GPUを用いた超高速な図形処理技術とその応用 Fast Geometric...
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GPUを用いた超高速な図形処理技術とその応用 Fast Geometric Processing Technology Using GPU and Its Applications 茨城大学 工学部 知能システム工学科 乾 正知 • 技術のポイント • 図形処理の高速化は，機械製造やコンピュータ・グラフィックス，アニメーショ ンにおいて重要． • GPU（Graphics Processing Unit）の並列処理機能を利用して，複雑な図形処 理を桁違いに高速化するソフトウェアを多数開発． • 幾つかの研究成果は商品化され，また多くの企業で実用化されている． • GPUとは • グラフィックス処理用のLSI．メニーコア型アーキテクチャ．汎用の並列処理用 プロセッサとしても利用可能．非常に高速かつ安価． • 近年，数値解析やディープラーニング，金融工学の分野で利用が活発化． 7～8倍 高速 GPUを搭載した グラフィックス カード． 数万円から． GPUのメニーコア・アーキテクチャ GPUの処理性能 • GPUの利用法 • グラフィックス処理用のGPUを，（汎用的な）並列処理プロセッサとして利用す る手法が，幾つか開発されている． 1. 処理対象の問題をグラフィックス処理に置き換えるアプローチ．高速だが 一般性に欠ける． 2. CUDAやOpenCLなどのGPU用の並列処理環境を用いるアプローチ．汎用性 が高いが，処理速度向上にはテクニックが必要． 茨城大学では両方のアプローチで研究と開発を実施． • 形状表現にはポリゴンやボクセル，デクセルを用いることが多い． • 適切なアルゴリズムを利用することで，処理を桁違いに 高速化することが可能．
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GPUを用いた超高速な図形処理技術とその応用Fast Geometric Processing Technology Using GPU and Its Applications
茨城大学 工学部 知能システム工学科 乾 正知
• 技術のポイント• 図形処理の高速化は，機械製造やコンピュータ・グラフィックス，アニメーションにおいて重要．
• GPU（Graphics Processing Unit）の並列処理機能を利用して，複雑な図形処理を桁違いに高速化するソフトウェアを多数開発．
• 幾つかの研究成果は商品化され，また多くの企業で実用化されている．
• GPUとは• グラフィックス処理用のLSI．メニーコア型アーキテクチャ．汎用の並列処理用プロセッサとしても利用可能．非常に高速かつ安価．
• 近年，数値解析やディープラーニング，金融工学の分野で利用が活発化．
7～8倍高速
GPUを搭載した
グラフィックスカード．数万円から．
GPUのメニーコア・アーキテクチャGPUの処理性能
• GPUの利用法• グラフィックス処理用のGPUを，（汎用的な）並列処理プロセッサとして利用する手法が，幾つか開発されている．
1. 処理対象の問題をグラフィックス処理に置き換えるアプローチ．高速だが一般性に欠ける．
2. CUDAやOpenCLなどのGPU用の並列処理環境を用いるアプローチ．汎用性が高いが，処理速度向上にはテクニックが必要．
茨城大学では両方のアプローチで研究と開発を実施．
• 形状表現にはポリゴンやボクセル，デクセルを用いることが多い．
• 適切なアルゴリズムを利用することで，処理を桁違いに
高速化することが可能．
• 金型加工の工程設計支援• 金型形状，工作物形状，工具形状，加工条件から，得られる加工結果を推定（特許済）．
• 全自動で工具経路を生成し，続けて加工シミュレーションを実施．
• 立体の厚み・隙間の可視化• 立体の内部・外部を精密なボクセルモデル（2億ボクセル）に変換．
• 距離場：各ボクセルに，ボクセルから最寄りのポリゴンまでの距離を格納．計算効率化のために階層的な包含ボリュームを利用．
• 距離場に基づいて，立体の厚みや隙間を可視化．
• 実装にはCUDAを利用．
• 切削加工シミュレーション・アニメーション• 工作物形状をデクセルで表現．
• 工具による工作物の除去を，3次元コンピュータ・グラフィックスの隠面消去処理に置換．
• GPUのデプスバッファ機能を利用して実装（特許済）．目的に応じてCUDAも利用．
xyz
0.01 ~ 0.05 mm
デクセルモデル
金型形状のSTL 工作物形状のSTL
加工結果のSTL
問い合わせ先茨城大学工学部 教授 乾正知[email protected]
（赤：薄い，青：厚い）
3軸加工
同時5軸加工
Φ165 Φ165
R3.2以上
ECE基準の例
z
x
z
工具の移動形状
x工具移動形状のデクセル化 デクセル間の引き算
中立軸
p
S
T
tc
7
6
7
6
4
4
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4
3 3 3 3 3 3 3 4 5 6 6 6 6 5 4 3 3 3 3 3 3
2 2 2 2 2 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 2 2 2 2
1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 1 1 1 1
1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 5 4 3 2 1
p
中立軸
ボールエンドミルのCLサーフェス．
CLサーフェス
金型表面とボールエンドミルによる逆オフセット計算の結果．
逆オフセット面= CLサーフェス
逆向き工具．
• 自動車内装部品の安全性評価（ECE検証）• 乗員の安全確保のため，内装部品には多数の安全基準（ECE基準）が定められている．
• 設計時に迅速に基準を評価するソフトウェア．
• 工程設計支援技術と同じ手法を利用．
