数値解析情報動画像作成方法及び数値解析情報動画像作成プログラム
【課題】パーソナルコンピュータ（ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標））によって自然災害（河川の氾濫、土砂流、津波等）の結果を簡単な構成で３次元ムービで表示させることができる数値解析情報動画像作成システムを得る。
【解決手段】流動深付き氾濫数値モデル作成コード部１、ファイル展開部１５、地盤・流動深変化判定部５、ファイル変換部３、データ抽出部６、時間解析部８、動画像処理部９を備えることによって、全テキストデータを一旦パソコンに取り込み、数値に変化があるものとないものを区別して、バイナリ変換を行う。そして、フラグ「１」の場合は、流動深に応じて流体部分の厚みを変化させ、フラグ「２」の場合は、地盤標高つまり、基準の地盤のＺを変化させてレンダリングを行わせる。フラグ「３」の場合は、地盤のＺと流体部分の厚みを変化させてレンダリングを行い、これを直接３次元空間に描画することで時間に対応させた動画像を得る。
【解決手段】流動深付き氾濫数値モデル作成コード部１、ファイル展開部１５、地盤・流動深変化判定部５、ファイル変換部３、データ抽出部６、時間解析部８、動画像処理部９を備えることによって、全テキストデータを一旦パソコンに取り込み、数値に変化があるものとないものを区別して、バイナリ変換を行う。そして、フラグ「１」の場合は、流動深に応じて流体部分の厚みを変化させ、フラグ「２」の場合は、地盤標高つまり、基準の地盤のＺを変化させてレンダリングを行わせる。フラグ「３」の場合は、地盤のＺと流体部分の厚みを変化させてレンダリングを行い、これを直接３次元空間に描画することで時間に対応させた動画像を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータにおいても土砂流、津波などの流体の動画像をリアルに表示できる数値解析情報動画像作成方法及び数値解析情報動画像作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年発生した土石流災害後の調査では、住民の方々が「土石流の発生を全く予想しなかった」場合に避難が遅れ、大きな被害が発生していると指摘されている。早期自主避難を促すためには、土石流災害の恐ろしさ、さらに自宅裏山でもそのような現象が発生する可能性があることを住民が認識する必要があると言われている。
【０００３】
例えば、図１７に示すように、土石流の氾濫解析や河川の氾濫解析は、等高線図などの２次元データ上に浸水深等に応じて、その量がわかるように色別表示するのが現状である。
【０００４】
つまり、ある時刻の数値解析結果（浸水深）や計算時間内の最大値（最大浸水深）を静止画で２次元平面上に表現されたものが主流となっている。
【０００５】
一方、氾濫解析結果を用いて時々刻々とその浸水範囲が広がっていくような動きをアニメーションメッシュ表示しているものがある。
【０００６】
また、映画、テレビジョン等においては、河川の氾濫、津波、溶岩流、土砂災害をアニメ的に見せることもある。このような場合は、３Ｄ動画ソフトで単に適当なコンピュータグラフィック（ＣＧ）を見せるだけであり、実際の地形、雨量、溶岩量、土砂量等に基づくものではなかった。
【０００７】
つまり、近年のＣＧ技術やパソコンの性能の発達により、このようなＣＧを作成することは容易になっているが、これらの多くは数値解析結果等を参考に氾濫範囲を想定しながらも、土石流の流れそのものは専門家の監修のもとでＣＧクリエータが作成する。このとき、土石流の詳細な流動深、挙動などは推定して作成させていた。
【０００８】
さらに、予め定められているデータフォーマットで数値解析結果（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が出力されている場合には、短時間でかつ非常にリアルな動画像を作成できる高価なシステムもある。
【特許文献１】特許出願平１０−３６０５８号公報
【特許文献２】特許公開２００３−１６８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来の方法は、ある時刻の数値解析結果（浸水深）や計算時間内の最大値（最大浸水深）を静止画で２次元平面上に表現するものであるから、現実感が弱いという課題があった。
【００１０】
また、２次平面上に色データを割り付けるものであるので、土石流が谷を流れたときに、どこで盛り上がるのかがわからないという課題がった。特に、津波などにおいては、どこで海面が盛り上がり、どこのあたりの岸でどのように盛り上がるかを知りたい。
【００１１】
さらに、上記のリアルな動画像を作成できるシステムは、高価である上に、様々なコマンドを入力しなければならないので使いづらい上に作業工数がかかるという課題があった。
【００１２】
また、上記の土石流ＣＧは、土石流流の詳細な流動深、挙動は推定の域を出ないものであるから現実感に欠け、十分な効果を発揮しないという課題があった。
【００１３】
また、物理モデル数値解析（土砂流、氾濫・・・）の計算手法は、有限要素法、有限体積法、差分法など様々なものがあるが、時刻刻みや境界条件が適切でない場合には数値振動というものが生じる。この数値振動は大きなものから小さなものまであり、その発生を完全にチェックすることは非常に難しい。
【００１４】
数値振動は計算中継続して発生するとは限らないため、限られた時刻のメッシュ表示だけを見てその発生を特定することは不可能であった。
【００１５】
本発明は以上の課題を解決されたもので、パーソナルコンピュータ（ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標））によって自然災害（河川の氾濫、土砂流、つなみ等）の結果を簡単な構成で３次元ムービで表示させることができる数値解析情報動画像作成システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の数値解析情報動画像作成方法は、グラフィカルユーザインタフェース環境の３次元動画像作成ソフトウェアを有して、地域の地図データ、及び予想雨量に基づき流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成方法である。
【００１７】
そして、（１）任意の座標系のメッシュで定義された地図データ及び予想雨量に基づいた一定時間あたりの各メッシュの流動深付き数値データを流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成し、テキストファイルとしてテキストファイル記憶部に一定時間毎に保存するステップと、（２）一定時間毎に保存されたテキストファイルを全て一時記憶メモリに展開するステップと、（３）一時記憶メモリに展開された全テキストファイルについて、メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグをメッシュに付加するステップと、（４）全テキストファイルの全メッシュに第１のフラグ及び第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、全テキストファイルをバイナリ変換し、一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存するステップと、バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存するステップと、（５）不動地盤情報及び、時系列の流体情報を３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、不動地盤情報から得られる地盤画像上に流体情報から得られる流体画像を合成した３次元動画像を得るステップとを有することを要旨とする。
【００１８】
また、本発明の数値解析情報動画像作成プログラムは、予想雨量に基づき、流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成プログラムである。
【００１９】
コンピュータに、流（１）動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成され、テキストファイル記憶部に予め保存されている一定時間毎のテキストファイルの流動深付き数値データを、一時記憶メモリに展開する手段、（２）一時記憶メモリに展開された全テキストファイルについて、メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグをメッシュに付加する手段、（３）全テキストファイルの全メッシュに第１のフラグ及び第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、全テキストファイルをバイナリ変換し、一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存する手段、（４）バイナリファイル記憶部のバイナリファイルから、第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存する手段、（５）不動地盤情報及び、時系列の流体情報を３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、不動地盤情報から得られる地盤画像上に流体情報から得られる流体画像を合成した３次元動画像を得る手段としての機能を実現させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、従来の平面的なメッシュ図では表現できなかった土石流や溶岩流、津波が時間と共に変化する３次元動画像をパーソナルコンピュータでも容易にリアルに表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態は、図１に示した数値解析情報動画像作成システム構成をとり、２次元洪水氾濫計算などの物理モデルによる数値解析結果を３次元空間画像として描画するものである。
【００２２】
（システム構成）
まず、２次元洪水氾濫計算を行う汎用コンピュータ１００と、その数値解析結果を３次元空間画像の描画を行うパーソナルコンピュータ２００がある。汎用コンピュータ１００とパーソナルコンピュータ２００との間のデータの引き渡しは、フロッピー（登録商標）ディスク等の外部記憶媒体を介してでもよいし、通信ネットワークを介してでもよい。
【００２３】
汎用コンピュータ１００は、流動深付き数値モデル作成コード部１を具備する。流動深付き数値モデル作成コード部１は、入力された雨量等の条件と、地図データ１１を元に、各地点の経過時間毎の流動深を計算し、ＸＹＺ座標値と共にテキスト形式の流動深付き数値データファイルとしてテキストファイル記憶部２に出力する。例えば、ｔ１(ｔ００００１．ｃｇ）、ｔ２(ｔ００００２．ｃｇ）、ｔ３(ｔ００００３．ｃｇ）、・・・のように、経過時間毎のファイルが作成され、記憶される。
【００２４】
なお、流動深付き数値モデル作成コード部（以下、流動深付き数値モデル作成コードという）１は、土石流氾濫解析や洪水氾濫解析、内水氾濫解析の他、溶岩流流下解析、火砕流流下解析、津波伝搬・遡上解析などのように地盤に類するものの上を流体が移動し、その流体部のＸＹＺ座標値を出力できるものであればよい。
【００２５】
次に、パーソナルコンピュータ２００は、機能的にデータ変換部２００ａとムービ作成部２００ｂに大別される。データ変換部２００ａは、テキストファイル記憶部２に記憶されたテキスト形式の全流動深付き数値データファイルを一時記憶メモリ１４に展開するファイル展開部１５と、一時記憶メモリ１４に展開されたデータを解析する地盤・流動深変化判定部５からなる。さらに、データ変換部２００ａは、地盤・流動深変化判定部５により生成されるデータ（ＸＹＺ座標値、流動深、フラグ（０、１、２、または３））からバイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルを作成するファイル変換部３と、そのバイナリファイル（ｈ１(ｔ００００１．ｂｃｇ）、ｈ２(ｔ００００２．ｂｃｇ）、ｈ３(ｔ００００３．ｂｃｇ）、・・・）を記憶するバイナリファイル記憶部４とからなる。
【００２６】
一方、ムービ作成部２００ｂは、バイナリファイル記憶部４に記憶されたファイルから変化のあるデータのみを抽出するデータ抽出部６と、データ抽出部６から抽出データメモリ１６を介して転送されるデータを受信し画像化する動画像処理部９からなる。さらに、ムービ作成部２００ｂは、データ抽出部６から転送されるデータから時間情報とフレーム数を解析する時間解析部８と、時間解析部８が数えたフレーム数をカウントしておくタイムカウンタ１０と、タイムカウンタ１０から計算された動画像教示経過時間を画面１８上の任意の位置に表示するするための画像表示制御部１３を有する。また、データ抽出部６が抽出したデータを記憶しておく抽出データメモリ１６に接続された抽出データ記憶部７と、動画像処理部９に接続され、動画像処理部９が画像表示に使用するテクスチャーを記憶しておくテクスチャー記憶部１２と、動画像処理部９に接続され、動画像処理部９が生成する汎用動画像ファイルを記憶しておく汎用動画像ファイル記憶部１７を備える。
【００２７】
ここで、本発明の３次元動画像（ムービ）作成システムとは、パーソナルコンピュータ２００に実装されるデータ変換部２００ａ及び、ムービ作成部２００ｂのうちのデータ抽出部６、データ抽出部６に接続された抽出データメモリ１６、抽出データメモリ１６に接続された抽出データ記憶部７、そしてデータ抽出部６に接続された時間解析部８と、時間解析部８に接続されたタイムカウンタ１０を含めた手段部をいう。
【００２８】
一方、動画像処理部９と画像表示制御部１３は、３Ｄモデリング、アニメーション化、レンダリングを行って立体動画像を描画したり、ＡＶＩやＭＰＥＧ形式の動画像ファイルを生成することができる機能を有する手段部である。この手段部には、パーソナルコンピュータ２００に実装可能な市販の３次元動画像（３Ｄムービ）作成ソフトウェアを利用することができる。
【００２９】
動画像処理部９は、不動地盤ｆ１と、データ抽出部６が抽出したデータから描画した流体画像ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、・・・を順次合成していく。図２（ａ）は、山間部の土石流の流下氾濫のシュミレーション結果の合成例を示し、図２（ｂ）は、都市部における河川の洪水による氾濫のシュミレーション結果の合成例を示している。
【００３０】
（システムの処理フロー）
まず図３を用いながら、上記のように構成される数値解析情報動画像作成システムの解析条件設定と数値解析の実施の処理を主にして、全体の流れの概要を説明する：
Ｓ１：流体災害をシミュレーションする地域の計画雨量、土砂量などの解析条件（パラメータ）を流動深付き数値モデル作成コード１に設定する。
【００３１】
Ｓ２：設定された解析条件から数値解析（シミュレーション）を実施する：
シミュレーションでは、流れを例えば数１に示すｘ−ｙ平面における２次元漸変流の運動方程式として取り扱う。
【数１】
【００３２】
また、τｘ、τｙはｘおよびｙ方向の流れの抵抗力であり、マニング（Manning）則を用いれば、それぞれ数２の式で表される。
【数２】
【００３３】
そして、水の連続式と土砂の連続式は、それぞれ数３の式で表される。
【数３】
【００３４】
掃流砂量式は、数４に示すメイヤー−ピーター・ミュラー（Meyer-Peter・Muller）の式（M.P.M式）を用いる。
【数４】
【００３５】
浮遊砂量は、数５に示すレーン・カリンスク（Lane・Kalinske）の式を用いて計算する。
【数５】
【００３６】
以上の方程式を差分法で解くことにより、指定の地図の各メッシュにおける時刻毎の流動深を求め、この流動深（水が流れ込むことによる水量の厚み）にＸＹＺ座標を対応させ、流動深付き数値情報とする。
【００３７】
Ｓ３：データ変換部２００ａによって、Ｓ２によって得られたテキスト形式の流動深付き数値データファイルをバイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルに変換後、ムービ作成部２００ｂで地形、解析対象の３次元ポリゴン化を行う。
【００３８】
Ｓ４：動画像を表示するために適した解析対象のテクスチャー設定を行う。
【００３９】
Ｓ５：画面１８に描画する際の方向として、視点の設定を行う。
【００４０】
Ｓ６：動画像処理部９は、データ抽出部６が抽出したデータから、解析ステップ毎のレンダリングを行う。
【００４１】
Ｓ７：そして、設定条件に従って３次元ムービを生成する。
【００４２】
次に、図４を用いて数値解析情報動画像作成システムの３次元動画像作成システムの処理を主にして、全体の流れを説明する。
【００４３】
Ｓ２０：まず、汎用コンピュータ１００で、前述した数１から数５の解析式を用いて、物理モデルによる数値解析（シミュレーション）を実施する。
【００４４】
Ｓ２１：Ｓ２０の結果である流動深付き数値情報をテキスト変換（平面直角座標系）してテキストファイル記憶部２に保存する。例えば、図５に示す地域の地図データ１１において、時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔｔ３、・・・の各メッシュの地盤標高（Ｚ）と流動深を求め、ＸＹ座標と共にテキスト形式の流動深付き数値情報ファイルにしてテキストファイル記憶部２に保存（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・）する。
【００４５】
図６（ａ）は、５００秒後の流動深付き数値情報ファイルｔｉの情報を流動深付き数値情報を示しており、流動深がゼロ、すなわち水が流れ込んでいない状態である。また、図６（ｂ）に、流動深付き数値情報ファイルｔｉの各カラムのデータの意味を示している。なお、地盤標高データは洪水半氾濫の場合には、全時刻で同一座標は同一値となるが、土石流などの計算ケースはでは河床が浸食される場合も土砂推積により上昇する場合もある。このため、地盤標高値と流動深は時々刻々変化するものとなる。
【００４６】
Ｓ２２：パーソナルコンピュータ２００のデータ変換部２００ａは、汎用コンピュータ１００で生成された流動深付き数値情報ファイルｔｉを一時記憶メモリ１４に展開し、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉにバイナリ変換し、バイナリファイル記憶部４に出力する。
【００４７】
Ｓ２３：データ抽出部６（図４ではシミュレーションインポータ）は、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）への読み込む。
【００４８】
Ｓ２４：表示間隔の設定、流体部分のテクスチャー、オルソフォトの貼りつけなど、３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）が動作するための各種条件を設定する。
【００４９】
Ｓ２５：また、表示に際してのタイムカウンターの自動設定が行われる。
【００５０】
Ｓ２６：画面１８に描画する際の方向として、視点の設定を行う。
【００５１】
Ｓ２７：３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）により、シーンレンダリングが行われる。
【００５２】
Ｓ２８：最終的に３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）により、３次元ムービ作成が行われる。
【００５３】
続いて、図４のＳ２２の処理について、図７を用いて更に処理の流れを説明する：
Ｓ４０、Ｓ４１：データ変換部２００ａのファイル展開部１５は、テキストファイル記憶部２の全ての流動深付き数値情報ファイルｔｉを一時記憶メモリ１４に展開する。
【００５４】
Ｓ４２：地盤、流動深変化判定部５は、まず、任意のメッシュ１地点を指定して、その１地点に関する地盤標高と流動深のデータを、一時記憶メモリ１４内の最初の流動深付き数値情報ファイルｔ１から最後の流動深付き数値情報ファイルｔｉまでの全ファイルについて比較する。
【００５５】
Ｓ４３：Ｓ４２において、地盤標高あるいは流動深に変化がないと判定したときは、その地点のデータにフラグ「０」を割り付ける。
【００５６】
Ｓ４４：Ｓ４２において、比較した結果、地盤標高あるいは流動深に変化があると判定したときは、次に流動深のみ変化しているかどうかを判定する。
【００５７】
Ｓ４５：Ｓ４４において、流動深のみが変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「１」を割り付ける。
【００５８】
Ｓ４６：Ｓ４４において、流動深が変化してはいないと判定したときは、地盤標高のみが変化しているかどうかを判定する。
【００５９】
Ｓ４７：Ｓ４６において、比較した結果、地盤標高のみが変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「２」を割り付ける。
【００６０】
Ｓ４８：Ｓ４６において、変化しているのが地盤標高だけではないと判定したときは、地盤標高・流動深ともに変化するかどうかを判定する。
【００６１】
Ｓ４９：Ｓ４８において、地盤標高・流動深共に変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「３」を割り付ける。
【００６２】
Ｓ５０：次のメッシュの地点を指定し、Ｓ４２からＳ４９までの処理を繰り返す。もしそれ以上指定する地点がなくなった場合は、繰り返し処理を抜ける。
【００６３】
Ｓ５１：最後に、ファイル変換部３は、全データをバイナリデータに変換して、バイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉとしてバイナリファイル記憶部４に記憶する。
【００６４】
ここで、数値に変化がある場合と無い場合の意味について説明する。地盤標高に変化がないとは、洪水氾濫解析などのように初期地盤標高に変化がないものである。地盤標高に変化がある場合とは、土石流の氾濫解析では土石流が通過する際に河床（地盤）を削り取るので、初期地盤が浸食されるという現象が生じる。また、逆に土石流が推積する範囲では地盤に土石が推積して地盤標高が上昇する。したがって、初期地盤標高のみを３次元動画像作成ソフトウェアに読み込めばよいことになり、後は時々刻々変化する標高値のみを読み込めばよい。
【００６５】
続いて、図４のＳ２３のデータ抽出部６の処理について、図８、図９を用いて更に詳細に処理の流れを説明する。
【００６６】
Ｓ６０：まずカウンタｉに１を代入し、第１番目の変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを指定する：
Ｓ６１：変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１を開く：
Ｓ６２：メッシュを指定するためのカウンタａに１を代入する：
Ｓ６３：Ｓ６１で開いた変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１のデータのうちで、メッシュｍａに割りふられたフラグを判定する：
Ｓ６４：フラグの値が（０）である場合は、メッシュｍａのデータを不動地盤情報ｆ１として保存する：
Ｓ６５：フラグの値が（１）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に流動深値を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６６：フラグの値が（２）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６７：フラグの値が（３）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）と流動深値を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６８：メッシュを指定するためのカウンタａに１を加算し、次の地点を指定する：
Ｓ６９：指定した地点がオーバーしていないかを判定し、オーバーしていなければ、次の地点のデータについてＳ６３からＳ６８までの処理を繰り返す。もし変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１の全メッシュデータについて終了した場合は、変化情報付き数値解析情報ファイルｈ２以降についての処理（図９）に移る。
【００６７】
Ｓ７０：カウンタｉに１を加算し、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを指定する：
Ｓ７１：最大ファイル数をオーバーしていないかを判定し、オーバーしていない場合はＳ７２へ、オーバーしている場合は、Ｓ８０に移る：
Ｓ７２：変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを開く：
Ｓ７３：Ｓ７２で開いた変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉのデータのうちで、変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１の処理の際にフラグが（０）でなかったメッシュｍａに割りふられたフラグを判定する。
【００６８】
Ｓ７４：フラグの値が（１）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に流動深値を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７５：フラグの値が（２）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７６：フラグの値が（３）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）と流動深値を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７７：フラグが（０）でなかった次のメッシュｍａを指定する。このメッシュｍａは、フラグが（０）であったメッシュが保存された不動地盤情報ｆ１のデータから容易に指定できる：
Ｓ７８：指定したメッシュがオーバーしていないかを判定し、オーバーしていなければ、次のメッシュのデータについてＳ７３からＳ７７までの処理を繰り返す。もし変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉのフラグが（０）でなかった全メッシュデータについて終了した場合は、Ｓ７０に戻って処理を行う：
Ｓ８０：全変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉについてのデータ抽出処理が完了したら、その抽出データを抽出データ記憶部７に記憶し、処理を終了する。
【００６９】
この図８、図９に示した処理によって、図１に示した不動地盤ｆ１、流体画像ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、・・・の情報が生成される。
【００７０】
この抽出データが動画処理部９に転送されて、順次描画していくことにより、３次元ムービ作成が行われる。図１０に示すように、山の上に雨が降り出したときの谷を流れる土石流を３次元で時間軸に対応させて表示させることができている。
【００７１】
ここで、物理モデル数値解析（土砂流、氾濫・・・）の計算手法は、有限要素法、有限体積法、差分法など様々なものがあるが、時刻刻みや境界条件が適切でない場合には数値振動というものが生じる。この数値振動は大きなものから小さなものまであり、その発生を完全にチェックすることは非常に難しい。
【００７２】
数値振動は計算中継続して発生するとは限らないため、限られた時刻のメッシュ表示だけを見てその発生を特定することは不可能であった。
【００７３】
しかしながら、数値解析結果を３次元動画化することで、誰でも容易に連続的な解析解の変化を視覚的に捉えることができるので、数値振動発生のチェックが可能となっている。
【００７４】
図１１は、流体部分が異常に飛び出た映像を示しており、シミュレーションのデータに何らかの誤りがある可能性を視覚的に示したものである。
【００７５】
図１２は上記処理によってタイムカウンタを動作させたものであり、どの程度の時間で土石流が流れたかを示している。これは、画面のサブウインドウの経過時間表示をクリックした後、画面上をマウスでクリックすることで、その箇所をタイムカウンター表示箇所とすることができる。
【００７６】
また、図１３は、土石流の３次元表示と、洪水氾濫の３次元表示を示す図である。
【００７７】
図１４（ａ）は溶岩流の３次元表示を示し、図１４（ｂ）は上記の処理による津波の３次元表示である。これらは、上記処理によって時間と共に立体的に変化していく。つまり、流体部分の質感設定により、表面を粗いブロック上の黒色テクスチャーで覆い、内部をオレンジ色の発光体と設定することにより溶岩流等もリアルに表示が可能である。
【００７８】
また、本実施の形態では、視点の設定によって近接映像を表示することも可能であり（図１５（ａ）参照）、上流側から下流側を見ることも可能である（図１５（ｂ）参照）。
【００７９】
また、本実施の形態では、図１６（ａ）に示すように地形ポリゴンを表示させることも可能であり、図１６（ｂ）に示すように流体部分のポリゴンを表示させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
砂防事業実施効果の説明、災害再現計算のビジュアル表示、動くハザードマップ、事業計画、及び事業効果の比較表示の他、解析結果を連続的・直感的に把握できる数値解析モデルの開発、研究に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システムの概略構成図である。
【図２】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システムを用いて得られた氾濫動画像を説明する説明図である。
【図３】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システム全体の流れを説明する概略フローチャートである。
【図４】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システム全体の流れを説明する詳細フローチャートである。
【図５】雨が降り出す前の地形データ（オルソフォトで示している）を説明する説明図である。
【図６】流動深さ付き数値情報ファイルの出力例の説明図である。
【図７】データ変換部２００ａのファイル展開部１５、ファイル変換部３、地盤・流動深変化判定部５の動作を説明するフローチャートである。
【図８】ムービ作成部２００ｂのデータ抽出部６の動作を説明する第１のフローチャートである。
【図９】ムービ作成部２００ｂのデータ抽出部６の動作を説明する第２のフローチャートである。
【図１０】本実施の形態によって谷を流れる土砂流を３次元で動画表示させた画面の説明図である。
【図１１】本実施の形態による流体部分が飛び出た映像を得ることができたことを示す説明図である。
【図１２】タイムカウンタを動作させたときの説明図である。
【図１３】土石流の３次元表示と、洪水氾濫の３次元表示を示す説明図である。
【図１４】溶岩流の３次元表示と津波の３次元表示の説明図である。
【図１５】視点の設定による３次元表示を説明する説明図である。
【図１６】地形ポリゴンを表示、流体部分のポリゴン表示ができることを説明する説明図である。
【図１７】従来の土砂流の表現方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 流動深付き数値モデル作成コード
２ テキストファイル記憶部
３ ファイル変換部
４ バイナリファイル記憶部
５ 地盤・流動深変化判定部
６ データ抽出部
７ 抽出データ記憶部
８ 時間解析部
９ 動画像処理部
１０ タイムカウンタ
１１ 地図データ
１２ テクスチャー記憶部
１３ 画像表示制御部
１４ 一時記憶メモリ
１５ ファイル展開部
１６ 抽出データメモリ
１７ 汎用動画像ファイル記憶部
１８ 画面
１００ 汎用コンピュータ
２００ パーソナルコンピュータ
２００ａ データ変換部
２００ｂ ムービ作成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータにおいても土砂流、津波などの流体の動画像をリアルに表示できる数値解析情報動画像作成方法及び数値解析情報動画像作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年発生した土石流災害後の調査では、住民の方々が「土石流の発生を全く予想しなかった」場合に避難が遅れ、大きな被害が発生していると指摘されている。早期自主避難を促すためには、土石流災害の恐ろしさ、さらに自宅裏山でもそのような現象が発生する可能性があることを住民が認識する必要があると言われている。
【０００３】
例えば、図１７に示すように、土石流の氾濫解析や河川の氾濫解析は、等高線図などの２次元データ上に浸水深等に応じて、その量がわかるように色別表示するのが現状である。
【０００４】
つまり、ある時刻の数値解析結果（浸水深）や計算時間内の最大値（最大浸水深）を静止画で２次元平面上に表現されたものが主流となっている。
【０００５】
一方、氾濫解析結果を用いて時々刻々とその浸水範囲が広がっていくような動きをアニメーションメッシュ表示しているものがある。
【０００６】
また、映画、テレビジョン等においては、河川の氾濫、津波、溶岩流、土砂災害をアニメ的に見せることもある。このような場合は、３Ｄ動画ソフトで単に適当なコンピュータグラフィック（ＣＧ）を見せるだけであり、実際の地形、雨量、溶岩量、土砂量等に基づくものではなかった。
【０００７】
つまり、近年のＣＧ技術やパソコンの性能の発達により、このようなＣＧを作成することは容易になっているが、これらの多くは数値解析結果等を参考に氾濫範囲を想定しながらも、土石流の流れそのものは専門家の監修のもとでＣＧクリエータが作成する。このとき、土石流の詳細な流動深、挙動などは推定して作成させていた。
【０００８】
さらに、予め定められているデータフォーマットで数値解析結果（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が出力されている場合には、短時間でかつ非常にリアルな動画像を作成できる高価なシステムもある。
【特許文献１】特許出願平１０−３６０５８号公報
【特許文献２】特許公開２００３−１６８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来の方法は、ある時刻の数値解析結果（浸水深）や計算時間内の最大値（最大浸水深）を静止画で２次元平面上に表現するものであるから、現実感が弱いという課題があった。
【００１０】
また、２次平面上に色データを割り付けるものであるので、土石流が谷を流れたときに、どこで盛り上がるのかがわからないという課題がった。特に、津波などにおいては、どこで海面が盛り上がり、どこのあたりの岸でどのように盛り上がるかを知りたい。
【００１１】
さらに、上記のリアルな動画像を作成できるシステムは、高価である上に、様々なコマンドを入力しなければならないので使いづらい上に作業工数がかかるという課題があった。
【００１２】
また、上記の土石流ＣＧは、土石流流の詳細な流動深、挙動は推定の域を出ないものであるから現実感に欠け、十分な効果を発揮しないという課題があった。
【００１３】
また、物理モデル数値解析（土砂流、氾濫・・・）の計算手法は、有限要素法、有限体積法、差分法など様々なものがあるが、時刻刻みや境界条件が適切でない場合には数値振動というものが生じる。この数値振動は大きなものから小さなものまであり、その発生を完全にチェックすることは非常に難しい。
【００１４】
数値振動は計算中継続して発生するとは限らないため、限られた時刻のメッシュ表示だけを見てその発生を特定することは不可能であった。
【００１５】
本発明は以上の課題を解決されたもので、パーソナルコンピュータ（ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標））によって自然災害（河川の氾濫、土砂流、つなみ等）の結果を簡単な構成で３次元ムービで表示させることができる数値解析情報動画像作成システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の数値解析情報動画像作成方法は、グラフィカルユーザインタフェース環境の３次元動画像作成ソフトウェアを有して、地域の地図データ、及び予想雨量に基づき流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成方法である。
【００１７】
そして、（１）任意の座標系のメッシュで定義された地図データ及び予想雨量に基づいた一定時間あたりの各メッシュの流動深付き数値データを流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成し、テキストファイルとしてテキストファイル記憶部に一定時間毎に保存するステップと、（２）一定時間毎に保存されたテキストファイルを全て一時記憶メモリに展開するステップと、（３）一時記憶メモリに展開された全テキストファイルについて、メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグをメッシュに付加するステップと、（４）全テキストファイルの全メッシュに第１のフラグ及び第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、全テキストファイルをバイナリ変換し、一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存するステップと、バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存するステップと、（５）不動地盤情報及び、時系列の流体情報を３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、不動地盤情報から得られる地盤画像上に流体情報から得られる流体画像を合成した３次元動画像を得るステップとを有することを要旨とする。
【００１８】
また、本発明の数値解析情報動画像作成プログラムは、予想雨量に基づき、流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成プログラムである。
【００１９】
コンピュータに、流（１）動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成され、テキストファイル記憶部に予め保存されている一定時間毎のテキストファイルの流動深付き数値データを、一時記憶メモリに展開する手段、（２）一時記憶メモリに展開された全テキストファイルについて、メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグをメッシュに付加する手段、（３）全テキストファイルの全メッシュに第１のフラグ及び第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、全テキストファイルをバイナリ変換し、一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存する手段、（４）バイナリファイル記憶部のバイナリファイルから、第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存する手段、（５）不動地盤情報及び、時系列の流体情報を３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、不動地盤情報から得られる地盤画像上に流体情報から得られる流体画像を合成した３次元動画像を得る手段としての機能を実現させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、従来の平面的なメッシュ図では表現できなかった土石流や溶岩流、津波が時間と共に変化する３次元動画像をパーソナルコンピュータでも容易にリアルに表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態は、図１に示した数値解析情報動画像作成システム構成をとり、２次元洪水氾濫計算などの物理モデルによる数値解析結果を３次元空間画像として描画するものである。
【００２２】
（システム構成）
まず、２次元洪水氾濫計算を行う汎用コンピュータ１００と、その数値解析結果を３次元空間画像の描画を行うパーソナルコンピュータ２００がある。汎用コンピュータ１００とパーソナルコンピュータ２００との間のデータの引き渡しは、フロッピー（登録商標）ディスク等の外部記憶媒体を介してでもよいし、通信ネットワークを介してでもよい。
【００２３】
汎用コンピュータ１００は、流動深付き数値モデル作成コード部１を具備する。流動深付き数値モデル作成コード部１は、入力された雨量等の条件と、地図データ１１を元に、各地点の経過時間毎の流動深を計算し、ＸＹＺ座標値と共にテキスト形式の流動深付き数値データファイルとしてテキストファイル記憶部２に出力する。例えば、ｔ１(ｔ００００１．ｃｇ）、ｔ２(ｔ００００２．ｃｇ）、ｔ３(ｔ００００３．ｃｇ）、・・・のように、経過時間毎のファイルが作成され、記憶される。
【００２４】
なお、流動深付き数値モデル作成コード部（以下、流動深付き数値モデル作成コードという）１は、土石流氾濫解析や洪水氾濫解析、内水氾濫解析の他、溶岩流流下解析、火砕流流下解析、津波伝搬・遡上解析などのように地盤に類するものの上を流体が移動し、その流体部のＸＹＺ座標値を出力できるものであればよい。
【００２５】
次に、パーソナルコンピュータ２００は、機能的にデータ変換部２００ａとムービ作成部２００ｂに大別される。データ変換部２００ａは、テキストファイル記憶部２に記憶されたテキスト形式の全流動深付き数値データファイルを一時記憶メモリ１４に展開するファイル展開部１５と、一時記憶メモリ１４に展開されたデータを解析する地盤・流動深変化判定部５からなる。さらに、データ変換部２００ａは、地盤・流動深変化判定部５により生成されるデータ（ＸＹＺ座標値、流動深、フラグ（０、１、２、または３））からバイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルを作成するファイル変換部３と、そのバイナリファイル（ｈ１(ｔ００００１．ｂｃｇ）、ｈ２(ｔ００００２．ｂｃｇ）、ｈ３(ｔ００００３．ｂｃｇ）、・・・）を記憶するバイナリファイル記憶部４とからなる。
【００２６】
一方、ムービ作成部２００ｂは、バイナリファイル記憶部４に記憶されたファイルから変化のあるデータのみを抽出するデータ抽出部６と、データ抽出部６から抽出データメモリ１６を介して転送されるデータを受信し画像化する動画像処理部９からなる。さらに、ムービ作成部２００ｂは、データ抽出部６から転送されるデータから時間情報とフレーム数を解析する時間解析部８と、時間解析部８が数えたフレーム数をカウントしておくタイムカウンタ１０と、タイムカウンタ１０から計算された動画像教示経過時間を画面１８上の任意の位置に表示するするための画像表示制御部１３を有する。また、データ抽出部６が抽出したデータを記憶しておく抽出データメモリ１６に接続された抽出データ記憶部７と、動画像処理部９に接続され、動画像処理部９が画像表示に使用するテクスチャーを記憶しておくテクスチャー記憶部１２と、動画像処理部９に接続され、動画像処理部９が生成する汎用動画像ファイルを記憶しておく汎用動画像ファイル記憶部１７を備える。
【００２７】
ここで、本発明の３次元動画像（ムービ）作成システムとは、パーソナルコンピュータ２００に実装されるデータ変換部２００ａ及び、ムービ作成部２００ｂのうちのデータ抽出部６、データ抽出部６に接続された抽出データメモリ１６、抽出データメモリ１６に接続された抽出データ記憶部７、そしてデータ抽出部６に接続された時間解析部８と、時間解析部８に接続されたタイムカウンタ１０を含めた手段部をいう。
【００２８】
一方、動画像処理部９と画像表示制御部１３は、３Ｄモデリング、アニメーション化、レンダリングを行って立体動画像を描画したり、ＡＶＩやＭＰＥＧ形式の動画像ファイルを生成することができる機能を有する手段部である。この手段部には、パーソナルコンピュータ２００に実装可能な市販の３次元動画像（３Ｄムービ）作成ソフトウェアを利用することができる。
【００２９】
動画像処理部９は、不動地盤ｆ１と、データ抽出部６が抽出したデータから描画した流体画像ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、・・・を順次合成していく。図２（ａ）は、山間部の土石流の流下氾濫のシュミレーション結果の合成例を示し、図２（ｂ）は、都市部における河川の洪水による氾濫のシュミレーション結果の合成例を示している。
【００３０】
（システムの処理フロー）
まず図３を用いながら、上記のように構成される数値解析情報動画像作成システムの解析条件設定と数値解析の実施の処理を主にして、全体の流れの概要を説明する：
Ｓ１：流体災害をシミュレーションする地域の計画雨量、土砂量などの解析条件（パラメータ）を流動深付き数値モデル作成コード１に設定する。
【００３１】
Ｓ２：設定された解析条件から数値解析（シミュレーション）を実施する：
シミュレーションでは、流れを例えば数１に示すｘ−ｙ平面における２次元漸変流の運動方程式として取り扱う。
【数１】
【００３２】
また、τｘ、τｙはｘおよびｙ方向の流れの抵抗力であり、マニング（Manning）則を用いれば、それぞれ数２の式で表される。
【数２】
【００３３】
そして、水の連続式と土砂の連続式は、それぞれ数３の式で表される。
【数３】
【００３４】
掃流砂量式は、数４に示すメイヤー−ピーター・ミュラー（Meyer-Peter・Muller）の式（M.P.M式）を用いる。
【数４】
【００３５】
浮遊砂量は、数５に示すレーン・カリンスク（Lane・Kalinske）の式を用いて計算する。
【数５】
【００３６】
以上の方程式を差分法で解くことにより、指定の地図の各メッシュにおける時刻毎の流動深を求め、この流動深（水が流れ込むことによる水量の厚み）にＸＹＺ座標を対応させ、流動深付き数値情報とする。
【００３７】
Ｓ３：データ変換部２００ａによって、Ｓ２によって得られたテキスト形式の流動深付き数値データファイルをバイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルに変換後、ムービ作成部２００ｂで地形、解析対象の３次元ポリゴン化を行う。
【００３８】
Ｓ４：動画像を表示するために適した解析対象のテクスチャー設定を行う。
【００３９】
Ｓ５：画面１８に描画する際の方向として、視点の設定を行う。
【００４０】
Ｓ６：動画像処理部９は、データ抽出部６が抽出したデータから、解析ステップ毎のレンダリングを行う。
【００４１】
Ｓ７：そして、設定条件に従って３次元ムービを生成する。
【００４２】
次に、図４を用いて数値解析情報動画像作成システムの３次元動画像作成システムの処理を主にして、全体の流れを説明する。
【００４３】
Ｓ２０：まず、汎用コンピュータ１００で、前述した数１から数５の解析式を用いて、物理モデルによる数値解析（シミュレーション）を実施する。
【００４４】
Ｓ２１：Ｓ２０の結果である流動深付き数値情報をテキスト変換（平面直角座標系）してテキストファイル記憶部２に保存する。例えば、図５に示す地域の地図データ１１において、時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔｔ３、・・・の各メッシュの地盤標高（Ｚ）と流動深を求め、ＸＹ座標と共にテキスト形式の流動深付き数値情報ファイルにしてテキストファイル記憶部２に保存（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・）する。
【００４５】
図６（ａ）は、５００秒後の流動深付き数値情報ファイルｔｉの情報を流動深付き数値情報を示しており、流動深がゼロ、すなわち水が流れ込んでいない状態である。また、図６（ｂ）に、流動深付き数値情報ファイルｔｉの各カラムのデータの意味を示している。なお、地盤標高データは洪水半氾濫の場合には、全時刻で同一座標は同一値となるが、土石流などの計算ケースはでは河床が浸食される場合も土砂推積により上昇する場合もある。このため、地盤標高値と流動深は時々刻々変化するものとなる。
【００４６】
Ｓ２２：パーソナルコンピュータ２００のデータ変換部２００ａは、汎用コンピュータ１００で生成された流動深付き数値情報ファイルｔｉを一時記憶メモリ１４に展開し、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉにバイナリ変換し、バイナリファイル記憶部４に出力する。
【００４７】
Ｓ２３：データ抽出部６（図４ではシミュレーションインポータ）は、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）への読み込む。
【００４８】
Ｓ２４：表示間隔の設定、流体部分のテクスチャー、オルソフォトの貼りつけなど、３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）が動作するための各種条件を設定する。
【００４９】
Ｓ２５：また、表示に際してのタイムカウンターの自動設定が行われる。
【００５０】
Ｓ２６：画面１８に描画する際の方向として、視点の設定を行う。
【００５１】
Ｓ２７：３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）により、シーンレンダリングが行われる。
【００５２】
Ｓ２８：最終的に３次元動画像作成ソフトウェア（動画像処理部９）により、３次元ムービ作成が行われる。
【００５３】
続いて、図４のＳ２２の処理について、図７を用いて更に処理の流れを説明する：
Ｓ４０、Ｓ４１：データ変換部２００ａのファイル展開部１５は、テキストファイル記憶部２の全ての流動深付き数値情報ファイルｔｉを一時記憶メモリ１４に展開する。
【００５４】
Ｓ４２：地盤、流動深変化判定部５は、まず、任意のメッシュ１地点を指定して、その１地点に関する地盤標高と流動深のデータを、一時記憶メモリ１４内の最初の流動深付き数値情報ファイルｔ１から最後の流動深付き数値情報ファイルｔｉまでの全ファイルについて比較する。
【００５５】
Ｓ４３：Ｓ４２において、地盤標高あるいは流動深に変化がないと判定したときは、その地点のデータにフラグ「０」を割り付ける。
【００５６】
Ｓ４４：Ｓ４２において、比較した結果、地盤標高あるいは流動深に変化があると判定したときは、次に流動深のみ変化しているかどうかを判定する。
【００５７】
Ｓ４５：Ｓ４４において、流動深のみが変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「１」を割り付ける。
【００５８】
Ｓ４６：Ｓ４４において、流動深が変化してはいないと判定したときは、地盤標高のみが変化しているかどうかを判定する。
【００５９】
Ｓ４７：Ｓ４６において、比較した結果、地盤標高のみが変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「２」を割り付ける。
【００６０】
Ｓ４８：Ｓ４６において、変化しているのが地盤標高だけではないと判定したときは、地盤標高・流動深ともに変化するかどうかを判定する。
【００６１】
Ｓ４９：Ｓ４８において、地盤標高・流動深共に変化すると判定したときは、その地点のデータにフラグ「３」を割り付ける。
【００６２】
Ｓ５０：次のメッシュの地点を指定し、Ｓ４２からＳ４９までの処理を繰り返す。もしそれ以上指定する地点がなくなった場合は、繰り返し処理を抜ける。
【００６３】
Ｓ５１：最後に、ファイル変換部３は、全データをバイナリデータに変換して、バイナリ形式の変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉとしてバイナリファイル記憶部４に記憶する。
【００６４】
ここで、数値に変化がある場合と無い場合の意味について説明する。地盤標高に変化がないとは、洪水氾濫解析などのように初期地盤標高に変化がないものである。地盤標高に変化がある場合とは、土石流の氾濫解析では土石流が通過する際に河床（地盤）を削り取るので、初期地盤が浸食されるという現象が生じる。また、逆に土石流が推積する範囲では地盤に土石が推積して地盤標高が上昇する。したがって、初期地盤標高のみを３次元動画像作成ソフトウェアに読み込めばよいことになり、後は時々刻々変化する標高値のみを読み込めばよい。
【００６５】
続いて、図４のＳ２３のデータ抽出部６の処理について、図８、図９を用いて更に詳細に処理の流れを説明する。
【００６６】
Ｓ６０：まずカウンタｉに１を代入し、第１番目の変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを指定する：
Ｓ６１：変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１を開く：
Ｓ６２：メッシュを指定するためのカウンタａに１を代入する：
Ｓ６３：Ｓ６１で開いた変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１のデータのうちで、メッシュｍａに割りふられたフラグを判定する：
Ｓ６４：フラグの値が（０）である場合は、メッシュｍａのデータを不動地盤情報ｆ１として保存する：
Ｓ６５：フラグの値が（１）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に流動深値を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６６：フラグの値が（２）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６７：フラグの値が（３）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）と流動深値を流体情報ｒ１として保存する：
Ｓ６８：メッシュを指定するためのカウンタａに１を加算し、次の地点を指定する：
Ｓ６９：指定した地点がオーバーしていないかを判定し、オーバーしていなければ、次の地点のデータについてＳ６３からＳ６８までの処理を繰り返す。もし変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１の全メッシュデータについて終了した場合は、変化情報付き数値解析情報ファイルｈ２以降についての処理（図９）に移る。
【００６７】
Ｓ７０：カウンタｉに１を加算し、変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを指定する：
Ｓ７１：最大ファイル数をオーバーしていないかを判定し、オーバーしていない場合はＳ７２へ、オーバーしている場合は、Ｓ８０に移る：
Ｓ７２：変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉを開く：
Ｓ７３：Ｓ７２で開いた変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉのデータのうちで、変化情報付き数値解析情報ファイルｈ１の処理の際にフラグが（０）でなかったメッシュｍａに割りふられたフラグを判定する。
【００６８】
Ｓ７４：フラグの値が（１）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に流動深値を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７５：フラグの値が（２）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７６：フラグの値が（３）である場合は、メッシュｍａのデータの座標データと共に地盤標高値（Ｚ）と流動深値を流体情報ｒｉとして保存する：
Ｓ７７：フラグが（０）でなかった次のメッシュｍａを指定する。このメッシュｍａは、フラグが（０）であったメッシュが保存された不動地盤情報ｆ１のデータから容易に指定できる：
Ｓ７８：指定したメッシュがオーバーしていないかを判定し、オーバーしていなければ、次のメッシュのデータについてＳ７３からＳ７７までの処理を繰り返す。もし変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉのフラグが（０）でなかった全メッシュデータについて終了した場合は、Ｓ７０に戻って処理を行う：
Ｓ８０：全変化情報付き数値解析情報ファイルｈｉについてのデータ抽出処理が完了したら、その抽出データを抽出データ記憶部７に記憶し、処理を終了する。
【００６９】
この図８、図９に示した処理によって、図１に示した不動地盤ｆ１、流体画像ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、・・・の情報が生成される。
【００７０】
この抽出データが動画処理部９に転送されて、順次描画していくことにより、３次元ムービ作成が行われる。図１０に示すように、山の上に雨が降り出したときの谷を流れる土石流を３次元で時間軸に対応させて表示させることができている。
【００７１】
ここで、物理モデル数値解析（土砂流、氾濫・・・）の計算手法は、有限要素法、有限体積法、差分法など様々なものがあるが、時刻刻みや境界条件が適切でない場合には数値振動というものが生じる。この数値振動は大きなものから小さなものまであり、その発生を完全にチェックすることは非常に難しい。
【００７２】
数値振動は計算中継続して発生するとは限らないため、限られた時刻のメッシュ表示だけを見てその発生を特定することは不可能であった。
【００７３】
しかしながら、数値解析結果を３次元動画化することで、誰でも容易に連続的な解析解の変化を視覚的に捉えることができるので、数値振動発生のチェックが可能となっている。
【００７４】
図１１は、流体部分が異常に飛び出た映像を示しており、シミュレーションのデータに何らかの誤りがある可能性を視覚的に示したものである。
【００７５】
図１２は上記処理によってタイムカウンタを動作させたものであり、どの程度の時間で土石流が流れたかを示している。これは、画面のサブウインドウの経過時間表示をクリックした後、画面上をマウスでクリックすることで、その箇所をタイムカウンター表示箇所とすることができる。
【００７６】
また、図１３は、土石流の３次元表示と、洪水氾濫の３次元表示を示す図である。
【００７７】
図１４（ａ）は溶岩流の３次元表示を示し、図１４（ｂ）は上記の処理による津波の３次元表示である。これらは、上記処理によって時間と共に立体的に変化していく。つまり、流体部分の質感設定により、表面を粗いブロック上の黒色テクスチャーで覆い、内部をオレンジ色の発光体と設定することにより溶岩流等もリアルに表示が可能である。
【００７８】
また、本実施の形態では、視点の設定によって近接映像を表示することも可能であり（図１５（ａ）参照）、上流側から下流側を見ることも可能である（図１５（ｂ）参照）。
【００７９】
また、本実施の形態では、図１６（ａ）に示すように地形ポリゴンを表示させることも可能であり、図１６（ｂ）に示すように流体部分のポリゴンを表示させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
砂防事業実施効果の説明、災害再現計算のビジュアル表示、動くハザードマップ、事業計画、及び事業効果の比較表示の他、解析結果を連続的・直感的に把握できる数値解析モデルの開発、研究に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システムの概略構成図である。
【図２】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システムを用いて得られた氾濫動画像を説明する説明図である。
【図３】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システム全体の流れを説明する概略フローチャートである。
【図４】本実施の形態の数値解析情報動画像作成システム全体の流れを説明する詳細フローチャートである。
【図５】雨が降り出す前の地形データ（オルソフォトで示している）を説明する説明図である。
【図６】流動深さ付き数値情報ファイルの出力例の説明図である。
【図７】データ変換部２００ａのファイル展開部１５、ファイル変換部３、地盤・流動深変化判定部５の動作を説明するフローチャートである。
【図８】ムービ作成部２００ｂのデータ抽出部６の動作を説明する第１のフローチャートである。
【図９】ムービ作成部２００ｂのデータ抽出部６の動作を説明する第２のフローチャートである。
【図１０】本実施の形態によって谷を流れる土砂流を３次元で動画表示させた画面の説明図である。
【図１１】本実施の形態による流体部分が飛び出た映像を得ることができたことを示す説明図である。
【図１２】タイムカウンタを動作させたときの説明図である。
【図１３】土石流の３次元表示と、洪水氾濫の３次元表示を示す説明図である。
【図１４】溶岩流の３次元表示と津波の３次元表示の説明図である。
【図１５】視点の設定による３次元表示を説明する説明図である。
【図１６】地形ポリゴンを表示、流体部分のポリゴン表示ができることを説明する説明図である。
【図１７】従来の土砂流の表現方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 流動深付き数値モデル作成コード
２ テキストファイル記憶部
３ ファイル変換部
４ バイナリファイル記憶部
５ 地盤・流動深変化判定部
６ データ抽出部
７ 抽出データ記憶部
８ 時間解析部
９ 動画像処理部
１０ タイムカウンタ
１１ 地図データ
１２ テクスチャー記憶部
１３ 画像表示制御部
１４ 一時記憶メモリ
１５ ファイル展開部
１６ 抽出データメモリ
１７ 汎用動画像ファイル記憶部
１８ 画面
１００ 汎用コンピュータ
２００ パーソナルコンピュータ
２００ａ データ変換部
２００ｂ ムービ作成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフィカルユーザインタフェース環境の３次元動画像作成ソフトウェアを有して、地域の地図データ、及び予想雨量に基づき流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成方法であって、
任意の座標系のメッシュで定義された前記地図データ及び前記予想雨量に基づいた一定時間あたりの前記各メッシュの前記流動深付き数値データを前記流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成し、テキストファイルとしてテキストファイル記憶部に前記一定時間毎に保存するステップと、
前記一定時間毎に保存された前記テキストファイルを全て一時記憶メモリに展開するステップと、
前記一時記憶メモリに展開された前記全テキストファイルについて、前記メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグを前記メッシュに付加するステップと、
前記全テキストファイルの全メッシュに前記第１のフラグ及び前記第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、前記全テキストファイルをバイナリ変換し、前記一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存するステップと、
前記バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、前記第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存し、前記第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存するステップと、
前記不動地盤情報及び、時系列の前記流体情報を前記３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、前記不動地盤情報から得られる地盤画像上に前記流体情報から得られる流体画像を合成した前記３次元動画像を得るステップと
を有することを特徴とする数値解析情報動画像作成方法。
【請求項２】
前記不動地盤情報と前記流体情報を変化情報付き数値解析情報ファイルとして抽出データ記憶部に保存するステップとを有することを特徴とする請求項１記載の数値解析情報動画像作成方法。
【請求項３】
予め設定されている表示時間間隔で前記流体画像を画面に表示するとき、任意の時点まで渡された前記流体情報の数をカウントし、指定の画面位置に前記流体画像と共に該カウント値より算出した経過時間を表示させるステップとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の数値解析情報動画像作成方法。
【請求項４】
予想雨量に基づき、流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成プログラムであって、
コンピュータに、
前記流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成され、テキストファイル記憶部に予め保存されている一定時間毎のテキストファイルの前記流動深付き数値データを、一時記憶メモリに展開する手段、
前記一時記憶メモリに展開された前記全テキストファイルについて、前記メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグを前記メッシュに付加する手段、
前記全テキストファイルの全メッシュに前記第１のフラグ及び前記第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、前記全テキストファイルをバイナリ変換し、前記一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存する手段、
前記バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、前記第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、前記第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存する手段、
前記不動地盤情報及び、時系列の前記流体情報を前記３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、前記不動地盤情報から得られる地盤画像上に前記流体情報から得られる流体画像を合成した前記３次元動画像を得る手段
としての機能を実現させるための数値解析情報動画像作成プログラム。
【請求項１】
グラフィカルユーザインタフェース環境の３次元動画像作成ソフトウェアを有して、地域の地図データ、及び予想雨量に基づき流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成方法であって、
任意の座標系のメッシュで定義された前記地図データ及び前記予想雨量に基づいた一定時間あたりの前記各メッシュの前記流動深付き数値データを前記流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成し、テキストファイルとしてテキストファイル記憶部に前記一定時間毎に保存するステップと、
前記一定時間毎に保存された前記テキストファイルを全て一時記憶メモリに展開するステップと、
前記一時記憶メモリに展開された前記全テキストファイルについて、前記メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグを前記メッシュに付加するステップと、
前記全テキストファイルの全メッシュに前記第１のフラグ及び前記第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、前記全テキストファイルをバイナリ変換し、前記一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存するステップと、
前記バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、前記第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存し、前記第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存するステップと、
前記不動地盤情報及び、時系列の前記流体情報を前記３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、前記不動地盤情報から得られる地盤画像上に前記流体情報から得られる流体画像を合成した前記３次元動画像を得るステップと
を有することを特徴とする数値解析情報動画像作成方法。
【請求項２】
前記不動地盤情報と前記流体情報を変化情報付き数値解析情報ファイルとして抽出データ記憶部に保存するステップとを有することを特徴とする請求項１記載の数値解析情報動画像作成方法。
【請求項３】
予め設定されている表示時間間隔で前記流体画像を画面に表示するとき、任意の時点まで渡された前記流体情報の数をカウントし、指定の画面位置に前記流体画像と共に該カウント値より算出した経過時間を表示させるステップとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の数値解析情報動画像作成方法。
【請求項４】
予想雨量に基づき、流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって生成されたＸ、Ｙ、Ｚ、流動深からなる流動深付き数値データから流体の動画像を時間と共に変化させた３次元動画像を得るための数値解析情報動画像作成プログラムであって、
コンピュータに、
前記流動深付き数値解析情報モデル作成コード部によって作成され、テキストファイル記憶部に予め保存されている一定時間毎のテキストファイルの前記流動深付き数値データを、一時記憶メモリに展開する手段、
前記一時記憶メモリに展開された前記全テキストファイルについて、前記メッシュ毎に割り付けられた地盤標高（Ｚ）及び流動深に変化があるかどうかを判定し、変化がある場合は第１のフラグを、変化無しの場合は第２のフラグを前記メッシュに付加する手段、
前記全テキストファイルの全メッシュに前記第１のフラグ及び前記第２のフラグの付加が完了したとき、付与したフラグとともに、前記全テキストファイルをバイナリ変換し、前記一定時間毎に対応させたバイナリファイルとしてバイナリファイル記憶部に保存する手段、
前記バイナリファイル記憶部の前記バイナリファイルから、前記第１のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを不動地盤情報として保存するし、前記第２のフラグを有するメッシュに割り付けられたをデータを流体情報として保存する手段、
前記不動地盤情報及び、時系列の前記流体情報を前記３次元動画像作成ソフトウェアに渡して、前記不動地盤情報から得られる地盤画像上に前記流体情報から得られる流体画像を合成した前記３次元動画像を得る手段
としての機能を実現させるための数値解析情報動画像作成プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−９１８２９（Ｐ２００６−９１８２９Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６１６２９（Ｐ２００５−６１６２９）
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【分割の表示】特願２００４−３３７９９１（Ｐ２００４−３３７９９１）の分割
【原出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（５９１０７４１６１）アジア航測株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【分割の表示】特願２００４−３３７９９１（Ｐ２００４−３３７９９１）の分割
【原出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（５９１０７４１６１）アジア航測株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
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