3D CADの基礎知識3Dモデルの表現方法

3Dモデルの表現方法には、「ワイヤーフレーム」、「サーフェス」、「ソリッド」の3種類があり、表現方法によって特徴が異なります。

3つの表現方法

  • ワイヤーフレーム

    中身や面がなく
    頂点と線分のみで表現されるもの

    ワイヤーフレーム
  • サーフェス

    中身がなく、
    面の集合からできているもの

    サーフェス
  • ソリッド

    中身が詰まっているもの

    ソリッド

ワイヤーフレーム

ワイヤーフレームは、輪郭を表現する頂点と線分で構成される、体積を持たない立体モデルです。はりぼて細工の骨組みをイメージしていただければ良いと思います。
ワイヤーフレームは、データ量が少ないため表示速度の速さがメリットになります。
現在、この方式のみで3Dモデルを作成するCADはほとんどありませんが、形状を作成する過程では多くの場面でワイヤーフレームを用いています。

ワイヤーフレームの作成例

  • ワイヤーフレームを作成して、その軌道に沿って面を作成する。
  • ワイヤーフレームで囲った部分に面を貼り付ける。
  • ソリッドモデルをワイヤーフレーム表示にすることで、表示速度を上げる。
  • 12本のワイヤーフレームに沿って、サーフェスを作成

    2本のワイヤーフレームに沿って、サーフェスを作成
  • 2ワイヤーフレームの閉じている部分に、サーフェスを作成

    ワイヤーフレームの閉じている部分に、サーフェスを作成

サーフェス

サーフェスモデルは、厚みを持たない面で構成される、体積を持たない立体モデルです。風船のような中身がないものをイメージしていただければ良いと思います。
中身の情報がないため、体積・質量の計算や干渉チェックはできません。そのため、部品を作成する過程で使用されることが多く、最終的にはソリッドモデルに変換して利用される事が多いです。

3つのソリッドモデルへの変換方法

1サーフェスに厚みを持たせる

サーフェスに厚みを持たせる

作成したサーフェスに厚みの情報を付加することで、ソリッドに変更できます。

2サーフェスでソリッドをカットする

サーフェスでソリッドをカットする

単純な形状のソリッドを、作成したサーフェスでカットすることが可能です。

3サーフェスを組み合わせて閉じた空間を作成する

サーフェスでソリッドをカットする

複数のサーフェスを組み合わせて、完全に閉じた空間を作成します。
3D CADでは完全に閉じた空間をソリッドに変換することが可能です。

ソリッド

ソリッドモデルは、頂点、線分、面で構成される、体積を持った立体モデルです。ソリッドは、足したり除去したりして立体を作成することができますので、粘土細工の粘土をイメージしていただければ良いと思います。
中身の情報があるので、体積・質量の計算や干渉チェックが可能ですが、中身の情報がある分データ量も多く、PC内部での処理に時間がかかるというデメリットもあります。
しかし、近年ではパソコンの高性能化により、ほとんどの3D CADでソリッドベースに対応してきています。
また、最近普及してきている3Dプリンターで造形する際には、ソリッドの状態にする必要があります。

サーフェス、ソリッドのメリット・デメリット

一見同じように見えても…

中身がない 中身がある
  • サーフェスモデル

    サーフェスモデル

    メリット

    • 複雑な自由曲面の作成・編集が容易
    • 感覚的な編集が可能
    • ソリッド化も可能

    デメリット

    • 体積・質量計算ができない
    • 干渉チェックができない
    • モデル同士の足し算引き算などができない
  • ソリッドモデル

    ソリッドモデル

    メリット

    • 体積・質量の計算が可能
    • 干渉チェックが可能
    • 実際のものと同じように、切ったりつなげたりすることが可能
    • 3Dプリンターでの
      造形に使用可能

    デメリット

    • データ容量が大きく、計算時間がかかる
    • 複雑なモデルに対しての編集能力が低い

昨今の3D CADでは、多くのソフトでこの2種類の表現を相互互換できる機能がついています。サーフェス、ソリッド共に、メリット・デメリットがあるため、それぞれの特徴を理解し、うまく使い分ける必要があります。
サーフェスは自由曲面が多いキャラクターデザインやインテリアデザイン等、デザイン系に特化した表現方法です。
一方、ソリッドはモデルの幾何計算ができる点や、実際のものを加工するような感覚でモデリングできる点がメリットになるので、曲面の少ない工業製品等に向いている表現方法と言えます。

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