2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical Analysis on Trimmed Surface Connection and Generation of high-quality Trimmed Surface from Measured Point Data
| Project/Area Number |
19H02048
|
|---|
| Research Institution | Shizuoka University |
|---|
Principal Investigator |
三浦 憲二郎 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (50254066)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 / 美的曲線・曲面理論 / 曲率分布 / 四辺形曲面 |
|---|
| 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．
2019年度はリバースエンジニアリングについてこれまでの手法を実装することで検討し，その問題点を明らかにした．トリム曲面を用いた自動車外装のリバースエンジニアリング手法に関する先行研究としてVaitkusらが，測定データをトリム曲面で表現するための切り取る元となる四辺形曲面の推定手法を提案している．まずは，この手法の実装および検討を行い，メッシュをどのように複数のトリム曲面に分割するのか，また複数のトリム曲面をG1あるいはG2で接続する研究が必要であることが明らかになった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自動車のような意匠形状に対するリバースエンジニアリングはまだ実用化の域に達しておらず，その最も大きな要因は，自動車のCADデータを作成する際に必須となるトリム曲面を用いたリバースエンジニアリングの手法が確立されていないことである．そこで，2019年度はトリム曲面を用いた自動車外装のリバースエンジニアリング手法の確立を目的として研究を行う．先行研究としてVaitkusらが，測定データをトリム曲面で表現するための切り取る元となる四辺形曲面の推定手法を提案している．まずは，この手法の実装および検討を行い，問題点を明らかにした．
トリム曲面は，３次元CADシステムにおいて，四辺形曲面パッチから有効な部分を切り取ることで複雑な境界形状をもつ曲面を表す表現形式であり，切り取る元になる四辺形曲面パッチと境界を表す３次元曲線の２つの情報をデータとして持っている．
アルゴリズムは以下となっている．１）四辺形曲面の境界形状を推定するガイドフレームを生成する．２）メッシュデータを2Dマッピングしパラメータ化を行う．３）パラメータ空間上でメッシュデータの拡張を行る, ４） 3D空間にマッピングする．得られたメッシュデータに対して最小二乗近似を行い，四辺形曲面をフィッティングする．Vaitkusらの提案した手法における，ガイドフレームの生成，メッシュデータのパラメータ化，パラメータ空間上での拡張、3D再マッピング，四辺形曲面のフィッティングについて実装を行った．問題点として，メッシュをどのように複数のトリム曲面に分割するのか，また複数のトリム曲面をG1あるいはG2で接続する研究が必要であることが明らかになった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
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う予定である．
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(K. Bian, Y. Ke, Global Continuity Adjustment and Local Shape Optimization Technique for Complex Trimmed Surface Model, CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, Vol.23,No 2, pp.225-232, 2010.)．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，アルゴリズムを改良する．
|
Research Products
(6 results)
