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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