インプリシットモデリングにおけるポイントクラウド

フィールドを駆動したり、インプリシット形状を作成するには、ポイントクラウドをインポートするか、ゼロから作成します。

Inspireインプリシットモデリングの多くのコンテキストでは、フィールドを使用して形状のプロパティを操作できます。たとえば、ラティスの相対密度や厚み、フィレットの半径を空間内の異なるポイントで変更することができます。このサイズを制御するためのフィールドが形状から定義されている場合、これは非常に簡単です。しかし、ユーザーは空間内の特定のポイントにおけるサイジング要件しか知らないことがよくあります。他の場所でのサイジングはそれほど厳密ではなく、情報が供給されている近隣の位置から影響を引き出しながら、さまざまな補間技術を使用して自動的に生成することができます。このシナリオは、インプリシットモデリングにおけるポイントクラウドコンテキストを使用して処理されます。

ポイントクラウドコンテキストでは、各ポイントのx、y、z座標と、そのポイントでのフィールドのスカラー値を指定することによって、空間内の既知の位置のデータを提供するように求められます。この形式のポイントクラウドデータは、.csvファイルからインポートすることも、ユーザーインターフェイスを使ってゼロから作成することもできます。スカラー値は、シミュレーション結果、エンジニアリング経験に基づく既知の指標、方程式に基づくものなどが考えられます。クラウド内のポイントによって明示的に表現されないフィールド内のすべての位置について、スカラー値は補間を使用して自動的に作成されます。補間手法の例としては、逆距離荷重内挿法と最近隣内挿法があります。

逆距離荷重内挿法は重力によく似た動作をします。たとえば、地球と月の間に位置する点粒子は、地球と月の両方の重力の影響を受けます。地球と月からの重力の寄与は、点粒子の両方の天体に対する相対的な位置と、その位置におけるそれぞれの天体からの重力場の強さに依存します。逆距離荷重内挿法補間においても同様で、空間内のある位置におけるクラウドの各ポイント（およびそれぞれのスカラー値）の影響は、クラウド内の各ポイントまでの距離とスカラー値の符号と大きさに依存します。下の画像例では、ポイント位置で指定されたラティスの既知の相対密度値をスムーズに補間するために、逆距離荷重内挿法が使用されています。

最近隣内挿法はもっと簡単です。フィールド内の各位置は、ポイントクラウド内で最も近い点のスカラー値を採用します。この手法では、空間内の近接位置が異なるスカラー値に「スナップ」する可能性があるため、結果として生成される補間スカラーフィールドに急激な変化が生じます。

デフォルトで、ポイントクラウド内のポイントによって作成されたフィールドは、単に各ポイントの補間値に基づいています。ただし、ポイントクラウドにバックグラウンド値を割り当てて、点が既存の値やフィールドを変更するようにすることもできます。ポイントには半径およびフォールオフ係数が関連付けられているので、ユーザーがバックグラウンド値またはフィールドをスカルプトできるように、影響範囲とスムージング係数が設定されます。

ポイントクラウドの作成

.csvファイルをインポートすることも、ゼロからポイントクラウドを作成することもできます。ポイントクラウドを変更する場合、ポイントの数と位置、補間方法、および逆距離荷重内挿法補間の場合は指数を変更できます。ポイントクラウドは.csvファイルとして保存できます。

Pythonスクリプトからポイントクラウドを作成し、Pythonライブラリを使用してポイントクラウドのクリーニングとフィルタリングを行った後、Inspireでインポートすることができます。

インプリシット形状を生成するためにポイントクラウドを作成する場合、インプリシットモデリングの主要な概念は、サーフェスを陰関数のゼロレベルセットとして表現することであることに留意してください。この関数は3D空間の点を入力として受け取り、スカラー値を返します。値がゼロに近い点はサーフェスの一部とみなされ、正または負の値を持つ点はそれぞれサーフェスの外側または内側になります。

インプリシットモデリングリボンで、ポイントクラウドツールを選択する。

ヒント: ツールを検索して開くには、Ctrl+Fキーを押します。詳細については、ツールの検出と検索を参照してください。
オプション: 表示品質では、低いから非常に高いの中から選択します。要素密度の低いものから非常に高いものまで対応します。品質が高いほどより鮮明に形状フィーチャーが生成されますが、処理速度は遅くなります。複雑な関数を作成する場合は、低い品質で作業し、関数が完成した後に高い品質に切り替えることをお勧めします。
オプション: ポイントクラウドをインポートするには、以下の手順に従います。
1. ポイントクラウドダイアログボックスで、インポートアイコンをクリックします。
2. .csvファイルを参照します。
3. 開くをクリックします。
テーブルはデータで埋められます。
内挿のタイプを選択します。
- 逆距離加重内挿法：ポイントクラウドデータで指定されていない位置のスカラー値は、ポイントクラウド内の点のスカラー値の加重平均として計算されます。ポイントクラウド内の各ポイントに対する重み付けは、ポイントクラウド内の各点までの距離の関数です。ポイントクラウドデータで指定された点のスカラー値は、提供されたスカラー値と正確に等しくなります。
- 最近隣内挿法：ポイントクラウドデータで指定されていない位置のスカラー値は、クラウド内の最も近い点のスカラー値と等しくなります。
指数を定義します。これは定数値でも変数でもかまいません。1以上の値をとります。値が小さければ小さいほど、点の効果は空間を通してより遠くまで伝搬し、値が大きければ大きいほど、特定の点のスカラー値の効果はその点の周囲により局在化します。
オプション: ポイントクラウドフィールドにバックグラウンド値を割り当てます。
1. バックグラウンド値チェックボックスを有効にします。
2. バックグラウンド値に定数値、変数、またはフィールドを割り当てます。
3. ポイントにより生成された値がバッグラウンド値をバンプするか、設定オプションを使用して、結果フィールドがバックグラウンド値を補間しながら各ポイントの値を正確に通貨する値を持つようにするかを選択します。

ゼロからポイントクラウドを作成するか、既存のポイントクラウドを変更します。


動作	操作
ポイントの位置を変更する	X、Y、Z座標と値を調整します。
新規ポイントを追加する	+記号をクリックし、X座標、Y座標、Z座標と値を入力します。
既存のポイントを削除する	行を選択して、–をクリックすします。
行の位置を変更する	行を選択し、上矢印または下矢印をクリックします。

ポイントクラウドを保存するには、以下の手順に従います。
1. 保存アイコンをクリックします。
2. 目的のフォルダを参照します。
3. ファイル名を入力します。
4. 保存をクリックします。
OKをクリックします。

次に、以下のことができます。

ポイントクラウドデータから連続サーフェス表示を生成し、インプリシット形状を作成します。たとえば、トポロジー最適化データで凹みがあり、それを除去したい場合に修復できます。トポロジー最適化フィールドとポイントクラウドフィールドの和を取ることで、凹みを埋められます。
ポイントクラウドを対象オブジェクトとするフィールドを作成します。そして、インプリシットオブジェクトのパラメータをポイントクラウドによって駆動されるフィールドにマッピングできます。たとえば、ポイントクラウドのスカラー値は、シミュレーションの応力データに関連付けることができます。この例では、このデータがポイントの位置に応じて1kPa～5kPaの範囲にあると仮定します。このデータを使用してラティスの梁の半径を制御するフィールドを作成する場合、これらの値は、これらの値に適した厚みの範囲にあるようにスケーリングし直す必要があります。
この例を続けると、1kPaの応力を受ける領域は1mmの厚みが必要で、5kPaの応力を受ける領域は5mmの厚みが必要であることがわかります。フィールドコンテキストの再スケール機能を使用して、応力の範囲をストラットの直径の範囲にマッピングする必要があります（つまり、1kPaは1mmに、5kPaは5mmにマッピングします）。これらの値は説明のためのものです。実際のアプリケーションに適した値を使用してください。