ポリゴンをフォームモデリングで変形

ポリゴンメッシュのソリッド化

Fusion360は最近の更新で、メッシュ機能が強化され、簡単にソリッドにできるようになりました

ソリッドにしてくれるので、引き算（ブーリアン演算）したり、指定領域を押し出したりはできます
この例は、円柱で引き算し、一つの要素（三角面）を押し出した例です。

メッシュを単純にソリッド化しても「いじり倒せない」・・

他のモデルとのブーリアン演算はできますが、変形は、ポリゴン（三角形）単位になります。
形状を自由に変形するには、かなり無理がありますね。
Fusion360では、モデルを自由に変形するには、フォーム（スカルプト）機能を使用します。
「フォーム」では「Tスプライン」データを扱いますから、「メッシュ」を「Tスプライン」に変換する必要があります。

さて、今回目標のメッシュをいじり倒すには、「Tスプライン」に変換する必要があります。
実は、Youtube に変換する方法の動画を見つけました。
ラッキー！と思いましたが、実はこれ、「サブスクリプション」版でなければ利用できません。
さらに、サブスクライセンスに追加して拡張機能有料オプションも必要なようです。
３Dスキャナやメッシュを扱う仕事の人には、かなり有効な機能だと思いますが、趣味レベルではちょっと、手が出ないです。

無料版でメッシュをTスプラインにする

Fusion360の「フォームモデリング」モードには、ボディタイプを変換する機能が用意されています。
ただ、「ポリゴンメッシュ」を「Tスプライン」にする機能はありません。

有料版の追加オプションを購入すれば、「メッシュ」モードで変換できるみたいですが、
無料版では「クワッドメッシュ」なら「Tスプライン」に変換できそうです。
まずは、「ポリゴンメッシュ」を「クワッドメッシュ」に変換する必要がありそうです。

メッシュの要素数を減らす

まずは「クワッドメッシュ」を作成できても、要素数が多いと、「メッシュ」の「変換」コマンドで、警告がでる事があります。

Fusion360の「メッシュモード」に「削減」コマンドがあるので、こちらで減らす事ができますし、
別のソフトで削減する方法が、Autodesk のサイトに若干説明がありました。
この説明ではAutodesk MeshMixerと言うソフトを使用するようです。
メッシュ要素数がかなり大きくて、Fusion360の反応が遅い場合には、
前もって「MeshMixer」で削減したほうが、レスポンスはいいかもしれません。

ポリゴンメッシュをクワッドメッシュに変換する

削減できたらポリゴン（三角形）をクワッド（四角形）に変換します。
検索すると、いい記事がみつかりました。
「MeshLab」と言うソフトを使用しています。

トライしてみる

トライ用データの準備

トライ用として、フリーのこのデータを使わせていただきます。

データ要素数削減

データの準備ができたら、まずは要素数を削減します。
Autodesk MeshMixer でやってみます。

「インポート」が完了したら、「CTRL+A」で全体選択。
「編集」⇒「削減」⇒「　ターゲットのポリゴン数を削減・三角形の数」⇒「5000」⇒「適応」
⇒「エクスポート」
ポリゴン数「5000」とちょっと粗いですが、レスポンス重視で設定しました。
実は、元のデータは「クワッドメッシュ」でした。
したがって、そのままのデータで「Tスプライン」に変換可能でしたが、要素数を削減すると
「ポリゴン」になってしまいました。
練習なので、ポリゴンを入手したと言う事にして進めたいと思います。

クワッドメッシュに変換

「MeshLab」と言うソフトを使用させていただきます。
起動したら、要素削減済みの「STL」をインポートします。
ドロップにも対応しています。
次に「Filters」⇒「Polygonal and Quad Mesh」⇒「Turn into Quad-Dominant mesh」
オプションは、「Better quad shape」にしました。
「Apply」で変換してくれました。

若干、三角形もありますが、かなり四角形にしてくれました。
「Export Mesh As…」でファイル形式を「.obj」にして変換完成です。

Fusion360 で Tスプラインに変換

Fusion360が起動出来たら、「メッシュ」⇒「メッシュを挿入」で「.obj」ファイルを挿入します。
「メッシュ」⇒「フォーム作成」⇒「ユーティリティ」⇒「変換」⇒「クワットメッシュからTスプライン」で、
「Tスプライン」へ変換できます。

ところが、エラーがでて変換してくれません。

「ブラウザ」から、ボディを展開してみると、「ビックリマーク」がでています。
どこか、おかしいところがあるのでしょうね～。
一旦、「フォーム」から「デザイン」へ戻って、「ビックリマーク」をクリックすると
「修復」が出てきます。

修復してもらいましょう！

ビックリマークが消えました。修復されたみたいです。
再度、「フォーム」モードへ入り、「ユーティリティ」⇒「変換」⇒
⇒「クワットメッシュからTスプライン」で、「Tスプライン」へ変換してみます。

今度は無事に変換してくれました。
ところが、表示モードで「スムーズ表示（ALT+3）」にしても、スムーズ表示してくれません。
だぶん、まだ正常な状態ではないようです。
通常では、ここで「フォーム終了」して、「デザイン」モードへ戻ると、自動的にソリッドへ変換してくれますが、やはりエラーになりました

「フォーム」⇒「ユーティリティ」⇒「ボディーを修復」という機能があります。
修復させてみます。

修復させたい箇所の指定でしょうか？いくつかのチェック項目があります。
よくわからないので、溶接許容は0.2、全てチェックして、「自動修復」させてみました。
一時すると、黄色や赤や数字が表示され、なにやら動き出しました。
これで、修復してくれるのか？と思っていましたが、待てど暮らせど終わりません。
結局、筆者の環境では１時間以上たっても終わらないので、強制終了しました。

Fusion360を再度起動し、「ボディーを修復」にもう一度挑戦です。
今度は、チェック箇所を一カ所づつ確認しながら、「自動修復」させてみました。
「エラーラベル」では、ほとんど時間はかかりませんでしたが、「ジオメトリラベル」に入ると
極端に時間がかかるようになります。

「エラーラベル」のチェックだけでも、「スムーズ表示」になり、今度は
「フォーム終了」して、「デザイン」モードへ戻ると、自動的にソリッドへ変換してくれました。

フォームを編集

どうにか、正常な「Tスプライン」に変換できたので、モデルを少し編集してみます。
「フォームモデリング」の方法は、ネット上にも沢山情報があります。
このサイトでも、少し記事にしてますので、興味あれば参照してください。
ここでは、詳細は省略しますが、親指を曲げてみました。

実は親指を曲げた後「ソリッド化」処理で、「自己交差」が何度もでて、苦労しました。
親指を曲げたせいで、主に、親指の付け根付近に自己交差がたくさんありました。
修正方法は一つではないと思いますので、自分で体験しながら試行錯誤するのが一番ですね。
いい練習になりますので、興味あればネットの情報などを参考にやってみてください。

ソリッドモデリング

「フォーム」で感覚的に変形させ、「デザイン」へ戻ると、もう普通の「ソリッド」として扱えます。
円柱や球や押し出したモデルなどと、ブーリアン演算ができます。
今回は、押し出しコマンドでリングをモデリングし、指に配置してみました。

終了

無料のCADで、メッシュがここまで、変形できるとは、驚きです。
ちょっと以前だと、かなり高価なシステムが必要だったように記憶してます。
ここまで出来ると３Dスキャナが欲しくなってきました。

他の顔のパーツを追加

「Alt」+「フォーム編集」で、面を引っ張ってみようと試みましたが、なかなかうまくいきません。
だったら、別パーツにして、最後に結合や引き算で作っていくことにします。
ところが、「フォーム」モードでは、ボディの結合などはできないみたいです。
「フォーム」を終了し、「ソリッド」に戻ってから、結合する必要があるようです。
また、結合後「フォーム」を再編集した場合には、履歴からいったん戻って編集する方法になります。

目玉を作ります。

今、目はくぼんでいるだけなので、目玉を作って差し込もうと思います。
目玉は球なので、クワッドボールでいいと思います。
さらに、水晶体と瞳があるみたいですが、瞳はまん丸がかわいいので、もう一つクワッドバールを
薄く編集して組み合わせて、目玉にしようと思います。

顔モデルに、左右前後一を合わせて、「ミラー_複製」で両目に配置しました。

耳を作ります

耳はどうやって作ろう？
スケッチで輪郭描いて、押し出すか？
直方体から変形させていくか？
いろいろ試してみましたが、何がいいのかよくわかりません。
今回は「面」を変形させて作成してみる事にしました。

面

「面」機能で、キャンパスを参考に、いくつかの長方形を作成していきます。

三角形はあまり良くないらしいので、上側の尖がっている箇所は後で「フォーム編集」で
調整しようと思います。

厚み

「修正」「厚み」で面に厚みを付けます猫の耳は、それほど厚くはないですが、湾曲しているので、
全体のシルエットで厚めに設定しました。

「厚さのタイプ」を「ソフト」にするとスムーズな形状になります。
場合によっては、「フォームを編集」で輪郭を整えます。

耳にくぼみをつける

耳の内側を窪ませます。
内側面を選択後、「Alt」を押しながら「フォームを編集」で内側に引っ張っていくと
へこませる事ができます。
ただ、へこませた後は、外側面にめり込んだり自己交差が起きてしまう場合が多いので
「Alt+1」のボックス表示と、「Alt+3」のスムーズ表示を切り替えながら、自己交差がないように
調整していきます。

正面、横と視点を変えながら、調整していきました。
下側は、頭に入り込むように、少し延長させました。

位置を調整し、ミラー

顔のモデルを表示し、位置関係を調整します。

片方が配置できたら、「対称」⇒「ミラー_複製」で反対側にも複製します。
だいぶ猫らしくなってきたでしょうか？
ただ、この時点では、結合されてはいません。
「フォームモデリング」では、結合はできないようです。
とりあえず、全ての「フォーム」の作業を終えてから、結合させる事になるようです。

口

口はどうやって描いたらいいんだろう？
エッジを何本か挿入して窪ませてみるか？
試行錯誤してみましたが、どうもうまくいかない。
口の部分のモデルを作成し、引き算する事にしました。
じゃぁ、どうやって口の部分を作成するか？
最初は、スケッチで輪郭描いて、「押し出し」でやってみましたが
これも、あまりうまくいかない。

パイプ

顔のエッジを利用して、「パイプ」で描いてみる事にします。
まずは、「エッジを挿入」や「曲線で編集」などで、口の部分の中心ラインになるような
エッジを作成してみました。

このエッジを「パス」に設定して、「パイプ」機能で、口モドキのモデルを作成してみました

本来であれば、口は顎が上下して開け閉めできるので、別パーツとして描いたほうがいいのかもしれませんが
やり方がよくわかりません。
どこかに、参考サイトなどあれば教えていただければ、ありがたいです。

パイプの編集

パイプは、作成後も編集できるようです。

いつの間にか、ブラウザに「パイプ」が作成されていて、そこを「右クリック」で編集ができます。
対称設定しておいたほうがよさそうなので、「対称_ミラー内部」で対称設定してみましたが
ここで「ミラー設定」してしまうと、ブラウザの「パイプ」は消えてしまいました。
「パイプ編集」以外の操作をすると、「パイプ」機能のオプションでの編集はできなくなってしまうようです。
まずは、パイプの径を徐々に変更したいので、「パイプ」のオプションを使いたいです。
しかたないので、対称設定は解除して「パイプ編集」でパイプの径を変形します。
口元を太く、先を細くしてみます。

「パイプ編集」では、「全体直径」で径を調整できます。
この場合、対称処理できなかったので、両側を選択して編集したほうが対象形状にしやすいです。

鼻の下の割れ目

猫の鼻の下は少し割れ目がありますから、その部分を追加ます。
これは「押し出し」でできそうです。
さらに、少しテーパを付けました。

編集したので、ここで「パイプの編集」終了です。
ここで、中央の面の中心にエッジを追加して、「対称」に設定しました。

口形状全体の調整

ちょっと口の割れ目の角度は尖らせてみようと思います。

外側の３本のエッジを選択して、少し引っ張ってみました。
後は適当に調整しました。
どうすれば、なるべく実物に近くなるのかわかりませんが、現状の私のレベルでは、ここまでです。

フォーム終了

ここで、「フォームを終了」すると、「ソリッド」に戻ります。
もしエラーが出た場合には、履歴から再度、「フォーム」にもどり、影響が出ている曲面を修正してください

「ソリッド」へ戻ると、いくつかの「ボディ」ができているので、「顔」から「口」の部分は「切り取り」し
「耳」や「目」は「結合」して出来上がりです。
う～ん、やっぱり口がパッとしないな！
いずれにしても、もう少し、試行錯誤しながらいろいろやるしかないですね。

参考サイト

Fusion360のフォームモデリングの情報は、ネット上には沢山あふれています。
やはり、３Dプリンタなど趣味で触っている人が多いからでしょうか。
正式に覚えたい方は、いろいろなサイトを参考にして勉強してください。
ここでは、初心者の私が猫を描いてみる記録を書いてみようと思います。

まずは、参考にしたり、面白かったサイトを紹介します。

https://www.youtube.com/watch?v=IJ-hGcf3Nmw&t=2573s
・オンラインライブセミナーのYoutube録画版です。
　久しぶりにやってみようかと思い、検索している時にみつけました。
　かなり面白いです。
　再度やってみようかと思ったきっかけになった動画です。

https://www.youtube.com/watch?v=EPI6TyU39uY&t=5193s
・こちらもオートデスクのFusion 360エバンジェリストの藤村氏のセミナー動画。
　参考になる情報が盛りだくさんです。
　見るだけで、レベルが上がりそう。

https://www.youtube.com/watch?v=XD7HBFlIFMM
・以前、スカルプトやってみようと思った時やった記憶がある動画です。
　いっけん単純なモデルですが、会社のCADで描こうと思ってもかなり苦労しそうです。
　英語ですが、操作は見ていればだいたい理解できます
　面や折り目の使い方が分かります。

https://help.autodesk.com/view/NINVFUS/JPN/?guid=GUID-1C665B4D-7BF7-4FDF-98B0-AA7EE12B5AC2
・Fusion360を立ち上げ、右上の「?」から「学習とドキュメント」「製品ドキュメント」「Design: Form」からいけます。
　デフォルトでは英語ですが、日本語にも変更できます。
一通りやったほうがいいと思っていますが、まだ全部はやってません。

とりあえずやってみます

Fusion360では、写真を挿入できるので、実際の写真を参考に進めます。
まずは猫の写真を撮りますが、モデリング操作は対象で進めたほうが楽そうなので
なるべく、対象になるように正面からの写真を用意しました。
猫なので、正面向いた写真は、これはこれで結構難しい。

写真を挿入

写真挿入は、「挿入」⇒「キャンパス」で行います

ファイルを選択し、取り込みたい平面を指定すると挿入できます。
この時点でだいたいの大きさを指定する事もできますし、挿入後変更する事もできます。

取り込んだ画像ファイルの右クリックから、「位置を合わす」でだいたいのサイズを指定できます。
さらに、原点はなるべく画像のセンターに配置しておいたほうが、後々楽になりそうです
「位置合わせ」の上の「キャンパスを編集」で移動てきます。

クワッドボール

さぁ、いよいよモデリングを始めますが、まずは「フォーム」モードに移り、「作成」に用意されているプリミティブな形状を変形するようにモデリングしていきます。
猫の顔は、円形なので、「クワットボール」でやってみようと思います。

座標平面を指定して、キャンパスに合わせてサイズを調整します
位置は「移動／コピー」コマンドで配置します
前後位置は、どこがいいのか分かりませんが、キャンパスの後ろに配置してみました

対称設定

猫は生き物なので、完全な対称ではないですが、とりあえずは対称で進めたほうが楽そうです

「ミラー内部」で、対称ラインをはさんで、両側の面を選択すると、自動的に中心ラインが緑色で設定されます。

フォームを編集

さていよいよ顔を作っていきます。
現在は、球形状ですが、「フォーム編集」機能を使って変形させていきます。
「フォーム編集」は編集させたい箇所を選択して、マウスでドラッグする事で変形できます。
選択できる要素は、「面」「エッジ」「点」があり、複数個所選択が可能です。
選択する要素によって、変形具合が変わるので、とりあえず引っ張ってみて体験するのが一番です
また変形する方法は、「フォーム編集機能」で「変更箇所」の選択を行うと出現する「マニピュレータ」で変更していきます。

「マニピュレータ」は結構複雑ですが、最初に覚えておいたほうがよさそうです。
①回転
②１軸移動
③２軸移動
④１軸スケール
⑤２軸スケール
⑥３軸スケール
変形は普通に引っ張るとその周りの要素も影響を受けながら変形しますが、
「Alt」キーを押しながら引っ張ると選択した要素が追加される感じで変形します。
こういった動作は何度も操作して、体に覚えさせないとダメですね。
他の操作も、Autodeskのサイトから学習できます。

Help

help.autodesk.com

まずは、このサイトで、ある程度の機能を学習しておいたほうがいいと思います

クワッドボールで顔を作っていきます。

平にする

猫の顔を眺めると、おでこから鼻の付け根までは、ほぼ平ですが、鼻から口は飛び出ています。
まずは、よこからみて平らにして、鼻と口を引っ張り出したいとおもいます。

横から見て、顔の部分の面を選択します。
「Ctrl」を押しながらで、複数個選択できます。対称設定したので、半分でOKです。
選択したら、「移動マニピュレータ」で変形していきます。
「面」と「点」で変形の具合がかわりますねぇ。
「点」の方が、「平」にできました。

鼻から口を引っ張り出す

では、口を引っ張り出してみます。
引っ張り出す場合には「Alt」を押しながら引っ張ると、選択した部分だけ引っ張れます

ここで注意が必要です。
対称設定だからといって、片方だけ選択した状態では、上の画像のように二つに分かれてしまいました。
全体に引き伸ばしたい場合に、両方選択する必要があるようです。

表示変更

デフォルトで表示されているのは、「スムーズ表示」で実際の形状で表示されていますが
「ボックス表示」にしたほうが、各要素が単純化されるので、モデルの変形での問題個所がみつけやすくなるようです。

「ALt+1」「Alt+2」「Alt+3」で切り替えられるので、リアルタイムに変更しながら変形していくと無理に変形してしまう事を防ぎやすくなります。

口元を編集

引っ張った口元をなるべく、写真に合わせていきたいと思いますが・・

「フォームを編集」で引きずってだいたい合わせる事はできそうですが、これから目や鼻、口の部分などを作っていく事を考えると、もう少し分割してエッジを増やしていないと難しそうですねぇ～

なるべく希望の箇所にエッジを作りたい

「フォーム編集」で、引っ張ったり引っ込めたりして編集できますが やはり、希望箇所に近い箇所で分岐させたいです 希望の箇所にエッジを配置するのが肝ではないかと思ってきました 修正タブの中には、かなり沢山のコマンドが用意されていますが この中でも、ここらへんのコマンドを組み合わせてで行うのではないか？ と思っています。 とりあえず、いろいろ触ってみるしかないですね スケッチのスプラインのように、面の境界を自由にできれば、もう少し簡単に モデリングできそうなんですけどね～ 上記の「学習ドキュメント」でもう少しレベルアップしたいと思います

面の分割とエッジの追加

曲面の分割数は「再分割」コマンドで、増やす事ができます。
また、「挿入モード」をは「単純」と「固定」があります。
「単純」では選択した面だけを分割でき、「指定」で分割数を任意に設定できますが、全体形状が影響を受けます。
「固定」では全体的に分割されますが、全体の形状をあまり変形させずに増やす事ができます
さらに、「エッジを挿入」でエッジを追加する事ができます

鼻の幅や目の位置など、エッジを増やす事で、ある程度希望の位置を変形できそうです。

再度口を引っ張り出す

再度、「フォーム編集」で「Alt」キーを押しながら、引っ張りだしてみます

横から、引っ張ったり、回転させたりしながら、横からの形状を調整します
次に正面からみて、口周りの形状も調整していきます

折り目処理

鼻と目は、エッジを強調したいので、「折り目」処理をしようと思います
鼻の穴先付近など、分割が足りない箇所があったので、「エッジを挿入」しました。

「折り目」機能で、協調したいエッジをクリックしていきます。

鼻と目を作る

鼻は引っ張って、目は引っ込ませてみます。
対象部分を選択し「Alt」を押しながら、「フォームを編集」で変形させていきます

正面から、目のくぼみの形状を調整し、鼻の孔もへこませてみます。

鼻の孔は、エリアが狭いので、自己交差になりやすいです。
「ボックス表示」と「スムーズ表示」を切り替えながら、曲面内に入り込まないように調整していきます

目と鼻は完成

こんな方法でいいのかどうか？わかりませんが
なんとなく、出来てきました。

さて、次は、目ん玉と耳、口はどうしよう？！