(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ次元座標における複数のシミュレーション結果の複数組の表示対象データを可視化する情報提示装置であって（但し、ｎは３以上の整数）、
ｎ次元座標を３次元座標にマッピングし、前記複数組の表示対象データについて、当該３次元座標に前記表示対象データを対応付けた３次元立体モデルをそれぞれ取得する３次元立体モデル取得手段と、
前記３次元立体モデルの各々について、（ａ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の積分、（ｂ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の２乗和、（ｃ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの相互相関、または（ｄ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の最大値を比較適合度評価指数とし、所定の向きの断面であって、前記比較適合度評価指数が最大となる断面を探索し、比較適合断面として選択する比較適合断面探索手段と、
前記比較適合断面探索手段により前記３次元立体モデルの各々からそれぞれ選択された前記比較適合断面を同時又は順次に画面表示する手段と、
を具備することを特徴とする情報提示装置。
【請求項２】
前記３次元立体モデル取得手段は、ｎが３よりも大きいときには、ｎ次元のうち３つの次元を選択して、それらを空間の３次元に割り当てた３次元立体モデルを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項３】
前記断面の前記所定の向きと、前記比較適合度評価指標の種類とを指定するための自動選択指定手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項４】
ｎ次元座標における複数のシミュレーション結果の複数組の表示対象データを可視化するためのコンピュータ・プログラムであって（但し、ｎは３以上の整数）、
コンピュータを、
ｎ次元座標を３次元座標にマッピングし、前記複数組の表示対象データについて、当該３次元座標に前記表示対象データを対応付けた３次元立体モデルをそれぞれ取得する３次元立体モデル取得手段、
前記３次元立体モデルの各々について、（ａ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の積分、（ｂ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の２乗和、（ｃ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの相互相関、または（ｄ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の最大値を比較適合度評価指数とし、所定の向きの断面であって、前記比較適合度評価指数が最大となる断面を探索し、比較適合断面として選択する比較適合断面探索手段、
前記比較適合断面探索手段により前記３次元立体モデルの各々からそれぞれ選択された前記比較適合断面を同時又は順次に画面表示する手段、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
【請求項５】
ｎ次元座標におけるシミュレーション結果の表示対象データを可視化する情報提示装置であって（但し、ｎは３以上の整数）、
ｎ次元座標を３次元座標にマッピングし、当該３次元座標に前記表示対象データを対応付けた３次元立体モデルを取得する３次元立体モデル取得手段と、
前記３次元立体モデルについて、（ａ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の積分、（ｂ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の２乗和、（ｃ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの相互相関、または（ｄ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の最大値を評価指数とし、所定の向きの断面であって、前記評価指数が最大となる断面を探索し、選択する断面探索手段と、
前記断面探索手段により選択された断面を画面表示する手段と、
を具備することを特徴とする情報提示装置。
【請求項６】
ｎ次元座標におけるシミュレーション結果の表示対象データを可視化するためのコンピュータ・プログラムであって（但し、ｎは３以上の整数）、
コンピュータを、
ｎ次元座標を３次元座標にマッピングし、当該３次元座標に前記表示対象データを対応付けた３次元立体モデルを取得する３次元立体モデル取得手段、
前記３次元立体モデルについて、（ａ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の積分、（ｂ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の２乗和、（ｃ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの相互相関、または（ｄ）当該３次元立体モデルの断面上の２点の前記表示対象データの差の絶対値の最大値を評価指数とし、所定の向きの断面であって、前記評価指数が最大となる断面を探索し、選択する断面探索手段、
前記断面探索手段により選択された断面を画面表示する手段、
として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機上での演算結果を可視化してユーザに提示する情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、シミュレーション計算などにより得られる３次元若しくは多次元データを可視化してユーザに提示する情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、シミュレーション計算などにより得られる多次元データの内部構造を分り易く可視化する情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数回のシミュレーション計算により得られる複数の多次元データ間で差異の有無や大きさを効果的に提示する情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
物理的、生態的、あるいは社会的などのシステムの挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上で模擬すること、すなわちシミュレーションが広く利用されている。シミュレーション技術を利用することにより、さまざまな局面におけるシステムの挙動を現実に体験する前に予測することができ、得られたパラメータに基づいてシステムを制御し、システムのエラーを予測し、これを防止する制御を行なうことでエラーを回避することができる。
【０００４】
例えば、粉体や粒体などの粒子を取り扱う分野では、粒子の挙動を把握することが必要であるが、このような粒子の挙動を試行錯誤の実験により把握するとなると、時間やコストの面で問題があった。そこで、粉体や粒体などの粒子の挙動を数式化若しくはモデル化し、ほぼ同じ法則に支配されるシステムの挙動をコンピュータ上でシミュレーションすることにより、粒子の挙動を現実に体験する前に予測することができる。また、投入する条件やパラメータを変えて、同じシミュレーション計算を繰り返し行なうことにより、さまざまな粒子組成や装置設計・制御体系の性能を評価することができる。
【０００５】
粉体を取り扱う装置の代表例として、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの画像形成装置を挙げることができる。この場合、画像構成剤としてのトナー及びトナーを搬送するための磁性体からなるキャリアという２成分（若しくはトナーのみの１成分）からなる現像剤を粉体挙動解析の対象として取り扱い、粉体挙動解析シミュレーションを適用することができる。この場合、現実に画像形成実験を行なうことなく電子写真画像の数値的な再現すなわち出力画像を予測することができ、この予測画像を基に、画像形成装置全体の評価を行なったり、画質調整を高精度に行なったりすることができる。
【０００６】
ところで、物理現象を計算機による模擬的な計算によって解析したシミュレーション結果は、表示画面すなわち視覚情報によってユーザに提示することが一般的である。例えば、計算値をテーブル上に配列するなどの文字情報を表示する、あるいは算出された物理量を画素の濃淡や色情報に置き換えて２次元平面又は３次元空間上にマッピングする。シミュレーションで得られる解析結果は、通常、熱、応力、密度、電磁界などさまざまな物理量が多次元的に組み合わされており、それぞれの解析結果を３次元立体モデル化し、これらの３次元画像を同時又は順次に提示して比較参照することが多い。
【０００７】
一般に、シミュレーション結果を３次元表示した場合、その内部構造が見えにくくなるという問題がある。このため、３次元の立体の断面を表示する方法や部分的に半透明表示する方法などにより内部構造を可視化することが行なわれてきた。
【０００８】
例えば、ソリッド・モデルに対して、視点側から見て切断面の後に位置して且つ他の図形要素よりも前に位置する図形要素を特定して表示していくことで、ソリッド・モデルの断面表示を実行する表示処理方法について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００９】
また、マウスを用いて任意の断面の指示や３次元図形の移動回転の指示を行ない、この断面指示を基に３次元図形の断面形状の図形データを算出し、断面を含む３次元図形において非表示にする部分を判定して、図形データを表示出力する３次元モデル断面指示装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。同装置によれば、複数のユニットからなる３次元構造物の内部に位置する図形の断面表示に必要な断面指示を容易に行なうことができる。
【００１０】
また、任意断面を表示する際に、任意断面のＺ座標値とＺバッファ値との比較に基づいて決定される透過率でその他の領域を描画する３次元表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【００１１】
ここで、電子写真プロセスを始めとするさまざまなシミュレーション計算では、投入する条件やパラメータを変えて同じシミュレーション計算を繰り返し実行し、複数のシミュレーション結果が出力される。このような場合、複数のシミュレーション結果を相互に比較して、差異の有無や、差異があるときにはその大きさを把握する必要がある。
【００１２】
上述した、３次元立体の断面表示や部品の半透明表示を行なう方法によれば、単一の多次元データの内部構造を可視化することはできるが、複数の多次元シミュレーション結果を比較することはできず、依然として内部構造が理解しにくいという問題が残されたままである。
【００１３】
【特許文献１】特開平３−１８５５７８号公報
【特許文献２】特開平７−２６２４１２号公報
【特許文献３】特開平４−７１０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、シミュレーション計算などにより得られる多次元データの内部構造を分り易く可視化することができる、優れた情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、複数回のシミュレーション計算により得られる複数の多次元データ間で差異の有無や大きさを効果的に提示することができる、優れた情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数のｎ次元データを可視化する情報提示装置であって（但し、ｎは３以上の整数）、  各ｎ次元データの３次元立体モデルを取得する３次元立体モデル取得手段と、各３次元立体モデルを所定の向きの断面について探索し、比較に適合した断面を所定の比較適合評価指標を基に選択する比較適合断面探索手段と、前記比較適合断面探索手段により各３次元立体モデルからそれぞれ選択された断面を同時又は順次に画面表示する手段とを具備することを特徴とする情報提示装置である。
【００１７】
近年のシミュレーションはほとんどが３次元化されており、その結果の可視化のためにクリッピングや透過などの技術が既に存在する。単一のシミュレーション結果を表示するにはこれらの技術を利用して３次元立体の断面表示や半透明表示で対応することができる。しかしながら、実際のシミュレーションは複数のパターンについて行なわれることが多く、複数のシミュレーション結果を比較する必要がある。
【００１８】
例えば、シミュレーション結果を技術報告の素材として利用する際などには、視覚的に結果を提示しなければならない。ところが、複数のシミュレーション結果を比較するための単一の指標が存在しない場合には、従来の技術では適切な比較を行なうための適切な切断面を選択する手段がない。特にシミュレーション結果の間に差異があることを示す場合だけでなく、差異の大きさや大きな差異がないことを視覚的に示す場合などは、表示している切断面が比較に適したものであることを保証する必要がある。
【００１９】
そこで、本発明に係る情報提示装置では、複数のシミュレーション結果を表す３次元データを提示する際に、シミュレーション結果の間に差異の有無や差異の大きさが確認し易くなるような、比較するのに適した切断面を決定するようにした。
【００２０】
ここで言うデータの次元はｘ、ｙ、ｚなどの空間次元とは限らない。例えば、ｘ−ｙ平面上の分布が時間とともに変化するようなデータであれば、ｚ方向を時間にとって３次元立体モデルを構築することができる。このときの複数の結果を比較するために、ｚ軸に垂直な切断面を決定するということは、ｘ−ｙ平面上の分布を比較するための時刻を決定することに相当する。また、提示すべきデータが４次元以上で構成される場合には、それらの次元のうち３つを空間の３次元に割り当てることで、結果の表示と比較が可能になる。
【００２１】
すなわち、本発明に係る情報提示装置では、３次元以上の多次元データを立体モデル化してその切断面を可視化するが、複数のデータの断面を同時又は順次に表示する際に、比較に適合した断面の自動選択機能を備えており、客観的な指標に基づいて差異が最も顕著に現れる断面を探し出すことができる。
【００２２】
また、比較に適合した断面を探索する際の複数の評価基準を用意しており、いずれかの比較適合評価基準を用いて、断面が複数のデータを比較するために適しているかどうかを表す比較適合度評価指標を算出し、指標値の高い断面をそれぞれの多次元データから選択することで、比較に適した断面が選択されたことを保証するようになっている。
【００２３】
ユーザは、例えば、キーボードやマウスなどの入力装置を介して、比較適合度評価基準並びに比較適合度評価指標を算出する断面の向きを指定することができる。情報提示装置内では、各多次元データを指定された向きの断面に沿って切り出して、断面上のデータに基づいて比較適合度評価指標値を逐次算出して指標値の極値となる断面を探索することで、比較に適合した切断面をそれぞれの多次元データから見つけ出す。そして、各多次元データから選択されたそれぞれの断面を、同時又は順次に画面表示する。
【００２４】
ここで、選択方法を切り替えることで、異なる比較適合度評価基準を以って断面を選択することができるので、幾つかの観点からシミュレーション結果の比較を行ない、最も良いものを選択することができる。
【００２５】
比較適合度評価指標すなわち断面の選択方法として、幾つかの選択肢を提供することができる。例えば、断面内でデータを内挿し、各データ間の差、差の絶対値、又は比などの面内分布を算出して、その面内平均値又は面内最大値が極値となるような断面を探索することができる。また、断面内でデータを内挿し、各データ間の相互相関をとり、相関値の面内平均値又は面内最大値が極値となるような断面を探索することができる。ここで用いている差、比、相関値、平均値などは勿論異なる形で同様の効果を得られるように加工することもできる。例えば、比の代わりにその対数を用いたり、平均値の代わりに２乗和や面内積分値を用いたりしても、同様の効果を期待することができる。但し、組み合わせが無数になるので、ここでは説明を省略する。
【００２６】
探索の方向については、一般には断面に対して垂直な方向に行なうのが自然であるが、断面の位置が変わる方向であればこれに限定されるものではない。さらに、断面の向きを比較適合度評価指標が最適を示す値となるように選ぶことによって、比較に適した断面の方向を自動的に設定することもできる。
【００２７】
３つ以上のｎ次元データを比較する場合は、それらのうち１つを基準として、他のｎ次元データとの比較適合度評価指標値を算出する、すべての組み合わせの比較適合度表記指標の平均値をとる、などの方法で比較適合断面を探索することができる。
【００２８】
また、本発明の第２の側面は、複数のｎ次元データを可視化するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって（但し、ｎは３以上の整数）、前記コンピュータ・システムに対し、各ｎ次元データの３次元立体モデルを取得する３次元立体モデル取得手順と、比較に適合する断面を探索する方向と切り出された断面について比較適合度評価指標値を算出する方法を指定するための自動選択指定手順と、３次元立体モデルを指定された向きの平面に沿って断面を切り出し、断面上のデータに基づいて指定された比較適合度評価指標値を逐次算出して、該指標値の極値を持つ断面を比較に適合した断面としてそれぞれの３次元立体モデルから取り出す比較適合断面探索手順と、前記比較適合断面探索手順により各３次元立体モデルからそれぞれ選択された断面を同時又は順次に画面表示する手順とを実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００２９】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第１の側面に係る情報提示装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、シミュレーション計算などにより得られる多次元データの内部構造を分り易く可視化することができる、優れた情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、複数回のシミュレーション計算により得られる複数の多次元データ間で差異の有無や大きさを効果的に提示することができる、優れた情報提示装置及び情報提示方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３２】
本発明によれば、複数のシミュレーション結果を表す３次元データを提示する際に、シミュレーション結果の間に差異の有無や差異の大きさが確認し易くなるような、比較するのに適した切断面を自動的に決定することができる。
【００３３】
したがって、本発明によれば、技術報告の素材として利用する際などには、シミュレーション結果を有効に利用し、表示結果の説得力を向上させることができるとともに、報告資料作成のための作業時間を短縮することができる。
【００３４】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３６】
本発明は、シミュレーション計算により得られる３次元若しくは多次元データを可視化してユーザに提示する情報提示装置に関するものであり、３次元データの適当な切断面を表示して、シミュレーション結果の内部構造を表示するようになっている。
【００３７】
電子写真プロセスを始めとするさまざまなシミュレーション計算では、投入する条件やパラメータを変えて同じシミュレーション計算を繰り返し実行し、複数のシミュレーション結果が出力される。このような場合、複数のシミュレーション結果を相互に比較して、差異の有無や、差異があるときにはその大きさを把握する必要がある。本発明では、複数のシミュレーション結果を比較するための単一の指標が存在しない場合であっても、シミュレーション結果の間に差異の有無や差異の大きさを比較する際に、表示している切断面が比較に適したものであることを保証するものである。
【００３８】
図１には、シミュレーション計算を行なうシミュレーション装置の機能構成例を示している。図示の装置１００は、電子写真プロセスにおけるトナー粒子の挙動をシミュレーション計算する装置であり、制御部１０１と、データ入力部１０２と、モデル作成部１０３と、粒子運動計算部１０４と、データ出力部１０５と、特性評価部１０６で構成される。
【００３９】
制御部１０１は、粒子挙動解析装置１００内の処理全体を制御する。
【００４０】
データ入力部１０２では、シミュレーション計算に必要となる情報を他の装置や別途設けた入力手段（いずれも図示しない）から受け取る部分であり、粒子特性入力部１０２Ａと、領域データ入力部１０２Ｂと、計算パラメータ入力部１０２Ｃで構成される。
【００４１】
粒子特性入力部１０２Ａでは、計算対象となる、トナーやキャリアの物理特性（直径や堆積密度など）、機械特性（ヤング率やポアソン比など）、電磁気特性（誘電率や導電率、電荷量など）などが入力される。
【００４２】
領域データ入力部１０２Ｂでは、粒子群が運動する領域の形状や物理特性、機械特性、電気特性などが入力される。
【００４３】
計算パラメータ入力部１０２Ｃでは、上述した他に粒子運動のシミュレーション計算の実行に必要となる、計算ステップ数、時間増分、データ出力方法などに関する情報が与えられる。
【００４４】
モデル作成部１０３は、粒子運動計算のための数値データを生成する部分であり、粒子データ生成部１０３Ａと、境界データ生成部１０３Ｂで構成される。これらの機能モジュール１０３Ａ及び１０３Ｂでは、データ入力部１０２で与えられた諸情報に基づいて、解析対象となる粒子や領域に設定される境界個々の特性を決定する。
【００４５】
粒子運動計算部１０４は、モデル作成部１０３で生成した数値データを用い、例えば個別要素法に基づいて、解析対象となる個々の粒子について領域内での運動を求める演算を行なう。個別要素法によれば、すべての粒子に作用するさまざまな力（例えば、弾性力や粘性力などの接触による作用力、ファンデルワース力や鏡像力、液架橋力などの外力）を基に運動方程式を立てて、粒子毎の挙動を解析するので、より現実に近い評価を行なうことができる。
【００４６】
データ出力部１０５は、得られた粒子挙動の計算結果を必要に応じて他の装置へ伝送する処理を行なう機能モジュールである。粒子座標・速度出力部１０５Ａでは、各粒子の座標、速度の時間変化情報を出力する。また、境界荷重出力部１０５Ｂでは、粒子の接触によって各境界に作用する荷重を出力する。出力先となる装置は、例えば粒子挙動解析結果を表示出力するディスプレイや、印刷出力するプリンタ、あるいは各計算結果のデータ・ファイルを蓄積するデータベースなどである。
【００４７】
特性評価部１０６は、計算で求められた粒子や境界の状態から、画像形成装置としての性能に関連する諸特性を演算によって求める機能モジュールである。このような特性演算としては、例えば、所定の空間内にある粒子の個数から密度を求めたり、粒子の平均移動速度を求めて流動状態の指標としたり、トナー並びにキャリアそれぞれの個数から場所毎の混合比を求めたりする。
【００４８】
図２には、データ出力部１０５からシミュレーション結果を受け取って３次元データとして表示する情報提示装置の構成例を示している。情報提示装置は、例えばパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）のような一般的な計算機システムで構成することができる。以下、各部について説明する。
【００４９】
この情報提示装置は、プロセッサ１０を中心に構成されている。プロセッサ１０は、オペレーティング・システム（ＯＳ）が提供するプログラム実行環境下で、メモリに記憶されたプログラムに基づいて各種の処理を実行する。また、プロセッサ１０は、外部バス・インターフェース１４及びバス３０を介して接続されている各種の周辺機器を制御している。バス３０に接続された周辺機器は次のようなものである。
【００５０】
メモリ２０は、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ）などの半導体メモリで構成され、プロセッサ１０において実行されるプログラム・コードをロードしたり、実行プログラムの作業データを一時格納したりするために使用される。メモリ２０は、プロセッサ１０のメモリ空間を構成する。
【００５１】
ディスプレイ・コントローラ２１は、プロセッサ１０から送られてくる描画命令に従って表示画像を生成し、表示装置２２に送る。ディスプレイ・コントローラに接続された表示装置２２は、ディスプレイ・コントローラ２１から送られた表示画像情報に従い、その画像を画面に表示出力する。本実施形態では、２次元シミュレーション・データの切断面表示に利用される。
【００５２】
入出力インターフェース２３は、キーボード２４やマウス２５が接続されており、キーボード２４やマウス２５からの入力信号をプロセッサ１０へ転送する。
【００５３】
ネットワーク・インターフェース２６は、ＬＡＮやインターネットなどの外部ネットワークに接続されており、インターネットを介したデータ通信を制御する。すなわち、プロセッサ１０から送られたデータをインターネット上の他の装置へ転送するとともに、インターネットを介して送られてきたデータを受け取ってプロセッサ１０に渡す。例えば、プログラムやデータなどをネットワーク経由で外部から受信することができる。本実施形態では、シミュレーション装置からのシミュレーション結果の受信や、比較適合評価基準を満たす切断面の転送などに利用することができる。
【００５４】
ハード・ディスク装置（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）コントローラ２７には、ＨＤＤなどの大容量外部記憶装置２８が接続されており、ＨＤＤコントローラ２７が接続されたＨＤＤ２８へのデータの入出力を制御する。ＨＤＤ２８には、プロセッサが実行すべきオペレーティング・システム（ＯＳ）のプログラム、アプリケーション・プログラム、ドライバ・プログラム、さらにはプログラムによって参照又は再生処理が行なわれるデータやコンテンツなどが格納されている。本実施形態では、各プログラムは、ＨＤＤ２８上に実行可能形式でインストールされる。
【００５５】
なお、情報提示装置を構成するためには、図２に示した以外にも多くの電気回路などが必要である。但し、これらは当業者には周知であり、また、本発明の要旨を構成するものではないので、本明細書中では省略している。また、図面の錯綜を回避するため、図中の各ハードウェア・ブロック間の接続も一部しか図示していない点を了承されたい。
【００５６】
粒子運動計算部１０４では、パラメータ値を順次変えながら複数のパターンについてシミュレーション計算を実施する。したがって、データ出力部１０５からは複数のシミュレーション結果が渡されるので、情報提示装置側では、適切な切断面を選択して、シミュレーション結果の間に差異の有無や差異の大きさが確認し易くなるように表示出力する必要がある。
【００５７】
例えば図３に示すように、同じ計算領域に対してパラメータを変えて行なった３次元トナー濃度分布のシミュレーション計算の結果を３次元表示した立体としてＡ〜Ｃの３つがあるとする。定量的な比較の指標がない場合は、視覚的に結果を比較しなければならない。しかしながら、シミュレーション結果の差異は内部の濃度分布となって現れるので、外側から眺めただけでは比較ができない。また、断面を見ることができたとしても、例えば、ある断面では差異は現れないが、別の断面で比較すると差異が現れるということもあり、断面が比較に適しているかどうか保証がなされていない
【００５８】
例えば、図示のｘ軸方向に切断面を順次スライドさせていきながらそれぞれの結果の断面の確認作業を視覚的に行なうことで、比較に適していると思われる断面を発見することができる。しかしながら、このような作業は煩雑であり、切断面の位置が最適かどうかの確証が得られないまま比較を行なうことになる。また、切断面の画面表示には、肉眼では判別できないような差異しかないこともある。これでは比較の結果に説得力がなく、実用にも技術報告用にも不適当である。
【００５９】
本発明に係る情報提示装置では、３次元以上の多次元データを立体モデル化してその切断面を可視化するが、複数のデータの断面を同時又は順次に表示する際に、比較に適合した断面の自動選択機能を備えており、客観的な指標に基づいて差異が最も顕著に現れる断面を探し出すことができる。また、比較に適合した断面を探索する際の複数の評価基準を用意しており、いずれかの比較適合評価基準を用いて、断面が複数のデータを比較するために適しているかどうかを表す比較適合度評価指標を算出し、指標値の高い断面をそれぞれの多次元データから選択することで、比較に適した断面が選択されたことを保証するようになっている。
【００６０】
ユーザがキーボードやマウスなどの入力装置を介して多次元データを読み込むと、図９に示すような画面が現れて、３次元立体モデル取得に必要な情報の入力をユーザに促す。このデータは、ｘ、ｙ、ｚ、時間の４つの次元からなっており、「空間次元の選択」ではこの４つの次元のうちどれを３次元立体モデルの空間次元であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にそれぞれ割り当てるかを設定するようになっている。図示の例では、ｙ方向の分布はあまり重要でないという前提で、ｘ軸にｘ座標、ｙ軸にｚ座標、ｚ軸に時間を割り当てている。また、「表示する変数の選択」では、シミュレーションの結果得られる変数値のうち、いずれを３次元立体モデルとして表示して比較するかを選択するようになっている。図示の例では、混合比（トナー濃度）を選択している。
【００６１】
ユーザがキーボードやマウスなどの入力装置を介して、断面自動選択機能を起動すると、図４に示すような切断面の自動選択を指定する画面が出現する。そして、図示の画面を介して、比較適合度評価基準すなわち断面の「選択方法」と、その断面がいずれの軸に垂直な方向を向いているかという「断面方向」を指定する。
【００６２】
情報提示装置内では、各多次元データを指定された断面方向に沿って断面を切り出して、断面上のデータに基づいて比較適合度評価指標値を逐次算出して指標値の極値となる断面を探索することで、比較に適合した切断面をそれぞれの多次元データから見つけ出すことができる。そして、各多次元データから選択されたそれぞれの断面を、同時又は順次に画面表示する。
【００６３】
比較適合度評価指標の計算は、計算の対象となる断面上に内挿されたデータの差の絶対値の積分値又は差の２乗和を含む。図４に示した自動選択の指定画面上では、比較適合度評価指標すなわち選択方法として、「差の積分」、「相互相関」、「最大差を含む面」の３種類が用意されている。差の積分を選択すると、断面上でデータを内挿し、データの差の絶対値の面内積分値が極値となるような断面を指定された断面に対して垂直な方向に探索する。また、相互相関を選択すると、断面上でデータを内挿し、各データ間の相互相関値の面内平均が最小となるような断面を指定された断面方向に沿って探索する。また、最大差を含む面を選択すると、断面上でデータを内挿し、各ｎ次元データ間の佐賀最大である位置を含む断面を指定された断面に対して垂直な方向に探索する。
【００６４】
図４に示した例では、「選択方法」として「差の積分」、「断面方向」として「ｘ軸に垂直」が選択されているので、ｘ軸に垂直な断面のうち、断面上に内挿したデータの差の絶対値の面内積分値が最大となるように、多次元データについて断面のｘ座標を決定し、これらの断面の表示を行なう。
【００６５】
また、断面方向で「自動」を選択した場合は、断面上に内挿したデータの差の絶対値の面内積分値が最大となるように断面の向きを変えながら探索を行なう。
【００６６】
選択方法を切り替えることで、異なる比較適合度評価基準を以って断面を選択することができるので、ユーザは、幾つかの観点からシミュレーション結果の比較を行ない、最も良いものを選択することができる。図５には、３つのシミュレーション結果についての立体モデルから、ある選択方法によって比較に適合するとして選択された断面１と、他の選択方法によって選択された断面２を表示した様子を示している。ユーザは、断面１と断面２のうち自分にとって比較を行ない易い断面表示を選択することができる。また、図４に示した自動選択の指定画面上で、通過点と法線方向を数値入力することで、断面の位置を微調整することもできる。
【００６７】
図６には、本実施形態に係る情報提供装置において複数の多次元データの切断面を可視化表示するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００６８】
まず、シミュレーション装置１００のデータ出力部１０５から、パラメータ値を順次変えながら複数のパターンについて実施された複数のシミュレーション結果を、多次元データとして読み込む（ステップＳ１）。入力されたシミュレーション結果が４次元以上である場合には、選択した３つの次元を描画空間の３次元に割り当てた３次元立体モデルとして扱うようにする。
【００６９】
次いで、ユーザから切断面の自動選択の指示があるかどうかをチェックする（ステップＳ２）。ここで、ユーザからの指示がない場合には、通常の描画ルーチンを実施する（ステップＳ７）。通常の描画ルーチンが何であるかは本発明の要旨に関係しないので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
ユーザから切断面の自動選択の指示があった場合には、図４に示した自動選択の指定画面を介したユーザの選択条件の入力内容を受容する（ステップＳ３）。
【００７１】
そして、入力されたそれぞれの多次元データについて、指定された断面方向に沿って断面を切り出して、断面上のデータに基づいて比較適合度評価指標値を逐次算出して指標値の極値となる断面を探索することで、比較に適合した切断面を探索する（ステップＳ４）。
【００７２】
次いで、各多次元データから選択されたそれぞれの断面を、同時又は順次に画面表示する（ステップＳ５）。
【００７３】
そして、ユーザが切断面の選択条件の変更が指示されたかどうかをチェックする（ステップＳ６）。該指示がなされた場合には、ステップＳ３に戻って、自動選択の指定画面を介したユーザの選択条件の再入力内容に基づいて、切断面の再探索とその描画を繰り返し実行する。選択方法を切り替えることで、異なる比較適合度評価基準を以って断面を選択することができるので、幾つかの観点からシミュレーション結果の比較を行ない、最も良いものを選択することができる。
【００７４】
図７には、ステップＳ４において実施される切断面を決定するための計算処理の手順をフローチャートの形式で示している。
【００７５】
まず、切断面の初期値を選択し、条件設定で選択された比較適合度の評価指標を最悪値に設定し、変数Ａに代入する（ステップＳ１１）。
【００７６】
次いで、設定された切断面にデータを内挿し、当該切断面で２つのデータの比較適合度の評価値を算出して、変数Ｂに代入する（ステップＳ１２）。
【００７７】
ここで、ＡとＢを比較する（ステップＳ１３）。そして、評価指標Ｂの方がＡよりも良いときには、評価指標ＡをＢに格納して、現在の切断面位置を最適切断面位置として格納する（ステップＳ１４）。
【００７８】
次いで、まだ評価していない位置を評価できるように、切断面位置を変更する（ステップＳ１５）。そして、評価した切断面位置が描画対象領域を網羅するまでは、ステップＳ１２に戻って、切断面における比較適合度の評価指標の算出処理を繰り返し実行する。
【００７９】
図８には、ステップＳ４において実施される切断面を決定するための計算処理の具体的な手順をフローチャートの形式で示している。ここでは、図４に示した自動選択の指定画面を介して断面方向として「ｚ軸に垂直な断面」、選択方法として「差の絶対値の積分」が指定されているものとする。また、ｚｓは最適な切断面のｚ座標、ｚｍａｘ及びｚｍｉｎは描画対象物である多次元データのｚ座標の最大値及び最小値であり、ｄｚは切断面探索時の位置修正量とする。
【００８０】
まず、描画対象物のｚｍａｘ及びｚｍｉｎを決定して、ｄｚに（ｚｍａｘ−ｚｍｉｎ）／１００を代入する（ステップＳ２１）。
【００８１】
次いで、変数ｚにｘｍｉｎを、ｚｓにｚｍｉｎを、ｄｍａｘに０を、それぞれ代入する（ステップＳ２２）。
【００８２】
次いで、位置をｚとしたときの切断面における比較適合度評価指標の計算を行なう。すなわち、切断面上にデータを内挿し、データの値の差の絶対値の分布を計算する。そして当該切断面上で積分した値を変数ｄに格納する（ステップＳ２３）。
【００８３】
そして、ｄをｄｍａｘと大小比較する（ステップＳ２４）。ここで、ｄがｄｍａｘを超える場合には、最適な切断面位置ｚｓを現在位置ｚに更新するとともに、ｄｍａｘにｄを代入する（ステップＳ２５）。
【００８４】
次いで、ｚにｄｚを加算して、次の切断面に位置を更新する（ステップＳ２６）。そして、ｚがｚｍａｘに到達するまでは（ステップＳ２７）、ステップＳ２３に戻って、切断面における比較適合度の評価指標の算出処理を繰り返し実行する。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００８６】
本明細書では、複数のシミュレーション結果について差異の有無や差異の大きさを分かり易く表示する場合を例にとって説明してきたが、本発明の要旨はシミュレーション結果の提示に限定されるものではない。複数の多次元データを提示する際に、データ同士を比較する単一の指標が存在しない場合に、本発明を適用することにより、比較するのに適した切断面を決定することができる。
【００８７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、シミュレーション計算を行なうシミュレーション装置の機能構成例を示した図である。
【図２】図２は、データ出力部１０５からシミュレーション結果を受け取って３次元データとして表示する情報提示装置の構成例を示した図である。
【図３】図３は、同じ計算領域に対してパラメータを変えて行なったトナー濃度分布のシミュレーション計算の結果を３次元表示した立体を示した図である。
【図４】図４は、切断面の自動選択を指定する画面構成例を示した図である。
【図５】図５は、３つのシミュレーション結果についての立体モデルから、ある選択方法によって比較に適合するとして選択された断面１と、他の選択方法によって選択された断面２を表示した様子を示した図である。
【図６】図６は、複数の多次元データの切断面を可視化表示するための処理手順を示したフローチャートである。
【図７】図７は、切断面を決定するための計算処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】図８は、切断面を決定するための計算処理の具体的な手順を示したフローチャートである。
【図９】図９は、３次元立体モデル取得に必要な情報の入力を促す画面の構成例である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…プロセッサ
２０…メモリ
２１…ディスプレイ・コントローラ
２２…表示装置
２３…入出力インターフェース
２４…キーボード
２５…マウス
２６…ネットワーク・インターフェース
２７…ＨＤＤコントローラ
２８…ＨＤＤ
３０…バス
１００…シミュレーション装置
１０１…制御部
１０２…データ入力部
１０３…モデル作成部
１０４…粒子運動計算部
１０５…データ出力部
１０６…特性評価部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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