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技術コラム

【粉体】Vol35.粉体編：スイミー知っていますか？自由形状モデル（非球形の取り扱い③）

2025年02月17日

「集団としての動きがどのようなふるまいになるか」というテーマは粉体だけではありません。木材のようなものが組みあがるようなふるまいや、製造工程の中で部品を整列させるようなふるまい、もっと視野を広げると魚や鳥の集団運動も”個別の物体が集団で動く”ことを確認することで現象を理解していくものかと思います。このように、対象とする材料が幅広くなってくるに従い、球で表現できない特性の物体も出てきます。加えて、楕円形状とも似ていないような場合も…
そこで、非球形の取り扱いモデルの第3弾として、自由形状のモデルについて解説します！

非球形の表現：自由形状モデル

球形や楕円形では表現が難しい形状も多くあります。そういった時に、想定している形状をそのまま扱うモデルとして、自由形状モデルがあります。
このモデルは、小さい粒子の集団で大きな物体を表現するような手法になります。
イメージとしては、絵本スイミーを思い浮かべていただくのが良いのではないでしょうか。小さな魚が集まることにより、大きな魚を形作る様子と似ていると思います。

非球形モデルの使い分け

これまで非球形を扱うモデルとして取り上げてきた、回転抵抗モデル、楕円体モデル、加えて、今回取り上げている自由形状モデルと、計3つ紹介してきました。全て、非球形を取り扱うためのモデルですが、各モデルの強み・弱み、それに関連してどういうときにどのモデルを使うのかという使い分けを紹介したいと思います。
観点としては”形状の複雑さ”と”計算負荷”になります。シンプルな形状だと計算負荷が低くなり、細かい形状まで表現しようとすると計算負荷が高くなります。この考え方に沿ってモデルを当てはめると下記図のようになります。

計算負荷と形状の解像度はトレードオフの関係になっているため、プロセスや現象に合わせて使い分けていくことが必要になります。

さいごに

今回は、非球形の取り扱いモデルの１つである自由形状モデルについて、加えて、各モデルの使い分けについて解説しました。解像度を高めるほど、どうしても計算負荷が高くなってしまうので、どこまでの解像度が必要か・どこからはモデル化して簡易的に扱うかの判断が必要になります。この時の上手な置き換え判断がユーザーの腕の見せ所になるかと思います。

[From S. Kato]

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