Page 116 - Marine Research

一、前 言

珊瑚礁生態系最顯而易見的特徵就是結構複雜度(structural complexity)， 造礁珊瑚
藉由生長和堆積碳酸鈣骨骼形成複雜而多樣的立體結構，提供許多海洋生物棲息、繁
殖或覓食的場所 不僅有助於維持生物多樣性 也貢獻許多生態系服務(Graham & Nash,
，
，
2013) 因此了解珊瑚礁的結構複雜度與珊瑚體的形態組成 有助於詳細評估珊瑚礁生
，
，
態系的健康狀態，是進行生態評估與監測的重要指標。

由於珊瑚礁的立體結構非常複雜，量化十分困難，因此傳統文獻大多使用等級分
類法，例如將結構複雜度分為三至五等級，分別給予不同定義，由潛水調查人員依目
視情況判別(Wilson et al., 2007)，但這種方法難免有過於主觀及簡化之嫌；比較客觀的
量化方式是使用穿越線或以深度計繪製測線的橫剖面，進行線性粗糙度(rugosity)分析

(Dustan et al., 2013)，然而此法卻很耗時費力，而且調查範圍狹窄；此外，對於珊瑚體
立體結構的量測，以往多使用蠟包埋法計算表面積和體積，但此作法會造成珊瑚體死

亡。一般市售的三維掃描儀則不適用於野外環境。

近年來，使用「運動恢復結構」(Structure from Motion, SfM) 的技術已被應用於量
化珊瑚礁的立體結構(Burns et al., 2015)。SfM 是一種基於影像、非破壞性的三維建模

方法，藉由密集拍攝高度重疊(>70%)的影像，分析個別照片中的特徵點，並透過三角
運算得出三維空間資訊，可以產生包含顏色資訊的高解析度三維模型。此方法僅需取
得合適的影像資料，具有操作簡便、成本低、容易推廣使用等優勢，目前有許多軟體
(例如: Agisoft Metashape、Pix4D、3Dsurvey、VisualSFM)能進行有關的運算。

SfM 技術已被應用於諸多領域，例如：在林業上，用於分析樹木的分枝體系結構
(Morgenroth & Gómez, 2014)，也可應用於航拍圖或衛星照片的分析，以呈現地表的高

程變化 (Fonstad et al, 2013)；在水下考古領域，可用於沈船或古物的量測及文物的保
體結構 珊瑚礁立 存(McCarthy & Benjamin, 2014)，或補充聲納難以測量的結構(Robert et al., 2017)；也

可應用於空拍機拍攝的海洋哺乳動物照片，量測其體積變異(Hodgson et al., 2020)，有
助於族群調查。在珊瑚礁調查和監測方面，美國 Scripps Institution of Oceanography 的
100 島嶼挑戰計畫(http://100islandchallenge.org/ )，已利用三維模型紀錄太平洋許多島
的
量化 嶼的珊瑚礁狀況，是值得參考的範例。
與
析 分
二、三維建模流程與分析方法

三維建模的材料來自於影像資訊，因此需要注意影像品質與拍攝方式。在較大範

圍棲地尺度的取樣，通常使用垂直角度及牛耕式路徑拍攝 (圖 1)，這種做法有利於標
準化作業流程，並且增進工作效率；在較小範圍珊瑚體尺度的取樣，則使用多角度的

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