点群データからCADデータの変換について、基礎知識とおすすめソフトを解説
3Dスキャナーは計測物をスキャンして、終わりではありません。
3Dスキャナーから取得できる点群データを3DCADで活用するには、ノイズの除去や取得したデータの合成、サーフェスデータへの変換など、さまざまな工程が必要です。今回は、点群データからCADデータの変換についてや、点群データの活用例、おすすめの変換ソフトなどについて解説します。
点群データとは？
点群データとは、たくさんの点で構成されたデータのことを指します。点群データは、空間座標である（x,y,z）の情報と、場合によっては色の情報を有しており、測量機器の3Dレーザースキャナーや、機械製品の測定に用いるハンディ3Dスキャナーなどからデータを取得できます。
点群データは、物体の表面の細かな形状も記録できるため、地形測量やデジタルアーカイブなどで採用されています。
点群データのメリットは、製品や地形のデータを図面ではなく、デジタルデータで管理できる点にあります。また、空間座標の情報を有していることから、用途に応じてCADや3Dモデリング用のデータに出力できるのもポイントです。
点群データからCADデータの変換の手順
点群データからCADデータに変換するには、さまざまな工程が必要です。ここでは、CADデータの変換の手順について解説します。
点群データを取得する際の3Dスキャナーの使い方については、以下の記事を参考にしてみてください。
<<【参考記事】3Dスキャナーの使い方の完全ガイド！操作方法からデータ補正まで解説
データの合成
3Dスキャナーは、複数箇所からスキャンを行うため、それぞれで取得した点群データはバラバラの状態です。1つのモノとして点群データを扱うには、複数のスキャンデータを合成をする必要があります。
合成の作業は専用ソフトから行います。一般的には、スキャンの際にマーカーを配置しておき、合成の基準点とすることで、精度の高いスキャンを可能にしています。
ノイズの除去
3Dスキャナーで点群データを取得した場合、対象物だけでなく、周りのモノをスキャンしてしまいます。また、手ブレなどによる、ノイズも発生するものです。精度の高い点群データを取得したい場合は、周りのモノやノイズなどの不要なデータを除去しなければなりません。
ノイズを除去するには、専用のソフトにデータを取り込んだあとに編集をして、不要な箇所を削除する必要があります。
メッシュ（ポリゴン）データに変換
メッシュデータは、二次元の三角形が集まって構成されたデータのことで、別名「ポリゴンデータ」とも呼ばれています。
メッシュデータの変換では、点群データの空間座標である点同士を繋ぎ合わせて、スキャンした対象物の形状を形成します。メッシュデータは、三角形の組み合わせでできた形のため、物体の中身はなく、滑らかさもありませんが、モノの形状は把握できる状態です。
メッシュデータは、そのままだと3DCADで編集がしにくいため、ここからサーフェスデータへの変換を行います。
サーフェスデータに変換
サーフェスデータは、メッシュデータと同様に、物体の中身や体積のパラメータがないデータを表します。複数の三角形で構成されているメッシュデータと違い、サーフェスデータは1つの面で形成されています。また、物体の表面を曲線などで滑らかに表現できるのが特徴です。
メッシュからサーフェスデータに変換することで、3DCADで読み込みや編集が行えるようになります。
点群データの活用例
ここでは、点群データがどのような事例で活用されているのかについて解説します。主な活用例は以下の通りです。
- 既存製品のリバースエンジニアリング
- 文化財のデジタルアーカイブ
- 地形測量
- 災害査定
- 工場などの設備配置の検討および保全
いくつかの例をピックアップして詳細を解説します。
既存製品のリバースエンジニアリング
リバースエンジニアリングとは、製造業における既存製品の構造や仕様を、現物から分析・3Dデータ化・図面化・複製などをすることを指します。
点群データは、主に非接触式のハンディ3Dスキャナーで、既存製品の形状を3Dスキャンすることで取得できます。取得した点群データを、CADで図面化や解析などを行うには、ノイズ除去やCAD用データ変換などの工程が必要です。
データを正しく取得し、仕様やデータを管理できていれば、たとえ既存製品が劣化や破損してしまっても、再び生産することができます。また、リバースエンジニアリングした製品の3Dデータや図面を編集して、よりよい製品に改良するといった使い方もされています。下記の記事では実際に、ベンツGクラスをスキャンして、スキャンデータを取得するまでの過程を紹介しています。是非、ご覧ください。
<<【参考記事】ハンディ型3Dスキャナー「TRACKSCAN-P42」で自動車の3Dデータを取得する方法
文化財のデジタルアーカイブ
デジタルアーカイブとは、建築物や美術品などをデータ化して保存することを指します。
損傷や劣化の激しい文化財をデジタルアーカイブ化しておくことで、現物がなくなったあとでも後世に文化財の情報を継承できます。
また、データベースに保存してインターネットから手軽に検索や参照ができるため、学習支援や研究に活用しやすくなるのもポイントです。
文化財のデジタルアーカイブについて知りたい方は、以下の記事で詳しく解説しているので、ぜひチェックしてみてください。
<<【参考記事】文化財のデジタルアーカイブとは？活用事例もご紹介！
地形測量
土木分野では、3Dレーザースキャナーを用いて、点群データを取得し、地形の測量を行っています。
3Dレーザースキャナーが活用される前は、測量をするのに膨大なコストと時間がかかっていましたが、現代ではデジタル技術の進歩やドローンの活用などにより、コスト削減と時間の短縮に寄与しています。
なかには、自治体の地形データや構造物を点群データにして公開している事例もあります。例えば、静岡県富士山南東部・伊豆東部では、地形を点群データで再現した「VIRTUAL SHIZUOKA」をオープンデータとして公開しています。
参考：VIRTUAL SHIZUOKA 静岡県 富士山南東部・伊豆東部 点群データ
CADデータ変換に適した「Geomagic Design X」のご紹介
ここでは、3Dスキャンして得た点群データを、瞬時にCADデータへ変換できるソフト「Geomagic Design X」についてご紹介します。
Geomagic Design Xは、3Dスキャンしたデータを、点群・メッシュ処理、フィーチャー・パラメータの抽出の工程を経て、フィーチャーベースのCADデータに変換できます。メッシュに忠実な曲面を作成できるため、高精度なCADデータの変換を実現します。
対応するCADソフトウェアは、SOLIDWORKSやAUTODESK INVENTORなどと幅広く、直接CADソフトにデータを出力できます。また、スキャンした製品の形状情報だけでなく、フィーチャー履歴やパラメータなどの情報も転送できます。
これらの性能から、Geomagic Design Xは、現物からモノづくりを始めるリバースエンジニアリングなどの用途にぴったりです。ソフトの詳細について知りたい方は、以下のページをチェックしてみてください。
さらに、SCANTECHでは三次元測定サービスおよびリバースエンジニアリングサービスも提供しています。3Dスキャナーを所持していない方でも、ご依頼をいただければ全国どこでも3Dスキャンのサービスをご提供いたします。
ブルーレーザーや赤外線を光源とした3Dスキャナーを使い分けることで、あらゆる製品や環境下でも製品をスキャンできます。いずれも非接触式の3Dスキャナーを用いるため、製品を傷付けずにスキャンが可能です。
取得したスキャンデータにノイズなどが含まれていたら、ノイズ除去をして、データ処理作業を行います。また、お客様がご希望のデータ形式への変換作業も行っていますので、計測物のスキャンからデータ処理までを希望されるお客様は是非、ご利用ください。
点群データに関するよくある質問
最後に、お客様からよくいただく、点群データに関連するご質問について回答いたします。
点群データの作成（3Dスキャン）とデータ処理を依頼したい
SCANTECHでは、現物を3Dスキャンする三次元測定・リバースエンジニアリングサービスを提供しており、あらゆる三次元測定用途に対応しています。
例えば、Revitソフトで扱えるデータを要望される場合はNavisworksを介したり、現場で短時間しか計測作業しかできない場合は現場でのスキャン速度を上げるために、単色でのスキャンも行います。
カラー化したい場合は現場作業終了後にテクスチャーを適用いたします。もし、計測して欲しい計測物があれば、お問い合わせください。
3Dスキャナーで取得したデータを処理するPCの推奨スペックを教えてください
3Dスキャナーは、メーカーや製品によって、推奨しているPCスペックが異なりますが、ハイスペックなノートパソコン(30~50万円台)が求められることが多いです。詳細について知りたい方は、取り扱っているメーカーに直接問い合わせてみましょう。
当社の3Dスキャナーで推奨しているPCスペックについては、以下を参考にしてください。
- CPU：core i7以上
- メモリ：32GB以上
- GPU：GeForce GTX1050Ti以上
CPUは、高スペックなCPUを積むほど、点群からメッシュデータへの変換や、メッシュデータの書き出しの際の速度が速くなります。
メモリは、16GBでも対応できますが、他のソフトを入れると、スキャン中にメモリ不足になるケースもあるので注意が必要です。快適に動作するには32GB以上を推奨します。
まとめ
点群データは、空間座標や色の情報を有する、たくさんの点で構成されたデータのことです。物体の表面形状を測定できる、3Dスキャナーを用いることで、点群データを取得できます。
ただし点群データのままでは、3DCADへの読み込みや編集がしにくいため、メッシュやサーフェスデータへの変換をしなければなりません。また、対象物のデータを正しく取得するためにも、ノイズの除去やデータの合成などの作業が必要です。
SCANTECHでは、点群データからCADデータの変換を瞬時に行えるソフト「Geomagic Design X」を取り扱っています。また、製品の三次元測定やリバースエンジニアリングサービスも提供しているので、興味のある方は、ぜひお気軽にお問い合わせください。