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講義No.09365

複雑な自然現象を、コンピュータグラフィックスで可視化する

自然現象を忠実に再現する

 コンピュータグラフィックス(CG)で自然現象を表現することは、決して簡単ではありません。その方法は大きく2つに分けられ、1つは「物理シミュレーション」と呼ばれています。自然現象を物理的に正しく数値化し、それをシミュレーションする方法です。
 例えば水や気体などの流体運動では、支配的な方程式として「ナビエ・ストークス方程式」が知られており、この方程式を正しく解くことで、実際の流体の様子をCGで表現することができます。走行する電車や車の周りにどういう気流が発生しているのかを可視化する場合には、物理的正しさが求められるので、この方法が使われます。

リアリティを生み出すには

 しかし、正しいはずの「物理シミュレーション」の映像は、逆に、リアリティに欠けることもあります。人間が自然現象に対して持っているイメージが、「物理シミュレーション」の映像と一致するとは限らないからです。また、膨大な計算処理が必要なため、映像化に時間がかかることも、デメリットの1つです。
 そこで、人間のイメージと一致させ、しかも計算処理が少ない方法として、「ビジュアルシミュレーション」が開発されました。これには、さまざまなアプローチがあります。

積乱雲を表現する

 例えば、積乱雲のダイナミックな動きをCGで表現するときは、パーティクルという粒子を使います。まず、コンピュータ上に三次元空間をつくり、一番下の面を地表とし、地表を分割して、それぞれに温度を定義します。温度の高い地点からは暖かいパーティクルが出て、温度の低い地点からは冷たいパーティクルが出るようにすると、パーティクルが対流運動をします。さらに、対流運動を行っているパーティクルに、ボリュームや色、影をつけるレンダリングを施すことによって、本物の積乱雲がもくもくと湧き上がる映像に近づけることができるのです。
 現在では、さらに高度な手法がさまざまに開発されており、CGの世界は日々進化を続けています。

夢ナビライブ2019 東京会場

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この学問が向いているかも エンターテインメント学

東京工科大学
メディア学部 メディア学科 教授
菊池 司 先生

メッセージ

 私の専門はコンピュータグラフィックス(CG)です。自然現象を可視化するCGの技術を研究しています。CGは、産業界では、ゲームや映画で使われるVFX(visual effects:視覚効果)の表現によく使われる技術です。また、高校生のあなたが現在、勉強している数学や物理を使い、CGの技術をさらに発展させる研究にも取り組んでいます。
 もちろん、エンターテインメントも、大学では広く研究対象になります。CGに興味があるなら、ぜひ、この分野の大学や学部を訪ねてみてください。

先生の学問へのきっかけ

 映画が大好きで、中学時代に巧みなCGでさまざまな恐竜の姿と動きが再現され、本物の恐竜たちが生きて躍動しているような迫真の表現力を持った映画『ジュラシック・パーク』に衝撃を受けました。また、高校時代には数学の面白さにも興味を持ち、大学は工学部に進学します。そこで出会ったのが、当時、日本のCGの理論と技術のパイオニアとして活躍していた千葉則茂教授でした。千葉教授に大きな影響を受け、夏空に浮かぶ積乱雲のダイナミックな動きをCGで表現したいと考え、「自然現象のCG化」の研究に取り組みました。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

CGクリエイター/CGデザイナー/映像プロダクション/ゲーム会社

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菊池 司 先生がいらっしゃる
東京工科大学に関心を持ったら

 創立以来、産業界の要請を的確に予測し、一貫して実学を身に付けた人材の育成を目指してきました。またそのために、「ONLY ONE,BEST CARE」(OBC)という行動規範を掲げ、教職員が一丸となって教育改革に取り組んでいます。具体的には、●学生の個性を重視した教育の実施●先端技術教育による実社会に役立つ技術者や多様なエキスパートの育成●ICT に精通した技術者や多様なエキスパートの育成●国際的人材育成のための外国語(特に英語)の実践教育、の4つのミッションが実現するよう日々の努力を重ねています。

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