メッシング用没入型トポロジ環境（ITEM）
Sandia の Cubit Geometry and Meshing Toolkit チームは、Mesh 生成工程のボトルネックを改善してシミュレーション全体の所要時間を短縮することに取り組んできました。Mesh 生成だけでシミュレーション全体の4分の3近くを占めることも珍しくありません。Cubit には幅広い用途向けの多数のツールがあるため、複雑な Geometry から素早く Mesh を生成できるレベルまで習熟するには時間がかかります。そこで Immersive Topology Environment for Meshing（ITEM）が開発されました。ITEM は、一般的な Mesh 生成手順をユーザーに案内する対話型 Meshing Tool です。
シミュレーション用 Mesh の生成時間短縮を最終目標として、ITEM は Cubit Geometry and Meshing Toolkit の豊富なツール群を活用する形で開発されました。これらのツールを基盤として、次の3つの主要作業によりユーザー体験の改善を図ります：
ワークフローをユーザーに案内します。
複雑なソフトウェアを時々しか使わない場合、十分に使いこなせるまで新しいツールを習得する負担は大きくなります。製造目的で設計された Solid Model から Mesh を作成する必要がある解析担当者は、Cubit を毎日使うわけではなくても、その強力な機能を活用したい場合があります。
この課題に対し、ITEM は Geometry と Meshing の工程を順に案内する Wizard 形式の環境を提供します。ソフトウェアに不慣れなユーザーには主要作業を対話的な手順として示し、経験のあるユーザーには主要作業の確認用として機能します。また反復的な進め方にも対応し、主要作業間を容易に移動できます。現在の ITEM ワークフローは3次元 Solid Element を必要とするモデルを対象とし、次の手順を使用します：
- Geometry Model を定義： CAD Model を Import するか、Cubit 環境内で Geometry を作成します。
- Set up the model: Element Shape、メッシュ化する Volume、Element Size または Budget などの基本情報を定義します。
- Geometry をクリーンアップ： 一般的な問題を検出し、CAD Model の Geometry Feature を単純化します。
- Meshing： Imprint/Merge、Scheme 選択、Decomposition、Meshing 実行など、モデルをメッシュ可能にする操作を行います。
- Mesh を検証： Element Quality を確認し、Mesh 改善操作を実行します。
- Boundary Condition Region を設定： Nodeset、Sideset、Block の定義を使用して Boundary Condition を適用する Region を定義します。
- Mesh を Export： 対象解析コードの形式を定義し、Mesh を Export します。
Smart Option をユーザーへ提示します。
解析用 Solid Model には、容易な Meshing を妨げる多様な特徴が含まれることがあります。「このモデルの問題は何か」「Mesh 生成を妨げている要因は何か」「どう解決すればよいか」といった疑問は解析担当者が繰り返し直面します。ツールやアルゴリズムに十分な知識がなければ、これらへ適切に答えることは困難です。
ITEM は Smart Option を提示してこの問題に対応します。モデルの現在状態に基づいて診断を自動実行し、ユーザーが検討できる解決候補を求めます。たとえば不要な Small Feature がある場合、その位置へ案内し、複数の Geometry 解決策を提示します。候補を切り替えると期待結果を Preview でき、適切な解決策を選択して Geometry の変更または単純化を実行できます。この Diagnostic-Solution アプローチが ITEM 設計の基礎であり、主要な対話方式です。多数の Button/Icon から結果を推測しながら選ぶ従来方式とは異なり、ITEM は Geometry と Meshing の工程を進めるユーザーへ専門家のように指針を与えます。
Geometry と Meshing 作業を自動化します。
Meshing と Geometry の問題には高度な研究開発が行われており、任意の Solid Model をワンクリックで処理することが理想に見えるかもしれません。多くの場合には有効でも、必ずしも望ましいとは限りません。Push-button 型の解決は、ソフトウェアが選択する Geometry Reasoning を一定程度信頼することを前提とします。高い重要性を持つ解析を時々担当するユーザーにとっては、その信頼度が過大な場合があります。また完全自動化を受け入れたとしても、モデルの Geometry Complexity が現在のアルゴリズムの解決能力を超えることがあります。
一方、ソフトウェアが提示する解決策の特性に慣れたユーザーは、モデル作成工程の細部をすべて確認・介入する必要がなくなる場合があります。効率を重視して最短の解決を望むこともあります。そのため Geometry と Meshing の工程を可能な範囲で自動化できることも ITEM の重要な特徴です。
Solid Model で遭遇する代表的な Geometry 問題について、ITEM は複数の Geometry 解決候補から適用性の高いものを判断し、ユーザー介入なしで適用できます。Geometry 構成によっては完全自動化が可能であり、別の構成では工程の一部だけが自動化されます。適切な解決策を自動決定できない場合は、前述の Smart Option でユーザーを支援します。Geometry Reasoning や高度な Meshing Algorithm が進歩すれば、それらも自動化手段として ITEM に取り込まれます。
ITEM は Solid Model の Meshing を完全自動化するシステムを目的としているわけではありません。解決候補を提示し、ユーザーが望む場合には自動化を提供しながら、モデル生成工程を案内する柔軟な環境を目指しています。以降は ITEM の基本ワークフローに沿って構成し、解析モデル作成で遭遇する一般的な問題と、それらへ ITEM/Cubit で対処する方法を説明します。この環境の開発では、Mesh と Model 生成の新しいアプローチを支援する多数の新規ツールも開発されました。