船型設計のための高品質曲面生成手法及び曲面データの圧縮転送手法に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450398
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 増田 宏 東京大学, 人工物工学研究センター, 助教授 (40302757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 岩夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70010890) ; 白山 晋 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10322067) ; 大和 裕幸 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50220421)
• Keywords: 3次元形状モデル / フェアリング / 自由曲面 / CAD / 幾何圧縮 / 船型設計 / 線図 / Web3D

Research Abstract

本研究の目的は、船型設計のための自動フェアリング機能の開発と、Webによる設計情報交換を円滑に行うための曲面圧縮転送技術の開発にある。
まず、フェアリング研究によって得られた知見を示す。線図を利用した船型の自由曲面生成では、微小な振動と大局的なうねりが生じやすい。既存手法ではこれらの自動除去は困難であったが、以下の3段階からなる新規手法により除去可能であることを示した。1. 曲線処理:線図の制御点に関して、弧長と曲率の線形和が均等になるように再配置する。2. 曲面処理:線図に沿った制御点移動により、線図と交差する等パラメータ曲線のうねりを減少させるフィルタを作用させる。3. 最適化処理:曲面を薄板とみなし、制御点の移動距離と歪みエネルギーの線形和を最小にする操作を行う。これらに基づいたフェアリングシステムを構築し、曲率分布を検証した結果、本手法が有効であることを検証できた。
次に、曲面圧縮軟送の研究によって得られた知見を示す。3次元CADで作成された設計データを高速に配信するためには曲面圧縮が有効であるが、従来手法では曲面境界付近で品質劣化が著しいという欠点があった。本研究では、以下からなる新しい曲面圧縮手法を開発した。1. 3Dデータの境界曲線網を取り出し、境界での連続性を保つ補間曲面を生成する。2. 元の曲面と補間曲面のずれを二通りの方法、すなわち、制御点ごとの3Dベクトルの算出か、補間曲面の法線方向に関する距離の差分による近似を行う。後者は最小二乗法近似であるが、データ量が小さいので許容誤差以内であれば後者を採用する。3. 差分データは2次元配列で表現できるので、画像とみなしてJPEG圧縮を施す。これらを実装した曲面圧縮システムを実装して圧縮率と品質を評価した結果、本手法が有効であることを検証できた。

Research Products

• [Publications] 増田 宏: "船形設計における高品質な曲面生成手法に関する研究"日本造船学会論文集. 187. 309-319 (2000)
• [Publications] 大和 裕幸: "A Product Model for Ship Fundamental Design"International Conference on Computer Applications in shipbuilding(ICAAS)99. 455-470 (1999)
• [Publications] 古川 慈之: "船型設計における自由形状データ圧縮"日本造船学会論文集. 189(発表予定). (2002)