JP7548604B2 - Method for connecting lines, method for displaying second-order real symmetric tensors, and program for displaying second-order real symmetric tensors - Google Patents
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Description
本発明は、線分の接続方法、2階実対称テンソルの表示方法、及び、2階実対称テンソルの表示プログラムに関する。 The present invention relates to a method for connecting line segments, a method for displaying real symmetric second-order tensors, and a program for displaying real symmetric second-order tensors.
一般に物理問題に現れる物理量は、数学的にはテンソルを用いて記述される。テンソルのうち、0階テンソルはスカラーとよばれ、1階テンソルはベクトルとよばれる。特定の領域内の各点におけるスカラーを各点の位置及び時刻の関数として記述したものをスカラー場とよび、領域内の各点におけるベクトルを各点の位置及び時刻の関数として記述したものをベクトル場とよぶ。 Generally, physical quantities that appear in physics problems are mathematically described using tensors. Among tensors, zero-order tensors are called scalars, and first-order tensors are called vectors. A description of a scalar at each point in a specific region as a function of the position of each point and time is called a scalar field, and a description of a vector at each point in the region as a function of the position of each point and time is called a vector field.
空間的に2次元的な広がりをもつ領域(2次元領域)を対象とする問題においても、3次元的な広がりをもつ領域(3次元領域)を対象とする問題においても、スカラー場及びベクトル場の可視化は従来から行われてきており、多くの数値解析ツール、可視化ツールにこれらの可視化手法が様々に実装されている。 Visualization of scalar and vector fields has been practiced for a long time, whether it is a problem involving a region that has a two-dimensional spatial extent (two-dimensional region) or a problem involving a region that has a three-dimensional extent (three-dimensional region), and these visualization techniques are implemented in a variety of numerical analysis and visualization tools.
「2次元領域内での2階テンソル場」は、2階テンソルを用いて表現される物理量(例えば、連続体における歪み、応力等)に関して、空間的に2次元的広がりをもつ領域内の各点の位置と時刻との関数として表現される場である。2次元領域内での2階テンソル場については、多くの可視化手法が存在する。例えば、非特許文献1には、荷重が静的に作用する環境下において、釣合い状態にある線形弾性体の平板内に生じる応力場(2次元領域内での2階対称テンソル場)の主軸ベクトルを連結した主応力線による可視化手法が開示されている。 A "second-order tensor field in a two-dimensional domain" is a field that expresses physical quantities (e.g., strain, stress, etc. in a continuum) expressed using second-order tensors as a function of the position and time of each point in a domain that has a two-dimensional spatial extent. There are many visualization techniques for second-order tensor fields in two-dimensional domains. For example, Non-Patent Document 1 discloses a visualization technique using principal stress lines that connect the principal axis vectors of the stress field (a second-order symmetric tensor field in a two-dimensional domain) that occurs in a plate of a linear elastic body in a balanced state in an environment where a load acts statically.
2次元又は3次元の領域内で、離散的に配置された各点における応力テンソルの主軸ベクトルの方向を線分で表現する可視化手法が提案されている。また、2次元又は3次元の領域内で、離散的に配置された各点における応力テンソルの主軸ベクトルの方向の線分の長さを、それぞれの主軸ベクトルの方向の主応力値に対応させ、主応力の正負を線分に付す矢印の向きで表現する可視化手法も提案されている。A visualization method has been proposed in which the directions of the principal axis vectors of the stress tensor at each point discretely placed within a two- or three-dimensional region are represented by line segments. Also proposed is a visualization method in which the lengths of the line segments in the directions of the principal axis vectors of the stress tensor at each point discretely placed within a two- or three-dimensional region correspond to the principal stress values in the directions of the respective principal axis vectors, and the positive and negative principal stresses are represented by the directions of the arrows attached to the line segments.
しかしながら、「3次元領域内での2階テンソル場」は、2階テンソルを用いて表現される物理量(例えば、連続体における歪み、応力等)に関して、空間的に3次元的広がりをもつ領域内の各点の位置と時刻との関数として表現される場である。3次元領域内での2階テンソル場は、領域内の1個の点に対し、2階対称テンソルの場合は6個の成分で表現され、2階非対称テンソルの場合は9個の成分で表現される。このような3次元領域内での2階テンソル場において、領域内の各点における主軸の方向や対応する主値の大きさ等の情報を可視化する手法の提案は従来乏しく、これらの情報を正しくかつ直感的に把握し易くする表示方法の提案が望まれている。However, a "second-order tensor field in a three-dimensional domain" is a field that expresses physical quantities (e.g., strain, stress, etc. in a continuum) expressed using second-order tensors as a function of the position and time of each point in a domain that has a three-dimensional spatial extent. A second-order tensor field in a three-dimensional domain is expressed by six components for each point in the domain in the case of a second-order symmetric tensor, and by nine components in the case of a second-order asymmetric tensor. In such a second-order tensor field in a three-dimensional domain, there have been few proposals for a method of visualizing information such as the directions of the principal axes and the magnitudes of the corresponding principal values at each point in the domain, and there is a need for a display method that makes it easy to correctly and intuitively grasp this information.
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、3次元領域内での2階実対称テンソル場において、領域内の各点での主軸の方向やそれに対応する主値の大きさ等を正しくかつ直感的に把握し易く表示するための線分の接続方法、その線分の接続方法を利用した2階実対称テンソルの表示方法、及び、2階実対称テンソルの表示プログラムを提供することを例示的課題とする。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its exemplary objective the provision of a method of connecting lines for displaying in a three-dimensional real second-order symmetric tensor field the directions of the principal axes and the magnitudes of the corresponding principal values at each point within the domain in a manner that allows them to be correctly and intuitively grasped, a method of displaying a real second-order symmetric tensor using the method of connecting lines, and a program for displaying a real second-order symmetric tensor.
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての線分の接続方法は、以下の(1)~(7)の工程を有する、3次元領域における線分の接続方法である。 In order to solve the above problems, a method for connecting lines as an exemplary aspect of the present invention is a method for connecting lines in a three-dimensional domain, comprising the following steps (1) to (7).
(1)3次元領域内において任意の1点として選択された起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第1線分OA、OB、OCを定義する。ここで、前記3本の第1線分は、いずれも前記起点Oから延びる所定の微小長さの線分であって、前記起点Oを中心とした右手座標系又は左手座標系のうちのいずれか一方の座標系である選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(2)前記起点Oから延びる3本の所定の微小長さの第1線分OA’、OB’、OC’を定義する。ここで、前記第1線分OA’は前記第1線分OAと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OB’は前記第1線分OBと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OC’は前記第1線分OCと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(3)6本の前記第1線分OA~OC、OA’~OC ’の中から1本の線分を第1選択線分として選択し、その両端点のうち起点Oでない方の端点を終点Pと定義する。
(4)前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第2線分Pa、Pb、Pcを定義する。ここで、前記3本の第2線分は、いずれも前記終点Pから延びる所定の微小長さの線分であって、前記終点Pを中心とする前記選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(5)前記終点Pから延びる3本の所定の微小長さの第2線分Pa’、Pb’、Pc’を定義する。ここで、前記第2線分Pa’は前記第2線分Paと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pb’は前記第2線分Pbと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pc’は前記第2線分Pcと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(6)6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’と前記第1選択線分とを用いた演算処理の結果に基づいて、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の中から前記第1選択線分に対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択し、前記第1選択線分に前記第2選択線分を接続してその余の前記第2線分を破棄する。
(7)前記第2選択線分の両端点のうち前記第1選択線分と接続された方の端点を起点Oと読み替え、反対側の端点を終点Pと読み替え、かつ、当該第2選択線分を前記第1選択線分と読み替えた後に、前記(4)~前記(6)の工程を所定の終了条件を充足するまで繰り返し実行する。
(1) Three first line segments OA, OB, and OC are defined that extend along the principal axis directions corresponding to three principal values of a real symmetric second-order tensor at an origin O selected as an arbitrary point within a three-dimensional region. Here, the three first line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length that extend from the origin O, and are line segments that constitute a selected coordinate system, which is either a right-handed coordinate system or a left-handed coordinate system, centered on the origin O, and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(2) Three first line segments OA', OB', and OC' of predetermined small lengths are defined, extending from the starting point O. Here, the first line segment OA' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OA on the same line, the first line segment OB' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OB on the same line, and the first line segment OC' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OC on the same line.
(3) One line segment is selected from the six first line segments OA to OC and OA' to OC' as a first selected line segment, and the end point other than the starting point O is defined as an end point P.
(4) Three second line segments Pa, Pb, and Pc are defined, which extend along the principal axis directions corresponding to the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P. Here, the three second line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length extending from the end point P, which constitute the selected coordinate system centered on the end point P and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(5) Three second line segments Pa', Pb', and Pc' of predetermined small lengths are defined, extending from the end point P. Here, the second line segment Pa' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pa on the same line, the second line segment Pb' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pb on the same line, and the second line segment Pc' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pc on the same line.
(6) Based on the result of a calculation process using the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' and the first selected line segment, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment is selected as a second selected line segment from among the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' as a second selected line segment, and the second selected line segment is connected to the first selected line segment, and the remaining second line segments are discarded.
(7) Of the two end points of the second selected line segment, the end point connected to the first selected line segment is read as a starting point O, the opposite end point is read as an end point P, and the second selected line segment is read as the first selected line segment, and then steps (4) to (6) are repeatedly executed until a specified termination condition is satisfied.
また、本発明の他の例示的側面としての2階実対称テンソルの表示方法は、上記の線分の接続方法を用いて前記所定の微小長さの前記第1選択線分と前記所定の微小長さの前記第2選択線分とを接続し、
当該接続された複数の選択線分を前記3次元領域内に描画された直線又は曲線として表示する。
In addition, a method for displaying a second-order real symmetric tensor according to another exemplary aspect of the present invention includes connecting the first selected line segment of the predetermined infinitesimal length and the second selected line segment of the predetermined infinitesimal length using the above-mentioned line segment connecting method;
The connected selected line segments are displayed as lines or curves drawn within the three-dimensional region.
また、本発明の更に他の例示的側面としての2階実対称テンソルの表示プログラムは、コンピュータに、上記の2階実対称テンソルの表示方法を実行させる。 Furthermore, as yet another exemplary aspect of the present invention, a display program for second-order real symmetric tensors causes a computer to execute the above-mentioned display method for second-order real symmetric tensors.
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、3次元領域内での2階実対称テンソル場において、領域内の各点での主軸の方向やそれに対応する主値の大きさ等を正しくかつ直感的に把握し易く表示することができる。 According to the present invention, in a second-order real symmetric tensor field in a three-dimensional domain, the directions of the principal axes and the magnitudes of the corresponding principal values at each point in the domain can be displayed correctly and intuitively in a manner that is easy to understand.
[実施形態1]
以下、本発明の実施形態1に係る2階実対称テンソルの表示プログラム(以下、テンソル表示プログラムという。)PGについて図面を参照しつつ説明する。図1は、このテンソル表示プログラムPGの動作を実現するためのコンピュータSの概念図である。このテンソル表示プログラムPGは、以下に説明する(工程1)~(工程7)を含む2階実対称テンソルの表示方法(以下、テンソル表示方法という。)をコンピュータSに実行させるものである。テンソル表示方法は、(工程1)~(工程7)に説明する線分の接続方法に基づき接続された線分をコンピュータSの画面D上に表示することにより実現される。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a display program for a real symmetric second-order tensor (hereinafter referred to as a tensor display program) PG according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of a computer S for implementing the operation of the tensor display program PG. The tensor display program PG causes the computer S to execute a display method for a real symmetric second-order tensor (hereinafter referred to as a tensor display method) including steps 1 to 7 described below. The tensor display method is implemented by displaying, on a screen D of the computer S, line segments connected based on the line segment connection method described in steps 1 to 7.
コンピュータSは、その主要部としての演算処理部(CPU)2とメモリ4とを有している。メモリ4は、記憶媒体であり、テンソル表示プログラムPGの他、各種データや設定項目がその内部にデータとして格納される。テンソル表示プログラムPGは、もちろん外部記憶装置(例えば、可搬性のストレージやクラウドサーバ等。)に格納されていてもよいし、当初からコンピュータS内のメモリ4に格納されていてもよい。The computer S has a calculation processing unit (CPU) 2 and a memory 4 as its main components. The memory 4 is a storage medium, and in addition to the tensor display program PG, various data and setting items are stored as data therein. The tensor display program PG may of course be stored in an external storage device (e.g., portable storage or a cloud server, etc.), or may be stored in the memory 4 in the computer S from the beginning.
CPU2は、コンピュータSの主要部を構成する演算装置である。テンソル表示プログラムPGが起動することにより、その動作指令に基づき、CPU2がテンソル表示方法を実行する。 The CPU 2 is a calculation device that constitutes the main part of the computer S. When the tensor display program PG is started, the CPU 2 executes the tensor display method based on its operating instructions.
テンソル表示方法は、3次元領域内の各点から延びる所定の微小長さの線分を次々と接続する線分の接続方法を用いている。3次元領域内の各点は、3次元領域を所定の微小領域に分割した場合の、各微小領域に対応する点である。
したがって、微小長さの線分は、隣接する2個の微小領域内の2個の点を接続する線分である。
The tensor representation method uses a line segment connection method that successively connects line segments of a predetermined infinitesimal length extending from each point in a three-dimensional region. Each point in the three-dimensional region corresponds to each infinitesimal region when the three-dimensional region is divided into predetermined infinitesimal regions.
Therefore, a line segment of infinitesimal length is a line segment that connects two points in two adjacent infinitesimal regions.
ここで、3次元領域は、3次元空間内に物理的に存在する立体物を意味し、その形状は問わない。所定の微小領域は概念上極めて小さく分割された立体形状であり、所定の微小長さは概念上極めて短い長さである。所定の微小長さは有限の長さであり、この長さは、演算処理の都合に応じて設定される。一般に、短くすれば演算精度は向上するが演算処理量と演算処理負荷が大きくなり、長くすれば演算精度は低下するが演算処理量と演算処理負荷が小さくなる。 Here, a three-dimensional region means a solid object that physically exists in three-dimensional space, regardless of its shape. A specified infinitesimal region is conceptually a three-dimensional shape divided into extremely small parts, and a specified infinitesimal length is conceptually an extremely short length. A specified infinitesimal length is a finite length, and this length is set according to the convenience of the calculation process. In general, a shorter length improves the calculation accuracy but increases the amount of calculation processing and the calculation processing load, and a longer length reduces the calculation accuracy but reduces the amount of calculation processing and the calculation processing load.
図2は、3次元領域内の任意の点Oを示す図である。3次元領域の形状は特に限定がなく、例えば立方体、円柱、三角錐、球等でもよく、その他の形状を備えた立体形状であってもよい。点Oは、演算処理開始のために任意に選択された点である。そのため、最初に選択された点を、特に起点Oと呼ぶこととする。起点Oは、3次元領域内の点であれば、どの位置に存在する点でもよく、演算処理を実行する者(以下、ユーザという。)の判断に基づいて選択される。 Figure 2 is a diagram showing an arbitrary point O within a three-dimensional region. The shape of the three-dimensional region is not particularly limited, and may be, for example, a cube, a cylinder, a triangular pyramid, a sphere, or a three-dimensional shape having other shapes. Point O is a point arbitrarily selected to start the calculation process. Therefore, the first point selected will be specifically referred to as the starting point O. Starting point O may be located anywhere within the three-dimensional region, and is selected based on the judgment of the person executing the calculation process (hereinafter referred to as the user).
(工程1)起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)の各々に対応する主軸ベクトル方向(主軸方向)に沿って延びる3本の第1線分OA、OB、OC(以下、第1線分OA~OCという。)を定義する(図2参照)。ここで、3本の第1線分は、いずれも起点Oから延びる所定の微小長さの線分であって、起点Oを中心とした右手座標系又は左手座標系のうちのいずれか一方の座標系である選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。 (Step 1) Define three first line segments OA, OB, and OC (hereinafter referred to as first line segments OA-OC) that extend along the principal axis vector directions (principal axis directions) corresponding to the three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the starting point O (see Figure 2). Here, the three first line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length that extend from the starting point O, and are line segments that are three-dimensionally mutually orthogonal, constituting a selected coordinate system that is either a right-handed coordinate system or a left-handed coordinate system centered on the starting point O.
図2において、第1線分OA~OCは3次元空間内で相互に直交する方向に延びる線分であり、その方向は起点Oにおける主軸ベクトル方向である。第1線分OA~OCのいずれが第1主軸ベクトル方向であるか、第2主軸ベクトル方向であるか、第3主軸ベクトル方向であるかを問わない。第1線分OA~OCはいずれも有限長さの線分であり、その長さは所定の微小長さである。なお、本実施形態1では、選択座標系が右手座標系であり、第1線分OA~OCが、この順序において右手座標系を構成する場合について説明する。選択座標系は右手座標系に限定されず、左手座標系であってもよい。 In FIG. 2, the first line segments OA-OC are line segments that extend in mutually perpendicular directions in three-dimensional space, and their direction is the principal axis vector direction at starting point O. It does not matter which of the first line segments OA-OC is the first principal axis vector direction, the second principal axis vector direction, or the third principal axis vector direction. The first line segments OA-OC are all line segments of finite length, and their lengths are predetermined infinitesimal lengths. Note that in this embodiment 1, a case will be described in which the selected coordinate system is a right-handed coordinate system, and the first line segments OA-OC constitute the right-handed coordinate system in this order. The selected coordinate system is not limited to a right-handed coordinate system, and may be a left-handed coordinate system.
(工程2)次に、起点Oから延びる3本の所定の微小長さの第1線分OA’、OB’、OC’(以下、第1線分OA’~OC ’という。)を定義する。ここで、第1線分OA’は第1線分OAと同一直線上逆方向に延びる線分であり、第1線分OB’は第1線分OBと同一直線上逆方向に延びる線分であり、第1線分OC’は第1線分OCと同一直線上逆方向に延びる線分である。これにより、図2に示すように、起点Oを中心として6軸方向に延びる6本の第1線分OA~OC、OA’~OC’が定義される。点A~C及びA’~C’はいずれも、各々の第1線分の端点(起点Oでない方の点)である。(Step 2) Next, three first line segments OA', OB', OC' (hereinafter referred to as first line segments OA'-OC') of a predetermined minute length extending from starting point O are defined. Here, first line segment OA' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as first line segment OA, first line segment OB' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as first line segment OB, and first line segment OC' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as first line segment OC. As a result, as shown in Figure 2, six first line segments OA-OC, OA'-OC' are defined that extend in six axial directions with starting point O as the center. Points A-C and A'-C' are all end points of the respective first line segments (points that are not starting point O).
(工程3)6本の第1線分OA~OC、OA’~OC ’の中から1本の線分を第1選択線分として選択し、その両端点のうち起点Oでない方の端点を終点Pと定義する。本実施形態1では、第1線分OAを第1選択線分として選択した場合について説明する。したがって、点Aが終点Pとして定義される。 (Step 3) One line segment is selected from the six first line segments OA-OC, OA'-OC' as the first selected line segment, and the end point that is not the starting point O is defined as the end point P. In this embodiment 1, a case will be described in which the first line segment OA is selected as the first selected line segment. Therefore, point A is defined as the end point P.
なお、第1選択線分としていずれの第1線分を選択するかはユーザの判断に基づく。起点Oに対応して第1選択線分として第1線分OAを選択した場合は点Aが終点Pであるが、もちろん第1選択線分として他の第1線分(OB~OC、OA’~OC ’)を選択した場合は、他の点(B~C、A’~C ’)が終点Pとなる。また、後述するように、線分の接続を繰り返すごとに、その度に選択される第1選択線分の端点が終点Pとして定義される。図3は、点Aを終点Pと定義した状態を説明する図である。It should be noted that which first line segment is selected as the first selected line segment is based on the user's judgment. If first line segment OA is selected as the first selected line segment corresponding to starting point O, point A is the end point P, but of course if another first line segment (OB-OC, OA'-OC') is selected as the first selected line segment, the other point (B-C, A'-C') becomes the end point P. Also, as will be described later, each time line segments are connected, the end point of the first selected line segment selected each time is defined as the end point P. Figure 3 is a diagram explaining the state in which point A is defined as the end point P.
(工程4)終点P(点A)における2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)の各々に対応する主軸ベクトル方向(主軸方向)に沿って延びる3本の第2線分Pa、Pb、Pc(以下、Pa~Pcという。)を定義する(図3参照)。ここで、3本の第2線分は、いずれも終点Pから延びる所定の微小長さの線分であって、終点Pを中心とする選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。(Step 4) Define three second line segments Pa, Pb, and Pc (hereinafter referred to as Pa to Pc) that extend along the principal axis vector directions (principal axis directions) corresponding to the three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the end point P (point A) (see Figure 3). Here, the three second line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length that extend from the end point P, and are line segments that are three-dimensionally mutually orthogonal, constituting a selected coordinate system centered on the end point P.
なお、ここで、終点P=点Aであるので、第2線分Pa~Pcは、第2線分Aa~Acと表すことができる。図3において、第2線分Aa~Acは3次元空間内で相互に直交する方向に延びる線分であり、その方向は点Aにおける主軸ベクトル方向である。第2線分Aa~Acのいずれが第1主軸ベクトル方向であるか、第2主軸ベクトル方向であるか、第3主軸ベクトル方向であるかを問わない。第2線分Aa~Acはいずれも有限長さの線分であり、その長さは所定の微小長さである。なお、本実施形態1では、選択座標系は右手座標系であるので、第2線分Aa~Acは、この順序において右手座標系である。 Note that here, since the end point P = point A, the second line segments Pa to Pc can be expressed as the second line segments Aa to Ac. In FIG. 3, the second line segments Aa to Ac are line segments that extend in mutually perpendicular directions in a three-dimensional space, and their direction is the principal axis vector direction at point A. It does not matter which of the second line segments Aa to Ac is the first principal axis vector direction, the second principal axis vector direction, or the third principal axis vector direction. The second line segments Aa to Ac are all line segments of finite length, and their lengths are a predetermined infinitesimal length. Note that in this embodiment 1, since the selected coordinate system is a right-handed coordinate system, the second line segments Aa to Ac are in this order in the right-handed coordinate system.
(工程5)終点P(点A)から延びる3本の所定の微小長さの第2線分Pa’、Pb’、Pc’(以下、Pa’~Pc’という。)を定義する。ここで、第2線分Pa’は第2線分Paと同一直線上逆方向に延びる線分であり、第2線分Pb’は第2線分Pbと同一直線上逆方向に延びる線分であり、第2線分Pc’は第2線分Pcと同一直線上逆方向に延びる線分である。なお、第2線分Pa’~Pc’は第2線分Aa’~Ac’とも表すことができる。これにより、図3に示すように、点Aを中心として6軸方向に延びる6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac’が定義される。点a~c及びa’~c’はいずれも、各々の第2線分の端点(点Aでない方の点)である。(Step 5) Define three second line segments Pa', Pb', and Pc' (hereinafter referred to as Pa'-Pc') of a predetermined minute length extending from the end point P (point A). Here, the second line segment Pa' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as the second line segment Pa, the second line segment Pb' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as the second line segment Pb, and the second line segment Pc' is a line segment that extends in the opposite direction on the same line as the second line segment Pc. The second line segments Pa'-Pc' can also be expressed as the second line segments Aa'-Ac'. As a result, as shown in FIG. 3, six second line segments Aa-Ac, Aa'-Ac' are defined that extend in six axial directions with point A as the center. Points a-c and a'-c' are all end points (points other than point A) of the respective second line segments.
(工程6)6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’と第1選択線分OAとを用いた演算処理の結果に基づいて、6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から第1選択線分OAに対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択し、第1選択線分に第2選択線分を接続してその余の第2線分を破棄する。本実施形態1においては、第2選択線分がAaである場合について説明する。すなわち、第1選択線分OAに第2選択線分Aaを接続し、その余の第2線分Aa、Ac、Aa’~Ac ’を破棄する。ここで、その余の第2線分を破棄するとは、第2選択線分以外の第2線分を第1選択線分に対して接続しないとの意味である。(Step 6) Based on the result of the calculation process using the six second line segments Aa-Ac, Aa'-Ac' and the first selected line segment OA, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment OA is selected from the six second line segments Aa-Ac, Aa'-Ac' as the second selected line segment, and the second selected line segment is connected to the first selected line segment and the remaining second line segments are discarded. In this embodiment 1, the case where the second selected line segment is Aa will be described. That is, the second selected line segment Aa is connected to the first selected line segment OA, and the remaining second line segments Aa, Ac, Aa'-Ac' are discarded. Here, discarding the remaining second line segments means that the second line segments other than the second selected line segment are not connected to the first selected line segment.
なお、(工程6)の具体的なプロセス、すなわち、どのような演算処理によって第1選択線分に対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択するかの具体例については、後述する。 The specific process of (Step 6), i.e., a specific example of the calculation process used to select one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment as the second selected line segment, will be described later.
(工程7)第2選択線分Aaの両端点のうち第1選択線分と接続された方の端点(点A)を新たに起点Oと読み替え、反対側の端点(点b)を新たに終点Pと読み替え、第2選択線分Aaを新たに第1選択線分OAと読み替える。その後に、(工程4)~(工程6)の工程を所定の終了条件を充足するまで繰り返し実行する。第1選択線分に第2選択線分を接続し、その後に第2選択線分を新たに第1選択線分と読み替える。新たな第1選択線分に対し、接続すべき新たな第2選択線分を工程6の演算処理に基づいて選択し、選択された新たな第2選択線分を新たな第1選択線分に接続する。新たな第2選択線分が接続されるごとに、その新たな第2選択線分を更に新たな起点Oから更に新たな終点Pまでの更に新たな第1選択線分であると読み替え、更に新たな第2選択線分を選択する。 (Step 7) Of the two end points of the second selected line segment Aa, the end point (point A) connected to the first selected line segment is read as the new starting point O, the opposite end point (point b) is read as the new end point P, and the second selected line segment Aa is read as the new first selected line segment OA. Then, steps (step 4) to (step 6) are repeatedly executed until a predetermined termination condition is satisfied. The second selected line segment is connected to the first selected line segment, and then the second selected line segment is read as the new first selected line segment. A new second selected line segment to be connected to the new first selected line segment is selected based on the calculation processing of step 6, and the selected new second selected line segment is connected to the new first selected line segment. Each time a new second selected line segment is connected, the new second selected line segment is read as a new first selected line segment from a new starting point O to a new end point P, and a new second selected line segment is selected.
このように、(工程4)~(工程6)を繰り返すことにより、起点Oから開始された微小長さの線分が次々と接続され、直線又は曲線を形成する。図4は、起点Oから開始された第1選択線分OAに対し、(工程4)~(工程6)を繰り返すことにより選択された線分Aa、線分ax1、線分x1x2、線分x2x3・・・が次々と接続された様子を示す図である。(工程4)~(工程6)を繰り返すことにより、最初に選択した第1選択線分OAに対し、滑らかに接続された直線又は曲線を形成することができる。図4に示すように、微小長さの線分同士が接続されて形成された直線又は曲線をコンピュータSの画面Dに表示することで、テンソル表示方法が実現する。なお、所定の終了条件については、後述する。In this way, by repeating (step 4) to (step 6), the infinitesimal line segments starting from the starting point O are connected one after another to form a straight line or a curve. FIG. 4 is a diagram showing how the selected line segments Aa, ax1, x1x2, x2x3, etc. are connected one after another to the first selected line segment OA starting from the starting point O by repeating (step 4) to (step 6). By repeating (step 4) to (step 6), a straight line or a curve smoothly connected to the first selected line segment OA can be formed. As shown in FIG. 4, the tensor display method is realized by displaying the straight line or the curve formed by connecting the infinitesimal line segments on the screen D of the computer S. The predetermined termination condition will be described later.
(工程6の具体例)
6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から第1選択線分OAに対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択するための演算処理の具体的例について説明する。
6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から任意の1本の第2線分(ここでは、第2線分Aaとする。)を選択する。第1選択線分OAと第2線分Aaとの方向余弦値CSaを算出する。次に他の第2線分Abを選択し、第1選択線分OAと第2線分Abとの方向余弦値CSbを算出する。このように6本全ての第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’について第1選択線分OAとの方向余弦値CSa~CSc、CSa’~CSc’を各々算出する。これら6個の方向余弦値CSa~CSc、CSa’~CSc’のうち最大のものに対応する第2線分を第2選択線分として選択する。例えば、方向余弦値CSaが6個の方向余弦値のうち最大であるとき、第2選択線分として第2線分Aaを選択する。
(Specific example of step 6)
A specific example of the calculation process for selecting, as the second selected line segment, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment OA from the six second line segments Aa to Ac and Aa' to Ac', will be described.
An arbitrary second line segment (here, the second line segment Aa) is selected from the six second line segments Aa to Ac and Aa' to Ac'. A direction cosine value CSa between the first selected line segment OA and the second line segment Aa is calculated. Next, another second line segment Ab is selected, and a direction cosine value CSb between the first selected line segment OA and the second line segment Ab is calculated. In this manner, the direction cosine values CSa to CSc and CSa' to CSc' between the first selected line segment OA are calculated for all six second line segments Aa to Ac and Aa' to Ac'. The second line segment corresponding to the maximum of these six direction cosine values CSa to CSc and CSa' to CSc' is selected as the second selected line segment. For example, when the direction cosine value CSa is the maximum of the six direction cosine values, the second line segment Aa is selected as the second selected line segment.
第1選択線分との為す角度が最も鈍角となる(すなわち、第1選択線分と最も滑らかに接続される。)第2線分を第2選択線分として選択することが可能となる。 It is possible to select the second line segment that forms the most obtuse angle with the first selected line segment (i.e., that connects most smoothly with the first selected line segment) as the second selected line segment.
(所定の終了条件)
次に、(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための所定の終了条件について説明する。例えば、ユーザにより予め線分の接続数、すなわち(工程4)~(工程6)の演算処理の繰り返し数が1000や10000等の有限に設定されている場合、その設定数に到達したときに線分の接続を終了する。また、ユーザにより演算処理の途中で停止スイッチが押され、演算処理の中断指令が入力されたときも、線分の接続を終了する。線分の接続を終了するとは、工程の実行を停止することを意味する。
(Predetermined termination conditions)
Next, a description will be given of a predetermined termination condition for stopping the repetition of steps 4 to 6 and terminating the line segment connection in step 7. For example, if the number of line segment connections, i.e., the number of repetitions of the arithmetic processing from step 4 to step 6, is set in advance by the user to a finite number such as 1000 or 10000, the line segment connection is terminated when the set number is reached. The line segment connection is also terminated when the user presses a stop switch in the middle of the arithmetic processing and inputs a command to interrupt the arithmetic processing. Terminating the line segment connection means stopping the execution of the process.
(主応力値(主値)の表示)
なお、3次元領域内の各点における主軸ベクトル方向に延びる微小長さの線分は、各々対応する主応力値(主値)を有している。その主応力値(主値)に応じて微小長さの線分を色分け表示することで、主軸ベクトルの方向のみならずその大きさも直感的に把握し易く画面Dに表示することが可能である。主応力値(主値)の大きさや正負に応じて、所定の数値範囲ごとに分類して色分けすれば、ユーザが各点の主応力値(主値)を容易に把握することができる。
(Display of principal stress value (principal value))
In addition, each infinitesimal line segment extending in the direction of the principal axis vector at each point in the three-dimensional region has a corresponding principal stress value (principal value). By displaying the infinitesimal line segments in different colors according to the principal stress values (principal values), it is possible to display not only the direction of the principal axis vector but also its magnitude on the screen D in a manner that makes it easy to intuitively grasp it. If the principal stress values (principal values) are classified and color-coded according to the magnitude and positive/negative of the principal stress values (principal values) for a predetermined numerical range, the user can easily grasp the principal stress value (principal value) at each point.
本実施形態1では、3次元領域内の各点における第1主軸ベクトル同士、第2主軸ベクトル同士、第3主軸ベクトル同士が必ずしも接続されるものではない。本実施形態1によれば、ユーザが滑らかと感じて直感的に方向を把握し易い主軸ベクトル方向の線分同士が接続される。また、複数の線分が接続された結果としての直線又は曲線は、線上の途中で色が変化することとなる。In this embodiment 1, the first principal axis vectors, the second principal axis vectors, and the third principal axis vectors at each point in the three-dimensional region are not necessarily connected to each other. According to this embodiment 1, line segments in the principal axis vector direction that the user feels is smooth and that is easy to intuitively grasp are connected to each other. In addition, the straight line or curve resulting from the connection of multiple line segments will change color midway along the line.
[実施形態2]
上記実施形態1においては、第1選択線分として第1線分OAを選択した場合について説明した。実施形態2では、6本の第1線分OA~OC、OA’~OC’のすべてを第1選択線分として選択する。これにより、図5に示すように、第1線分OA~OC、OA’~OC’のすべてについて第2選択線分が順次接続され、起点Oから6方向に直線又は曲線が延びることとなる。起点Oから6方向に延びる、直感的に把握し易い2階実対象テンソルの表示が可能となる。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the above embodiment 1, the case where the first line segment OA is selected as the first selected line segment has been described. In embodiment 2, all of the six first line segments OA-OC, OA'-OC' are selected as the first selected line segments. As a result, as shown in FIG. 5, the second selected line segments are sequentially connected to all of the first line segments OA-OC, OA'-OC', and straight lines or curved lines extend in six directions from the starting point O. It is possible to display a second-order real symmetric tensor that extends in six directions from the starting point O and is easy to understand intuitively. Note that the procedures other than those described above are the same as those in embodiment 1, so that the description will be omitted.
[実施形態3]
上記実施形態1においては、第1選択線分としてユーザの判断に基づき第1線分OAを選択した場合について説明した。実施形態3では、起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)のうちの2個の主応力値(主値)のみが一致しその余の主応力値(主値)が一致しない場合について説明する。
[Embodiment 3]
In the above embodiment 1, a case where the first line segment OA is selected as the first selected line segment based on the user's judgment is described. In embodiment 3, a case where only two of the three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the starting point O match and the remaining principal stress values (principal values) do not match is described.
例えば、起点Oにおける3個の主応力値(主値)sA、sB、sC(主応力値(主値)sA、sB、sCは各々第1線分OA、OB、OCに対応。)のうち主応力値(主値)sAと主応力値(主値)sBとが一致する値であって、主応力値(主値)sCのみが異なる値であるとき、ユーザの判断に基づき第1選択線分を選択しない。主応力値(主値)sAに対応する第1線分OAや主応力値(主値)sBに対応する第1線分OBを第1選択線分として選択せず、主応力値(主値)sCに対応する第1線分OC又はその同一直線上の第1線分OC’を第1選択線分として選択する。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。For example, when the principal stress value (principal value) sA and the principal stress value (principal value) sB are the same value among the three principal stress values (principal values) sA, sB, and sC at the starting point O (principal stress values (principal values) sA, sB, and sC correspond to the first line segments OA, OB, and OC, respectively), and only the principal stress value (principal value) sC is different, the first selected line segment is not selected based on the user's judgment. The first line segment OA corresponding to the principal stress value (principal value) sA or the first line segment OB corresponding to the principal stress value (principal value) sB is not selected as the first selected line segment, and the first line segment OC corresponding to the principal stress value (principal value) sC or the first line segment OC' on the same straight line as the first selected line segment is selected as the first selected line segment. Note that the procedures other than those described above are the same as those in embodiment 1, so explanations will be omitted.
[変形例1]
(工程6の他の具体例1)
6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から第1選択線分OAに対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択するための演算処理の他の具体例(他の具体例1)について説明する。
まず、第1選択線分(ここでは、第1線分OA。)に対応する主応力値(主値)(ここでは、主応力値(主値)sA。)と、第2線分Aa~Acに各々対応する(終点Pにおける)主応力値(主値)sa~scとの差分値da~dcを算出する。差分値da~dcの中から絶対値が最小のもの(例えば、da。)を選択し、その絶対値が最小である差分値(差分値da)に対応する第2線分を候補第2線分(例えば、第2線分Aa)と定義する。
[Modification 1]
(Another specific example 1 of step 6)
We will now explain another specific example (other specific example 1) of the calculation process for selecting one second line segment from the six second line segments Aa to Ac, Aa' to Ac' that can be most smoothly connected to the first selected line segment OA as the second selected line segment.
First, difference values da to dc between the principal stress value (principal value) (here, principal stress value (principal value) sA) corresponding to the first selected line segment (here, first line segment OA) and the principal stress values (principal values) sa to sc (at end point P) corresponding to the second line segments Aa to Ac, respectively, are calculated. From the difference values da to dc, the one with the smallest absolute value (e.g., da) is selected, and the second line segment corresponding to the difference value with the smallest absolute value (difference value da) is defined as a candidate second line segment (e.g., second line segment Aa).
候補第2線分(第2線分Aa)と第1選択線分(第1線分OA)との方向余弦値(方向余弦値CSa)を算出する。候補第2線分と同一直線上で逆方向に延びる第2線分(第2線分Aa’)と第1選択線分(第1線分OA)との方向余弦値(方向余弦値CSa’)を算出する。2つの方向余弦値(方向余弦値CSa、CSa’)のうち値の大きい方の方向余弦値(例えば、方向余弦値CSa)に対応する第2線分(第2線分Aa)を第2選択線分として選択する。 Calculate the direction cosine value (direction cosine value CSa) between the candidate second line segment (second line segment Aa) and the first selected line segment (first line segment OA). Calculate the direction cosine value (direction cosine value CSa') between the second line segment (second line segment Aa') that is collinear with the candidate second line segment and extends in the opposite direction, and the first selected line segment (first line segment OA). Select the second line segment (second line segment Aa) that corresponds to the larger direction cosine value (for example, direction cosine value CSa) of the two direction cosine values (direction cosine values CSa, CSa') as the second selected line segment.
第1選択線分に対応する主応力値(主値)との差分が最も小さい第2線分の中から、第1選択線分との為す角度が最も鈍角となる(すなわち、第1選択線分と最も滑らかに接続される。)第2線分を第2選択線分として選択することが可能となる。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。It is possible to select, as the second selected line segment, the second line segment that forms the most obtuse angle with the first selected line segment (i.e., that is most smoothly connected to the first selected line segment) from among the second line segments that have the smallest difference with the principal stress value (principal value) corresponding to the first selected line segment. Note that the steps other than those described above are the same as those in embodiment 1, and therefore will not be described here.
[変形例2]
(工程6の他の具体例2)
6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から第1選択線分OAに対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択するための演算処理の更に他の具体例(他の具体例2)について説明する。
まず、6本の第2線分Aa~Ac、Aa’~Ac ’の中から任意の3本の第2線分を選択する。この3本の第2線分は、終点P(点A)を中心とする選択座標系(ここでは、右手座標系。)を構成する3本であり、この3本1組の第2線分を1組の第2選択線分群と定義する。
[Modification 2]
(Another specific example 2 of step 6)
We will now explain yet another specific example (another specific example 2) of the calculation process for selecting, as the second selected line segment, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment OA from among the six second line segments Aa to Ac, Aa' to Ac'.
First, any three second line segments are selected from the six second line segments Aa to Ac and Aa' to Ac'. These three second line segments are the three that make up a selected coordinate system (here, a right-handed coordinate system) centered on the end point P (point A), and this set of three second line segments is defined as a set of second selected line segments.
図6は、点Aを中心とする右手座標系を構成する第2選択線分群を示す図である。例えば、第2線分の終点が端点a、b、cである場合の第2選択線分群は、順に第2線分Aa、Ab、Acで構成される1組(図6中ではA-abc。)、順に第2線分Ab、Ac、Aaで構成される1組(図6中ではA-bca。)、順に第2線分Ac、Aa、Abで構成される1組(図6中ではA-cab。)の合計3組である。 Figure 6 is a diagram showing the second selected group of line segments that form a right-handed coordinate system centered on point A. For example, when the end points of the second line segments are endpoints a, b, and c, the second selected group of line segments is a set made up of second line segments Aa, Ab, and Ac, in that order (A-abc in Figure 6), a set made up of second line segments Ab, Ac, and Aa, in that order (A-bca in Figure 6), and a set made up of second line segments Ac, Aa, and Ab, in that order (A-cab in Figure 6), for a total of three sets.
同様に、第2線分の終点が端点b、a’、cである場合の3組(図6中ではA-ba’c、A-a’bc、A-cba’。)、端点a’、b’、cである場合の3組(図6中ではA-a’b’c、A-b’ca’、A-ca’b’。)、端点a、c、b’である場合の3組(図6中ではA-acb’、A-cb’a、A-b’ac。)、端点b、a、c’である場合の3組(図6中ではA-bac’、A-ac’b、A-c’ba。)、端点a’、b、c’である場合の3組(図6中ではA-a’bc’、A-ba’c’、A-c’ a’b。)、端点a’、c’、b’である場合の3組(図6中ではA-a’c’b’、A-c’b’ a’、A-b’a’c’。)、端点a、b’、c’である場合の3組(図6中ではA-ab’c’、A-b’c’a、A-c’ ab’。)と合わせて、合計24組の第2選択線分群を定義する。Similarly, there are three pairs of end points for the second line segment when it is end points b, a', c (A-ba'c, A-a'bc, A-cba' in Fig. 6), three pairs of end points a', b', c (A-a'b'c, A-b'ca', A-ca'b' in Fig. 6), three pairs of end points a, c, b' (A-acb', A-cb'a, A-b'ac in Fig. 6), three pairs of end points b, a, c' (A-bac', A-ac'b, A-c'ba in Fig. 6), three pairs of end points a', b, c' (A-a'bc', A-ba'c', A-c' in Fig. 6), a'b.), three sets when the end points are a', c', b' (A-a'c'b', A-c'b'a', A-b'a'c' in Figure 6), and three sets when the end points are a, b', c' (A-ab'c', A-b'c'a, A-c'ab' in Figure 6). A total of 24 sets of second selected line segment groups are defined.
第1選択線分(ここでは、第1線分OA。)を含み起点Oを中心とした選択座標系(ここでは、右手座標系。)を構成する3本の第1線分を1組の第1選択線分群(ここでは、第1線分OA、OB、OCで構成される1組。)として選択する。なお、この第1選択線分群の選択が初回(すなわち、(工程6)の実行が初回。)である場合には、第1選択線分OAを含み右手座標系を構成する第1選択線分群をユーザが任意に選択してよい(例えば、第1線分OA、OC、OB’で構成される1組であってもよい。)。第1選択線分群の選択が2回目以降(すなわち、(工程6)の実行が2回目以降。)である場合については、後述する。 The three first line segments that include the first selected line segment (here, the first line segment OA) and that form a selected coordinate system (here, a right-handed coordinate system) centered on the starting point O are selected as a first selected line segment group (here, a group consisting of the first line segments OA, OB, and OC). Note that if this is the first time that the first selected line segment group is selected (i.e., the first time that step 6 is executed), the user may arbitrarily select the first selected line segment group that includes the first selected line segment OA and forms the right-handed coordinate system (for example, it may be a group consisting of the first line segments OA, OC, and OB'). The case in which the first selected line segment group is selected for the second or subsequent time (i.e., the second or subsequent time that step 6 is executed) will be described later.
1組の第1選択線分群と24組の第2選択線分群の各々との方向余弦値を算出する。方向余弦値の算出は、第1選択線分群と第2選択線分群との間で、対応する線分同士で行う。例えば、第1選択線分群がOA、OB、OCで構成されるものであり、第2選択線分群がAa、Ab、Acで構成されるものである場合、第1線分OAと第2線分Aaとの方向余弦値、第1線分OBと第2線分Abとの方向余弦値、第1線分OCと第2線分Acとの方向余弦値を各々算出する。 Calculate the direction cosine values between one set of the first selected line segment group and each of the 24 sets of the second selected line segment group. The direction cosine values are calculated for corresponding lines between the first selected line segment group and the second selected line segment group. For example, if the first selected line segment group is composed of OA, OB, and OC, and the second selected line segment group is composed of Aa, Ab, and Ac, calculate the direction cosine value between the first line segment OA and the second line segment Aa, the direction cosine value between the first line segment OB and the second line segment Ab, and the direction cosine value between the first line segment OC and the second line segment Ac.
このようにして1組の第2選択線分群に対して算出した3個の方向余弦値を合計した合計値を合計指標値と定義する。1組の第1選択線分群と1組の第2選択線分群との間での演算処理で1つの合計指標値が算出される。24組の第2選択線分群について演算処理を行うことで、24個の合計指標値が算出される。24個の合計指標値のうち最大のものに対応する第2選択線分群を接続線分群と定義する。 The sum of the three direction cosine values calculated for one set of second selected line segments in this way is defined as the total index value. One total index value is calculated by calculation processing between one set of first selected line segments and one set of second selected line segments. 24 total index values are calculated by performing calculation processing on 24 sets of second selected line segments. The second selected line segment group corresponding to the largest of the 24 total index values is defined as the connected line segment group.
接続線分群を構成する3本の第2線分のうち、第1選択線分(ここでは、第1線分OA。)に対応する第2線分(ここでは、Aa。)を第2選択線分として選択する。なお、第1選択線分群の選択が2回目以降(すなわち、(工程6)の実行が2回目以降。)である場合は、ユーザが任意に第1選択線分群を選択するのでなく、接続線分群を第1選択線分群と読み替えて(工程6)を実行する。また、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。Of the three second line segments constituting the connecting line group, the second line segment (here, Aa) that corresponds to the first selected line segment (here, first line segment OA) is selected as the second selected line segment. Note that if the first selected line group is selected for the second time or later (i.e., (step 6) is executed for the second time or later), the user does not arbitrarily select the first selected line group, but instead replaces the connecting line group with the first selected line group and executes (step 6). Note that the steps other than those described above are the same as those in embodiment 1, and therefore will not be described here.
[変形例3]
(他の所定の終了条件1)
(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための他の所定の終了条件(他の所定の終了条件1)について説明する。(工程4)~(工程6)を繰り返した結果、定義された終点Pが3次元領域の表面、すなわち立体内部でなく、立体の表面積を構成するいずれかの面の一部に到達したとき、又は3次元領域の領域外(立体外部)に到達したときに、線分の接続を終了する。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。
[Modification 3]
(Other Predetermined End Condition 1)
In (Step 7), the repetition of (Step 4) to (Step 6) is stopped, and another predetermined end condition (another predetermined end condition 1) for ending the connection of the line segments is described. As a result of repeating (Step 4) to (Step 6), when the defined end point P reaches the surface of the three-dimensional area, that is, not inside the solid, but a part of any face constituting the surface area of the solid, or when it reaches outside the three-dimensional area (outside the solid), the connection of the line segments is ended. Note that the procedures other than those described above are the same as those in the first embodiment, and therefore description thereof will be omitted.
[変形例4]
(所定の終了条件2)
(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための更に他の所定の終了条件(他の所定の終了条件2)について説明する。(工程4)において、終点Pにおける3個の主応力値(主値)sa~scのうちの2個の主応力値(主値)(ここでは、主応力値(主値)sa、sb。)のみが一致しその余の主応力値(主値)(ここでは、主応力値(主値)sc。)が一致しない場合には、6本の第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の全てを定義しない。その代わりに、その余の主応力値(主値)scに対応する第2線分α(ここでは、第2線分Ac。)と、その第2線分αと同一直線上逆方向に延びる第2線分β(ここでは、第2線分Ac’。)と第2線分γとを定義する。ここで、第2線分γは、終点P(点A)を通り第2線分αに直交する平面PL上に定義される所定の微小長さの線分であって、終点P(点A)を起点として放射状に延びる複数の線分のうち第1選択線分との方向余弦値が最大となるものである。
[Modification 4]
(Predetermined End Condition 2)
In (Step 7), another predetermined end condition (another predetermined end condition 2) for stopping the repetition of (Step 4) to (Step 6) and terminating the connection of the line segments will be described. In (Step 4), if only two of the three principal stress values (principal values) sa to sc at the end point P (here, principal stress values (principal values) sa and sb) match and the remaining principal stress values (principal values) (here, principal stress values (principal values) sc) do not match, all of the six second line segments Pa to Pc, Pa' to Pc' are not defined. Instead, a second line segment α (here, second line segment Ac) corresponding to the remaining principal stress value (principal value) sc, and a second line segment β (here, second line segment Ac') and a second line segment γ extending in the opposite direction on the same straight line as the second line segment α are defined. Here, the second line segment γ is a line segment of a predetermined infinitesimal length defined on a plane PL that passes through the end point P (point A) and is perpendicular to the second line segment α, and is the line segment that has the largest direction cosine value with the first selected line segment among the multiple line segments extending radially from the end point P (point A).
その余の主応力値(主値)scに対応する第2線分α、第2線分αと同一直線上逆方向の第2線分β、第2線分γの3本の第2線分と第1選択線分(ここでは、OA)とを用いて、(工程6)を実行する。(工程6)の実行の結果、第2選択線分として選択された線分が第2線分γであった場合に、線分の接続を終了する。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。 (Step 6) is performed using three second line segments, namely, the second line segment α corresponding to the remaining principal stress value (principal value) sc, the second line segment β on the same straight line as the second line segment α in the opposite direction, and the second line segment γ, and the first selected line segment (here, OA). If, as a result of performing (Step 6), the line segment selected as the second selected line segment is the second line segment γ, the connection of the lines is terminated. Note that the steps other than those described above are the same as those in embodiment 1, and therefore will not be described here.
[変形例5]
(所定の終了条件3)
(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための更に他の所定の終了条件(他の所定の終了条件3)について説明する。(工程7)において、新たに起点Oとされた点における2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)がすべて一致した場合、線分の接続を終了する。また、(工程1)の開始前に最初にユーザが選択した起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)がすべて一致した場合も、線分の接続を終了する(この場合、線分の接続方法を開始しない。)。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。
[Modification 5]
(Predetermined End Condition 3)
In (step 7), the repetition of (step 4) to (step 6) is stopped, and further other predetermined termination conditions (other predetermined termination conditions 3) for terminating the connection of the line segments are described. In (step 7), when all three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the point newly designated as the starting point O are identical, the connection of the line segments is terminated. Also, when all three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the starting point O initially selected by the user before the start of (step 1) are identical, the connection of the line segments is terminated (in this case, the method of connecting the line segments is not started). Note that the procedures other than those described above are the same as those in embodiment 1, and therefore will not be described again.
[変形例6]
(所定の終了条件4)
(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための更に他の所定の終了条件(他の所定の終了条件4)について説明する。(工程3)において定義された終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主応力値(主値)がすべて一致した場合、線分の接続を終了する。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。
[Modification 6]
(Predetermined End Condition 4)
In (Step 7), the repetition of (Step 4) to (Step 6) is stopped, and further other predetermined end conditions (other predetermined end conditions 4) for terminating the connection of the line segments are described. When all three principal stress values (principal values) of the second-order real symmetric tensor at the end point P defined in (Step 3) are the same, the connection of the line segments is terminated. Note that the procedures other than those described above are the same as those in the first embodiment, and therefore description thereof will be omitted.
[変形例7]
(所定の終了条件5)
(工程7)において、(工程4)~(工程6)の繰り返しを停止し、線分の接続を終了するための更に他の所定の終了条件(他の所定の終了条件4)について説明する。(工程7)において読み替えたことにより生成された複数の起点Oのうちいずれか2個の距離が前記所定の微小長さ以下となった場合に線分の接続を終了する。換言すれば、(工程7)において新たに起点Oとされた点が、過去に起点Oであった複数の点のうちのいずれかと線分の長さ(所定の微小長さ)以下の距離となった場合(過去に起点Oであった複数の点のうちのいずれかを中心とする半径微小長さの球体内部に存在した場合)に、線分の接続を終了する。
[Modification 7]
(Predetermined End Condition 5)
In (Step 7), a further predetermined end condition (another predetermined end condition 4) for stopping the repetition of (Step 4) to (Step 6) and terminating the connection of the line segments will be described. The connection of the line segments is terminated when the distance between any two of the multiple starting points O generated by the reinterpretation in (Step 7) becomes equal to or less than the predetermined infinitesimal length. In other words, the connection of the line segments is terminated when the point newly designated as the starting point O in (Step 7) is at a distance equal to or less than the length of the line segment (predetermined infinitesimal length) from any of the multiple points that were previously the starting points O (if the point exists within a sphere with an infinitesimal radius centered on any of the multiple points that were previously the starting points O).
なお、過去に起点Oであった複数の点は、(工程7)において新たに起点Oとされた点を含む線分に接続されている複数の線分のいずれかに含まれる点である。なお、上記に説明した手順以外は、実施形態1と同様であるので説明を省略する。The multiple points that were previously the starting point O are points included in any of the multiple line segments that are connected to the line segment that includes the point that was newly set as the starting point O in (step 7). Note that the steps other than those described above are the same as those in embodiment 1, so the explanation will be omitted.
[実施例1]
図7は、実施例1にかかる3次元領域V1を示す図である。この実施例1では、3次元領域V1は、1辺が10cmの立方体形状であって、その内部中心に直径3cmの空洞Nを有する立体形状である。
[Example 1]
7 is a diagram showing a three-dimensional region V1 according to Example 1. In this Example 1, the three-dimensional region V1 has a cubic shape with each side measuring 10 cm, and has a hollow N with a diameter of 3 cm at its center.
3次元領域V1のヤング率=200GPa、ポアソン比=0.25、3次元領域V1を所定の微小領域(四面体領域)に分割したときの分割数を94947160個としている。所定の微小領域の1辺の長さは最大値で0.92mm、最小値で0.075mmであり、平均値で0.5mmである。各々の微小領域の1辺の長さの最大値は、各々の微小領域における線分の長さ(所定の微小長さ)の最大値である。 The three-dimensional region V1 has a Young's modulus of 200 GPa, a Poisson's ratio of 0.25, and the number of divisions when the three-dimensional region V1 is divided into predetermined microregions (tetrahedral regions) is 94,947,160. The length of one side of the predetermined microregion is a maximum of 0.92 mm, a minimum of 0.075 mm, and an average of 0.5 mm. The maximum value of the length of one side of each microregion is the maximum value of the length of the line segment in each microregion (predetermined microlength).
図7に示すように、3次元領域V1に上下方向に100MPaの引張力を加えたときの2階実対称テンソルの状態を図8に示す。図8は、演算処理開始における最初の起点Oの位置を、3次元領域V1の1辺を8等分する格子状の位置(ただし、3次元領域V1の表面は除く。)に配置したときの表示例である。(工程6)としては実施形態1で説明した方法を用いている。また、各点における主応力値(主値)について、図8に示すように、-2.0×106Pa未満(負の値は圧縮を示す。)の範囲値から2.0×106Pa以上(正の値は引張を示す。)の範囲値までを黒から白までの複数階調の色分けで表示している。 As shown in FIG. 7, the state of the second-order real symmetric tensor when a tensile force of 100 MPa is applied to the three-dimensional region V1 in the vertical direction is shown in FIG. 8. FIG. 8 shows a display example in which the position of the initial starting point O at the start of the calculation process is arranged at a lattice-like position that divides one side of the three-dimensional region V1 into eight equal parts (excluding the surface of the three-dimensional region V1). The method described in the first embodiment is used for (Step 6). In addition, as shown in FIG. 8, the principal stress value (principal value) at each point is displayed in multiple gradations from black to white, ranging from a range of less than -2.0 x 10 6 Pa (negative values indicate compression) to a range of 2.0 x 10 6 Pa or more (positive values indicate tension).
なお、同じ演算処理結果を矢視方向を変えて図9及び図10に示す。図8~図10は同一の演算処理結果を表示する図であるが、図中の右上に参考となるXYZ座標を示すように、各々の矢視方向が異なる。また、図8~10と、後述する図12~14、16は、グレースケールで表示しているため、黒から白の階調表示で表されているが、これらの図面をカラー表示することももちろん可能である。その場合は、例えば青から赤の複数色で各点における主応力値(主値)を色分け表示することが可能であり、一層直感的に把握し易い表示図面とすることができる。The same calculation results are shown in Figures 9 and 10, but with the arrows viewed in different directions. Figures 8 to 10 display the same calculation results, but the arrows are viewed in different directions, as shown by the reference XYZ coordinates in the upper right corner of the figures. Also, Figures 8 to 10 and Figures 12 to 14 and 16, which will be described later, are displayed in grayscale, meaning they are shown in gradations from black to white, but it is of course possible to display these figures in color. In that case, it would be possible to display the principal stress values (principal values) at each point in multiple colors, for example from blue to red, making the displayed figures even easier to understand intuitively.
[実施例2]
図11は、実施例2にかかる3次元領域V2を示す図である。この実施例2では、3次元領域V2は、1辺が10cmの立方体形状であり、その底面に頂点Qを中心とする半径2cmの扇形の亀裂Q1を有している。
[Example 2]
11 is a diagram showing a three-dimensional region V2 according to Example 2. In this Example 2, the three-dimensional region V2 has a cubic shape with each side measuring 10 cm, and has a sector-shaped crack Q1 with a radius of 2 cm and centered at the vertex Q on its bottom surface.
3次元領域V2のヤング率=200GPa、ポアソン比=0.25、3次元領域V2を所定の微小領域(四面体領域)に分割したときの分割数を62818055個としている。所定の微小領域の1辺の長さは最大値で1.05mm、最小値で0.19mmであり、平均値で0.57mmである。各々の所定の微小領域の1辺の長さの最大値は、各々の微小領域における線分の長さ(所定の微小長さ)の最大値である。 The three-dimensional region V2 has a Young's modulus of 200 GPa, a Poisson's ratio of 0.25, and the number of divisions when the three-dimensional region V2 is divided into predetermined microregions (tetrahedral regions) is 62,818,055. The length of one side of the predetermined microregion is a maximum of 1.05 mm, a minimum of 0.19 mm, and an average of 0.57 mm. The maximum value of the length of one side of each predetermined microregion is the maximum value of the length of the line segment in each microregion (predetermined microlength).
図11に示すように、3次元領域V2に上下方向に100MPaの引張力を加えたときの2階実対称テンソルの状態を図12に示す。図12は、演算処理開始における最初の起点Oの位置を、3次元領域V2の1辺を8等分する格子状の位置(ただし、3次元領域V2の表面は除く。)に配置したときの表示例である。(工程6)としては実施形態1で説明した方法を用いている。また、各点における主応力値(主値)について、図12に示すように、0Pa未満(負の値は圧縮を示す。)の範囲値から1.5×108Pa以上の範囲値(正の値は引張を示す。)までを黒から白までの複数階調の色分けで表示している。 As shown in FIG. 11, the state of the second-order real symmetric tensor when a tensile force of 100 MPa is applied to the three-dimensional region V2 in the vertical direction is shown in FIG. 12. FIG. 12 shows a display example when the position of the initial starting point O at the start of the calculation process is arranged at a lattice-like position that divides one side of the three-dimensional region V2 into eight equal parts (excluding the surface of the three-dimensional region V2). The method described in the first embodiment is used for (Step 6). As shown in FIG. 12, the principal stress value (principal value) at each point is displayed in multiple gradations from black to white, ranging from a range value of less than 0 Pa (negative values indicate compression) to a range value of 1.5×10 8 Pa or more (positive values indicate tension).
なお、同じ演算処理結果であるが、水平面内(XY平面内)を主軸ベクトル方向とする線分を非表示とした表示例を図13及び図14に示す。図13、図14は同一の演算処理結果を表示する図であるが、図中の右上に参考となるXYZ座標を示すように、各々の矢視方向が異なる。図14では、各点における主応力値(主値)を、-1.0×108Pa未満の範囲値(負の値は圧縮を示す。)から1.0×108Pa以上の範囲値(正の値は引張を示す。)までを黒から白までの複数階調の色分けで表示している。 13 and 14 show examples of displaying the same calculation results, but with the line segments whose principal axis vector directions are in the horizontal plane (XY plane) hidden. Figures 13 and 14 show the same calculation results, but the arrow directions are different, as shown by the XYZ coordinates in the upper right corner of each figure. In Figure 14, the principal stress values (principal values) at each point are displayed in multiple gradations from black to white, ranging from values less than -1.0 x 108 Pa (negative values indicate compression) to values equal to or greater than 1.0 x 108 Pa (positive values indicate tension).
[実施例3]
図15は、実施例3にかかる3次元領域V3を示す図である。この実施例3では、3次元領域V3は、1辺が10cmの立方体形状であり、その底面に頂点Qと頂点Rとを含む辺に平行に、頂点Qから幅2cmの帯状の亀裂Q2を有している。
[Example 3]
15 is a diagram showing a three-dimensional region V3 according to Example 3. In this Example 3, the three-dimensional region V3 has a cubic shape with each side being 10 cm long, and has a band-shaped crack Q2 with a width of 2 cm from the vertex Q on its bottom surface, parallel to the side including the vertex Q and the vertex R.
3次元領域V3のヤング率=200GPa、ポアソン比=0.25、3次元領域V3を所定の微小領域(四面体領域)に分割したときの分割数を62818055個としている。所定の微小領域の1辺の長さは最大値で1.05mm、最小値で0.19mmであり、平均値で0.57mmである。各々の所定の微小領域の1辺の長さの最大値は、各々の微小領域における線分の長さ(所定の微小長さ)の最大値である。 The three-dimensional region V3 has a Young's modulus of 200 GPa, a Poisson's ratio of 0.25, and the number of divisions when the three-dimensional region V3 is divided into predetermined microregions (tetrahedral regions) is 62,818,055. The length of one side of the predetermined microregion is a maximum of 1.05 mm, a minimum of 0.19 mm, and an average of 0.57 mm. The maximum value of the length of one side of each predetermined microregion is the maximum value of the length of the line segment in each microregion (predetermined microlength).
図15に示すように、3次元領域V3に上下方向に100MPaの引張力を加えたときの2階実対称テンソルの状態を図16に示す。図16は、演算処理開始における最初の起点Oの位置を3次元領域V3の1辺を8等分する格子状の位置(ただし、3次元領域V3の表面は除く。)に配置したときの表示例である。(工程6)としては実施形態1で説明した方法を用いている。また、各点における主応力値(主値)について、図16に示すように、0Pa未満(負の値は圧縮を示す。)の範囲値から1.5×108Pa以上(正の値は引張を示す。)の範囲値までを黒から白までの複数階調の色分けで表示している。 As shown in FIG. 15, the state of the second-order real symmetric tensor when a tensile force of 100 MPa is applied to the three-dimensional region V3 in the vertical direction is shown in FIG. 16. FIG. 16 shows a display example when the position of the initial starting point O at the start of the calculation process is arranged at a lattice-like position that divides one side of the three-dimensional region V3 into eight equal parts (excluding the surface of the three-dimensional region V3). The method described in the first embodiment is used for (Step 6). As shown in FIG. 16, the principal stress value (principal value) at each point is displayed in multiple gradations from black to white, ranging from a range of less than 0 Pa (negative values indicate compression) to a range of 1.5×10 8 Pa or more (positive values indicate tension).
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものでなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本発明は、以下の趣旨を含むものとする。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention. For example, the present invention includes the following aims:
[趣旨1]
以下の(1)~(7)の工程を有する、3次元領域における線分の接続方法。
(1)3次元領域内において任意の1点として選択された起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第1線分OA、OB、OCを定義する。ここで、前記3本の第1線分は、いずれも前記起点Oから延びる所定の微小長さの線分であって、前記起点Oを中心とした右手座標系又は左手座標系のうちのいずれか一方の座標系である選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(2)前記起点Oから延びる3本の所定の微小長さの第1線分OA’、OB’、OC’を定義する。ここで、前記第1線分OA’は前記第1線分OAと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OB’は前記第1線分OBと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OC’は前記第1線分OCと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(3)6本の前記第1線分OA~OC、OA’~OC ’の中から1本の線分を第1選択線分として選択し、その両端点のうち起点Oでない方の端点を終点Pと定義する。
(4)前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第2線分Pa、Pb、Pcを定義する。ここで、前記3本の第2線分は、いずれも前記終点Pから延びる所定の微小長さの線分であって、前記終点Pを中心とする前記選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(5)前記終点Pから延びる3本の所定の微小長さの第2線分Pa’、Pb’、Pc’を定義する。ここで、前記第2線分Pa’は前記第2線分Paと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pb’は前記第2線分Pbと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pc’は前記第2線分Pcと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(6)6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’と前記第1選択線分とを用いた演算処理の結果に基づいて、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の中から前記第1選択線分に対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択し、前記第1選択線分に前記第2選択線分を接続してその余の前記第2線分を破棄する。
(7)前記第2選択線分の両端点のうち前記第1選択線分と接続された方の端点を起点Oと読み替え、反対側の端点を終点Pと読み替え、かつ、当該第2選択線分を前記第1選択線分と読み替えた後に、前記(4)~前記(6)の工程を所定の終了条件を充足するまで繰り返し実行する。
[Objective 1]
A method for connecting line segments in a three-dimensional area, comprising the following steps (1) to (7).
(1) Three first line segments OA, OB, and OC are defined that extend along the principal axis directions corresponding to three principal values of a real symmetric second-order tensor at an origin O selected as an arbitrary point within a three-dimensional region. Here, the three first line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length that extend from the origin O, and are line segments that constitute a selected coordinate system, which is either a right-handed coordinate system or a left-handed coordinate system, centered on the origin O, and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(2) Three first line segments OA', OB', and OC' of predetermined small lengths are defined, extending from the starting point O. Here, the first line segment OA' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OA on the same line, the first line segment OB' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OB on the same line, and the first line segment OC' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OC on the same line.
(3) One line segment is selected from the six first line segments OA to OC and OA' to OC' as a first selected line segment, and the end point other than the starting point O is defined as an end point P.
(4) Three second line segments Pa, Pb, and Pc are defined, which extend along the principal axis directions corresponding to the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P. Here, the three second line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length extending from the end point P, which constitute the selected coordinate system centered on the end point P and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(5) Three second line segments Pa', Pb', and Pc' of predetermined small lengths are defined, extending from the end point P. Here, the second line segment Pa' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pa on the same line, the second line segment Pb' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pb on the same line, and the second line segment Pc' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pc on the same line.
(6) Based on the result of a calculation process using the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' and the first selected line segment, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment is selected as a second selected line segment from among the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' as a second selected line segment, and the second selected line segment is connected to the first selected line segment, and the remaining second line segments are discarded.
(7) Of the two end points of the second selected line segment, the end point connected to the first selected line segment is read as a starting point O, the opposite end point is read as an end point P, and the second selected line segment is read as the first selected line segment, and then steps (4) to (6) are repeatedly executed until a specified termination condition is satisfied.
[趣旨2]
前記(3)の工程における前記第1選択線分の選択を、6本の前記第1線分OA~OC、OA’~OC ’のすべてについて実行してもよい。
[Objective 2]
The selection of the first selected line segments in the step (3) may be performed for all of the six first line segments OA to OC and OA' to OC'.
[趣旨3]
前記(1)の工程において、前記起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値のうちの2個の主値のみが一致しその余の主値が一致しない場合に、6本の前記第1線分OA~OC、OA’~OC ’を定義する代わりに、前記(3)の工程において、前記その余の主値に対応する前記所定の微小長さの第1線分又はその第1線分と同一直線上逆方向の前記所定の微小長さの第1線分のいずれかを前記第1選択線分としてもよい。
[Objective 3]
In step (1), when only two of the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the starting point O are the same and the remaining principal values are not the same, instead of defining the six first line segments OA to OC, OA' to OC', in step (3), either the first line segment of the specified infinitesimal length corresponding to the remaining principal values or the first line segment of the specified infinitesimal length collinear with and in the opposite direction to the first line segment may be set as the first selected line segment.
[趣旨4]
前記(6)の工程は、以下の(61)の工程を含んでもよい。
(61)前記第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値を、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の各々について算出し、算出された6個の方向余弦値のうち最大のものに対応する第2線分を前記第2選択線分として選択する。
[Objective 4]
The step (6) may include the following step (61).
(61) The direction cosine values between the second line segment and the first selected line segment are calculated for each of the six second line segments Pa to Pc, Pa' to Pc', and the second line segment corresponding to the maximum of the six calculated direction cosine values is selected as the second selected line segment.
[趣旨5]
前記(6)の工程は、以下の(62)及び(63)の工程を含んでもよい。
(62)前記起点Oにおける第1選択線分に対応する主値と、前記終点Pにおける前記第2線分に対応する主値と、の差分値を3本の前記第2線分Pa~Pcの各々について算出し、算出された3個の差分値のうち絶対値が最小のものに対応する第2線分を候補第2線分と定義する。
(63)前記候補第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値又は前記候補第2線分と同一直線上逆方向に延びる第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値のうち値の大きい方の方向余弦値に対応する第2線分を前記第2選択線分として選択する。
[Objective 5]
The step (6) may include the following steps (62) and (63).
(62) A difference value between a principal value corresponding to the first selected line segment at the starting point O and a principal value corresponding to the second line segment at the end point P is calculated for each of the three second line segments Pa to Pc, and the second line segment corresponding to the one having the smallest absolute value among the three calculated difference values is defined as a candidate second line segment.
(63) A second line segment corresponding to the larger of the direction cosine values between the candidate second line segment and the first selected line segment, or the direction cosine values between a second line segment extending in the opposite direction on the same straight line as the candidate second line segment and the first selected line segment, is selected as the second selected line segment.
[趣旨6]
前記(6)の工程は、以下の(64)~(69)の工程を含んでもよい。
(64)6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の中から前記終点Pを中心とした前記選択座標系を構成する任意の3本の第2線分を1組の第2選択線分群として選択し、選択可能な24組の第2選択線分群を定義する。
(65)前記第1選択線分を含み起点Oを中心とした前記選択座標系を構成する3本の第1線分を1組の第1選択線分群として選択する。ここで、当該(65)の工程の実行が初回である場合には、前記第1選択線分を含む1組の第1選択線分群を任意に選択する。
(66)前記24組のうちの1組の前記第2選択線分群と前記1組の第1選択線分群との方向余弦値を算出する。ここで、方向余弦値の算出は、前記1組の第2選択線分群と前記1組の第1選択線分群との間で、対応する線分同士について行い、算出された3個の方向余弦値の合計値を合計指標値と定義する。
(67)前記(66)の工程を24組すべての第2選択線分群について実行し、前記合計指標値が最大となる第2選択線分群を接続線分群と定義する。
(68)前記接続線分群に含まれる3本の第2線分のうち、前記第1選択線分に対応するものを第2選択線分として選択する。
(69)前記接続線分群を前記第1選択線分群と読み替える。
[Objective 6]
The step (6) may include the following steps (64) to (69).
(64) Among the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc', any three second line segments that constitute the selected coordinate system centered on the end point P are selected as a set of second selected line segment groups, thereby defining 24 selectable sets of second selected line segment groups.
(65) Three first line segments that include the first selected line segment and that form the selected coordinate system centered on the starting point O are selected as a set of first selected line segments. Here, when step (65) is executed for the first time, the set of first selected line segments that includes the first selected line segment is arbitrarily selected.
(66) A direction cosine value between one of the 24 sets of the second selected line segments and the one set of the first selected line segments is calculated, where the direction cosine values are calculated for corresponding line segments between the one set of the second selected line segments and the one set of the first selected line segments, and the sum of the calculated three direction cosine values is defined as a total index value.
(67) The step (66) is executed for all 24 pairs of second selected line segment groups, and the second selected line segment group for which the total index value is maximum is defined as a connected line segment group.
(68) Among the three second line segments included in the group of connecting line segments, the one corresponding to the first selected line segment is selected as a second selected line segment.
(69) The group of connecting lines is read as the first group of selected lines.
[趣旨7]
前記(7)の工程において、前記所定の終了条件が以下の条件1を含んでもよい。
(条件1)起点Oが前記3次元領域の表面又はその領域外に到達したこと。
[Objective 7]
In the step (7), the predetermined termination condition may include the following condition 1:
(Condition 1) The starting point O reaches the surface of the three-dimensional region or outside the region.
[趣旨8]
前記(7)の工程において、前記所定の終了条件が以下の条件2を含んでもよい。
(条件2)前記(4)の工程において、前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値のうちの2個の主値のみが一致しその余の主値が一致しない場合に、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’を定義する代わりに、以下の3本の第2線分α、β、γを定義し、
6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の代わりに前記3本の第2線分α、β、γと前記第1選択線分とを用いて前記(6)の工程を実行したときの前記第2選択線分が前記第2線分γとなったこと。ここで、
第2線分α:前記その余の主値に対応する前記所定の微小長さの第2線分
第2線分β:前記第2線分αと同一直線上逆方向に延びる前記所定の微小長さの第2線分
第2線分γ:前記終点Pを通り前記第2線分αに直交する平面上に定義される前記所定の微小長さの線分であって、前記終点Pを起点として放射状に延びる複数の線分のうち前記第1選択線分との方向余弦値が最大となる線分。
[Objective 8]
In the step (7), the predetermined termination condition may include the following condition 2:
(Condition 2) In the step (4), when only two of the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P are the same and the remaining principal values are not the same, instead of defining the six second line segments Pa to Pc, Pa' to Pc', define the following three second line segments α, β, and γ:
When step (6) is executed using the three second line segments α, β, and γ and the first selected line segment instead of the six second line segments Pa to Pc and Pa' to Pc', the second selected line segment becomes the second line segment γ.
Second line segment α: A second line segment of the specified infinitesimal length corresponding to the principal value of the remainder. Second line segment β: A second line segment of the specified infinitesimal length extending in the opposite direction on the same straight line as the second line segment α. Second line segment γ: A line segment of the specified infinitesimal length defined on a plane that passes through the end point P and is perpendicular to the second line segment α, and which is the line segment among multiple line segments extending radially from the end point P that has the largest direction cosine value with the first selected line segment.
[趣旨9]
前記(7)の工程において、前記所定の終了条件が以下の条件3を含んでもよい。
(条件3)前記(7)の工程において更新された起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値がすべて一致したこと。
[Objective 9]
In the step (7), the predetermined termination condition may include the following condition 3:
(Condition 3) All three principal values of the second-order real symmetric tensor at the origin O updated in step (7) above are consistent.
[趣旨10]
前記(7)の工程において、前記所定の終了条件が以下の条件4を含んでもよい。
(条件4)前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値がすべて一致したこと。
[Objective 10]
In the step (7), the predetermined termination condition may include the following condition 4:
(Condition 4) The three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P are all the same.
[趣旨11]
前記(7)の工程において、前記所定の終了条件が以下の条件5を含んでもよい。
(条件5)前記(7)の工程において読み替えたことにより生成された複数の起点Oのうちいずれか2個の距離が前記所定の微小長さ以下となったこと。
[Objective 11]
In the step (7), the predetermined termination condition may include the following condition 5:
(Condition 5) The distance between any two of the multiple starting points O generated by the reinterpretation in the step (7) is equal to or less than the predetermined infinitesimal length.
[趣旨12]
上記の接続方法を用いて前記所定の微小長さの前記第1選択線分と前記所定の微小長さの前記第2選択線分とを接続し、
当該接続された複数の選択線分を前記3次元領域内に描画された直線又は曲線として表示する2階実対称テンソルの表示方法。
[Objective 12]
Using the above connection method, the first selected line segment of the predetermined small length is connected to the second selected line segment of the predetermined small length;
A method for displaying a real symmetric second-order tensor, the method comprising: displaying the connected selected line segments as lines or curves drawn within the three-dimensional region.
[趣旨13]
2階実対称テンソルの表示方法は、前記第1選択線分及び前記第2選択線分を、各々に対応する主値に応じて色分けして表示してもよい。
[Objective 13]
The method for displaying a real symmetric second-order tensor may include displaying the first selected line segment and the second selected line segment in different colors according to their corresponding principal values.
[趣旨14]
コンピュータに、
上記の2階実対称テンソルの表示方法を実行させる、2階実対称テンソルの表示プログラム。
[Objective 14]
On the computer,
A program for displaying second-order real symmetric tensors that executes the above-mentioned method for displaying second-order real symmetric tensors.
Aa~Ac、Aa’~Ac’:第2線分
CSa~CSc、CSa’~CSc’:方向余弦値
da~dc:差分値
D:画面
N:空洞
O:起点
OA~OC、OA’~OC’:第1線分
P:終点
PG:テンソル表示プログラム(プログラム)
PL:平面
Q、R:頂点
Q1、Q2:亀裂
sA~sC、sa~sc:主応力値(主値)
S:コンピュータ
V1、V2、V3:3次元領域
α、β、γ:第2線分
2:CPU
4:メモリ
Aa to Ac, Aa' to Ac': second line segment CSa to CSc, CSa' to CSc': direction cosine values da to dc: difference value D: screen N: cavity O: starting point OA to OC, OA' to OC': first line segment P: end point PG: tensor display program (program)
PL: Plane Q, R: Vertex Q1, Q2: Crack sA-sC, sa-sc: Principal stress value (principal value)
S: Computer V1, V2, V3: Three-dimensional area α, β, γ: Second line segment 2: CPU
4. Memory
Claims (14)
(1)3次元領域内において任意の1点として選択された起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第1線分OA、OB、OCを定義する。ここで、前記3本の第1線分は、いずれも前記起点Oから延びる所定の微小長さの線分であって、前記起点Oを中心とした右手座標系又は左手座標系のうちのいずれか一方の座標系である選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(2)前記起点Oから延びる3本の所定の微小長さの第1線分OA’、OB’、OC’を定義する。ここで、前記第1線分OA’は前記第1線分OAと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OB’は前記第1線分OBと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第1線分OC’は前記第1線分OCと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(3)6本の前記第1線分OA~OC、OA’~OC ’の中から1本の線分を第1選択線分として選択し、その両端点のうち起点Oでない方の端点を終点Pと定義する。
(4)前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値の各々に対応する主軸方向に沿って延びる3本の第2線分Pa、Pb、Pcを定義する。ここで、前記3本の第2線分は、いずれも前記終点Pから延びる所定の微小長さの線分であって、前記終点Pを中心とする前記選択座標系を構成して3次元的に相互に直交する線分である。
(5)前記終点Pから延びる3本の所定の微小長さの第2線分Pa’、Pb’、Pc’を定義する。ここで、前記第2線分Pa’は前記第2線分Paと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pb’は前記第2線分Pbと同一直線上逆方向に延びる線分であり、前記第2線分Pc’は前記第2線分Pcと同一直線上逆方向に延びる線分である。
(6)6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’と前記第1選択線分とを用いた演算処理の結果に基づいて、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の中から前記第1選択線分に対し最も滑らかに接続可能な1本の第2線分を第2選択線分として選択し、前記第1選択線分に前記第2選択線分を接続してその余の前記第2線分を破棄する。
(7)前記第2選択線分の両端点のうち前記第1選択線分と接続された方の端点を起点Oと読み替え、反対側の端点を終点Pと読み替え、かつ、当該第2選択線分を前記第1選択線分と読み替えた後に、前記(4)~前記(6)の工程を所定の終了条件を充足するまで繰り返し実行する。 A method for connecting line segments in a three-dimensional area, comprising the following steps (1) to (7) executed by a computer .
(1) Three first line segments OA, OB, and OC are defined that extend along the principal axis directions corresponding to three principal values of a real symmetric second-order tensor at an origin O selected as an arbitrary point within a three-dimensional region. Here, the three first line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length that extend from the origin O, and are line segments that constitute a selected coordinate system, which is either a right-handed coordinate system or a left-handed coordinate system, centered on the origin O, and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(2) Three first line segments OA', OB', and OC' of predetermined small lengths are defined, extending from the starting point O. Here, the first line segment OA' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OA on the same line, the first line segment OB' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OB on the same line, and the first line segment OC' is a line segment that extends in the opposite direction to the first line segment OC on the same line.
(3) One line segment is selected from the six first line segments OA to OC and OA' to OC' as a first selected line segment, and the end point other than the starting point O is defined as an end point P.
(4) Three second line segments Pa, Pb, and Pc are defined, which extend along the principal axis directions corresponding to the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P. Here, the three second line segments are all line segments of a predetermined infinitesimal length extending from the end point P, which constitute the selected coordinate system centered on the end point P and are three-dimensionally orthogonal to each other.
(5) Three second line segments Pa', Pb', and Pc' of predetermined small lengths are defined, extending from the end point P. Here, the second line segment Pa' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pa on the same line, the second line segment Pb' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pb on the same line, and the second line segment Pc' is a line segment that extends in the opposite direction to the second line segment Pc on the same line.
(6) Based on the result of a calculation process using the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' and the first selected line segment, one second line segment that can be most smoothly connected to the first selected line segment is selected as a second selected line segment from among the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc' as a second selected line segment, and the second selected line segment is connected to the first selected line segment, and the remaining second line segments are discarded.
(7) Of the two end points of the second selected line segment, the end point connected to the first selected line segment is read as a starting point O, the opposite end point is read as an end point P, and the second selected line segment is read as the first selected line segment, and then steps (4) to (6) are repeatedly executed until a specified termination condition is satisfied.
(61)前記第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値を、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の各々について算出し、算出された6個の方向余弦値のうち最大のものに対応する第2線分を前記第2選択線分として選択する。 2. The method for connecting line segments in a three-dimensional area according to claim 1, wherein the step (6) includes the following step (61).
(61) The direction cosine values between the second line segment and the first selected line segment are calculated for each of the six second line segments Pa to Pc, Pa' to Pc', and the second line segment corresponding to the maximum of the six calculated direction cosine values is selected as the second selected line segment.
(62)前記起点Oにおける第1選択線分に対応する主値と、前記終点Pにおける前記第2線分に対応する主値と、の差分値を3本の前記第2線分Pa~Pcの各々について算出し、算出された3個の差分値のうち絶対値が最小のものに対応する第2線分を候補第2線分と定義する。
(63)前記候補第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値又は前記候補第2線分と同一直線上逆方向に延びる第2線分と前記第1選択線分との方向余弦値のうち値の大きい方の方向余弦値に対応する第2線分を前記第2選択線分として選択する。 2. The method for connecting line segments in a three-dimensional area according to claim 1, wherein the step (6) includes the following steps (62) and (63).
(62) A difference value between a principal value corresponding to the first selected line segment at the starting point O and a principal value corresponding to the second line segment at the end point P is calculated for each of the three second line segments Pa to Pc, and the second line segment corresponding to the one having the smallest absolute value among the three calculated difference values is defined as a candidate second line segment.
(63) A second line segment corresponding to the larger of the direction cosine values between the candidate second line segment and the first selected line segment, or the direction cosine values between a second line segment extending in the opposite direction on the same straight line as the candidate second line segment and the first selected line segment, is selected as the second selected line segment.
(64)6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の中から前記終点Pを中心とした前記選択座標系を構成する任意の3本の第2線分を1組の第2選択線分群として選択し、選択可能な24組の第2選択線分群を定義する。
(65)前記第1選択線分を含み起点Oを中心とした前記選択座標系を構成する3本の第1線分を1組の第1選択線分群として選択する。ここで、当該(65)の工程の実行が初回である場合には、前記第1選択線分を含む1組の第1選択線分群を任意に選択する。
(66)前記24組のうちの1組の前記第2選択線分群と前記1組の第1選択線分群との方向余弦値を算出する。ここで、方向余弦値の算出は、前記1組の第2選択線分群と前記1組の第1選択線分群との間で、対応する線分同士について行い、算出された3個の方向余弦値の合計値を合計指標値と定義する。
(67)前記(66)の工程を24組すべての第2選択線分群について実行し、前記合計指標値が最大となる第2選択線分群を接続線分群と定義する。
(68)前記接続線分群に含まれる3本の第2線分のうち、前記第1選択線分に対応するものを第2選択線分として選択する。
(69)前記接続線分群を前記第1選択線分群と読み替える。 2. The method for connecting line segments in a three-dimensional area according to claim 1, wherein the step (6) includes the following steps (64) to (69).
(64) Among the six second line segments Pa-Pc, Pa'-Pc', any three second line segments that constitute the selected coordinate system centered on the end point P are selected as a set of second selected line segment groups, thereby defining 24 selectable sets of second selected line segment groups.
(65) Three first line segments that include the first selected line segment and that form the selected coordinate system centered on the starting point O are selected as a set of first selected line segments. Here, when step (65) is executed for the first time, the set of first selected line segments that includes the first selected line segment is arbitrarily selected.
(66) A direction cosine value between one of the 24 sets of the second selected line segments and the one set of the first selected line segments is calculated, where the direction cosine values are calculated for corresponding line segments between the one set of the second selected line segments and the one set of the first selected line segments, and the sum of the calculated three direction cosine values is defined as a total index value.
(67) The step (66) is executed for all 24 pairs of second selected line segment groups, and the second selected line segment group for which the total index value is maximum is defined as a connected line segment group.
(68) Among the three second line segments included in the group of connecting line segments, the one corresponding to the first selected line segment is selected as a second selected line segment.
(69) The group of connecting lines is read as the first group of selected lines.
(条件1)起点Oが前記3次元領域の表面又はその領域外に到達したこと。 2. The line segment connecting method according to claim 1, wherein in the step (7), the predetermined termination condition includes the following condition 1:
(Condition 1) The starting point O reaches the surface of the three-dimensional region or outside the region.
(条件2)前記(4)の工程において、前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値のうちの2個の主値のみが一致しその余の主値が一致しない場合に、6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’を定義する代わりに、以下の3本の第2線分α、β、γを定義し、
6本の前記第2線分Pa~Pc、Pa’~Pc ’の代わりに前記3本の第2線分α、β、γと前記第1選択線分とを用いて前記(6)の工程を実行したときの前記第2選択線分が前記第2線分γとなったこと。ここで、
第2線分α:前記その余の主値に対応する前記所定の微小長さの第2線分
第2線分β:前記第2線分αと同一直線上逆方向に延びる前記所定の微小長さの第2線分
第2線分γ:前記終点Pを通り前記第2線分αに直交する平面上に定義される前記所定の微小長さの線分であって、前記終点Pを起点として放射状に延びる複数の線分のうち前記第1選択線分との方向余弦値が最大となる線分。 2. The method for connecting line segments according to claim 1, wherein in the step (7), the predetermined termination condition includes the following condition 2:
(Condition 2) In the step (4), when only two of the three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P are the same and the remaining principal values are not the same, instead of defining the six second line segments Pa to Pc, Pa' to Pc', define the following three second line segments α, β, and γ:
When step (6) is executed using the three second line segments α, β, and γ and the first selected line segment instead of the six second line segments Pa to Pc and Pa' to Pc', the second selected line segment becomes the second line segment γ.
Second line segment α: A second line segment of the specified infinitesimal length corresponding to the principal value of the remainder. Second line segment β: A second line segment of the specified infinitesimal length extending in the opposite direction on the same straight line as the second line segment α. Second line segment γ: A line segment of the specified infinitesimal length defined on a plane that passes through the end point P and is perpendicular to the second line segment α, and which is the line segment among multiple line segments extending radially from the end point P that has the largest direction cosine value with the first selected line segment.
(条件3)前記(7)の工程において更新された起点Oにおける2階実対称テンソルの3個の主値がすべて一致したこと。 2. The line segment connecting method according to claim 1, wherein in the step (7), the predetermined termination condition includes the following condition 3:
(Condition 3) All three principal values of the second-order real symmetric tensor at the origin O updated in step (7) above are consistent.
(条件4)前記終点Pにおける2階実対称テンソルの3個の主値がすべて一致したこと。 2. The line segment connecting method according to claim 1, wherein in the step (7), the predetermined termination condition includes the following condition 4:
(Condition 4) The three principal values of the second-order real symmetric tensor at the end point P are all the same.
(条件5)前記(7)の工程において読み替えたことにより生成された複数の起点Oのうちいずれか2個の距離が前記所定の微小長さ以下となったこと。 2. The method for connecting line segments according to claim 1, wherein in the step (7), the predetermined termination condition includes the following condition 5.
(Condition 5) The distance between any two of the multiple starting points O generated by the reinterpretation in the step (7) is equal to or less than the predetermined infinitesimal length.
当該接続された複数の選択線分を前記3次元領域内に描画された直線又は曲線としてコンピュータにより表示する2階実対称テンソルの表示方法。 The method for connecting lines according to any one of claims 1 to 11 is used to connect the first selected line segment of the predetermined small length and the second selected line segment of the predetermined small length;
The method comprises displaying the connected selected line segments as lines or curves drawn within the three-dimensional region by a computer .
請求項12又は請求項13に記載の2階実対称テンソルの表示方法を実行させる、2階実対称テンソルの表示プログラム。
On the computer,
A display program for a second-order real symmetric tensor, which causes execution of the display method for a second-order real symmetric tensor according to claim 12 or 13.
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