1

ＣＡＤのためのインタフェース その2

近藤 邦雄埼玉大学工学部情報システム工学科

（1）入力: 3次元スキャナ （2）出力: 光造形システム

2006

第１回 ガイダンス ＣＡＤ入門

第２回 コンピュータグラフィックスによる表現技術

第３回 設計開発におけるコンピュータグラフィックス

第４回 認知科学とデザイン

第５回 認知科学とデザイン （演習1）

第６回 ＣＡＤのためのインタフェース(その1）

第７回 ＣＡＤのためのインタフェース(その2）第８回 CAD図面と立体形状

第９回 形状モデリング 多面体

第10回 形状モデリング 局所変形

第11回 形状モデリング 細分割曲面

第12回 プロダクトモデリング

第13回 CADとプロダクトデザインの現状

講義内容

コンピュータと人の協力システム

要求 知識

発想

外部モデル

インタラクション

コマンド解釈実行制御

モデル処理

データベース

図面ＮＣデータロボット制御

人 計算機インタフェース

入力技術表示技術

デジタルモデリングデジタルイメージの生成プロセス

形：イメージ 手続き：アイデア

実 物 形状記述イメージの形

手続き記述生成法のアイデア

デジタイジング モデリングソフト プログラミング

数値形状モデル

レンダリング：デジタルイメージ

計測とモデリング

数理造形

計測とモデリング 形状の評価のために

スケッチ

立体モデル 三面図

内部モデル

内部モデル評価

：人の解釈 ：モデルの実現

2

（1） 形状入力の方法

数字による入力

三面図による形状入力

スケッチによる入力

3次元測定機による入力

点単位測定法、ならい測定法

3次元形状計測の分類

接触式計測

3次元画像計測

汎地球測位

受動的手法

能動的手法

GPS法（Global Positioning System)

単眼、両眼、多眼視

光レーダー法、光投影法照度差ステレオ法焦点調節法等高線計測法

PICZAによる計測

上下する針で位置を計測 測定範囲が小さい実験例は10センチ程度

光レーザ法

アンテナから発振したレーザが対象物体の表面で反射し、帰ってくるまでの時間で距離計算する方式

レーザ光線パルス発振

物体往復時間

構造化データによるメッシュの生成

格子状データの隣接点を結び、メッシュ生成

不連続：計測不可能部分レーザが届かない部分

カメラが観測できない部分

3次元形状スキャナ

CyberWare

Cylindrical lens

Laser

CCD

CCD imageplane

Object

3

点単位測定法、ならい測定法

3次元形状計測の分類

接触式計測

3次元画像計測

汎地球測位

受動的手法

能動的手法

GPS法（Global Positioning System)

単眼、両眼、多眼視

光レーダー法、光投影法照度差ステレオ法焦点調節法等高線計測法

3次元形状測定装置

スリットによる測定

2台の装置と

コンピュータ

顔の計測実験中

SIGGRAPH99

測定データと表示例

999POLYFACE MESH 109 177 ZBg -96.770

SECTION2

ENTITIES0POLYLINE8

066

110

0.020

0.030

0.07064

717565

7214634

0

VERTEX8

010

-199.9120

11.1730

-117.5270192

0VERTEX8

010

-199.1620

9.6330

SIGGRAPH99

DXFデータ

撮影画像

Rhinoによる表示例

韓国ゲーム支援センターの施設

3次元形状入力装置

2000. 1.24

韓国ゲーム総合支援センターの施設

3次元形状入力装置

2000. 1.24

人体全体を一度に計測

3次元形状測定装置 Cyrax

大きな形状の計測

建物、がけ など

レーザでスキャン

SIGGRAPH99

4

Cyraxによる計測例複数の測定点からレーザーを当てる

SIGGRAPH99

VIVID（ミノルタ）

装置の全体像 測定対象の一例

赤外線による奥行きの計測 計測台は回転盤

曲面形状の入力例（1-1）

入力結果 複数の入力結果の合成

曲面形状の入力例（1-2）

・複数の計測結果の合成・合成結果のスムース化・計測テクスチャのマッピング

曲面形状の入力例（2-1）

入力結果

合成中の画面

曲面形状の入力例（2-2）

合成結果のレンダリング

前後左右4方向の撮影では

測定できない部分が生じる。測定するためには撮影方向を多数にしなければいけない。

5

埼玉県立博物館における計測実験ミノルタの研究協力

埴輪の3次元計測風景VIVID(ミノルタ)システムを用いた場合は

測定物の向きを変えて複数測定する

埼玉県立博物館における測定結果

©1999 デジタルメディア研究会

鎌倉大仏のデジタル化に成功―― 文化遺産のデジタル化に向けて――

東京大学生産技術研究所・株式会社キャドセンター

CG画像

鎌倉大仏

2000.4

3次元形状測定作業

鎌倉大仏の周囲から２０枚弱の部分距離画像を測定

距離画像と位置合わせ

点群データ：頭部と全体

レーザーが当った部分の3次元座標データ群：これらのデータ点を繋ぎ合わせて、微小な三角面の集まりであるメッシュデータに変換

銅造大仏復元CG

6

（2）光造形システムによる3次元モデルの製作

光造形システムの活用

3次元モデル

樹脂モデル キャスト品

ビデオカメラの作成

エポキシ樹脂

ＳＣＲ‐701

http://www.intio.or.jp/d-mec/

文房具の試作品と製品

光造形による試作品

販売されている製品

実際に持った感じなどを評価するために試作を行う

Rapid Prototypingの特徴

切削工具の入って行けない複雑な内部構造の立体物でも一度の工程で製作できる。

－薄肉形状－逆傾斜－中空形状

機械加工に関する専門知識や熟練は不要無人連続運転が可能である

立体モデルの応用分野

■工業分野・デザインモデル・意匠チェック、評価モデル・ワーキングモデル（機能、組付性評価）・マスターモデル（真空注型、ロストワックス用）

■３次元立体コピー、レプリカ作成・３次元測定のスキャナデータを元にした靴型、地形図）

■医療分野・手術前のシミュレーション・損傷部復元用モデル・教育訓練用モデル・歯型 その他バイオモデラー

樹脂成型による

光造形システムによるモデルの製作３次元ＣＡＤモデルから２次元のスライスデータを作成

光硬化性樹脂を照射し、一層ずつ固める。

これを順次繰り返し積層することにより立体モデルを製作

形状データ ＳＴＬデータ

光硬化樹脂

紫外線

レンズ実体モデル

硬化層

STL（Stereo Lithography）

Ｄ‐ＭＥＣモデリング

Http://www.intio.or.jp/d-mec/dm.html

7

高精密加工用光造形樹脂SCR-751

ダイレクト型：カメラケースHe-Cdレーザでエポキシ系樹脂

ナイロンで整形した掃除機

ポリスチレンで作ったギアボックスロストワックスで鋳造した試作

EOSINT－Mで造形した電動工具のコア

砂型と鋳造したクランクシャフト

プラスティック粉末金属粉末シェル砂

日立造船情報システムレーザー焼結法を用いたRPシステムなど

http://www.hzs.co.jp/

豊田工機 ＭＭ‐Ⅱ

インクジェット式積層法

http://www.toyoda-kouki.co.jp/mm22.htm

一層の厚さ：最小0.013mm

積層処理過程http://www.toyoda-kouki.co.jp/mm22.htm

成型過程

２つのヘッド

http://www.toyoda-kouki.co.jp/mm22.htm

3次元モデルの実例

MM‐Ⅱモデル

真空注型モデル

大きさ：113*46*130.051mm積層ピッチ30時間で作製

ウレタン樹脂

http://www.toyoda-kouki.co.jp/mm22.htm

8

紙積層型システム

豊田工機

ロストペーパ

真空注型モデル可視化モデル

デザイン検討モデル

紙積層による模型の実例

Z402system 3Dプリンティング技術

Z corporationhttp://www.zcorp.com

デンプン＋セルロース

(1)造形部分に1層分の材料を敷く

(2)断面形状に接着剤を塗布

(3)造形後はエアで粉を除去

形状モデルの生成から鋳物試作までのプロセス

LightWaveの画面とモデル

(ｃ)1999 デジタルメディア研究会

形状デザイン

アニメーション

STLデータ出力

実体モデル製作

鋳物試作と評価

3DCGソフトや形状計測機器の活用

LightWave3D

映像制作と形状デザイン

標準データへ変換

光造形システム

試作品

Rhinoceroswww.rhino3d.co.jp

キャラクタのクレイモデルの製作SIGGRAPH99

キャラクタのデザイン評価

SIGGRAPH99

SIGGRAPH99

9

顔のデータの測定の様子

SIGGRAPH99

VIVID 700 non-contact 3D digitizer

http://www.minolta3d.com

VIVIDによる顔の測定と顔モデルの製作

0SECTION2

HEADER0

ENDSEC0

SECTION2

ENTITIES0

3DFACE8

KondoK_SaitamaUniversity_81110

25.850620

-62.688530

-943.663311

25.849321

-63.813631

-943.778312

27.000622

SIGGRAPH99

ＤＸＦデータ 3D表示

3Dモデルの生成：3Dsystems

名刺程度の大きさ

http://www.3dsystems.comTermoJet solid object printerusing TJ88 material

ＣＧソフトウエアによるアニメーション

三浦公裕氏の応募作品 2000

ＣＧソフトウエアによる形状生成とモデル形状モデルの生成

Lightwaveなどのソフトウエア

ＳＴＬデータの生成Rhinoceros

データ変換の問題抽出

光造形によるモデル

Digital Modeling Contestの作品

2000.01.25 NHK放映

(ｃ)2000 デジタルメディア研究会

鋳物モデルの製作例(ｃ)1998 デジタルメディア研究会

工業技術センター増田伸二氏製作

箕輪幸三氏製作

10

Foster House 平山真氏製作 デジタルモデリングコンテスト優秀作品

複雑な形状の立体化への可能性

0.1mmの厚さで製作：粉末法(株)コンネット提供

まとめ

ＣＡＤのためのインタフェース

3次元形状入力システム

Rapid Prototypingシステム