2021 Fiscal Year Research-status Report
位置ベース法によるマルチフィジクスシミュレーション
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20K11839
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藤澤 誠 筑波大学, 図書館情報メディア系, 准教授 (90508409)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 位置ベース法 / コンピュータグラフィックス / 物理シミュレーション / 粒子法 / マルチフィジクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではリアルタイムシミュレーション手法である位置ベース法に注目し，力ではなく位置に基づく定式化によって，既存の技術では膨大な計算時間と膨大なパラメータ調整が必要となる多数の現象が影響し合うような，現実世界の複雑な自然現象のコンピュータシミュレーションを可能とすることを目的としている．
本年度は複数の現象を同じシミュレーション空間で扱うことができるマルチフィジクスシミュレーション手法を開発した．昨年度から開発している位置ベース法による毛髪シミュレーションと液体シミュレーションの組み合わせによる毛髪と水のインタラクションについての研究を進め，水の吸収による毛髪の変化まで考慮できる手法を開発し，査読付き国際会議に採択され，またその内容が評価されBest Paper Awardも受賞した．他のマルチフィジクスシミュレータとして，液体と土砂シミュレータの組み合わせによる土砂構造物の崩壊シミュレーションについても研究し，その研究成果はコンピュータアニメーション分野のトップカンファレンスであるSCA2021にフルペーパーとして採択され，ACMの英文論文誌にも掲載された．さらに，位置ベース法を用いたダイラタント流体のシミュレーション手法も開発し，査読付きの国内会議で発表した．その他に，料理シミュレーションにも応用できるように糊化現象まで考慮したシミュレーション手法や粒子法による波のシミュレーションと地形生成の組み合わせによる海岸地形生成手法，前述の土砂シミュレーションのための粒子配置手法の開発なども行い，それぞれ国内会議で発表している．
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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
2020年度において基礎となる位置ベース法による流体や固体のシミュレータについては開発できており，2021年度については，現実世界の複雑な現象によって引き起こされる様々な現象の再現を目指して，ダイラタント流体や糊化現象，毛髪の水による塑性変形などを位置ベース法で再現するための方法を新たに提案している．更に，複数の現象・物理法則を内包する複雑な現象として，水と土砂の両者の動きとそれぞれの相互作用が絡む土砂ダム崩壊現象やや波と地形変化の2つの現象が絡む海岸地形生成などに注目し，土砂ダム内での水の流れである浸透流や波によって海岸にできるえぐれるような地形である波蝕窪を再現できる新しい手法の開発に成功した．それぞれコンピュータグラフィックス(CG)分野ではこれまで考慮されていなかったが，可視化した場合に視覚的な影響が大きい現象であり，これらを再現することで，シミュレーション結果のCGのクオリティを大きく向上させることができることも確認している．このように，基礎となるシミュレータの開発から，それを応用しての様々な現象の再現に成功しており，現実世界の複雑な自然現象のコンピュータシミュレーションを可能とするという目標を順調に達成している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度までに開発した位置ベース法によるシミュレーション手法，それを更に拡張し，2021年度に開発した様々な現象の再現手法をベースにして，更にユーザにとって使いやすいシミュレーション手法の研究を進めていく．例えば，毛髪シミュレーションではこれまで風や水流とのインタラクションを可能にするシミュレータを開発したが，毛髪の動きについてはあくまで物理法則に従うものであった．そのため，ユーザが元の髪型に戻すような動きを付けた場合に，物理法則に従う動きとの差が大きく，全体として不自然なCGアニメーションになってしまう．これを解決するために，物理法則になるべく従いつつ，ユーザが指定した動きとなるような補正手法を開発していく．また，対象とする現象の幅も広げていく．例えば，CGを用いたアニメーションやゲームで頻出の現象である固体の破壊現象や複数の流体が混ざり合うような化学的な変化を伴う現象の再現などである．
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| Causes of Carryover |
参加予定であった国際会議などが全てオンラインとなったため，旅費が発生しなかった．2022年度はいくつかの国際/国内会議で現地開催が予定されているのでそれらの旅費として用いる予定である．
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