CADにおけるサーフェスとソリッドは、どちらも3D形状を作るための基本的なモデルですが、扱える情報と得意な用途が異なります。

サーフェスモデルは、物体の「表面」を作る考え方です。厚みや内部体積を持たない面の集合として形状を表現します。自由曲面、デザイン面、複雑な外装形状などを滑らかに再現しやすく、自動車のボディ、家電製品の外観、意匠性の高い工業製品、スキャンデータからの曲面再構築などで活用されます。3Dスキャン後のメッシュデータをCAD化する際も、まず基準面・円筒面・自由曲面などをサーフェスとして再構築するケースが多くあります。

一方のソリッドモデルは、表面だけでなく「厚み・体積・内部」を持つ立体モデルです。穴あけ、肉抜き、フィレット、ねじ、リブ、ボスなどの機械設計要素を加えやすく、質量・体積・重心の算出、干渉チェック、加工データ作成、構造解析にも向いています。部品設計や金型設計、治具設計、組立検証では、ソリッドモデルが中心になります。

実務では、サーフェスとソリッドを使い分けるのではなく、組み合わせることが重要です。たとえば、複雑な外観をサーフェスで正確に再現し、その面を閉じてソリッド化すれば、意匠性と機能性を両立したCADモデルを作成できます。リバースエンジニアリングでは、現物形状を3Dスキャンし、必要な箇所をサーフェスで整えた後、設計変更や加工に使えるソリッドモデルへ再構築する流れが一般的です。

サーフェスは表面データのみで中身なし、ソリッドは中身が詰まった固体のデータ

３Dスキャンからサーフェスモデ作成

サーフェスモデリング（表面モデリング）は、3DコンピュータグラフィックスとCAD（コンピュータ支援設計）で用いられる技術で、物体の表面を数学的に定義し、視覚化する手法です。この技術は、製品の設計、映画やビデオゲームのビジュアルエフェクト、建築ビジュアライゼーションなど、多岐にわたる分野で使用されています。サーフェスモデリングの基本的な概念として、以下のポイントを理解することが重要です。

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1. ベースとなる数学的表現

パラメトリック曲面:

これらは、$で$と$で$ という2つのパラメータに基づいて形成される曲面で、滑らかな曲面を作成するのに適しています。CADや3Dモデリングソフトウェアでよく使用されます。

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暗黙の曲面:

方程式によって定義される曲面で、方程式が特定の値に等しい点の集合として曲面を定義します。

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2. 主要なモデリング手法

NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines): サーフェスモデリングで最も一般的に使用される技術の一つで、非常に柔軟性が高く、複雑な形状を正確に表現できます。

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サブディビジョンサーフェス: 多角形メッシュを平滑化してより滑らかな曲面を生成する技術。ビデオゲームや映画のキャラクターモデリングによく使用されます。

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3. モデリングプロセス

サーフェスモデリングのプロセスは、大まかに以下のステップに分けられます。

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コンセプトの定義:

モデリングするオブジェクトの基本的な形状や機能を決定します。

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基本形状の作成:

プリミティブ形状（円柱、球体など）やNURBSカーブを組み合わせて、目的の形状の基本的な構造を作成します。

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ディテールの追加:

より細かなディテールを追加し、オブジェクトの表面を洗練させます。

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テクスチャとマテリアルの適用:

オブジェクトにリアルな外観を与えるために、テクスチャやマテリアルを適用します。

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4. 応用分野

サーフェスモデリングは、自動車のボディデザイン、製品のプロトタイピング、映画やビデオゲームのキャラクター作成など、様々な分野で活用されています。

サーフェスモデリングには、専門的なソフトウェアが必要であり、複雑なサーフェスを効率的に作成します。

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３Dスキャンからソリッドモデル作成