クライアントは、遠隔PCとユーザPCで通信して可視化を分散処理するクライアント・サーバモード(以降、クラサバモードと表記)と、生成済みの粒子データを表示するスタンドアロンモードで動作する。 クラサバモードでは、サーバの可視化結果として送信される粒子データを受信し、OpenGLを用いて描画する。 また、サーバがボリュームレンダリングを行う際の可視化パラメータを入力し、サーバへ送信する。 クライアントとサーバ間のデータの送受信は任意のポート番号によるソケット通信で行う。 スタンドアロンモードでは、サーバがバッチモードで出力した粒子データファイルを読み込んで表示する。 サーバの起動方法はサーバに遠隔PCとユーザPCのソケット通信方法はチュートリアルに記載する。

起動後のクライアントプログラムは可視化結果を表示するだけでなく、可視化パラメータを対話的に制御できるGUIを提供する。

可視化結果が表示される。

【操作方法】

• 回転:マウスで左ドラッグ
• 移動:マウスで右ドラッグ
• 拡大・縮小:マウスでShift + 左ドラッグもしくはマウスホイール押下 + ドラッグ
• リセット:Homeボタン(Macでは fn + left arrow)

【表示内容】

• ColorMapBar:指定されている色伝達関数を表示する
• FPS:フレームレート(frame/sec)
• Time Step:現在表示中のタイムステップ
• Orientation Axis

【表示内容】

• Current Time Step:現在表示中のタイムステップ

• Next Time Step:次に表示する予定のタイムステップを指定する

• Min:タイムステップの区間(最小タイムステップ)を指定する

• Max:タイムステップの区間(最大タイムステップ)を指定する

• (Min:,Max):登録されているオブジェクトの最小最大タイムステップ

• Step Interval:再生時の更新間隔を指定する

• Total Particles:表示されている粒子オブジェクトの総粒子数を表示する

• Color Function:スクリーンに表示する

• 最小ステップの表示:区間内の最小ステップを表示する

• 前ステップの表示:現在表示中のステップから一つ前のステップを表示する

• 逆再生:現在表示中のステップから逆再生を行う

• 再生:現在表示中のステップから再生を行う

• 次ステップの表示:現在表示中のステップから次のステップを表示する

• 最大ステップの表示:区間内の最小ステップを表示する(長押しで最新ステップで更新し続ける)

• 任意のステップの表示:Next Time Stepに入力されているタイムステップを表示する

• ループ:ループの有効を切り替える

• ColorMapBar(チェックボックス):カラーマップバーの表示/非表示を指定する
• ColorMapBar(Caption):カラーマップバーのキャプションを指定する
• OrientationAxis(チェックボックス):オリエンテーションボックスの表示/非表示を指定する
• OrientationAxis(AxisType):オリエンテーションボックスの軸タイプを指定する
• OrientationAxis(BoxType):オリエンテーションボックスのボックスタイプを指定する
• BackGroundColor:スクリーンの背景色を指定する
• Width:スクリーンの解像度(横)を指定する
• Height:スクリーンの解像度(縦)を指定する
• Show FPS:FPSの表示/非表示を指定する
• Show TimeStep:TimeStepの表示/非表示を指定する
• Font:フォントの色を指定する
• Apply:内容を適用する
• Cancel:内容を破棄してパネルを閉じる
• OK:内容を適用してパネルを閉じる

• Mode:CS/ISの通信を指定する
• Sampling Type:サンプリングタイプを指定する
• Port:ポート番号を指定する
• Volume Data Dile Path:ボリュームデータを指定する
• Transfer Function File Path:伝達関数ファイルを指定する
• Cancel:通信せずパネルを閉じる
• Connect:設定した内容で通信を開始する

データプロパティでは、入力されたフィルタ処理済みのボリュームデータの情報を表示する。

• Filter Parameter File:ボリュームデータのパスを表示する(pfiまたはpflファイル)
• Vector Number:ボリュームデータに含まれる変数の数
• All Elements:ボリュームデータの要素数
• Sub volume:ボリュームデータの分割数
• Element Type:ボリュームデータを構成する要素タイプ
• All Nodes:ボリュームデータの頂点数
• Step Number:ボリュームデータのタイムステップ数
• File Type:フィルタの分割形式
• 3D Extent:ボリュームデータのX、Y、Z座標の最小最大値

伝達関数エディタでは、物理値に割り当てられる色および不透明度を定義する伝達関数が作成できる。 通常のボリュームレンダリングでは伝達関数は1つの物理量のみによって定義されるがPBVRでは

1. 色と不透明度に独立な変量を割り当てる。
2. 各変量を座標X、Y、Z、変量q1、q2、q3...の任意の関数式で定義
3. 1次元伝達関数の色関数をC1、C2、...、不透明度関数をO1、O2、...で定義し、さらにそれら任意の関数式で合成して多次元伝達関数を定義

という、新たな伝達関数設計を可能にしたことで、極めて自由度の高い可視化処理を実現した。

• Number of Transfer Functions:作成可能な伝達関数の制限数を指定する。
• Exportボタン:作成した伝達関数をファイルに保存する
• Importボタン:作成した伝達関数ファイルを読み込む
• Applyボタン:作成した伝達関数ファイルを適用する

• Synthesizer:色関数C1~C[N]による合成式を指定する※1
• Function:編集する色関数C1~C[N]を選択する
• ...ボタン:Color Function Editorを表示して選択中の色関数C1~C[N]の引数となる合成変量を作成する

• C[N] Min:Max: 合成変量に対して、色関数を割り当てる最小最大値を指定する
• C[N] Server side Range Min:Max: 合成変量の最小最大値を表示する
• 同期ボタン:有効時、強制的にC[N]Server side Range Min:Maxの値が採用される。
• Edit Color Map:選択中の色関数に対するカラーマップを作成するためのColor Map Editorを開く
• ヒストグラム:C[N]Min:Maxで指定した最小最大値の範囲のヒストグラムが表示される

• Synthesizer:不透明度関数O1~O[N]による合成式を指定する※1
• Function:編集する不透明度関数O1~O[N]を選択する
• ...ボタン:Opacity Function Editorを表示して選択中の不透明度関数O1~O[N]の引数となる合成変量を作成する

• O[N] Min:Max: 合成変量に対して、不透明度関数を割り当てる最小最大値を指定する
• O[N] Server side Range Min:Max: 合成変量の最小最大値を表示する
• 同期ボタン:有効時、強制的にO[N]Server side Range Min:Maxの値が採用される。
• Edit Opacity Map:選択中の不透明度関数に対するオパシティマップを作成するためのOpacity Map Editorを開く
• ヒストグラム:O[N]Min:Maxで指定した最小最大値の範囲のヒストグラムが表示される

【代数式で使用可能な演算子】
+, -, , /, ^, sqrt(), cbrt(), log(), log10(), exp(), abs(), floor(), ceil(), sin(), cos(), tan(), asin(), sinh(), cosh(), tanh(), asinh(), acosh(), atanh(), heavi(), rectfunc() Binary functions: sigmoid(,), gauss(,), min(,), max(,)

※1:[N]はNumber of Transfer Functionsで指定した伝達関数の制限数の値である。

Color Function Editorではユーザが指定した代数式を使用して物理量を合成できる。 合成した物理量は色関数C1~C[N]の引数となる。 代数式で使用できる変量の名称は以下に示される。

• 物理量:q1、q2、q3、...q[N]
• 座標値:X、Y、Z

• Color Function List:作成されている伝達関数を表示する
• f(algebraic formula):伝達関数C[N]に対応するf(変数)を入力する
• Cancel:設定を反映せず本パネルを閉じる
• OK:設定を反映して本パネルを閉じる

Opacity Function Editorではユーザが指定した代数式を使用して物理量を合成できる。 合成した物理量は色関数O1~O[N]の引数となる。 代数式で使用できる変量の名称は以下に示される。

• 物理量:q1、q2、q3、...q[N]
• 座標値:X、Y、Z

• Opacity Function List:作成されている伝達関数を表示する
• f(algebraic formula):伝達関数O[N]に対応するf(変数)を入力する
• Cancel:設定を反映せず本パネルを閉じる
• OK:設定を反映して本パネルを閉じる

PresetsではC1~C[N]に対応するカラーマップをあらかじめ用意されているカラーマップから選択できる

Freeform CurveではC1~C[N]に対応するカラーマップをマウスによる自由曲線入力で作成できる。

• Selected Drawing Color:上塗りする色を選択できる
• Resetボタン:編集前のカラーマップバーに戻す
• Undoボタン:マウスの操作を一つ取り消す
• Redoボタン:取り消したマウス操作を再実行する

ExpressionではC1~C[N]に対応するカラーマップを数式記述で作成できる

• R:色のR成分の色関数式を代数式で記述する
• G:色のG成分の色関数式を代数式で記述する
• B:色のB成分の色関数式を代数式で記述する

色関数の変数はxであり色関数の定義域は0から1の範囲である。

Control PointsではC1~C[N]に対応するカラーマップバーを制御点指定で作成できる

• Number of Control Points:制御点の個数を指定する
• Point:制御点の値を指定する
• Red:制御点の値に対応する色のR成分を指定する
• Green:制御点の値に対応する色のG成分を指定する
• Blue:制御点の値に対応する色のB成分を指定する

各制御点は区分線形関数で補間される、また定義域は0から1の範囲である。

Freeform CurveタブではO1~O[N]に対応するオパシティマップをマウスによる自由曲線入力で作成できる。

ExpressionではO1~O[N]に対応するオパシティマップを数式記述で作成できる

Control PointsではO1~O[N]に対応するオパシティマップバーを制御点指定で作成できる

伝達関数エディタにおける伝達関数合成、変量合成、カラーマップ曲線、不透明度曲線の入力に使用される関数エディタで使用できる組み込み関数は以下の通り。

PBVRはボリュームレンダリングと他オブジェクトとの合成表示機能をサポートしている。 サポートされているフォーマットは以下の通りである。

※1 3ds、fbxフォーマットの読み込みに関してはassimpライブラリ,FBXSDKをインストールした状態でクライアントプログラムをビルドすることにより利用可能になる。
本機能は以下の命名規則に従う1タイムステップにつき1ファイルに分割されたローカルファイルを処理する機能である。

prefix_XXXXX.format ※1

※1 XXXXXは5桁表示のタイムステップ数

• Files:登録されているサーバオブジェクト・ローカルオブジェクトを表示する。
• Display:オブジェクトの表示/非表示を切り替える
• Keep Initial:開始タイムステップが異なるデータを統合表示する際に時系列の開始前に先頭タイムステップのデータを表示する
• Keep Final:終了タイムステップが異なるデータを統合表示する際に時系列の終了後に最終タイムステップのデータを表示する
• Format:登録されているオブジェクトのフォーマットを表示する
• Color:テクスチャ無しポリゴンの色を指定する
• Opacity:テクスチャ無しポリゴンの不透明度を指定する
• Remove:Apply時にオブジェクトを削除する
• ...ボタン:ローカルファイルをファイルブラウザから指定する
• Export:サーバ粒子をローカルに保存する
• Centering:スクリーンに表示されているオブジェクトが画面内に収まるように表示する
• Apply:Filesの情報を適用する

タイムステップが異なるデータを統合した場合の動作を下図(サーバ側:1~4タイムステップ、クライアント側:0~3タイムステップの粒子データがある場合)で説明する。

サーバ、クライアントのディスプレイがチェックされている場合、全てのステップが表示対象となる。

サーバのKeep Initial Stepがチェックされている場合、サーバの最初のタイムステップが表示され続ける。

クライアントのKeep Final Stepがチェックされている場合、最後のタイムステップが表示され続ける。

アニメーションコントロールパネルでスクリーンに表示している内容をキャプチャして保存し、動画として再生できる。

• キーフレームアニメーション
  スクリーンに表示した内容に対応するスクリーン情報を任意のタイミングでキーフレームとして保存する。 保存した一連のキーフレームは動画して再生される。

【キーフレームをキャプチャし、ファイルを保存する】

1. スクリーンウィンドウをクリックしてアクティブにする。
2. キーフレームとしてキャプチャしたい描画内容に対してキーボードの[x]キーを押す。これにより[x]キーを押した時点の描画内容に対するビュー情報をキーフレームとしてメモリ上に保存する。
3. 2.の操作を必要な分だけ繰り返す。
4. キーボードの[M](Shift + m)キーを押す。これによりメモリ上に保存したキーフレームアニメーションを再生する。
5. 再生内容に問題がなければキーボードの[S][Shift + s]を押して、キーフレームファイルに保存する。

【キーフレームをキャプチャし、ファイルを保存する】

1. キーボードの[L](Shift + l)キーを押してキーフレームが保存されているファイルを指定する。
2. スクリーンウィンドウをクリックしてアクティブにする。
3. キーボードの[M](Shift + m)キーを押す。これによりメモリ上に保存したキーフレームアニメーションを再生する。

以下にアニメーションコントロールで使用できるキーバインドを示す。

キーフレーム情報を保存するファイルはバイナリ形式である。 そのファイルフォーマットを以下に示す。

キーフレームデータの詳細を下に示す。

• Density:画像の濃さに影響する粒子密度を指定する。
• Limit:伝達関数誤指定による粒子数の爆発を避けるため、サーバプログラム側で生成する粒子データサイズの上限値を指定する。 粒子数がこの上限を超える場合、サーバプログラムは自動的に画質を下げて粒子数が指定した上限に収まるように調整する。
• Data-Size Limit:伝達関数誤指定による粒子数の爆発を避けるため、サーバプログラム側で生成する粒子データサイズの上限値を指定する。 単位は[GB]。 粒子データサイズが指定した上限を超える場合、粒子生成を強制的に停止する。

• Coordinate 1:新たなX軸を決定する式を入力する。空白は「X」を意味する。
• Coordinate 2:新たなY軸を決定する式を入力する。空白は「Y」を意味する。
• Coordinate 3:新たなZ軸を決定する式を入力する。空白は「Z」を意味する。

Coordinate 1~3のテキストボックスには、座標軸の変換式を設定できる。 式中に記述できる変数は、元の座標値(X、Y、Z)、物理量(q1、q2、...、q9)および時刻(T)である。 X、Y、Z、Tについては、大文字/小文字を区別しない。 また、式中に記述できる演算は伝達関数エディタと同じである。 指定した物理量がデータ中に存在しない場合は0として評価される。

Coordinate 1~3のテキストボックスは変換式を記述後、Applyボタンを押すと変換が反映される。

• Current Repetition Level:現在設定されているリピートレベルが表示される
• Next Repetition Level:設定する予定のリピートレベルを指定する
• Apply:指定したリピートレベルを反映する

• Size:ポイントオブジェクトの粒子サイズを指定する

• None:シェーディングを無効にする

• Lambert:ランバートシェーディングを適用する

• Phong:フォンシェーディングを適用する

• BlinnPhong:ブリン・フォンシェーディングを適用する

• Ambient(Ka):環境反射係数を指定する

• Diffuse(Kd):拡散反射係数を指定する

• Specular(Ks):鏡面反射係数を指定する(Phong、BlinnPhongのみ)

• Shininess(S)::光沢度を指定する(Phong、BlinnPhongのみ)

• Translation:オブジェクトのX、Y、Z方向の並行移動を指定する
• Scale:オブジェクトの拡大率を指定する
• Rotation:オブジェクトのX軸、Y軸、Z軸それぞれに関する回転角(度数)を指定する
• Apply:入力されている値を適用する

VR空間ないの操作にVRコントローラの以下のスティック/ボタン/トリガーを使用する。

• 移動(フライスルー) スティック前後でVRコントローラの向きに対応して前進、後退、左右で首振り方法への回転

オブジェクトの操作方法

• 回転 左右のIndexトリガーを引いた状態で左右のコントローラを回す。

• 移動 左右のIndexトリガーを引いた状態で左右のコントローラを移動する。

• 拡大 左右のIndexトリガーを引いた状態で左右のコントローラを近づける。

• 縮小 左右のIndexトリガーを引いた状態で左右のコントローラを離す。

• Glyph Type: グリフの形状を変更する。(Arrow,Diamond,sphere)

• Scale Factor: グリフの大きさを一律で変更する。

• Direction: グリフの「方向」の定義を変数q1 ~ qNの中から3つ選択する。

• Size グリフの「大きさ」の定義を以下の3つから選択できる。

  • Constant: 全て同じ大きさ
  • Variables Array: 変数q1 ~ qNの中から1 ~ N個以上選択する。
  • Number of variable:使用する変数の個数を選択選択できる。

• Distribution グリフの配置方法を選択する。

  • Uniform Distribution:一様乱数でグリフを配置する。
    • Number of Sample Points:生成するグリフ数を選択する。
    • Seeds:乱数のシードを任意の整数で入力する。
  • All Points:全格子点上にグリフを配置する。
  • Every Nth Points:格子点上のN個おきにグリフを配置する。
    • Stride:Nの値を任意の整数で入力する。(上限値10000)

• Color Data グリフの「色」を定義するカラーマップを作成

  • Constant: 全て同じ色(白色)
  • Variables Array: 変数q1 ~ qNの中から1 ~ N個以上選択する。
  • Number of variable:使用する変数の個数を選択選択できる。
  • Applyボタン:設定を反映する。

• Resolution: グラフの解像度
• Start Point: 線分の始点
• End Point: 線分の終点
• Applyボタン:設定を反映する。