XVL: Extensible Virtual world description Language

特長

• データ量が劇減 →ネットワーク経由の共有が容易
• 曲面を多数のポリゴンで近似するのではなく，必要最小限の制御点で直接表現
• 各制御点の座標とそれらのトポロジ関係を個別に定義するため，数値誤差による面の隙間や食違いが生じない
• 閲覧するだけならば，専用の3次元CADは不要．各自が無償ビューワをインストールすれば，3次元形状モデルを共有可能 ←これ重要
• XMLベースのデータ構造であるため，他形式のXMLデータと容易に相互変換可能 ←これも大変重要

デスクトップ切削機械 (XVL 37 kB, ワイヤフレーム表示に切換えると，従来データ形式との違いが顕著)

立体地図表示 (筑波山，養老川 XVL 46～88 kB)

国土地理院 出所の明示で利用できる場合

数値地図50mメッシュ(標高) 日本II

数値地図50000(地図画像) 真壁

本XVLモデルは，クライアントの依頼により養老川流域立体地図を製作する過程で実際に使用したものである．立体地図の製作においては比高(高さ方向の強調倍率)を決定しなければならないが，そのためにクライアントはまず比高と完成イメージの関係を把握し，さらに要望する完成イメージに合致する比高を選択する必要がある．ここでXVLを用いた以下のプロセスにより，必ずしも技術の専門家ではないクライアントに多大な負担を強いることなく，容易かつ短時間に最適な比高を決定することができた

1. 製作側は立体地図のXVLモデル，比高を変更するためのJavaScript，それらを統合するXHTMLを準備してサーバにアップロード
2. クライアントはXVLビューワをダウンロード･インストール
3. クライアントは1.のコンテンツにアクセスし，立体地図の完成イメージを表示
4. クライアントは必要に応じて比高を変更し，それを反映した完成イメージを再検討
5. クライアントは4.を反復して要望する完成イメージに合致する比高を決定，製作側に連絡
6. 決定した比高に基づいて製作開始

本プロセスはXVLの基本的な技術思想であるカジュアル3D，すなわち全ての部署における3D情報の共有化の典型例であり，以下の利点を有する

• クライアントはXVLモデルを表示しながら移動･回転･拡大縮小等の操作を行うことにより，完成イメージを直感的に把握することが可能
• 比高を変更しながら完成イメージを検討する反復作業をクライアント側でリアルタイムに実行可能．製作側は比高を変更する度にクライアントからの要求に応じて異なるXVLモデルを準備する必要は無い
• クライアントが準備しなければならないのは，webブラウザと無償ビューワのみ．高価かつ操作に専門知識を要する3次元CADは不要
• 軽量なXVLファイルはネットワークを経由して高速に転送可能

不思議歯車機構: Mechanical Paradox (XVL 140 kB)

• 英国人James Ferguson (1710-1776)が，太陽系儀 (オリジナル図版)に使用した．
• キャリア上に歯数の異なる3枚の遊星歯車を同軸配置し，それらが共通の中間歯車とかみ合う．
• 地面に固定した太陽歯車を中心にキャリアが回転すると，各遊星歯車は以下のように異なる運動をする↓

上段遊星歯車

歯数44, 黄マーク

地面から見ると，キャリアと同方向に回転する．

月軌道の近地点が，地球の周りをその公転と同方向に移動することを表す．

実際の周期(対恒星近点順行周期)8.85年に対して，本機構では8.8年の周期を再現する．

歯数が多いにもかかわらず，負転位により中間歯車と干渉せずにかみ合う．ただし歯厚が不足気味になり，強度不足が懸念される．

中段遊星歯車

歯数37, 赤マーク

地面から見ると，キャリアと逆方向に回転する．

地球の公転面およびそれに対して傾いている月軌道の交点が，公転と反対方向に逆行することを表す．

実際の周期(対恒星交点逆行周期)18.6年に対して，18.5年の周期を再現する．

歯数が少ないにもかかわらず，正転位により中間歯車と隙間なくかみ合う．ただし，正面かみ合い率が辛うじて1を上回る実に危うい条件である．

下段遊星歯車

歯数39, 緑マーク

キャリアの回転にかかわらず，地面に対して回転しない．

地球の自転軸の方向(北極星の方向)が不変であることを表す．

• 標準歯車の基準円直径は，歯数に比例する．したがって同軸配置した歯数の異なる複数の遊星歯車を同時に中間歯車にかみ合わせようとすると，寸法上の不整合が生じてしまう．Fergusonはこの不整合を歯車間のバックラッシにより吸収したようであるが，250年を経た現代では転位歯車を用いて正しくかみ合う厳密な設計が可能である．
• 本XVLモデルではラック形工具による創成歯切りをCAD上で再現し，インボリュート歯形およびその転位を「あくまでも近似ではあるが，かなり真面目に」モデル化している．

解説記事

前川, 不思議歯車機構 －発想を転換すれば，全く不思議ではない－, 日本機械学会誌, vol. 114, no. 1111, pp. 440-441, 2011.

機械の素－遊星歯車

DXF 1.2 MB → XVL 4.6 kB, 1/260に軽量化

2K-H型遊星歯車 (XVL 2.6 kB)

3K型遊星歯車 (XVL 3.0 kB)

負荷感応変速機に使用した 変位→スラスト 磁気変換機構 (XVL 3.2 kB, 各部をクリックするとアニメーション開始)

負荷感応変速機 動作 (XVL 5.6 kB)

1級機械加工技能士 (数値制御フライス盤) 採点作業 (XVL 4.1 kB)

XVLのデータ構造はXML: Extensible Markup Language に基づいているため，XSL: Extensible Stylesheet Language を介して他形式XMLデータと容易に相互変換することができる．例えば，化学構造式を表すCML: Chemical Markup Language を以下の手順でXVL形式の立体分子模型に変換することができる

1. CML形式のデータを入手
2. 以下の変換ルールをXSLとして記述
   • CMLデータから，分子を構成する各原子の種類および3次元配置を抽出
   • 各原子の位置にXVL形式で球を生成
   • 原子の種類に対応して，球の半径および色を設定
3. XSLTプロセッサにCML (元データ)およびXSL (変換ルール)を入力して，XVLファイルを出力

CMLからXVLに変換した分子模型 (XVL 1.8～8.3 kB)

PDBML: Protein Data Bank Markup Language からXVLに変換した分子模型 (XVL 39～83 kB)

これらの分子模型では，原子を表す球の半径をファンデルワールス半径の0.6倍に短縮している．これは球半径をファンデルワールス半径に合わせると，球同士が深く重なり合って原子間の結合関係が判りにくくなってしまうためである(カフェインの例)．良く見かける原子を棒で繋ぐタイプの分子模型は組立て･分解が簡単な反面，実は原子間隔に対して原子サイズが極過小のスカスカなモデルであることがわかる．

↑ただし，｢ファンデルワールス半径を半径とする色付きの球｣というモデルが実際の原子の妥当な表現なのか否かは，また別の問題である．

ラピッドプロトタイピング技術により造形した立体分子模型

XVLデータをさらに変換してラピッドプロトタイピング装置に入力すれば，低コスト･短時間で立体分子模型を造形することができる．ここではカラー粉体積層造形を使用した．

球半径=0.6×ファンデルワールス半径×拡大率

拡大率 5×10⁷

拡大率 2.5×10⁷

壊れ易いので，透明シリコーンに封入

類似の事業例

ラピッドプロトタイピング造形

内部レーザ加工

ストラップ

ゆらゆら分子君

関連造形事例 立体地図

前川近影 (XVL 426 kB), 非接触3次元デジタイザ VIVID 9i により計測

XVL3D.COM

ラティス・テクノロジー

XVLとは？

ダウンロード

三井造船システム技研

サンプルデータ