AECアプリケーションにおけるシームレスな
BIMワークフロー：      
3D InterOpがIFCデータ3D InterOpの書き込みを追加

AECアプリケーションのBIMワークフローにおいて、IFCデータを読み書きできることは、プロジェクトの構想から実現までシームレスなデータ転送を確実にするための鍵となります。IFC形式は、AECを中心とした市場において、ますますグローバル化するチームやアプリケーション間の効率的なコラボレーションや調整を容易にします。

1. BIMワークフローとデジタルコラボレーションのレベル

AECアプリケーションでIFCデータを利用するBIMワークフローは、単純なものから複雑なものまで幅広く、最終目的もさまざまです。その結果、このようなワークフローは、コラボレーションの量に応じて、デジタルデータの使用に関する4つの基本的なレベルで特徴付けられます。

レベル0

レベル0では、デジタルコラボレーションは存在しません。典型的な例は、従来の2Dの紙の図面を使用することです。実際このような紙の図面は、建設業などの一部の領域ではまだ多く使用されています。

レベル0では、IFCデータファイルは重要な役割を果たしません。

レベル1

BIMワークフローにおける実際のデジタルコラボレーションは、レベル1で始まります。このレベルでは、建築要素や補助的なMEP（機械、電気、配管）システムのジオメトリと関連するトポロジが、AECアプリケーション間で交換されます。このレベルでは、ジオメトリとオブジェクトの定義のみが下流のワークフローで利用できます。

IFCデータは、特に建設要素（IfcStoreyやIfcWallなど）やMEPシステム（IfcFlowSegmentなど）を表現するクラスで、このレベルから重要な役割を果たすようになります。

レベル2

レベル2では、デジタルコラボレーションが増えてきます。このレベルでは、GUID（Graphical User Identifier）、プロパティセット、およびあらゆるQTO（Quality Take-Off）データが、幾何データとともに転送されます。その結果、上流と下流のジオメトリ操作のリンクが維持されるため、下流のワークフローがより包括的になります。

このレベルでは、IFCデータファイルを使用して、オブジェクトや建物固有のメタデータ（永続的なGUID、プロパティ、QTOなど）を識別および相互参照することができます。

レベル3

レベル3は、最も広くデジタル・コラボレーションを行うレベルであり、建築要素と補助的なMEPシステムの両方のジオメトリと、GUID、プロパティ・セット、QTOの対応するメタデータを完全に統合し、すべて1つのアプリケーションで使用します。その結果、すべての種類のBIMデータが1つのデータベースで利用できるようになり、すべてのBIM関係者の間で完全なコラボレーションが実現可能になります。

3D InterOpの能力：現在のレベルと将来の見通し

これらのレベルは、3D InterOpにどのように関連しているのでしょうか。簡単に言うと、3D InterOpは幾何学的なBIMデータをIFCファイルとしてインポートし、そしてエクスポートもできるようになったという事です。このようなジオメトリのIFCデータおよびタイプを書き込む能力は、レベル1のコラボレーションに相当します。3D InterOpのこの機能は、Spatial対応のAECアプリケーション間の多分野にまたがるBIMワークフローを合理化し、建設プロジェクトの実現までの時間を短縮します。

近い将来、3D InterOpは、IFCデータのエクスポートの要件も満たし、レベル2のコラボレーションをサポートするために必要な機能を開発予定です。

2. InterOp は、幾何学的な IFC データを読み書きします：図解例

レベル1コラボレーションによる3D InterOpの幾何学的なIFCデータの読み書きの例として、建築家とエンジニアによるオフィスビルの設計を考えてみましょう。まず、スイスにある国際的に有名な建築設計事務所の建築家チームが、韓国でのプロジェクト用にオフィスビルのデジタルモデルを作成するという例を想像してください。モデルには、空間、パーティション、装飾柱、階段室、ドア、ファサード、窓などの建築要素が含まれています。

建築チームがオフィスビルを設計した後、チームのメンバーがSpatialの3D InterOpでオフィスビルのモデルをIFCファイルにエクスポートし、そのIFCファイルを韓国のエンジニアリング建設会社の土木エンジニアのチームに送ります。

韓国の土木技師チームは、IFC ファイルを Spatial の 3D InterOp を使用する別の AEC アプリケーションにインポートし、基礎、耐力柱、壁、スラブなどの必要な構造要素をすべて建築モデルに統合して、さまざまな荷重シナリオで建物をサポートします。

構造耐力要素が元のモデルに統合された後、機械および電気エンジニアなどの更なるチームが、必要なすべての MEP システムを建物モデルに統合していきます。

この時点で、建設会社の企画・購買担当者は再び 3D InterOp を使用して、オフィスビルのモデルを IFC ファイルとしてさまざまな下請け業者にエクスポートし、見積もりやスケジュールの依頼をすることができます。

世界各地のアプリケーションからアプリケーションへIFCデータを転送するBIMコラボレーションモデルの全体像を、次のフローチャートにまとめました。

統合されたBIMワークフローにおいて3D InterOpを活用し、異なるAECアプリケーション間でシームレスにデータを転送できることは、グローバルに点在するチーム間で効率的に作業するための鍵となります。

これらの3D InterOpの新しい追加機能は、今後何回かのホットフィックスで順次提供される予定です。

3D InterOpによって、AECアプリケーションが上流と下流の両方で他のアプリケーションと通信し、統合的BIMワークフローを実現する方法の詳細については、以下のリンクから、もしくはSpatialにお問い合わせください。

デジタル・リコンストラクション：
CGM　Polyhedraがサーフェスメッシュを簡単に再構築

サーフェスのスキャンデータ（点とそれに関連する法線）や、そのスキャンデータから作成されたサーフェスメッシュは、隙間や穴があるという意味で不完全な場合が多く見られます。そのため、レンダリングやモデルの修正といった付加価値の高い処理を行う前に、新しいサーフェスメッシュを再構築する必要があります。

1. リバースエンジニアリング： 機械部品のスキャンの再構築

羽根車のリバースエンジニアリングを考えてみましょう。最初のステップは、羽根車をスキャンし、点とそれに対応する法線を取得することです。スキャンが不完全であったため、羽根車の表面メッシュには断続的に穴や隙間があります。

次に、CGM Polyhedraを用いて、羽根車の元のメッシュの穴を修正します。メッシュの再構築によってすべての穴が滑らかに埋められ、新しいメッシュができあがりました。この新しいメッシュは、下流工程で使用することが出来ます。

2. 地形モデリング 不規則な地形のスキャンを再構築

その他の例として、広い地域の地形モデリングがあります。例えば、米国コロラド州の地形図のLIDARデータを考えてみましょう。データはまばらで、サーフェスメッシュは詳細とは言えません。そのため、山や谷などの重要な地形は認識しにくくなっています。

ここで、CGM Polyhedraを使い元のメッシュを再構築してみます。新しいサーフェスメッシュでは、コロラドの様々な地形の細かな特徴が明らかになりました。この新しいメッシュは安定しており、ダウンストリームでの運用に適しています。

3. デジタル歯科： 患者の顎のスキャンを再構成する

デジタル歯科の一般的なワークフローとして、患者の歯と歯肉の口腔内スキャンからサーフェスメッシュを作成する場合を考えてみます。スキャンは不完全で、ポイントが欠けています。そのため、サーフェスメッシュには多くの不規則な穴があります。

しかし、CGM Polyhedraは、元のメッシュを穴のない連続したメッシュに再構築することができます。この新しい表面メッシュは、元の特徴を詳細に保持するだけでなく、下流工程での安定した操作を保証します。

4. CGM Polyhedraによる再構成：一般的なワークフローと同様

これまでの3つの例では、次のような3つの基本ステップからなる一般的なワークフローが適用されます（下図）。

1. 1. サーフェスメッシュをアプリケーションにインポートします（例：Spatial社の3D InterOp）。 サーフェスメッシュには不規則な穴が多数あります。
2. CGM Polyhedraが新しいサーフェスメッシュを再構築します。
3. 3. CGM Polyhedraは、再構築された新しいメッシュをチェックします。異常やエラーが残っている場合（例えば、不正なサーフェス法線など）、CGM Polyhedraは新しい再構成されたメッシュも修復します。

再構築が終わると、新しく安定したサーフェスメッシュは下流工程で付加価値を与えるための準備が整います。

CGM Polyhedraは、新しいサーフェスメッシュを再構築し、元のメッシュの穴や隙間を取り除くことができるため、面倒なデータ準備作業が不要になります。その結果、設計者、エンジニア、技術者は、付加価値の高い下流工程に迅速に取り組むことができるようになります。

N-Body-Unite:
3D ACIS Modelerにおける
複数ボディの効率的な結合

特殊なワークフロー、特にEDA業界における解析やシミュレーションでは、数百から数千のボディを統合する必要があり、非常に時間がかかる場合があります。3D ACIS Modelerは、最新リリースにおいて、多数のボディを統合するための効率的なアプローチを提供します。

1. 同一平面上にあるシートボディのためのマルチスレッド
2D N-Body-Unite 新機能：api_n_body_unite_2d

N-body-unite操作を行うための単純な方法は、最初のボディを2番目のボディと結合し、その結果を3番目のボディと結合するというように、順次ボディを結合し続けることです。しかし、このような逐次的な方法は、一般的にパフォーマンスが高いとは言えません。

数年前から、3D ACIS Modelerは、api_n_body_uniteで複数のボディを結合する機能を備えています。しかし、解析やシミュレーションのためのEDAワークフローは、多くの2Dコプレーナーシートボディの結合を伴うことがよくあります。そのため、ACISでは、複数の2次元ボディを効率的に結合する新しい機能の必要性が生じていました。この新しい機能、api_n_body_unite_2dは、最新リリース2022 1.0.1で利用できるようになりました。

従来のn-body-unite機能とは異なり、新しい2D n-body-unite機能はマルチスレッドを使用することが可能です。マルチスレッドはオプションthread_hot-2d_n_body_uniteをオンにすることで有効にすることができます。

次のグラフは、従来のn-body unite機能と新しい2D n-body-unite機能のタイミングを、シングルスレッドモードで実行した場合とマルチスレッドモード（8スレッド）と比較したものです。N値が5000より大きい場合、新しいapi_n_body_unite_2d機能はシングルスレッドモードでレガシーapi_n_body_unite機能より通常10倍高速になります。さらに、8スレッドのマルチスレッドモードで実行した場合、このグラフはさらに4倍高速になることを示しています。

2. 従来のN-Body-Unite機能の改良：api_n_body_unite

2022 1.0.1では、3D ACIS Modelerの一般的なN-Body-Unite機能、api_n_body_uniteを支えるアルゴリズムが、マルチスレッドを活用し、より高速に動作するように再設計されました。

次のグラフは、新しく改良されたapi_n_body_unite機能によって達成されたパフォーマンスの向上を示しています。このパフォーマンスは、結合操作に参加するボディの数と、これらのボディ間の相互作用の方法に依存します。200以上のボディでは、シングルスレッドモードで10倍の性能向上が見られます。オプションのマルチスレッドモードを有効にすると、さらに3倍の速度向上が得られます。

3D ACIS Modelerが、複数のボディを結合するための新しく改良された演算子によって、解析やシミュレーションを目的とした厳しい条件を満たす必要の有るEDAアプリケーションのパフォーマンスをどのように向上させることができるかについては、Spatialに是非ご相談下さい。