構造が、ゲノムの制御に非常に重要だということが明らかになった」と、「Science」誌の10月9日号に発表された今回の研究論文を執筆した1人で、マサチューセッツ大学医学部の分子生物学者であるJob Dekker氏は話す。
初歩的な生物の教科書や、一般の人々のイメージの中では、ヒトゲノムは23対の染色体におけるDNAとタンパク質の複合体[クロマチン]の中に収められ、それら染色体はきれいなX型をして1つ1つの細胞核の中に並んでいるように描かれている。しかし実際には、そのような状態になるのは細胞が分裂しようとしているごく短い間だけだ。それ以外のとき染色体は、絶え間なく形を変えるかたまりとして存在する。むろん、染色体を構成するひも状のDNAも、密集してかたまりになっている。ゲノムを端から端までまっすぐに伸ばすと、約2メートルほどの長さになる。
何十年も前から、一部の細胞生物学者たちの間では、ゲノムが圧縮されているのは効率よく保存するための仕組みというだけでなく、遺伝子の機能や相互作用そのものに関係しているのではないかと考えられてきた。しかし、それを突き止めるのは容易ではない。ゲノム配列を解析しようとするとゲノムの形状が壊れてしまうし、電子顕微鏡では活性表面の下をほとんど見通すことはできない。その構成要素は知られていても、ゲノムが本当はどんな形状をしているのかは謎のままだった。
ゲノムの構造を直接見ることなく解明する方法として、研究チームはまず細胞核をホルムアルデヒドに浸した。ホルムアルデヒドはDNAと相互作用して接着剤のような働きをする。これによって、ゲノムの直鎖状配列では離れているが、実際の3次元のゲノム空間では近接している遺伝子どうしがつなぎ合わされた。
研究チームはその後、ホルムアルデヒドによるつながりは残したまま、直鎖状配列の遺伝子どうしのつながりは分解するような化学物質を加えた。その結果、ペアになった遺伝子の集まりができあがった。それはちょうど、麺を100万もの細かな層に切り分けて混ぜ合わせ、ボール状に凍らせたようなものだった。
遺伝子のペアを調べることで、元のゲノムではどの遺伝子どうしが近接していたのかが特定された。ソフトウェアを用いて、遺伝子ペアをゲノム上での既知の配列と相互参照した結果、ゲノムのデジタル立体構造が組み立てられた。その立体は目を見張るようなものだった。
「どこにも結び目がなかった。絡み合った箇所が1つもない。麺を驚異的に密集させて丸めたボールのようでありながら、その麺の一部を引っ張り出したり戻したりできる。しかも、全体の構造は全く崩れない」と語るのは、論文の共同執筆者でハーバード大学の計算生物学者であるErez Lieberman-Aiden氏だ。
これを数学的に説明すると、ゲノムのこれら断片は折りたたまれてヒルベルト曲線[フラクタル図形の1つ]に似たものを形成している。ヒルベルト曲線は、決して重複することなく2次元の空間を埋め尽くすことのできる図形の一種だが、同じことが3次元で行なわれているわけだ。
研究チームはまた、染色体には2つの領域があることも発見した。1つは活性化した遺伝子の領域で、もう1つは不活性な遺伝子の領域だ。そして、絡み合うことなく作られた曲線のおかげで、遺伝子はその間を容易に移動できるようになっている。
Lieberman-Aiden氏はこの配列を、大きな図書館に隙間なく並ぶ電動の本棚にたとえた。「それらは書架のようなもので、上下左右に隙間なく積み重なっている。そしてゲノムがある遺伝子の一群を使いたくなると、それが収まっている書架を開く。ただしゲノムは書架を開くだけでなく、図書館の新しい場所に移動させる」
活性化した遺伝子と不活性な遺伝子の領域を区別していることは、ゲノムの構造そのものが遺伝子機能に影響を及ぼしていることの裏付けとなる。
ゲノムの形状と遺伝子的な機能を結びつけて研究することで、「直鎖状配列」のみに焦点をあててきた従来のゲノミクスによっては不明だった疾病と遺伝子との関係も解き明かされていくだろうと期待されている。研究チームはさらに、ゲノムの形状がどのように変化するのかについても研究したいと考えている。幹細胞から成熟細胞に変化する間、そして細胞が機能している間、ゲノムの形状は常に変化しているとみられているが、詳しいことはわかっていない。
— 時間と宇宙と次元と（動画） : Gizmodo Japan
- 1次元
- 点。縦も横も奥行きも一切のサイズというものを持たない点。ある位置を示すだけの考え方。
そこに点をもう一つ。これで点と点との間というサイズが生まれる。この2点を結んだ線。線。長さ。1次元。- 2次元
- 1次元の線に、もう1本線をたす。平面。幅。2次元。
この世界にはまだ奥行きというのもがないので、平面人間はビデオに出てくるようにペラペラ…、いやペラペラどころではなく、横から見ると無なのです。
もちろんものを食べたり飲んだりできません。なぜなら、食べたり飲んだりするための管が平面人間に通ると奥行きがないため、平面人間は2つのパーツに切断されてしまうからですね。- 3次元
- 我々の世界ですね。縦、横、奥行き。長さ、幅、高さ。3次元。
さて、ちょっと違う見方をしてみましょう。
蟻が紙の上を歩いています。紙をくるんと丸めると、蟻はA地点からB地点へ移動できます。これが3次元です。この移動は2次元ではできません、だってくるんと丸める高さがありませんからね。- 4次元
- 長さ、幅、高さの3次元。次は何を足せるでしょうか？
1つは、持続していくということ、時間です。
今の自分。1分前の自分。この2人の自分を結ぶ線。これで4次元。
これを人生で考えると、赤ちゃんの自分から年老いた自分までをつなぐ蛇のような、少しずつ変化する金太郎飴のようなものになりますね。ただ、我々は3次元で生活しているので4次元の金太郎飴状態の自分を見る事はできません。
さて、ここで次元を1つずつ足していくことの興味深さを。それは、1つ下の次元からはその上の次元のことがわからないということです。
メビウスの輪を考えてみましょう。
ペンでメビウスの輪に線を書いて行きます。いつの間にやら両面に線を引いてスタートしたポイントに戻り、線は輪になります。ということは、そのメビウスの輪は両面ではなく片面しかないということでしょうか？ つまり平面（2次元）ということでしょうか？
2次元で考えると、線をまっすぐひいていたはずが、いつのまにかスタート地点に戻っていた、という奇妙なことになります。もちろん、3次元で考えると輪はひねりがはいっているのでなんてことないのです。
つまり、4次元の時間というものは3次元で生きる我々にとっては、過去から現在から未来というまっすぐな線のように見えますが、4次元の世界でみるとメビウスの輪のよにひねりがはいったものではないのでしょうか。
そこで、ここで次の次元。- 5次元
- この5次元はその4次元のひねりによってうまれるもの。つまり、存在しえた別世界です。
あたしは現在東京在住ですが、もしかしたらこの瞬間に福岡在住の自分もあり得たかもしれない。現在ガジェットラヴァーのあなたが、現在波乗りサーファーのあなたの世界もあり得たかもしれない。
この起こりえる5次元の世界は、自分自身の選択、チャンス、そして他人の行動によって左右され、枝分かれしていきます。この起こりえる多くのことから、自分で1つのものをとらえそれを4次元の世界（時間軸）に反映させて我々は生きています。- 6次元
- さて、ちょっとややこしくなってきますよ。
例えばもし20歳の自分が3歳の自分を訪ねたいとします。どうしましょうか？
4次元の世界を5次元のように丸めて時間や空間を飛び越えて会いにいけるでしょう。では、もし大天才に産まれ大発明をした3歳の自分、そしてそのおかげで現在は超有名お金持ち発明家となっている世界の自分を訪ねにいきたいとしたらどうでしょう？
今の自分からどんな5次元の世界を考えても、大天才に産まれた3歳の自分というところまで戻らなければ、超有名お金持ち発明家の自分とは会えません。考えられるのは、3歳の自分のところまで戻り、そこから大発明をした3歳の自分の世界へジャンプして、また時間を旅して超有名お金持ち発明家の自分を訪ねる、という方法です。なんだかまどろっこしいですね。
6次元の世界はこのまどろっこしさを全てジャンプします。3次元で紙をまるめて蟻をジャンプさせたように、5次元の世界をくるりと丸めて今の自分から発明家の自分へとジャンプできる世界です。それが6次元。- 7次元
- 無限。
1次元2次元3次元は点の集合の線でなりたっていました。4次元ではそれらを時間軸で考えました。その時間軸を自分の人生からもっと大きくして宇宙の始まりから終わりまで広げます。
全ての考えられる可能性のある時間軸、それは宇宙の始まりビックバンからスタートしたもの。つまり1次元から6次元まで全てを、7次元では1つの点と考えます。
するとこの点は無限を表現し、それが7次元となります。無限。- 8次元
- 7次元の無限から一体どうやってこれ以上次元を増やすのでしょう？ それは、この7次元の点自体を増やすという考えです。
我々の存在する無限の7次元から、それとは全く別の異なる7次元（点）がどこかに存在している。それが8次元。- 9次元
- 3次元と6次元でやった、くるりとまるめて、1つの場所からもう1つの場所へジャンプすること。それをこの9次元でも行います。
完全に異なる8次元の点と点をくるりとまるめてジャンプできる世界、それが9次元。- 10次元
- ちょっと初めにもどりましょう。
1次元の線。これは点からはじましたね。そこからたくさんの線をひいて次元を増やしていきました。この10次元では、その線を可能な限り枝分かれしてひいていきます。全ての可能性の全ての時間軸、それによってうまれる起こりえる全ての世界、それが無限にある宇宙、そしてまた別世界に存在しうる宇宙、そうして無限に線を1つの点から枝分かれにひいていくと、線は無限に増えそれは大きな点になります。点にはサイズはありません。それが最後の次元、10次元、点。
さて、1つの点があります。ではまたどこかにもう1つ点をうちましょう。
では一体何の点をどこに？
これらの考えられる、縦横高さ時間の可能性、全てはもうこの10次元の点の中にはいっているのです。これ以上どこに行くこともできません。
最後はまた1つの点で終わります。
これが我々の世界、宇宙の不思議であり魅力です。
富士フイルムの2眼3Dデジタルカメラ、600ドルでまもなく発売？
富士フイルムが開発中の3DデジタルカメラがTIME.comに取りあげられています。同社の3Dデジタルカメラは一般的なデジカメにレンズがふたつ搭載された形で、両眼の視差から奥行き情報をもった静止画・動画を撮影できるというもの。昨年9月に開発が発表されており、商品化が待たれる状態でした。記事によれば発売日は日本で今夏、米国・欧州では9月になるとのこと。また価格は$600ほどになるという情報もあり。レンズ同様、価格もちょうど今時のコンパクトデジタルカメラふたつ分ということになります。
撮影した3D映像はカメラ本体に搭載されたディスプレイのほか、専用のフォトフレームで見ることが可能です。また、レンチキュラーシートを一体化した3Dプリントのオンライン・サービスが提供される予定。逆に言えば、現状ではそれ以外の方法で3D映像を活用することができません。そうすると問題はフォトフレームやプリント・サービスが幾らになるのか。記事には「プリント・サービスが1枚500円以上になるようなら、売れないだろうことは分かっている」という同社ゼネラル・マネージャーのヒグチさんのコメントがあり、一つの指標になりそうです。新しい取り組みだけにコスト高になるのは当然かと思いますが、もっとお給料の少なそうな方のコメントも聞きたいところ。
動画：Tele Atlasのフォトリアルな3D都市マップ
地図データ企業大手、Tele Atlas社が「写真のようにリアルな」（photorealistic）三次元街モデルの提供を発表しました。6月よりヨーロッパ40以上の都市についてリアル街モデルデータの提供を開始し、2010年には北米・アジアも含め数百都市のデータ提供を予定しているとのこと。その出来栄えは続きに掲載した動画で確認して下さい。見たところクオリティはハイデフゲームほどではありませんが、実モデルなのだと思うと心踊ります。いったいどうやってこれだけのデータを作ったのかは不明。
スペースコロニー内部のような地図 : Gizmodo Japan
この画像は過密都市を3次元状にマッピングして一望できる地図にするプロジェクト「HERE&THERE」のもの。実際にこのニューヨークの地図をサイトから購入することもできますが、ぜひ東京のもやってほしいですね。
