地球観測データ三次元可視化ライブラリとレーダ雨量情報への応用

DEIM Forum 2016 E7-2

地球観測データ三次元可視化ライブラリとレーダ雨量情報への応用

根本 利弘

†

喜連川 優

‡

†東京大学 地球観測データ統融合連携研究機構/生産技術研究所 〒153-8505 東京都目黒区駒場 4-6-1

‡国立情報学研究所/東京大学 生産技術研究所 〒153-8505 東京都目黒区駒場 4-6-1

E-mail: †[email protected], ‡[email protected]

あらまし 地球観測データを対象とした三次元データの可視化ライブラリについて紹介する．当ライブラリは地 球観測データの三次元可視化機能に加え，X 軸，Y 軸，Z 軸の切断面の二次元画像表示，地形，地図の表示等，三 次元地球観測データの解析に有効な機能を有する．three.js を用い，JavaScript により記述されており，最新の Google Chrome 等の Web ブラウザ上で動作する．当ライブラリの機能を紹介するとともに，レーダによる雨量情報の表示 システムへの適用について紹介する． キーワード 地球観測データ，三次元可視化

1. は じ め に

地 球 温 暖 化 長 期 予 測 デ ー タ や 気 象 予 測 デ ー タ な ど の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 出 力 デ ー タ ， 降 雨 レ ー ダ に よ る 地 上 や 衛 星 か ら の 観 測 デ ー タ な ど ， 地 表 面 だ け で な く ， 鉛 直 方 向 に も 情 報 を 有 す る 三 次 元 の 地 球 観 測 デ ー タ が 数 多 く 提 供 さ れ る よ う に な っ た ． こ れ ら 地 球 環 境 デ ー タ は イ ン タ ー ネ ッ ト を 通 じ て 容 易 に 入 手 可 能 な も の も 少 な く な い が ， 利 用 者 が 容 易 に 使 用 で き る 三 次 元 可 視 化 環 境 が 必 ず し も 十 分 で な い た め ， 利 用 者 の 多 く は そ れ ら の デ ー タ の 水 平 断 面 ， 垂 直 断 面 を 二 次 元 画 像 と し て 可 視 化 す る に 留 ま っ て い る ． 地 球 環 境 デ ー タ を 取 り 扱 う こ と が 可 能 な 三 次 元 可 視 化 ソ フ ト ウ ェ ア と し て は ， フ リ ー ウ ェ ア ， 有 償 の ソ フ ト ウ ェ ア を 含 め て い く つ か あ る が ， そ れ ら の 大 部 分 は 利 用 者 側 の コ ン ピ ュ ー タ に イ ン ス ト ー ル し て 動 作 す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア で あ る ． デ ー タ を 可 視 化 す る た め の パ ラ メ ー タ は 利 用 者 自 ら が 決 定 し ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン へ 入 力 す る こ と に よ っ て 可 視 化 さ れ る ． 最 適 な 可 視 化 の た め に は 対 象 と す る 地 球 環 境 デ ー タ に 関 す る 専 門 知 識 も 必 要 と さ れ ， 必 ず し も 容 易 に 三 次 元 可 視 化 さ れ た 結 果 を 得 る こ と が で き な い ． 我 々 は ， 地 球 環 境 に 関 連 す る 様 々 な デ ー タ を 統 合 ・ 解 析 し ， 地 球 環 境 問 題 を 解 決 す る シ ス テ ム と し て ， デ ー タ 統 合・解 析 シ ス テ ム（ DIAS）[1]の 構 築 を 行 っ て き た ． DIAS で は ， 地 球 環 境 お よ び 社 会 経 済 デ ー タ 等 の デ ー タ セ ッ ト ば か り で な く ， WWW を 通 じ て こ れ ら デ ー タ を 利 用 し ， 解 析 を 行 う た め の ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 提 供 も 行 っ て い る ． ア プ リ ケ ー シ ョ ン と デ ー タ と を 一 体 と し て 提 供 す る こ と に よ り ， 利 用 者 に ワ ン ス ト ッ プ で デ ー タ に 適 し た 可 視 化 環 境 を 提 供 す る こ と が 可 能 で あ る ． 本 稿 で は ，我 々 が 現 在 開 発 を 進 め て い る WWW 環 境 を 通 じ て イ ン タ ラ ク テ ィ ブ に 利 用 可 能 な 三 次 元 可 視 化 環 境 を 実 現 す る た め の 地 球 環 境 デ ー タ を 対 象 と し た 三 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ に つ い て 述 べ る ． 本 ラ イ ブ ラ リ は ，three.js を 利 用 し ，JavaScript に よ り 記 述 し て い る ． 特 別 な プ ラ グ イ ン を 必 要 と す る こ と な く ， 最 新 の Google Chrome, Firefox 等 の Web ブ ラ ウ ザ 上 で 動 作 す る ． WWW 環 境 を 通 じ て 利 用 可 能 な ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 構 築 ， 提 供 す る こ と が で き ， 専 門 知 識 を 有 す る デ ー タ お よ び ア プ リ ケ ー シ ョ ン 提 供 者 が あ ら か じ め 対 象 と す る デ ー タ に 対 し て 適 切 な 可 視 化 パ ラ メ ー タ を 設 定 す る こ と が 可 能 で あ る ． 本 ラ イ ブ ラ リ に お い て は ， 表 示 対 象 と す る 三 次 元 デ ー タ と ，X，Y，Z 軸 の 格 子 位 置 情 報 を 与 え る こ と に よ り ， 当 該 デ ー タ を 容 易 に 三 次 元 表 示 す る ． さ ら に X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 そ れ ぞ れ に 垂 直 な 平 面 に よ る 切 断 面 の 二 次 元 画 像 の 表 示 ， 地 形 ， 地 図 の 表 示 等 ， 地 球 環 境 デ ー タ の 解 析 に 不 可 欠 な 機 能 も 提 供 す る ．こ の ラ イ ブ ラ リ の 機 能 に つ い て 説 明 す る と と も に ， 本 ラ イ ブ ラ リ を 利 用 し た レ ー ダ 雨 量 情 報 [2] を 対 象 と し た 可 視 化 ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 構 築 事 例 に つ い て も 述 べ る ．

2. 関 連 研 究

科 学 デ ー タ の 三 次 元 可 視 化 シ ス テ ム と し て は 、 医 療 分 野 を 対 象 と し た シ ス テ ム が 多 く あ げ ら れ る が [3][4][5] ， 地 球 環 境 デ ー タ を 扱 う こ と が 可 能 な 三 次 元 可 視 化 ツ ー ル は 多 く は な く ，Vis5d+[6], Unidata IDV[7], DioVISTA[8] な ど が あ げ ら れ る ． こ れ ら は い ず れ も 三 次 元 可 視 化 を 可 能 と す る デ ス ク ト ッ プ ア プ リ ケ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア で あ る ．イ ン ス ト ー ル に は 、OS、コ ン パ イ ラ の 違 い 、 バ ー ジ ョ ン の 違 い 等 に よ る 制 約 を 受 け る 。 ま た 、 利 用 者 は 定 め ら れ た イ ン タ フ ェ ー ス に よ り 三 次 元 可 視 化 機 能 を 利 用 す る こ と に な り ， 自 ら が 作 成 す る ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 一 部 と し て 利 用 す る こ と は 困 難 で あ る ． AVS[9]は モ ジ ュ ー ル の 組 み 合 わ せ に よ り デ ス ク ト ッ プ ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 作 成 す る こ と は 可 能 で あ る が ， ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン 用 で は な い ．

WebGL を 用 い た ビ ュ ー ア も あ る が ，こ れ は 可 視 化 さ れ た 結 果 を WWW を 通 じ て 見 る た め の も の で あ り ，ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 開 発 に 用 い る こ と は で き な い ． PVES[10]は WWW を 通 じ て 利 用 す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン で あ る が ，三 次 元 デ ー タ の 記 述 に VRML を 用 い て い る た め ， そ の 利 用 に は ブ ラ ウ ザ に 対 す る プ ラ グ イ ン を 必 要 と す る ．EXTRAWING[11]は シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 の 三 次 元 可 視 化 を 行 う も の で あ る が 、 出 力 を 動 画 も し く は KML+COLLADA 形 式 の フ ァ イ ル と し て こ れ ら を Google Earth で 読 む も の で あ り ， 独 自 ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 開 発 に は 向 か な い ． ア プ リ ケ ー シ ョ ン 開 発 の た め の フ レ ー ム ワ ー ク と し て は ， ParaViewWeb[12]、 [13]に お け る フ レ ー ム ワ ー ク 、BrainBrowser[14]な ど が あ る ． ParaViewWeb は モ デ ル 化 、 レ ン ダ リ ン グ を サ ー バ サ イ ド で 行 い ， [13]に お け る フ レ ー ム ワ ー ク で は モ デ ル 化 は サ ー バ サ イ ド で 行 い 、 レ ン ダ リ ン グ は ク ラ イ ア ン ト 側 で 行 う 。 こ れ ら は 三 次 元 表 現 方 法 を 変 更 す る た め に モ デ ル を 変 更 す る 場 合 に は 、 そ の た び に サ ー バ へ の 通 信 が 必 要 と な る 。 ま た 、 一 般 に サ ー バ 側 に て モ デ ル 化 を 行 う シ ス テ ム の 場 合 、モ デ ル の 情 報 を X3D な ど の フ ァ イ ル で ク ラ イ ア ン ト へ 送 る た め 、 Web ブ ラ ウ ザ に お い て X3D を 表 示 す る た め の 専 用 の プ ラ グ イ ン を 必 要 と す る 。 BrainBrowser は 医 療 デ ー タ を 対 象 と し た フ レ ー ム ワ ー ク で あ り 、 モ デ ル 化 、 レ ン ダ リ ン グ を ク ラ イ ア ン ト 側 で 行 う が 、 医 療 デ ー タ と 地 球 環 境 デ ー タ で は 、 そ の 可 視 化 に お い て 、 座 標 の 扱 い 、 地 形 、 地 図 の 表 示 等 、 異 な る 部 分 が 多 く あ り 、 そ の ま ま の 適 用 は 困 難 で あ る 。 three.js[15]は WWW に よ る 利 用 を 目 的 と し た Javascript の 三 次 元 ラ イ ブ ラ リ で あ り ， 最 新 の ウ ェ ブ ブ ラ ウ ザ で あ れ ば プ ラ グ イ ン を 必 要 と は し な い が ，three.js は 三 次 元 可 視 化 の プ リ ミ テ ィ ブ な 機 能 を 提 供 す る ラ イ ブ ラ リ で あ り ， 地 球 環 境 デ ー タ を 表 示 す る た め に は ，三 次 元 モ デ ル の 構 築 ，三 次 元 座 標 の 管 理 等 ， 複 雑 か つ 多 大 な 工 程 を 必 要 と す る ． 本 稿 で 述 べ る ラ イ ブ ラ リ は three.js を 用 い て い る が ， さ ら に 地 球 環 境 デ ー タ を 可 視 化 す る た め に 適 し た 設 定 ， 必 要 と さ れ る 機 能 を 実 装 し て お り ， ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン 開 発 者 が 容 易 に 三 次 元 可 視 化 環 境 を 実 現 す る こ と を 可 能 と す る ラ イ ブ ラ リ で あ る ． こ の 点 で 他 の 可 視 化 シ ス テ ム と は 異 な る ．

3. 地 球 環 境 デ ー タ 三 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ の

機 能

3.1. 地 球 環 境 データの特 徴

地 球 環 境 デ ー タ は ，X，Y，Z 軸 に よ る 格 子 の 構 造 を も ち ， 各 格 子 点 が 値 を 有 す る ． 例 え ば ， 地 球 温 暖 化 予 測 デ ー タ の 一 例 で は ， X 軸 は 緯 度 ， Y 軸 は 経 度 ， Z 軸 は 等 気 圧 面 で あ り ， そ れ ぞ れ が 数 十 ～ 数 百 に 分 割 さ れ た 格 子 構 造 を 有 し ， 各 格 子 点 が 温 度 や 湿 度 と い っ た 物 理 量 を 有 す る ． ま た ， 雨 量 情 報 に お い て は ， X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 は そ れ ぞ れ 緯 度 ， 経 度 ， 高 度 に 対 応 し ， 各 格 子 に は ， 降 雨 強 度 が 格 納 さ れ て い る ． 降 雨 強 度 は 一 般 的 に は 強 い 降 雨 を 中 心 に 徐 々 に 弱 い 強 度 が 分 布 し ， さ ら に そ の 外 側 に 降 雨 が な い 場 所 が 分 布 す る ．す な わ ち ， 地 球 環 境 デ ー タ に お い て は ， 温 暖 化 予 測 デ ー タ に お け る ， 温 度 ， 湿 度 デ ー タ の よ う に ， 空 間 内 の す べ て の 位 置 に 情 報 が 存 在 し ， 対 象 と な る も の の 表 面 ， 境 界 が な い ，も し く は 降 雨 情 報 の よ う に ，降 雨 の 有 無 が あ る が ， そ の 境 界 よ り も 降 水 コ ア と 呼 ば れ る 内 部 の 降 雨 の 強 い 部 分 の 方 に デ ー タ 利 用 者 の 興 味 が 注 が れ る 場 合 が 多 い ． し た が っ て ， 可 視 化 に お い て は ， 充 満 し て い る 対 象 の 内 部 の 状 態 ， 分 布 を わ か り や す く 提 示 す る こ と が 不 可 欠 と な る ．

3.2. 開 発 指 針

ラ イ ブ ラ リ の 実 装 に あ た っ て は ， ラ イ ブ ラ リ の 利 用 者 （ ア プ リ ケ ー シ ョ ン 作 成 者 ） の 利 便 性 と 汎 用 性 に 重 点 を 置 き ， 開 発 を 進 め て い る ． 利 用 者 の 利 便 性 と い う 点 で は ， 最 低 限 の 設 定 の み で デ ー タ の 三 次 元 表 示 を 可 能 と な る よ う に 実 装 し た ． 具 体 的 に は ， 利 用 者 は デ ー タ と HTML 内 に デ ー タ 表 示 用 の 領 域 を 用 意 す る だ け で 少 な く と も 何 ら か の 表 示 が で き る よ う ， デ フ ォ ル ト の パ ラ メ ー タ を 設 定 し た り ， ラ イ ブ ラ リ が デ ー タ 内 容 を 判 断 し て 適 当 な パ ラ メ ー タ を 設 定 し た り す る よ う に し た ． 一 方 ， 汎 用 性 を 高 め る た め ， ラ イ ブ ラ リ に 適 用 す る 際 の デ ー タ の 構 造 を 単 純 化 す る と と も に ， カ ス タ マ イ ズ 可 能 な オ プ シ ョ ン 設 定 を 用 意 し ， 利 用 者 が 対 象 と す る デ ー タ に 合 わ せ て 各 種 パ ラ メ ー タ を 変 更 で き る よ う に し て い る ．

3.3. 三 次 元 表 現 法

対 象 と す る 地 球 環 境 デ ー タ は ， そ の 内 部 の 分 布 等 に も 興 味 が 注 が れ る た め ， ボ リ ュ ー ム レ ン ダ リ ン グ に よ る 可 視 化 が 必 要 で あ る ． し か し な が ら ， ボ リ ュ ー ム レ ン ダ リ ン グ は 負 荷 が 大 き く ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 利 用 環 境 が 多 様 で あ る こ と を 鑑 み る と ， 汎 用 的 な ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 構 築 は 困 難 で あ る ． ま た ， ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 構 築 す る 場 合 ， OpenGL を 利 用 す る WebGL が 最 新 の 主 要 な Web ブ ラ ウ ザ に 対 応 し ，特 別 な プ ラ グ イ ン を 必 要 せ ず に イ ン タ ラ ク テ ィ ブ な 操 作 が 可 能 な ほ ぼ 唯 一 の 三 次 元 可 視 化 基 盤 で あ る が ，WebGL は 基 本 的 に は サ ー フ ェ ス レ ン ダ リ ン グ に 基 づ い て お り ， ボ リ ュ ー ム レ ン ダ リ ン グ に は 適 し て い な い ． そ こ で ， 本 ラ イ ブ ラ リ は ， 以 降 で 述 べ る 方 法 を 用 い ， サ ー フ ェ ス レ ン ダ リ ン グ の 技 術 を 利 用 し つ つ も ， 内 部 の 状 態 を 見 る こ と が 可 能 と な る よ う な 三 次 元 表 現 法 を 用 い ， デ ー タ を 可 視 化 す る ． な お ， 本 ラ イ ブ ラ リ は WebGL を 利 用 す る が ， 実 装 を 容 易 に す る た め に ， WebGL を ラ ッ プ し ，

プ リ ミ テ ィ ブ な 三 次 元 可 視 化 機 能 を 提 供 す る three.js を 用 い て い る ．

3.3.1. ス ラ イ ス 画 像 の 重 層

表 示 す る デ ー タ の Z 軸 の 格 子 点 の 数 だ け ， Z 軸 に 垂 直 な 半 透 明 な 平 面 を 作 成 し ，そ こ へ そ の Z 平 面 に お け る 物 理 量 を 二 次 元 可 視 化 し た 断 面 画 像 を テ ク ス チ ャ と し て 貼 り 付 け る こ と に よ り ， 三 次 元 デ ー タ の 可 視 化 す る ． す な わ ち ， X， Y 平 面 に 水 平 な 半 透 明 の 断 面 図 を 重 ね る こ と に よ り 三 次 元 表 示 す る ． 重 ね ら れ る 断 面 図 の 数 が デ ー タ に よ り 異 な り ， そ の 結 果 ， 内 部 の 透 過 具 合 が 変 化 す る た め ， 重 ね ら れ た 平 面 の 不 透 明 度 を 変 更 可 能 と し て い る ． 本 手 法 で は ， テ ク ス チ ャ が 貼 り 付 け ら れ た Z 軸 に 垂 直 な 平 面 の み を 取 り 扱 う だ け で よ く ， レ ン ダ リ ン グ の 負 荷 の 軽 量 化 が 図 れ る ．

3.3.2. 格 子 点 へ の 粒 子 配 置

表 示 す る デ ー タ の 各 格 子 点 に 物 理 量 に 対 応 し た 色 を 持 つ 半 透 明 の 粒 子 を 配 置 す る こ と に よ り ， 三 次 元 デ ー タ を 可 視 化 す る ．粒 子 の 不 透 明 度 は 変 更 可 能 で あ る ． デ ー タ が 持 つ 格 子 点 数 と 同 数 の 粒 子 の み を 取 り 扱 う た め ， レ ン ダ リ ン グ の 負 荷 が 軽 減 さ れ る ．

3.3.3. 格 子 領 域 へ の 粒 子 群 配 置

表 示 す る デ ー タ の 各 格 子 領 域 内 に ， 物 理 量 に 対 応 し た 色 を 持 つ 粒 子 を ラ ン ダ ム に 配 置 す る こ と に よ り ， 三 次 元 デ ー タ を 可 視 化 す る ． こ の 際 ， 物 理 量 か ら 配 置 す る 粒 子 の 数 に 変 換 す る 関 数 を 設 定 す る こ と に よ り ， 物 理 量 に 応 じ た 粒 子 密 度 を 設 定 す る こ と が 可 能 で あ る ． 粒 子 の 不 透 明 度 も 変 更 可 能 で あ る ． デ ー タ が 持 つ 格 子 領 域 に 対 し て 複 数 の 粒 子 を 配 置 す る た め ，3.3.2 の 手 法 よ り も 粒 子 数 は 増 え る も の の ， 粒 子 の み を 扱 う た め ， レ ン ダ リ ン グ の 負 荷 は 小 さ い ．

3.4. カラーリング

物 理 量 か ら 色 情 報 へ の 変 換 は ， 指 定 が な い 場 合 に は ラ イ ブ ラ リ が 最 大 値 ， 最 小 値 の 間 で 青 か ら 赤 へ 色 相 が 変 化 す る 関 数 が 適 用 さ れ る が ， 利 用 者 が 独 自 の 関 数 を 設 定 す る こ と が 可 能 で あ る ． ま た ， 色 情 報 を ヌ ル 値 と す る こ と に よ り ， 透 明 色 と す る こ と が で き る ． こ れ に よ り ， 物 理 量 の 特 定 の 値 の み を 表 示 し ， そ の 三 次 元 分 布 を 把 握 し や す く す る こ と が で き る ．

3.5. 空 間 表 現

本 ラ イ ブ ラ リ に お い て ， 三 次 元 可 視 化 の 対 象 と し て 必 要 と さ れ る 最 小 限 の デ ー タ は ， 格 子 点 に お け る 物 理 量 を 表 す 値 の 三 次 元 配 列 ，お よ び 各 格 子 点 の X，Y，Z 軸 の 位 置 を 示 す 一 次 元 配 列 で あ る ．本 ラ イ ブ ラ リ で は ， こ の 物 理 座 標 系 を 内 部 に お い て [0, 1]空 間 に マ ッ ピ ン グ し ， こ の [0, 1]領 域 を 三 次 元 可 視 化 す る ． 物 理 座 標 系 か ら 内 部 [0, 1]空 間 へ の 変 換 関 数 は ，指 定 が な い 場 合 に は ラ イ ブ ラ リ が 自 動 的 に 各 軸 の 範 囲 が [0， 1]空 間 に 収 ま る よ う な 線 形 関 数 が 設 定 さ れ る が ， 利 用 者 が 独 自 の 関 数 を 設 定 す る こ と も 可 能 で あ る ． こ の 関 数 を 変 更 す る こ と に よ り ， デ ー タ 自 体 に 変 更 を 加 え ず ， 地 図 投 影 法 や 可 視 化 範 囲 の 変 更 が 可 能 と な る ． ま た ， ラ イ ブ ラ リ に 対 し て ， [0, 1]空 間 を 三 次 元 表 示 す る 際 の X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 そ れ ぞ れ の ス ケ ー リ ン グ フ ァ ク タ ー を 設 定 し ，[0, 1]空 間 を 実 際 に 画 面 に 表 示 す る 際 に は ，各 軸 の 長 さ が 異 な る 直 方 体 と な る よ う に 変 形 し て 表 示 す る こ と が 可 能 で あ る ． 地 球 環 境 デ ー タ に お い て は ， X 軸 ， Y 軸 は 経 度 ， 緯 度 と さ れ る 場 合 が 多 い が ， そ の 範 囲 は デ ー タ に 依 存 し て 様 々 で あ り ， 必 ず し も 正 方 形 で は な い ．ま た ，Z 軸 は ，分 布 等 を わ か り や す く す る た め に ， 高 度 を 強 調 し た 可 視 化 が 多 々 行 わ れ る ． 異 な る 領 域 の デ ー タ を 扱 う 場 合 や ， Z 軸 の 強 調 度 合 い を 変 更 す る よ う な 場 合 に お い て も ，表 示 さ れ る 領 域 を 常 に [0, 1]空 間 と す る こ と に よ り ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 作 成 者 の 混 乱 を 防 ぐ こ と が 可 能 で あ り ， ま た ， ス ケ ー リ ン グ フ ァ ク タ ー を 変 更 す る の み で 各 軸 の 強 調 度 を 変 え る こ と が 可 能 に な る な ど ， 利 便 性 が 向 上 す る ．

3.6. 二 次 元 断 面 表 示

三 次 元 表 示 画 面 と は 別 に HTML5 の canvas 要 素 を 設 け て ， ラ イ ブ ラ リ に て 設 定 す る こ と に よ り ， X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 そ れ ぞ れ に 垂 直 な 断 面 図 を 表 示 す る 機 能 を 有 す る ．Canvas 要 素 の サ イ ズ に 応 じ て 断 面 図 を 描 画 す る た め ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 内 で の 断 面 図 の 位 置 ， サ イ ズ の カ ス タ マ イ ズ が 可 能 で あ る ． 断 面 図 の カ ラ ー リ ン グ は ， 三 次 元 可 視 化 の 際 に 設 定 し た 物 理 量 か ら 色 情 報 へ の 変 換 関 数 が 使 用 さ れ ， 特 定 の 値 を 表 示 し な い こ と も 可 能 で あ る ． ま た ， 等 値 線 に よ る 描 画 も 可 能 で あ る ． さ ら に ， 断 面 図 を 三 次 元 画 像 内 に 表 示 す る こ と も で き る ． X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 の 断 面 画 像 の 表 示 は 独 立 し て お り ， 同 時 に 表 示 す る こ と も 可 能 で あ る ．

3.7. 地 形 ，地 図 表 示

格 子 点 に お け る 標 高 値 を 表 す 二 次 元 配 列 ， お よ び X 軸 ， Y 軸 の 位 置 を 表 す 一 次 元 配 列 を 用 意 す る こ と に よ り ，地 形 を 三 次 元 表 示 す る こ と が 可 能 で あ る ．こ の 際 ， 標 高 値 か ら 色 情 報 へ の 変 換 を 行 う 関 数 を 設 定 す る こ と で ， 高 度 に 応 じ た カ ラ ー リ ン グ を 行 う こ と が で き る ． さ ら に ，OpenStreetMap[16]な ど の タ イ ル 地 図 を ラ イ ブ ラ リ に よ り 設 定 す る こ と で ， 表 示 範 囲 内 の タ イ ル を 取 得 し ， 地 形 上 に マ ッ ピ ン グ し て 表 示 す る こ と が 可 能 で あ る ．

3.8. サポート関 数

ラ イ ブ ラ リ 利 用 者 が 地 球 環 境 デ ー タ を 用 い た ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 開 発 す る 際 に 頻 繁 に 使 用 す る 関 数 群 を 用 意 し て い る ． 具 体 的 に は ， 入 力 に 応 じ て 色 相 が 段 階 的 に 変 化 す る 色 情 報 を 得 る 関 数 ， 入 力 に 応 じ て 彩 度 が 段 階 的 に 変 化 す る 色 情 報 を 得 る 関 数 ， 入 力 に 応 じ て 2 つ の 色 の 間 で 段 階 的 に 変 化 す る 色 情 報 を 得 る 関 数 ， 気

圧 か ら 高 度 ， お よ び 高 度 か ら 気 圧 へ の 近 似 変 換 関 数 等 で あ る ．

4. 地 球 環 境 デ ー タ 三 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ の

レ ー ダ 雨 量 情 報 へ の 適 用

地 球 環 境 デ ー タ 三 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ を 用 い ， レ ー ダ 雨 量 情 報 の 三 次 元 可 視 化 ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 構 築 し た ． レ ー ダ 雨 量 情 報 は ， X バ ン ド の マ ル チ パ ラ メ ー タ （ MP）レ ー ダ を 用 い て 雨 粒 の 形 状 等 を 把 握 し ，雨 滴 の 扁 平 度 か ら 雨 量 を 推 定 す る こ と に よ っ て 得 ら れ る デ ー タ で あ る [17]．1 つ の レ ー ダ サ イ ト か ら 複 数 の 仰 角 に よ る 観 測 を 行 い ， さ ら に 複 数 の サ イ ト に よ る 観 測 デ ー タ を 統 合 す る こ と に よ り ， 広 域 な 雨 量 の 三 次 元 分 布 を 得 る こ と が 可 能 で あ る ． 本 ア プ リ ケ ー シ ョ ン で は DIAS よ り 公 開 し て い る 国 土 交 通 省 X バ ン ド MP レ ー ダ ネ ッ ト ワ ー ク の デ ー タ よ り 作 成 さ れ た 雨 量 の 三 次 元 分 布 情 報 を 可 視 化 す る ． ア プ リ ケ ー シ ョ ン 利 用 者 は ま ず ， デ ー タ 作 成 ・ 管 理 画 面 よ り 領 域 ， 期 間 を 選 択 し ， サ ー バ 側 に 雨 量 情 報 三 次 元 デ ー タ を 作 成 す る ． こ の 際 ， サ ー バ で は ， 指 定 さ れ た 期 間 内 の タ イ ム ス テ ッ プ 毎 に 分 割 さ れ た フ ァ イ ル を 作 成 す る ． 可 視 化 ア プ リ ケ ー シ ョ ン は ，1 タ イ ム ス テ ッ プ の フ ァ イ ル を サ ー バ よ り 取 得 し ，

図 1 レー ダ 雨 量情 報 三次 元 可 視化 ア プ リケ ーシ ョ ン

可 視 化 を 行 う ． 表 示 対 象 時 刻 を 変 更 す る 場 合 に は ， そ の 都 度 フ ァ イ ル ダ ウ ン ロ ー ド を 行 う ． 長 期 間 に わ た る 雨 量 情 報 三 次 元 デ ー タ は サ イ ズ が 大 き く な り ， ク ラ イ ア ン ト 側 の ブ ラ ウ ザ で 全 期 間 内 の デ ー タ を 保 持 す る に は 多 大 な メ モ リ が 必 要 と さ れ ， ブ ラ ウ ザ の メ モ リ 不 足 に よ り 動 作 に 支 障 を き た す 恐 れ が あ る た め で あ る ． 図 1 は ，レ ー ダ 雨 量 情 報 三 次 元 可 視 化 ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 全 体 画 面 で あ る ．上 部 に 地 域 ，表 示 対 象 物 理 量 ， 凡 例 を 表 示 し ， そ の 下 の 左 側 に 三 次 元 表 示 画 面 ， 右 側 に 上 よ り ， 緯 線 に 垂 直 な 平 面 ， 経 線 に 垂 直 な 平 面 ， 水 平 面 の そ れ ぞ れ に よ る 断 面 図 を 表 示 す る ． 三 次 元 表 示 画 面 内 で の マ ウ ス 操 作 に よ り 視 線 の 移 動 ， 拡 大 ・ 縮 小 等 を 行 う こ と が で き る ． ま た ， 断 面 図 の 下 の チ ェ ッ ク ボ ッ ク ス を チ ェ ッ ク す る こ と に よ り ， 三 次 元 画 像 内 に 断 面 を 表 示 す る こ と が で き ， 断 面 の 位 置 は チ ェ ッ ク ボ ッ ク ス の 右 の ス ラ イ ド バ ー に よ り 変 更 す る こ と が 可 能 で あ る ． 三 次 元 表 示 画 面 の 下 に は ， 可 視 化 パ ラ メ ー タ の 設 定 画 面 が あ り ， こ こ で ， 不 透 明 度 ， 表 示 す る 地 図 の 選 択 ， 地 形 の 表 示 の 有 無 を 設 定 す る ． ま た ， 高 度 の 強 調 表 示 が 可 能 で あ り ， そ の 度 合 い の 設 定 ボ タ ン も 配 置 さ れ て い る ． そ の 下 に は ， 三 次 元 表 現 法 ， 表 示 す る 値 の ス レ ッ シ ョ ル ド の 設 定 等 が 行 え る ． ま た ， 表 示 対 象 と す る 時 刻 の 選 択 や ， 表 示 対 象 時 刻 を 順 に 変 更 す る こ と に よ る ア ニ メ ー シ ョ ン 表 示 も 設 定 で き る ． 図 2， 図 3，図 4 は そ れ ぞ れ ，雨 量 情 報 を ス ラ イ ド 画 像 の 重 層 に よ る 方 法 ， 格 子 点 へ の 粒 子 の 配 置 に よ る 方 法 ， 格 子 領 域 へ の 粒 子 群 配 置 に よ る 方 法 で 三 次 元 可 視 化 し た 場 合 の 画 像 例 で あ る ． ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 作 成 に お い て は ， 三 次 元 表 示 画 面 ， お よ び 3 つ の 断 面 図 画 面 を 用 意 し ， ラ イ ブ ラ リ に 各 種 パ ラ メ ー タ と と も に そ れ ら を 設 定 し て い る ． さ ら に ，各 種 操 作 用 HTML 要 素 を 用 意 し ，動 作 に 合 わ せ て パ ラ メ ー タ 等 を 変 更 す る こ と で 実 現 さ れ て い る ． 三 次 元 表 示 の た め の 座 標 計 算 ，マ ウ ス 操 作 に よ る 視 点 移 動 ， 断 面 図 の 作 成 な ど の 部 分 は ラ イ ブ ラ リ 側 の 機 能 で 実 現 さ れ て お り ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 側 の JavaScript は ， ラ イ ブ ラ リ を 除 く と ，コ ー ド 数 は 1000 行 以 下 で あ り ，そ の う ち の 半 分 以 上 が 物 理 量 毎 に 色 付 け を 変 え る た め に 用 意 し た カ ラ ー リ ン グ の た め の 物 理 量 か ら 色 情 報 へ の 変 換 関 数 で あ る ．

図 3 スラ イ ス 画像 の 重層

図 2 格子 点 へ の粒 子 配置

図 4 格子 領 域 への 粒 子群 配 置

5. お わ り に

本 稿 で は ， 現 在 開 発 を 行 っ て い る ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン に お い て 利 用 可 能 な 地 球 環 境 デ ー タ を 対 象 と し た 三 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ に つ い て 説 明 し ， レ ー ダ 雨 量 情 報 の 可 視 化 ア プ リ ケ ー シ ョ ン へ の 応 用 に つ い て 紹 介 し た ． 本 ラ イ ブ ラ リ を 用 い る こ と で ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン 作 成 者 か ら 複 雑 な 座 標 計 算 ， 断 面 図 作 成 が 隠 蔽 さ れ ， 容 易 に 三 次 元 可 視 化 ウ ェ ブ ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 作 成 す る こ と が 可 能 と な る ． 今 後 は ， 風 の 情 報 を 表 示 す る 際 に 利 用 さ れ る ベ ク ト ル 表 示 機 能 や ， 標 高 タ イ ル か ら も 標 高 情 報 を 取 得 で き る よ う に す る 等 の 改 良 を 加 え る 予 定 で あ る ． な お ， 利 用 し た 雨 量 情 報 （ XRAIN）デ ー タ は ， 国 土 交 通 省 よ り 提 供 さ れ ， 文 部 科 学 省 気 候 変 動 適 応 戦 略 イ ニ シ ア チ ブ 「 地 球 環 境 情 報 統 融 合 プ ロ グ ラ ム （ DIAS-P）」 の 枠 組 み の 下 で 収 集 ・ 提 供 さ れ た も の で あ る ．ま た ，本 研 究 は ，DIAS-P の 支 援 を 受 け て い る ．

参 考 文 献

[1] “地 球 環 境 情 報 統 融 合 プ ロ グ ラ ム ”, http://www.diasjp.net/. [2] 国 土 交 通 省 , “Ｘ バ ン ド Ｍ Ｐ レ ー ダ の 整 備 ， 降 雨 ・ 洪 水 予 測 の 高 度 化 等 の 技 術 研 究 開 発 に よ り ，局 地 的 な 大 雨 や 集 中 豪 雨 対 策 を 推 進 し ま す”, http://www.mlit.go.jp/report/press/river03_hh_00016 7.html.

[3] Settapat et al., “Web-based 3D Visualization and Interaction of Medical Data using Web3D”, SICE Annual Conference, 2010.

[4] Jacinto et al., “A Web Interface for 3D Visualization and Interactive Segmentation of Medical Images”, IEEE International Conference on 3D Web Technology, 2012.

[5] Tiwari et al., “Web-based Volume Visualization of 3D Medical Data using Slice Streaming Method”, 6t h

International Conference on Computer and Communication Technology, 2015.

[6] “Vis5d+ Home page”, http://vis5d.sourceforge.net/. [7] “Unidata IDV”, http://www.unidata.ucar.edu/software/idv. [8] 株 式 会 社 日 立 パ ワ ー ソ リ ュ ー シ ョ ン ズ , “雨 雲 可 視 化 ソ フ ト ウ ェ ア DioVISTA/Storm”, http://www.hitachi-power-solutions.com/products/pr oduct03/p03_61.html. [9] “AVS”, http://www.avs.com/.

[10] Yasukawa et al., “PVES: Powered Visualizer for Earth Environmental Science”, IEEE SYSTEM JOURNAL, Vol.2, No.3, 2008.

[11] 川 原 慎 太 郎 他 , “Google Earth 用 ボ リ ュ ー ム 可 視 化 コ ン テ ン ツ 作 成 の た め の GUI ソ フ ト ウ ェ ア の 開 発”, 日 本 流 体 力 学 会 学 会 誌 な が れ , 第 31 巻 , 第 2 号 , 2012.

[12] Jourdain et al., “ParaViewWeb: A Web Framework for 3D Visualization and Data Processing”, International Journal of Computer Information Systems and Industrial Management Applications, Vol. 3, 2011.

[13] Jung et al., “Declarative 3D Approaches for Distributed Web-based Scientific Visualization Services”, WWW2012 Workshop: Declarative 3D for the Web Architecture (Dec3D2012), 2012.

[14] Sherif et al., “BrainBrowser: distributed, web -based neurological data visualization”, Frontiers in Neuroinformatics, Vol. 8, 2015.

[15] “three.js – Javascript 3D library”, http://threejs.org/. [16] “OpenStreetMap”, http://www.openstreetmap.org/. [17] 国 土 交 通 省 , “XRAIN の 概 要 ”, http://www.mlit.go.jp/common/001046714.pdf . [18] 根 本 利 弘 他 , “地 球 環 境 デ ー タ を 対 象 と し た 3 次 元 可 視 化 ラ イ ブ ラ リ の 開 発”, 生 研 フ ォ ー ラ ム , 2015.