| Project/Area Number |
23K28202
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| Project/Area Number (Other) |
23H03512 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 62040:Entertainment and game informatics-related
Basic Section 61020:Human interface and interaction-related
Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section61020:Human interface and interaction-related , Basic Section62040:Entertainment and game informatics-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
土橋 宜典 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00295841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 周平 法政大学, 情報科学部, 准教授 (90815599)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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| Keywords | コンピュータグラフィックス / 流体シミュレーション / ビジュアルシミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
煙・炎・水などの流体現象に関するリアルな映像を生成する手段として、3 次元数値流体解析を利用する方法が主流であるが、計算コストが極めて高い点が問題である。そこで、3 次元と2 次元の数値流体解析を併用した画期的な高速化手法を開発する。計算の一部を2次元の数値解析に置き換えることで問題の次元を下げ、計算の効率化を図る。低解像度の3 次元解析によって大域的な流れを計算し、局所的で高解像度の乱流成分を2次元解析によって生成する。これによりリアリズムを補償した上で、各段の高速化を実現する。本研究により、超高解像度でリアリズムの高い流体現象の高速な生成が可能となる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2024年度は、2次元および3次元の流体シミュレーションを統合した新たな煙表現手法の構築を行った。まず、低解像度の3次元シミュレーションにより煙の大域的な動きを捉え、そこから複数の断面速度場を抽出した。一方で、高解像度な2次元流体シミュレーションを事前に別途計算し、これらの高周波成分を3次元の断面速度場に転写することにより、断面ごとの速度場を高解像度化（超解像）した。これらの高解像度な断面速度場をもとに、3次元空間における高解像度速度場を再構成する手法を開発した。
特に、流体の非圧縮性という物理的性質を維持するため、速度場を一度ストリーム関数に変換し、3次元のストリーム関数として再構成を行い、これに回転演算子を適用することで、非圧縮性を満たす高解像度の3次元速度場を得るプロセスを確立した。高周波成分の転写処理が2次元で完結するため、計算コストの大幅な削減が可能となり、従来の3次元高解像度シミュレーションと比較して約4倍から5倍の高速化を実現した。
この手法は、低解像度で制御された全体的な動きを保持しつつ、詳細な微細構造を付与できる利点があるため、応用例としてユーザスケッチによる動き制御を取り入れた煙生成手法の検討も進めた。さらに、煙以外の現象への展開を見据え、水の流れを対象としたシミュレーションの実装も並行して進めており、手法の拡張性・汎用性についての検証を進めている。
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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
前年度に構築した基礎的なプログラムおよび定式化に基づき、本年度は2次元および3次元の流体シミュレーションを組み合わせることで、非圧縮性の条件を保持しつつ、計算コストを抑えた高解像度の煙の映像生成に成功した。また、得られた成果は、国内研究会および国際会議にて発表を行い、さらにこれらの内容をまとめて、電子情報通信学会の英文論文誌にて発表している。
以上のように、本研究は当初の計画に沿って着実に進展しており、計画に示した目標に対して概ね順調に進行していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では、鉛直方向に立ち上る煙を主な対象として手法の開発・検証を行ってきたが、この対象に限定されることで、表現可能な現象に一定の制約が生じている。今後は、より汎用的な流体現象に対応可能となるよう、手法の拡張を進める予定である。
加えて、炎や水といった煙以外の流体現象への応用を行い、それぞれに対する手法の有効性や拡張性を検証することで、本手法の汎用性を明らかにする。これらの成果は、国際論文誌での発表を視野に入れつつ、研究の発展を図る。
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