最近になっていくつかの有名企業が相次いで、「VPS」の実用化につながるサービスを提供することを発表しました。
VPSは、「Vicual Positioning System＝画像情報を利用した位置特定システム」の略称です。似たようなものには、GPS「Gloval Positioning System＝全地球測位システム」があります。このシステムは、GPS衛星との通信を利用して位置情報を取得しています。一方VPSは、スマホやARグラスのカメラを通じて、建物などから特徴的なポイント情報を取得します。さらに取得した情報をサーバー上に蓄積されたデータと照合し、位置情報を特定するという手法が取られています。
VPS – Visual Positioning Systemとは？
VPS（Visual Positioning System）とは、カメラ（映像）を通じて位置を特定するシステムです。倉庫、工場、スーパーマーケット、空港、地下街など、GPS信号の障害物が多い場所でよく利用されています。
VPSの技術・技法
VPSは広い概念であり、多くのテクノロジー企業が様々な方向で研究開発を進めています。しかし、それらに共通しているのは
- カメラを使って環境の画像を撮影
- コンピュータが画像情報を処理・分析
- GPSやLiDARなど他の位置測位技術との組み合わせ可能
- コンパスや慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）との組み合わせ
VPSの仕組み
モニターと慣性計測装置（IMU）は、ビジュアル・ナビゲーション・システム（VPS）の中核をなすものです。VPSは、GPSの代わりに画像による測位ユニットを提供します。次に、VPSは位置定義された画像のセットを使用してマップを作成し、それらを分析し、特定の機能を持つ視覚的特徴の詳細かつ容易に検索可能な構造物や橋の輪郭などの重要な視覚的ポイントのデータベースを作成します。VPSは、スマホの画像処理工程とVPSインデックスを比較し、装置を見つけます。しかし、画像とその付属した位置情報の両方が、VPSによる位置情報の精度に大きな影響を与えます。
室内ナビゲーションVPSの仕組み
GPSは、屋外ではうまく機能しますが、衛星信号が妨害されたり、歪んだりしている都市や建物の中で条件が悪い所で本来の機能を発揮できません。このような場合、VPSが最適な代替手段または補完手段となります。
例えば、ショッピングモールの地下にいるあなたは、できるだけ早く建物内の映画館への道を見つける必要があります。もし、その建物がすでにVPSの地図でサポートされていれば、これは簡単なことです。
まず、ビジュアルビュー（カメラ）を有効にする必要があります。その後、デバイスのカメラを向けるだけで、周囲の情報を見ることができます。すると、システムがユーザーの位置を認識・判断し、矢印や標識、距離情報を含むAR画像（拡張現実データオーバーレイ）を表示して案内してくれます。3Dナビゲーションマップで、階段やエレベーターがある場合はその案内も含まれます。また、コーナーにミニマップを表示し、建物内の自分の位置を示すこともできます。
屋内地図は、GPSによる誤差の可能性を最小限にするために、衛星測位システムに完全に依存するのではなく、自分がいる周辺の建物やランドマークからGPSデータを取得することで、補完するように組み合わせることが可能です。
ビジネスでのVPSのメリット
- 使い勝手が良い。
- VPSは全地球測位システム（GPSS）よりに正確
- 良きユーザー体験（UX）
- VPSのアプリケーションプログラムインタフェース（API）が介入し正確な位置を特定
- 新たなローカルマーケティング戦略を提供
- 従来のビデオや画像に代わる大規模な3Dマップを作成
- 公共地図データ共有
Googleの位置情報システム
GPSの限界
GPSには多くの限界があります。GPSは、多く衛星からの電波の遅延を測定することで正確な位置を特定しています。しかし、高層ビルが密集する都市部では、上空の視認性の低さや建物からの反射により、GPSによる正確な位置特定が極めて困難です。そのため、Googleマップの位置が大きく歪み、道の左側や数ブロック先に見えてしまうことがあるのです。
GPSにはもうひとつ技術的な欠陥があります。それは、端末の位置だけを特定し、その方向を特定できないことです。これを改善するために、スマホのセンサーが、地球の磁場と重力、そしてススマホの相対的な動きを測定することで、方位をおおまかに推定できる事もできます。しかし、これらのセンサーは、車やパイプ、建物、さらにはスマホ内部の配線などの磁気を帯びた物体によって非常に偏向しやすく、その結果、最大180度まで不正確な誤差が生じてしまいます。
GoogleのVPS
GoogleのVPSは、Googleの革新的な新しいビジュアルナビゲーションシステムで、現在のGPSベースの衛星ナビゲーションシステムを補完するGoogleマップの更新です。この新しい技術により、ユーザーは、スマホのカメラを使って周囲の環境を認識し、最も直感的な方法で道案内されます（AR技術）。VPSは、GPSが干渉できない、または制限されている場所（例えば、建物、地下室、水中、洞窟…）で特に有用です。
VPSは、私たち人間が目で見て位置や方向を判断するのと同じような仕組みになっています。家から一歩外に出ると、目に見えるものと期待するものを比較して方向を決めます。「グローバル・ローカライゼーション」は、スマホカメラがあなたの要求に合わせて方向を決めることができるよう、さまざまな技術を組み合わせて使用します。
VPSは、GPS信号ではなく、画像に基づいて端末の位置を決定します。VPSはまず、位置情報が分かっている画像を何枚も撮影して地図を作成し、それらを分析して、建物や橋の輪郭などの主要な視覚的特徴を見つけ、それらの視覚的特徴を大規模かつ迅速に検索するためのインデックスを作成します。デバイスをローカル化するため、VPSはスマホからの画像内の特徴とVPSインデックス内の特徴を比較します。
しかし、VPSによる位置測位の精度は、画像とそれに付随する位置情報の両方の品質に大きく影響されます。では、そのような高画質な画像はどこから取得できたのか。
Googleのグローバル・ローカライゼーションへの野望
「長年、GPSやコンパスなどのツールで青い点の精度を向上させようとしてきましたが、どちらも物理的な限界があり、特に都市部ではこの課題の解決は困難であることがわかりました。
VPS、Googleストリートビュー、機械学習を組み合わせ、より正確な位置と向きの決定を行うグローバル・ローカライゼーションと呼ばれる方法で、これを解決する方法を検証しています。スマホのカメラをセンサーとして利用することで、より直感的かつ強力に、人が進むべき道を迅速に判断することを支援します。」
– Google Maps ソフトウェアエンジニアTilman Reinhardt氏
10 年以上前、Google は世界をより深く探索するために、Google mapsにストリートビューを導入しました。ストリートビューは世界中に広がり続け、どこでも人々はルートを下見するだけでなく、有名なランドマークや美術館に足を踏み入れることができるようになりました。
これは、現在のVPSでグローバルなローカライゼーションを提供するためのGoogleの初期準備なのでしょう。Googleは、ストリートビューを通じて世界93カ国以上から収集・検証した情報データをVPSに接続しました。この豊富なデータセットにより、何兆もの強力なウェイポイントが提供され、より正確にデバイスの位置を把握し、目的地まで誘導することができるようになりました。
グローバル・ローカライゼーションと拡張現実（AR）の融合
グローバル・ローカライズは、ユーザーが精度を必要とするときに、追加オプションとして有効にすることができます。そして、この精度の向上は、いくつかの新しい体験の可能性を可能にしました。Googleがテストしている最新の機能の1つは、拡張現実体験を構築するためのGoogleのプラットフォームであるARCoreを使用して、誰かがナビゲーションモードになっているときにGoogle Maps上で直接道案内をする機能です。この機能を使えば、スマホをパッと見るだけで、進むべき方向を正確に教えてくれます。
VPSの使用例
VPS Visual Positioning Systemは、地理参照画像から視覚的な位置情報を抽出するシステムで、位置情報サービスの普及に伴い、既存の位置情報モデルを補完し、ナビゲーションマーケティングやロボティクスをさらに発展させることができます。
Google Fantasmoへの直接の挑戦で挙げられた主なユースケースは以下の3つです。
- オーグメンテッド・ロボティクス(Augmented Robotics)。自動化された工場ロボットからドローン、自動車まで、VPSサービスにアクセスすることで、GPSで制限されたエリアでのナビゲーションが劇的に改善されます。
- オーグメンテッド・マーケティング(Augmented Marketing)。世界の主要ブランドは、ARの豊かな可能性を活用して、パーソナライズされた、あるいは地域ごとにローカライズされた魅力的なマーケティング・コンテンツの作成に取り組んでいます。
- オーグメンテッド・ナビゲーション(Augmented Navigation) 今年のGoogle I/O開発者会議で最も印象的だったデモは、VPSを使用してGoogle MapにARモードを編集し、便利なARアーティファクトを重ね合わせて、ユーザーが地図を参照せずにナビゲートできるという、モバイルARの最初の説得力のある使用例として非常に効果的な実証実験でした。
ビジネスでのVPS活用
Blipparの都市可視化システム「AR City」は、ARとローカ・ライゼーションにおけるブレークスルーとなるものです。コンピュータ・ビジョンを使って、都市状況におけるユーザーのスマホの姿勢、つまり周囲に対する位置（緯度・経度）と向きを正確に推定することができます。Urban Visual Positioningは、都市全体をカバーすることができ、GPSよりも高精度です。
Niantic 会社は、開発者がARコンテンツを外の世界と融合させることができるVPSアプリケーション「Niantic Lightship」を紹介します。これは現実世界のメタバースを構築するためのツールキットで、最高の共有AR機能セット、セマンティックセグメンテーション、ワールドマッピングを提供します。
Lightship VPSはこちらのブログでも解説しています。
Niantic「Lightship VPS」がAR活用に与える影響とは
DJI社の新世代ドローンには、下地をマッピングしてドローンの位置を把握しやすくする技術「VPS」がすべて搭載されています。VPSは、超音波センサーと視覚的コントラストを利用したビジュアルモーションセンサーを組み合わせ、低空での機体の安定化を支援する。これらのシステムは、GPSシステムがさまざまな高度で高速に動く物体に対して多くの不十分さと限界を持つとき、彼らのドローンがより速く、安定的に、安全に飛行することを支援します。
障害物センサーは、3D深度マップをリアルタイムに生成できるドローンの「目」であり、新しいビジョンナビゲーションシステムは、ドローンが完全に静止した状態で移動する際に、下にあるセンサーを使って地面の質感を読み取ることができるものです。
Googleマップの次期ARナビゲーションモードは、最近の報道によると地元のガイドと初めてテストされました。また、Googleはこのアプリが「世界をローカライズする」背景にある戦略や、デジタルマップ、ストリートビュー、機械学習をどのように利用するかについて説明しています。
Googleマップの現在地を示す青い点を挙げなければなりません。「パーソナルリミット 」は、GPSやコンパスが、特に都市部では地図上の自分の位置を導くことが多くになります。
屋内直接測位システム
この新しい技術により、家の中のあらゆる場所や部屋が、没入型のAR体験になります。これは、コンピュータービジョンによってユーザーの正確な位置を表示し、それに基づいてカスタマイズされた拡張現実コンテンツを提供することで機能します。
また、改善された物理的な存在感は、特定の物理的な場所にリンクされ、その場所を訪れるすべてのユーザーに参照されることができます。例えば、ショッピングモールのレストランの前に、高度な事実を伴うメニューを表示することができます。メニューは、レストランの正確な物理的位置に表示され、他のARアイテム、テクスチャ、アニメーションでリアルタイムに拡張されます。
VPSの課題
- VPSを使用するための画像データが不足
- 画質、光、環境は正確な識別に大きく影響する
- リアマップや追加地図オブジェクト（AR）の欠落
- VPSの展開アプリケーションはまだ普及していない
- 開発に注力するための技術、機器、アルゴリズムが標準規格でコンセンサスに達していない
VPSの動向
Googleは、地図とナビゲーションのリーダーです。彼らはその地位を強化するために、これまでも、そしてこれからも、魅力的な革新的技術を展開し続けます。VPSは、GPSの欠点を補完する最も正確で適切な技術です。
スマートデバイスの発展とともに、人工知能プラットフォーム、スマートフォンの普及、ARアプリケーション、カメラがいたるところにあります。VPSは現在も、そしてこれからも、多くの分野で強い開発トレンドと幅広い応用が期待されます。
上記のビジネスアプリケーション例の一部は、実際のVPSのニーズと性能のほんの一部に過ぎません。まだ始まったばかりで、チャンスも市場も可能性もまだまだ大きいのです。
VPS VS GPS
GPSとVPS、2つの有名なナビゲーションシステムを簡単に比較してみました。
| Global Positioning System – GPS | Visual Positioning System – VPS |
| 全地球測位システム | 直感的な操作が可能なナビゲーションシステム |
| 衛星からの信号で位置を特定 | カメラからの画像で位置を特定する |
| 環境、障害物（建物、地面、壁など）の影響を受ける | 距離、視力、画質によって制限される写真 |
| 屋外の自由空間では高精度 | 閉じた場所、障害物のある場所でも高い精度を実現 |
| 広範囲をカバーし、全地球を測位可能 | 一部地域は限定的 |
| GPSモジュールで簡単操作 | カメラ、IMU、CPU…を組み合わせて計算する必要がある |
まとめ
GPS（全地球測位システム）は偉大な発明であり、人々に大きな実用的価値をもたらしています。しかし、精度や使用環境などの面で一定の限界があります。VPS（ビジュアルポジショニングシステム）は、これらの問題を克服するために生まれました。この技術により、ユーザーは正確な位置と方向を素早く判断することができ、スマートフォンのカメラを通して直感的なガイダンスを提供することができます。
ONETECHはベトナムでVPSを利用した研究開発の実績があります。VPSはWebARを相性が良く、現在は製品広告やプロモーションに利用されています。もしWebAR開発やVPSにご興味の方がいらしたらお気軽にコンタクトしてください。
■XR開発に特化したベトナムオフショア開発企業 ONETECH
ONETECHは、XRに特化した開発会社です。
VR/ARコンテンツ開発を始めさまざまなシステム開発、アプリ開発、ソフトウェア開発をベトナム オフショアで開発しています。ベトナムのXRトップ企業として紹介されています。
2015年の創業から上場企業からスタートアップ企業までお客様100社以上の300以上のプロジェクトに関わってきた豊富な開発実績があります。
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