hirax.net::Keywords::「シミュレーション」のブログ

■「ビックサイトの第3ホール 19島の7」でお待ちしております　

　今週末に東京ビッグサイトで開催される Maker Faire Tokyo 2014、「ビックサイトの第3ホール 19島の7」という昔懐かしい「ひょっこりひょうたん島」みたいな住所で、（理科教育研究フォーラムという名前の大先輩に混じり）泥縄的に展示をしている予定です。

　昨年は、粘性液体中を動く気体泡を並列に並べた（不具合多い）機械を前にして２日間たたずんでいました。今年は、インタラクティブに体感できる（はずの）見た目とてもチープなVR（でんじろう先生の”空気砲”というネーミングでブレイクした）空気砲を展示している（それを前にたたずんでいる）予定です。

　そういえば、先日、スキー場に（十年振りくらいに）行き・滑っていたら、（色んな事情があって白衣で滑ってたので）「でんじろう先生ですか？」と訊かれました。
　…いえ全然違います。間違いなく、まともな理科の先生は白衣で滑ったりしないと思います。それにどちらかというと、むしろ「夜のデンジロウ」という感じの系統なのです…と切ない涙を流しつつ答えると、返す刀で「夜のでんじろうってことは、白衣の下は全裸ですか？」と言われました。…スキー場で全裸で白衣でいきなりのストリーキングなんかしません・できません…と悔し涙で答えました。うぅ。

■流体力学シミュレーションによる「インタラクティブ空気砲」　

　明日・明後日（23日・24日）、「作った色々なもの」を展示するお祭りMaker Faire Tokyo 2014が東京ビッグサイトで 開催されます。そこで、「第3ホール19島の7（理科教育研究フォーラム）」という場所で、流体シミュレーションを活用した「インタラクティブ空気砲」を展示しています（参考：「ビックサイトの第3ホール 19島の7」でお待ちしております）。

　ドーナッツ状の煙を大砲のように発射する「空気砲」は、日本では、でんじろう先生ネーミングで大ヒットした（らしい）実験です。空気の動きの不思議を強く感じることができる楽しい道具です。…けれど、そんな空気砲の中で何が起きているかを、その中でどのように流体が動いているのかは、よくわからなかったりします。

　そこで、流体力学シミュレーションを活用した「インタラクティブ空気砲」を作ってみました。普段は、思春期の男の子や、思春期をひきずる大人向け科学を日夜追究しています。しかし、今回は、「お子さん連れの家族」をターゲットにしてみました。

　というわけで、明日・明後日、東京ビッグサイトでお会いできたら幸いです。

■インタラクティブに体感できる「空気砲シミュレーション」の作り方　

　Maker Faire Tokyo 2014で展示するために、「インタラクティブに体感できる空気砲シミュレーション」を作りました。そこで、「どんなものを作ったか」と「その作り方」をメモしておくことにします。

　まずは、小さな空気砲を作り、その空気砲の中に小型マイクを仕込みます。マイクを取り付けるのは、空気砲の端部にある「空気を振動させるためのゴム膜」の近くです。そして、マイク周囲で空気が動いた時に、その空気の動きで生じる風切り音と「（マイク周りの）空気の動き」の対応付けを行います。…こうすることで、空気砲端部のゴム膜の動きを、マイクの音声波形から推定することができるというわけです。

　それと同時に、その形状の空気砲で「ゴム膜を動かした時にどんな空気流が生じるか」を、さまざまな組み合わせで計算しておきます（その空気流は、流体力学の数値計算ライブラリであるOpenFOAMで計算しました）。

　こうすることで、「（空気砲の中に仕込まれた）マイクの音声波形」から「空気砲の端部ゴム膜の動き」を推定し、さらに「（その条件下で生じる）空気砲の流体計算結果を読み込んで３次元的にレンダリング（描画）する」…というインタラクティブに体感できる空気砲シミュレーションを作ることができます（コンマ数秒くらい、反応が遅いけど）。OpenFOAMというゴリゴリ流体計算ソルバを使った「インタラクティブにリアルタイム風に動く流体ソルバ」「現実空間にシミュレーション結果を重ね合わせて、直接目で見ることができないものを可視化する」という…少し珍しいアプリケーションを作ってみました。

■流体シミュレーションを活用した「ビールの注ぎ方と泡の立ち方」シミュレーション　

　流体シミュレーションを活用して「ビールの注ぎ方と泡の立ち方（と美味しいビールの特徴）」の関係を明らかにしよう！という、ビール好きの・ビール好きによる・ビール好きためのOpenFOAMによる、ビールが注がれた瞬間のようすを計算した結果。

　これは、軸対象モデルで、中央上部からビールが注がれています。

　中心にそっとビールを注いだときの­液面と泡の動きを計算してみました。専門的に言うと、自由表面と粒子の連成解析ソルバ­ーをOpenFOAMで開発して、ビールを注ぐ様子をシミュレーション。表示はグラス­断面、泡は右断面を表示、液面の色は速度の大きさを示しています。後半は右断面の拡大­。中心からビールが流れ込むので、右断面だと反時計回りに泡が大きく回転しています。­( masami kadoemon)

■コンピュータが計算した流体シミュレーション結果の世界中にOculusを被って没入体験してみる!?　

　秋葉原を舞台に、（スカートをめくり上げてしまう）流体シミュレーションをOpenFOAMででした結果、コンピュータ中で計算された流体シミュレーション結果の世界に、VRヘッドセットのOculusを使って入り込んでみました。たとえば、試しにマネキンヘッドに計算流体世界に没入して眺めてみると、およそこんな感じです。

　ちなみに、来週（勉強＆遊びに行く）オープンCAE勉強会には、（優秀な若人から借りた）OculusDK2を持って行くつもりなので、そこでは秋葉原の流体シミュレーション世界に没入体験をすることができるはずです。

　今やゲームエンジンが作り出す世界に入り込む（一見リアルに思える）体験を普通にすることができるようになりました、…だけど、それでも手元のコンピュータ中にいる…とても小さなCPU（中央処理装置）の出力結果の中に没入体験することができるというのは…何だかとても新鮮で楽しく感じます。