3DCADの基本であるサーフェスモデリングの役割とは？

3DCADは多くの領域で活躍している主流のモデリング技術であると同時に、需要の拡大と合わせて多くの人が新たに3DCADの技術取得に向けて学習を進めています。

今回は、3DCADを理解する上で欠かせないサーフェスモデルの役割について、3DCADの仕組みとともにご紹介します。

目次：

1. 3DCADについて
2. サーフェスモデリングとは
3. ソリッドモデリングとの違い
4. ワイヤーフレームとの違い
5. サーフェスモデリングが活躍する場面
6. サーフェスモデリングの基本機能

3DCADについて

そもそもCADは図面の設計やモデリングを支援するためのコンピューターソフトで、実物を用意しなくともスピーディに正確なモデルを作成できる優れた支援ツールです。二次元図面の作成にもCADは用いられてきましたが、近年主流となっているのが3DCADです。

3DCADは、その名の通り三次元の立体構造をコンピューター上で作成するための技術です。X軸・Y軸・Z軸の概念を駆使し、橋梁やビルといった大型建築物のモデリング・設計に活躍するのはもちろん、工業部品や消費者向けのプロダクトデザインに至るまで、あらゆる領域において図面作成やデザイン業務の生産性向上につながる技術を提供しています。

滑らかな曲面構造や、複雑に入り組んだ建築物など、従来の設計技術ではなし得なかった、次世代建築の実現にも役立っています。

サーフェスモデリングとは

3DCADのモデリング方法には大きく分けて2つの種類があります。1つ目はサーフェスモデリングです。

サーフェスモデリングは、サーフェス、つまり立体物の表面の作成を行うモデリングです。例えば立方体の3Dモデルを作成したい場合、サーフェスモデリングにおいては立方体を構成する6つの面に注目します。6つの正方形を組み合わせることで、立方体を設計する手法をサーフェスモデリングと呼びます。

サーフェスモデリングの特徴は、作成したモデルは質量を持たない点です。あくまで質量がゼロの面を張り合わせただけのモデルを作成するため、厚みや重みの概念はここでは加味されません。

ただ、縦と横の長さをもつ「面」の概念は存在しているため、サーフェスモデルの表面積を求めることは可能です。

ソリッドモデリングとの違い

モデルの表面に特化したサーフェスモデリングとは対照的なのが、ソリッドモデリングです。ソリッドモデルは、面積だけでなく体積の概念をモデルに与えることができるモデリング手法です。材料の密度や質を指定しながらモデルを構築するので、実際に現場で3Dモデリングを行う際には、ソリッドモデリングが主な設計手法であると言えます。

体積の概念が3Dモデルに付与されることで、重量はもちろん、重心や重力といった概念も付随するため、リアリティのあるシミュレーションを行う場合には不可欠なのがソリッドモデルです。

ワイヤーフレームとの違い

サーフェスモデルやソリッドモデルと合わせて登場機会が多いのが、ワイヤーフレームです。ワイヤーフレームは、その名の通り点と線だけで構成された、ワイヤー上の立体構造を指します。体積はもちろん、面の概念も排除されているため、3DCADを使った立体表現としては最もシンプルな形式と言えます。

表現がシンプルかつ最低限に抑えられているため、ソリッドモデルのような具体性をモデルに持たせることはできませんが、シンプルな分、描画が極めて早く、大きなスケールの構造物も、迅速に展開することができます。

サーフェスモデリングが活躍する場面

3Dモデル情報として、最も具体性のあるモデルを上記3つから選ぶとすれば、ソリッドモデルです。面情報しか持たないサーフェスモデルは、一見機能性でソリッドモデルに劣りますが、実際にはいくつもの活躍機会が現場には存在します。

意匠設計

1つ目のシーンは、意匠設計です。ビジュアルデザインを詰めていく場合、ソリッドモデルで進めることができればもちろんベターですが、実際には上手くいかないケースもあります。

例えばソリッドモデリングで曲面部分を表現しようとすると、複数の面が一度に生成されてしまい、綺麗な曲面を描くことが難しくなります。サーフェスモデリングは面の生成に特化した技術なので、複雑な曲面処理や、込み入った形状のモデル作成に役立ちます。

素案として設計を進めたい場合、サーフェスモデリングを使って手際よくモデルを用意し、企画が固まった段階でソリッドモデルへと肉付けを進めるのが良いでしょう。

ソリッド作成・修正

ソリッドモデルの作成、及び修正においても、サーフェスモデルは役に立ちます。ソリッドモデリングの際に、サーフェスモデリングで面を作成し、境界線として機能させたり、サーフェスモデルの面をソリッドに置き換えながらモデルの編集をおこなったりできます。

サーフェスモデルを事前に用意しておけば、ソリッドモデルの作成も手早く進められるため、サーフェスとソリッドの併用がポイントとなります。

取り込みデータの修復

外部で作成したデータを自身のPCにインポートした際、モデルが正しく表示されない、モデルが変形してしまっているケースもあります。サーフェスモデリングを実行することで、消滅した面の修復やモデルの捩れ解消を簡単に行えます。

CAMデータ作成

CAMデータとは、CADデータに則って工作機械を動かすためのプログラムデータです。サーフェスモデルを使ったCAMデータを作成すれば高精度かつスピーディにオブジェクトの加工を進められます。

設計よりも下流工程における効率化が進むため、工場全体の生産性改善に役立つ運用方法です。

サーフェスモデリングの基本機能

サーフェスモデリングの基本機能としては、以下の4つの機能が挙げられます。基本的にはソリッドモデルと同様の機能ですが、それぞれの機能を理解し、効率よくモデリングを行えるよう備えておきましょう。

回転

回転とは、生成した線状のオブジェクトを回転させ、立体構造を生成する機能です。縦に引かれた線を円形に回転させれば、円筒を描くことができます。

押し出し

押し出し機能は、線状のオブジェクトを下から上、上から下に移動させることで、その軌跡に沿って立体を出現させる機能です。線で描いた円を押し出すことで、円筒を生成できます。

スイープ

スイープ機能は、線状のオブジェクトをあらかじめ描いたガイドラインに沿って立体を生成する機能です。半円に対して波上のガイドラインを与えることで、波上にカーブを描く半円の立体オブジェクトを生成できます。

ロフト

ロフト機能は、複数描いた線状のオブジェクトに覆いかぶさるような形で立体が生成される機能です。半円を並べてスケッチした上でロフト機能を適用すると、そのスケッチに沿うような形で半円の立体が描かれます。

まとめ

3DCADは複数のモデリング手法を使い分ける必要がありますが、サーフェスモデリングは汎用性が高く、設計工程はもちろん、加工工程においても役に立つ技術です。ソリッドモデリングと併用ができるよう、基本機能の使い方やソリッドモデリングとの違いについての理解を深めましょう。