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■「空気砲」や「たばこ煙でドーナツ」の秘密をコンピュータシミュレーションで調査せよ!?　

　 09.23 「空気砲」や「たばこ煙でドーナツ」の秘密をコンピュータシミュレーションで調査せよ!?を書きました。

　つまり、綺麗なボルテックスリング、華麗な空気砲やタバコ煙のドーナッツを作り上げるためには、「押し出した空気が回り出す周期より少し短いくらいの時間だけ、瞬間的に空気を吐けば良い」ということがわかるのです。

■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)

■北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?　

　かつて、「人生で必要な科学は、全てスカートやブラジャーで学んだ！」などとホラを吹いたというか嘘をついたせいで、数ヶ月に一度くらい「スカートがめくれやすい場所や日時を教えて下さい」とTV番組の（しかもまだ企画中の）ディレクタさんからメールが届いたりします。…そんな時のFAQとして、今日は、日本が誇る電脳都市である秋葉原を例にして、その回答例を書いてみることにします。

　単刀直入に回答例を書くと、この季節…まだ北風が吹く初春には秋葉原愛三ビル前交差点辺りが「スカート」がめくれやすいです。たとえば、株式会社ゼンリンが３Dゲーム・エンジンUNITY用に提供している「秋葉原３Dマップ」を３D形状でーたとして出力した上で、さらに流体計算ソルバOpenFOAMに読み込んで（右図はOpenFOAMに読み込む前に3DソフトBlenderで編集している作業画面です）、秋葉原に吹き付ける北風が「通りを歩く人たち」にどんな力を及ぼすかを計算してみたのが次の図です。

　この計算結果例からわかるのは、北から吹く風が秋葉原UDXビルをを経て、秋葉原ダイビルと住友不動産秋葉原ビルの間、秋葉原ソフマップ本店と（交差点対面の）坂口伝熱秋葉原本店（愛三ビル）との間で（実景色の写真は下図になります）、不規則そうな強烈な渦を巻いていることです。

　もちろん、こうした「風の動き」は「周りの建物配置」や「風向き」などに依存します。…というわけで、その「法則」は次回以降に詳しく書いてみることにします。（続：北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?）

■続：北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?　

北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!? で行った秋葉原の街中に吹く風の流れを計算した結果を、同じ視点から・同じ構図で見たGoogle Earth(Google Map)の実写画像に重ね合わせてみました。実写風景に重ね合わせながら、コンピュータの中で計算された風の動きを眺めてみると、風の気持ちや心の動き…ならぬ流体の動きが一目瞭然に見えてきて、面白いものです。
　そして、下記のような質問メールの状況における、「危険地帯」が見えてくるような気がします。

　数ヶ月に一度くらい「スカートがめくれやすい場所や日時を教えて下さい」とTV番組の（しかもまだ企画中の）ディレクタさんからメールが届いたりします。…そんな時のFAQとして、今日は、日本が誇る電脳都市である秋葉原を例にして、その回答例を書いてみることにします。

北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?

　こんなふうに、見慣れた街並みの日常風景に（秋葉原を見慣れてる…のは一般的ではないのかもしれませんが）、直接それを見ることはできないけれど・間接的にしかその存在を知ることができないようなものを、実際に眺めることができるようにしてみると、少し新鮮に感じます。

　さまざまな現象をリアルタイムにセンシングして、その計測結果を使ってリアルタイム物理計算を行い、そのシミュレーション結果を実写に重ね合わせつつ表示してくれるVR／AR／MR的な電脳メガネは…あと何年くらい待てば手に入るのだろう？と考えたりします。