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※ PCでダウンロードし、ZIPファイルを展開して「 VCSSL.jar 」をダブルクリック実行して下さい。 動作には Java® が必要です。 このVCSSLコードのライセンスは パブリックドメイン(CC0)なので、改造や流用も含めてご自由にご使用いただけます。 (詳細: ReadMe.txt)

配列を3Dグラフにプロットする(曲面/メッシュグラフ)

このVCSSLプログラムは、座標値が格納された配列の内容を3Dグラフにプロットします。 サンプル的な短いコードなので、改造や流用のベースに適しています。

前回は、メッシュデータの座標値をファイルに一旦書き出して、 それを3Dグラフにプロットするコードを扱いました。 数値計算プログラミングなどにおいては、普通はそのように、計算用のプログラムでファイルに座標値を一旦書き出し、 それを後から読み込んでプロットする事が多いでしょう。

しかしながら、ファイルの書き出しや読み込みは、少し時間がかかる処理であるため、 アニメーションを行いたい場合などではボトルネックになります。 そういった場合には、ファイルを介さず、座標値を配列に格納してそのままグラフソフトへ転送する事で、 高速なプロットを行う事ができます。

使用方法

ダウンロードと起動

PC(スマホは未対応)で上の画面の「 ダウンロードして実行 」ボタンを押して ZIP ファイルをダウンロードし、 右クリックして「すべて展開」してください。 展開した中にある「 VCSSL.jar(JARファイル) 」をダブルクリックして実行 すると、プログラムが起動します。 なお、動作には Java® が必要です。 » 詳しい実行方法はこちら

※ OSの種類によっては、右クリックメニューやコマンドラインからJava実行環境で「 VCSSL.jar 」を実行してください。 その際、VCSSL.jar に実行権限の付加が必要な場合もあります。 » 詳しい実行方法はこちら

» うまく実行できない場合は…

プログラムのコード内容を編集したい場合の起動方法

VCSSL.jar の代わりに「 VCSSL_Editor.jar(JARファイル) 」を実行すると、 プログラムのコード内容を編集できるエディター画面が表示されます。 エディター画面左下の三角ボタンを押すと、編集中のプログラムがその場で起動します。

※ もちろん、一般のテキストエディターソフトでの編集も可能です。 拡張子が「 .vcssl 」のファイルにコードが記述されていますので、開いて編集してください。

起動後

起動すると、3Dグラフが起動し、曲面グラフが3Dプロットされます。 格子状のメッシュも重ね描きされます。

グラフ画面

プロットする内容を変えるには、コード中の座標値値配列を代入している部分( for 文の中身 ) を適当に書き換えてください。

なお、色の鮮やかさや光の加減を調整するには、3Dグラフのウィンドウ上部のメニューバーから 「 編集 」 > 「 光の設定 」を選択してください。 その他、様々な設定を行う事ができます。 (※ 設定をファイルに保存して、プログラムから setGraph3DConfigurationFile 関数で読み込ませて反映させる事もできます。 )

コード解説

それでは、このプログラムのコード内容について解説していきます。 このプログラムのコードはVCSSLで記述されています。

コード全体

まずは、コード全体を見てみましょう。30行程度のごく短いコードです。

以上です。流れとしては、前半部でメッシュの格子点における座標値を配列に格納し、後半部でそれをグラフにプロットしています。

先頭部分

先頭部分を見てみましょう。

先頭の「 coding Shift_JIS; 」では、プログラムの文字コードを明示しています( UTF-8も可 )。必須ではありませんが、書いておくと文字化けするのを防げます。

「 import tool.Graph3D; 」の部分は、3次元グラフを扱うためのライブラリ「 tool.Graph3D 」を読み込んでいます。

サンプル座標値配列の用意

続いて、サンプル座標値を配列に用意する部分です。

ここで xData が格子点のX座標値を格納する配列であり、同様に yData がY座標値、zData がZ座標値を格納する配列です。 これらは2次元配列で、その2つのインデックスが、メッシュ内の格子点の位置に対応します。 例えば、格子点が下図のように並んでいたとしましょう:

この場合、格子点のX/Y/Z座標値を格納する2次元配列 xData / yData / zData におけるインデックスの意味は:

[ 格子Y番号 ][ 格子X番号 ]

となります。上で示したコードでは、格子Y番号は変数 yi、格子X番号は変数 xi となっています。

ところで、インデックスの順序は

[ 格子X番号 ][ 格子Y番号 ]

としてもよく、どちらでも構いません。 実は、メッシュの辺がX軸とY軸の方向に一致している必要もなく、平行四辺形のようにひしゃげていたり、 球面上の経線と緯線でもかまいません。 要するに、なんらかの面の上をメッシュ状に区切った際の、格子点の「縦」と「横」の位置に対応する番号であればなんでもOKです。

プロット

さて、最後に、用意した配列データを3次元グラフにプロットする部分です:

22行目のnewGraph3D関数で、3次元グラフソフトを起動しています。 この関数は、呼ぶ度にグラフソフトを1個起動し、そのグラフソフトに固有のID番号を割り振って返します。

例えば3次元グラフソフトを何個も起動した場合、12番グラフ、22番グラフ、101番グラフ、 …といったように、それぞれに番号が割り振られているわけです。 上では、生成したグラフに割り振られたID番号をint型変数「 graph 」に格納しているわけです。

続いてその下のsetGraph3DData関数で、先ほど起動した3Dグラフソフトに、 座標値配列を渡してプロットさせています。 ここで第一引数に、先ほどグラフ起動時に受け取ったID番号 graph を指定しています。 グラフが複数ある場合でも、このようにID番号で操作対象のグラフを区別できるわけです。

28行目からの3行は、setGraph3DOption関数を使用して、グラフのプロットオプションを指定しています。 標準では座標点の位置に点を描く「点プロット」オプションが有効になっているのですが、 それを無効化した上で、座標点をメッシュで繋ぐ「メッシュプロット」と、 曲面で繋ぐ「曲面プロット」のオプションを有効化しています。

コードのライセンス

このVCSSLコードは著作権フリー(パブリックドメイン)で公開しています。 そのままでのご利用はもちろん、言語の種類を問わず、改造や流用などもご自由に行ってください。



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z = f(x,y,t) の形の数式を3Dグラフとしてアニメーション描画するツール

入力欄に z = f(x,y,t) の形の数式を入力すると、それを3次元のグラフにアニメーション描画してくれる簡易ツールです。
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入力欄に y = f(x,t) の形の数式を入力すると、それを2次元のグラフにアニメーション描画してくれる簡易ツールです。
t を媒介変数とする x(t), y(t), z(t) の数式を3Dグラフに描画し、アニメーションもできるツール

入力欄に x(t), y(t), z(t) の形の数式を入力すると、それを t を媒介変数として3次元のグラフに描画し、アニメーションもできる簡易ツールです。
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入力欄に x(t), y(t) の形の数式を入力すると、それを t を媒介変数として2次元のグラフに描画し、アニメーションもできる簡易ツールです。
z = f(x,y) の形の数式を3Dグラフとして描画するツール

入力欄に z = f(x,y) の形の数式を入力すると、それを3次元のグラフに描いてくれる簡易ツールです。
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配列を3Dグラフにアニメーションプロットする(曲面/メッシュグラフ)

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