GPL を用いた動画の作成

GPL を用いた動画の作成

宮 武 隆 * ・ 鶴 岡 弘 * *

Computer Animation U s i n g  G r a p h i c  P l o t  L i b r a r y  

Takashi MIYATAKE* and Hiroshi TSURUOKA** 

Abstract 

Computer simulation in seismology such as the 3D simulation of seismic waves now often requires  storage of huge files.  Such files require much effort to extract meaningful results from the simulation.  Computer animation is a powerful tool not only for presentating the results of computer simulations，  but also for understanding phenomena in the simulations.  However

， 

making animation files requires  several steps that can reduce the quality of the graphic file.  GPL (Graphic Plot Library) can simplify  such steps and prevent loss of quality in graphic files. 

Key words : computer animation 

は じ め に

筆者の

I

人

(T.M)

は，これまで断層運動や地震波動の 数値シミュレーションの結果を動画にして考察したり，口 頭発表などに用いてきた.その手順は，初めは動画の

1

コ マ

l

コマのファイルを手作業で

1

枚

l

枚変換していて，

100

枚の変換に

2

時間程度かかっていた. その後試行錯誤 を重ね，手間も時間もかなり短縮できた.その結果，前述 の

100

コマの動画ファイルへの変換は

40

分程度でできる ようになってきた.最近になって

GPL

(鶴岡，

1997)

を使 うことによって，さらに手順を減らし，

10

分程度に短縮で きた.まだ改良の余地は十分にあるが，地球物理学・地震 学において，結果をアニメーション表示する需要も多いの で，あえて現時点での方法を紹介し，利用に供することに する.

従 来 の 手 順

図 Iに示すのは筆者らが使っていた方法である.各自の 計算機環境により異なるし，筆者らのものよりスマートで 効率良い手順を使っている読者もあるかもしれないが，ご 容赦いただきたい.ここに示すのは，あくまでも地震研究

1998

年

10

月

5

日受付，

1998

年

11

月

20

日受理.

*東京大学地震研究所地球計測部門 料地震予知情報センター

* Division of Monitoring and Computational Geoscience

， 

帥 EarthquakeInformation  Center， Earthquake Research  Institute

， 

University of Tokyo. 

9 

所での筆者らの計算機環境でのものである.

計算結果を動画にするには様々なやり方がある.まず計 算結果であるが， これは

CS6400

などの並列計算機やスー パ ー コ ン ビ ュ ー タ な ど で 行 う こ と に な る の で ， こ こ に

UNIX

のファイルが作られることになる. これから

1

コマ

1

枚の番号付き

ps(Post Script)

ファイルを作成するので あるが，これには，

GMT (The Generic Mapping Tools ;  Wessel and Smith

， 

1995)

か

calpak

を使っていた.これを

ps2gif (N. Drakos

作成)で番号付き

GIF

ファイルに変換 する.その後は，

(l)SGI 

(シリコングラフィックス社)製の

WS 

(0

2

など)にファイル転送し，これを

mediatools 

( 日 本シリコングラフィックス社，

1996)

の

mediaconverter 

で 動 画 フ ァ イ ル に 変 換 す る . さ ら に

mediatools

の

movie‑maker

で加工編集することもできる.

(2)

マックな ど の パ ソ コ ン に 転 送 し ， 例 え ば ，

Sparkle

ま た は

DeBavelizer (Equilibrium

， 

1996)

などの画像ファイル変 換ソフトウエアで動画ファイルを作成することになる.さ らに

Videoshop (Avid Technology

， 

1994)

， 

Adobe Pre‑ mier  (Adobe

， 

1994)

などのビデオ編集ソフトウエアで編 集することもできる.最後のビデオ出力に関しては，

SGI 

の

O2

の場合には，ビデオ出力端子がついており

media player

で端末にビデオ再生したものをそのままビデオ録 画することになる.

従来の方法の問題点と解決法

前述の従来の手順では，最初に

GMT

，

calpak

などを

10 

宮 武 隆 ・ 鶴 岡 弘

円 ︒

コンピュータシミュレーション

G MT. Calpak

など

1

コ マ

=1

ファイル のPS ファイル作成

SGI 

ι 

ps2gif  ps‑file

から

gif

日

le

作成

昨

1edia・convert

番号付きg

i

f ファイルを

何 回

v i e

filelこ変挽

(Qu

i

ck 

TIme. 

SGI ムーピ一、

AVI

， 

MPEGが可能)

何 回vie

f i l eに変換

(Quick

寸

ime"

AVI.  MPEGが可能)

E

機議謀議議ト

ー・J Video Conve

巾 「

ーー・・

図1. 従来の動画作成手順.処埋は上から下に進む.計算結巣を

GMT

又は

Calpak

などにより 1 コマ

lps

ファイルに変換する.

次に

ps2gif

で

GIF

ファイルに変換後，

SGI

又はパーソナルコンビュータに転送して処理する.

使 っ て 図 を 描 く た め

ps

フ ァ イ ル で し か 出 力 フ ァ イ ル に で き な い . ま た 動 画 フ ァ イ ル と し て

Mpeg

，

Quick ‑time  Movie

， 

Avi

などに変換するルーチンの多くは， 入力ファ イルは番号付きの

JPEG

，

GIF

， 

PICT

などである必要があ り ， 直 接 持 フ ァ イ ル か ら 変 換 で き る も の は な い . 以

l

二 の 理 由 か ら

ps

フ ァ イ ル →

GIF

フ ァ イ ル →

MPEG

ま た は

Quick‑time

フ ァ イ ル と い う 変 換 が 必 要 で あ り ， 手 間 と 時 間がかかる.この変換に際しては，多くの場合画質の劣化 が発生することも大きな問題である.特に線画や文字など は画質劣化の影響が目立ちやすい.また変換途中に何種類 かのファイルを保存するため，大きなディスク作業域も必 要である.

上記問題点の解決策としては，

( 1 )   デ ー タ か ら 直 接

moviefile

を作ること，

( 2 )  

ps

フ ァ イ ル か ら 直 接 動 画 フ ァ イ ル を 作 成 す る ツ ー ルの開発，

( 3 )  

ps

ファイルでなく，

JPEG

， 

GIF

ファイルへの出力 ができるグラフィックルーチンの開発，

がある.

動画ファイルだけを作る手順を省略するのに，最もよい のは， (1)である.しかし，同じ画像を本稿のような印刷物 による発表に使うことも，今なお多く必要であり，現時点 では

ps

フ ァ イ ル に も 変 換 す る こ と も 必 要 で あ る . 従 っ て

(3)

において

ps

ファイルと画像ファイル

(JPEG

，

GIF

ファ

イルなど)または動画ファイルに変換できることが望まれ

る.

GPL

は鶴岡(1

997)

により開発されたグラフィックサ

ブルーチンパッケージで，まさにそのような機能を持つ.

GPLでは， GIFブァイルと psファイルの2種 類 の 出 力 ファイル形式を選べるのである.

GPL

を痛い

前述のようにGPLを使うと，計算結果→GIFファイル

→movie fileという手順となり，従来に比べると手順が減 り

i 自

j質の劣化も改善できる. ここでは， 1 例として地震波 動のCGアニメーションを説明する.

まず表示すべき計算結累であるが，ここでは清い横ずれ 断層の断府運動と断層近傍の地動であり，地動と断層運動 を問時に する. には3

次元

4

次精度

Staggered

来分法 (Viriucxand Madariaga， 1982)

で

3

次元弾

CS6400で解いている. 断屑の上端 が地表に達しており，幅5km長さ 10kmの矩形で，~h‘

の端の中央の点から S波速度の0.8倍の速さで破壊が伝播 して止まるという状況を設定した(図的.この計算におい て予めアニメーションにすべき各時刻の断層連動と ファイルに保作しておくものとする.

アニメーション化は下記の手IJ債で行った.

(1)  計算結果ファイルを読み， GPLで1コマ

l

ファイ ルの番号付き GIFファイルを作成する. なおGPLでは，

GIFファイルの替わりにpsファイルを出)Jすることもで きる.この際，番号付き GIFファイルを作成するには，伊j えはFortranプログラムでは，以下のようにする.

charactcr c3*3， fname

つ

1

wri te(c3:(i3.3)')  fname = 'Fig. 

このようにすれ 作成できる.

00

1 .  

gifのようなファイル名が

出 番 号 付 きGIFブァイルをSGIのW Sに転送し

I I

til‑ ity  programのmedia convertを利用してムービーファ イルを作成する. (なおパーソナルコンピュータに転送し て，伊jえばDeBavclizerなどの雨像ファイル変換ソフトや SPARKLEなどを利用してムービーファイルを作ること もできる).必要に応じてmoviemaker (パーソナルコン ピュータの場合では， Adobe Premier， Video shopなど のビデオ編集ソフト)を利用して編集する.

(3)  ムービーファイルを再生しながらビデオに録画.す る.SGIのO2，マッキントッシュのAV端子付きのもの，

またはビデオ出力のないパソコンであれば， ビデオ信号変 換装置ECTOOL(CONTEC社製)でディスプレイ画面を ビデオ信号に変換すればビデオに録画可能である (NEC， IBM，マッキントッシュなどほぼ全機種対応可能である).

このようにしてイ乍ったムービーファイルのいくつかのコ

y 

X 

Starting point of ruptun巳

図

2. 断層の模式区1. 垂直秘ずれ断層の一方の端の中央深 さから破壊はS波の80%の速度で{ぷ話するものと似定す

る

マを図 3 に示す.図中，垂直な函が断屑面をむ鉛直 I~i で、

あり，中央付近の

4

角で囲まれた部分が断層面である.

い色が滑り速度の大きいことを.白色は小さいことを表 す.地動についても同様であり，地動速度の絶対値の大き さを謹淡で示している.断層破壊の指向性が見られ xの

方向に振

i

隔が大きくなっているのがわかるa 国

4

には，

従来の手順で作成した動画の

l

コマを示した画 像が劣化 して点字などが見づらくなっていることがわかる.

閤5には，断層トレース(国2でy‑O)に沿った地動と 地動速度の断層直交成分(uxお よ び を 閣 の 上 部 に ， 断層 I~it.の滑り速度を囲の下部に示しである.横ずれ断層 で断層に直交する成分が大きいことは断崩運動がダブ守ル カップルで表現できることと破壊伝幡のん

i n j

を考えれば容 易に理解されるが andRichards， 1980)， 

も意外と不思議に思うようであった.高校教育におい ても断層連動と P波 .S波の押し引きの空間分布を教え ているようであるが，おそらくは，なぜ断層に沿う方向で S波が卓越するのかは直感的にも理解させるのは難しいで あろう.実はこの直感的にわかりにくい成分が断間近傍で はもっとも太きく，立本をもなぎ倒すほど強いものである (1嶋本ほか， 1996; Inolle and Miyatake， 1998). 

ここで紹介したものも含め，

http://www.eri.u‑tokyo.ac.jp/miyatake/OPENHOUS

E .  

html 

で見ることができることを付記する.

議 論

GPLを使うと，どの位時間が短縮されるかを述べる.例 え ば 前 節 の 例 を 従 来 の 方 法 で 行 う と ( 地 震 研 究 所eic20

[Sun  SP ARCStation5， クロック 85MHZJ で実行の場 合)，計算結果から 100コマのpsファイル作成に 15分， psファイルからGIFファイルへの変換に18分， SGIの W Sへのファイル転送に30秒， SGI (SGI社製O2，クロッ

12  宮 武 隆 ・ 鶴 岡 弘

time 

= 

1.0 

Max ...  2.0  Max… 2.0 

( a )  

time = 2.0 

Max ...  73.8  Max… 73β 

) LU 

︐ ︐ ︑

time 

= 

3.0 

Max

…

84.1  Max… 74.7 

( c )  

図 3.

垂直横ずれ断層上のすべり速度と地動速度の絶対値を地震発生後

1

秒

(a)から6

秒(f)まで

1

秒毎に示す.

Max^リ 100.2 Max...  100.2 

Max…100.2  Max...  43.2 

Max ...  100.2  Max…34.7 

t i m e   ニ

4剛む

(d) 

t i m e   = 

5.0 

J 

(e) 

t i m e ニ

6.0

( f )  

14 

宮武 i

絡 ・ 鶴 岡 弘

級品草 ， 

1 器住之

矧品提詫， 34.7 

time 

= 6.0 

図

4.

従来の手!11!'iて'1~，られた 1><13

(d)に対応する￨文1.

ク周波数180MHz，128MBメモリー)で movicfilc作 成 に3分かかっており，全体で36分かかった.新しい手順で は， psファイルから GIFフ ァ イ ル へ の 変 換 時 間 が 不 要 な ので全体で 18分となり，半分の時開で済む.画震の劣化も 非常に少ないし， 従米の手)1民ではpsファイ

l

しをGIFファ イル， ppmファイル (ps2gifの中でいったん変換する)と い う よ う に 途 中 に ， い く つ か の 作 業 フ ァ イ ル が 必 要 で あ り，ディスク作業域を必要としたが，これも不要である.

具 体 的 に は ， 前 記 の 例 の 場 合 psフ ァ イ ル は1フ ァ イ ル 0.6 M B程

j

支，全体で60M B， ppmフ ァ イ ル が16M Bで あった.そオ1にx1し， GPL によるGIFファイルはO

. l

5MB

全 体 で 15MBで あ っ た 結 局 GPLの方が，

デ ィ ス ク ス ペ ー ス は 約115で済んで、いる.

本稿では， GPLを{吏う場合と GMTを 使 う 場 合 の ア ニ メーション作成について比較した. しかしGPLはcalpak の よ う な サ ブ ル ー チ ン パ ッ ケ ー ジ で あ り ， 一 方GMTは地 球物理データの表示を意識したコマンド、群である.これら

を演算時間や画質だけから比絞するのは変~~ではない.一

般 に ， コ マ ン ド は サ ブ ル ー チ ン パ ッ ケ ー ジ を 使 っ て プ ロ グ ラムを作成するよりも手間も時間もかからない. しかし当 然 の こ と で あ る が ， コ マ ン ド の 用 意 さ れ て い な い 図 は 作 成 で き な い し 用 意 さ れ て い な い 機 能 は 使 え な い ( 例 え ば 図3 はGMTでは作成不可能である).一方， GPLは ， 線 を 描

く，任意の図形を塗りつぶす，文字を描く，などの基本機 能を備えており，かっ使い易いサブルーチンパッケージな

ので，プログラムさえ書けば， どんな関でも作成日J能であ る. しかし，例えば複雑な地関投影法そ必妥とするような 場合には，プログラム作成には手間がかかるの

要である.つまり GPLに よ る プ ロ グ ラ ム 作 成 の 手 掛 ・ 時 間と， GMTを 使 っ て ア ニ メ ー シ ョ ン を 作 成 す る 場 合 で の

i再質劣化・演算時間などを比絞し総合的に判断する必要が ある.

文 献

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time 

= 

1.0 

ー

( a )  

time = 3.0 

一一一一一一'-~//\一一一

(c) 

time = 5.0 

ー へ ん ¥ / ¥ 一 一 一一一一一一一-~一一\\」一一一一

\~-

^一

(e) 

一一一¥六¥/

( b )  

( d )  

time = 2^圃O

e= 4.0 

¥ 

図 5. 垂直横ずれ断層上のすべり速度と断層トレースの運 動.上倒

u

は地動速度の断層直交成分，下側は地動変位の断層 直交成分.