CAE

<ボクセル可視化ソフト>

# 2000年3月9日 # No.547 # ハッピー #
旭エレクトロニクスさんが,3次元のボクセルデータを可視化するシステムを発売するというニュースがありました。
医療機器や非破壊検査用機器などから得たボクセルデータを毎秒30画面の速度で3次元表示できて、3次元流体解析の可視化にも有効とか。
ピクセル=2次元の次は、ボクセル=3次元で指数関数的に解像度が増えていくんでしょうね。
表示用プログラムの開発環境と,C言語のライブラリやサンプルプログラムがついて約300万円だそうです。商品名はインターグラフです。
pro mechanica初心者さん、可視化だけで300万円。医療用機器と考えると高くはないのでしょうね。　

#そのうち、デジカメも複眼式立体デジカメになったりして。

# 2000年3月9日 # No.549 # pro mechanica初心者 #
ハッピーさんのご紹介のあったボクセルの可視化ソフトは非常に魅力的
だと思います。
　僕らの扱う医用画像(CT,MRI)は2次元的にはpixel(512*512)データーですが、FEMのモデリングとなるとこのpixelが厚みを持ってboxelとなり、もし
このソフトによって直接医用画像のデーターを直接FEMソフトへ持ってこれる
ようになれば非常に魅力的な物であると思います。
　又、逆にOptishape等で最適化等を行った後にも有効に使用できるとなると
尚、魅力的かと思います。
　しかし、医用機器は確かに高価で2年程前に医用画像を保存する各社で特殊
なMOが本体数十万円等と言われた事もありました。
　なかなか、少ない予算で実験をしている我々には手のでない物が多いですね。

# 2000年3月10日 # No.551 # ハッピー #
ボクセル可視化ソフトの名前をインターグラフと書きましたが、これは誤りでした。
正確には、
<<インターグラフ Zx10 ViZual Workstation with VolumePro>>
で、インターグラフのNTマシン,ボリューム表示アクセラレータ「VolumePro 500」
を搭載したものだそうです。
(編集担当：Happy 2002/04/21)

<OPTISHAPE>

# 2000年3月2日 # No.537 # DMS #
私のOPTISHAPEの説明が悪かったので訂正させて頂きます。
OPTISHAPEはソルバーなので、他にメッシャーや解析結果を表示するプリ・ポストプロセッサが必要です。
プリ・ポストはFEMAPやI-DEAS等に対応しており、必ずボクセル要素でないとダメなわけではないです。私の説明が不十分でした。申し訳ありません。
扱える要素は普通の線形構造解析に使うものなら殆ど揃っていたと記憶しています。
OPTISHAPEの機能は位相最適化と形状最適化があります。
理論的な難しいところは分からないのですが、私の理解しているイメージだと、位相最適化はひずみの大きいところが痩せていって、最終的に思いもよらない形になったりするもので、形状最適化はひずみの多いところの肉(要素)を増やし、ひずみが少ないところは削るみたいです。
(詳しい方のフォローをお願いします)

私はボクセルは使わずに、FEMAPで生成したテトラ要素を使って解析をやりましたがその時の使用感はこんな感じです
・OPTISHAPEへの設定は全てプリプロセッサ(私の場合はFEMAP)で出来るので簡単な操作で結果が得られる。
・テトラ要素で形状最適化を行うと、削られた要素の所為で表面がささくれ立ち要素を細かくしないと傾向が掴み難い。
・位相最適化は自分では想像していなかった形になって(有機的なデザイン)一見の　価値はあり。機械加工では難しい場合が多いけど.....

以上OPTISHAPE使っていた期間が短い所為で簡単なことしか書き込めませんが御参考までに。
OPTISHAPEについての詳細は(株)くいんとさんのHPをご覧になって下さい。
http://www.quint.co.jp/jp/index.html

# 2000年3月3日 # No.538 # ハッピー #
>OPTISHAPEについての詳細は(株)くいんとさんのHPをご覧になって下さい。
>http://www.quint.co.jp/jp/index.html
byDMSさん

くいんとさんのHP、紹介頂き有り難うございました。ボクセル法のメッシュ生成ソフトも開発しておられるようで何と、「1億要素が5分で出来る」と。Duffyさんに紹介頂いた
コロセウムの世界ですね。要素番号を記憶するだけで、4byte×1億=400MB!!
オドロキです。既にこういう超々大規模解析を企業で行っておられる方っておられます?

# 2000年3月4日 # No.539 # ハッピー #
>テトラ要素で形状最適化を行うと、削られた要素の所為で表面がささくれ立ち
>要素を細かくしないと傾向が掴み難い。
byDMSさん。

「ささくれ立ち」季節柄、非常に良く分かる表現で。
勝手に想像すると、初期形状で解析して歪みエネルギー密度の分布を求めて、その密度が小さい要素を削っていくのでは?
まぁ、判定指標が歪みエネルヒー密度でないにしても何らかの物理量の分布に基づいてしきい値を設けて要素の取捨選択をしている
ような。
だとすると、私が過去ログ「No.498」に書いた等高面のロジックを使えば、ささくれ立たない滑らかな形状を得る事が出来るはずです。
私の等高面はシェル要素で表現しているので立体として認識可能ですから。
この際、3歩手前のOptishapeを作ってみようかな.

# 2000年3月4日 # No.540 # ハッピー #
>OPTISHAPEの機能は位相最適化と形状最適化があります。
byDMSさん

ボクセルにしろ、テトラにしろ位相最適化を行って得られた凸凹メッシュから、自由曲面を生成し3次元CADに形状を渡す、というか戻す機能はOptishapeにはないのでしょうか?
せっかく得られた「近似(∵凸凹ですから)最適形状」を設計形状にデジタル・フィードバックできずに、得られた有機的なメッシュを眺めながら、3次元CADを修正するなんてアナログ&マニュアル手順を踏むのは甚だ疑問ですし。

或いは、設計者にどこに部材を配置すべきかというヒントを与えるのが目的というかその程度の精度ということなのでしょうかね。

# 2000年3月15日 # No.565 # ハッピー #
Optishapeの例題の結果を頂いたので、早速、自作等高面コンターにかけて見ると..
ボクセルのモザイク形状?から、滑らかなOptiなshapeが浮かび
上がってきました。(モザイクが粗いので多少のゴツゴツ有り)
例題は2次元だったので、厚み方向に押し出して3次元化してのトライです。
面は、3角パッチつまりSTLと同じなので、3次元CADに渡せるかも。
やっぱりOptishapeっていうんだったら、ここまでやらないとねぇ。
(編集担当：Happy 2002/04/21)

<ボクセル法と最適化>

# 2000年2月27日 # No.527 # ハッピー #
多くの自由曲面からなる複雑な形状のものを解析する手法として「ボクセル法」というのが注目されているようですね。
(先に紹介した「有限要素法における材料モデリング」テキストにも「イメージベース解析法」として触れられています)
対象を極めて小さな立方体要素でサイコロ状に分割する「力技」と言えるでしょう。
デジタルAVで解像度を「画素数」で表しますが、この場合は要素サイズが3次元的なイメージ解像度を表しているようなもの。数100万は超えようかという目もくらむようなメッシュが使われていますが、これってどういう目的の解析で使うんでしょう?
少なくとも表面が凸凹なので応力集中部の強度評価には使えないような気がしますし。
複合材料、コンクリートなどのマクロな特性を評価するのなら分かるんですが、前に見た自動車のエンジンブロックのボクセルメッシュは何をするのか良く分かりません.
(#熱伝導解析を考えた場合、伝熱面の面積が曲面→凸凹面で食い違ってしまいますよね?)
ボクセル法を使っておられる方がおられたら、その有り難味を教えていただけませんでしょうか?
同テキストを読んでいると、CAEのキーワードの一つは「ミクロとマクロの融合」の様に感じますね。材料の多様化、複雑化に対応するには、まだまだ計算機のパワーアップが必要のようですね。

# 2000年2月29日 # No.529 # DMS #
以前(株)くいんとさんのご厚意でOPTISHAPE(メッシャーにボクセル法を用いた最適構造設計ソフト)を貸して頂いたことがあります。
その時に営業の方から伺った説明によると.....

>ようなメッシュが使われていますが、これってどういう目的の解析で使うんでしょう?
>少なくとも表面が凸凹なので応力集中部の強度評価には使えないような気がしますし。
中略
>前に見た自動車のエンジンブロックのボクセルメッシュは何をするのか良く分かりません.

エンジンブロックはMRIみたいなもので断面写真を連続して取り、ボクセル要素で補完(?)したのだと思います。拙い説明ですいません。
他に私が見たことがあるのは大腿骨です。これも大腿骨の断面写真を連続して撮って、解析モデルを完成させるそうです。このようにボクセルメッシュが威力を発揮するのは、(図面の無い)現物から解析モデルを作成する時だそうです。
ボクセル法で作った解析モデルは厳密に解析するには不十分ですが、形状の最適化のように傾向を掴むには十分だそうです。それと形状最適化のように要素を減らしていく場合、テトラ要素よりもボクセル要素の方が適している(見た目がスッキリ)ようです。

(株)くいんとさんはCAEの分野では純国産のソフトを提供する数少ないところなので注目しています。

# 2002年2月29日 # No.530 # ハッピー #
>また、構造強度面ではそれ以上に興味を引くのがボクセル法で、塊の中からあるべき姿を
>浮かび上がらせてくれる面白さはあると思います。当面購入する予定もありませんが、

>解析モデルを完成させるそうです。このようにボクセルメッシュが威力を発揮するのは、
>(図面の無い)現物から解析モデルを作成する時だそうです。
byDMSさん
ボクセル法って、Delauny法、マップトメッシュ、Paverメッシュなどと並ぶメッシュ生成のアプローチ一つだと思っています。
その適用分野として、OPTISHAPEのような最適設計や、断層写真からのモデル生成があるんでしょうね。
でも、あのガタガタメッシュは、どうも馴染み難いです。
それに、熱伝導解析が必須のうちの場合、表面積が実物と食い違うのはマズイし。

>家電メーカーで活用されている企業から見せていただいたこともあります。
>*ハッピーさんへ個別でよかったらその企業を紹介しますが、、、
技報とか講演論文がありましたら、ご紹介いただけますか?

# 2000年2月29日 # No.533 # pro mechanica初心者 #
ボクセル法の事が話題になっているようですが、僕の研究分野である
バイオメカニクスの分野では、先にDMSさんのご指摘があったように、
海外からの大腿骨・人工関節の応力解析で報告があるようです。
　又、僕の不確かな記憶では昨年、関西の某大学のバイオメカニクスに
関する報告でボクセル法が用いられていたと記憶しています。
　彼らが言うには骨の物性は場所によって異なり(CT値と相関する)、
オリジナル?のプログラムを介するとエレメントごとの物性を入力し、
解析するには適している(?)とのようです。
　Optishapeはボクセル法を用いたソフトなんですね。
　Optishape・ボクセル法に関してもう少し色々知りたいのですが、情報が
ありましたら教えて下さい。　

# 2000年3月1日 # No.534 # ハッピー #
>　ボクセル法の事が話題になっているようですが、僕の研究分野である
>バイオメカニクスの分野では、先にDMSさんのご指摘があったように、
>海外からの大腿骨・人工関節の応力解析で報告があるようです。
あの形をモデル化するにはうってつけでしょうね。
Optishapeで未来の生活を仮定して骨の最適設計解析をすれば、人間の進化が予測できるかも?
(編集担当：Happy 2002/04/21)