メッシュとNURBS徹底比較：3Dプリントに最適な3Dモデルの形式はどっち？

CADソフトで3Dオブジェクトを設計する際、主流のモデリングソフトは「ポリゴンメッシュ」か「NURBS（Non-Uniform Rational B-Spline：非一様有理Bスプライン）」のいずれかを使ってオブジェクトを表現します。3Dプリント用のファイルを作成するとき、ほとんどのCADソフトはファイルをSTL形式（三角形ポリゴンメッシュに変換される形式）へと変換します。「最初からメッシュで作るべきか、それともNURBSで作ってから変換すべきか」と迷っている方のために、両者を徹底的に比較してみました。

総合評価：メッシュ vs NURBS

メッシュのメリット

• ファイルサイズが小さい。
• モデルの編集・修正が簡単。
• STL形式とそのまま互換性があり、変換が不要。
• 完全な3Dレンダリングのため、パッチを貼り合わせた継ぎ目（シーム）が発生しない。

NURBSのメリット

• より正確で、ピクセル感のない精細なモデルを作れる。
• エンジニアリングや機械設計の用途に適している。
• 滑らかな形状をレンダリングできる。

ポリゴンメッシュは、コンピュータ上で3Dオブジェクトを描画するための形式です。このため、3Dプリント用のSTLファイルでも採用されています。三角形を使って3D形状を作る場合、滑らかなエッジはあくまで「近似」になります。NURBSで最初から作成した画像のような完璧な滑らかさには決して届きませんが、その分メッシュはモデリングが容易です。メッシュは数学的な平均値計算を行わないため、頂点を押したり引いたりして直感的に形を動かせて、毎回同じ結果を得られます。

コンピュータモデリングの観点では、NURBSが最も滑らかな画像を作り出します。また、ピクセル感のない、均一なエッジを持つ正確なモデルを作成できます。エンジニアリングや機械系の用途では、ポリゴンメッシュベースのソフトよりもNURBSベースのレンダリングが好まれます。一般的に、オブジェクトをCADソフトにスキャンして取り込む場合も、最初はNURBSでスキャンされることが多いのです。

対応ソフトウェア：無料版と有料版

メッシュ

• 無料ソフトと商用ソフトの両方が存在。

NURBS

• 無料ソフトと商用ソフトの両方が存在。
• 多くのソフトがポリゴンとNURBSの両方に対応。

ポリゴンメッシュでもNURBSでも、無料・フリーミアム・商用とさまざまなソフトウェアが利用できます。しかも、両方の機能を内蔵したソフトも多くあります。例えば無料ソフトのBlenderで映画を作る場合、キャラクターはポリゴンで作りつつ、背景環境はNURBSを使えば、有機的な曲線を持つ自然な地形を表現できます。

その他の主要なNURBS対応ソフトとしては、Autodesk Maya、Rhinoceros、AutoCADなどが挙げられます。ただしこれらもポリゴンメッシュに対応しています。一方、SketchUpの無料基本版は内蔵ツールでポリゴンのみをサポートしており、Pro版なら滑らかな曲線などNURBS的な処理を近似できる拡張機能が利用可能です。

どのツールを選んでも、モデル作成のために何百ドルも支出する必要はありません。ただし、より高性能なソフトウェアの中には、その程度の費用がかかるものもあります。

使いやすさ：メッシュの方が速くモデル化・プリントできる

メッシュ

• 3次元の線と形状を使って、素早くモデルを組み立てられる。
• 滑らかな曲線を作るのはやや難しい。

NURBS

• 2次元オブジェクトのパッチを組み合わせてモデルを構築する。
• 接合が不完全だと隙間（ギャップ）が現れることがある。
• 滑らかな曲面を扱いやすい。

NURBSは曲面のレンダリングに優れていますが、メッシュモデルでもポリゴンの分割数（面数）を増やせば近似表現が可能です。

一方、NURBSにも限界があります。NURBSは2次元的な描画方式のため、複雑な3次元形状を作るにはパッチを作って貼り合わせる必要があります。場合によってはパッチが完全に一致せず、継ぎ目（シーム）が現れることも。STLファイル用にメッシュへ変換する前に、オブジェクトを注意深く確認し、継ぎ目が完璧に揃っていることを確認することが極めて重要です。

初心者にとっては、メッシュ（ポリゴン）系ソフトが3Dモデリングの基礎を学ぶ良い出発点になります。基本的なモデルなら短時間で作れるからです。

3Dプリント：ポリゴンメッシュの方が速い

メッシュ

• STLへ直接変換できる。

NURBS

• STLファイルとして書き出す前に、メッシュへの変換が必要。

3Dプリントを目的としてモデリングするなら、ポリゴンメッシュにはNURBSに対するアドバンテージがあります。NURBSファイルは、スライサーソフトがプリンター用の指示を生成するために使うSTL形式へ直接変換できないのです。まずメッシュに変換するという余分な工程が必要になります。

NURBSで作業してメッシュに変換する際は、解像度を選べます。高解像度にすれば、プリントされるオブジェクトの曲線はより滑らかになります。しかし高解像度はファイルサイズの増大を意味し、場合によっては3Dプリンターが処理できないほど大きなファイルになってしまうこともあります。

解像度とファイルサイズの最適なバランスを見つけることに加えて、ファイルサイズを削減するためのクリーンアップ手法もいくつかあります。例えば、オブジェクトを作成する際、プリントされない内側の面を作らないようにしましょう。これは2つの形状を結合したときなどに起こりがちです。結合面は、プリント時には別々の面として現れないにもかかわらず、定義されたまま残ってしまうことがあります。

まとめ：どちらを選ぶべきか？

普段から使い慣れている3D設計ソフトであれば、たいていNURBSまたはメッシュファイルをSTLやその他の3Dプリント用形式へ書き出すオプションを備えています。

最初にNURBSで作るかメッシュで作るかは、好みの問題です。変換の手間なく手軽に使えるソフトを求めるなら、メッシュから始めるのが最良の選択肢です。完璧な曲線を得られる環境を求めるなら、NURBSを使うソフトを選びましょう。

さまざまなモデル形式を理解するための優れた情報源として、3Dプリント受託サービス（SculpteoやShapewaysなど）の資料も参考になります。これらの企業はほとんどの3D設計ソフトのファイル形式を取り扱っており、ファイルを正しくプリントするための有益なヒントやアドバイスを提供しています。