実践！初心者がイラストを3Dプリンタでフィギュア化したら、ここまで出来た

基板少女フィギュア製作の経緯

　我々GrabTFは、グラブ、余熱、 Y/Nの3人から成るフィギュア製作サークルです。とは言っても、オリジナルの作品はこの記事で紹介する基板少女フィギュアが初めてという初心者です。

　当初、グラブは2012年夏のワンダーフェスティバル(以下ワンフェス)での初展示に向け、1人で版権モノのフィギュアを製作していました。しかし、版権申請において書類不備があり、ワンフェス3ヶ月前になって、そのフィギュアを展示・販売できないことになってしまいました。今までの苦労は水の泡。このままでは展示ブースは有るのに展示品が一つも無いという状態でした。

　これから製作するとなると、版権フリーやオリジナルのものを選択する道しか残されていません。そんな中、メンバーの余熱から「自分の描いたキャラ、"新川サキ"ならオリジナルキャラクターなので出展できる。基板少女としてハードウェア関連の一部の人にはある程度認知されているし、これを使うのはどうか」という提案がありました。こうして、「基板少女 新川サキ」をフィギュア化しようというプロジェクトが立ち上がりました。その後、アドバイザ役だったY/Nも、モデリング担当として本格的に参加することになりました。

　3ヶ月間、夜や週末のみ作業を行い、全てオンライン（Dropbox、Skype、メール）で打ち合わせやデータのやりとりをして、フィギュアのモデルデータを作成しました。業者に3Dモデルデータを入稿して3Dプリンタによる出力を依頼し、なんとかワンフェスまでにフィギュアを完成、展示をすることができました。

同人誌「3人の初心者が3ヶ月で3Dプリンタ使ってフィギュア作ってみた」

同人誌「3人の初心者が3ヶ月で3Dプリンタ使ってフィギュア作ってみた」の表紙。現在、紙版、電子書籍版ともに販売中
（詳細はこのページ下部を参照）

　当時は今以上に3Dプリントに関する情報が少なく、色々なところから情報をかき集め、試行錯誤しつつ作業を行っていました。我々は、その時得られたノウハウを多くの人に知ってもらいたいと、同人誌「3人の初心者が3ヶ月で3Dプリンタ使ってフィギュア作ってみた」を製作し、先日頒布を開始しました。

　同人誌は2部構成となっています。前半には、株式会社イーフロンティア(Shade 3Dの製作会社)の園田浩二氏, 菅原慎也氏に、立体出力を目的としたモデリングをメインテーマとしたロングインタビューに応じていただいた内容を7ページにわたって掲載しています。後半では、基板少女フィギュアの製作過程(フィギュア化前提のデザインから、3Dプリンタで出力可能なデータの作成まで）を、多くの図を交えて詳細に解説しています。手順書としても、読み物としてもお楽しみいただける一冊になっています。

　この記事は、その同人誌の後半の内容を抜粋・要約したものです。この記事を読んで興味を持ってくださった方は、同人誌の方もあわせてお読みいただければ幸いです。

元絵の作成

基板少女のイラスト。フィギュアの元絵として利用しました。

基板少女の基板裏面。回路パターンで描画しています。

　まずはフィギュアの元となる絵について説明します。

　今回フィギュア化に当たり、下図を「元絵」としました。この絵は同人ハードウェアサークル「れすぽん」で描いた絵で、基板の裏面にパターンを使って絵を描いた「基板少女」として、Impressなどに掲載して頂き、局所的に話題になったものです。

　基板少女の絵は、3Dモデリングを行うために書き起こしたものではないため、この絵はあくまで「元絵」として、メンバー間でイメージを共有するためのガイドラインとして利用しました。

　フィギュア頭部、特に輪郭や目などは見た目の印象を大きく左右するため、基板少女フィギュアの頭部は既存のモデルの使いまわしをせずにスクラッチ(既存のものを流用せず、新規で製作すること)で作ることにしました。そのため、3Dモデルの作成に必要な正面図と側面図を描き起こしました。

正面図と側面図はそれぞれ髪の毛が無いバージョンも作画しました。

　フィギュア製作においては一般的に「決め角度」が定義され、その角度から見たときに最もイラストの再現率が高いようにモデリングされることが多いようです。フィギュアにおいての決め角度は顔の正面図になる場合が多いため、正面図はイラストと同様に描きます。側面図は(筆者は普段横顔イラストを描く時は目をもう少し後ろの方に描きますが)、今回は正面図との整合性を重視するため、普段よりかなり前方に目を描いています。

　基板少女の元絵には鼻を書き込んでいませんでした。そのためフィギュアにも鼻はつけない方針で進めていきます。鼻としての表現は出さずに、かつ横顔の違和感を無くすような側面図にする必要があります。今回の製作でも、鼻があるべき部分は多少膨らませるように側面図を描きました。

ポージング

MikuMikuDanceにてポージングを行っている途中経過です。
頭部は別途作成します。

　元絵では特にシチュエーションを決めていませんでしたが、「キャラクターは空中にいて、スカートがふわふわしており、マフラーがなびいている」というメンバー間の共通認識がありました。そのため、どこかに飛び移る(横移動)か、少し高いところから降りる(垂直落下)シチュエーションになるはずです。マフラーは後ろ側になびいているため、前方に向かって飛んでいくシチュエーションであるのが最も自然だという結論になりました。スカートが膨らんでいることから、上昇中ではなく落下中で、片足を伸ばしていることから着地する瞬間であり、手を広げているのは着地の瞬間にバランスを取るためという解釈になりました。着地する瞬間には目線は足元にあるはずです。しかし、フィギュア化にあたり「決め角度からの見栄えを重視する」という観点から、目線はあくまでカメラ目線としました。

　ポージングの大まかな認識合わせについては、市販の関節が稼働するフィギュアなどを用いるのが手っ取り早かったです。この段階では大まかに「両手は真横、左足は前方、右足は後方」とだけ決め、MikuMikuDanceというソフト(詳細は後述します)を使用して最終的なポーズを決めました。

作業フロー

　次の図は、3Dカスタム少女XPから出力したデータを、フリーソフトを使って変換し、Shade 3Dで利用できるようにするまでの過程を示したものです。

ファイル変換の流れ

【3Dカスタム少女XP [販売元（注：18禁サイト）]】
　マウス操作でキャラクターモデルの容姿を好きなようにカスタマイズします。その後、Ctrl+SAVEボタンで、ヘビーセーブデータ（3Dモデル情報を持った、特別な形式のPNG画像ファイル）を作成できます。

【tso2pmx [入手元]】
　上記で出力したヘビーセーブデータを、PMXファイルに変換します。tso2pmxを起動し、出力先フォルダなどの情報を記入した上で、ソフトのウィンドウ上にドラッグアンドドロップすると、指定フォルダに出力されます。

【MikuMikuDance [入手元]】
　PMXファイルを読み込み、ポーズの検討、ポーズファイルの出力をします。ポージングの基本的な操作は単純で、「選択」モードにして左クリックで関節を選び、「移動」・「回転」で角度をつけていきます。右クリックで視点を移動しながら繰り返し調整を行い、気に入ったポーズになったら、このポーズデータを、VPDファイルとして保存します。この時点では、PMXファイルに関しては、変更は加わりません。

【PMDEditor [入手元]】
　VPD(ポーズデータ)とPMX(ポーズ無しのモデルデータ)を統合し、PMX(ポーズ付きモデルデータ)を生成します。その後さらに同ソフトで、Shade 3Dなどの3DCGソフトで取り込めるように、汎用のOBJ形式でエクスポートさせます。そのほか、PMDEditorでは、ボーンの位置、角度、長さなど、様々な調整ができます。今回は、スカートのボーンの長さを長くしました。操作方法の詳細につきましては、同人誌の方をご覧いただけると幸いです。

【Shade 3D [販売元]】
　OBJファイルをインポートし、これをテンプレートとして参考にしながらモデリングを行います。注意すべきなのは、ここまで変換してきたモデルデータは、そのままでは3Dプリンターで出力できないということです。出力可能性を考慮したモデリング方法の詳細については、次の「立体出力のためのモデリング」で記述します。

エラーの種類と修正方法

　立体出力を目的とした3Dモデリングで最も大切なのは、『体積の定義されない(内側・外側の判断が出来ない)オブジェクトは立体出力できない』ということです。以下にいくつかのNG例と、その修正方法の例を挙げます。

「×」は厚さ0のため立体出力できません。
「◯」のように厚さを持たせる必要があります。

【厚みのないオブジェクトはNG！！】
　Shadeなどの3DCGソフトでは、厚さ0のオブジェクト(板ポリゴン)を簡単に作成可能ですが、3Dプリンタでは、厚さ0のオブジェクトは立体出力できません。布や紙の様に薄いものを作りたい場合でも、両面化し、ある程度の厚みを持たせる必要があります。

「×」は自由曲面の上部に穴が有る例です。
「一点に収束」コマンドなどで穴を塞ぐ必要があります。

【穴あきオブジェクトはNG！！】
　表面に穴がある形状もNGです。修正方法は色々有りますが、例えば図のような自由曲面の場合、穴の輪郭の閉じた線形状に対し、[ツール]→[形状編集]→[一点に収束] を行うことで穴を塞ぐ事が可能です。（もし壺のような形状を作りたければ、内側にも面を作る必要があります。）

図は法線（赤い点線）を表示した状態。法線はポリゴンの表方向に垂直に表示されます。
「×」は球の上半分の法線がオブジェクトの内側に向かっている（反転ポリゴン）ので、修正が必要です。「◯」は反転ポリゴンの無い状態です。

【反転ポリゴンはNG！！】
　3Dモデルのそれぞれの面(ポリゴン)には表・裏が定義されています。Shadeの場合、ポリゴンの裏表を意識しなくても基本的に問題なくレンダリングされますが、立体出力においては、この裏表が非常に重要です。面が一部でも反転している(裏面が物体の表に出ている)と、そのオブジェクトの内側・外側が正しく判断できないため、エラーとなってしまいます。

　Shadeでは、法線表示、片面シェーディング、GLSLなど、面が反転していると不自然に表示されるようなプレビュー方法が用意されているので、好みや見やすさで使い分けると良いでしょう。Shadeでは、以下のような幾つかの方法で反転ポリゴンの修正が可能です。

・選択ポリゴンの反転（ポリゴンメッシュの場合）
・オブジェクト全体の面反転
・法線方向の統一

【そのほかの注意点】
ブーリアンレンダリング、穴情報による穴、サブディビジョンサーフィス、バンプ、トリムなどは、レンダリング結果どおりに立体出力ができないので注意が必要です。ブーリアンモデリングを適用したり、ハイポリゴンに変換するなどして、形状化をしておく必要があります。

エラーのチェック方法

MiniMagicsの表示例。赤枠で示した、反転三角とバッドエッジが共に0になっていないと立体出力できません。プレビュー画面の赤い部分が反転三角、黄色い線がバッドエッジを示します。

実際のモデリングを行う前に、エラーチェックの手順を確認しておきましょう。MiniMagicsというフリーソフト（入手元）で、各パーツが立体出力可能なモデルになっているか、エラーチェックすることができます。

　モデルデータをSTL形式に変換(手順は省きます)し、MiniMagicsで開きます。「パーツページ」の「検証」の表示を見て、「反転三角」(=反転ポリゴン)と「バッドエッジ」が0になっている事を確認します。なっていない場合は、そのままでは立体出力できないので、先述のような修正が必要となります。こまめにエラーチェックを行うことで、後戻り作業を減らせるとおもいます。

　なお、バッドエッジ(オープンエッジ)とは、オブジェクト表面の穴の輪郭や、板ポリゴンの端の部分を指します。「シェル」はオブジェクトを構成するポリゴンメッシュの数です。これは必ずしも１である必要は無いようですが、出力業者によって扱いが異なる可能性もあるので、確認が必要です。

基板少女のモデリング

基板少女フィギュアのモデルデータ完成図

　当初筆者らは前章でコンバートしてできた変換データをベースに、頭部など最小限の変更を行ってフィギュアを製作する予定でした。しかし元々のデータが立体出力を目的に作られたものではないため、MiniMagicsでのエラーチェックで膨大なエラーが見つかってしまいました。そのため、変換データは3Dテンプレート(下書きのようなもの)として利用するにとどめ、大部分をShadeで作り直しています。ただし、3Dテンプレートを用意したことにより、モデリングの段階ではポーズや全体のバランスをあまり気にせずに作業を行えるという利点がありました。

　モデリング作業のおおまかな流れは以下の通りです。頭部, 髪, マフラー, ジャケット, スカート, 手, 脚, 靴下, 靴, 土台を別々にモデリングし、パーツごとにMiniMagicsでエラーチェックをします。(ここでは割愛させて頂きますが、同人誌の方で8ページほど使って基板少女フィギュアの各パーツのモデリングを詳細に解説しています。)エラーの無くなったパーツを一つに組み上げて、モデルデータの完成です。

データ入稿に関する確認ポイント

　ここでは入稿データについての注意点を一部抜粋して述べます。注意すべきポイントは業者や出力装置などによって変わってきます。モデリング作業が終わってからこれらのポイントについて考えるのではなく、早い段階でそれらを可能な限り確認しておき、ある程度方針を決めてから作業を行うと失敗が少ないと思います。

【入稿データの形式】
　業者によって受け付けるファイル形式は異なりますので注意が必要です。ファイル形式の変換に自信がない場合は、使い慣れた形式での入稿に対応しているかが業者選びの重要ポイントです。

【色指定】
　基板少女フィギュアの出力を依頼した、株式会社アイジェットさんでは、ZPrinter 650 というフルカラー3Dプリンターを使用されているそうです。色指定のやり方を質問したところ、テクスチャにも対応しているとのことでしたので、基板少女ではスカートにテクスチャを使用しています。複雑な柄や文字の出力を希望する場合は、どのくらい細かい出力ができるかも予め確認した方がよいと思います。

左から、スカートに適用したチェック柄のテクスチャ、Shadeでのレンダリング結果、 3Dプリンタによる出力結果。

【出力サイズ】
　3Dプリンタで出力できるサイズには制限がありますので、大型のモデルを出力したい場合には注意が必要です。逆に小さく出力する場合には、細部の再現性の限界や、強度も考慮する必要があります。

【価格】
　大きさや素材(使用する3Dプリンタ)、業者によって、価格は大きく変わります。価格表のサイズの表現もまちまちです(高さ、体積、幅＋奥行き＋高さ)。サイズが大きくなると、体積(=材料の量)はその3乗に比例して大きくなるため、数cm大きくするだけで価格が跳ね上がってしまう場合もあるので要注意です。