CAD VRとは
CAD VRとは、建築や製造業などで設計に用いられている3次元CADとVR技術を融合し、VR空間内に３次元CADソフトで設計したデータを立体視できるようにしたものです。
3次元CADは、工業製品や建築物の三次元設計を行うためのツールです。産業界一般で広く設計に用いられており、２次元CADよりも高度なシミュレーションや解析を行うことができるという利点があります。一方、VR技術は、仮想空間内においてリアルな体験を提供することが可能な技術です。3D CADとVRの組み合わせによって、設計データを直接VR空間に取り込み、製品や建築物の形状やサイズ感を疑似的に体験することが可能となっています
CAD VRの使用用途
製品設計の現場では、完成品が想像と異なることがしばしばあります。「柱が予想より細い」といった問題は、2Dのディスプレイでの設計作業が一因です。3D CADで設計しても、2D画面での確認には限界があり、経験豊富な専門家でも実際のイメージを完全には掴むことができないのです。
ここで、VRが革新をもたらします。VRを利用すると、設計したオブジェクトを実際の大きさで立体的に見ることが可能になり、直感的に理解することができます。CADモデルを実物と同じスケールで体験できるため、専門知識がない人でも簡単に形状やサイズを把握でき、コミュニケーションが格段に向上します。設計の詳細が苦手な方も、VR を使えばまるで現場にいるかのような感覚で設計内容を確認できます。
特に設計や工学、建築の知識がない方にとって、VRは画期的なツールです。2D図面や3Dモデルからは理解しにくい立体的な形状やスケールを、実際に歩いて探索するかのような方法で感じ取ることができます。これにより、プロジェクトへの直感的な理解が深まり、より多くの人に受け入れられる設計が可能になります。
VRは、設計レビューから顧客プレゼンテーション、教育訓練に至るまで、多岐にわたる分野で活躍する有効なツールです。製品開発を次のレベルへと引き上げ、直感的で正確な設計を実現しましょう。
CADの種類と分類
VRは、利用方法、機能、データ処理方法等で分類することが可能です。これらの分類は、製造業向けのVRシステムの一部を示すものであり、実際の導入や利用に際しては、企業の要件や目的に合わせて適切なタイプを選択する必要があります。
① データ保存・処理の方法による分類
・ローカル版:
VRコンテンツやソフトウェアはユーザーのデバイス（例：PCやVRヘッドセット）に直接インストールされ、そのデバイス上で実行されます。ユーザーのデバイスが直接コンテンツを処理するため、ネットワークの遅延がなく、高いリアルタイム性が期待できます。また、機密性が高い製品等は、ローカル版を利用する場合が多くあります。
・クラウド版:
VRコンテンツやソフトウェアはクラウド上のサーバーで実行され、その結果がユーザーのデバイスにストリーミングとして送信されます。主にストリーミングの受信と表示に対応する能力が求められます。
インターネットの帯域や遅延、クラウドサービスの品質など、ネットワーク関連の要因がVR体験の品質に影響を与える可能性があります。5Gの普及やエッジコンピューティングの進展により、クラウドベースのVR体験の品質が向上してきており、多くの企業やサービスプロバイダがこの分野に参入しています
② 利用目的による分類
・デザイン検証・プロトタイピング:
製品のデザインや設計の確認、改善のためのVR利用。トレーニング・教育: 製造工程や安全教育などのトレーニング用途でのVR利用。
・リモートコラボレーション:
複数地点からの同時接続や共同作業のためのVR利用。
・製品プレゼンテーション:
顧客向けの製品紹介や展示会でのデモ用途でのVR利用。
③対応デバイスによる分類
・スタンドアロンVR:
一体型で独立して動作するVRデバイス用のシステム。どこでも簡単に持ち運びやセットアップが可能であり、外部のPCやセンサーが不要なため、導入やセットアップが手軽。デメリットとして、一体型のハードウェアのため、高性能なPCと比べて処理能力が制限される。工場等の現場で利用したいときには、便利です。
・PC接続型VR:
高性能なPCと接続して使用するVRデバイス用のシステム。
PCの性能を使うことが出来る。高性能なPCのリソースを活用できるため、複雑なシミュレーションやリアルタイムの高品質レンダリングが可能です。デメリットとして、 PCとの接続が必要なため、移動やセットアップが煩雑になります。また、 PCとの接続ケーブルが存在するため、動きの自由度が制限されることがあります。
④インタラクティビティによる分類
・静的VR:
シンプルな3Dビューワーのような、基本的な表示・閲覧のみを目的としたVR。３次元CADの中に入り込むような体験することが可能です。
・インタラクティブVR:
製品の操作シミュレーションや仮想空間内でのタスク実行が可能なVR。機構シミュレーションを体験することが可能です。
CAD VRの選び方
３Dデータを組織内で効果的に利用するためには、VRシステムの選定ミスは許されません。そのため、小規模から始めることをおすすめします。全員が手軽に使えることがキーとなります。誰もが、いつでも、簡単に使えることが重要です。
製造業向けVRシステムを選ぶ際には、以下の要点を考慮すると良いです。
① 目的の明確化
すべての目的に対応できるシステムは、ありません。製品のプロトタイプ評価、生産ラインのシミュレーション、研修用の教材など。目的に応じて最適なVRシステムを選定することが重要です。誰が何のために、どんな状況で使うのか確認してください。
② 予算
利用するハードウェアやソフトウェアのコストは、システムの選択に大きな影響を与えます。ハードウェアも毎年新製品が発表さるので、陳腐化のリスクも考える必要があります。最初に予算を設定し、その範囲内で最も適したシステムを選ぶことをオススメします。次年度以降の保守費も考慮にいれることを忘れないようにしてください。
③ システムの性能
製造業におけるシミュレーションや設計の詳細度、アッセンブリ数に応じて、必要なVRシステムの性能が変わります。高いリアルタイムレンダリング能力や複雑なシミュレーションが求められる場合は、高性能なPC接続型VRが適しています。
④ 使いやすさ
VRシステムは、技術的な背景を持たないユーザーにも使いやすいものを選ぶと良いです。直感的な操作性やサポート体制もシステム選定のポイントになります。特にVRの場合、直感的に目的地へ行けるか？イメージ通りの動きが出来るか？ 現実と同じような感覚があるか？調査する必要があります。
⑤ 拡張性
将来的なニーズや技術の進化に対応できるシステムを選択することは、長期的な投資として重要です。ソフトウェアやハードウェアのアップデートが容易なもの、または追加機能が後から導入可能なものを選ぶと良いと思います。
⑥ 互換性
既存のCADデータや他のソフトウェアとの互換性を確認することで、効率的にVR環境を構築することができます。Parasolid、STEPなど、中間フォーマットの対応も確認する必要があります。
⑦ セキュリティ
製造業のデータは機密性が高い場合が多いため、VRシステムのセキュリティ機能やプライバシー対策が万全であるかを確認することは重要です。機密性が高い場合は、ローカル版をおすすめします。
⑧ サポート体制
ソフトウェアやハードウェアのトラブル対応、アップデートのサポート、研修など、アフターサポートの体制も考慮する必要があります。初心者の場合は、国内開発、日本語対応のシステムをオススメします。
CAD VRのその他情報
製造業とゲームエンジン
製造業向けのVRシステムとゲームエンジンには大きな関連性があります。
ゲームエンジンは、本来はゲーム開発のためのツールですが、その高度な3Dレンダリング機能や物理エンジン、スクリプト機能などが、VRシステムの開発にも利用されています。
製造業でのVRアプリケーション開発には、UnityやUnreal Engineなどのゲームエンジンが一般的に利用されます。
ゲームエンジンを利用することで、VRアプリケーションの開発を迅速に行うことができます。リアルな表現や仮想空間を簡単に作成することが出来ます。
リアルな表現: 現実的な物理演算や高品質な3Dグラフィックスにより、リアルな仮想空間を作成することができます。また、豊富なスクリプトやプラグインを用いて、特定の用途に合わせたカスタマイズが可能です。近年大手製造業における活用が見られます。
VR/AR/MR/XR
近年、製造業においてVR（Virtual Reality）だけでなく、AR（Augmented Reality）、MR（Mixed Reality）、そしてこれらを総称するXR（Extended Reality）の技術が積極的に活用されています。これらの技術は、製造プロセスの効率化、品質向上、コスト削減、トレーニングの強化など、多方面で革新をもたらしています。
これらの技術は、製造業において革新的な変化をもたらし、生産性の向上、コスト削減、品質の向上、従業員の安全性と満足度の向上に寄与しています。今後もXR技術の進化は、製造業におけるさらなる効率化とイノベーションを推進する重要な要素となるでしょう。これらの技術を活用することで、製造業はより柔軟でスマートな生産体制を構築し、市場の変化に迅速に対応することが可能になります。また、製品の品質向上、生産コストの削減、作業環境の安全性向上など、製造業全体の競争力を高めることが期待されています。
参考文献
https://prono82.com/pronodr-2/
https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/1704/05/news029.html