空中に文字や物体を描ける ３Ｄクリスタルの教材活用

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1 第 37 回生理学技術研究会奨励研究採択者シンポジウム 空中に文字や物体を描ける 3Dクリスタルの教材活用 平成 26 年度科学研究費補助金 ( 奨励研究 ) 課題番号 : 交付額 :60 万円 独 ) 国立高等専門学校機構福島工業高等専門学校モノづくり教育研究支援センター技術専門職員和賀宗仙

2 3D プリンタの流行 3D プリンタ モデリングソフト / _ html

3 3D クリスタル 3D プリンタだと倒れてしまう 3D プリンタと同じくモデリングソフトで設計 アニメ ゲームキャラクターの展示ブースで昔からよく見かける

4 空中に物体や文字を描きたい いわき 生理学研究所 2 個で 1080 円の発送料 フレミング左手の法則 13cm*8cm*8cm コスモファンシー 3D クリスタルなら空中描画可能 g 説明教材として活用しよう

5 3D クリスタル製作の流れ 3 年応用物理 Ⅰ 実験 4 年応用物理 Ⅱ 実験 3D クリスタルメーカー 数学授業 3 年微積分 ⅡB モデリングソフト購入 SolidWorks Education Edition Academic Year SLDASM,SLDPRT のまま送信 SketchUp Pro2014J(12/26 付で SketchUp Pro2015J へ更新済 ) obj 形式にエクスポートして送信

6 購入図書

7 関数曲面 高遠節夫 (2013), 新微分積分 Ⅱ, p.71 例題 4, 大日本図書 3 年次一般科目 微積分 ⅡB 曲面 z=x 2 +y 2 と平面 x+y=1および3つの座標平面で囲まれる立体の体積 Vを求めよ プラグイン k_tools 陽関数を描画 (Ruby) SketchUp2014 用プラグイン k_tools

8 アンケート 磁場 構造力学の図をクリスタル化してほしい自分もつくりたい 2 万円 + 消費税重い (2kg) 目盛があるとよかった ( 角から見ると 2 重に見えるし難しい ) グラフが小さい ( コスト 体積ではなく大量生産の問題 ) オリジナルサイズだと値段がけた違いにあがってしまう

9 SolidWorks 基礎セミナー受講 支出費目 :1 その他 20 万円 2 旅費いわき 水道橋 2 泊 3 日 2 往復分

10 コイル電流でつくられた磁場 ( 目には見えない ) 比電荷 磁場からローレンツ力を受けて描かれる電子の円軌道 円を描いたあとヘリカルカーブ / スパイラルカーブでピッチ指定のらせんを描いて そのパスに従ってスイープさせてコイルを描く p?id=4c996a7a0e SolidWorksには矢印を立体として描く機能はない このテーマは3 年後期から4 年前期にうつった三角形の回転で円錐矢印レーザーポインタを使いながら実験開始前に原理説明しよう

11 ヤング率 SketchUp おもりをのせてわずかにたわんだ試料棒 SketchUp2015J から 3 点円弧の機能がついた 太さをもたない直線三角形で矢印を表現 ( 厚みなし ) 角度

12 ヤング率 3D クリスタル もっとこの距離を縮めて描くべきだった

13 Q&A 非表示にしたものは obj や stl とかで保存したときどうなるんでしょうか? SketchUp にてテストした結果です A. グループを非表示にした場合 SketchUp で確認したところ obj や stl は非表示にしたグループは取り込まれませんでした dxf の場合は 非表示のグループも取り込まれました B. エッジを非表示にした場合エッジを非表示にしている場合でも インポートするとそのエッジが表示されました C 補助線の場合補助線は確認した範囲ではインポートされませんでした ファイル形式や取り込むソフトによっても動作は異なる可能性があります 簡単な図形を作成して お使いのソフトにてテストをされることをおすすめします 矢印 破線描画できないか? SketchUp と一緒にインストールされている LayOut でしたら描画可能です LayOut は SketchUp Pro に付属しているプレゼンテーション用 2D アプリケーションです

14 学生へのヒアリング D がどことどこの距離か理解できた b を裏側から見ると d に見える l ( 小文字のエル ) は筆記体で書かないとゴミ棒に見えてしまう 筆記体のフォントってどなたかご存知でしょうか?

15 フランクヘルツ すべての物理現象はこの Ne 管の中で起こっているが 実験中はまったく見えない 金網構造 RSfence2.rb RS フェンス生成プラグイン Ne, 電子 Sphere Plugin

16 電子に顔文字表情 サンドボックス ドレープ鉛直下方向にしかできないので上面に描いてから回転する

17 フランクヘルツ 3D クリスタル 電子の表情はほとんど見えないくらい小さい 説明文の文字は間近で凝視してようやく見える 電子の経路はこれを使えば手軽に説明できると思う 4 枚のフェンス間の距離を小さく描き 文字や電子 Ne をもっと大きく描くべきだった

18 上から見たフランクヘルツクリスタル

19 学生へのヒアリング G1 G2 が隙間のある金網であることを全く想像していなかった Ne 気体中に電子が飛んでいくのを 水中ビームのようなイメージでとらえていた Ne が隙間だらけで浮いているイメージが想像できない人は とにかく熱電子をくいとめたり通過させたりするという壁や魔王のような 抽象的な存在としてとらえていた 起電力の描画が小さすぎた 実験の操作に夢中になっているときは気づかなかった 操作がひと段落してグラフ印刷や帰り際のタイミングでクリスタルで原理説明してくれるといい きちんとレポートを書いていても違うイメージを想像していた学生もいたかもしれない

20 対応策 1 紙に実寸印刷をする SolidWorksの場合 SketchUpの場合

21 対応策 2 3D クリスタルを複数くっつけて分けて描く 結構いけるかもしれない

22 3 次元ベクトル場の試み gnuplot ベクトル場グラフを obj 形式で保存 注 ) 一般にいうモデリングソフトの obj 形式とは違う > gnuplot 内のコマンドでグラフを描画する > set terminal tgif > set output graph.obj > replot ents/program/gnuplot/install.html wgnuplot Windows でも gnuplot が使える splot with vectors は開発バージョンなら OK

23 wgnuplot

24 graph.obj をメモ帳で開く ベクトル場描画の座標情報っぽいことが書いてある set terminal table を使えば x y z delta_x delta_y delta_z でデータ列をつくれるらしい モデリングソフトのプラグイン機能を使えば描画できるかもしれない矢印の矢の描画情報が入っているか?

25 手がかりとなる参考文献 4-2 プラグイン Ruby プログラム座標値データが書き込まれたテキストファイルを取り込んで線を一気に描画するプラグインが付属 CD-ROM に収録されている テキストファイル テキストファイル は SketchUp でテキストファイルを読み込み 読み込んだ座標値データを元に線を作成するための Ruby プログラムです メニューの テキストファイル をクリックし テキストファイルを選択するだけで 読み込んだ座標値データにしたがい線を作成します

26 3D スキャナの試み COMET L3D: 科研費での購入ではなくもともと機械工学科で所持

27 SolidWorks へ STL 取込み よく見るとゴミもある 黒いので白スプレーを吹き付けているが欠損が多い

28 SolidWorks SketchUp SolidWorks meshlab SketchUp で STL を介して dae でのインポートが可能 SolidWorks で STL 形式で保存 STL を meshlab で開き dae 形式で保存 dae を SketchUp でインポート dae

29 今後の 3D クリスタルサービス 2015 年 1 月末コスモファンシー 3D 部門閉鎖 アイジェット浜松事業所開設のお知らせ製作事例や最新情報をブログで紹介しております 写真から自分の 3D アバター ピポ を作成し そのデータを 3D プリンタで出力してフィギュアにもできる ios 向けアバターアプリ 3D ピポ をリリースいたしました! ダウンロード無料ですので お楽しみ頂けますと幸甚です Facebook:

30 考えられる生理学 生物学への応用 骨や関節にかかる力をあわせて図示 放射線によるDNA 構造破壊の解説 結晶構造の図示 発表にお呼びいただき誠にありがとうございました 今後ともどうぞよろしくお願い申し上げます