2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Higher Efficient Volume-based Modeling Method and its Engineering Application
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21K11914
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
伊東 拓 日本大学, 生産工学部, 准教授 (80433853)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ボリュームデータ / アイソパラメトリック要素 / スカラー場 / 物体再構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，アイソパラメトリック要素を利用して，ボリュームデータからスカラー場g(x)を生成するためのアルゴリズムを検討した．具体的には，直交座標において3次元スキャナなどによって得られた何らかの物体表面上の点群データが与えられたとき，点群から直接ボリュームデータを生成する方法をまずは適用し，ボリュームデータを生成した．このボリュームデータは，物体表面上で0，物体内部で負，物体外部で正の値を取り，物体表面から離れるほど絶対値が大きくなるように構成される．したがって，g(x)を生成することができれば，g(x)=0を抽出することで，点群が元々形作っていた物体を再構成可能になる．本研究では，ボリュームデータの近傍8点を利用して3次元アイソパラメトリック要素によってボリュームデータを補間してg(x)を生成した．また，直交座標をアイソパラメトリック要素のローカル座標に変換し，g(x) = 0を抽出するための関数計算ができるように実装した．
実験例として，Stanford Bunnyなどの点群データに上述の方法を適用したところ，今回使用したアイソパラメトリック要素は線形要素であるが，一方向あたりのボリュームデータ数が300から400点程度に達すると，従来の方法で物体再構成した場合と比較して，視覚的にはほとんど違いのないものが得られることを確認した．また，アイソパラメトリック要素を使用した場合，ボリュームデータから直接g(x)を生成できるため，従来の方法と比較してメモリ使用量は1/27に抑えられる．加えて，g(x)生成に要する時間が，最大70倍程度高速化される例を確認した．
研究成果は，オンライン参加した国際会議において発表した．
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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
令和3年度は，直交座標において，3次元スキャナなどによって得られた何らかの物体表面上の点群データからボリュームデータを生成する方法を用い，生成したボリュームデータから，アイソパラメトリック要素によってスカラー場g(x)を生成することができた．また，g(x) = 0 を抽出することで，点群が元々形作っていた物体を再構成し，視覚的に従来の方法と比較して遜色ないものを得られる例を確認することができた．
以上より，概ね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度に使用したアイソパラメトリック要素は，線形要素である．線形要素でも，ボリュームデータ数がある程度の分量に達すれば，従来の方法と比較して，視覚的にほとんど違いのない結果が得られることを確認した．一方，アイソパラメトリック要素には幾つかの種類があり，線形要素以外のものもあるため，令和4年度は他のタイプの要素でスカラー場を生成して，線形要素で生成したものと比較を行うことを検討している．
加えて，現在取り組んでいる研究の1つに発泡金属のモデリングがあり，モデリングする際に内部的にスカラー場生成する方法があるが，この部分を，アイソパラメトリック要素を用いた方法に置き換えることができる可能性があるため，適用してみることも考えている．
さらに，現在直交座標で得られたボリュームデータを対象としてアイソパラメトリック要素を適用しているが，その他の座標系においても適用することを検討する．
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| Causes of Carryover |
（理由） Covid-19の影響で，令和3年度に予定していた国内外の会議や研究会への出張が全て取りやめになり，オンライン開催のものに参加したものの，登録料以外の費用が発生しなかったため．
（使用計画） 令和4年度は，まずは国内開催のものを中心に，国際会議・学会年会・研究会等に参加するための旅費及び登録費として使用することを考えている．また，論文投稿も計画しているため，その経費にも使用するつもりである．加えて，取り組む計算の規模に応じて，高性能数値計算サーバーを購入することも計画している．
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