ソリッドモデリング

ソリッドモデリングは、3Dソリッドオブジェクトのコンピュータモデリングです。ソリッドモデリングの目的は、すべてのサーフェスが幾何学的に正しいことを確認することです。

これは、コンピュータ支援設計（CAD）において、最も複雑な要素と考えられています。なぜなら、CADソフトウェアが物体の内側と外側からシミュレーションを行う必要があるからです。これは、設計者がエンジンやそのコンポーネントなどの設計の一部を提供できるようにするために重要です。

つまり、ソリッドモデリングは、デジタル3Dモデルの設計、作成、ビジュアライゼーション、アニメーションを可能にするものです。

CAD環境でのソリッドモデリング技術

ソリッドモデリングは、ワイヤーフレームやスケッチなどの様々な2-3次元のデザインや、立方体、球体、円錐体、円筒体などの基本的な幾何学的形状から始めることができます。

そうすれば、思いつく限りの物体の3Dモデルができあがります。

簡単でしょう？…しかしそうは上手くはいきません。

ソリッドモデリングの真の複雑さは、そのパラメトリック機能と演算子の範囲にあります。ソリッドモデリングを使用すると、設計者は「ソリッド」を失うことなく、「減算」などのさまざまな操作を使用してこれらの基本的なソリッド形状を操作し、変換することができます。

例えば、「減算」とは、元の構造を維持したまま、オブジェクトに穴を開けるなど、モデルの1つ（または複数）の特徴を変更するプロセスです。

これには、代表的なモデリングシステムであるSolidWorksやAutoCADなどのCADソフトウェアを使用します。

しかし、このソフトウェアのバックグラウンドで正確に何が起こっているのでしょうか？

3Dデザインに関しては、ソリッドモデリングがすべての力仕事を行います。ソリッドモデリングは、手作業では困難な工学方程式を自動的に計算します。

ソリッドモデリングソフトウェアは、機械的な幾何学の情報を極めて正確に表現する必要がありますが、このソフトウェアの用途を考えれば当然です。

設計のあらゆる側面が方程式として表現されている場合、複雑な数学を容易に解くことができることが重要であり、それがソリッドモデリングなのです。

自動車メーカーが、設計通りの完璧な空力特性を持つF1レースカーを作ろうと思ったら、コンセプトデザインで設定した寸法を設計ソフトウェアに正確に反映させる必要があります。

もしもスーパーカーが、様々な角度で数ミリのずれを生じながら製造されていたらと想像してみてください。

この数学的な正確さがなければ、一貫性のあるオブジェクト（製品）を作る（製造する）ことはできません。ソリッドモデリングとその計算能力は、これをシームレスに実現します。

有限の大きさと明確な境界線を持つすべてのデザインコンポーネントには、基本的には「有形」のデザインとして表現できる場所が必要です。

ユークリッド空間は、数学的に作成されたパーツを追加、削除、および変更できる環境です。

基本的には、空間は、3D画像を作成するために、一連の点（または頂点）を座標を用いて連結することができる理論的背景です。

実はこれが、ワイヤーフレームの初期デザインを作成するプロセスなのです。

ソリッドモデリングは、ワイヤーフレームやサーフェスモデリングと比較して、さらに4つの差別化要素で定義されます。

完全 → モデリング環境内のオブジェクトの様々な点を内側と外側に分類できる。（オブジェクトとその表面をより正確に表現できる。）
有効→オブジェクトの完全なビューのために、頂点、面、およびエッジが適切に接続されている
曖昧さがない→ オブジェクトのすべてのデザイン面が単一に解釈されている。（これはオブジェクトのデザインに確実性と明確性があることを意味し、実際にどのような形になるのかがわかる。）
ソリッド→幾何学的およびトポロジーデータ（重量、形状、サイズ、ノード/エッジ/面の接続性）で構成されている。

ソリッドモデリングは、元々は機械加工や組立のための計画・検証ツールとして作られましたが、今では他の多くの産業で使用されるようになっています。

3Dモデリングソフトウェアは、もはやエンジニアだけのものではありません。

製品の設計だけでなく、インテリアデザインや3Dプリント、ゲームや映画などのメディアにも応用されています。

オープンソースのモデリングソフトウェアが続々と登場していることからもわかるように、ソリッドモデリングや3Dソフトウェアの未来は始まったばかりなのです。