PyConJP2015 Pythonで3Dモデリング&3Dプリント

by Takuro Wada

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Pythonで 3Dモデリング＆3Dプリント Kabuku Inc. Takuro Wada（@taxpon）

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まずは自己紹介

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Hello! • Takuro Wada (＠taxpon) ‣ Software Engineer ‣   • 3Dプリント関連サービスを提供しています

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最近フィギュアになりました

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Pythonで 3Dモデリング＆3Dプリント「本日のお題」

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Pythonで 3Dモデリング＆3Dプリント「本日のお題」「3Dプリントってなんだっけ？」

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3Dデータを元に造形物を積層造形すること 3Dプリントって？

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具体的には https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing

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3Dプリントでなにができるの？

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例：金型では作れない形状

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例：究極のカスタマイズ「一品モノ」

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例：身の回りのもの

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例：既成品のハック

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DIME 10月号より弊社CEO稲田

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面白そう！どうすれば使えるの？

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3Dプリントするはなにが必要？ 3Dデータ 3Dプリンタ 3Dプリント = 3Dデータを元に造形物を積層造形すること

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- データモデリング - データ修正 - 形式変換 - 3Dプリント - 後処理 3Dプリントにはどのような作業が必要？

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今回お話する部分 - 形式変換 - 3Dプリント - 後処理 Pythonで 3Dモデリング Pythonで 3Dプリント - データモデリング - データ修正

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Pythonで 3Dモデリング

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3Dモデリングって？

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3Dモデリングって？ • 3Dデータを作ること 3Dデータ = 3Dの形状を表すデータ

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STL(ASCII)の場合

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三角形ポリゴンの定義 STL(ASCII)の場合

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以下、ポリゴン定義の繰り返し STL(ASCII)の場合三角形ポリゴンの定義

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以下、ポリゴン定義の繰り返し STL(ASCII)の場合コレを自前で計算するのは大変 →モデリングツールを使う三角形ポリゴンの定義

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3Dモデリングに使うツール • 3DCGソフト ‣ CGの作成が目的 • 3DCADソフト ‣ 工業デザインが目的

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3DモデリングツールとPython • 様々なソフトがPythonAPIを提供 ‣ 機能拡張や自動モデリング等が可能になる 3DCG 3DCAD

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3DモデリングツールとPython • 様々なソフトがPythonAPIを提供 ‣ 機能拡張や自動モデリング等が可能になる今回 3DCG 3DCAD

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（基本的に）無料かつ高機能 ʮ͜ΕΒΛબΜͩཧ༝ʯ ‣ Blender ‣ OSSで無料で使用可能 ‣ Fusion360 ‣ 教育関係者、スタートアップは無料

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（基本的に）無料かつ高機能 ʮ͜ΕΒΛબΜͩཧ༝ʯ ‣ Blender ‣ OSSで無料で使用可能 ‣ Fusion360 ‣ 教育関係者、スタートアップ、ファンは無料

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ということで本題に入っていきます

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Blenderで Pythonモデリング

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Blenderって？ • 1995年から開発され続けている3DCGソフト • オープンソース、マルチプラットフォーム（Win, Mac, Linux） • 開発言語はC, C++, Python ‣ Pythonは主にAPI部分に使われている ‣ Blender内部にPython Interpreterを保有（資料作成時点: 3.4.2） Blender

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Python APIで何ができるの？ Blender 3Dモデルの生成 3Dモデルの編集 Add-onによる機能追加 Animation編集テクスチャ編集割りとなんでも出来ます Blender Addon List http://blenderaddonlist.blogspot.jp/

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Python APIの良い所 Blender • GUIマウスオーバーでPythonメソッド名が表示

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Python APIの良い所 Blender • コマンド履歴がPythonで自動出力 Cubeの生成移動拡大

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Python APIの良い所 Blender • Pythonコンソールの提供 ActiveObjectの確認位置の表示移動スクリプトの動作を簡単に確認するときに便利

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Python APIの良い所 Blender • PythonスクリプトTemplateの提供 ‣ 内部のテキストエディタでTemplateを選択様々なタイプのTempleateが入っていて便利

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Python APIの良くない所 Blender • ドキュメントがわかりにくい ‣ 引数の説明が不十分：用途不明 • オープンソース ‣ 分からなかったらソース読めばいい！ ‣ でもやっぱり大変

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Blender 違いがわからない

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しい

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しい

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しいこれかな？

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しいこれかな？

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しいこれだ！これかな？

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しいこれか？ついに到達！

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Blender 違いがわからない XCODE起動！検索！ PythonAPI全開のC言語！ここが怪しいこれか？ ʢʀ´ɾдɾʣ ついに到達！

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とはいえ Blender • 確実な調査方法があるのは心強い ‣ 分からなかったらソース読めばなんとなかなる、という最後の砦が残っている ‣ なんなら、修正してOSSに貢献も？ https://developer.blender.org/

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では実際になにか作ってみよう Blender • この辺の内容はRinkakブログにまとまっています ‣ PythonによるBlender 3DCGモデリング ‣ https://www.rinkak.com/jp/blog/blender-python-modeling-1 ‣ 最近更新してなくてスミマセン  • サンプルはGithubで公開してます ‣ https://github.com/kabuku/blender-python

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デフォルトオブジェクトの削除コーンの追加

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Blender -Pオプションと実行したいスクリプト名

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たくさんコーンを追加論理和の計算

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枝分かれモデリング root 1 2 2 2 2 1

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アプリ例 • 枝分かれプログラム root 1 2 2 2 2 1

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サポート除去に30分かかる

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リアルタイムに音声解析をしその波形の3Dデータを生成

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Fusion360で Pythonモデリング

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Fusion360って？ • 2012年頃にAutodeskが発表した3DCADソフト • マルチプラットフォーム（Win, Mac） • パラメトリック（強力！）, クラウド処理 • APIはJavascript, Python, C++が公開されている ‣ Fusion360内部にPython Interpreterを保有（資料作成時点: 3.3.5） ‣ 動作速度は C++ > Python > Javascript（推測） Fusion360

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APIで何ができるの？ 3Dモデルの生成 3Dモデルの編集 Add-onによる機能追加割りとなんでも出来ます Fusion360 GUIの作成

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公開されてるアプリ • APIで作ったアプリはAutodesk App Storeで公開可能 ‣ https://apps.autodesk.com/en　 ‣ Fusion360は今のところ14件…(￣｡￣;) ‣ https://apps.autodesk.com/FUSION/en/List/Search?searchboxstore=FUSION 　 Fusion360

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Fusion360 Hackathon • ただいまFusion 360 Online Hackathonが開催中 ‣ http://fusion360hackathon.com/　 ‣ 2015/9/23 - 2015/10/30 ‣ アプリを登録して、承認されたらアプリ１つにつき$500 Fusion360 太っ腹

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Python APIの良い所 • Pythonコンソールの提供 Fusion360 スクリプトの動作を簡単に確認するときに便利 UIオブジェクトの取得メッセージボックの描画

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Python APIの良い所 • Debugger内蔵 ‣ Spyderが同梱 ‣ Break Pointの設置 ‣ ステップ実行 ‣ 変数のWatch ‣ Spyder以外のエディタではDebugger使用不可（編集は可能） Fusion360

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Python APIの良い所 • ドキュメントが充実 ‣ http://fusion360.autodesk.com/learning/learning.html Fusion360

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ちなみに • Fusion360のマニュアルが読みやすくなるという超ニッチなChromExtension作りました • Chrome Web Storeからどうぞ • ChromeWebStoreで「Fusion360」で検索 • https://chrome.google.com/webstore/detail/autodesk-fusion360-learni/amkdnibbgekpljlononmmglfppeihpdn Fusion360

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Python APIの良くない所 • コマンドライン実行ができない ‣ GUIポチポチでスクリプトを実行するのは億劫  • Spyderの使い勝手が良くない ‣ 好みの問題 • Debuggerいじってると結構頻繁に落ちる…  • API自体があまり直感的ではない ‣ パラメトリックだから？ ‣ なれればそんなに気にならないかも Fusion360

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では実際になにか作ってみよう • スクリプトはメニューから追加可能 ‣ runメソッドが実行される Fusion360

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Sketchの準備矩形の描画押し出しを適用するためのCollection作成押し出しの適用

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１辺の長さが２の立方体

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矩形の描画メソッドを作成 10個のランダムな矩形を描画押し出しを適用するためのCollectionを作成

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アプリ紹介 • 画像から3Dデータを自動生成 Fusion360

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メッシュ操作ライブラリ Pymesh

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そもそも • データの位置を移動してマージをするような作業 ‣ Cでごりっと実装するのは億劫 ‣ Blenderでやるものなんかちょっとね

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そもそも • データの位置を移動してマージをするような作業 ‣ Cでごりっと実装するのは億劫 ‣ Blenderでやるものなんかちょっとね Pythonで簡単に使えるライブラリがあればいいのに！みんな

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そもそも • データの位置を移動してマージをするような作業 ‣ Cでごりっと実装するのは億劫 ‣ Blenderでやるものなんかちょっとね Pythonで簡単に使えるライブラリがあればいいのに！安心してください、ありますよ！みんな

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Pymesh • https://github.com/taxpon/pymesh • 特徴 ‣ numpyを使用 • 複数フォーマットサポート • STL(Binary, ASCII), OBJ • Transform ‣ 移動、拡縮、回転 ‣ メソッドチェーンサポート • 複数Meshの結合（Booleanではない） • Analyse • 体積計算

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Pymesh -使ってみよう- • インストール ‣ numpyが必要なので事前に要インストール ‣ PyPIに登録してあるのでpipでインストール可能 $ pip install pymesh

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モジュールimport ファイルロード体積取得拡大回転回転移動ファイルセーブ Pymesh -使ってみよう-

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実行前実行後 Pymesh -使ってみよう-

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実行前実行後 Pymesh -使ってみよう- これは簡単だ！みんな

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Pymesh -使用事例- • 複数のデータを組み合わせるアプリ ‣ 文字が彫られたモジュールをユーザの入力した文字列で組み替えるアプリ

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Pymesh -使用事例- • 組み合わせて作成した事例

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• 昨日（10/10）に発表があった石本さんのtse(text stream editor) ‣ 早速使ってみたワンライナー

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• 昨日（10/10）に発表があった石本さんのtse(text stream editor) ‣ 早速使ってみたワンライナー echo ""|tse --module "pymesh.stl" -p ".*" -a "m = pymesh.stl.Stl('sample.stl').rotate_x(45).save_st l('sample_out.stl')"

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Pythonで 3Dプリント 3Dプリントに使える Python実装のソフトを紹介します

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Cura • オープンソースのスライシングソフト ‣ https://github.com/Ultimaker/Cura ‣ 3Dプリントメーカー「Ultimaker」が提供 ‣ 構成 ‣ GUI： Python ‣ Engine： C++ Cura Engine Cura

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Cura • オープンソースのスライシングソフト ‣ https://github.com/Ultimaker/Cura ‣ 3Dプリントメーカー「Ultimaker」が提供 ‣ 構成 ‣ GUI： Python ‣ Engine： C++ Cura Engine Cura スライシング？

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スライシング？ - データ作成 - データ修正 - 形式変換 - 3Dプリント - 後処理ここ！

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スライシング？レイヤー毎に分割し、プリンタが読める形式に変換

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• 3Dプリンタをネットワーク越しに操作可能にする ‣ 例えば, RaspberryPiに接続された3Dプリンタを制御できるようになる OctoPrint RaspberryPI PC

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まとめ

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まとめ • 3Dプリントには、「データモデリング」「データ修正」「形式変換」「3Dプリント」「後処理」作業が必要 • 3Dモデリングソフトはたくさんある ‣ Blender/Fusion360は無料でPythonモデリングが楽しめる ‣ Pymeshというデータ操作ライブラリがある • 3Dプリント用ソフトにはPython実装のものがいろいろある

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We are Hiring!! • カブクではPythonエンジニアを募集しています ‣ GCP, AWS ‣ 3Dに興味ある方 ‣ 3Dプリンタ使いたい放題 ‣ グローバルな職場エンジニアチーム

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Thank you! Happy halloween :)