デジタル技術」カテゴリーアーカイブ

3Dデジタイザー

3Dデジタイザー(または3Dスキャナー)は、物理的なオブジェクトの三次元形状をデジタルデータに変換する装置またはソフトウェアのソフトです。これは多くの産業や研究分野で用いられており、製造、エンジニアリング、デザイン、建築、芸術、医療、ゲーム業界、映画業界などで広く使用されています。

基本的に、3D デジタイザーはリアルワールドの物体からその形状や外観に関するデータを収集し、それをコンピュータ内で扱えるデジタルフォーマットに変換します。このデータは、3D モデリング ソフトウェアで操作、修正、視覚化することができます。

3Dデジタイザーは様々な技術で動作しますが、以下は一般的なものです:

  • 光学的手法:カメラやレーザーを使って体の表面をスキャンします。
  • タッチ:物理的な説明を用いて物体の表面を「触れる」ことで、点の正確なデータを収集します。
  • 超音波、X線、MRIなど:これらは一般に医療や科学研究で使用される高度な手法です。

収集されたデータは、3Dモデルとしてコンピュータ内で再現され、これをベースにプロトタイピング、シミュレーション、解析などが行われます。


 

プロトタイピングの種類
プロトタイピングは、製品やシステムの開発プロセスにおいて、初期段階でアイデアやコンセプトを具体化するための重要なステップです。プロトタイピングにはいくつかの種類があり、目的や状況に応じて使い分けることができます。以下に代表的なプロトタイピングの種類を紹介します。

1.ペーパープロトタイプ(ペーパープロトタイプ)

手描きのスケッチや紙を使って作成する簡単なプロトタイプです。 特に、UI/UXデザインやアプリケーションの初期段階で使われます。 低コストで素早く作成でき、アイデアの初期検証に適しています。

利点

  • 作成が速く、コストが低い。
  • チームメンバーやステークホルダーとの議論を促進します。

2.ロー・フィデリティプロトタイプ (Low-Fidelity Prototype)

ペーパープロトタイプに近いが、デジタルツール(例:Figma、Balsamiq)を使って作成することが多いです。見た目は簡素ですが、基本的なレイアウトやフローを確認するのに有効です。

利点

  • 詳細設計の前にフィードバックを得られます。
  • 簡単に修正・変更が可能です。

3.ハイ・フィデリティプロトタイプ(ハイ・フィデリティ・プロトタイプ)

デザインや機能が最終製品に近いプロトタイプです。インタラクションや細部まで作り込まれているため、ユーザーに実際の使用感をテストしてもらえることができます。

利点

  • 実際の製品に近い感覚での評価が可能です。
  • ステークホルダーやクライアントへのプレゼンに適している。

4.垂直プロトタイプ(垂直プロトタイプ)

特定の機能やシステムの一部を深く掘り下げて実装したプロトタイプです。特定の技術的課題や要件を検証するために使われます。

利点

  • 技術的な実現性を確認できる。
  • 特定の機能に焦点を当てているため開発が集中しやすい。

5.水平プロトタイプ (水平プロトタイプ)

システム全体の概要部分を浅く実装したプロトタイプです。ユーザーインターフェースやシステム全体のフローを確認するために利用されます。

利点

  • 全体的なユーザーエクスペリエンスをテスト可能。
  • 全体のコンセプトを定着化できる。

6.スローバウェイプロトタイプ(使い捨てプロトタイプ)

最初に作成され、目的が達成されたら廃棄されるプロトタイプです。最終製品の一部にはならないことが前提です。

利点

  • やはり問題点を洗える。
  • 開発コストを極力抑えられる。

7.進化型プロトタイプ(進化型プロトタイプ)

プロトタイプを何度も改良しながら、最終的に製品へと進化させる手法です。継続的なフィードバックを取り入れながら段階的に完成度を高めます。

利点

  • フィードバックを反映しやすい。
  • 完成品がプロトタイプから自然に派生する。

8.ラピッドプロトタイプ(ラピッドプロトタイピング)

とりあえずプロトタイプを作成し、迅速なテストと改善を繰り返す手法です。3Dプリンターやデジタルツールを活用することが多いです。

利点

  • 製品開発サイクルを加速できる。
  • 瞬間で市場投入までの時間短縮。

9.インタラクティブプロトタイプ(インタラクティブプロトタイプ)

実際に操作可能なプロトタイプで、ユーザーがボタンをクリックしたり、画面遷移を体験できるものです。特にソフトウェア開発やアプリケーション開発で使用されます。

利点

  • ユーザーの行動の具体的な洞察が得られる。
  • ユーザビリティテストに最適。

用途に応じた選択

プロトタイピングの種類は目的やプロジェクトの段階によって適切なものを選ぶことが重要です。例えば、アイデア段階では「ペーパープロトタイプ」、技術検証では「垂直プロトタイプ」、ユーザー体験の評価には「ハイ・フィデリティプロトタイプ」などに適しています。

 

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光のフリンジパターン

光のフリンジパターンは、通常、波動の干渉によってパターンを指します。 特に、干渉実験、いわば二重スリット実験やヤングの実験でよく観察されます。

以下に、光のフリンジパターンに関連する基本的な要点をまとめます:

  1. 二重スリット実験:光源からの光が2つの非常に近いスリットを通過すると、画面上に明るいと暗いの対話のフリンジパターンが形成されます。このパターンは、2つのスリットからの光が干渉して形成されます。
  2. 干渉:フリンジの明るい部分は、2つの波が姿勢に合致して構築的に干渉する場所を示し、暗い部分は、2つの波が姿勢に不一致で破壊的に干渉する場所を示します。
  3. フリンジの幅:フリンジの幅は、スリット間の距離、スクリーンまでの距離、および光の限界に依存します。これらのパラメータを変更することで、フリンジの幅を変更することができます。
  4. 色とフリンジパターン:異なる色の光は異なる場合を持っているため、同じ条件で異なる色の光を使用すると、フリンジのパターンも変わります。
  5. コヒーレンス:干渉を観察するには、2つの波源がとりあえずコヒーレント(一定の位相関係を維持)である必要があります。 実際の二重スリット実験では、一つの光源からの光が2つのスリットを通過するということで、2つのコヒーレントな波ソースが作成されます。
  6. 実用的な応用:フリンジパターンは、現場の測定や、物質の非常に細かい構造や変動を検出するための技術など、さまざまな科学的、工学的な応用で利用されています。

このように、フリンジパターンは、光や他の波動の干渉現象を研究するための非常に重要なツールとなっています。


光波動の干渉現象は、光が波として振る舞う性質に基づく現象です。 干渉は、複数の光波が重なり合ったとき、その波の振幅が強く合ったり、弱め合ったりする現象を悩ませます。 この現象は、以下のような基本的な要素に基づいて説明されます:


1. 光の波としての性質

光は電磁波であり、波動としての性質を持っています。この波動は、振幅(波の高さ)、味覚(波の間隔)、位相(波の進行具合)といった特性を持っています。干渉現象は、特に「姿勢」の違いが大きく影響します。


2. 強め合う干渉(建設的干渉)

波が同じ位置で並ぶ場合、波の振幅が大きくなります。
同様に、波の山と山が一致すると、波は強めに合い、明るい光の点や領域が生じます。


3.打ち消し適合干渉(破壊的干渉)

波が逆位置で並ぶ場合、波の振幅がみんな打ち消し合います。
波の山と谷が一致することで、振幅が小さくなり、暗黒点や領域が生じます。


4. 代表的な干渉実験

  • ヤングの干渉実験(二重スリット実験)
    2つのスリットを抜けた光波が画面上で干渉し、明暗の縞模様(干渉縞)を形成します。この現象は光の波動性を明確に示すもので、物理学的には非常に重要な実験です。

  • 薄膜干渉
    石鹸膜や油膜などの薄い膜では、光の反射波が膜の両面で発生し、それらが干渉することで虹色の模様が見えます。


5. 干渉の応用

干渉現象は、以下のような分野で広く応用されています:

  • 光学機器
    干渉計(ミケルソン干渉計など)を使って、知覚や物質の特性を測定します。
  • 分光
    干渉を利用して光のスペクトルを分析します。
  • 工学
    薄膜コーティング(反射防止膜など)や、ホログラム製作に利用されています。
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CCDカメラ

CCD(Charge-Coupled Device)カメラは、CCDセンサーを用いたデジタルカメラの種類です。CCDセンサーは、光を電荷に変換するデバイスであり、デジタルカメラにおいては、光センサーとして使用されます。 、プロフェッショナルのカメラ、顕微鏡、天文学、医療機器、監視カメラなど、さまざまな用途で使用されています。

CCD センサーの動作原理は、センサー上の個々のピクセルが光を電荷に変換することで、画像をキャプチャします。センサー上の電荷は読み出され、デジタルデータに変換されます。強度と色情報が記録され、デジタル画像が生成されます。

CCDカメラの特徴:

  1. 高品質の画像: CCDセンサーは、高い子効率と広いダイナミックレンジを持っているため、非常に高品質な画像を提供します。
  2. 低ノイズ: CCDセンサーは一般に低ノイズを持っており、暗黒場面でも明るい場面でもきれいな画像を撮影できます。
  3. 高コスト: CCDセンサーはCMOS(相補型金属酸化膜半導体)センサーに比べて高価です。高品質な画像が必要な専門的な用途でよく使われます。

CCDカメラの一部の欠点:

  1. 高消費電力: CCDセンサーはCMOSセンサーに比べて高い消費電力を持っています。
  2. 加熱: CCDセンサーは長時間の使用により加熱することがあります。これにより、画像にノイズが発生する可能性があります。
  3. 遅い読み取り速度: CCD センサーは、一度に全てのピクセルのデータを一時のではなく、ラインごとにデータを読み取ります。これにより、高速な動作が必要なシーンでの使用には向いていません。

近年、CCDセンサーよりも低コストで高速なCMOSセンサーが普及してきていますが、特定の用途においてはCCDセンサーが有利な場面もあります。


CCDセンサーは?

CCD(Charge-Coupled Device:電荷結合素子)センサーは、光を電気信号に変換する半導体素子の一種で、主にデジタルカメラや医療機器、産業用カメラ、天文学などの分野で使用されます。


CCDセンサーの仕組み

  1. 光の受光
    各画素(ピクセル)が光(フォトン)を受け取り、光の強度に応じた電荷(電子)を発生させます。

  2. 電荷の転送
    画素に蓄えられた電荷を隣接する画素へ順次転送し、最終的に読み出し部へ移動させます。

  3. 信号の変換と出力
    読み出し部でアナログ信号として出力し、A/D(アナログ-デジタル)変換を経てデジタルデータになります。


CCDセンサーの特徴

メリット

  • 高画質:低ノイズで滑らかな画像を得られる
  • 高感度:微弱な光でも捉えやすい
  • 優れた色再現性:忠実な色表現が可能

デメリット

  • 消費電力が高い:電荷転送時に多くの電力を使用
  • 処理速度が遅い:CMOSと比べると読み出し速度が低い
  • コストが高い:製造コストが高いため、安価なデバイスには不向き

CCDとCMOSの比較

項目 CCDセンサー CMOSセンサー
画質 高画質(低ノイズ) やや劣る(高ノイズ)
感度 高い 低い(近年は改善)
消費電力 高い 低い
読み出し速度 遅い 速い
コスト 高価 低コスト

CCDセンサーの用途

  • 高性能デジタルカメラ(特に初期のデジタル一眼レフ)
  • 天体望遠鏡の撮影機器(微弱な光を捉えるため)
  • 医療用X線撮影機器
  • 産業用検査カメラ(高精細な画像が必要な場合)

近年はCMOSセンサーの技術向上により、多くの用途でCMOSが主流になりつつありますが、CCDセンサーは依然として高画質が求められる分野で使用されています。

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サーフェスモデルデータ

サーフェスモデルデータとは、物体の表面をデジタルで表現したデータのことです。これは3Dモデリング、コンピューターグラフィックス、CAD (Computer-Aided Design)ソフトウェアなどの分野で使用されます。を表現するためのもので、内部構造は考慮されません。

サーフェスモデルデータは通常、3Dジオメトリを構築するための展望、エッジ、面などの要素から構成されます。これらの要素は、ポリゴン、B-スプライン、NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) などのさまざまですな数学的な表現を使用して定義されることがあります。

サーフェスモデルデータは、3Dプリンティング、アニメーション、ゲームデザイン、建築設計、工業設計など、様々な用途で利用されています。

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3Dソリッドモデル

CAD(Computer-Aided Design)は、コンピュータを利用して製品の設計や設計図を作成するための技術です。CADソフトウェアを使って、2D図面や3Dのソリッドモデル(立体モデル)を作成することができますできます。

ソリッドモデリング(ソリッドモデリング)は、3DのCADモデリングの一形式であり、物体の立体的な表現を提供します。 ソリッドモデルでは、物体の表面だけでなく、内部の構造や材料の性質も定義しますこれにより、物体の重量、切断面積、体積などの物理的性質を計算することが可能になります。

ソリッドモデリングは、製品の設計、製造、シミュレーション、分析に広く使用されています。特に、機械設計、自動車設計、航空宇宙設計、建築設計、注目の業界(映画やゲームのグラフィックス制作)など、多くの分野で活用されています。

ソリッドモデリングにはいくつかの手法がありますが、主なものには以下のようなものがあります:

  1. B-Rep(Boundary Representation) : B-Repモデリングは、物体の表面を表すために面、線、点を使う手法です。B-Repモデリングは最も一般的なソリッドモデリングの手法であり、多くのCADソフトウェアがこれを採用しています。
  2. CSG(Constructive Solid Geometry) : CSGモデリングは、プリミティブな固体(立方体、円柱、球など)を組み合わせて複雑な形状をする作成手法です。CSGモデリングは、合成(ユニオン)、差(サブトラクション)、クロス(インターセクション)などの演算を使って新しい形状を作ります。

これらの手法を使って作成されたソリッドモデルデータは、一般的にSTL、IGES、STEP、Parasolidなどのファイル形式で保存・交換されます。

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3Dプリント

3Dプリント(3D印刷)は、三次元物体を作成するためのプロセスで、さらに一歩ずつマテリアルを追加していきます。このプロセスは「付加製造(付加製造)」とも呼ばれます。3Dプリントは、プロトタイプ製作、製品設計、医療、製造業、教育、芸術など多くの分野で利用されています。以下に、3Dプリントの基本情報をまとめます。

  1. プリントプロセス: 3Dプリントは、基本的にコンピュータ上でデザインされた3Dモデルからのデータを使って、プリンタがさらに一歩ずつ物質を積層して物体を作成します。このプロセスは数時間から数日かかりますあります。
  2. プリント技術: いくつかの3Dプリント技術があります。一般的なものには、溶融堆積モデリング(FDM)、光造形(SLA)、選択的レーザー焼結(SLS)、デジタル光処理(DLP)などがあります。
  3. 利用する材料:プリンターは様々な材料を使えます。プラスチック、金属、セラミック、樹脂、ゴム、ガラス、食品などがあります。
  4. 注意: 3Dプリントは、高いカスタマイズ性、短い製造時間、複雑な形状の作成、従来の製造法では難しい設計も可能といった猶予があります。
  5. 欠点: ただし、大規模な生産には向いていないこと、プリントに時間がかかること、一部の材料が高価であることなどの欠点もあります。

3Dプリントは、製造業に革命をもたらす技術として期待されており、今後の技術の進歩が待ち遠しいです。

テリアル(材料)については、プリンタの種類や用途によってさまざまなものがあります。


1. 熱溶解積層法(FDM/FFF)用のフィラメントマテリアル

このようにして、フィラメント状の材料を加熱して溶かし、層ごとに積み上げます。

  • PLA(ポリ乳酸)

    • 特徴:環境に優しい生分解性、扱いやすい、低温で印刷可能
    • 用途:プロトタイプ、装飾品、教育用途
    • 長所:反りにくい、臭いが少ない
    • 短所: 耐熱性や耐久性に劣る
  • ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)

    • 特徴:丈夫で耐衝撃性がある
    • 用途:機械部品、玩具(例:レゴブロック)
    • 長所:高い耐久性、耐熱性
    • 短所:反りやすい、印刷時に臭いが発生
  • PETG(ポリエチレンテレフタレートグリコール)

    • 特徴:強度と柔軟性のバランスが良い
    • 用途:容器、機能的なパーツ
    • 長所:食品安全性あり(特定条件下)、耐水性
    • 短所:湿気を吸いやすい
  • TPU(熱可塑性とも)

    • 特徴: 柔軟性が高い(ゴムのような質感)
    • 用途:靴底、携帯ケース、シール
    • 長所:耐久性、耐摩耗性
    • 短所: 印刷が難しい

2. 光造形法(SLA/DLP)用のレジン

光硬化性樹脂をレーザーやUVライトで硬化させて成形します。

  • 標準レジン

    • 特徴:高精度で滑らかな表面
    • 用途:プロトタイプ、フィギュア
    • 長所: ディテールの表現力が高い
    • 短所:壊れやすい、UV劣化に弱い
  • 耐久性レジン(耐久性/ABS-Like)

    • 特徴:柔軟性と耐衝撃性を備える
    • 用途:可動部品や耐久が必要な部品
    • 長所:強度と柔軟性のバランス
    • 短所:標準レジンに比べて高価
  • 特殊レジン

    • 耐熱レジン、歯科用レジン、透明レジンなど
    • 用途:特定の産業用途(例:医療、工業)

3. 粉末焼結法(SLS、MJF)用のパウダー

粉末状の材料をレーザーや熱で焼結して形状を作ります。

  • ナイロン(PA12、PA11)

    • 特徴:高い強度と耐久性
    • 用途:機械部品、プロトタイプ
    • 長所:優れた機械特性、軽量
    • 短所:初期コストが高い
  • TPUパウダー

    • 特徴:柔軟で耐摩耗性がある
    • 用途:スポーツ用品、靴
  • 金属パウダー(DMLS/SLM技術向け)

    • 材質例:チタン、ステンレス鋼、アルミニウム
    • 用途:宇宙航空、医療、工業

4. その他の特殊マテリアル

  • カーボンファイバー入りフィラメント

    • 強度と軽量性を持つ
    • 用途:ドローン部品、車両部品
  • 木材フィラメント

    • 特徴:木のような見た目と質感
    • 用途:アート作品や装飾品
  • 水溶性フィラメント(PVA、HIPS)

    • 特徴:サポート材として使用され、簡単に取り外し可能
    • 用途:複雑なモデルのサポート構造

選ぶ側のポイント

  • 用途:見た目重視、機能性重視、耐久性重視など
  • プリンタの対応:特定の材料に対応しているか(温度、プラットフォーム条件など)
  • コスト:フィラメントやレジンの価格
  • 環境:換気が必要な素材かどうか
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アッセンブリ

工業製品のアッセンブリは、多数の部品やコンポーネントを組み立てるプロセスを進めます。製品がどれだけ複雑であるかによりますが、アッセンブリのプロセスは手作業から高度に自動化されたものまで様々です。

  1. 手作業のアッセンブリ: 小さなバッチの製品や特別な製品でよく用いられます。例えば、特注の高級時計や一部の芸術作品などに該当します。
  2. 半自動アッセンブリ: 一部のプロセスは機械やツールを使用して行いますが、他の部分は人手で行います。例としては、電子部品の挿入やネジ締めなどの作業があります。
  3. 完全自動化アセンブリ: ロボットや専用の組み立てラインが製品の組み立てを行います。自動車の組み立てラインや電子部品の生産ラインなどの例です。

アッセンブリの際の注意点:

  • 品質管理:アッセンブリの各段階での品質チェックが必要です。不良品の早期発見は、生産効率の向上とコスト削減につながります。
  • 作業者の教育:機械を操作する場合や複雑なアッセンブリの手順を行う場合には、作業者の十分な教育とトレーニングが必要です。
  • サプライチェーン管理:アッセンブリを効率的に進めるためには、必要な部品やコンポーネントが適切なタイミングで供給されることが重要です。
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モックアップ

「モックアップ(mockup)」は、製品システムや初期のモデルやサンプルを意味します。モックアップは、設計の視覚化、機能の検証、またクライアントや利害関係者とのコミュニケーションを目的として使用されますます。

特にデザインやウェブ開発の分野では、モックアップは静的なデザインのサンプルやワイヤーフレームを指すことが多いです。 モックアップは実際には動作しない点が特徴で、実際の動作やインタラクションをシミュレートするプロトタイプとは異なります。

たとえば、新しいウェブサイトのデザインを考えるとき、デザイナーはモックアップを使ってページのレイアウトや色、フォントなどの視覚的な要素を示します。このモックアップを見ることで、クライアントやチームはデザインの方向性性を洞察し、必要な変更点やフィードバックを提供できます。


モノづくり設計へのフィードバックは、製品やプロジェクトの品質向上、効率改善、コスト削減につながる重要なプロセスです。効果的なフィードバックを行うためのポイントをいくつか紹介します。

1. フィードバックの目的を明確にする

  • どの段階の設計に対するフィードバックなのか(概念設計、詳細設計、試作段階など)を明確にする。
  • フィードバックのゴールを設定し、何を改善すべきかを具体的にする。

2. 客観的な視点で評価する

  • 設計の意図を理解し、技術的根拠やデータに基づいて評価する。
  • 「なぜこの設計なのか?」という背景を考慮し、単なる個人的な意見ではなく、論理的なフィードバックを行う。

3. 具体的で建設的な指摘をする

  • 「ここをこうした方が良い」といった提案型のフィードバックを心がける。
  • 例:「この部品の材質を変更するとコスト削減につながる可能性があります。」

4. ユーザー視点を取り入れる

  • エンドユーザーがどのように使うかを考慮し、使いやすさや安全性について指摘する。
  • 「この部分の操作性を向上させるために、もう少しグリップを大きくするのはどうか?」

5. コスト・生産性の観点も考慮

  • 「この設計では製造工程が複雑になりそうだが、もっとシンプルな方法はあるか?」
  • 「このネジの種類を統一すると、在庫管理が楽になるのでは?」

6. 継続的なフィードバックの仕組みを作る

  • 定期的なデザインレビューや、チーム内での意見交換の場を設ける。
  • フィードバックを記録し、どの改善が実施されたかを振り返る仕組みを整える。
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LEDブルーライト

LEDのブルーには、以下のような一時やライト特徴があります。

  1. 節約:
    • LEDは一般的に他の光源(例えば、白熱電球や蛍光灯)に比べて高いエネルギー効率を持っています。これにより、消費電力を軽くすることができます。
  2. 長寿命:
    • LEDライトは長くするため、頻繁に取り替える必要はありません。
  3. コンパクトなデザイン:
    • 小さなサイズで設計されているため、さまざまなアプリケーションで使用することができます。
  4. 迅速な応答時間:
    • LEDは電気を目にする光に変えることができるので、点灯や消灯の応答が非常に速いです。
  5. 調光機能:
    • 多くのLED製品は調光機能に対応しているため、必要に応じて光の明るさを調整することができます。
  6. 特定のこだわりの光を発する:
    • ブルーライトのLEDは特定の範囲の光を発することができるため、特定の用途(例えば、植物の成長促進や特定の医療治療)での使用に適しています。
  7. 低熱:
    • LEDは他の光源に比べて低い熱を発生させるため、熱に関連する問題や危険が少ないです。

ただし、LEDのブルーライトには注意点もあります。例えば、ブルーライトは目に潜在的なリスクがあると指摘されているため、長時間の露出や直接の露出を危惧することが推奨されています。夜のブルーの露出は、メラトニンの産生を抑制し、睡眠の質を低下させる可能性があるとも考えられています。

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ストライプパターン

「ストライプパターン」とは、縦や横、斜めに一定の間隔で線が配置されているデザインや模様を指します。ファッション、インテリア、デザインなどの様々な分野で見られるパターンであり、特に衣服のデザイン、特にシャツやスーツ、などによく用いられます。

ストライプパターンにはいくつかのバリエーションがあります。例えば:

  1. ピンストライプ:非常に細い縦のストライプが特徴。
  2. バーゲンストライプ:ピンストライプよりも幅の広い縦のストライプ。
  3. キャンディーストライプ:主にシャツに見られる、色と白の交互のストライプ。
  4. セルフストライプ:色合いが非常に近い色でのストライプで、微妙な違いでストライプを形成。

これらの模様は、着用するアイテムやその他のコーディネートアイテムとの相性、場のフォーマルさなどに応じて選ばれることが多いです。3D計測では投影パターンのストライプパターンを利用します。

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