2020 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical Analysis on Trimmed Surface Connection and Generation of high-quality Trimmed Surface from Measured Point Data
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19H02048
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
三浦 憲二郎 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (50254066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 健司 九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (40268115)
井ノ口 順一 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40309886)
臼杵 深 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (60508191)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トリム曲面 / リバースエンジニアリング / レーザスキャナ / 外装設計 / 自由曲面 / 曲面の連続性 / G1 / G2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動車の外装設計に用いられている自由曲面には滑らかで美しく高品質であることが要求される．実車のCADモデルには，４辺形パッチをパラメータ空間で切り抜いたトリム曲面がほぼ必ず使われている．しかしながら，実務でのニーズが強いにもかかわらずトリム曲面に関する理論的研究はほとんどなされていない．このためトリム曲面は現場のノウハウでモデリングされ，設計工学における形状モデリング研究が実務にまったく貢献できていない．
そこで，本研究ではまず，実車外装をレーザスキャナで計測し，それらの曲率分布等の特徴を分析することで実務に使えると判断するための「品質基準」を確立する．次に，トリム曲面を滑らかに接続する理論を構築し，研究代表者が開拓してきた美的曲線・曲面理論をトリム曲面に拡張して「品質基準」を満たすトリム曲面を生成する手法を確立する．これらの研究により，これまでにまったく実現されていない実務に利用できるトリム曲面による高品質リバースエンジニアリング手法を確立する．
Bian らのグループは，複数枚のトリム曲面についてその連続性を修正し，穴の修復を行う手法を提案した．入力データはG0 連続で接続されており，複数枚の曲面が合流する部分に多角形の穴が存在している場合を想定している．出力データでは穴の部分が保管され，それぞれの曲面間の接続がG1 連続に修正される．本研究ではこの手法における連続性修正の部分を利用している．2020年度の研究ではBianらのグループが提案している手法を実装するとともにその問題点を明らかにしアルゴリズムの改良を図った．
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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
G0 連続で接続されたトリム曲面の境界をG1 連続に修正する手法の実用化を目指した．自動車外装の意匠デザイン開発は，クレイモデルを作成し，その測定データに合わせるようにCADデータを作成するという段階を踏む．CADデータの作成は手作業で行われており大変困難な作業となっている．CAD モデラの負担軽減や作業の効率化のために，自動車外装に対するリバース・エンジニアリング技術が注目されている．リバース・エンジニアリングを実現するためには，測定データに対して適切なトリム曲面をフィッティングする必要がある．
自動車外装に対するリバース・エンジニアリングの実現のためには与えられたデータを複数枚のトリム曲面を用いてフィッティングする必要がある．現在，Vaitkus らのグループがメッシュデータに対して適切なトリム曲面をフィッティングする手法を提案している．しかし，彼らの手法は与えられたデータに対して1 枚の曲面をフィッティングする手法であり複数枚の曲面をフィッティングする場合やその接続に関して議論していない．そこで2020年度の研究では彼らの手法を拡張し，連続性を考慮したフィッティング手法を実現することを目的として研究を行った．
Vaitkus らの手法とBianらの手法を組み合わせる事により連続性を考慮したトリム曲面フィッティング手法を提案した．提案手法が実務利用可能かを検討するためにまずKeke らの手法を再現し，連続性の精度と元の形状の再現性について検証を行った．結果十分実務利用可能であることがわかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，自動車外装のCAD 作成は一般に手作業によって行われている．自動車外装の設計は，デザイナーの描いたイメージからクレイモデルと呼ばれる原寸大の模型を作成し，その模型の計測データを参考にCAD データを作成するという段階を踏む．自動車外装のような意匠曲面には高品質が要求されるため，自動車外装のCAD 作成の補助，もしくは自動化を行うために近年より高精度なリバースエンジニアリングの研究が盛んに行われている．リバースエンジニアリングとは既存の製品構造を分析し，そこから新たな製品を作り出す手法である．この精度を高めるためには，3D 計測データがどれだけ現実の曲面に即しているかが非常に重要となる．計測データから現実に即した曲面に近い情報を得るためには平滑化処理が行われる場合が多いが，頂点の位置関係を基準とした平滑化処理方法が一般的であり，頂点ごとの曲率を基準とした平滑化処理方法は少ない．本研究の目的は，リバースエンジニアリングに3D 計測データを用いるための前段階として，離散曲面に平滑化を施し，計測対象の連続曲面と等しいものに近づけることである．2021年度には，計測された離散データをその曲率解析結果を用いて平滑化を行う手法を提案し，その有効性の検討を行う．
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Research Products
(18 results)
