高忠実度のデジタル ツイン仮想モデルの作成は、デジタル ツイン アプリケーションを構築する際の重要な手順の 1 つであり、物理エンティティのジオメトリ、属性、動作、ルールを正確に表現する必要があります。デジタル ツイン モデルは、幾何学的構造の点で物理エンティティと一致している必要があるだけでなく、さらに重要なことに、物理エンティティの時空状態、動作、機能をシミュレートできなければなりません。
1. 3Dデジタルツインモデル
デジタル ツインの分野における 3D デジタル ツイン モデルの適用は、次の側面に分類できます。
3D デジタル ツイン モデルにより、デジタル ツインの精度と忠実度が向上し、仮想世界のデータ モデルが現実世界の物理オブジェクトやシステムの状態や変化をより適切に反映できるようになります。
3D デジタル ツイン モデルは、デジタル ツインの多次元表示とインタラクションをサポートできるため、ユーザーは仮想世界のデータ モデルをさまざまな角度、レベル、スケールから観察および操作できるようになり、ユーザー エクスペリエンスと効率が向上します。
3D デジタル ツイン モデルは、デジタル ツインのクロスドメイン アプリケーションとイノベーションを促進し、さまざまな業界、さまざまなシナリオ、さまざまなニーズが仮想世界でデータ モデルを共有および統合して、協調的なイノベーションと価値向上を実現できるようにします。
実際のデジタル ツイン プロジェクトの提供では、通常、3D デジタル モデルに対して次の要件があり、注意する必要があります。
精度。モデルは、物理的エンティティまたはシステムの構造、特性、方法、動作、および環境との相互作用を正確に反映できる必要があります。さらに、さまざまなレベルや目標の分析とシミュレーションの要件を満たすのに十分な詳細と精度を備えています。
標準化。統一された仕様と形式に従うことで、異なるプラットフォームやシステム間での 3D デジタル モデルの共有と交換が容易になります。後の段階でのモデル資産の変更と更新を容易にするために、モデルは優れた読みやすさ、理解力、拡張性を備えている必要があります。
軽量。このモデルでは、操作効率を向上させ、リソースを節約するために、データと計算の量を可能な限り削減する必要があります。冗長で無関係な情報を削除し、モデルの核となる機能を維持するには、適切な抽象化と単純化の方法を採用する必要があります。
視覚化。モデルは、ユーザーが観察、理解、操作できるように、グラフィック、画像、アニメーションなどを通じて直感的に表示できる必要があります。さまざまなシナリオでのモデルの表示と変換のニーズを満たすために、複数の表示角度とスケールの切り替えをサポートします。
提供されたデジタル ツイン プロジェクトが B/S アーキテクチャである場合、効率的で高品質のデジタル ツイン シナリオを実現するには、通常、主に次のようなモデルのサイズ、形式、品質の要件に注意を払う必要があります。
モデルのサイズ。モデルのサイズは読み込みとレンダリングの速度を決定します。モデルが大きすぎると、ネットワーク転送とメモリ使用量が増加し、ユーザー エクスペリエンスに影響します。したがって、モデルを適切に圧縮して最適化し、データ量と複雑さを軽減する必要があります。
モデルの形式。モデルの形式によって互換性と機能が決まり、形式が異なれば特性、長所、短所も異なります。一般的に、WEB 側のビジュアライゼーション シーンでは、GLTF、FBX、OBJ など、アニメーション、テクスチャ、マテリアル、その他の属性をサポートする形式を選択する必要があります。同時に、ブラウザーがさまざまな形式をサポートしていることを考慮し、現在の環境とニーズに最も適した形式を選択することも必要です。
モデルの品質。モデルの品質は視覚効果と現実感を決定し、品質が低すぎたり高すぎたりすると、ユーザー エクスペリエンスに影響します。品質が低すぎると、モデルの歪み、粗さ、不自然さが発生し、品質が高すぎると、過度のレンダリング圧力、カクつき、遅延が発生します。したがって、ターゲットの解像度やデバイスの性能に応じてモデルを適切に細分化または簡略化し、適切なスケールと形状を維持する必要があります。
2. モデルデータの収集と加工
プロジェクト構築の初期段階で、開発者はモデル データを包括的に収集および処理して、デジタル ツイン シナリオを作成するための強固なデータ基盤を構築する必要があります。科学技術の絶え間ない進歩と社会ニーズの変化に伴い、測量・地図技術も常に発展・革新を続けており、主な技術動向は以下の通りです。
精度、インテリジェンス、統合。トータルステーション、GPS受信機、デジタル航空カメラなどの測量・地図作成機器や機器の継続的なアップグレードと、コンピュータ、ネットワーク、人工知能などの情報技術の広範な応用により、現場測量はますます重要になっています。マッピング技術は、より高い精度と効率を実現すると同時に、複数のデータ収集方法と複数のデータ処理方法の有機的な組み合わせと相乗効果を実現します。
マルチソース、マルチスケール、多次元。リモートセンシング衛星、ドローン、ライダーなどの新しいデータ収集プラットフォームやセンサーの出現と開発、ビッグデータやクラウドコンピューティングなどの新しいデータ管理および分析技術の推進と応用により、現場測量やマッピング技術は、さまざまな角度、レベル、スケールで表現および表示できる、より豊富で包括的な、よりリアルタイムの地理空間情報を取得できます。
1) 手作業による測量と地図作成
実際のデジタル ツイン プロジェクトでは、手動の測量とマッピングには通常、一眼レフ カメラ、携帯電話、360 パノラマ機器、および手動の写真収集担当者が必要です。手作業による測量と地図収集のプロセスでは、事前に測量と地図作成のルートを計画し、整然と歩き、基本的なロジックに従い、最初に空間全体の位置を特定し、次に局所的に詳細を撮影する必要があります。単純な単一モデル本体の場合は、手動による測量とマッピングの方が柔軟性が高く、費用対効果が高くなります。大規模なデジタル ツイン シーンの構築では、手動による測量とマッピングは通常推奨されません。
手動による測量とマッピングは通常、次の手順に分割できます。
① 測量・地図作成の内容、範囲、精度を決定し、測量・地図作成の計画と方法を策定する。
②三脚、水準器、セオドライト、レーザー求心装置、トータルステーション、水準器、ノギスなど、適切な測量・地図作成ツールや機器を選択します。
③ 現場で測量と地図作成を実施し、水平角、鉛直角、高低差などの関連データ情報を指定された形式と要件に従って記録または入力します。
④ 測量・地図化したデータを確認・整理・保存し、誤ったデータや重複したデータを削除・修正し、データの完全性と正確性を確保する。
⑤さまざまな目的やニーズに応じて、調査データを分析、処理、適用し、計算方法、グラフィックツール、または専門的なソフトウェアを使用してデータを処理、表示、または報告します。
2) 斜め撮影
斜め写真測量とは、同一ドローンに搭載されたレンズカメラで垂直、斜めなど複数の角度から画像データを収集し、完全かつ正確なテクスチャデータや位置情報を取得することを指します。斜め撮影データ取得では、1台で垂直画像を取得し、他の4台で前後左右の4方向から地上物体の側面画像を同時に取得します。カメラの傾斜角は40°から60°の間であり、地面オブジェクトの側面の輪郭とテクスチャ情報をより完全に取得できます。
斜め撮影技術は 3D モデリングのコストを大幅に削減し、従来の 3D モデリング技術の欠点を補うことができるため、大規模なシーンの 3D モデリングにおける重要な選択肢の 1 つです。
斜め撮影技術には主に次のような技術的利点があります。
1つは高解像度です。チルト撮影雲台は低高度航空機に搭載されており、センチメートルレベルの高解像度の垂直および斜め画像を取得できます。
第二に、地上オブジェクトの豊富なテクスチャ情報を取得できます。斜め撮影では、複数の異なる角度から画像を収集するため、地物側面のよりリアルで豊富なテクスチャ情報を取得でき、正投影画像では地物の上面のテクスチャしか取得できないという欠点を補えます。
3つ目は、3Dモデルを効率的に構築できることです。垂直画像と斜め画像の全自動共同空間暗号化により、テクスチャ マッピングを完全に自動化し、手動介入なしで 3D モデルを構築できます。画像から構築されるリアル3Dシーンは、物体の正確な地理的位置座標情報を持っているだけでなく、目立つ屋根や外壁などの物体の細部の特徴や、地形・地形などの微細な特徴も精緻に表現します。
しかし、斜め写真技術にも一定の制限があります。斜方撮影技術は可視光を用いて測定するため、気象条件への要求が高く、植生が密集した地形には無力であり、小さな物体のモデリング能力も不十分です。
3) レーザーレーダーマッピング
Lidar計測技術は、もともと欧米の先進国が開発し実用化した新興技術であり、レーザー測距システム、全地球測位システム（GPS）、慣性航法システム（INS）の3つの技術を統合したものです。 3 次元空間情報のリアルタイム取得は、高空間解像度の地理空間情報を取得するための新しい技術手段を提供するものであり、現在最も高度な測量および地図作成技術の 1 つです。
LiDAR 測量およびマッピング技術には、主に次の技術的な利点があります。
1 つは、デジタル標高モデルを迅速に取得できることです。レーザー点群データは、レーザー レーダー技術において最も直接的なデータであり、点群データの密度と精度は比較的高く、点の 3 次元座標枠を迅速かつ明確に表示できます。手動による代替操作または自動操作を通じて、人々を地上の植物や建物、その他の地形オブジェクトに放射する点群を均一に分類、フィルタリング、またはクリアし、三角測量ネットワーク TIN を構築して時間内に DEM を取得できます。レーザー ポイントの密度が非常に高く、その数も比較的多いため、DEM の生成はより便利で正確です。
2 つ目は高度な自動化です。飛行設計からデータ取得、最終データ処理に至るまで、自動化の度合いは非常に高いです。GPS技術による飛行軌跡のリアルタイム表示。ミスショットはなくなり、ヒューマンエラーも回避されます。
第三に、情報へのアクセスは機密性が高いものです。リモートセンシング画像やレーダー画像の解像度よりも小さな物標情報の取得や、植生越しの地上点データの取得が可能です。
第 4 に、センサーの動作条件が制限されます。主にアクティブ測定を採用し、レーザーパルスを自ら発光および受信し、光と影に制限されずに密集した植生を地面まで直接貫通することができ、得られたデジタル標高モデルは実際の地表形状に近く、天候の影響を受けにくい。
3. 共通3Dモデリングソフト
1）ブレンダー
Blender は、アメリカの PTC 社が開発したデジタル ツイン ソフトウェアで、物理世界のエンティティをデジタル モデルに変換し、デジタル環境でシミュレーションや分析を実行できます。Blender は、ユーザーがデジタル ツイン モデルを簡単に作成、編集、管理できるようにするビジュアル インターフェイスを提供します。Blender は、CAD、PLM、IoT データのほか、さまざまなセンサーやデバイスのデータなど、さまざまなデータ形式もサポートしています。
2）バーチャル/3DMAX
Maya/3DMAX は、主に 3D アニメーション、モデリング、シミュレーション、レンダリングに使用されるデジタル コンテンツ作成ソフトウェアです。デジタル ツインの分野では、仮想ツインを確立するために使用できます。
3） Substance 3Dペインター
SP は、Adobe が所有するプロフェッショナルな 3D デジタル ペイント ソフトウェアで、強力な機能を備え、最も革新的で使いやすい 3D プロッタとして認識されており、ゲームや映画の制作だけでなく、製品デザイン、ファッション、建築現場でも広く使用されています。Substance 3D Painter は、デジタル ツインでテクスチャ ペイントを最初から提供できるため、3D アセットのテクスチャの作成がこれまでより簡単になります。
4. 手動モデリング
デジタル ツインの分野では、手動モデリングはデジタル モデルを構築するために一般的に使用される手法であり、エンジニアが製品の設計、製造、運用に関する情報をより深く理解し習得し、製品と改善をより適切に最適化するのに役立ちます。実際のデジタル ツイン プロジェクトでは、手動モデリングは技術者によって最も一般的に使用されるモデリング方法でもあり、さまざまなデジタル ツイン シナリオのニーズに柔軟に適応し、プロジェクトの要件に応じて柔軟に変更および反復でき、視覚化と対話が容易になります。デジタルツイン 操作性やパフォーマンスもさらに有利に。
手動モデル作成に基づくデジタル ツイン モデリング手法には、主に次の主要なテクノロジが含まれます。
データの収集と処理には、斜め写真などの手法が使用されます。BIM モデルがサポートされていない場合は、斜め写真、人工写真収集、レーザー点群などを使用してモデル データを収集および処理する必要があります。
BIMモデルの軽量処理フロー。既存のBIMモデルの場合、実際のプロジェクトにおけるBIMモデルの運用効率を向上させるために、元のBIMモデルデータに対してクリーニング、減面、圧縮などの操作を行う必要があり、BIMモデルの軽量化処理プロセスでは。
デジタル ツイン モデルを手動で再構築します。手動収集が不可能で BIM モデルのサポートがない場合は、Blender などのソフトウェアを使用してモデルを手動で再構築し、既存の確立された知識や専門家の経験を使用してモデルの作成プロセスと効果を管理する必要があります。
1) 斜め写真モデルデータ処理
斜め写真の処理：
通常は、航空写真データや航空写真ビデオなどの現実的な参照に基づいて、ツイン シーンの地形関係と組み合わせて、斜め写真処理ソフトウェアの使用を選択します。斜め写真モデルに対して、データの位置合わせやモデルのトリミングなどの一連の操作を行います。斜め写真の誤った部分や品質が不十分な部分を修正したり、他のモデル共通フォーマットに直接変換したりできます。そのため、斜め写真はプロジェクトのニーズを満たす正しいコンテンツ部分を提示します。
斜め写真の最適化:
通常、斜め写真のトップレベルの量を再構築し、異なる量でタイル レベルの複数のレイヤーを確立する必要があります。ツインシーンにおける斜め撮影の読み込み速度の遅さと読み込みフリーズに対処します。
斜め写真の公開：
加工・最適化された斜め写真をプラットフォーム暗号化を通じて公式プラットフォームクラウドにアップロードします。斜位写真をローカルにダウンロードする必要はなく、ツインシーン内の URL を直接リンクすることで、クラウド上の斜位写真をオンラインでリアルタイムに読み込むことができます。
斜め写真の読み込みスキーム:
デジタルツインアプリケーションが異なるネットワーク環境（イントラネットとパブリックネットワーク）に面している場合、斜め写真の負荷条件を満たすために、OSGB、3Dタイル、および斜め写真のURL形式を変換する必要があります。同時に、斜め写真をローカルに読み込む方法を使用すると、斜め写真の読み込み速度をある程度向上させることができます。
2) PBRモデリングプロセス
PBR (物理ベース レンダリング) プロセスは実際には非常に複雑な概念であり、その基本概念は、実際の物理学と照明を扱う一連の複雑なレンダラと、実際のマテリアル パラメータの標準化された表現を使用する一連のテクスチャの組み合わせです。本質的に、PBR はテクスチャの作成とレンダリング作業のための全体的なシステムであり、ツールやエンジンが異なれば、実装効果も異なります (通常、レンダラー モデルとテクスチャの入力タイプを指します)。
時代の発展に伴い、次世代技術であるPBRプロセスも普及してきました。ゲーム業界やデジタルツイン業界では、本来の伝統的なプロセスから徐々にPBRプロセスへ移行しつつあり、例えば次世代ゲーム/3Aゲームとは、次世代PBRプロセスで作られたゲームのことを指します。変更の主な理由は、PBR プロセスの材料効果が本物の効果に近いだけでなく、生産効率も従来のプロセスよりもはるかに速いためです。
従来の製法とPBR製法に関わらず、最も基本的な中型、上位型、下位型とその焼き付け工程の製造工程とその効果を分析・比較したものです。同じだ。
従来のプロセス: まず、ハイモデルとローモデルをベイクしてノーマル (ノーマル) と AO を取得し、次にノーマルと AO を通じて CAVITY テクスチャを転送し、次に PS で AO を乗算し、CAVITY を重ね合わせモードに調整する必要があります。オブジェクトの一般的なカラー ブロックを区別します。
PBR プロセス: PBR プロセスで得られる最終テクスチャは、AO、ノーマル、メタルネス、ラフネスの 4 つのテクスチャです。従来のプロセスと比較して、PBR プロセスでは AO の重ね合わせが削除され、光と影のない固定の AO マップのみが得られます。通常のベーキング プロセスは従来のプロセスと一致しています。追加された金属性は、黒または白の金属の金属性を制御するために使用されます。白は金属、黒は非金属です。粗さは、材料の粗さを制御するために使用されます。 、これも白黒です。制御するには、白くて粗く、暗くて滑らかになります。さらに、PBRプロセスで3Dテクスチャマッピングソフトウェアを使用すると、ソフトウェアの計算を通じて傷、塗料の落下、汚れなどをシミュレートできるため、制作がより便利になり、効果がより現実的になります。
実際のデジタル ツイン プロジェクトの実施プロセスでは、PBR モデリング プロセスは次のステップとして要約できます。
①モデリングソフトで中間モデル、つまり基本的な三次元モデルを作成します。
②モデリングソフトウェアで高解像度モデルを彫刻し、ディテールやテクスチャーを備えた高精度モデルを生成します。
③モデリングソフトウェアでローポリモデルをトポロジー化して、最適化されたグリッドと分割UV座標を備えたローポリゴンモデルを形成します。
④ 3D テクスチャ マッピング ソフトウェアでテクスチャをベイクし、ハイモード情報をローモードに投影して法線マップ、環境光オクルージョン マップなどを生成します。
⑤ 3D テクスチャ マッピング ソフトウェアでマテリアルを描画し、スペキュラー マップ、ラフネス マップ、メタリック マップなどのマテリアル マップを作成します。
⑥Blenderなどのソフトウェアでレンダリングするには、光源や環境を設定し、パラメータやエフェクトを調整し、最後にエクスポートする必要があります。
3) BIMモデルの軽量化処理
BIM (Building Information Modeling) は、エンジニアリング建設分野における CAD に続く第 2 のデジタル革命であり、建設業界の生産組織と管理方法に大きな影響を与えました。BIM の核心は、建築エンジニアリングの仮想 3 次元モデルを確立し、デジタル技術を使用して、実際の状況と一致したこのモデルの完全な建築エンジニアリング情報ライブラリを提供することです。情報ベースには、幾何学的情報、専門的属性、建築コンポーネントを記述する状態情報だけでなく、非コンポーネント オブジェクト (空間や動作の動作など) の状態情報も含まれます。BIM技術に基づいて、建物設備のさまざまな情報をモデル要素上に統合して、建物のデジタルツインを構築できます。
デジタル ツイン プロジェクトの提供において、BIM モデルの軽量化とは主に、実際の BIM モデルの操作を改善するために、元の BIM モデル データをクリーンアップ、縮小、圧縮することによってモデルのサイズと複雑さを軽減することを指します。効率が向上し、コンピュータや携帯電話などの端末での表示や対話に適したものになります。デジタル ツイン モデラーは、Blender またはその他のモデリング ソフトウェアを使用して BIM モデルを軽量化できます。一般的な操作は次のとおりです。
ブレンド シェイプまたはブレンド シェイプ (BlendShape) 関数を使用して、複数のシェイプを変形チェーンに結合することで、モデルの頂点とポリゴンの数を減らすことができます。
ポリゴン削減またはメッシュ単純化 (PolygonReduction / MeshSimplification) ツールを使用して、特定の基準としきい値に従って不要な頂点と面を自動的または手動で削除またはマージします。
マップまたはマテリアル (テクスチャ/マテリアル) を使用して、テクスチャ マップ、法線マップなどの複雑な幾何学的詳細を置き換えます。
具体的には、一般的な BIM モデル アプリケーション ソフトウェアと形式には、AutoCAD (.dwg/.dxf/.dwt/.dws)、Sketchup (.skp/.skb)、AutodeskRevit (.rte/.rvt/.rfa)、SOLIDWORKS 待機などがあります。軽量処理の後、BIM モデルを一般的な形式の FBX、OBJ、または datasmith にエクスポートし、さらに滑らかにするために Blender または UE にインポートする必要があります。
BIM モデルを軽量化するプロセスにおいて、モデラーは次の問題に注意を払う必要があります。
UV レベルの要件とルール:
UV の重複やずれを避けるために、UV 座標系の一貫性を維持する必要があります。
適切な UV 展開方法を使用して、モデルの形状やテクスチャの特性に応じて最適な展開方法を選択します。
効率的な UV パッケージング ツールを使用して、複数のモデルまたはマテリアルの UV を同じテクスチャ空間にパックし、テクスチャの数とメモリ使用量を削減します。
シームレス タイリングや 3 方向投影などのテクニックを使用して、明らかな継ぎ目や伸縮などのテクスチャの問題を回避します。
UV は空白領域を最小限に抑え、テクスチャの使用率と品質を向上させる必要があります。
UV ブロックが大きすぎたり小さすぎたりしないように、モデルの複雑さと詳細に従って UV を合理的に分割およびグループ化する必要があります。
次の図は例を示しています。独立したテクスチャを作成する場合は、上記の UV レベルの要件に従ってください。タイリング テクスチャを作成する場合は、可能な限りテクスチャ レベルの要件に従ってください (詳細については、次のテクスチャ レベルを参照してください)ケースの内訳）テクスチャレベルの要件とルール
：
適切なテクスチャ形式を選択し、さまざまなプラットフォームやニーズに応じて最適な圧縮率と解像度を選択します。
テクスチャの数とサイズを制御し、不要なテクスチャを最小限に抑え、複数のテクスチャを同じ画像にパックします。
可逆圧縮ツールまたは非可逆圧縮ツールを使用してテクスチャを圧縮し、ファイル サイズとメモリ使用量を削減します。
効率的な UV アンラッピングおよびパッキング ツールを使用して、UV の重なりや位置ずれなどの問題を回避し、テクスチャの使用率を向上させます。
軽量レベルの要件とルール:
適切な表面縮小ツールを選択し、さまざまなモデル形式と要件に従って最適化されたアルゴリズムとパラメーターを選択します。
モデルの整合性とトポロジを維持してモデルの損傷や変形などの問題を回避し、モデルの重要な機能や詳細を保持してモデルの歪みや品質の低下などの問題を回避します。
効率的なデータ圧縮と転送技術を使用して、モデルのデータ量と読み込み時間をさらに削減します。
モデルの軽量化処理では、通常、モデル表面削減ツールを使用した表面削減最適化処理が選択され、処理完了後は、Blender などのソフトウェアにインポートされ、さらなる最適化とライン管理が行われます。対応できない機種については、再配線モデリングが必要となります。
5. プロシージャルモデリング
デジタルツインやメタバース関連分野の急速な発展に伴い、3Dモデルの需要が急増しており、時間と労力を要する手作業によるモデリングでは急増するモデル需要に対応できなくなっています。このような現象に対応して、高効率かつ高品質なプロシージャルモデリング手法の開発が推進されています。プロシージャルモデリングとは、コンピュータグラフィックスの原理に従ってモデル生成のルールを定め、プログラムを使ってモデルやテクスチャを作成することを指し、モデラーはパラメータを調整することで多様性と柔軟性を持ったモデルを迅速に生成することができ、モデリングの効率が大幅に向上します。
プログラマティック モデリングは、主に 3 つの段階に分けることができます。第 1 段階は、生成するモデルをさまざまなコンポーネントまたはモジュールに分割するモジュラー モデリング、第 2 段階は、さまざまなコンポーネントのパラメーターを調整する独立変数モデリングです。長さ、幅、高さによって多数のバリアントが生成されるため、その後の組み合わせやマッチングでより豊富な結果が得られます。第 3 段階では、特定のルールに従ってコンポーネントを組み合わせて配置し、モデルを生成します。
従来のモデリング手法と比較して、プロシージャル モデリングの利点は、さまざまなモデル結果を迅速に生成できるだけでなく、ゲーム エンジンと接続することで効率的な制作パイプラインを形成できることです。実稼働パイプラインの場合、再利用性と編集性の機能により、プロシージャル モデリングのエラー許容率が高くなり、反復作業が大幅に削減されます。
現在、プログラマティック モデリングを使用したデジタル ツイン アプリケーションは非常に一般的であり、Blender、Adobe Substance 3D、CityEngine などの 3D モデリング ソフトウェアは、モデラーがプログラマティック モデリングを迅速に実現するのに便利な視覚的な操作インターフェイスを開始し、特別な焦点を当てています。プロシージャルモデリング用ソフトウェア Houdini をベースにしたこれらのツールは、モデラーに非常に便利です。このセクションでは、Houdini と CityEngine という 2 つのプロシージャル モデリング手法を紹介します。
1）フーディーニ
Houdini はもともと特殊効果やアニメーション映画の制作用に設計されており、その独自の手続き型生成テクノロジーにより高品質の 3D モデルや特殊効果を迅速に作成でき、映画業界に革新的なツールを提供します。テクノロジーの継続的な開発と改善に伴い、Houdini の応用分野はゲーム開発、仮想現実、デジタルツインなどのさまざまな分野に徐々に拡大してきました。
Houdini のプロシージャル モデリングの核心は、3D コンテンツの制作プロセスをプログラムの生成プロセスに変換し、プログラムの調整と修正を通じて 3D コンテンツの正確な制御を実現することです。従来の手動モデリング手法と比較して、Houdini のプロシージャル生成テクノロジーは、さまざまな複雑な 3D モデル、アニメーション、特殊効果を迅速に生成でき、高い柔軟性とプログラム可能性を備えています。高品質のモデル コンテンツを作成するための効率的で高速なカスタマイズ可能なソリューションを提供するだけでなく、デジタル ツイン、工業デザイン、建築ビジュアライゼーションなどの分野に対する強力なサポートも提供します。
Houdini には次の技術機能があり、技術者が高品質のデジタル ツイン モデルを迅速に作成するのに役立ちます。
パラメトリックモデリング。Houdini のプロシージャル モデリングの重要な機能は、パラメータを使用してモデリング プロセスのさまざまな属性を制御できるパラメトリック モデリングです。これにより、高速で柔軟なモデリングが実現します。この手法により、モデリングの効率が大幅に向上すると同時に、技術者が簡単に変更および調整できるようになります。
データフロープログラミング。データ フロー プログラミングは、プログラムをデータ ストリームのセットとみなして、各データ ストリームがデータのセットまたは操作のセットを表すプログラミング パラダイムであり、Houdini の手続き型生成テクノロジはこの考えに基づいています。データと演算を一連のノードとして捉え、ノード間の入出力を接続することで複雑なプログラムロジックや生成処理を実現します。
非線形プロセス制御。プロシージャルモデリングの中核はプロセスの制御であり、Houdini は「ノードネットワーク」という非線形かつ視覚的なプロセス制御手法を提供します。ノード グラフを使用すると、技術者はいつでもさまざまな段階でノードを追加、削除、調整してモデリング プロセスを柔軟に制御できると同時に、反復とデバッグがより便利になります。
組み込みの幾何学的操作とアルゴリズム。Houdini には、ブール演算、細分割、変形、最適化など、一般的に使用される多くの幾何学的操作とアルゴリズムが組み込まれています。これらの操作とアルゴリズムは、技術者が複雑な幾何学的操作やモデリング タスクを迅速に完了するのに役立ちます。
Houdini プロシージャル モデリング テクノロジーは、非常に高い柔軟性、再現性、視覚化、効率性を備えています。これらの利点により、技術者はプロジェクトのニーズや変更に適応し、モデルの生産効率と品質を向上させ、創造性と革新により集中できるようになります。
デジタル ツインの分野では、Houdini テクノロジーの適用により、メーカーはデジタル ツイン シーンの生産効率と品質を向上させ、シーン モデリング、データ取得、シーン シミュレーションなどの問題を解決できます。
大規模なシーンのモデリング
デジタル ツインの分野では、現実世界のオブジェクトやシーンのデジタル モデリングが必要ですが、これには通常、多くの時間と労力がかかります。手続き型生成テクノロジを使用すると、スクリプトを作成してモデリング プロセスを自動化し、シーン モデリングを大幅に高速化できます。
都市の建物シーンの生成。Houdini の手続き型生成を使用すると、非常にリアルな都市シーンをすばやく作成できます。シンプルなパラメータ制御により、計画基準を満たす都市景観を迅速に生成できます。さらに、Houdini は、都市の道路システムや建物などの要素のプログラマビリティを実現し、さまざまなフラクタル アルゴリズムや L システム アルゴリズムを使用したり、GIS データに基づいたりすることで、都市シーンを自動的に生成することもできます。
生み出される自然環境。Houdini の手続き型生成を使用すると、アーティストや技術者はリアルな自然環境のシーンを迅速に作成できます。L システムやフラクタル アルゴリズムなどの手法を使用することで、Houdini は木や植生を自動的に生成し、それらにリアルなマテリアルやテクスチャを割り当てることができます。さらに、Houdini の手続き型生成を使用して、地形、川、湖などの自然景観要素を作成することもできます。
高精度のデータ収集
デジタルツインの分野では、レーザースキャナーやその他のデバイスを使用した点群データの収集など、現実世界のオブジェクトやシーンの高精度なデータ収集が必要です。プログラムによる生成テクノロジーを使用すると、収集されたデータを迅速かつ正確に処理し、最適化できます。
効率的なシミュレーション
デジタルツインの分野では、機械的な動きや流体の動きなど、さまざまな物理現象をシミュレートする必要があります。手続き型生成テクノロジーを使用すると、スクリプトを記述するだけでさまざまな複雑なシミュレーション シナリオを迅速に生成できるため、シミュレーションの効率と精度が大幅に向上します。
効率的なデータ管理
デジタル ツインには通常、シーン データ、テクスチャ データ、モデル データなどを含む大量のデータのストレージと管理が必要です。これらのデータの量は通常非常に大きく、特定のストレージと管理機能が必要です。Houdini の手続き型生成テクノロジーは、効率的なデータ ノードとキャッシュ メカニズムを通じてこれらのデータを管理し、データの読み取りと処理の効率を向上させることができます。
2）シティエンジン
CityEngine は、コードベースの手続き型アプローチを使用して 3D 都市モデルを効率的に生成するソフトウェアです。当初は都市計画、建築、ビジュアライゼーション、ゲーム開発、エンターテイメント、GIS、考古学、文化遺産などの分野で使用されていました。
CityEngine は 3D モデリング ソフトウェアとして、GIS データと統合できる特徴があり、編集ツール、ファサード テクスチャ、レポートとダッシュボードの生成、3D モデルの作成などの使いやすい機能を提供します。複数形式のインポートとエクスポートをサポートし、OBJ、Collada (DAE)、DXF などのデータ互換性が優れています。これらの独自の機能により、従来のモデリング技術よりも短時間で、大規模でインタラクティブな没入型の都市環境を作成できます。特に、実際の地理情報システム (GIS) データに基づいて現実に適合した都市モデルを生成できるため、デジタル都市における大規模都市モデルのニーズを満たし、ツイン シーン モデリングの効率が大幅に向上します。
CityEngine の最大の特徴は、ネットワーク上の GIS データを使用して、ShapeFile ファイルに基づいて建物の輪郭、建物の高さ、建物のファサード マテリアルを含む都市クラスターや都市道路網の線を生成できることです。また、DEMデータレベルの画像データを通じて建物の輪郭に合わせた地形保証を生成できるため、生成されたモデルの精度がより保証されます。同時に、CityEngine にはルール ファイルが存在するため、ユーザーは生成された建物の形状、種類、テクスチャをグローバル レベルで自由に調整できるため、ロジックを維持しながらシーン モデリングの効率が向上します。
さらに、CityEngine には都市計画機能もあり、都市レイアウトを迅速に作成および変更し、道路、街区、区画などの要素に基づいて調整を行うことができます。CityEngine はバッチ モデリング機能もサポートしており、CGA ルール ファイルを複数の区画に適用して建築モデルのバッチ生成を実現できます。