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全文 - 石川県工業試験場

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シ ミュレーション技術を用いたデザイン開発手法の研究
− V R ・ コ ン ピ ュ ー タ マ ネ キ ン 技術 の 実 証 化 に つ い て −
梶井紀孝*
餘久保優子* 志甫雅人*
本件研究では,設計や試作,プレゼンテーションといったデザイン開発工程の合理化を目的に,今後,
県内企業での導入が有効と考えられるバーチャルリアリティ技術やコンピュータマネキン技術に関して,具
体的な製品開発での有用性を検討した。その結果,次の成果を得た。
(1)VR技 術 を 県 内 企 業 の デ ザ イ ン 開 発 に 利 用 し た こ と で , 試 作 の 合 理 化 と プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン を 強 力 に 支 援
することが実証された。
(2) コ ン ピ ュ ー タ マ ネ キ ン 技 術 を 衣 服 , 福 祉 用 具 開 発 に 活 用 す る こ と で , 設 計 の 合 理 化 と プ レ ゼ ン テ ー シ ョ
ンへの有効性が実証された。
キーワード:バーチャルリアリティ,コンピュータマネキン,デザイン開発,シミュレーション
Study of Design Development Using Simulation Technology
- Availability of Virtual Reality and Computer Mannequin Technology -
Noritaka KAJII, Yuko YOKUBO, Masahito SHIHO
In order to rationalize design processes such as designing, trial production and presentation, we examined the
utility of virtual reality and computer mannequin technologies in the actual product development process by having
them used in companies in Ishikawa Prefecture. The following results were obtained.
(1) The use of virtual reality technology in design development facilitated trial production and its presentation.
(2) The application of computer mannequin technology to design development of clothing and welfare equipment
enabled rationalization of design and presentation.
Keywords:virtual reality, computer mannequin, design development, simulation
1.緒
モデルを作製する光造形システムや切削加工装置等の
言
製造業では,迅速な製品開発を行うため,三次元
試作加工設備を導入し,試作開発の迅速化を支援して
CGや CAD等 の コ ン ピ ュ ー タ の 利 用 が 進 ん で い る 。 ま
き た 2)。 今 後 の 課 題 と し て , こ れ ら の 装 置 で は 作 製 で
た,新製品開発における設計評価や試作を合理化する
きない大型製品への対応と試作の迅速化が上げられる。
ため,コンピュータを用いた多くのシミュレーション
大型製品の試作開発を合理化する手法として,実物
1)
技術や試作加工技術が利用されている 。そこで,今
の 大 き さ で デ ザ イ ン の 検 証 を す る た め に , 三 次 元 CG
後,県内企業のデザイン開発での利用が有効と考えら
で作成された製品や空間等の画像を,大型スクリーン
れ る バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ (VR)技 術 や コ ン ピ ュ ー タ
上 で 立 体 視 す る VRシ ス テ ム が 注 目 さ れ て い る 。 ま た ,
マネキン技術に関して,具体的な製品開発での活用を
パーソナルコンピュータの低価格化や高性能化により,
試みたので,その事例を報告する。
低 価 格 の VRシ ス テ ム が 実 現 し て き て お り , 企 業 で の
活用が今後進むと考えられる。
2.内
2.1
容
VR技 術 の 実 証 化 研 究
工 業 試 験 場 で は , 三 次 元 CGや CADデ ー タ か ら 実 物
2.1.1
デザイン開発での応用
平 成 15年 度 か ら 県 内 企 業 , 北 陸 先 端 科 学 技 術 大 学 院
大学と連携して「バーチャルリアリティ技術を利用し
*
繊維生活部
たデザイン開発研究会」を工業試験場が事務局となり,
開催してきた。この研究会では,工作機械,健康機器,
建具,パーティションメーカや建築設計事務所の設計
担 当 者 と VR技 術 の 研 究 者 , 技 術 者 が , 北 陸 先 端 科 学
技 術 大 学 院 大 学 に 設 置 さ れ て い る , 4面 に CG画 像 を 投
影 す る VRシ ス テ ム 「CAVE」(図 1)を 用 い , 企 業 現 場 で
の具体的な活用方法を検討した。
研究会に参加した企業から提供された製品の三次元
CADデ ー タ を 基 に , VRシ ス テ ム で 実 物 と 同 じ 寸 法 で
見えるシミュレーションデータを作成し,各社の製品
や 空 間 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た (図 2)。 そ の 結 果
に 基 づ き , 具 体 的 な 製 品 開 発 で の VR技 術 の 活 用 方 法
について検討を行った。
〈建築物の設計〉
・建築デザインのプレゼンテーション
〈パーティション・建具の開発〉
・製品ショールームとしての利用
これらの結果から,設計担当者は,共同開発者や製
品のユーザ等の他者との間でデザインや設計の確認で
活用できることが実証化できた。また,建築物やパー
ティション,建具等を用いた空間デザインのプレゼン
テ ー シ ョ ン ツ ー ル と し て , VRシ ス テ ム が 有 効 で あ っ
た。一方で,パーティション,建具等のインテリア製
品の開発では,製品に使用する布地,塗装,木材等の
素材感がデザイン開発の重要なポイントとなるため,
実物素材の質感をリアルにシミュレーションする技術
の開発が今後の課題として上げられる。
表1
図1
VRシ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 関 す る 意 見
北 陸 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学 の VRシ ス テ ム
2.2
コンピュータマネキン技術の実証化研究
今日の高齢社会において,安全で快適な生活の重要
図2
建 築 物 の CADデ ー タ (左 )と 設 計 空 間 の シ ミ ュ レ
ー シ ョ ン (右 )
2.1.2
性がますます高まっており,生活者の視点に立った使
いやすい製品を求める声が大きくなっている。また,
デ ザ イ ン 開 発 に お い て は , 設 計 者 が CAD 等 の コ ン ピ
技術利用の検討と課題
研究会での意見交換の中で,各分野での活用方法や
課題毎にまとめた意見を表1に示す。
全 体 的 な 意 見 と し て は , 分 野 を 問 わ ず , VR技 術 に
よる製品試作の短縮化やプレゼンテーションの高度化
が図られ,製品開発の迅速化に繋がることが分かった。
各分野での利用方法を以下に示す。
〈工作機械・健康機器の開発〉
ュータを利用することが一般的となっていることから,
本研究では,人間中心の製品・生活環境づくりに必要
な 設 計 支 援 技 術 の 普 及 を 目 的 と し て , 三 次 元 CAD 上
に 仮 想 的 に 生 成 し た マ ネ キ ン (仮 想 人 間 モ デ ル )を 用 い
て 設 計 支 援 を 行 う 「コ ン ピ ュ ー タ マ ネ キ ン 」技 術 の 実 証
化研究を行った。
2.2.1
衣服での応用
衣服設計におけるデザインプロセスとプレゼンテー
・設計者グループでの基本設計の確認
ションの合理化を図るため,デジタルファッション
・取引先と仕様の打ち合わせ
(株 )と 共 同 で , 仮 想 現 実 空 間 上 で の デ ジ タ ル フ ァ ッ シ
ョ ン シ ョ ー の 作 成 を 行 っ た (図 3)。
こ れ は , 衣 服 設 計 支 援 ソ フ ト 「Dressing Sim」と 三 次
元 CG ソ フ ト 「 Maya 」 を 利 用 し て , 二 次 元 の パ タ ー ン
(図 4)を 三 次 元 の 人 体 モ デ ル に 着 用 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
したものである。服の生地には曲げ剛性や光の反射角
度による光学特性など,素材ごとの風合いを再現する
物理特性が入力されており,実物に近い質感が再現さ
れている。
これらの技術により,設計者はデザインや素材の
違いによる完成イメージを,画面で確認しながら効率
図3
デジタルファッションショー
的にパターン設計していくことができ,ステージやモ
デルの人員配置などに多大な経費を必要とするファッ
ションショーの合理化も可能となる。
し か し , 今 回 の デ ザ イ ン コ ン セ プ ト で あ っ た 「ス カ
ー フ を 結 ぶ 」, 「ギ ャ ザ ー を 寄 せ る 」と い っ た 表 現 を 再
現する為には,高度なプログラミング技術と膨大な作
業 時 間 を 必 要 と す る 為 , 完 全 な CG表 現 の 実 現 ま で に
図4
パターン図
は至らなかった。また,衣服を着用する人間モデルは,
実際の人間の身体寸法とは整合性が低く,より現実的
な衣服設計のための人体モデルの導入が今後の課題で
ある。
そ こ で , こ こ で は 日 本 人 3万 4千 人 の 178箇 所 の 身 体
寸 法 デ ー タ を 蓄 積 し て い る (社 )人 間 生 活 工 学 研 究 セ ン
タ ー の デ ー タ を も と に , (株 )シ ス テ ム ア ン サ ー で 開 発
さ れ た コ ン ピ ュ ー タ マ ネ キ ン 「 QUETE」 を 用 い て , 30
図5
年代別の人体マネキン
代 か ら 80代 ま で の 女 性 の 身 体 寸 法 を 参 考 に し て 仮 想 人
間 モ デ ル の 設 計 を 行 っ た 3 ) 。 図 5で 示 す と お り , 年 代
別の体型の差は明らかであり,特に身長,ウエスト,
ヒップなどに顕著な差があることがわかる。しかし,
既 製 品 の 衣 服 に お い て は 7号 か ら 11号 サ イ ズ を 中 心 に
大別して規格化されており,特に中高年齢者において
は,身体に適合する衣服が少ないのが現状である。
図6
衣服設計用トルソー
ま た , 本 研 究 会 に 参 加 し た 県 内 企 業 17 社 を 対 象 に ,
コンピュータマネキン技術についてのアンケート調査
を 実 施 し た 結 果 , 約 半 数 の 企 業 で は 三 次 元 CAD が 導
入されていない。
そこで本研究では,より実践的な衣料開発支援の
実 現 を 目 指 し , 年 代 別 の マ ネ キ ン デ ー タ を DXF 形 式
( 世 界 標 準 の CADデ ー タ フ ォ ー マ ッ ト ) に 変 換 し , 衣
服 設 計 用 の ト ル ソ ー (人 台 マ ネ キ ン )の 開 発 を 試 み た
(図 6)。 今 後 は こ れ ら の デ ー タ を 基 に , 中 高 年 齢 者 を
対象にした衣服設計用の実物トルソーを開発する予定
である。
図7
開発中の歩行器
想人体モデルの開発が課題である。
3.結
言
本 研 究 で は , VR技 術 を 県 内 企 業 の デ ザ イ ン 開 発 に
利用したことで,試作の合理化とプレゼンテーション
を強力に支援することが可能となった。また,コンピ
ュータマネキン技術を衣服,福祉用具開発に活用する
ことで,設計の合理化とプレゼンテーションへの有効
図8
座位での検証
性 が 実 証 さ れ た 。 図 9に 実 際 の 製 品 開 発 プ ロ セ ス で 実
証した,シミュレーション技術を用いたデザイン開発
2.2.2
福祉機器での応用
手法を示す。
次 に , 工 業 製 品 の 開 発 に お い て , (株 )日 本 ク リ ン エ
今 後 は , 本 研 究 で 得 ら れ た VR, コ ン ピ ュ ー タ マ ネ
ン ジ ン 研 究 所 と 開 発 中 の 歩 行 器 ( 図 7) に コ ン ピ ュ ー
キン技術の適応分野と活用方法の知見を深めるととも
タマネキンを活用し、製品各部の寸法設定と姿勢の変
に , 特 に VR技 術 で 課 題 と な っ た , 素 材 の 質 感 を 高 精
化における適合性のシミュレーションを行った。
細に表現するシミュレーション方法について研究を進
従来の設計は,書籍等の寸法資料を参考に,設計者
め,県内企業の新製品開発を支援していく予定である。
の 知 識 と 経 験 を も と に 行 っ て い た が , 三 次 元 CAD 上
に仮想人間モデルを配置することで,歩行器の各パー
ツの長さや幅,高さ調節の必要性の有無などを容易に
検 討 す る こ と が で き た 。 ま た , 65 歳 以 上 の 高 齢 者 を
「痩 せ て い て 背 が 高 い 」な ど の 体 型 別 に , 6項 目 に 大 別
し て , 立 位 姿 勢 と 座 位 姿 勢 (図 8)に お け る 歩 行 器 の 互
換性を確認することが可能となり,より短時間で人間
の身体寸法に適合する設計を行うことが可能となった。
しかし,従来のマネキンは健常者を対象としており,
歩行器が必要な対象者の身体障害には対応していない。
県内企業を対象にしたコンピュータマネキンの実用化
に対する聞取り調査で最も多かった要望が,障害者や
高齢者を対象とした建築や製品への設計支援であった
図9
シミュレーション技術を用いたデザイン開発手法
が,これらを実現するためには,人体の筋肉や腱,神
謝
経などの機能障害をデータとして集積し,アルゴリズ
辞
ム化する必要がある。現在のコンピュータマネキンで
本研究を遂行するにあたり,御協力を頂きました
は,身体の複雑な機能障害を再現することは困難なこ
VR研 究 会 , コ ン ピ ュ ー タ マ ネ キ ン 研 究 会 , I.Uフ ァ ッ
とから,特に福祉機器のデザイン開発においては,実
ション研究会の皆様に感謝します。
際の被験者テストをもとに評価と改善を行うことが必
参考文献
要である。
今回,コンピュータマネキン技術を活用すること
で,衣服の設計とプレゼンテーションに利用し,歩行
器の設計においては合理化を図ることができた。しか
し,人間の複雑な身体特性を仮想人体モデルで正確に
再現することは困難であり,今後は,人間の自然な身
体動作を再現する為のモーションキャプチャーデータ
や,身体機能障害データ等の基礎データを構築した仮
1) 高 橋 哲 郎 , 志 甫 雅 人 , 松 山 治 彰 . 石 川 県 試 験 場 報
告 .平 成 5年 度 . p13 - 18.
2) 梶 井 紀 孝 , 志 甫 雅 人 , 餘 久 保 優 子 . 石 川 県 試 験 場
報 告 .平 成 15年 度 . p27 - 32.
3) 社 団 法 人
人間生活工学研究センター. 日本人の
人 体 計 測 デ ー タ ー ベ ー ス . 1992-1994.
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