Chapter1

モデリングをするための準備【本章のポイント】
本書では、数多くの課題をこなすことで、さまざまな形状を自由自在に作れるようになることを目指すとともに、作成した部品のバリエーションなどを簡単に作成できるようになることを目指している。その中でも、本章では、一つひとつのパーツを作成する上での、基本的で最低限、身につけておくべき基礎知識について述べる。「作業平面」、「拘束」、そして「フィーチャ」とこの 3 つによってできあがる形状の関係が頭に入れば、どんな形状の作成も編集も容易になる。

（1）モデリングのプロセス：パラメトリックモデリングかダイレクトモデリングか
3 次元 CAD には、そのモデリングのやり方から 2 種類のものが存在する。一つが従来から、ヒストリベースのパラメトリックモデリングと呼ばれるもので、もう一つがノンヒストリのダイレクトモデリングと呼ばれるものだ。ダイレクトモデリングも、エクスプリシッ
トモデリング等、ベンダーごとにさまざまな名称がついており、厳密に言えば中で使用されているテクノロジーは異なるが、ことユーザにとってみれば操作的には同類ということで、ここではすべてダイレクトモデリングという名称で統一する。
パラメトリック CAD というのは、簡単にいうと CAD における形状の情報が、単に空間的な情報だけを持っているのではなく、寸法を始めとするさまざまな拘束条件を持っており、そのため寸法を変更するだけで、形状を変えることができたり、さまざまな形状変更をしても CAD のほうで折り合いをつけて形状を成立させてくれる。ヒストリベースというのは、これらの CAD の場合、通常、スケッチを描く、フィーチャを使って立体を作る、また別のスケッチをする……という一連の操作が「履歴」という形で残っている。この特徴をうまく使えば、おおもとのスケッチを変更するだけで、簡単に最終形状を変更することができる一方で、下手な手順で形状を作成してしまうと、予想もしないような変形が生じたり、場合によっては形状が破綻してしまい変更が不可能になる場合もある。したがって、モデリングにはある程度の構想を持ってから臨む必要がある面倒さがあるが、一方でしっかりと組み立てられた形状であれば、その後のバリエーションの作成が容易になるな
ど、非常に便利な点も多く、現在の主要な 3 次元 CAD は、ほとんどこのタイプのものである。
もっとも、スケッチをしてそれを押し出しや回転などのフィーチャで形状を作成するという手順には、それほど違いがあるわけではない。違いが出てくるのはその後に形状を変更する場合である。基本的にヒストリベースであれば、例えばボスの位置を移動するのに、スケッチを動かすのに対して、ダイレクトモデリングであれば、形状そのものを動かすということになる。この形状を直接動かすということができるので、特に設計の初期段階で頻繁に形状をいじるときにはダイレクトモデリングほうが楽だ、と考えられる。
ただ、現実には主要な CAD の場合には、ユーザの利便性も考えてダイレクトモデリン
グの CAD でなくても、形状の編集のときにはかなりダイレクトモデリングライクの編集が で き る よ う に な っ て い る。 下 記 に、SolidWorks（ 左 ） と Solid Edge SynchronousTechnology（右）の簡単な違いを見てみる。Solid Edge の場合には、従来の履歴ベースのモデリングと、シンクロナステクノロジーによるダイレクトなモデリングを混ぜてのモデリングが可能だが、ここではシンクロナスのモードのみで作業する。どちらの場合にも、スケッチの際に寸法拘束はつけていない（図 1−1）。

8Chapter1 ▶ モデリングをするための準備

図 1−1

パラメトリックとダイレクトのモデルの編集
パラメトリック

ダイレクト

同じように作成された 2 本の円柱がある台を作成

右側の円柱のみを移動。どちらも操作としては、円柱を直接動かすという形である。

どちらも同じように片方の円柱のみを移動

これはごく簡単な形状の例であるが、ダイレクトモデリングの CAD でなくても、操作性については、それほど違いのないところまで来ていると言ってもよい。
ただし、やはり違いはある。例えば、ヒストリベースのCADの場合にはあくまでもフィーチャベースでの操作となる。例えば、今回の円柱は、どちらの CAD でも２つの円のスケッチを一つのフィーチャで円柱にしている。そのような場合に違いが出る。

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図 1−2

パラメトリックとダイレクトの操作の違い
パラメトリック

ダイレクト

パラメトリックではフィーチャ単位だがダイレクトモデリングでは目的の形状のみ編集可能

SolidWorksの場合には、左側の円柱だけを短くしたかったのだが、結果的に両方短くなってしまった。しかし、Solid Edge の場合には、片方だけを短くすることも可能である。このような違い出るのは、Solid Edge Synchronous Technology の場合には、あくまでも形状を触っているのだが、Solid Works の場合には、あくまでもフィーチャ単位での操作となるのだ。スケッチをわけない限りは、両方いっしょに高さが変わる。だから、特にヒストリベースのパラメトリック CAD の場合には、色々と書き込んだ一つのスケッチから、１フィーチャで形状を作ってしまうと変更の際に融通がきかないということも起こりうる（図 1−2）。
いずれにしても、一般的な操作ではどちらのシステムを使っていてもそれほど大きな違いが気にならないようになってきている。ただ、自分がどのようなシステムを使っているかで、このような違いがある、ということだけは覚えておこう。
（2）常に拘束を意識しよう
３次元のモデリングソフトといってもさまざまなものがあるが、３次元の CG ソフトと特にモデリングの考え方や、操作性を考えたときに最も違いが出てくるのが「拘束」というものだ。拘束とは作成した形状の間に「幾何」的な条件を設定したり、あるいは「寸法」を定義することで、その形状全体を規定していく。これらを適切に設定することで例えば、便利にバリエーションを作成することなどが可能になるが、逆に不適切に設定していると、例えばある寸法を変更したときに、別のところに予想外の変形が発生したり、あるいはまったく変更できなかったりすることもあるので、拘束というものを意識しながら、形状を作成していくことが重要だ。ここでは、ある形状を作成したときに定義した条件を例に説明する。
拘束の例

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Chapter1 ▶ モデリングをするための準備

図 1− 3 さまざまな拘束の例

図 1−3 の数字で示されているうちの①、②、⑥、⑦、⑨が寸法拘束である。②は二重の円のうちの外側の円の直径が 70 mm に設定してあるということである。たとえ、全体の形状がどのように変更されようとも、常にこの円の直径は 70 mm に保たれるということである。逆の言い方をすると、円の直径を変えたければ、この数字をいじればよいということだ。①は外側の円と内側の円の半径の差は常に 10 mm に保たれるということである。例えば外側の円の直径を 50 mm にすれば、内側の円の直径は 30 mm になる。ただし、内側の円の直径が 0 mm 以下になるような無理な変形を加えれば、当たり前だがその変形はなりたたないということになる。これらの寸法拘束は、もちろん⑦や⑨のように例えばある中点から線分の端点とか、あるいは線分そのものの長さを規定して使うこともできる。大事なのは、これを変更しては大きな問題がある、ここからさまざまな形状の定義を始めるというものに適用することである。これは単に長さを示しているだけではなくて、実際に形状の変更を動かすことになる「駆動寸法」であるということである。⑥は、円の中心と下の中心の距離を定義している。この数値を変更することで円の高さを調整することができる。
③の線の上に○がのっかっているようなマークは、2 つの線分が接線連続的につながっているということである。例えば、③の場合には、下から斜めにきている直線が円に対して接線連続的に交わるようにつながっているということだ。⑩の T 字のようなマークは、それらが交わっていることを示している。これらの拘束条件のマークを見ることで、スケッチした形状が適切につながっているのかどうかということがわかる。不審な挙動があった
ときに、よくよくスケッチを見てみると、適切な幾何拘束が定義されていなくて、また大11

きく拡大してみたら意図したように接触していないということがある。
④はこの 2 つの円が常に同心円であるという関係付けである。これらの関係を崩したくない場合には定義すべき拘束である。⑤はその線分がスケッチしている面の座標系の中でX 方向から見て垂直である、また⑪ではその線分が水平であることを示している。また⑧は縦の参照線と横の実線が直角な関係であることを示している。例えば、実線を傾ければ、参照線の斜めの線も傾いて、直角な関係を維持することになる。もちろん、他の拘束条件も存在するのであくまでも、他の拘束条件との兼ね合いも含めて、「成り立てば」という条件付きではあるが。
それでは、このように拘束条件をつけておくと、どのようなことが可能になるのかを簡単に説明する。例えば、今回のスケッチからどのような形状を作ったのかというと、図 1−4 のような形状である。
図 1− 4 図 1-3 のスケッチから作成した形状

厳密に言えば、図 1−3 のスケッチから図 1−5 の左図のものが完成し、その上で右図のようにリブを、リブフィーチャを使用して作成している。その際に、リブは常に円筒の中点から下の板の端につながるように拘束をつけている。
図 1− 5 拘束条件をつけてリブを作成

それでは、この形状を少し変更してみよう。わかりやすいように、いくつかの寸法を合わせて表示する。図 1−3 のとおり下の板の部分と円筒の中心の距離は、150mm である。
この距離だけを変更してあとの部分はまったく変更しないという条件で形状を変えてみよ12