国士舘大学イラク古代文化研究所教授 松本 健
柱修復のための調査
A Study for the Pillar Repair
-Three Dimensional Measurement, Drawing and Modeling-
国士舘大学理工学部理工学科都市ランドスケープ系 小野 勇 Tomoaki Kodama, Course of Mechanical Engineering, Department of Science and Engineering, School of Science and Engineering, Kokushikan University 国士舘大学理工学部理工学科機械工学系 ○ 児玉 知明
Photograph Pillars Collapsed of Four Parts Photograph Scattering Situation of Column ■ 柱の倒壊は、大地震によるものと考えられているが、倒壊の方向やコラムの散乱状況 を考慮すると人為的に倒された可能性も否定できない。 ■ 柱は、後世の人為的要因により倒壊した位置から移動しており、修復を妨げる要因に なっている。さらに、劣化が進行している部材も多く、修復作業の困難が予想される。 における遺跡【柱】の修復現状
■ 柱の修復をする際の問題点 ■ 柱の材質は砂分を多く含んだ石灰岩である。 ■ 風化の進行が著しく早く、玄武岩や花崗岩 と比較して強度が小さい。 ■ 柱の下部に位置するものは相当な荷重が 作用するため強固に接続する必要がある。 ■ 柱の修復 ■ 散乱している柱は、損傷が軽微なものはそ のまま組み立てることが出来るが、著しいものは 修復を行う必要がある。
A A A A A A A A ■ ヨルダン隊による柱の修復例 ■ ウムカイスの発掘チームが行った修復を示す。ドラ ムと同色になるようにセメントと骨材を配合し、柱の欠 落した部分に簡易的な型枠を設置し、打設した。外観 は比較的良好な仕上がりになっている。 ■ ヨルダン隊による柱修復の長所、短所 ■ ある程度、元の形状が残っていれば修復が可能で ある。 ■ 作業工程が少なく費用も小額。 ■ 経年劣化の程度が把握できていないので耐用年 数が分からない。 ■ 修復なのか模造なのか疑問である。
Photograph Pillars has been Repaired Photograph Pillars has been Repaired
■ 本プロジェクトの目的
■ 遺跡の精密測定およびデジタル化 ■ デジタルデータを採用した遺跡【柱】モデリング ■ 【柱】遺跡モデリングによる精密修復および復元 ■ 遺跡全体のモデリング ■ 遺跡全体の精密修復および復元[Digital Data] Constitution of the this System
[Precision Measurement]
Fabrication by the Three Dimensional Printer
Measured Results of Total Station with Data Collector
Fig. Main Flow of This Study
Three Dimensional CAD (Computer Aided Drawing) [Precision Drawing]
■ トータルスティション（Total Station with Data Collector System）について トータルステーション（Total Station） は測 量機器の一つで、現在、あらゆる測量の現 場で最もよく使用されているものである。距 離を測る光波測距儀（こうはそっきょぎ）と、 角度を測るセオドライト（Theodolite）とを組 み合わせたものであり、従来は別々に測量 されていた距離と角度を同時に観測すること ができる。これによって、観測により得られた 角度と距離から新点の平面的な位置を容易 に求めることができる。 また、PC機能と液晶画面を内蔵しており測 量結果を自動的に記憶できるので、モバイ ルパソコンやプロッタなどを組み合わせてシ ステム化することで、観測から計算、帳票作 成、地形図の編集までを効率よく行い、測量 工程の大幅な省力化が可能である。 Photograph
■ Two Dimensional ■ Three Dimensional
CAD (Computer Aided Design)
Design
CAD (Computer Aided Drawing)
Drawing
CAE (Computer Aided Engineering) Engineering
FEM_BEM ( Structure_Stress_Strain_Displaceme
nt_Load )_CFD CAM (Computer Aided Manufacturing)
Manufacturing
■ Three Dimensional CADについて
PTC Creo Parametricはアメリ カのPTCよりリリースされている製 造業向けソリューションCreo Elements/Proの中核であるCAD ソフトウェア。3次元ソリッドモデル での設計を主な機能とし、現在の 3次元CADの主流であるパラメト リック・フィーチャー・ベース・モデリ ングを初めて導入した Pro/ENGINEERが2010年10月 に改称したもの。
3Dプリンター（英語: 3D printer）とは、通常の紙に平面的に印刷するプリンターに対して、 3DCAD、3DCGデータを元に立体（3次元のオブジェクト）を造形するデバイスを指す。通 常は積層造形法によるものを指す。 3次元のオブジェクトを造形することを、3Dプリンティング（三次元造形、英: 3D printing） と呼ぶ。 3次元造形機（ラピッドプロトタイピング）の中でも小型かつ低価格で後処理が少ない装置 を示す。メーカーによって多少の違いはあるが、基本的な仕組みは、コンピュータ上で作っ た3Dデータを設計図として、断面形状を積層していくことで立体物を作成する。液状の樹 脂に紫外線などを照射し少しずつ硬化させていく、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ね ていく、粉末の樹脂に接着剤を吹きつけていく、などの方法がある。現在、製造業を中心 に建築・医療・教育・先端研究など幅広い分野で普及している。用途は業界によって様々 である。製造分野では製品や部品などの「デザイン検討」「機能検証」などの試作やモック アップとして、建築分野ではコンペやプレゼン用の「建築模型」として、医療分野ではコン ピュータ断層撮影や核磁気共鳴画像法などのデータを元にした「術前検討用モデル」とし て、教育分野では「モノづくり教育のツール」として、先端研究分野ではそれぞれの研究用 途に合わせた「テストパーツ」「治具」などの作成用途で使用されている。
Photograph Three Dimensional Printer
Photograph Fabrication by the Three Dimensional Printer
■ 粉末積層法による石膏造形モデル_Three Dimensional Printerを用いた 製作例
Fig. Gypsum Model by the Powdery Laminating Method
Fig. ABS Resin Model by the Fused Deposition Modeling (FDM)
Photograph
Decumanus Maximus
Photograph Octagonal Hall
Photograph Pillars of Forum
Column or Drum
Fig. Name of Pillar Capital
Pedestal Base
Photograph Capital and Column (Drum) Photograph Column (Drum) and Base
Fig. Relationship between Pillar and Measurement Range Base 120 deg Total Station Measurement Range Pillar Total Station Total Station
with Data Collector
120 deg 120 deg
Measurement Range Measurement Range
Total Station
with Data Collector
Total Station
Fig. Transfer of File
■ ファイルの変換
prn File:
stl File: Standard Triangulated Language
pts File:
Fig. Mesh Model
[pts File, 3958 Points]
Fig. Data of Point Cloud [pts File, 3958 Points]
Fig. Data of Point Cloud and Mesh Model for Pillar Fig. Data of Point Cloud and Mesh Model [Base and Pedestal,
■ エンタシスの補正
max 2 b max maxL
L
L
D
D
D
D
ここで、 ： 数値計算位置の直径 ： 最大直径 ： 低部の直径 ： 基部から最大径までの長さ ： 低部から数値計算位置までの長さL
L
D
D
D
max b maxA A A A A A A
Fig. Sample of stl Model [Solid Model] Fig. Sample of Surface Model
A A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud of Pillar [Before Selection]
■ Modeling of Pillar
Fig. Data of Point Cloud of Pillar [After Selection]
A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Pillar
■ Modeling of Pillar
A A A A A A A
Fig. Surface Model of Pillar
■ Modeling of Pillar
A A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud of Base
■ Modeling of Base
A A A A A A A
Fig. Comparison of Data of Point Cloud for Base
Fig. Comparison of Data of Point Cloud for Base
A A A A A A A
■ Modeling of Base
Fig. Surface Model of Base [Before: Mirror Copy]
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Base
A A A A A A A
Fig. Surface Model of Base [After: Mirror Copy]
■ Modeling of Base
Fig. Surface Model of Base [After: Boundary Blend]
A A A A A A A
Fig. Surface Model of Base
■ Modeling of Base
A A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud and Curves of Pedestal [Before: Data Selection]
■ Modeling of Pedestal
A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Pedestal
■ Modeling of Pedestal
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Pedestal [After: Data Selection]
A A A A A A A A
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Pedestal [After: Data Selection]
■ Modeling of Pedestal
Fig. Data of Point Cloud and Curve Interpolation for Pedestal [After:
A A A A A A A
Fig. Curve Interpolation of Pedestal
■ Modeling of Pedestal
A A A A A A A A
Fig. Surface Model of Pedestal [After: Mirror Copy]
■ Modeling of Pedestal
Fig. Surface Model of Pedestal [Before: Mirror Copy]
A A A A A A A
Fig. Surface Model of Pedestal [After: Boundary Blend]
■ Modeling of Pedestal
A A A A A A A
Fig. stl Model of Pedestal
■ Modeling of Pedestal
A A A A A A Fig. ZPrint_UI
■ Three Dimensional Printer
A A A A A A A Fig. XEdit
A A A A A A A A
A A A A A A A A
■ 今後の展望
■ オーダーの修復を行う際に、キャピタルの製作が課
題となる。
A A A A A A A A
Fig. ABS Resin Model by the Fused Deposition Modeling (FDM)
Photograph Roman Remains
Photograph Roman Remains Web Web
Fig. Coordinate Measuring Machine
■ 遺物の三次元精密測定および製作
Fig. Machining Centre Fig. Lathe [Computer Numerical Control] Fig. Wire Cut
Fig. Machining Centre Fig. Lathe [Computer Fig. Machining Centre
まとめ
柱の三次元精密測定・図面化・プリンタを用いて形状を再現し、修復および 復元のための一助とした。そのまとめとして、 ［1］ 測量器を用いて柱の三次元点郡データを採取した。 ［2］ 三次元点郡データをもとに3CADを用いてソリッドモデルを構築した。 ［3］ 三次元ソリッドモデルから三次元プリンタを用いて精密な柱モデルを製作 した。 本手法を用いて柱の三次元精密測定および復元を行うことによりモデル化す ることができた。また、遺物の三次元測定法および製作方法について一提案し た。さらに、本手法を用いることにより遺跡全体にも応用でき三次元空間を表現 することができると考える。謝辞
本プロジェクトを遂行するに際して、ご協力頂いた理工学部理工学科機械工学系 大高敏男教授および大学院工学研究科機械工学専攻修士課程小田切岳君、金 大信君に深く感謝いたします。
Thanks for Your Attention !
![Fig. Sample of stl Model [Solid Model] Fig. Sample of Surface Model](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123deta/6621162.688042/25.1080.49.1004.106.698/fig-sample-model-solid-model-sample-surface-model.webp)
![Fig. Data of Point Cloud of Pillar [Before Selection]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123deta/6621162.688042/26.1080.29.1048.129.694/fig-data-point-cloud-pillar-selection.webp)
