これらの研究では、 PCに標準的に搭載されているグラフィックス処理ユニット（Graphics Processing Unit、 GPU）による並列処理と先進的な図形処理技術を併用することで、高精度かつ高速な処理を実現しています。GPUはその名が示すように、グラフィックス処理に特化したプロセッサーで、高性能な画像生成用ハードウエアを備えています。またGPUは、 CUDAコアと呼ばれる小型の計算ユニットを数千個搭載したメニーコア型のアーキテクチャーを採用しており（図1）、処理を多数の比較的簡単な計算に分割しCUDAコアで一斉処理することで、単位時間当たりの処理量（スループット）を飛躍的に高めることが可能です。私たちはGPUのこれらの機能を適切に利用することで、高性能ソフトウエアを実現してきました。本稿では私たちの研究成果の一例として、5軸加工の支援技術について説明いたします。

CAMソフトウエアの分野では、5軸加工の支援や自動化が大きな課題となっています。金型加工では工作機械に高い剛性が要求されるため、まだ同時5軸加工の利用は少なく、主軸方向を適切な方向に固定してから加工を行う「3+2軸加工」が主流となっています。私たちの研究室では、NTTデータエンジニアリングシステムズ社と共同で、最適な主軸方向を自動決定するソフトウエアの開発を進めてきました。このソフトウエアは、金型形状の多面体モデル（STLモデル）と加工中の工具先端位置を表す点群、そして工具の形状情報（工具径とホルダー形状のデータ）を入力すると、加工に最適な工具主軸方向を自動決定します。

工具先端を加工点pに配置したとき、最適な主軸方向を決定する問題を考えます（図2）。加工を安全に行うためには、工具と工作物の間に一定のクリアランスを確保する必要があります。私たちの研究では、工具主軸を中心軸とし工具先端を頂角とする円錐形（このような円錐形を接近可能性円錐、Accessibility Cone, ACと呼びます）を考え、この円錐形の側面が金型モデルに接触するまで頂角を広げた時の頂角の大きさで、このクリアランス量を評価しています。工具の主軸方向をA軸とB軸のそれぞれについて一度刻みで変更し（角度φとθ）、各主軸方向について最大頂角のACを計算します。そしてこの頂角が一定値以上の主軸方向を、安全な加工が可能な方向として選択します。

3+2軸加工を行う際は、工具の突き出し長さも重要なパラメーターとなります。工具変形を考えると、突き出し長さはできるだけ短い必要がありますが、短すぎるとホルダーが工作物に衝突する危険性が増加します。私たちのソフトウエアは、安全な加工が可能な主軸方向ごとに、ホルダーが衝突しないぎりぎりの突き出し長さを求め（図3）、突き出し長さが最小となる主軸方向を最適な主軸方向として出力します。通常の金型加工では、工具位置を表す点が数千～数万個に及ぶため、ACと突き出し長さの計算はかなり負荷の大きい処理となります。しかし、各工具位置に関するこれらの計算は互いに独立で影響し合わないため、GPUの並列処理機能が力を発揮します。またACの計算は等価な画像生成問題に置き換えることが可能なため、GPUの画像生成用ハードウエアを利用することで、処理をさらに高速化できます。

図4には、金型モデルとモデル上に指示された工具位置の情報を用いて、全ての工具位置に共通の最適な主軸方向を決定した様子を示しました。同図（a）は入力した金型の多面体モデルと工具位置を表す点群を示しています。同図（b）はAC計算の結果を示しています。全ての点を安全に加工できる工具の主軸方向の集合を、対応するガウス球と呼ばれる球面の一部として表示しています。赤から青のグラデーションは、対応するACの頂角の変化を示しており、色が青い主軸方向ほど安全な加工が可能なことになります。同図（c）は、安全な加工が可能な主軸方向ごとに、全ての点を加工する際に必要な工具の突き出し長さを計算した結果を示しています。こちらも色が青い方向ほど短い突き出し長さで加工が可能です。同図（d）には、本ソフトウエアにより計算された最適な主軸方向の工具を示しました。