【詳細解説】3Dプリント技術と地質情報分野における応用の進展

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-6-22 14:26 に最後に編集されました。

3D プリント技術は近年、幅広い注目を集めています。現在、3D プリント技術はさまざまな分野で応用され大きな進歩を遂げていますが、3D プリント技術はまだ十分に応用されていません。地質科学情報の分野に関しては、まだ一部の個別部門で予備的に適用されているに過ぎません。

地質情報分野における3Dプリント技術の応用
1. 地理情報データを基にした各種3Dソリッドモデルの作成
3Dプリント技術は、陸地、水域、建物などの地形の特徴を正確に区別することができ、特に複雑な比例した自然の地形構造や都市構造を再現できるため、地質情報技術分野における3Dプリント技術の応用範囲が徐々に広がっています。広域の地理構造マップの場合、地理モデルをセクションごとに処理し、1 つずつ印刷して、最終的につなぎ合わせることができます。 3D 印刷技術を使用すると、地理情報データをさまざまな物理モデルに印刷できます。

1. 地質モデル:エンジニアがさまざまな地層の水平方向と垂直方向の特性、鉱体の特性、地下水プロファイル、さまざまな深さの帯水層構造を理解するのに役立ちます。
2. 地形モデル:複雑なソリューションの交渉の効率を向上します。
3. 地理情報システムモデル:農村、都市、地形の地図を迅速かつ高品質に表示します。
4. 不動産 3D サンドテーブルモデル:外観が詳細かつ正確であるだけでなく、内部構造も標準スケールに準拠しています。

（II）3Dプリント技術を使用してGISレイヤーを表示する際の技術的な問題<br /> 3D 印刷技術を通じて GIS データを提示する技術はまだ初期段階にあり、主に次のような技術的な困難があります。

1. 多数の異なるタイプの地理空間データ形式を STL ファイル形式に変換する必要があります。
2. DEM データを STL ファイル形式に変換する際のデータ損失を削減します。 STL 形式のファイルは、現在 3D プリンターで認識されるいくつかのファイル形式の 1 つです。研究者たちは、さまざまなソフトウェアと方法を使用して、いくつかの段階で 3D STL 形式のデータを取得しています。成功した方法の 1 つは、DEM ASCII XYZ を 3D STL データに直接変換することです。
3.3D 印刷技術は本質的に安価な技術手段ではないため、立体的な物理モデルを作成する場合は、使用する印刷材料の量を見積もる必要があります。
4. 3D プリント技術では高精度、高解像度のソリッドモデルを作成できますが、同時に一部の詳細な機能が失われる可能性があります。モデルの印刷プロセス中、材料層スタックの幅によって、印刷解像度とモデル壁の最小厚さ制限が決まります。
5. ユーザーは、3D プリントデータ入力のために事前に 3D デジタルモデルを準備する必要があります。
6. 元の GIS データが 3D モデルに印刷された後、データの属性が統合され、圧縮されます。しかし、研究者はデータの個々の特性を研究する必要があり、元の平面形状を参照して平面マップに戻る必要がある場合があります。

3.3 3Dプリント技術と仮想3D都市モデル（CityGML）の関係

空間データの視覚化のプロセスは、一連の開発段階を経てきました。当初は、固定スケールの非インタラクティブな静的モードで実際のオブジェクトを 2 次元で表示するために使用できるのは、2D の紙の地図のみでした。情報技術の出現により、これらの 2D マップをコンピューターにスキャンして、必要に応じて適切に拡大縮小できる非インタラクティブなデジタル 2D イメージを生成できるようになり、仮想世界の比例サイズの概念が当時の技術的な課題となりました。地理空間情報技術の導入により、対応する非空間属性を持つインタラクティブな 2D データを生成できます。 GIS 技術のさらなる発展により、インタラクティブな 3D データと対応する属性を持つ仮想モデルの作成に成功しました。その後、3D モデリング機能は一連の急速な進歩と技術革新をもたらし、3D シミュレーションローミングの概念が提案され、関連ソフトウェアを使用してダイナミックなビデオが生成されました。その後、ハードウェアの進歩により、3Dプリンターの登場により、3次元の物理モデルの生成にかかる時間が大幅に短縮され、これまで不可能だった対象物の製造プロセスがシンプルかつ容易になりました。

CityGML は、仮想 3D 都市モデルのデータ交換と保存に使用される形式であり、Open Geospatial Consortium (OGC) によって認められた標準です。他の 3D ベクター形式と比較して、CityGML は現実世界を表現する普遍的なトポロジモデルです。特定のドメインでは、CityGML は、意味的な相互運用性を維持しながら、識別機能を使用してデータを充実させる拡張メカニズムも提供できます。対象となるアプリケーション分野には、都市計画や景観計画、建築設計、観光やレジャー活動、3D 地籍図などが含まれます。5 つの連続解像度レベル (LOD0 ～ LOD4) を使用でき、印刷精度は ≤0.2 m ～ ≤5 m の範囲です。現在、ドイツのベルリンやオランダのアペルドールンなど、多くの都市がCityGMLをベースにした3D都市モデルを構築しています。

地理空間情報分野における3Dプリント技術の発展動向
現在、地理空間情報分野における 3D プリント技術の応用は、主に次の 3 つの新しい方向に発展しています。

1. 3Dプリント技術によって生成された不動産3Dサンドテーブルモデルは、外観の詳細が正確で解像度が高いだけでなく、内部構造も標準スケールに準拠しているため、計画と設計の参考価値が大幅に向上します。 3Dプリント産業政策に関する国内世論が高まるにつれ、不動産業界では消費者やプランナーに提示する3Dプリント技術の利用の標準化が新たな進展を遂げるだろう。科学技術省の関係当局者は、関連する3Dプリント産業の標準と政策を策定すると表明している。

2.3D 地質サンドボックスは、建物の基礎、地下空間構造、トンネルなどの地質データの統合を理解するのにも役立ちます。 3D プリント技術を応用すると、地質学者や鉱山開発者が地質学的鉱体の状態を理解するのに役立つ 3 次元の地質モデルと鉱物モデルを迅速に生成できます。 3D プリント技術は、一部の技術先進国の地質調査の分野ですでに実用化されており、地下鉱床や油田・ガス田構造の可視化、地質調査、現場環境分析、鉱物資源・エネルギー採掘、軍事指揮など、成熟した用途が数多くあります。

3. 地理空間情報科学の研究では、より高い三次元精度を持つ 3D モデルが必要です。現在、世界で最も普及しているプロ仕様の 3D プリンターは Zprinter シリーズの製品です。このタイプのプリンターは、地理空間情報モデルの出力との互換性が高く、フルカラー印刷をサポートしているため、地質構造の 3 次元の物理的特性を高効率で鮮明かつ精巧に表示できます。世界的に有名な商業建築設計会社である Jerde は、ポーランドのワルシャワの「Zlote Tarasy」プロジェクトやカリフォルニアの「Dazzling Canopy at Morongo Casino」の波型ガラス屋根の設計において、効率の「飛躍的な」向上を達成しました。 MIT では、教育や科学研究にも Z Corp. の 3D プリンターを使用しています。学生の教育体験の有効性を高めるだけでなく、建築デザインなどの関連専攻における最先端のコースを充実させ、世界トップクラスの研究機関や主要な研究所との緊密な関係を強化します。国内の一部測量・製図設備企業も、ハードウェア、ソフトウェア技術、精密な測量・製図データの面で国内の3Dプリント技術のサポートを積極的に提供しており、高水準のモデルを鮮明に印刷することができます。

3D プリント技術は、地質情報技術分野で最も人気のある開発方向であると考えられています。英国の Terrainator.com マッピングプラットフォームは、3D マップクラフト製品を印刷する Web サイトです。ユーザーは、ウェブサイトが提供する地図上で特定の縮尺のエリアを囲み、地図プラットフォームに送信すると、システムが自動的に3次元の地形構造マップを生成します。ウェブサイトでは、エリアの地図面積、地形の複雑さ、およびいくつかのカスタマイズされた要件に基づいて、ユーザー向けに 3 次元地形モデルを印刷します。現在、マッピングプラットフォームは、米国の大部分、カナダ西部、英国の一部、およびヨーロッパのいくつかの国のみをサポートしています。また、アメリカのウェブサイトLandprint.comは、3D地理モデルや地形モデルを定価で販売している会社です。主にハワイ諸島、世界的に有名な山々、有名な国立公園、月のクレーターの4種類の3Dモデルを販売しています。例えば、セントヘレンズ山の3D地形モデルは195ドルという高値で販売されています。同様に、同社は顧客の特別なニーズを満たすために 3D 地形カスタマイズサービスも提供しています。 3Dプリント技術は地質情報の分野でますます広く使用され、その技術は日々進歩しており、地質調査の3次元シミュレーションや地質探査の3次元モデル結果の出力において重要な役割を果たすことは間違いありません。

編集者: Antarctic Bear 著者: Miao Jinli、Liu Wenfei (国土資源部地質情報技術重点研究室、中国地質調査所開発研究センター)

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