(1)~(3)までの作業は、主に3Dスキャナに付属するソフト上で行えるが、ここから説明するメッシュデータの処理は、別のソフトで行われることも多い。「メッシュ編集ソフト」や「ポリゴン/STL編集ソフト」、「リバースエンジニアリングソフト」などと呼ばれるもので処理をする。また、これらのソフトを用いて、先の(1)~(3)の作業を行うこともある。特に「(1)不要な部分の削除」については、メッシュデータ化したことで微小なエッジやフェース(面)などができているため、それらの除去作業を行うことがある。
作業の続きを説明していく前に補足しておくが、これからの作業はデータ全体に対して処理することもあるが、部分的に処理することもある。また、メッシュデータは、点と点を直線で結んで多角形をつくった面データの集まりになっていることを頭の中でイメージして読んでほしい。点と点を曲線で結ぶのではなく“直線”というのがポイントである。
(4)スムージング(平滑化)
3Dスキャナで取得したデータは、ノイズなどが原因で表面に微小な段差ができてしまい、ガタガタとざらついた面になっていることがあるため、「スムージング」という機能を使って表面を滑らかにする。
作業方法としては、エッジや弦の長さ、角度などを指示したり、精度をどれくらい保つかの許容差などを設定したりすることでスムージング処理を行う。ただし、滑らかにしすぎて元の形状との誤差が大きくなってしまう場合もあるため、やりすぎには注意が必要である。例えば、角であるべき箇所が丸くなってしまったり、本来のフィレットよりもR値が大きくなってしまったりすることがある。細かな点まで気が利く優秀なソフトだと、自動認識によってきれいにスムージングをしてくれる。
(5)メッシュ分割(リメッシュ)
基本的にはデータを間引くなど、簡略化してメッシュデータを軽くする作業を行うわけだが、3Dスキャンで取得したデータが粗く、カクカクしているような場合には、メッシュ分割を行ってメッシュをより細かく設定し、メッシュ数を増やす処理を行う必要がある。
例えば、円をイメージしてみてほしい。メッシュをつくる点が6 個しかない場合、メッシュは直線データなため、円ではなく六角形になってしまう。このケースでは、点の数を2倍、3倍と増やしていくことで円に近づけることができる。
また、三角形の面データであるSTLの場合、メッシュ形状が正三角形であることが後工程にとっては望ましいため、メッシュを再分割して、できるだけ正三角形になるようにメッシュを修復することもある。この処理を「リメッシュ」などと呼ぶ。
(6)穴埋め
3Dスキャナは、一般的に光やレーザーの反射やひずみなどを利用した三角測量によって表面形状を計測しているため、穴の奥や入り組んだ形状を取得することが苦手である。そのため、データを取得できなかった箇所が穴になってしまい(欠損してしまい)、検査やリバースエンジニアリング、3Dプリント用のデータとして使用する際に困ることがある。そこで必要になるのが、穴埋め作業である。
穴埋めは、周囲の形状から欠損部の形状を予測して滑らかにつながるように処理を行う。どれだけ違和感なく穴を埋めることができるかが、そのソフトの実力を示し、選定の際のポイントにもつながってくる。
(7)ブリッジ(橋渡し)
3 次元CADでいうサーフェスのロフト機能のように、面の端と面の端をつないで形状を作成する。穴のように全周が囲まれていない場合などに行う作業である。
(8)面の表裏を反転
メッシュの面データには表裏があり、法線方向がある。メッシュとメッシュを結合する際や厚みを定義していく際、表裏が逆になっていると不具合が生じることがある。メッシュの面データの表と裏が反転している場合には、修正を行う。
(9)要素の抽出・境界の編集
3Dスキャンしたデータは、平面や穴の認識がされていない。そのため、取得したデータから平均を計算して、穴や平面などの要素を抽出することで、検査やリバースエンジニアリングなどに活用しやすくする作業を行うケースがある。また、形状の境界の編集や修正を行うこともある。
(10)自動クリーニング(修復)
ここまで紹介してきたような処理を自動で行ってくれるソフトもある。自動処理の性能については、ソフトによって変わってくる。自動で処理できれば、かなりの作業工数を減らすことができる。もし、これからソフトの選定を行うのであれば、自社で取り扱うことが多い形状を3Dスキャンして、自動修復のベンチマークを実施して検証することをオススメする。すべてが自動で最適化されないこともあるので、自動修復の機能性だけでなく、今回紹介した手動での作業もきちんと確認したうえでソフトを選定した方がよい。
スマートフォン端末でも、3Dスキャンしてメッシュデータ化できるものが登場してきている。数万円で安価に購入できる3Dスキャナもある。まだ精度的には機械設計業務で使えるレベルではないが、今後、3Dスキャンがより身近になっていき、メッシュデータを扱う機会も増えてくるかもしれない。
メッシュデータのままでも用途やソフトウェアによっては、CAEでの解析検証やCAMでの加工プログラム生成、3Dプリントなどは可能だが、3次元CADデータを作成することで、パラメータを変更する再設計や高品質な加工へとつなげることができる。
ただし、メッシュデータから3次元CADデータへの変換は決して簡単な作業ではない。ソフトウェアの中にはボタン1 つで自動変換してくれるものもあるが、自分の思ったとおりの形状や面構成にならなかったり、その後の編集や後工程がうまくできなかったりといったことがよく発生する。そのため、設計用途で活用するには多くの場合、手作業が必要とされる。詳しい内容については、次回以降に紹介する。
3Dスキャンがより身近になり、一般の人がカメラで写真を撮るような感覚で3Dスキャンする時代が、すぐそこまで来ているのかもしれない。今から3Dスキャンに触れ、未来のモノづくりへの第一歩を踏み出してみてはいかがだろうか。