JPWO2018070322A1 - 立体物形成指示装置、立体物の製造方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
M=a/(ΔL+G)
(互いに間隔Gをおいて配置可能な最大数に相当する)として演算する。なお、ここで一辺の長さaから間隔Gを差引して、Mを求めてもよい。すなわち、
M=(a−G)/(ΔL+G)
としてもよい。小空間の各面から少なくともG/2だけ、表現体の位置を離すことで、ある小空間に配された表現体と、当該小空間に隣接する小空間に配された表現体との間隔が、間隔G未満となることを防ぐためである。
本実施の形態の立体物形成指示装置1は、基本的に以上の構成を備えており、次のように動作する。なお、以下では、物理量の分布に係る情報が、原子または分子について演算された電子密度の分布の情報であるとする。
また、立体物形成指示装置1が受け入れた情報がベクトル量の情報である場合、図4の処理S1において立体物形成指示装置1が決定する形状は、例えば円錐形となる。この例では、処理S10において、各表現体の位置を表す座標情報Sを定めるとともに、円錐形の向き(底面から頂点までの向き)を、受け入れた情報に基づいて定める。
また、ベクトル量の情報を表す場合、配置密度を用いて表現することに代えて、次のように立体物の形成指示を生成してもよい。
また本実施の形態において、立体物形成指示装置1は、物理量に関する情報に係る三次元空間に配される、物理量を表すものとは異なる有体物(背景物と呼ぶ)の形状に係る情報をさらに受け入れ、当該受け入れた背景物の形状に係る情報に基づいて、当該背景物の形状を形成する指示をさらに含む立体物形成指示を生成することとしてもよい。
なお、ここまでの説明では、制御部11が、三次元空間における、予め定められた物理量の分布に係る情報を受け入れ、当該受け入れた情報に基づき、物理量を表現する表現体の形状を決定することとしていたが、制御部11は、さらに表現体の色を決定してもよい。
ここで、制御部11が色ごとの立体物形成指示において、表現体の配されない部分に、透明樹脂等、透光性を有する材質を充填する指示を含める際には、制御部11は、ある色(注目色と呼ぶ)についての立体物形成指示において、注目色以外の色の表現体が配置される領域(三次元的な領域)を、透光性を有する材質を充填しない空洞(何も形成しない空間)とする。このように、ある色の材質に係る指示において、当該色以外の色の材質が充填される三次元空間の領域については、当該領域内を空洞とする指示に設定することで、後に当該指示に従って3Dプリンタを制御したとき、一定の領域内に2以上の材質が余分に積層(当該領域の体積以上の体)積の材質が積層)されるなどして結果物に不具合が生じることがなくなる。
なお、ここまでの説明では、表現空間を分割した小空間は、(xmin,ymin,zmin)から(xmax,ymax,zmax)までの直方体状のものとしていたが、本実施の形態はこれに限られない。本実施の形態の一例では、表現空間を、極座標系(r,θ,φ)で動径方向(r方向)にΔrの単位、偏角θの方向にr・Δθの単位、偏角φの方向にr・sinθ・Δφの単位で分割した小空間が用いられてもよい。また、表現空間を、円柱座標系(r,θ,z)で、動径方向(r方向)にΔrの単位、偏角θの方向にr・Δθの単位、高さ方向(z軸方向)にΔzの単位で分割した小空間を用いてもよい。
また、表現体の配置方法として、ここまでの説明では、表現空間を小空間に分割し、各小空間内での物理量の統計値に基づいて表現体の当該小空間内での配置個数を定めることとしていたが、本実施の形態はこれに限られない。
M=a/(ΔL+G)
として求める。
R(i,j,k)=r×Pmid_q
として求める。
また本実施の形態のある態様では、表現体を配する代わりに、あるいは表現体を配するとともに、入力された、三次元空間において定められた物理量の分布に係る情報に基づいて、物理量が等値となる位置の面を形成してもよい。この面の形成は、例えば次のようにして行う。
また、本実施の形態では、制御部11は、生成した指示ファイルを2以上の別の指示ファイル(分割指示ファイルと呼ぶ)へ分割して、各分割指示ファイルごとに3Dプリンタに出力して分割指示ファイルごとの立体物を形成させてもよい。具体的に制御部11は、生成した指示ファイルを、利用者から指示された面で切断して2つの分割指示ファイルを生成する。ここで面の指示は、例えばz=ζの面で切断する指示等が考えられる。
また本実施の形態では、背景物を形成する範囲の指定を利用者から受け入れて、背景物のうち、当該形成範囲に含まれる部分のみを形成する指示を指示ファイルに含めることとしてもよい。
また本実施の形態にて生成された指示ファイルに基づいて3Dプリンタ等で形成させた立体物については、当該3Dプリンタでの形成過程で、紫外光を照射する工程が含まれる場合は、いわゆる紫外焼け(UV焼け)を軽減する処置を施してもよい。この処置の内容は広く知られた方法がいくつかあるが、どのような方法を採用しても構わない。
また、本実施の形態の立体物形成指示装置1が生成した指示ファイルの出力先である3Dプリンタでは、入力された指示ファイルに基づいて、材料を所定軸方向(例えば指示ファイルにおいて用いられている直交座標系のz軸方向)に法線を有する薄い面内に形成し、当該薄い面を逐次的に法線方向に積層していくことで立体物を形成するのが一般的である。
またここまでの説明で、立体物形成指示装置1は表現体同士が重なり合わないように表現体の位置を設定していたが、本実施の形態の立体物形成指示装置1は、表現体同士が重なり合うことを許容してもよい。
また、ここまでの説明において指示ファイルに含まれる指示は、STLのフォーマットで記述するものとしたが、本実施の形態はこれに限られず、ボクセルとして記述されてもよい。
本実施の形態によると、物理量を立体物として視覚化でき、物理学的な理解を促進できる視覚表現を形成できる。
次に、一例として、ヘリウム原子のs軌道における電子の存在確率の空間的分布を視覚化する例について説明する。この例では、s軌道の電子の存在確率を表す表現体と、ヘリウムの原子核を表す背景物とを形成するための指示を生成することとする。
分子軌道法によって得られた近似的な解であってもヘリウム原子の例と同様に、立体物形成指示装置1に対して、所望の分子(例えばエチレン分子)内の電子の存在確率を分子軌道法(MO)によって演算した情報(各電子の存在確率の数式)を入力する。この例でも電子の存在確率の分布はスカラ量であるので、立体物形成指示装置1は、表現体の形状を「球」と決定する。なお、ここでは一例としてエチレン分子の中心として、C=C結合の中点を表現空間の原点(0,0,0)として、電子の存在確率が演算されているものとする(そうでない場合は平行移動の演算により、そのように設定しておく)。
次に、山岳地帯に発生する風向、風速の情報を立体像として示す例について説明する。この例では、予めある地域での立体的な風向,風速の情報を得ておく。この情報は広く知られた気象観測の方法を用いて得るか、あるいは、気象の数値予報により得ることができるので、ここでの詳しい説明を省略する。
さらに、震源モデルの例について説明する。この例では、予めある地域(緯度経度の範囲)内で所定期間に発生した地震ごとの、少なくとも震源の位置情報(緯度、経度、及び深さ)を得ておく。さらに、当該地震ごとの最大震度、あるいは地震の規模を表すマグニチュードの値を併せて得ておいてもよい。
さらにここまでに列挙した例は、一例にすぎず、ほかにも銀河系等の星の分布、ビックバン時の真空中のエネルギーの揺らぎ、ダークマターの分布、土星の輪など宇宙空間中のダストの分布等であってもよいし、背景像についても太陽系の惑星や彗星などの天体を表すものであってもよい。
Claims (12)
- 三次元空間における、予め定められた物理量の分布に係る情報を受け入れる手段と、
前記受け入れた情報に基づき、前記物理量を表現する表現体の形状を決定する形状決定手段と、
前記受け入れた情報に基づき、前記物理量を表現する表現体を配置する位置を決定する位置決定手段と、
前記決定した形状の物体を、前記決定した位置に形成する指示を含む立体物形成指示を生成する手段と、
を含む立体物形成指示装置。 - 請求項1記載の立体物形成指示装置であって、
前記形状決定手段は、前記物理量の種類に基づいて表現体の形状を決定する立体物形成指示装置。 - 請求項1または2に記載の立体物形成指示装置であって、
前記位置決定手段は、前記三次元空間の少なくとも一部に対応する三次元の表現空間内に複数の領域を設定し、前記受け入れた物理量の分布に係る情報に基づき、前記領域ごとの表現体の配置密度を演算して、当該演算された配置密度に応じた数の表現体を配置する位置を、対応する領域内に設定する立体物形成指示装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記位置決定手段は、前記三次元空間の少なくとも一部に対応する三次元の表現空間内に前記表現体の位置を決定し、
当該表現空間内であって表現体が配されない三次元の領域の少なくとも一部に、透光性を有する材質を充填する指示を生成する手段をさらに含む立体物形成指示装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記立体物形成指示を生成する手段は、多面体の立体物を形成する指示を出力し、当該指示に基づく立体物の形成が、材料を積層して形成する装置によって実行されるときには、当該積層方向が、形成される多面体のいずれの面の法線方向とも異なる方向となるよう、立体物の形成指示を生成する立体物形成指示装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記物理量の分布に係る情報は、原子または分子について演算された電子密度の分布の情報である立体物形成指示装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記物理量の分布に係る情報は、電気力線または磁力線の分布に関する情報である立体物形成指示装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記物理量の分布に係る情報は、流体の流速分布に関する情報である立体物形成指示装置。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の立体物形成指示装置であって、
前記三次元空間に配される有体物の形状に係る情報をさらに受け入れる手段と、
前記立体物形成指示を生成する手段が、当該受け入れた有体物の形状に係る情報に基づいて、当該形状の有体物を形成する指示をさらに含む立体物形成指示を生成する立体物形成指示装置。 - 請求項8に記載の立体物形成指示装置であって、
前記立体物形成指示を生成する手段が、前記三次元空間内で、前記立体物形成指示に含まれる指示で形成される有体物が互いに重なり合う部分を検出し、当該重なり合う部分では、互いに重なり合う有体物のいずれか一つが形成されるよう制御する立体物形成指示装置。 - 三次元空間における、予め定められた物理量の分布に係る情報を参照し、
前記参照した情報に基づき、前記物理量を表現する表現体の形状を決定する工程と、
前記参照した情報に基づき、前記物理量を表現する表現体を配置する位置を決定する工程と、
前記決定した形状の物体を、前記決定した位置に形成する指示を含む立体物形成指示を生成する工程と、
を含み、
当該立体物形成指示に基づいて、立体物を形成させる立体物の製造方法。 - コンピュータを、
三次元空間における、予め定められた物理量の分布に係る情報を受け入れる手段と、
前記受け入れた情報に基づき、前記物理量を表現する表現体の形状を決定する形状決定手段と、
前記受け入れた情報に基づき、前記物理量を表現する表現体を配置する位置を決定する位置決定手段と、
前記決定した形状の物体を、前記決定した位置に形成する指示を含む立体物形成指示を生成する手段と、
として機能させるプログラム。
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