カテゴリ: CGシミュレーション

物理と数学の素養のなさを痛感しているこのごろです。
3DCGソフト"Blender"の物理エンジンのForumにヒントはないか、などと眺めてみるのですが話題の中身はほとんどなにも理解できません。ま、数値解析とプログラミングの話ばかりで、しかも英語で書かれているのであたりまえですね。
欲張ってはいけないとあきらめましょう。
たた基礎は勉強しなおしたいと思います。
ま、答えが返ってくるかどうかわかりませんが物理エンジンが使えるものなのか一応質問して見ました。
http://bulletphysics.com/Bullet/phpBB3/viewforum.php?f=9

落石シミュレーションについてDDAとかDEMで検索をかけて調べて見たところ、一応2000年代に入ってから2005年くらいまでに落石岩盤崩壊への適用についてやられています。
一定の成果が得られて、対策工の計画にも用いる例などについて文献もありますが、実務ではあまり使われていないようです。

DEM
http://thesis.ceri.go.jp/center/doc/thesis/kouzou/00102920001.pdf
DDA
http://www.suncoh.co.jp/pdf/service/Rep-D53-1c.pdf
http://www.soil.civil.nagoya-u.ac.jp/jgscb/chousa15/1508.pdf
http://www.world-ss.co.jp/R-Gijyutu/Ronbun/3D%20stability%20analysis%20for%20workshop.pdf

以前地球シミュレーター http://blogs.yahoo.co.jp/egeo_2000/57927128.html がすごいとお話しましたが、6月に発表された世界のスーパーコンピュータの処理速度のランキングで22位だそうです。アメリカにある世界1、2位のものは10倍くらいの処理速度がある。
ただ、実効効率では世界1位となったそうで、これはハードの性能を存分に発揮させているという意味なんでしょう。

http://journal.mycom.co.jp/news/2009/06/24/027/
http://www.yomiuri.co.jp/net/news/cnet/20090605-OYT8T00471.htm

それから地球シミュレーターの入れ物が50m×65mもある、と驚いていましたが、先日NHKの教育テレビでインターネット検索はなぜ高速なのかというお話を放映していまして、なんでもGoogleの1サーバは100m×150mの入れ物に入っているのだそうです。

十五島様のコメントに対するコメントです。

現時点で私がテストしている落石シミュレーションは、メニューボタンの定数を変えるだけであり、現実の岩石や地盤の定数との対応はわかりません。そこがクリエーターのための3DCGソフトの弱点で、数値を引き出すのは苦手なのでこのままでは使えません。その辺が勉強どころです。

しかし、このソフトの物理シミュレーションエンジンは優秀で落下する物体、地盤ともに弾性や塑性のような(まだ正確にわかっていないがボタンがたくさんある^^);)定数を与えることができ、工夫することで複雑な形の物体の衝突も扱えるようです。
一方でクリエーター向けの3DCGであるため、リアルな表現力は抜群ですし、地形は先日の事例の通り実測データが使えます。
↓Blender 3DCG example
http://www.youtube.com/watch?v=CVnKkEhKg7Q

今後はご指摘のことをやって見たいを思っています。
また他にも機械設計屋さんなんかが使っているシミュレーターはもっと近道だと思うのですがまだチェックしていません。一般にものすごく高価なので手が出ないのですが、非商用であればフリーというのがあったような。

こんなことをやっているのに言うのも矛盾しているかもしれませんが、私は落石と岩盤崩壊に関するシミュレーションは、未来永劫限定的なものでしかありえないと考えています。なぜなら、岩盤の亀裂の性状、地盤の弾性塑性や植生の影響などが実用に供するほどの精度で推定できるとは思えないからです。技術的には莫大なお金と時間をかけて、崖の上の亀裂や地盤で原位置試験を行ってデータを集めれば不可能ではないかもしれない。しかし、それを成し遂げるには工事ができてしまう以上のお金がかかるため現実に行われることは今後もありえないと考えています。

現実に今行われているシミュレーションもDDAにしろDEMにしろ、パラメータの設定ができなくて、現場の落石状況をフィードバックさせてパラメータいじったら大体現状にあったというところ止まりで、みなさん今後の課題として論文をまとめているのですが、上述の通り私は将来にわたってこの問題が解決されることはないと考えます。しかも2次元解析です(3次元のものは球体を転がすだけ)。

シミュレーションの結果の利用目的は、落石対策工にかかるエネルギーの大きさと落石範囲および跳躍高さです。
どうせわからないパラメータを現実にあわせてフィードバックさせるだけですから、シュミレーションが現実に近いことが大事で、大胆に言えばパラメータは地盤の本当の値でなくても良いといえます。
映像やゲームにとどまらない多方面への応用が考えられるため3D、CGソフトの物理エンジンの開発には大変優秀な人材が係わっています。
すでに複雑な形と物性をもった物体の衝突を扱うこと実現しているこのソフトを使わない手はないと思うのです。

そしてこのソフトがフリーソフトだというのは信じられないことです!

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遅々として進みません、が積木落としを試してみました。

↓動画はこちら

鳥瞰的視点 http://www.youtube.com/watch?v=asca6X2GEiw

目撃者的視点(落石怖い的な) http://www.youtube.com/watch?v=O4s6-_D_H0M

<object width="320" height="265"><param name="movie" value="http://www.youtube.com/v/O4s6-_D_H0M&hl=ja_JP&fs=1&"></param><param name="allowFullScreen" value="true"></param><param name="allowscriptaccess" value="always"></param><embed src="http://www.youtube.com/v/O4s6-_D_H0M&hl=ja_JP&fs=1&" type="application/x-shockwave-flash" allowscriptaccess="always" allowfullscreen="true" width="320" height="265"></embed></object>

暇なもんで昨日からCGシミュレーション→3DCG→インターフェースと芋づる式にネットサーフしていすが、先端技術はもおしろいですね。人物も優秀ですし。仕事とは距離がありすぎるのでためになっているんだかはわかりませんが。
その中で、”使い勝手””インタラクティブ””誰でも使える”とかのキーワードが良く出てきます。
振り返ってMS-DOS→Windows95へ変わってこれは使えると思ったころを思い出しました。
MS-DOSのころはプリンターの設定ひとつとっても煩雑で、他人が使った後設定が変わったのを直せないとかくだらないことで時間をとられていやになったのを覚えています。
いちいちコマンドラインを打ち込んで、細かい設定をしてやらなければならず、ちょっと知っている人が不親切であまり教えてくれなかったり、PCにはあまり近づきたくないと思った記憶があります。
ただ、当時これは使いやすいと感激して触ったのがLotusu123(今はExcelに駆逐されてしまいましたが)でした。プログラミングなしに計算ができるので感激したものです。
また、平成になりかけのころはワープロ専用機の方が一太郎(これもWordに駆逐されかけている?)よりも表現の自由度があった。
東京大学が引っかかってくるが、今、情報工学は東大が元気なのかな?

http://rikunabi-next.yahoo.co.jp/tech/docs/ct_s03600.jsp?p=001066

http://rikunabi-next.yahoo.co.jp/tech/docs/ct_s03600.jsp?p=001310&rfr_id=kanren

最近、ど素人なのにBlender http://www.blender.org/ というオープンソースのCGソフトでシミュレーションごっこをしています.
その中のディスカッションフォーラムに、衝突などの物理シミュレーション開発者が管理しているフォーラムがあります。開発者のErwinさんはどうやらsimulation team lead at Sony Computer Entertainmentのsimulationチームリーダらしい。 https://www.cmpevents.com/GD09/a.asp?option=G&V=3&id=613890
GDC2009(Game Dvelopers Conference)というので共同発表した人にharadaという日本人の名があって、この方ゲームの物理シミュレーションエンジンメーカーHavokのシニアエンジニアだそうな。経歴が東京大学準教授→Havokとか。凡人には考えられない転出ですが、メーカーに引き抜かれて今やりたいことを思う存分できる環境があるんでしょうね。
風体はまだまだ学生みたいです。(われわれの業界との違いを痛感)
優れた若者に拍手です!
https://www.cmpevents.com/GD09/a.asp?option=G&V=3&id=529694
http://sites.google.com/site/takahiroharada/
http://www.siliconrepublic.com/careers/695/takahiro-harada-havok/

肝心の自分の理解度の方は...高望みはしないようにしよう。
ただ、ファーラムにはscientific useについての質問もされていますが、それによればBlendreのBullet Physic Engineの汎用性、拡張性は大変高いらしい。

海洋開発機構 http://www.jamstec.go.jp/j/ のメンバーが主な著者の「先端巨大科学で探る地球」金田義行ほか(2008) http://www.utp.or.jp/bd/978-4-13-063707-7.html を読みかけています。
例の地球深部探査船「ちきゅう」http://www.jamstec.go.jp/chikyu/jp/CHIKYU/index.htmlを動かしている組織です。
地球シミュレータ http://www.jamstec.go.jp/esc/index.html という50m×65m四方(建物がですが)もあるコンピューターも動かしており、固体から大気圏に渡る地球の様々な現象のシミュレーションを目指しています。(
こちらのギャラリーが幻想的なほどすごいです↓
http://www.jamstec.go.jp/esc/gallery/index.html
ものすごく頭の良い人たちが集まっていてさすがと思います。
佐藤哲也(宇宙空間科学、プラズマ物理学、シミュレーション科学がご専門)、地球シミュレータセンター長が次のように述べています。

↓引用
“シミュレーションはシステムの未来の発展を科学的に予測してくれる、人類が手に入れた最大にして最初の「未来を見る望遠鏡」である。しかし、ここで忘れてならないことは、シミュレーション単独では未来を予測することはできないということである。初期条件を正しく与えてやらないと、いかに高性能のシミュレーションコードが存在しても、宝の持ち腐れとなる。いうなれば、未来を予測するには、シミュレーションの分解能と同程度の分解能の観測データの存在が前提となる。”
ありがたいお言葉です。かっこいいシミュレーションを意味のあるものにするには、地道な現場データの取得に労力とお金をかけないとお話にならないといっています。


斜面工学の分野では、京大の大西有三氏は「岩盤崩壊と落石問題に関する現状と課題」地すべりVol.39No.1(2002)で同様の趣旨を述べています。(大学の先生ですが、現場寄りの視点を持つ方と思います。ずいぶん以前に何かの学会でDEMの岩盤崩壊の解析の話を聞いたときは漫画みたい???と思いましたが重鎮になられましたね)

↓引用
“数値解析では、一旦モデルが決められると、その結果はそのモデルの範囲でしか意味を持たないことを常に注意しておく必要がある。しかし、それを忘れて数値計算の結果だけで、その工学的な意味を議論することがしばしばあるのも事実である。”
“数値解析手法の適用範囲や計算条件、解析に必要な情報(入力値)を的確に決定することが極めて重要である。ただし、長期にわたる破壊現象は、経年進行過程が不明なこと、破壊発生に占める誘因の影響が大きいこと、解析上の入力物性の評価・設定が難しいことなどから現状では確立されていない面も多い。”

そして今後の課題の項で述べています。
↓引用
“岩盤調査および落石調査は、現地踏査が基本であるが...中略...要注意斜面は極めて多く、詳細調査は不可能である。現実的処方箋については現場技術者の経験的判断が最も重要になっているので、一定水準以上の技術を持った、土木と地質の両分野に精通した専門技術者の要請が不可欠である。岩盤崩壊発生箇所を特定するためには、崩壊現象を岩盤斜面形成という地形・地質発達史的な見方をもって捉える必要があり、そうした目を持つ地質専門家の協力が欠かせない。”
数値解析の専門家がおっしゃっています。ありがたいことです。
また次のようにも述べています。

↓引用
“Hoek and Brayの名著「Rock Slope Engineering」は30年前に出版されたものであるが、内容は未だに陳腐化していな...中略...すなわち、岩盤斜面の本質的な取り扱い方法はここ30年余り変化していないということである。”


振り返って、身の回りのレベルではどうでしょう。設計サイドから、(cφ等の地盤定数は指針の表から適当に持ってきてでも)とにかく安定計算をしてとか言われることがあります。意味をまったく理解しようとせず数字さえ出れば何でもよいといった姿勢、それだけなら良いのですが、重要な定性的な答えを出す現地踏査を技術として評価しない風潮があると思います。(昔から多くの業務で踏査はサービスでやって来たのが現実ですね)

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操作がむづかしくて遅々として進まないですが、ようやく一歩前進して、実測地形で落石に見立てた物体を転がしてみました。
地形は先日UPした、札幌市の採石場跡につくられた五天山公園の斜面です。↓
http://blogs.yahoo.co.jp/egeo_2000/57491866.html

動画は下のYourTubeのリンクにあります。↓
http://www.youtube.com/watch?v=jOiTqsG6148

操作の方は、(ソフト上の)カメラを追加したが削除の仕方がわからない、とかレベルの低いところでもがいています。

先日3DCGソフトではじめてみた落石シミュレーションへの挑戦ですが、いまだにソフト内での録画の仕方がわからないので、画面キャプチャーソフトで動画を作っていました。
YourTubeへupして見ました↓
http://www.youtube.com/watch?v=edPECTvjG6w

Blenderという3DCGソフトは膨大な機能がある分、操作がむづかしくて一筋縄ではいきません。
しかし
物理シミュレーションができること
オープンソースであること
Pylonというプログラム言語で手が加えられること
から可能性を感じています。
今のところは、自分のレベルが低すぎて何がわからないのかもよくわからない状態です。
数値解析に強い人、3DCGに強い人、地盤のことがわかる人の3人が集まればかなりのことができそうな気がします。

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3DCGソフトでどこまでできるのか、挑戦していきたいと思います。
初めてのシミュレーションCGは、単純な斜面上で落石に見立てた物体5個を転がしてみました。
超初心者なので録画の仕方がわからないのでScreen shotだけ載せておきます。

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