全球MHDシミュレーションと先進的可視化による磁場と流れの自由緩和状態の解明

• 研究課題/領域番号: 17H02998
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 陰山 聡 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (20260052)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 自己組織化 / 磁気流体力学 / 可視化 / インヤン格子 / in situ可視化 / 熱対流 / 構造形成 / MHD

研究成果の概要

流れと磁場が共存する緩和状態には2種類あることがわかった。一つは流れと磁場がほぼ平行な構造をもつ状態で、最も単純な例はtwist flowである。もう一つは磁場と流れ場が全く異なる状態であり、この場合、流れと磁場のエネルギーは別の半球に集中し、ジェット状の流れとそれによって生成される磁場の磁場の張力を介してエネルギーを相補的に供給しつつ準定常状態が維持される。これらの計算結果を解析するために開発した独自の可視化手法は4次元ストリートビューと名付けた汎用性のある新しい可視化手法として確立した。4次元ストリートビューを実現するための専用ライブラリと動画ビューアの開発にも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

余分なエネルギーをもつプラズマは熱平衡状態に至るまでの長い時間、準定常状態を保つ。そこにみられる様々な構造は多くの研究者の興味をひきつけてきた。磁場のみ（つまり流れのない）準定常状態への緩和について主に調べられてきたこれまでの研究を大きく拡張し、流れと磁場が共存した緩和過程について明らかにしたという点に本研究の学問的な意義がある。また、この研究で開発した4次元ストリートビュー手法は球内部の磁気流体シミュレーションに限らず様々な形状や種類の大規模シミュレーションに適用できる汎用性をもつことが確認された。この手法とオープンソースとして公開した基本ツールは幅広い研究開発に活用されることが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Chiral pattern in nonrotating spherical convection (2022)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Akira, Ohno Nobuaki
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 7 号: 1 ページ: 013502-013502
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.7.013502
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ visualization library for Yin-Yang grid simulations (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohno Nobuaki, Kageyama Akira
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 号: 1 ページ: 158-158
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01485-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward Agent-based In Situ Visualization (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Yan, Ren Sakai, Akira Kageyama
  • 雑誌名: Proc. Asia Sim 2021 巻: NA
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interactive Exploration of the In-Situ Visualization of a Magnetohydrodynamic Simulation (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Kageyama, N. Sakamoto, H. Miura, and N. Ohno
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 15 号: 0 ページ: 1401065-1401065
  • DOI: 10.1585/pfr.15.1401065
  • NAID: 130007903704
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2020-09-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 4D street view: a video-based visualization method (2020)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Akira、Sakamoto Naohisa
  • 雑誌名: PeerJ Computer Science 巻: 6 ページ: e305-e305
  • DOI: 10.7717/peerj-cs.305
  • NAID: 120006919977
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation of twisted liquid jets (2020)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Akira、Goto Yuna
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 5 号: 6 ページ: 064002-064002
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.5.064002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 4次元ストリートビュー: 計算機シミュレーションの新しい可視化法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡, 坂 本 尚 久, 大野 暢亮
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 巻: 96 ページ: 199-206
  • NAID: 40022250488
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] YYZVis: An Efficient Visualization Toolkit for Yin-Yang-Zhong Grid Dataset (2020)
  • 著者名/発表者名: Uemori Kaoru、Sakamoto Naohisa、Ohno Nobuaki、Kageyama Akira
  • 雑誌名: 日本シミュレーション学会英文誌 巻: 7 号: 1 ページ: 15-33
  • DOI: 10.15748/jasse.7.15
  • NAID: 130007808083
  • ISSN: 2188-5303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of CAVELib Compatible Library for HMD-type VR Devices (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawahara Shintaro、Kageyama Akira
  • 雑誌名: 日本シミュレーション学会英文誌 巻: 6 号: 1 ページ: 234-248
  • DOI: 10.15748/jasse.6.234
  • NAID: 130007655847
  • ISSN: 2188-5303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-Situ Visualization with Membrane Layer for Movie-Based Visualization (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kohei、Kageyama Akira
  • 雑誌名: Lecture Notes in Computer Science 巻: 11540 ページ: 588-594
  • DOI: 10.1007/978-3-030-22750-0_55
  • ISBN: 9783030227494, 9783030227500
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Interactive Visualization Tookkit for Yin-Yang-Zhong Grid Dataset (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Uemori, Naohisa Sakamoto, Nobuaki Ohno, and Akira Kageyama
  • 雑誌名: Proceedings The 38th JSST Annual International Conference on Simulation Technology ページ: 27-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] 計算機シミュレーションの対話的同時可視化手法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 雑誌名: TELECOM FRONTIER 巻: 105 ページ: 1-5
• [雑誌論文] A Dialect of Modern Fortran for Computer Simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosoyamada Shin’Ya、Kageyama Akira
  • 雑誌名: Communications in Computer and Information Science, AsiaSim 2018 巻: 946 ページ: 439-448
  • DOI: 10.1007/978-981-13-2853-4_34
  • ISBN: 9789811328527, 9789811328534
  • 査読あり
• [雑誌論文] efpp: A preprocessor for Modern Fortran (2018)
  • 著者名/発表者名: Shin’Ya Hosoyamada and Akira Kageyama
  • 雑誌名: Proceedings The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology ページ: 372-375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Membrane Layer Method to Separate Simulation and Visualization for Large-scale In-situ Visualizations (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama, Naohisa Sakamoto and Kohei Yamamoto
  • 雑誌名: SciTePress 2018 ページ: 106-111
  • DOI: 10.5220/0006854901060111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexible visualization framework for head-mounted display with gesture interaction interface (2017)
  • 著者名/発表者名: Pierre J. Jarsaillon, Naohisa Sakamoto, Akira Kageyama
  • 雑誌名: International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing 巻: - 号: 03 ページ: 1840002-1840002
  • DOI: 10.1142/s1793962318400020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] HMD型VR装置を用いたインタラクティブ可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川原 慎太郎, 陰山 聡
  • 雑誌名: 可視化情報 巻: 37 ページ: 14-19
  • NAID: 130007500706
• [学会発表] 無回転球殻対流系における鏡像非対称な定常対流解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡, 大野暢亮
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会（オンライン）
• [学会発表] 無回転球殻対流系における鏡像非対称な定常対流解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡, 大野暢亮
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム
• [学会発表] ねじれた角柱状水流の形成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡, 後藤 優奈
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会（オンライン）
• [学会発表] 4-D Street View: Movie-based visualization method for HPC (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama
  • 学会等名: AAPPS-DPP
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] n-Situ Visualization with Membrane Layer for Movie-based Visualization, (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama
  • 学会等名: International Conference for Computational Science (ICCS)
• [学会発表] 4次元ストリートビュー: 計算機シミュレーションの新しい可視化手法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: 第36回 プラズマ・核融合学会 年会
  • 招待講演
• [学会発表] 動画ベースの可視化手法 4 次元ストリートビュー (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: CFDシンポジウム
• [学会発表] 可視化手法の新手法 4次元ストリートビュー (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: STEシミュレーション研究会
• [学会発表] 全方位動画に基づく新しい可視化手法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム
• [学会発表] VFIVE開発の経緯とその後の発展の紹介 (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: 第87回CG・可視化研究会(CAVE研究会)
  • 招待講演
• [学会発表] 球内部のMHDシミュレーション手法と可視化ツール (2019)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: JpGU(日本地球惑星科学連合大会)
• [学会発表] MHD Relaxation and Dynamo in a Sphere, 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 流れと磁場が共存する球内部のMHD緩和 (2018)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年会
• [学会発表] 球内部のMHD緩和シミュレーションとそのin-situ可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム2018
• [学会発表] 4次元ストリートビュー手法による対話的in-situ可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第35回年会
• [学会発表] 薄い球殻内の熱対流とMHDダイナモ (2017)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: JpGU(日本地球惑星科学連合2017年大会)
• [学会発表] MHDシミュレーションの 4次元ストリートビュー (2017)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム
• [学会発表] Development of a new MHD simulation code with asynchronous parallel visualization (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama
  • 学会等名: プラズマコンファレンス2017
• [学会発表] A simple preprocessor for Fortran 2003 simulation programs (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Kageyama
  • 学会等名: プラズマコンファレンス2017
• [学会発表] 球内部のMHD緩和 (2017)
  • 著者名/発表者名: 陰山 聡
  • 学会等名: NIFS研究会 MHD シミュレーションのための先進的数値計算手法
• [図書] コンパスが南をさすとき (2020)
  • 著者名/発表者名: 陰山聡
  • 総ページ数: 96
  • 出版者: くもん出版
  • ISBN: 4774330965
• [図書] 図説地球科学の事典 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鳥海光弘、入舩徹男、岩森光、ウォリスサイモン、小平秀一、小宮剛、阪口秀、鷺谷威、末次大輔、中川貴司、宮本英昭
  • 総ページ数: 248
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254160727