各種ゲームのリアルへの更なる追及やデジタルツインの普及など、近年、地理空間データの活用場が増えてきているように思います。
地理空間データを分析や視覚化するプラットフォームとして、QGIS、ArcGIS、Cesium 等、様々なものがありますが、その中でも、機能が豊富で、非営利目的であれば無料で使用することができる Cesium について、どういったものなのか、簡単に説明していこうと思います。

概要

Cesium は、3D 地理空間データを Web 上で視覚化、分析、共有するためのオープンソースのプラットフォームです。リアルタイムの 3D 地球儀と地図を提供し、世界中の地理情報システム (GIS) データ、衛星画像、都市モデル、その他の 3D 地理空間データを高精度で表示することができます。Cesium は、WebGL 技術を使用してブラウザ上で直接、ハードウェア加速された 3D グラフィックスをレンダリングします。

Cesium は主に以下のコンポーネントにより構成されています。

Cesium ion: 3D 地理空間データをウェブで簡単に利用できるようにするクラウドベースのプラットフォーム
Cesium ion SDK: Cesium ion の REST API を簡単に利用するための JavaScript ツールキット
CesiumJS: ウェブブラウザ上でリッチな 3D 地球儀と地図を表示するためのオープンソース JavaScript ライブラリ\
Cesium for Unreal: Unreal Engine でリアルタイムの 3D 地理空間データを利用するためのプラグイン\
Cesium for Unity: Unity ゲームエンジンで Cesium の 3D 地理空間データを活用するためのプラグイン
Cesium OSM Buildings: 誰でも編集可能なオープンソースの地図を提供する OpenStreetMap の建物データに基づく3Dモデルを全世界規模で提供する無料のレイヤー

Cesium コンポーネント

Cesium ion

Cesium ion はクラウドベースのプラットフォームで、3D 地理空間データを Web 表示用に最適化、ホスティング、そして配信するサービスです。

ユーザーは様々な形式の地理空間データをアップロードでき、Cesium ion はそれを自動的に Web フレンドリーな形式に変換し、ストリーミング配信のために最適化します。これにより、開発者は CesiumJS や Cesium for Unreal などのツールを使用して、アプリケーション内でこれらのデータを簡単に利用できます。

主な機能

概要	説明
3D 地理空間データのアップロードと自動変換	様々な形式の地理空間データをWeb表示用に最適化。
クラウドベースのデータホスティング	安全なクラウドストレージによるデータのホスティング。
データの最適化と配信	大規模な 3D データセットを効率的にストリーミング。
グローバル地形と衛星画像	高解像度の地形データと衛星画像へのアクセス。
APIを通じたデータ管理	データのアップロード、変換、管理を自動化。

Cesium ion SDK

Cesium ion SDK は、Cesium ion REST API を簡単に使用できるようにするための JavaScript ツールキットです。この SDK を利用することで、開発者はプログラム的に Cesium ion の機能にアクセスし、アプリケーションから直接データのアップロード、管理、または配信の設定を行うことができます。Cesium ion SDK は、CesiumJS ライブラリと組み合わせて使用されることが多いです。

主な機能

概要	説明
APIラッパー	Cesium ion REST API を簡単に利用するための JavaScript ラッパー。
アクセストークン管理	Cesium ion のアクセストークンを管理し、認証を容易にする機能。
データアセットの統合	CesiumJS アプリケーション内で Cesium ion のデータを簡単に利用。

CesiumJS

CesiumJS は、Web ブラウザ上で動作する3D 地理空間アプリケーションを開発するためのオープンソースのJavaScript ライブラリです。3D 地球儀、地図、およびさまざまな 3D データセットを表示するための豊富な API を提供し、開発者はこれを利用してインタラクティブなユーザーインターフェースやビジュアライゼーションを実現できます。CesiumJS は Cesium ion と密接に連携し、クラウド上でホスティングされた 3D データを簡単に統合できます。

主な機能

概要	説明
3D 地球儀と地図の描画	3D、2D、および 2.5D のビューをサポート。
3D Tiles の表示	大規模な 3D モデルと地理空間データの効率的なストリーミングと表示。
動的オブジェクトの描画	時間に基づいたデータや動的なシーンの描画。
カスタマイズ可能なビジュアルスタイル	マテリアル、ライティング、その他の視覚効果のカスタマイズ。
インタラクティブなユーザーインターフェイス	ユーザー操作に応じた視点の変更、オブジェクトの選択など。

Cesium for Unreal

Cesium for Unreal は、Epic Games の Unreal Engine 用に開発されたプラグインで、リアルタイムの 3D 地理空間アプリケーションやゲーム、シミュレーションの開発を可能にします。このプラグインを使用すると、Unreal Engine プロジェクト内で直接 Cesium ion から高解像度の地理空間データをインポートし、リアルな世界環境をシミュレーションできます。フォトリアリスティックなレンダリングと大規模なデータセットのサポートが特徴です。

主な機能

概要	説明
Unreal Engine 内での地理空間データの利用	リアルワールドの地形、都市、その他の地理空間データの表示と編集。
フォトリアリスティックなビジュアル	Unreal Engine の高度なレンダリング機能を活用。
大規模データセットのストリーミング	Cesium ion からの効率的な 3D Tiles データのストリーミング。
ゲーム開発とシミュレーション	ゲームやシミュレーションプロジェクトでのリアルワールド環境の利用。

Cesium for Unity

Cesium for Unity は、Unity ゲームエンジン用に設計されたプラグインで、Unity プロジェクトにリアルワールドの地理空間データを統合できます。Cesium for Unity を使用すると、開発者は Cesium ion から地形、衛星画像、3D シティモデルなどのデータをインポートし、クロスプラットフォームの 3D アプリケーションやゲーム内で利用できます。

主な機能

概要	説明
Unity 内での地理空間データの表示	リアルタイムでの地形、建物、その他の地理空間データの表示。
クロスプラットフォーム対応	Unity を通じた多様なプラットフォームへの展開。
Cesium ion の統合	Cesium ion プラットフォームからデータを直接取り込み、利用。

Cesium OSM Buildings

Cesium OSM Buildings は、全世界の建物データを含む無料の 3D Tiles データセットで、OpenStreetMap から派生したものです。CesiumJS を使用して、Web アプリケーション内でリアルタイムにこれらの 3D 建物を表示できます。都市計画、不動産開発、ゲーム開発など、さまざまなアプリケーションで利用できるリッチなビジュアルと詳細なメタデータを提供します。

主な機能

概要	説明
OpenStreetMap の建物データの 3D 表示	全世界の OSM 建物データを 3D で表示。
リアルタイムのビジュアライゼーション	CesiumJS を使用したリアルタイムでの 3D 建物レイヤーのストリーミング表示。
メタデータの利用	建物の高さ、名前、その他の属性情報のアクセス。

Tips

Cesium for Unreal と Cesium for Unity の違い

Cesium for Unreal と Cesium for Unity は、それぞれ Unreal Engine と Unity ゲームエンジンに 3D 地理空間データを統合するために設計されたツールです。これらのプラグインは、Cesium の強力な地理空間データホスティングとストリーミング機能を活用し、ゲーム開発やシミュレーション、ビジュアライゼーションプロジェクトにリアルワールドの地形や都市モデルを取り込むことを可能にします。機能面での違いは、主にそれぞれのゲームエンジンの特性や、プラグインがリリースされた時期の成熟度によって異なります。

Cesium for Unreal の特徴

フォトリアルなレンダリング: Unreal Engine はフォトリアルなレンダリングに優れており、Cesium for Unreal はこの点を活かして高品質なビジュアルを提供します。
大規模なデータセットの効率的なストリーミング: Cesium の 3D Tiles を利用して、大規模な地理空間データセットを効率的にストリーミングし、リアルタイムで表示します。
高度なグラフィックス機能: Unreal Engine の高度なグラフィックスと物理シミュレーション機能を利用して、リアルな環境シミュレーションが可能です。

Cesium for Unity の特徴

クロスプラットフォーム対応: Unity はクロスプラットフォーム開発に強みを持っており、Cesium for Unity を使用することで様々なデバイス上での3D地理空間アプリケーションの開発が容易になります。
リアルタイムの地理空間データ表示: Unity プロジェクト内で Cesium ion から提供されるリアルタイムの地理空間データを利用できます。
インタラクティブなアプリケーション開発: Unity のインタラクティブなコンテンツ作成ツールを使用して、ユーザーが直接操作できる地理空間データベースのアプリケーションを構築できます。

機能の差分

Cesium for Unreal と Cesium for Unity は、それぞれがターゲットとするゲームエンジンの能力と開発コミュニティのニーズに合わせて最適化されています。具体的な機能の差分は以下の通りです：

レンダリングの品質: Unreal Engine はフォトリアルなレンダリングに特化しているため、Cesium for Unreal は非常に高品質なビジュアライゼーションを提供する可能性が高いです。一方、Cesium for Unity も高品質なビジュアライゼーションを提供しますが、Unreal Engine ほどのフォトリアルなレンダリングには特化していません。
使用用途と対象プラットフォーム: Unity はモバイルや Web プラットフォーム向けの開発に強みを持っているため、Cesium for Unity はこれらのプラットフォームでの使用を想定しています。Unreal Engine（および Cesium for Unreal）は、ハイエンドな PC やコンソールゲーム、VR/AR アプリケーションに適しています。

最終的に、どちらのプラグインを使用するかは、プロジェクトの要件、目指すビジュアルの品質、開発チームの熟練度、および対象プラットフォームによって異なります。

Cesium Sandcastle について

Cesium には、CesiumJS の機能を試すことができるインタラクティブな環境として、Cesium Sandcastle というものが用意されています。ここには、多数のサンプルとチュートリアルが用意されており、CesiumJS を使用したアプリケーション開発を始める際に非常に便利です。このツールを使用すると、コードの変更がリアルタイムで地球儀上に反映されるため、開発プロセスが効率的になります。

CesiumJS を使った簡単なアプリの開発

CesiumJS を使用したアプリ開発を行うのは非常に簡単で、上述の Cesium Sandcastle やチュートリアルなど、豊富なドキュメントも用意されています。

CesiumJS を使用した簡単なアプリケーションのソースコードを以下に示します。
このアプリでは、指定したグローバル座標上に赤いポインタと文字列を配置し、任意の視点からのマップを描画しています。

動作させるには、Cesium ion で事前にアクセストークンを取得し、ソースコード内の YOUR_ACCESS_TOKEN 部分を書き換える必要があります。

<!DOCTYPE html> 
<html lang="ja"> 
<head> 
 <meta charset="utf-8">
 <script src="https://cesium.com/downloads/cesiumjs/releases/1.108/Build/Cesium/Cesium.js"></script>
 <link href="https://cesium.com/downloads/cesiumjs/releases/1.108/Build/Cesium/Widgets/widgets.css" rel="stylesheet"> 
</head> 
<body> 
  <div id="cesiumContainer" style="width: 1800px; height:900px"></div> 
  <script>
    Cesium.Ion.defaultAccessToken = 'YOUR_ACCESS_TOKEN';  // 自身のアクセストークンに書き換え
     
    var viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer', {
      timeline: false, // タイムライン表示の無効化
      animation: false,  // 再生アニメーションの無効化
      baseLayerPicker: false,  // レイヤー切替の無効化
    });
    //viewer.forceResize();
    
    // Cesium ロゴの削除
    viewer._cesiumWidget._creditContainer.parentNode.removeChild(viewer._cesiumWidget._creditContainer);
    
    (function(){
      var ekb = viewer.entities.add({
        name : '明石市立天文科学館 展望台',
        // 緯度経度
        position: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(135.0012443222342, 34.64955935410281),
        
        // ポインタ設定
        point: {
          pixelSize: 16,
          color: Cesium.Color.RED
        },
        
        // ラベル設定
        label : {
          text: '明石市立天文科学館 展望台',
          font: 'bold 12pt Hiragino Maru Gothic ProN',
          style: Cesium.LabelStyle.FILL_AND_OUTLINE,
          outlineWidth: 10,
          verticalOrigin: Cesium.VerticalOrigin.BOTTOM,
          pixelOffset: new Cesium.Cartesian2(0, -16)  // 中心点からのオフセット位置
        }
      });

      // How to place camera around point
      var heading = Cesium.Math.toRadians(0);  // 視点の回転
      var pitch = Cesium.Math.toRadians(-30);  // 視点の高さ
      viewer.zoomTo(ekb, 
        new Cesium.HeadingPitchRange(heading, pitch, 280000)  // 第三引数はズーム表示
      );
    })();
  </script>
</body> 
</html>

参考文献

Cesium ion, https://ion.cesium.com/
CesiumJS, https://cesium.com/platform/cesiumjs/
Cesium Sandcastle, https://sandcastle.cesium.com/
Cesium: la plataforma para crear mapas web en 3D
, https://mappinggis.com/2020/07/cesium-la-plataforma-para-crear-mapas-web-en-3d/
OpenStreetMap, https://www.openstreetmap.org/