2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K04766
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
仲田 晋 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (00351320)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体シミュレーション / 粒子法 / 形状モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，「変形物体の形状表現」と「流体シミュレーション」の技術の組み合わせによる「変形物体を障害物とする流体シミュレーション」の実現を目標としている．具体的には，変形物体の表現に陰関数曲面技術を，流体シミュレーションの手法に粒子法を適用することで，変形物体に適した流体シミュレーション手法の確立を目指す．要素技術として3つのサブテーマ「陰関数形式による変形物体の適切な表現手法の開発」「変形する陰関数曲面を障害物としたときの流体シミュレーションの実現」「陰関数曲面と流体粒子群の同時可視化の実現」がある．2016年度は「1 粒子法流体シミュレーションの障害物付近での運動精度向上」「2 流体の部分追跡手法」「3 対話的な障害物の変形」について一定の成果が得られたため，以下，実績として報告する．
「1 粒子法流体シミュレーションの障害物付近での運動精度向上」：粒子法流体シミュレーションでは障害物付近での粒子の運動を規定するモデルをいかに構築するかが重要な論点となる．本研究課題では流体と障害物の引き寄せ効果を持つモデルを構築し，実験的にもその効果を確かめることができた．本成果については国際会議での公表を予定している．
「2 流体の部分追跡手法」：流体の追跡という基本的な問題に対し，本研究課題では追跡対象となる小領域のみを粒子法で計算する手法の開発を行った．これは追跡精度の向上を目指した新しい試みであり，簡易的な問題に対して手法の有効性を検証する段階まで到達している．この成果は論文誌に公表済みである．
「3 対話的な障害物の変形」：3次元粒子法シミュレーションにおいて，障害物を対話的に変形するための理論的な枠組みの構築と並列化アルゴリズムの構築を行った．具体的には粒子から障害物への距離の導出方法が論点となり，これを解決するための手法の開発に成功している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題での目標である「変形物体を障害物とする流体シミュレーション」について，その実現に向けた方針が明確になったこと，および簡易的な実験において一定レベルでの有効性が確認できたことから，おおむね順調に推移しているものと考える．以下，「形状変形」「流体粒子の運動モデル」「流体と粒子の同時可視化」の3点についてその進捗をまとめる．
「形状変形」：対話的なシミュレーションにおける3次元形状の変形では，簡易的な操作でユーザの意図を正しく反映できることが求められる．現状では部分的な押し出し処理と曲げ変形の方法を開発し，簡易的な実験で有効性を確認した．この課題ではハードウェアに合わせてアルゴリズムを設計することがポイントとなり，この観点でも目的をおおよそ達成できている．一方，インタフェースとしての完成度および対話性としての速度は不十分であり，今後完成度を高める必要がある．
「流体粒子の運動モデル」：ここでの課題は障害物付近での流体粒子の運動の決定であり，この観点では理論的な枠組みの構築と実装は一定レベルで達成できたと考える．流体のモデルとしての有効性も実験的に確認され，研究の進展としてはおおむね順調と言える．
「流体と粒子の同時可視化」：対話的なシミュレーションにおける可視化では描画速度と立体構造の視認性が要求される．本研究課題では，流体粒子の描画について，速度と立体構造視認性を両立する描画手法を開発した．立体構造の視認性のためにCGの手法である環境遮蔽とシャドウイングの効果を付与し，これを描画用のハードウェアに適したアルゴリズムとして記述することで高速性も達成している．実験的にもその有効性を確認することができたため，達成度はおおむね順調と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は大きく「形状表現」「形状変形」「粒子法計算の局所化」の3つの観点で技術開発を行う．
「形状表現」：現時点では対話的なシミュレーションに適した形状表現は一定レベルで達成されているが，データ量が多いために解像度が制限され，複雑形状の表現には限界がある．この問題を解決するために，対話的シミュレーションに利用可能で，かつ複雑な形状の表現にも適した手法の開発を目指す．解像度を上げるための指針は，たとえば階層構造の利用やデータの局所化が挙げられる．これを実現するための理論的枠組みを構築し，目的に適した形状表現手法の開発を目指す．
「形状変形」：対話的な形状変形において，簡易性を保ちつつ，ユーザ操作の自由度を増やす．具体的には，押し出し範囲の範囲と加減を直感的に制御できるような仕組みの導入，および曲げ変形処理の3次元への拡張と高速化を行う．特に曲げ変形についてはアルゴリズムの改良が必要であり，曲げ対象の空間的な領域抽出アルゴリズムをハードウェアの要求に沿って設計することで高速化を目指す．
「粒子法計算の局所化」：粒子法では粒子数に応じて増加するため，粒子の解像度が相対的に高い状況では対話的処理は困難である．一方，流体追跡のように部分的な領域の流体運動のみを決定する問題では局所的な粒子法が有効である．この局所的粒子法では大域的な物理量をどのように局所領域へ伝達するかが論点となり，そのための粒子計算モデルを新たに開発する．
研究成果は国際会議や学術論文誌にて適宜公表する予定である．
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| Causes of Carryover |
2016年度に発表を予定していた国際会議が中止となり，2017年度に発表することとなったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議の旅費として使用する．
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Research Products
(4 results)
