2017 Fiscal Year Research-status Report
Realization of Ultra High Resolution Grid-Based Shape Modeling
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17K06075
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
乾 正知 茨城大学, 工学部, 教授 (90203215)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | デクセルモデル / 立体モデルのデータ圧縮 / 工程設計支援 / 安全性評価 / 加工シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は２つの研究に取り組んだ．
一つ目は当初から予定していた，超高解像度のデクセルモデル処理の基本的な枠組みの実現と，データ圧縮を併用した処理メカニズムの試作である．デクセルモデルは平面上の直交格子に基づいて定義される．デクセルに関する処理は格子毎に独立に実行できる．そこで格子を解像度m×mの部分格子に分け，部分格子毎にデクセルモデルを分割して記録し，処理（例えば集合演算など）も部分格子単位に行うことにする．デクセルモデルのデータ圧縮も，この部分格子毎に行うことになる．データ圧縮を考えるとmは2の累乗が望ましく，m = 1024，2048，4096などを用いる．処理の際には，各部分格子毎にモデルを展開し集合演算などを行い，得られた結果を再度圧縮し記録しなおす．圧縮技術として，精度保証機能を有するWavelet変換を用いた手法を新規に開発した．
もう一つの研究は，デクセルモデルを用いた各種アプリケーションの実現である．具体的にはデクセルモデルをポリゴン化する新アルゴリズムの実現と実装，デクセルモデルに基づく高速かつ安定なオフセットアルゴリズムの開発と実装，2次元デクセルモデルを用いたオートバイの安全性評価システムの開発，ラジアルレイ表現と呼ばれる放射状のデクセルモデルを用いた5軸加工支援システムの開発，デクセルモデルを用いたCEF（Cutter Engagement Feature）の並列計算アルゴリズムの開発などを行った．現状では，これらの研究には超高解像度のデクセルモデル処理は組み込まれていないが，これについては平成30年度に進める予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
以下に示す２つの理由から，研究はおおむね順調に進展していると判断した．
本研究の主要な目的である超高解像度のデクセルモデリングについては，精度保証を伴うデータ圧縮アルゴリズムの開発に成功している．その一方で当初予定していたＧＰＵによるデータ圧縮の並列処理化は未達成という状況である．そのためこの課題については，研究は少し遅れていると考えられる．
その一方で，デクセルモデルやその拡張形式である3方向デクセルモデル，2次元デクセルモデル，そして放射状のデクセルモデルについては，その表現形式やアプリケーションの開発が予想を超える進展を見せており，研究は当初の計画以上に進んでいると評価できる．以上を総合的に評価すると「おおむね順調な進展」という判断が妥当と考えている．
なお研究成果は学術誌論文3編，国際会議論文6編に報告されており，また成果の一部（5軸加工の工程設計支援）は実用化にも成功してる．さらに研究の一部は企業との共同研究に発展する兆しを見せており，その意味では質的にも量的にも十分な成果を上げられたと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度からは，遅れているデータ圧縮アルゴリズムのメニーコア・アーキテクチャの並列処理プロセッサへの実装と，データ圧縮を併用した図形処理ソフトウェアの開発，そしてデクセルモデルから境界表現モデルへのデータ変換技術へと研究を進める．デクセルモデルは本質的に並列処理に向いており，われわれが開発した集合演算等のソフトウェアも，GPUの並列処理機能を利用する形で実装されている．この集合演算ソフトウェアにデータ圧縮機構を組み込み，データの展開・圧縮を繰り返しながら高解像度のデクセルモデルを処理するソフトウェアを実現する．
デクセルモデルから境界表現モデルへのデータ変換については，われわれが独自に考案したQuad Pillarsと呼ばれるアルゴリズムの利用を検討している．このアルゴリズムは，隣接する4格子のデクセルを線分列と見なし，これらの構成する柱形状に基づいて立体表面を覆うポリゴンを抽出する．この手法は並列処理に向いており，比較的平坦な面を滑らかかつコンパクトに記録できるが，縦壁を表現するポリゴンの精度と品質が低下しやすい．Quad Pillarsアルゴリズムでは，隣接するデクセル間のコヒーレンスにより，壁面を構成するポリゴンはほぼ同一形状の短冊状のポリゴンの列となる．この性質に基づいて，デクセルモデルを高精度かつコンパクトなポリゴン群に置き換えるアルゴリズムの開発を計画している．
さらにデクセルモデルを利用したアプリケーションの開発を継続するとともに，成果のオープン化や実用展開についても作業を進めていきたい．
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| Causes of Carryover |
当初平成30年度に実施する予定だったアプリケーション開発を先行して行う必要があったこと，また研究の一部が前倒し的に進み，結果として当初は実施を考えていなかった国際会議発表を行うことになった結果，翌年度分の予算を早めに請求し，平成29年度分の予算と合わせて使用した．平成30年度は，当初の予定通りデータ圧縮を併用した図形処理ソフトウェアの開発を中心に研究を進める．研究費の一部を前倒し的に平成29年度に利用したことから，特に海外渡航旅費に不足が生じるが，その分については通常の校費を充てることを考えている．
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