3Dモデルの作成方法

2021年 6月 21日
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3Dモデルは、至る所に存在します。それらは私達が目にする全ての物理的なオブジェクトの背後に存在し、様々な業界で広く使用されています。こちらのガイドでは、最も一般的な3Dモデリング方法について説明いたします。モデルを1から設計する方法から、3Dスキャナを使用して物理的なオブジェクトをデジタル化する方法まで、全て明らかにしていきます。

方法
パラメトリックモデリング、ポリゴンモデリング、デジタルスカルプティング、3Dスキャン、写真測量
ソフトウェア
Blender、Autodesk Maya、ZBrush、SOLIDWORKS、Artec Studio
マーケットプレイス
マーケットプレイス

前置き

自分がどれだけの3Dモデルに囲まれて生きているなんて、考えたことがないという方は、これから日常の見慣れた環境を全く新しい視点で見ることになるでしょう。3Dモデルは、テレビや映画、アニメ、コマーシャル、ビデオゲーム、ソーシャルメディア、モバイルアプリ、そしてVRなどで使用されています。しかし、それらは画面に表示される単なる仮想オブジェクトではありません。あなたが手にしているカップや机の上のペン、あなたの車、そしてあなたが今座っている椅子はどうでしょう?あなたが想像できる現代の物理的な物体の多くもまた、3Dモデルからできています。

しかし、これらのモデルは一体どのように作成されたのでしょうか?

この記事では、3Dモデリングの作成プロセスの基本について説明し、CADやポリゴンモデリングから3Dスキャンまで、3Dモデルを作成する最も一般的な方法を見ていきます。また、最も一般的なモデリングソフトウェアについても説明していく中で、モデルを1から設計したり、3Dスキャナを使用する上でのヒントも共有いたします。

それでは始めましょう!まず始めに...

3Dモデルとは何ですか?

3Dモデル用ソフトウェアに表示された機械部品の3Dモデル

コンピュータグラフィックスの世界では、3Dモデルとは専用のソフトウェアで作成されたサーフェスまたはオブジェクトのデジタル表現です。それは、三角形や線、曲面などの様々な幾何学的エンティティによって接続された3D空間内の点群を使用して物体を表します。場合によっては、3Dモデルでオブジェクトのサイズや形状、テクスチャを示すことができます。こういった表現を作成するプロセスが、3Dモデリングと呼ばれます。

3Dモデルはどこで、どのように使用されますか?

3Dモデルは、多くのクリエイティブなお仕事の一部となっています。エンジニアやデザイナー達は、3Dモデルを設計プロセスの一部として使用し、新製品の開発をしたり、既存の製品を再設計したりします。建築家は、従来の建築モデルを作成する代わりに、または作成することに加えて、建物や風景、インテリアを視覚的にデモンストレーションするために3Dモデルを作成します。

ゲームデザイナーは、コンソールやコンピューター、モバイルゲーム用の3Dアセットとキャラクターを作成する方法として、3Dモデルを広く使用しています。

オーストリアの俳優ピーター・シモニスチェク(Peter Simonischek)氏が自身の3Dスキャンを元に3Dプリントされた本人そっくりの像をチェックしている様子

そして映画製作業者は、特殊効果やキャラクター、そしてアニメーションや実写映画のさまざまなオブジェクトに3Dモデルを起用しています。

医療業界では、3Dモデルを利用して、体の解剖学的構造を視覚化させ、プロテーゼや装具、歯科インプラントなどのカスタム医療ソリューションを作成したり、整形外科の結果を視覚化させたりします。

ティラノサウルス・レックスの足の保存に3Dスキャナを利用している様子

科学や教育部門では、歴史的および考古学的な部品の保存から、化合物や地質モデル、およびその他多くのものの視覚化まで、さまざまな方法で3Dモデルを利用しています。

3Dモデルを作成する2つの主な方法

3Dモデルを作成する方法はいくつかありますが、そのほとんどは2つの基本的な方法に要約できます。1つは、3Dモデリングソフトウェアでモデルを作成する方法です。そしてもう1つは、3Dスキャナを使用して実世界からオブジェクトを取得し、それをデジタルモデルに変換させる方法です。両方の方法の長所と短所を考慮して、どちらの方法があなたがお望みのタスクに最適なのか判断できる方法を学びましょう。

方法①: 3Dモデリング

新製品のプロトタイプに取り組んでいる工業デザイナー

3Dモデルを作成する最初の方法は、専用の3Dモデリングソフトウェアを使用して1から始めることです。この方法は、エンジニアや工業デザイナー、建築家、CGIアーティストなど、さまざまな業界の専門家達によって広く使用されています。

キーポイント:

まだ作成されたことのない、全く新しいものを設計したい場合、3Dモデリングは想像力を駆使してアイデアを実現するのに最適な方法であると言えます。

この方法の優れている点は、まだこの世に実在していないものを作りだせるようにしてくれる点です。例えば車の新しいコンポーネントや、ビデオゲーム用のファンタジー世界の生き物などといった、まったくユニークなものなどです。また、既存のものでスキャンができないものも、この方法が適しています。

例えば、あなたのいる場所から遠く離れた場所にある、世界的に有名な建物のモデルが必要となった場合、その建物の場所まで移動して3Dスキャンを行うよりも、写真やビデオなどの参考資料を基にして、3Dモデルを1から作成する方がはるかに簡単ですし、費用対効果が高くなります(ちなみにそれが歴史的建造物だった場合、そこまで足を運んでスキャンすることは大変困難になるケースが多いです)。また、今まで作成されたことのない、全く新しいものを設計したい場合、3Dモデリングは想像力を思い切り駆使してアイデアを実現させるのに最適な方法であると言えます。

モデルを1から設計するにあたり、さまざまな3Dモデリングの技術とモデリングソフトウェアがあります。作成するオブジェクトがどんなものなのか、また、どんなアプリケーション用なのかによって、異なるオプションが必要になります。

パラメトリックモデリング

パラメトリック3DモデリングまたはCAD(コンピュータ支援設計)は、エンジニアやデザイナーが部品やアセンブリの現実的なコンピュータモデルを構築するために一番よく使用する方法です。現代において私たちが日常的に使用するほぼすべての製品は、3DCADモデルを基に作成されたものです。

CADソフトウェアでの3Dモデルの設計

この方法を使用すると、デザイナーは実際の物理的オブジェクトと全く同じパラメータ(材料や重量、サイズ、光学パラメータ、または物理的パラメータなど)を持つオブジェクトの3Dモデルを作成することができます。できあがったモデルは3D印刷したり、CNCや複雑なシミュレーションに利用することも可能です。例えば、パーツがどのように組み合わされるかを確認するために、パーツのアセンブリを作成することができます。また、パーツに加えられた力にどのように反応するかをテストしたり、流体はパーツをどのように流れるのかを検証したり、シミュレーションを介してパーツがどのように製造されるのかを評価したりすることもできます。

ポリゴンモデリング

このモデリング手法は、今まであなたが見てきた沢山のSF映画や、プレイをしてきたほとんどのビデオゲームで重宝されたものです。ポリゴンモデルは、アーティストが3Dメッシュを構築するために修正する、フラットな2次元形状、または三角形か四角形のポリゴンで構成されています。CADモデリングとは異なり、この手法は測定ではなくコンセプトが元になっています。アニメーションやビデオゲームスタジオは、ポリゴンモデリングを使用して映画やゲームのキャラクターから、武器や鎧、車両、または仮想世界全体などのさまざまな3Dアセットまで、あらゆるものを設計します。

車のポリゴンメッシュモデル

デジタルスカルプティング

この方法は、ゲームやアニメーション映画を取り扱う3Dアーティストも採用しており、有機的で滑らかな形状の非常に現実的なオブジェクトを作成する場合に最適です。また、これはデザインやスケッチ、3Dプリントのプロトタイプモデルの作成にも使用されます。このプロセスは、粘土や石などの天然素材を使って彫刻を行うのと非常によく似ています。ブラシのようなスカルプティング用ツールを使用することで、オブジェクトのポリゴンメッシュを操作したり、ジオメトリのさまざまな部分を押したり引いたり、ねじったり、または有機的な構造に似せるためにジオメトリを追加したりもできます。デジタルスカルプティングには、ポリゴンモデリングよりもさらに芸術的なスキルが必要となり、細心の注意と時間が求められます。そのため多くの場合、これら2つの方法は一緒に利用されます。最初にオブジェクトがモデル化されてから、それが3Dスカルプターに送られ、それに詳細が施されて最終的な形状になります。

デジタルスカルプティングソフトウェアでテレビ番組のキャラクターをデザインしている様子

どちらの方法を採用するにしても、3Dモデルの作成に必要なすべてのツールを備えた、適切なモデリングソフトウェアを選択することが重要です。

初心者にベストな3Dモデリングソフトウェア

3Dモデリングを始めたばかりで、それに最適なソフトウェアを探している方のために、きっと役に立つ推奨事項があります。

とりあえずまず一番に、Blenderをお試しください。それは無料であることに加えて、たくさんのチュートリアルと強力なコミュニティが付いてきますので、 初心者用ソフトウェアとしては非常に理想的です。このオープンソースの3Dコンピュータグラフィックスソフトウェアは、視覚効果から3Dモデルの印刷、インタラクティブアプリケーション、そしてビデオゲームまで、あらゆるものに適しています。

プロフェッショナルや上級ユーザーの場合は、後処理でそれぞれのステップに特別な機能を備えたソフトウェアプログラムの方が最適な場合があります。略してMayaと呼ばれる、Autodesk Mayaをチェックしてみてください。高度なレベルでカスタマイズが可能なユーザーインターフェイスにより、このソフトウェアはビデオゲーム業界だけでなく、3Dモデルや3Dアニメーションの業界でも人気があります。こちらは有料バージョンを購入する前に、1か月間無料で試してみることもできます。

Zbrushに表示されたドラゴンの3Dモデル

その他には、3ds Maxを試してみるのもよいでしょう。こちらも1か月のトライアルが可能です。キャラクターモデリングやアニメーション、そしてスキャンしたアイテムを本物そっくりにレンダリングするアプリケーションに特化したこの3ds Maxは、スピードと使いやすさに優れています。

デジタルスカルプティング用ソフトウェアをお探しならば、是非ZBrushをお試しください。ZBrushは、大量のポリゴンを含むモデルを処理できる機能で最もよく知られており、Artec Studioと組み合わせると非常に良いです。また、類似の代用としては、3D-CoatまたはAutodesk Mudboxが良いでしょう。

CADモデリングソフトウェアをお探しの場合は、機械設計ソフトウェアの業界でスタンダードなSOLIDWORKSをご検討ください。SOLIDWORKSは、エンジニアやデザイナーが部品やアセンブリのモデリングに使用するもので、シミュレーション機能や図面やアセンブリの作成ツールが搭載されています。他に考慮すべきCADソフトウェアは、AutoCAD、Fusion 360、またはRhinocerosが挙げられます。

これらのオプションは、多くのスタジオで使用されるスタンダードなソフトウェアですので、3Dモデルを作成する際には、前記のいずれかを使用することになるでしょう。

方法②: 3Dスキャン

構造化光3Dスキャナを使用して行っている、内燃エンジン用クランクシャフトの3Dスキャン

3Dモデルを作成する2つ目の方法は、スキャンです。モデルを1から設計できるCADやポリゴンモデリングとは異なり、この方法では3Dスキャナの利用で実際のオブジェクトや人、または環境の正確なデジタルコピーの作成ができます。この方法は単独で使用できますが、多くの場合、既存のモデル作成用ワークフローへ追加されることが多いです。例えば、再設計や検査用に後でCADソフトウェアにアップロードされるものをスキャンをしたり、後でさらに修正と編集をするためにポリゴンモデリングまたはスカルプティングソフトウェアにアップロードされるものをスキャンするケースなどがあります。

キーポイント:

モデルを1から設計できるポリゴンモデリングとは異なり、3Dスキャンでは、実際のオブジェクトや人、または環境の正確なデジタルコピーの作成ができます。この方法は単独でも使用できますが、多くの場合、既存のモデル作成用ワークフローへ追加されることが多いです。

3Dスキャンのプロセスは、スキャナに搭載されているテクノロジーによって異なります。3Dスキャナには、構造化光3Dスキャナや、三角測量式レーザスキャナ、タイムオブフライト(TOF)レーザースキャナなどがあります。現在の一部のスマートフォンやタブレットは、3Dで世界を見ることができる組み込みもしくはアドオンセンサーのおかげで、スキャナとしても使用できます。しかし使用するテクノロジーと関係なく、3Dスキャナの最終結果は同じです。最終的には、CADからリバースエンジニアリング、品質検査から遺産保存、またはCGIなど、さまざまな分野で使用できる実際のオブジェクトの3Dモデルになります。

ここで、3Dスキャンを従来の3Dモデルと組み合わせて使用する方法の例をいくつか見てみましょう。

CAD用の3Dスキャン

3Dスキャンの利用方法の1つは、分析やリバースエンジニアリングをしたり、もとのCADモデルやスケッチと比べて欠陥や逸脱がないか検査する必要のあるオブジェクトの正確な幾何学的情報をキャプチャすることです。これは、製品の元々の3Dまたは2DCADファイルにアクセスできない場合に特に便利になります。モデルを1から作成するのに何時間も費やす代わりに、モデルをただスキャンして、数分で画面に表示できるのです。3Dスキャンは従来のモデリング手法やCMMなどの接触を要する測定手法を使用するよりも高速であるだけでなく、より正確になります。

ターンテーブルと3Dスキャナを使用して、リバースエンジニアリング用に機械部品をスキャンしている様子

3Dスキャナは、オブジェクトを3Dで複製する機能に加えて、従来のモデリングでは不可能だったカスタムソリューションを作成することもできます。たとえば、医師や医療専門家は3Dスキャンを使用して、患者の脊椎スキャンに基づくカスタムの車椅子やソール、又は義足など、個々の身体のパラメータに基づいて、患者向けのソリューションを設計します。

ポリゴンモデリングとスカルプティングのための3Dスキャン

3Dスキャナは、ポリゴンモデリングやスカルプティングでは常に可能になるとは限らない、高度なフォトリアリズムを実現させたい場合にも頼りになるツールです。スポーツゲームを専門とする多くのゲームスタジオは、3Dスキャナを使用して有名なアスリートの顔をスキャンし、その3Dキャラクターが可能な限り現実的に見えるようにします。映画スタジオは、武器や乗り物等の本物そっくりな3Dアセット のデザインが必要な際や、実在する俳優に似せたキャラクター. の作成が必要な際に3Dスキャナを利用します。それらをゼロからデザインして何時間も費やす代わりに、すでに実在するオブジェクトや人をスキャナでスキャンをして、そのモデルを彼らのお気に入りの3Dデザインソフトウェアにアップロードさせて、さらにそれを編集することで作業を簡易化させます。

DスキャナでスキャンしたFPS(ファーストパーソン・シューティングゲーム)のキャラクターの3Dモデルを編集している様子

写真測量

一部の専門家達は、場合によって3Dスキャンと3Dモデリングに加えて、それとまた別のモデリング方法である写真測量を活用します。この方法は、割と3Dスキャンに近い側面があります。というのも、写真測量とは、1台または複数のカメラで写真をいくらか撮り、それらをすべてつなぎ合わせることで、現実世界に存在するものの3Dモデルを作成するものだからです。

全身の3Dスキャン用のマルチカメラ写真測量リグの例

しかし、このプロセスは3Dスキャンと比較すると、すべての側面からオブジェクトをキャプチャするにあたって何百というショットが必要になるため、より時間がかかります。また、3Dスキャナのようにリアルタイムでモデルを構築しないため、問題が発生したかどうかを即確認したり、その問題の箇所をスキャンの現場で訂正することもできません。

写真測量を使用する主な利点は、非常に高品質のテクスチャでオブジェクトを再現できることです。その品質のレベルは、ほとんどの3Dスキャナよりも優れています。ただしこの方法の欠点は、正確性にやや欠けることです。テクスチャとジオメトリの両方の面で最高の結果を得るには、3Dスキャナと写真測量を組み合わせて使用することをお勧めします。

3Dモデルを保存および販売するためのマーケットプレイス

3Dモデルが完成したら、それの使用および共有方法は複数あります。ご自身またはご自身の会社のみで使用するモデルを作成している場合は、そのモデルをPCに保存するか、Dropboxなどのファイル共有サービスにアップロードすることができます。しかし、そのモデルと互換性のある3Dソフトウェアを持っていない人とそれを共有して見せたい場合には、モデルの保存ができるだけでなく、他の人もそれが見れたり、ダウンロードできたりするウェブサイトにアップロードすることをお勧めします。

3Dモデルを保存および販売するためのウェブサイトは多く存在します。SketchfabやKraken by Turbosquidのように、プライベートとパブリックの両方で表示ができる、独自のモデルコレクションを作成できるものもあります。例えばSketchfabでは、モデルをそのままアップロードするだけでなく、照明やその他のパラメータを調整してからその埋め込みコードを取得して、YouTube動画やツイッターと同じようにウェブサイトに投稿したりできます。

SketchfabやTurbosquid、CGTrader、そしてQuixelなどの一部のプラットフォームでは、3Dモデルを保存できるだけでなく、それを気に入っていただいた方に販売することもできます。UnityやUnreal Engineなどのゲームエンジンには、ゲームの開発者が彼らのゲーム用に3Dアセットを購入できる、それ専用の3Dモデルマーケットプレイスがあります。

Autodeskなどの、最も人気のある3Dモデリングおよび設計ソフトウェアを利用する開発者は、それらのソフトウェアから直接3Dモデルをアップロードすることができるウェブサイトに、モデルを展示できる彼ら独自のページを持っています。同様に、Artec Studioのような3Dスキャンソフトウェアでも同じことが可能です。最終的に出来上がった3Dモデルは、それと互換性のある3DビューアであるViewShapeにエクスポートができます。

結論

ご覧いただいたように、3Dモデルを作成するには様々な方法があります。実在しないものや、全く新しいものをモデリングする場合には、3Dモデリングソフトウェアでデザインすることをお勧めします。しかし、既に実在するものをモデル化する場合は、3Dスキャンをご検討ください。その場合、時間と労力を節約できるだけでなく、従来のモデリングツールでは達成できなかった、正確性の高い結果を得ることができます。

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