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3Dプリンター講座 VOL.6 データの形式のお話だよー!!

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3Dプリンター講座 VOL.6 データの形式のお話だよー!!

前回は「いよいよソフトのお話だよーー!!」と題して、3D CADソフトと3D CGソフトの違いを軽くご説明いたしました。

ソフトウエアの進化と多様化とともに、3D CADソフトと3D CGソフトの違いは徐々に無くなって行く方向と、どんどん特化、乖離していく方向に進んでます。

まあ、ここでは3Dプリンターのデータをどう作るかというお話なので、その辺りは割愛します。

私が考える3D CADソフトと3D CGソフトの違いは「データ形式の違い」です。

実は、3Dソフトのデータ形式には幾つか種類があります。

      1. ワイヤーフレーム
      2. ポリゴン
      3. サーフェイス
      4. ソリッド

1.ワイヤーフレーム

3D空間に点と線の情報を設定し形を構成する最小単位の3D表現です。

マシンパワーの無いパソコン時代はこうだったんですよ。
んーー懐かしい!!
しかし、3Dプリンター業界ではまだまだ色情報が反映されないデータ形式が多いので、これで十分なんですよ。
ワイヤーフレームだけで編集するソフトは建築関連や回路図で使われる、2D CAD等があります。

2.ポリゴン

三角形や四角形(ソフトによっては五角形以上も扱える)の組み合わせでオブジェクトを表現します。
また、面という要素が入ってきます。

3D CGソフトの多くは、このポリゴンモデルを作るソフトです。
三角形や四角形の板を合わせて形状を作成するので、細かい表現(フギュア等)をしようとするならば、ポリゴンの数が多くなりどんどんデータが重くなっていきます。
3Dプリンターの汎用フォーマットである「.STL」ファイルはこのポリゴンデータです。
3D system社によって開発された三次元CADソフト用のファイルフォーマットシステム。Standard Triangulated Language(スタンダード・トライアンギュレイテッド・ランゲージ)の頭文字3つを取ってSTLファイルと言います。

3Dプリンター用のデータを作成するときは以下の3点を注意して作成します。

  1. 厚みを持たない面データなので、データ上存在してもプリントアウト出来な場合がある。
    また、3Dプリンターの出力限界以下の厚みを設定しても出力できない。
    フィギュアのスカートなんかは、この辺りで失敗を繰りかえす・・・。
  2. 面データは裏と表がある。
    以下の図は同じ形状です、見る角度を変えた場合、裏表がはっきりわかりますね。

    また、表と裏が混在したデータは、穴として認識され正確にプリントアウトされない。
    以下の図は全ての面がありますが、一つの面だけ裏面になっているので、プリントアウトが失敗する。

  3. 両面化を注意する。
    これが一番面倒・・・
    ソフトによって自動処理で解決する場合もありますが、同じ座標に表裏が同時に存在する場合、プリンとアウトが失敗する場合があります。

とまあ、3D CGソフトで作成する3Dプリント用のデータは少々気を付けないと箇所があります。
元来、絵や動画を描くために設計されたソフトを立体造形用に使っているので不都合が出て当たり前です。
しかし、その柔軟な表現方法や洗練されたインターフェイスなどは、人物、生物つまりフギュア作成には持って来い!! のソフトです。

3.サーフェイス

 B-スプライン曲線によって構成させた3次元曲面定義によるモデリングデータ・・・。

よく解らんぞ!!

はい、確かに解りませんねぇ・・・
中学校の授業でみんなが苦しんだ関数曲線みたいなものです。
その曲線をたくさん集めて3次元を作りました!!
まぁ、 こんな感じです。

<(_ _)>

国内代表のソフトはShadeです。
最近3Dプリンターの標準書式STLに対応したり、3Dプリンター用に出力チェック機能等を実装し、ガンガン来ているソフトです。

shade001_1

ポリゴンソフトに慣れた方々には少々敷居の高いソフトですが、これがなかなかすごい!!

曲線で構成されている生物やフギュアなどに絶大な強さを発揮します。
発売元の株式会社イーフロンティア様も意識したフギュアのデータ発売や、大王グソクムシプロジェクトなど意欲満々です。

さて、サーフェイスデータに話を戻して・・・

キッチリした角やスムーズな曲線処理に強さを発揮するサーフェイスデータなのですが、一番の問題は「面データ」しか持っていないことです。

フギュアだろうが、建築パースだろうが、全て厚さゼロのデータです。

「厚さゼロのデータで何がいけないの?」

と、思われる方々もおられるでしょうが・・・
この世界には、厚さゼロの物質は存在しません。
つまり、これをそのまま3Dデータに持っていくには、結構大変な処理が必要です。
萌えなフギュアのデータも0mmの皮だけなのですから・・・。

スプライン曲線データ作成 → STLデータ変換

この作業はポリゴンメッシュという小さなポリゴンデータに変換するのですが、データの作り方で、穴が開いたり、一部の面が反転したりします。

上記のShadeではそのチェッ気機能が強化されています。
うれしいですね!

ソリッドモデル

3D座標軸上に数学的に定義された幾何情報と位相によって記述されたデータ。

んーー、やっぱりわからん・・・

一番の違いは、中身が詰まった情報ということです。
元来ソリッドモデルとは、木を削って作った模型の事です。
木でできているので、中身も木でできています。

gazo26s

ポリゴンやサーフェイスで構成されたデータは皮一枚なのですが、ソリッドモデル情報は、厚さや中の構造までしっかりと定義されます。

ゲームなどでポリ化けして、壁に埋まり込んだり、コップが顔に突き刺さったりしたひとありますよね?

それがありません!!

中身のデータが詰まっていると、オブジェクト同士の干渉を考慮したシュミレーション等が可能です。

折り畳みのケースなど部品同士が干渉(同じ位置で引っかかる)することなく設計段階でチェックできるソフトです。

中身が詰まったデータを作成できるから、そのまま3Dプリンターで出力する場合に、不都合なデータが出来にくいメリットがあります。

高額な工業用ソフトが多い中、123D DesignDesignSpark等がフリーソフトとして有名です。

総論!!

ソフトの種類やデータの種類をご紹介いたしました。

<(_ _)>

ソフトの進化もあいまって、3D CADソフトや3D CGソフトの垣根が無くなりつつあります。

プロのインダストリアルデザインやプロのCGアーティストの世界ではどんどん専門化していますが、3Dプリンターの世界ではまだまだそこまで入り込んでいません。

使いたいソフトを使いたいように作っていくうちに「慣れる」のが基本です。

また、今回扱ったデータ形式の違いを考慮しながら組んだデータならばOK[です。

      • 向き不向きはあるものの、Shadeでないとフィギュアが組めないわけではありません。
      • メタセコイアで稼働個所やネジなどが組めないわけではありません。
      • 123D Designでポケモン作っている方々もいます。

使うソフトと、使う3Dプリンター(プリントアウトサービス)を決めたら、テストデータ出力を何度か繰り返しましょう。

      • この厚さなら出力可能!!
      • このデータの組み方なら穴が開かない!!
      • プリンターの性格を考慮したジョイント部の設定実験。

身も蓋もない情報ですが・・・

3Dプリンターは、プリントアウトしてみないと解らない・・・。

トライ&エラーを繰り返して、データと出力パラメータを調整しながら完成に近づいていく世界です。

まぁ、モノづくりの世界では当たり前ですよね!!

 

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