【ITニュース解説】How to Design a Creative Towel Hook using 3D CAD Software

3D CADソフトウェアは、コンピューター上で立体的なものを作成・設計するためのツールだ。システムエンジニアを目指す皆さんは、普段コードを書くことやシステム構築に興味があるかもしれないが、現実世界にある物理的な製品や構造をデジタルで扱う技術は、非常に幅広い分野で必要とされている。例えば、スマート家電やロボット、自動運転システムなど、ソフトウェアとハードウェアが密接に連携するシステム開発では、ハードウェアの設計を理解したり、デジタルツインとして物理世界をシミュレートしたりする上で3D CADの知識が役立つこともある。

この記事では、身近な「タオルハンガー」という題材を使って、SelfCADという3D CADソフトウェアでどのようにしてデザインを作り上げていくかを具体的に示している。複雑な設計スキルがなくても、アイデアを形にできることを教えてくれる内容だ。

デザインのプロセスは、まず基本となる土台部分の作成から始まる。ツールバーの「3D Shapes」カテゴリから「Cube」（立方体）を選び、幅50、高さ20、奥行き150という具体的な数値を入力して、長方形の板状のベースを作成する。この数値入力によって、オブジェクトの正確なサイズが指定できる。次に、同じく「3D Shapes」から「Sphere」（球体）を選び、半径100、水平・垂直セグメント50という詳細な設定で大きな球体を生成する。この球体は、タオルをかけるフックの曲線部分を作るために利用される。さらに、この球体の位置をY軸方向に5、Z軸方向に10ずらすことで、ベースとなる立方体との相対的な位置を調整する。

次に、この作成した球体から不要な部分を切り取る作業に入る。まず「Cube selection」（立方体選択）機能を使って、球体の一部を選択範囲として指定する。ここでは、左85から右115というX軸方向の範囲が指定されている。この範囲は、球体の中央部分を細長く切り出すための領域を示している。選択が完了したら、「inverse selection」（選択反転）ボタンをクリックして、指定した範囲外、つまり球体の大部分を選択状態にする。その後、「delete」（削除）ボタンを押して、この大部分を削除する。結果として、球体のごく一部、具体的には指定した範囲の細長い部分だけが残る。しかし、この残った部分はまだ開いた形状、つまり表面が閉じられていない状態になっている。

この開いた部分を閉じるために、「tools」カテゴリから「fill polygons」（ポリゴンを埋める）機能を使う。これにより、残った球体の破断面が塞がれ、完全に閉じた立体形状になる。これは後続の操作で形状を正しく扱うために重要なステップだ。

次に、先ほど作成した立方体のベースと、加工した球体の一部を組み合わせて、タオルハンガーの主要な形状を作り出す。「Boolean」（ブーリアン演算）機能が登場する。ブーリアン演算とは、複数の3Dオブジェクトを足し合わせたり、一方から他方をくり抜いたり、重なっている部分だけを残したりする機能だ。この機能は、複数の異なる要素を組み合わせて新しい形状を創造するプロセスであり、システムの構成要素を組み合わせて全体を設計する考え方に通じるものがある。ここでは「difference」（差分）オプションを選択し、加工された球体（mesh 8と表示されている）を立方体（mesh 4と表示されている）から差し引く。これにより、立方体の端にフック状の切り欠きが形成され、タオルをかけられるような形状になる。

さらに、フック部分に補強やデザイン的な要素を加えるため、再び「Cube」を作成する。幅、高さ、奥行きを20に設定し、高さセグメントを3、Y軸10、Z軸-60に配置する。この小さな立方体は、フックの固定部や装飾の一部となる。そして、「face selection」（面選択）を有効にし、この新しい立方体の一部、具体的にはハイライトされた面を選択する。選択した面に対して、「modify」カテゴリの「extrusion」（押し出し）機能を使う。押し出し量を120に設定することで、選択した面がその方向に120だけ伸び、立体的な棒状のパーツが生成される。これは、フックの腕の部分を形成する重要なステップだ。

次に、この新しく押し出したパーツを、これまでに作成したタオルハンガーの本体に組み込む。「difference 1」として示されるタオルハンガー本体を選択し、再び「Boolean」の「difference」機能を使う。今度は、先ほど押し出しで作ったパーツ（mesh 12）を本体から差し引く。ただし、ここで重要なのは「keep subtracted object」（差し引いたオブジェクトを保持する）オプションを「true」に設定することだ。通常、差分演算では差し引かれたオブジェクトは消えてしまうが、このオプションを有効にすることで、くり抜きに使ったオブジェクト自体も残すことができる。これにより、フックの腕が本体からくり抜かれると同時に、その腕自体も残存し、より複雑な一体感のある形状を作り出すことができる。

最後に、タオルハンガーを壁に取り付けるためのネジ穴のディテールを追加する。再び「Sphere」を作成し、半径6、水平・垂直セグメント50、Y軸11、Z軸40の位置に配置する。この小さな球体は、ネジ穴を表現するためのもので、これを先ほどのブーリアン演算と同様に本体からくり抜くことで、丸いネジ穴を表現する。

このように、SelfCADを使ったタオルハンガーのデザインプロセスは、基本的な立体形状の作成から始まり、選択、削除、穴埋め、ブーリアン演算（差分）、押し出しといった一連の操作を組み合わせることで、複雑に見える形状も段階的に作り上げられることを示している。これは、まさにシステム開発におけるモジュール化や段階的な機能実装に通じるものがある。

記事の最後では、SelfCADの学習リソースとして、インタラクティブなチュートリアル、SelfCAD Academy、YouTubeチャンネルなどが紹介されている。これは、一度学んだことをさらに深め、より高度なスキルを習得していくための道筋を示している。システムエンジニアリングの学習においても、一つのツールや技術を学ぶだけでなく、常に新しい情報を取り入れ、実践を通じてスキルを磨き続ける姿勢が重要だ。3D CADのようなツールを使いこなすことで、デジタル空間での創造性を高め、将来的に多様なシステム開発の現場で活躍できる可能性が広がるだろう。