Blenderのsoftwrapアドオンによるボリュームメッシュの作成

Blenderの softwrapアドオンによるボリュームメッシュの作成 Inaba (Twitter:@public_inabower) 2021.5.15 第84回オープンCAE勉強会@関西（オンライン）

モチベーション：複雑な形状の綺麗なメッシュを簡単に作りたい

Softwrapアドオン  https://blendermarket.com/pro ducts/softwrap  Blenderの有償アドイン（$40）  サーフェスメッシュの『リトポ（メッシュの張り直し）』に用いられる
 ストッキングを履くような操作でメッシュを形状にフィットさせる  2019 年10月頃に初リリース  操作に関するQiita記事：  ZwrapとSoftWrapを比較してみた (https://qiita.com/chiron amo/items/1f96cef818dd9 6626c66)

softwrapの操作感をデモ

サーフェスメッシュとボリュームメッシュ  CGは基本的にサーフェスメッシュ（面）  四角形のサーフェスメッシュは自動生成技術などがかなり完成されている  CAEではボリュームメッシュを用いることが今は主流  六面体メッシュが良いとされることが多いが、六面体の自動生成はとても困難
 六面体の自動生成は広く研究されていて、そのうち実現されると期待している  六面体に拘らずに精度を出す技術も研究されている  あとメッシュフリーの手法（MPS,SPH,LBMなど）も進歩しまくっている

簡易形状のヘキサメッシュを作って表面を複雑形状にフィットさせれば複雑なヘキサメッシュが作れるのでは・・・？

全体のロードマップ

具体的な手順  SALOME  手切りヘキサメッシュを作成  OpenFOAM  OpenFOAMの”writeMeshObj”で変形予定面をobjファイルで出力
 Blender  Softwrapで張り合わせ  再びobjファイルを出力  OpenFOAM  ”moveDynamicMesh”でメッシュ変形  境界条件として、先ほどのobjファイルから各点の移動量を使用

メッシュの作成と読み込み  SALOMEでちまちまヘキサメッシュを手切り  なるべく簡単に作って後から張り合わせたい  unvファイルで出力  OpenFOAM形式に変換 
ideasUnvToFoamで変換  SALOME  簡易CAD+メッシャ  応力解析ソルバーCodeAsterと連携できる  https://www.salome-platform.org/  OpenFOAM  流体解析ライブラリ  基本的に本発表みたいな使い方はしない  https://www.openfoam.com/

OpenFOAM : objファイルの出力  writeMeshToObj  形状をobjファイルで出力できる  -patchFacesをつけると各patchごとのobjが生成される
 foamMeshExportでもobjファイルを生成できるが、これだと全てのpatchが一つのファイルとして出力されてしまう  Blender側で点の増減を行うと、変形後に読み直すのが困難になるので注意

moveDynamicMesh / OpenFOAM  OpenFOAMのメッシュ移動機能dynamicMeshだけを動かすソルバー  内部では弾性変形が解かれている  境界条件として変位を与えることで、メッシュの全点の変位が得られる 
ただし有限体積法なのでちょっとなまる  今回はBlenderから持ってきたobjファイルを読み込んで、その各点の座標から変位量を与えてあげる  ※「使い慣れているから」という理由でOpenFOAMを使っただけなので、これが最適解ではないと思われる（というか多分違う）  「Blenderでobjを変形してもノードの順番が変わらない」という性質を使えばもっと効率的な方法はあるはず

境界条件  境界条件は自作  OpenFOAMでは”coded”という機能で、C++で任意に境界条件を記述できる  図のように、単にobjファイルを読み込んで、点座標を示す
行を読み込んでいる感じ  Blenderの中で点の順番が変わってなかったのでこれができた

Softwrapの基本操作  ビューポートの右上の小さな矢印でアドオン画面が出てくる（※1）  ピンでノードを固定する（※2）  Shift +
左クリックでノードを選択  Gで移動  Snap to Faces で目的形状にピンを移動できるので便利（※3）  ピン周辺の剛性を変更  Sでピンの大きさ≒高速範囲を調整できる  Individual Origins で全部のピンを一度に変化できるので便利（※4） ※1 ※2 ※3 ※4 ①Shift+click ②G

softwrapの設定（触ってみた感じの解釈） ※間違ってるかもしれないです  おそらく、内部では有限要素法で布の応力が計算されてる  おそらく、メッシュの重複などのペナルティが内部応力として作用し、それを緩和するような動作をしている  面の表裏に注意 
設定項目  Stiffness : 元の形状に対する変化にペナルティ？  Structural :形状変化、Shear : 歪み、Bending : 曲げに厳しくなる  Damping : 減衰量  下げるとガシガシ上げるとちょっとずつ変形する  Smoothing：変化後の形状に対してペナルティ？  Smooth：ガタガタ表面、Quad：歪み四角形、Topologic：対象形状との差異に厳しくなる  Snapping：対象形状に張り付く力  0だと何もしない、いろいろ調整しながら1を目指す  Plasticity, Performance：今回触らなかったので不明今のモード一度に掴むノード数 Softwrap演算のステータス元メッシュと目的形状？対称拘束形状剛性せん断剛性曲げ剛性減衰幅平滑性四角形トポロジー張り付き強さ塑性？デフォルトだとビヨンビヨン動くもしかしたら変形を固定できるかも多分演算の設定どう結果に影響するかは分からなかったが計算量は大きく変わるっぽい（PCファンの音で判断）

これを踏まえてなんかデモ

実行環境  OS：Windows10 Home 20H2  Blender 2.90  Softwrap-2.0.0-for-blender2.83-2.92-windows
 SALOME platform 9.6.0  WSL : Ubuntu20.04 LTS  OpenFOAM v2012  ParaView 5.9.0

ヘキサバニーチャレンジ  Stanford bunnyのヘキサメッシュを作ってみたい  目的は特にない

検討の変遷  ①元メッシュは超単純形状  これでうまくいくならいいけど・・・  →ダメでした  どんなに頑張っても張り付か
ない

検討の変遷  もうちょっと複雑な元メッシュで  →これもダメでした

検討の変遷  更に複雑な元メッシュ  ここまでくると元メッシュ作るのも一苦労  → 一応張り付いた 
内部のメッシュの品質は悪い  Softwrapで加工する前提の内部メッシュ構造を作る必要がありそう

曲面には境界層を張る方がよさそう

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