パラメトリック編集による照明デザイン支援ツールの提案
Development of lighting Design Simulator using Parametric Method○川角 典弘*1，稲田 優史*2，中尾 俊祐*3
Norihiro Kawasumi＊1, Yushi Inada＊2 and Shunsuke Nakao＊3*1 和歌山大学システム工学部システム工学科

講師

工博

Lecturer, Department of System Engineering, Wakayama University, Ph.D.
*2 和歌山大学大学院デザイン科学クラスタ

院生

Student, Graduate School of System Engineering, Wakayama University*3 凸版印刷株式会社

修士(工学)TOPPAN Printing co., ltd., M. Eng.
キーワード：CG シミュレーション;デザインサイクル;照明;対話的モデリング

Keywords: CG Simulation; Design Cycle; Lighting; interactive modeling.

1. 研究背景

3DCAD/CG ツールによるデザイン検討は，建築やプロダクト設計分野で一般的に利用されているが，デザイン初期の試行錯誤的な形状生成段階で十分に活用されているとは言えない。その理由として，一般的に複数のコマンドを組み合わせ，イメージした形状を作り出すモデリ
ング手順が煩雑，多様なアイデアを具体化，検証，再考するデザイン思考サイクルを短時間で効率的に回すことができないためと考えられる。本研究では，パラメトリ
Fig. 1 再帰的なデザイン検討モデルのイメージック編集機能を備えたデザイン形状支援システムの開発を行い，デザイン初学者による造形支援とヒューリステ
ィックなデザイン検証プロセスの有用性について考察す

3 照明デザイン事例の形状分析

る。研究対象は，形状と陰影双方の検討が必要な照明器

照明器具デザインのランプシェードの形状には様々な具（ランプシェード）とし，基本的な造形行為のカテゴ意匠があり，デザインの特徴を決定する。ここではウェ

リとワークフローモデルを構築した。提案したシステム

ブで検索した事例とデザイン実習で製作した学生作品計

環境では，ランプシェードの形状生成，編集と加工，リ84 例の整理を行った。その結果，基本形状と変形操作はアルタイムのレンダリングで陰影の見え方を確認，再帰Table 1 にまとめられた。
（Table 1）

的にデザイン案の見直しを行うシームレスなプロセスを実現する。最後に提案ツールと汎用 3DCAD ツールによTable 1 ランプシェードの基本形状と変形操作るデザイン検討の比較実験でデザインの発散と収束のプ

基本形状
三角四角
角五角
柱六角
多角四角
角
錐
多角
角球
円柱
円錐
球
自由形状

ロセスを円滑に支援できるかどうかを検証する。
2. 研究背景

多角形

本研究では，図形思考に基づいた再帰的な形状検討を行う支援環境を Fig 1 のように構成する。
（Fig 1）CAD/CG
ツールは設計者の想起するイメージを具象化するたびに新たなモデルの新規作成や編集が行われ，モデルの再定義が必要である。提案ツールでは，パラメトリック編集可能なモデルを利用，モデルの再定義や再作成は行わずにデザイン案の編集・加工を行い，フィードバックの円

円形

数5173227232101111変形操作
アコーディオン
切れ目
ダイヤモンド折り目
V字自由
しぼりねじり全体
曲げる
エッジ点
押し出し
面
伸縮
カット
穴あけ（四角）トリム
穴あけ（円）
穴あけ（自由）

数
215931040171222265524

滑化とデザイン思考サイクルの効率化をサポートする。
日本建築学会情報システム技術委員会
第 42 回情報･システム･利用･技術シンポジウム論文集， 142-145 ， 2019 年 12 月，東京
Proceedings of the 42nd Symposium on Computer Technology of Information ，Systems and Applications ， AIJ ， 142-145 ， Dec. ， 2019 ， Tokyo－ 142 －

以上の形状と変形操作の調査結果から，ランプシェー

テム連携イメージを Fig. 4 に示す。
（Fig. 4）

ドの形状編集操作は単一オブジェクトの変形による「規則変形タイプ」，複数のオブジェクトの組み合わせによる「複製タイプ」，両方を組み合わせた「変形・複製タイプ」，
曲面変形や規則性のない「自由変形タイプ」に分類できる。以上のまとめを Fig 2 に示す。
（Fig 2）
規則変形タイプ

複製タイプ

変形複製タイプ

ひねりやしぼりなど基本形状を変形

基本形状を変形さ 基本形状を規則性

説 の規則性のある変形させずに回転やせたものを、複製 がなく自由に変形明 に従って基本形状を拡大縮小を加えて する。

変化させる。

自由変形タイプ

させる。

複製する。

例

Fig.4 HumanUI，Rhino, Grasshopper, V-Ray の連携
5 検討作業のワークフロー
実

デザイン検討作業は以下の手順で進める。
（Fig. 5）例

① 基本形状の選択「角柱」「角錐」「角球」「円柱」「円錐」「球体」の６つ
Fig.2 ランプシェード形状の基本タイプ

からイメージに近い基本形状を選択する。
それぞれの「角数」「半径」「高さ」の基本形状に関するパラメータが設

4 パラメトリック編集デザイン検討の開発

前述の編集・加工操作をシームレスにサポートできる定できる。
② 変形（編集と加工）

パラメトリック編集とレンダリング表示による検討を可「しぼり」，「ねじり」，「曲げる」，「折り目」，「穴あけ」，能にするデザイン検討ツールの開発を行った。開発環境「面の押し出し」，「伸縮」，「回転」の８種類の変形に関すとして，操作手順や手続きをプロシージャとしてスクリる操作を行う。

プトで記述できる汎用３次元 CAD/CG ツールである③ 複製（配置）

Rhinoceros5 とスクリプト開発環境である Grasshopper を「直線状に」，「回転させながら」，「拡大/縮小させなが使用した。またレンダリングツールとして，Rhinoceros

ら」，「ミラー」，「多面体」の５種類の複製・配置に関す用プラグインである V-Ray for Rhino も組み込んでいる。

る操作を行う。

システム構成の概念図を Fig. 3 に示す。
（Fig. 3）

④ レンダリング（陰影・光源と形状の確認）
光とマテリアルの設定に加えて、見え方の最終調整として「全体回転」，「全体スケール」を設定する。

Fig.3 提案システムの構成
基本オブジェクトの選択，パラメータによる編集と加工，レンダリングと出力は Grasshopper にて実装しているが，その開発画面は複雑なリレーションを持つグラフで表示され，デザイン初学者による使いこなしは困難でFig. 5 ４つのデザイン検討プロセスあるため，GUI 表示を可能にするプラグイン HumanUIでインターフェースの構築を行なっている。以上のシス報告 H48

提案ツールのインターフェースを示す。
（Fig. 6）ユー－ 143 －ザーはモデルが表示される左画面を見ながら，４つのプロセスを参照するタブを切り替え，モデルの選択と編集のパラメータの変更を行う。変更結果はリアルタイムにレンダリングされ，光源によるライティング，シャドウイングの効果が別ウィンドウに表示される。

Fig.9 曲率表示による全体形状の変形操作

Fig.10 並列，回転による複製配置を示す。
（Fig. 7， Fig. 8，Fig. 9，Fig. 10）
6 デザイン課題における比較実験

提案したパラメトリック編集機能によるランプシェー
ド形状のデザイン検討ツールを汎用の 3DCAD/CG ツールと比較し，再帰的なデザイン思考を支援できるか検証Fig. 6 提案ツールのインターフェースする。被験者はモデリング経験の有無で分けた初級者 5名と中級者 5 名を１グループとし，提案ツールと汎用開発したツールで操作できる 6 種類の基本オブジェク

3DCAD/CG ツールを 1 グループに割り当てて計 20 名でトの選択，捻り，曲率による全体変形，直線あるいは円行った。比較実験の流れは，課題説明，ツールの基本操

環状の配列複製などの編集加工の操作選択肢の一部抜粋

作の解説，簡単なアイデアスケッチ，モデリング作業へと進む。モデリング作業の様子はビデオ撮影で記録すると共に実験後にヒアリング形式のアンケート調査を実施している。比較実験で被験者が作成したランプシェードの作品事例を示す。
（Fig. 11，Fig. 12）作品の造形や工夫を見る限り，汎用 3DCAD/CG ツールでは，基本形状をベースに穴あけや複製による造形が多く，比較的単純な形状に留まっている。

Fig.7 基本オブジェクトの選択

Fig. 11 既存 3DCG ツールを使用した学生作品
Fig.8 捻りによる変形報告 H48－ 144 －6.2 アンケート調査結果の考察

比較実験後のアンケート結果の一部を Table 2 に示す。
（Table 2）提案ツールでは，当初の構想からアイデアを発見的に展開して最終作品へとつながったこと，また一連の編集・加工操作がスムーズに連携できたことを確認できた。
Table 2 実験後の有意差のあったアンケート結果
Fig.12 パラメトリック編集ツールによる学生作品
一方の提案ツールを使用した作品例では，デザイン初期段階で作り出したパーツを複雑に組み合わせた造形が見られる。3DCAD/CG ツールの造形機能に依存する部分や使いこなしに要する習熟度の違いもあるが，デザイン初学者でも短時間にアイデアを具体化できたと考えられる。
6.1 デザイン検討サイクルから見た考察

デザイン検討段階から表現までの再帰的なデザイン思考サイクルを支援できたか検証するため，記録した作業を 1 分毎の時間軸に沿ってグラフ化した。被験者の作業記録の一部事例を示す。
（Fig. 13, Fig. 14）提案ツールでは初級者，中級者共に作業時間が短い。また一定時間のモデリング作業の空白を切れ目とし，形状確認を行うと仮定，被験者毎に再帰的なデザイン思考サイクルとしてカウントした。提案ツールでは，平均 4.8 回，3DCAD/CG
ツールは 1.7 回に留まった。

Fig.13 既存 3DCAD の作業記録とデザインサイクル番号

質問項目

Q1-2
Q1-3
Q1-4
Q1-6
Q1-12
Q1-13

デザイン過程で形状変更や修正は容易だったか？
試行錯誤過程で思いがけない形や構成の発見があったか？
思いがけない形や構成はデザインに活かすことができたか？
形状について十分に検討できたか？
一連の手続きは容易に理解できたか？
一連の手続きはスムーズに行うことができたか？

平均値
既 存 提案ツCAD ール

t 検定
p値

3.20

4.20

0.06442.90

4.40

0.00742.50

4.50

0.00062.90

4.20

0.01314.30

5.000.0041

2.80

4.80

0.0004

7 総論と今後の課題

本研究では，３DCAD/CG ツールの操作に不慣れなデザイン初学者が自身の想起するイメージを迅速に具体化（ビジュアライズ）できるパラメトリック編集機能に注目し，プロトタイプの構築によってデザイン初期の試行錯誤によるデザイン探索に有効であることを明らかにした。
提案ツールはランプシェードという特定の目的に応じたものであるが，今後は他用途への拡張，UI などのユーザビリティの向上に取り組む予定である。本研究は JSPS
科研費 JP 16K00708 の助成を受けたものである。

［参考文献］
1） 松田悠矢，「パラメトリック編集機能を用いたデザイン検討支援ツールの基礎的研究」,和歌山大学卒業論文，20182） 渡邊圭他,「パラメトリックモデルとデザインプロセスの関連性についての実践的研究」,日本建築学会,20143） 後藤一真他，「パラメトリックモデリングによる光環境と構造の多目的形状最適化」，日本建築学会第 36 回情報・システム・利用・技術シンポジウム，2013

Fig.14 提案ツールでの作業記録とデザインサイクル

報告 H48－ 145 －