建築パース制作におけるモデリングとは

「モデリング」とは、建築物の2Dデータ(2次元データ)を元に 3Dデータ(3次元データ)を作成することです。

3D CAD(3次元CAD)、CGパースなど専用ソフトウェアを用いて平面的な図面(2Dデータ)から立体的な形状である「立体モデル(3Dデータ)」を再現します。平面的な図面に基づいた建築物の立体モデル作成は、CG(computer graphics:コンピュータ・グラフィックス)による建築パース制作において欠かせません。

なお、「建築パース(建築物および建築空間の完成予定図)」のパースとは「Perspective Drawing(透視図)」の略。遠近法や透視図法など一定の図法に従って、平面的(2次元的)な図面に奥行き・遠近感をもたせ、建築物および建築空間の完成像・全体像を立体的(3次元的)に表現します。

これまで、「建築パース」は手書きで描かれていましたが、近年、CGを用いた「建築CGパース/CGパース」が一般的になりました。

CGによって形状・色合いを細かく表現でき、鮮やかな色彩で写真と見間違えるほどリアルに描けます。手書きパースと比べて、より具体的かつ正確に建築物および建築空間イメージ、全体像・完成像を掴むことができます。

今回は、CGによる建築パース制作工程の一つである「モデリング」について説明していきます。

モデリングの役割

「建築CGパース/CGパース」は、3D CADなど専用ソフトウェアを用いて制作されます。CGパースの基本的な制作工程は、「設計作業」「モデリング(形状入力)」「レンダリング(3DCGデータ作成)」「ポストプロダクション/レタッチ(データ合成・調整・加工作業)」に分類されます。

特に、建築パース制作においてモデリング工程は欠かせません。モデリング工程では、コンピュータ上の3DCG(3次元コンピュータ・グラフィックス)空間において、平面的な図面を元に建築物の立体モデルを作成します。

モデリングにて建築物が立体的に可視化されることにより、建築物および建築空間の全体像・完成像を容易に掴め、平面では判断しにくい空間的な確認(規模、部屋と部屋のつながり、天井の高さ、動線など)、詳細なデザイン(素材、色合いなど)を把握できるようになります。

2Dとの違い

建築CGパース制作工程において、モデリングは、3D CADなどモデリング専用ソフトウェアを用いて平面上で設計した建築物を立体的な形状として再現する工程。

CAD(Computer Aided Design:コンピュータ支援設計)は、設計・製図業務の効率化・容易化を目的とし、「2D CAD(2次元CAD:平面的な図面)」「3D CAD(3次元CAD:立体的な図面)」に分類されます。

2D CADは建築物を2軸(縦・横)の平面、3D CADでは3軸(縦・横・奥行き/幅・奥行き・高さ)の立体で描きます。

平面的な図面に奥行きや遠近感をもたせ、立体感・スケール感を出すことにより、全角度から全体像を捉えられます。立体(3D)では、平面(2D)と比べて直観的かつ具体的に空間イメージを思い描け、視覚的に分かりやすいです。

あわせて、立体的な可視化によって、建築設計・施工工程に伴う問題点の洗い出しも可能となります。

モデリング作業の流れ

モデリング作業は、「三面図の作図」「輪郭・シルエットの作成(ポリゴンモデリング)」「UV展開」「テクスチャ・マテリアル作成」「ライティング」の流れで進めていきます。

1、三面図の作図
三面図とは「正面図(前から見た図)」「平面図(上から見た図)」「側面図(横から見た図)」を指し、形状の寸法・比率、見えない部分のデザインが正確かつ明確に描かれています。

図面上において可視化されていない部分、曖昧な部分、矛盾が生じている部分などを伴いますが、三面図に従ってモデリングを行うことで緻密な表現にて立体モデルを再現できます。

2、輪郭・シルエットの作成(ポリゴンモデリング)
立体モデルの作成では、まず、三面図を元に「ポリゴン(三角形や四角形など多角形の面)」と呼ばれる小さな単位を使用して輪郭・シルエットから描いていきます。

「ポリゴン」とは、3D空間において3つ以上の頂点をつないで作った多角形の面を意味し、3DCG制作における基本的な単位。ポリゴン数が増えるほど自由度の高い、複雑な形状を造形できます。

ポリゴンモデリングでは、複数のポリゴンを組み合わせて立体モデルを作成します。基本的には、面(三角形あるいは四角形)および直線を用いて輪郭・シルエットを立体的に描きます。

頂点の位置・配置、ポリゴン数・組み合わせを変えることにより、曲がった線および面(曲線・曲面)を表現でき、丸みが帯びた形状も作成できます。

また、ポリゴンはテクスチャ・マテリアル作成の土台となるため、面密度の均一性、平行で歪みがない平面性、必要最低限のポリゴン数(不要な面の削除)など正確かつ最適化された輪郭・シルエット作成が重要です。

3、UV展開
UV展開は、立体モデルにテクスチャ(質感)とマテリアル(材質)を設定するうえで欠かせません。ポリゴンにて立体的に構成された形状を適当に分割し、立体図形の展開図のように平面的に展開します。

4、テクスチャ・マテリアルの作成
テクスチャは色、光の反射・透過率、模様、凹凸など表面の質感。マテリアルは木造、鉄筋コンクリートといった材質。

ポリゴンモデリングにて作成した立体モデルは、輪郭・シルエット、骨組みのみで表現されています。材料、色、模様など詳細なデザイン情報はなく、非常に無機質です。そこで、UV展開図に従って、ポリゴンモデリングにて作成した無機質な立体モデルにテクスチャおよびマテリアルを作成し、リアル感を出します。

5、ライティング
テクスチャ・マテリアル作成によって、無機質な輪郭・シルエットからリアル感を持った立体モデルとなりました。ライティングでは、立体モデルにライト・光源(色、位置、方向など)を設定します。

例えば、太陽光(自然光)は、時間(朝昼夜)・季節(春夏秋冬)・天気によって変化します。光の種類(太陽光、人工光)、時間・季節・天気・シーン演出などに従って、明るさを調整します。

ライティングは、全体像・完成像、全体イメージを決定付ける重要な工程であり、最終的な見映えはライティング次第です。また、光を巧みに使うことにより、視覚的訴求力は高まります。

まとめ

今回は、「ポリゴン」によるモデリングについて説明しましたが、3Dモデリングの表現方式は、大きく4種類「ポリゴン」「ワイヤーフレーム」「サーフェイス」「ソリッド」に分類されます。

【3Dモデリングの表現方式】
■ポリゴン:多角形の面で表現

■ワイヤーフレーム:頂点と線で表現
輪郭・シルエットを表す頂点と線(ワイヤー)にて立体形状を表現します。針金で作った骨組みのイメージ。立体感の表現は不十分であり、表面積や体積・質量などは計算できません。

■サーフェイス:面の情報を加えて表現
ワイヤーフレーム(頂点と線)に面の情報を加えて、立体モデルを表現します。空箱や風船などのように中身はなく、体積・質量の情報はありません。球体や円柱など自由度が高く、複雑な形状の作成に優れ、自動車ボディなどデザイン性が高い立体モデル向きです。

■ソリッド:面の情報と体積の情報を加えて表現
ワイヤーフレームに面の情報と体積の情報を加えて、立体的に表現します。幾何情報(頂点、線、面)と位相の情報(距離、角度など)から表面積、体積・質量を計算できます。ただし、ポリゴンと比べ、滑らかな表現はできません。

このように、3Dモデリングの表現方式には4種類ありますが、現在、「ポリゴン」が主流です。特に、建築物は曲線・曲面が少なく、多くの場合、「ポリゴンモデリング」にて立体形状を作成しています。

(画像はPixabayより)