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UC-win/Roadの「火と煙の機能」と仕組みの簡単な概要と、この機能を使う際の考え方や設定のコツをご紹介します。
1）火と煙の機能の概要
- 火と煙の機能では、多数のパーティクル（粒子）により火や煙を3次元表示する仕組みを使用して、火や煙のVR表現を行います。各パーティクルは、位置、速度、生存時間などの計算に必要な要素と、色、テクスチャ、不透明度などの描画に必要な要素を持っており、テクスチャを貼った点として、不透明度をもとに、背景の色とパーティクルの色を合成して描画されます。これらの要素をうまく調整することで、多数のパーティクルの集まりが、あたかも火や煙のように見えるのです。
これらの要素は、UC-win/Roadの火、煙の編集画面でパラメータとして調整し、火や煙の動きや見え方を任意に調整できます。
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| ▲煙突から出る煙の表現 |
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▲火の粉が飛び散る炎の表現 |
2）火と煙の機能の各要素と考えかた
- 火と煙の機能の各パラメータの値は、「火、煙の編集画面」で詳しく設定できます。代表的なパラメータの考え方を次に説明します。
- 各パーティクルの動きの式
各パーティクルの運動の式は、基本的には以下の単純な物理方程式で表されます。
pがパーティクルの3次元位置、vがパーティクルの速度、tは生成されてからの経過時間になります。この式で、パーティクルの位置が生成されてから消滅するまで変化します。
ただし、各パーティクルの速度や、生成から消滅までの生存時間は乱数で別々に設定されているため、違った動きをします。これらの乱数の値の範囲は、設定画面で設定します。
また、火で「炎の形」チェックボックスにチェックを入れたときは、生成されたパーティクルが消滅するまでに、X、Zの値が中央に収束するように自動計算され加速度が加えられます。
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| ▲火、煙の編集画面 |
- パーティクル数と大きさの設定
パーティクル数を多くすると、表示される結果の密度が大きくなり、少なくすると密度が小さくまばらになります。また、パーティクルの大きさを大きく設定すると全体につぶれた感じになり、小さくすると、たとえば火の粉のように細かい粒子になります。
- 視点位置からの減衰係数
視点位置からの距離が離れるほど、粒子を小さく描画するための調整パラメータです。この減衰係数は以下の式で表されます。dは視点位置からの距離で、編集画面ではa、b、cの各値を設定します。これらの値を大きく設定するほど、ひとつひとつの粒子が大きく補正されます。
- 速度と生存時間の設定
速度を大きくすると、各パーティクルが速く動くので、同じ生存時間なら生成から消滅までの移動量が大きくなり、火や煙は全体に大きくなります。また、最小値と最大値の差を大きくすると、範囲が大きくなって変化がつきますが、小さくするとすべてのパーティクルが同じ速度で移動するので、一定の方向にのみ動くようになります。
一方、生存時間を大きく設定すると生成から消滅まで時間がかかるので、同じ速度なら火や煙は大きくなります。逆に、小さくすると火や煙は小さくなります。
- 色、テクスチャの設定
色とテクスチャで決まるパーティクルの色をRs Gs Bs（R、G、Bはそれぞれ赤、緑、青の色の三原色）、不透明度をAs、背景の色をRd
Gd Bdとすると、結果の色R G Bは次の式で表されます。色・不透明度のそれぞれの要素は、0から1の範囲で、値が大きくなるほど明るくなります。
3）火や煙の設定のコツ
- まず、設定画面右側の形状設定用の操作パネルと速度ファクタで、全体の大まかな設定をします。形状設定用の操作パネルでは、形状の高さ（Y方向）、XまたはZ方向の幅を設定できます。XY方向の形状の設定をするか、ZY方向の設定するかは、パネルの横の「面」ラジオボタンで選択します。
また、座標軸の描画チェックボックスにチェックを入れることで、プレビュー画面に座標軸を表示できます。速度ファクタは、形状を変えずに火や煙の動きの速さを変更するのに使用します。左に行くほど遅く、右に行くほど速くなり、リセットボタンを押すと元に戻せます。
次に、表示されている火や煙の変化を見ながら、各パラメータの値を調整します。このとき、値を少しずつ変更します。ただし、パラメータを変えるとどう変化するかがわかりにくい場合は、少し大きめに変更してみてから元に戻し、少しずつ変更していくとよいでしょう。
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| ▲形状と速度ファクタの設定 |
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深礎フレームのなぜ？ 解決フォーラム |
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深礎基礎の計算は、地盤抵抗に支持された面内ラーメン骨組として計算します。
なお、杭を結ぶ梁部材は、フーチングを有する深礎基礎の場合には剛梁として、ラーメン式深礎基礎の場合には梁・柱の剛性を評価して計算します。節点間隔50cmを標準とし、地盤抵抗を節点バネとしてモデル化した骨組を用いますが、この際に考慮する地盤バネは以下に示すとおり算出します。
■水平バネ（ＫＨ）
ｋＨθμ；斜面および隣接基礎の影響を考慮した水平方向地盤反力係数（kN/m3）
Ｄｅ；杭の有効載荷幅（ｍ）（周面摩擦を考慮する場合0.8Ｄ、考慮しない場合Ｄ）
ΔＬ；バネ間隔長さ（ｍ）
■底面鉛直バネ（Ｋｖ）・・・・・・有効載荷面積を考慮
ｋｖ；鉛直地盤反力係数(kN/m3)
Ａ'；杭底面の有効載荷面積(m2)
■底面回転バネ（Ｋｒ）・・・・・・有効載荷面積を考慮
Ｉ'；杭底面の有効載荷面積の断面２次モーメント（m4）
■底面せん断バネ（Ｋｓ）・・・・・・有効載荷面積を考慮
ｋｓ；杭底面せん断地盤反力係数（kN/m3）
Ａ'；基礎底面の有効載荷面積（m2）
■杭周面水平方向せん断地盤バネ（ＫＳＨＤ）
ｋＳＨＤ；杭周面の水平方向せん断地盤反力係数（kN/m3）
Ｄｅ；基礎の有効載荷幅（ｍ）(0.8×Ｄ)
ΔＬ；バネ間隔長さ（ｍ）
なお、kＳＨＤは杭側面のせん断地盤反力度の上限値を考慮して用います。
■杭周面鉛直方向せん断地盤バネ（ＫＳＶＢ、ＫＳＶＤ）
ｋＳＶＢ；杭前背面の鉛直方向せん断地盤反力係数（kN/m3）
ｋＳＶＤ；杭側面の鉛直方向せん断地盤反力係数（kN/m3）
Ｄｅ；基礎の有効載荷幅（ｍ）（0.8×Ｄ）
ΔＬ；バネ間隔長さ（ｍ）
なお、ＫＳＶＢ、ＫＳＶＤは杭前背面および側面のせん断地盤反力度の上限値を考慮して用います。
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UC-win/FRAME（3D）では、「マージ」もしくは「要素のコピー」という方法で、要素を1回のみコピーする機能がありましたが、Engineer's
Studio（R）では、この機能が拡張され、複数のコピーを一度の操作で行えるようになりました。 図1のような1本の柱を例として説明してみましょう。この部材に対して複数コピー機能を用います。
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| ▲図1 コピー前のモデル |
複数コピーは座標系に対して行われます。Engineer's Studio（R）では、ユーザが自由に座標系を作成・追加でき、原点座標や全体座標系に対する回転角を設定することができます（図2）。
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| ▲図2 座標系の設定 |
次に要素を選択し、「コピー」リボン、「貼付け」リボンの順に押すと、コピー元の座標系である「ソース座標系」と貼付け先である「ターゲット座標系」が選択できる「マージプロパティ」ダイアログが表示されます（図3）。続いて、ターゲット座標系の中の「全体座標系」のチェックを外し、「マージ」ボタンを押します。
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| ▲図3 マージプロパティ |
全体表示すると、ターゲット座標系へのコピーが完了していることが確認できます（図4）。最も右側の柱は、設定したとおり鉛直軸周りに30°回転していることが分かります。
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| ▲図4 複数コピー後のモデル |
今回ご紹介した機能は、梁要素だけではなく平板要素にも使用できます。
また、同一の構造物が連続している場合のみならず、不規則に配置されている場合にも対応可能です。ぜひ、ご活用ください。 |
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