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河村 拓馬; 長谷川 雄太; 井戸村 泰宏
Journal of Visualization, 27(1), p.89 - 107, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Computer Science, Interdisciplinary Applications)対話的なIn-Situステアリングは、大規模で高速なCFDシミュレーションにおけるデバッグ、最適解の探索、逆問題の解析に有効なツールである。我々は、GPUスーパーコンピュータ上での大規模CFDシミュレーションのための対話的なIn-Situステアリングフレームワークを提案する。このフレームワークは、In-Situ Particle-based Volume Rendering (PBVR)、In-Situデータサンプリング、ファイルベース制御を採用し、スーパーコンピュータとユーザーPC間でステアリングパラメータ、圧縮された粒子データ、サンプリングしたモニタリングデータを対話的に通信できる。そして並列化されたPBVRは、GPU上のCFDシミュレーションとの干渉を避けるため、ホストCPUで処理される。提案フレームワークを、GPUスーパーコンピュータ上の実時間プルーム拡散解析コードCityLBMに適用した。数値実験では、モニタリング地点の観測データから汚染物質の発生源を見つける逆問題に取り組み、in-situステアリングフレームワークによるヒューマンインザループの有効性を実証した。
河村 拓馬; 坂本 尚久*; 尾崎 司*
Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering (Internet), 10(1), p.31 - 39, 2023/02
遠隔地の大規模な流体計算結果をVRにより、とりわけボリュームレンダリングを使用して可視化することは、可視化分野における重要な課題である。遠隔可視化アプリケーションCS-PBVRは遠隔地にある大規模データを対話的にボリュームレンダリングできる。本研究では、CS-PBVRの画像生成をヘッドマウントディスプレイ向けに拡張し、遠隔VR可視化アプリVR-PBVRを開発した。またVR空間中で両手によるジェスチャ制御によって可視化データを操作できる機能を開発した。VR-PBVRを遠隔地のボリュームデータに適用し、対話的フレームレートで可視化できることを確認した。
河村 拓馬; 坂本 尚久*
第36回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2022/12
数値流体力学データの可視化にはボリュームレンダリングが有効であり、そのVR可視化は複雑な3次元データの理解に役立つ。遠隔地にある大規模データをVR空間でボリュームレンダリングすることは可視化分野における重要な課題である。遠隔可視化アプリケーションCS-PBVRは、遠隔地にある大規模データを対話的にボリュームレンダリングできる。CS-PBVRをHMD Oculus rift S向けに拡張したVR-PBVRを開発するため、ステレオ画像生成機能とジェスチャー制御機能を開発し、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)向けの処理フローを構築した。VR-PBVRは遠隔地にあるテストデータ(2M要素)を90fpsで対話的に可視化できた。
河村 拓馬; 坂本 尚久*
Proceedings of 41st JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST 2022) (Internet), p.266 - 269, 2022/09
遠隔地の大規模な流体計算結果をVRにより、とりわけボリュームレンダリングを使用して可視化することは、可視化分野における重要な課題の一つである。可視化ライブラリKVSは、大規模データに適した独自の粒子ベース可視化手法であるPBVRをサポートしており、これまでにKVSのVR向け拡張機能を開発した。本論文ではこのKVSをベースに遠隔地可視化アプリケーションCS-PBVRをヘッドマウントディスプレイOculus向けに拡張する設計を示した。そして、開発したVR向けCS-PBVRをテストデータに適用し、対話的フレームレートでVR可視化できることを示した。
奥津 賢一*; 山下 琢磨*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.
Fusion Engineering and Design, 170, p.112712_1 - 112712_4, 2021/09
被引用回数：3 パーセンタイル：45.99(Nuclear Science & Technology)水素同位体を利用したミュオン触媒核融合(
CF)では、核融合によって2.2sの寿命を持つミュオンが再放出され、それが次の標的と新たな核融合を引き起こす。我々は、水素・重水素混合固体から放出されたミュオンを収集して輸送する同軸輸送管を新たに開発し、輸送のための加速電圧などについて検討したので報告する。
山下 琢磨*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.
Fusion Engineering and Design, 169, p.112580_1 - 112580_5, 2021/08
被引用回数：3 パーセンタイル：45.99(Nuclear Science & Technology)重水素・三重水素混合固体標的に負ミュオン()を入射し、ミュオン触媒核融合反応(CF)の時間発展をルンゲクッタ法によって計算した。核融合によって生成する中性子の強度や、固体標的から真空中に放出されるミュオン量を最大化する三重水素含有率を明らかにした。
奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I.-H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(5), p.2101704_1 - 2101704_4, 2021/08
被引用回数：1 パーセンタイル：11.15(Engineering, Electrical & Electronic)超伝導転移端センサー(TES)マイクロ熱量計は、優れたエネルギー分解能と高い効率を持った、加速器施設での実験に理想的なX線検出器である。高強度パルス荷電粒子ビームを用いたTES検出器の性能を研究するために、日本の陽子加速器研究施設(J-PARC)でパルスミュオンビームを用いてX線スペクトルを測定した。X線エネルギーの実質的な時間的シフトがパルスミュオンビームの到着時間と相関していることを発見した。これは、最初のパルスビームからのエネルギー粒子の入射によるパルスパイルアップによって合理的に説明された。
X rays奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I. H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.
Physical Review Letters, 127(5), p.053001_1 - 053001_7, 2021/07
被引用回数：13 パーセンタイル：79.44(Physics, Multidisciplinary)超伝導遷移エッジ型センサーマイクロカロリメーターを用いて、鉄のミュー原子から放出される電子X線を観測した。FWHMでの5.2eVのエネルギー分解能により、電子特性
および
X線の非対称の広いプロファイルを約6keVの超衛星線線とともに観察することができた。このスペクトルは、電子のサイドフィードを伴う、負ミュオンと
殻電子による核電荷の時間依存スクリーニングを反映している。シミュレーションによると、このデータは電子殻および殻の正孔生成と、ミュオンカスケードプロセス中のそれらの時間発展を明確に示している。
小山田 耕二*; Yu, L.*; 河村 拓馬; 小西 克己*
International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing, 12(2), p.2140001_1 - 2140001_19, 2021/04
流体や気象,宇宙観測など様々な分野においてセンサー技術が向上し、そこから得られたビッグデータに対して偏微分方程式(PDE)による説明モデルを導出することは重要な課題である。本論文では、時空間的に離散した点群データを対象にして、高階の微分を含む線形のPDEを推定する技術を提案する。この技術では点群データを学習したニューラルネットワーク(NN)から時間・空間の微分値を計算し、回帰分析技術を用いてPDEの微分項を推定する。実験では、厳密解を持つPDEを対象にして、様々なメタパラメータに対して推定PDEの誤差を計算した。その結果、NNの階層を厳密解のPDEに含まれる微分項の階数に合わせて増やし、回帰分析の手法としてLASSOによるL1正則化を採用することでモデルの精度が高まると分かった。
河村 拓馬
第34回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2020/12
シミュレーションにおける計算パラメータの探索は、設計変数の最適化やシミュレーションの高精度化において重要な課題である。しかし、近年の演算器性能向上により相対的にデータI/O速度がボトルネックとなり、多数の計算パラメータからなる計算結果をストレージに保存することが困難となった。そこで本研究は、スーパーコンピュータ上の計算と同時に計算パラメータを探索するIn-Situステアリングに着目した。我々はこれまでに開発してきた粒子ベースの対話的In-Situ可視化フレームワークを拡張し、バッチ処理されるシミュレーションの計算パラメータを対話的にステアリングする技術を開発した。この技術を中期計画で開発中のリアルタイムシミュレーションに適用し、ユーザが可視化によるフィードバックを受けながら計算パラメータをリアルタイムに調整することで、パラメータ探索を最適化できることを示した。
河村 拓馬; 長谷川 雄太; 井戸村 泰宏
Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.187 - 192, 2020/10
汚染物質の大気拡散予測の実現に向けて、GPUスーパーコンピュータ(スパコン)向けに最適化された適合格子細分化(AMR)による流体シミュレーションが開発されており、その結果の対話的な可視化や計算パラメータのステアリング技術が必要とされている。本研究では、これまでに開発してきた構造格子向けの粒子ベースIn-situ可視化手法をAMR向けに拡張し、ファイルを介したIn-situ制御機構を利用して計算パラメータのIn-Situステアリングを可能にした。開発した手法をGPUプラットフォーム上で動作する都市部でのプルーム分散シミュレーションに結合し、膨大なパラメータスキャン無しにヒューマンインザループにより汚染源探索が可能なことを示した。
田畑 銀河*; 坂本 尚久*; 河村 拓馬
Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.193 - 200, 2020/10
対話的な可視化・解析において、画面上における可視化結果の対話的な操作は知見の抽出に直結する重要な技術である。従来の2次元ディスプレイ上では、マウスを使って視点移動や可視化パラメータの調整等の対話的操作を行っていた。そして、CAVEシステムやヘッドマウントディスプレイ(HMD)等の仮想現実(VR)テクノロジが可視化・解析に利用されるようになり、VR空間中で可視化結果データを対話的に操作する技術の開発が可視化分野における重要な課題の一つとなった。本論文では、リープモーションにより現実のハンドジェスチャーを取り込み、HMDによるVR空間中で直感的に視点移動や可視化パラメータを変更する技術を提案する。開発した技術を4人にテストしてもらい、操作感のアンケートから視点変更が容易であるという結果を得ることができた。
河村 拓馬; 井戸村 泰宏
Journal of Visualization, 23(4), p.695 - 706, 2020/08
被引用回数：1 パーセンタイル：7.62(Computer Science, Interdisciplinary Applications)粒子ベースボリュームレンダリングに基づくIn-situ可視化システムは、多変量ボリュームレンダリングに基づく高度にスケーラブルで柔軟な視覚解析環境を提供する。従来のCPUプラットフォームでは優れた計算パフォーマンスを示したが、最新のメニーコアプラットフォームでの高速計算により、関数パーサーと粒子データI/Oに関連する性能のボトルネックが明らかになった。本論文では、新しいSIMD対応の関数パーサーと、タスクベースのスレッド並列化に基づく非同期データI/Oを開発する。8208基のIntel Xeon Phi7250 (Knights Landing)プロセッサーで構成されるOakforest-PACS上の数値実験では、強スケーリングを約100kコアに維持しながら、一桁高い処理速度を実証した。
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 河村 拓馬; 上澤 伸一郎; 山下 晋; 吉田 啓之
Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 6 Pages, 2019/05
福島第一原子力発電所の廃炉の方法の一つとして、乾式法が挙げられる。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、空冷性能のCFD評価手法としてJUPITERコードを開発している。しかしながら、JUPITERコードにおいて、複雑な原子炉内構造物を捉えた解析を実施するためには、非常の多くの計算資源と計算時間が必要となる。このような問題に対して、本研究ではGPUスーパーコンピュータに適した格子ボルツマン法に基づくCityLBMコードを開発している。CityLBMにてDry methodを模擬したJAEAの実験に対して検証計算を行なった結果、JUPITERコードと同様の結果が得られることが示された。また、同じ解像度および同数の並列数にて計算速度の比較を行った結果、GPUを用いたCityLBM法は、CPUを用いたJUPITERの1/6の計算時間にて解析が行えることが示された。以上の結果より、CityLBMは熱流動解析コードの有効な手法の一つであることが示された。
-ray imager mounted on a remotely operated machine佐藤 優樹; 川端 邦明; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 敏和*; et al.
IFAC-PapersOnLine, 50(1), p.1062 - 1066, 2017/07
被引用回数：3 パーセンタイル：66.37(Automation & Control Systems)The development of remote and quick radiation imaging methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). We developed the remote radiation imaging system consisting of a Compton camera and a multicopter drone to remotely measure the radioactive contamination on the several radioactive fields in the environment and inside the building of nuclear facilities such as the FDNPP. The drone system succeeded in the observation of several hotspots from the sky at the outdoor environments in coastal areas of Fukushima, Japan. In addition, we are now developing the SLAM technology for remotely operated machines such as the drone to complete the remote radiation imaging system, which can autonomous flight.
河村 拓馬; 野田 智之; 井戸村 泰宏
Supercomputing Frontiers and Innovations, 4(3), p.43 - 54, 2017/07
最新のメニーコア・プラットフォーム上で、In-Situ粒子ベースボリュームレンダリング(In-Situ PBVR)に基づくIn-Situデータ探索フレームワークのパフォーマンスを検証した。In-Situ PBVRはコストの高い順序計算を回避することができ、並列モンテカルロサンプリングによって、大規模なボリュームデータを小さな可視化用粒子データに変換する。この特徴により、大規模シミュレーションのボトルネックである、1ノードあたりのメモリ制限や、計算速度とノード間通信速度のパフォーマンスギャップを回避することができる。さらに、サイズの小さな粒子データをクライアントPCに転送することによる自由な視点位置のボリュームレンダリング、そして非同期のファイルベースの制御シーケンスによるバッチ処理実行時の可視化パラメータを変更という、In-Situデータ探索が可能になった。In-Situ PBVRは、8208個のIntel Xeon Phi7250(Knights Landing)プロセッサで構成されたOakforest-PACS上で、約10万コアまでの強スケーリング(問題サイズを固定し、CPU数を増加させて処理を加速させるスケーリング)と省メモリ特性を示した。
河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博
Journal of Visualization, 20(1), p.151 - 162, 2017/02
被引用回数：3 パーセンタイル：18.26(Computer Science, Interdisciplinary Applications)本論文では多変量向けボリュームレンダリングのための新しい伝達関数設計手法を提案する。従来的な手法ではGUIベースの伝達関数設計を行っていたために扱えるデータは2変量に限られていた。より高次元の伝達関数設計を対話的かつ直感的に行うために、Transfer Function Synthesizer (TFS)を開発した。TFSでは従来的なGUIや代数式で指定した1次元伝達関数を論理演算によって合成することで多次元伝達関数を生成する。TFSは多変量向けボリュームレンダリングを可能にするだけでなく、サーフェス可視化や画像合成をもボリュームレンダリングの枠組みで可能にする手法である。TFSは遠隔可視化システムPBVRに実装され原子力分野で計算された様々なデータに適用されている。
河村 拓馬; 野田 智之; 井戸村 泰宏
Proceedings of 2nd Workshop on In Situ Infrastructures for Enabling Extreme-scale Analysis and Visualization (ISAV 2016) (Internet), p.18 - 22, 2016/11
被引用回数：9 パーセンタイル：90.83(Computer Science, Interdisciplinary Applications)視点拘束を受けない粒子データを用いて多変量ボリュームデータを可視化する粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)に基づく新しいIn-Situオンライン可視化フレームワークを開発した。我々が開発したオンラインアプローチは粒子データを使用した対話的な視点探索とシミュレーション実行時の多次元伝達関数の変更を可能とする。この実行時可視化は数千コアまでのストロングスケーリングを示し、計算時間も小さい。これらの特徴は大規模シミュレーションをモニタリングするための柔軟なIn-Situデータ探索を提供する。提案フレームワークをJUPITERコードによる圧力容器内部の燃料溶融シミュレーションに適用することにより、その有用性を示した。
中島 憲宏; 宮村 浩子; 川上 義明; 河村 拓馬
可視化情報学会誌, 35(Suppl.1), p.233 - 238, 2015/07
機械構造物の想定される損傷の誘因定義し、これによる想定現現象を仮定し、損傷可能性箇所を分析する作業は、設計過程において重要である。本論では、地震による要因を例にとり、これにより想定されうる現象をシミュレーションし、その結果を数理的に分析することで損傷可能性箇所の情報可視化する技術を試作した。一般機械部品を例にとり、設計者が損傷可能性箇所を設計者の感性により理解するための手段として例証した。
河村 拓馬
計算工学ナビ・ニュースレター(インターネット), 7, p.4 - 5, 2015/06
従来の遠隔可視化システムは、可視化処理速度やメモリ使用量、データ転送量がボトルネックとなって、可視化作業に膨大な時間が必要とされていた。遠隔可視化ソフトウェアPBVR(Particle-Based Volume Rendering)はクライアント・サーバ システムを採用し、大規模な結果データをサイズの小さい可視化用粒子データに変換して転送することでこれらの問題を解決し、ボリュームレンダリングによるインタラクティブな可視化を実現している。開発したPBVRシステムをオープンソースとして公開し、これを記事として寄稿した。
