Learning Support System for Parallel Programming using Graphical Animation

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K02916
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: 水谷 泰治 大阪工業大学, 情報科学部, 准教授 (10411414)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 並列プログラミング / プログラミング教育 / マルチスレッド

Outline of Annual Research Achievements

本研究は視覚効果を体感できる図形アニメーションに着目し，並列プログラミングの学習意欲を高く維持できる学習環境と学習教材を構築することを目的としている．令和2年度は，前年度に開発したProcessing言語上の並列処理フレームワークを用いた並列プログラミングの応用に取り組んだ．具体的には，1)フレームワークを用いた学習教材の検討，2)図形アニメーション以外のプログラムの並列化とその性能評価，の2点に取り組んだ．
1)については，本研究で開発している並列処理フレームワークを用いて実際に並列プログラミングの教育を行う際に出題する課題について検討した．まず，マルチスレッドで単純な描画をするプログラムを用いて並列プログラミングに慣れ，その後，比較的難しいプログラムに取り組ませることとした．今回は題材として凸包問題を取り上げた．一方，その他の学習用の題材として，ウィルス伝播を模倣するMAS（Multi Agent Simlation）プログラムの開発にも取り組んだ．現時点では並列化には対応していないが，前年度に取り組んだMASの並列化の知見を活かし，今後は並列化を実現して学習教材の1つとすることを目指す．
2)については，本フレームワークの適用範囲の調査を目的に，本来目標としていた図形アニメーションとは異なるタイプのプログラムに適用した．具体的には，クイックソートなど，再帰呼び出しを行うプログラムの並列化に取り組んだ．フレームワークを用いることで並列化自体は容易に行えることがわかった．しかし，その並列化自体が再帰的に行われ，並列化を抑制しなければ実行時間の短縮ができないことが確認できた．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

令和2年度の取り組みにより，Processing言語上での図形アニメーション以外の問題に対する並列処理の応用について検討することができた．また，学習教材への展開についても着手することができた．しかし，これらは未だ実際の並列プログラミングの学習において適用し，評価できるほどまでの完成度には至っていない．さらに，当初の計画では令和2年度は複数のPCを用いた並列計算への展開を予定していたが，コロナ禍における大学業務の増大に伴い，これらの研究に対してほとんど時間を割くことができなかった．そのため，現状では予定通りに研究が進んでいるとはいえない状況である．

Strategy for Future Research Activity

これまでの取り組みで解決できていない問題に取り組む．具体的には以下の通りである．
(1)Processing言語における画像合成の高速化に取り組み，並列プログラミングのフレームワークの有用性を高める．
(2)Processing言語による並列プログラミングをPCクラスタ上で可能とする手法を検討する．
(3)Processing言語による並列プログラミング環境を用いた学習教材の開発にも着手する．

Causes of Carryover

購入したPCが当初の想定額よりも安価に購入できたことと，新型コロナウィルスの影響により聴講を予定していた学会がオンライン開催されたことで旅費が発生しなかったことなどにより，次年度使用額が生じた．これらについては，次年度の学会参加費や研究設備の拡充に割り当てる予定である．