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

このVCSSLプログラムは、 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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使用方法

ダウンロードと展開（解凍）

まず、PC（スマホは未対応）で上の画面の「 ダウンロード 」ボタンを押してください。 するとZIP形式で圧縮されたファイルがダウンロードされます。

Microsoft® Windows® をご使用の方は、ここでまずZIPファイルを右クリックし、「プロパティ」を選んで開かれる画面で、 下の方にあるセキュリティ項目の「許可する」にチェックを入れて「OK」で閉じてください。 これを行わないと、ZIP展開やソフト起動時に、警告メッセージが出て展開完了/起動できない場合があります。

その後、ZIPファイルを右クリックして「すべて展開」や「ここに展開」などで展開（解凍）してください。 展開が成功すると、ZIPファイルと同じ名前のフォルダができ、その中にZIPファイルの中身が入っています。

プログラムの起動

Microsoft® Windows® をご使用の場合

上記の通りにZIPファイルを展開したフォルダ内にある、 「 VCSSL.bat（種類はバッチファイル） 」をダブルクリック実行してください。 もしプログラムを書き変えながら使いたい場合は、代わりに「 VCSSL_Editor.bat 」を実行してください。

正常に起動できると、最初にメモリー使用量や、（必要な場合のみ）Java®実行環境を自動で入手するか※ 等を尋ねられるので、適時答えると、プログラムが起動します。2回目以降はすぐに起動します。

Linux 等やその他のOSをご使用の場合

ZIPファイルを展開したフォルダ内へコマンドライン端末で cd して、以下の通り入力して実行してください：

» javaコマンドが使用できない等のエラーが表示される場合は…

起動後

画面の様子

起動すると、2つのウィンドウが立ち上がります。 左が数式などの入力画面、右下がグラフ画面です。 右上のアニメーション操作画面は、 入力画面に数式を入力して「 セット 」ボタンを押した時点で表示されます。

数式を入力してグラフを描画する

まず、グラフに描きたい数式を、入力画面の「 z(x,y,t) = 」の入力欄に入力してください。 z = f(x,y,t) における f(x,y,t) の式です。 式の書き方のポイントは以下の通りです：

式を入力したら、入力画面の「 セット 」ボタンを押すと、その式がグラフ画面上に描かれます。 グラフは、入力画面の「 x-N 」と「 y-N 」に指定した数を、 それぞれメッシュのX方向およびY方向の刻み数とする、曲面グラフとして描画されます。 x-N, y-N の値が大きいほど曲面が滑らかになります。

アニメーション

上の手順で「 セット 」ボタンを押した時点で、画面右上にアニメーション操作画面が出現します。 アニメーション操作画面の「 PLAY 」ボタンを押すと、 入力した数式内の「 t 」を時間とみなして、グラフがアニメーションされます。

アニメーション中は、「 PLAY 」ボタンは表示が変わって「 STOP 」ボタンになり、押すとアニメーションが一時停止します。 アニメーション停止中は、ボタン横のスライダーで、時間を手動で自由に動かす事ができます。

その他の機能や細かい設定など

3Dグラフを曲面ではなくメッシュ（網のような線）で描かせたい場合は、グラフ画面の「 オプション 」 > 「 曲面プロット 」の選択を外し、代わりに「 メッシュプロット 」を選択してください。

また、背景色を黒ではなく白にしたい場合は、グラフ画面の「 オプション 」 > 「 ブラックスクリーン 」の選択を外してください。 なお、白背景は印刷には適していますが、PC画面上ではZ値のグラデーションが見づらくなってしまうため、用途に応じて使い分けてください。

その他、グラフ画面の「 編集 」メニューなどから、グラフ範囲や軸ラベル、目盛り、やカメラアングル、および光や色などの細かい設定を行えます。 また、グラフ画面の「 ファイル 」メニューから、設定内容の保存や、グラフ内容の画像ファイルへの保存などもできます。

なお、このプログラムで起動されるグラフ画面は、 「 リニアングラフ3D（ RINEARN Graph 3D ） 」というデータ解析用のグラフソフトで、 単体でも入手・利用できます。操作感などが気に入った方は、ぜひご利用ください。

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コード解説

コード全体

このプログラムのコードはVCSSLで記述されています。 VCSSLはC言語系のシンプルな文法を持っているので、C系の言語に触れられた事のある方なら、 コメントを参考にしながらコード内容を比較的簡単に追う or 改造する事ができると思います。

今回のコードは、基本的なグラフ操作の処理に、GUIの画面を組み合わせて、ツールとして仕上げたものです。 グラフの描画処理の基本や、ユーザーの入力した式からグラフを描く流れについては、以下の回で解説していますので、そちらをご参照ください：

また、VCSSLでのGUI画面の構築については、「 VCSSL GUI開発ガイド 」をご参照ください。

今回のコードは、サンプルコードというよりは実際に使うためのツールなので、 細部を細かくピックアップしながらの解説は割愛し、コード全体の掲載に留めておきます。 今回のコードの全体は、以下の通りです：

ライセンス

このVCSSL/Vnanoコード（ 拡張子が「.vcssl」や「.vnano」のファイル ）は実質的な著作権フリー（パブリックドメイン) である CC0 の状態で公開しています※。 記事中にC言語/C++/Java言語などでのサンプルコードが掲載されいてる場合は、それらについても同様です。 そのままでのご利用はもちろん、改造や流用などもご自由に行ってください。

※ ただし、このコードの配布フォルダ内には、ダウンロード後すぐに実行できるように、 VCSSLの実行環境も同梱されており、そのライセンス文書は「 License 」フォルダ内に同梱されています （要約すると、商用・非商用問わず自由に使用できますが、使用の結果に対して開発元は一切の責任を負いません、といった具合の内容です）。 配布フォルダ内の各構成物の一覧やライセンスについては「 ReadMe_使用方法_必ずお読みください.txt 」をご参照ください。

※ Vnano の実行環境については、別途スクリプトエンジンのソースコードも一般公開しており、 何らかのソフトウェア内に組み込んでご利用いただく事も可能です。詳細はこちらをご参照ください。

この記事中の商標などについて

• OracleとJavaは、Oracle Corporation 及びその子会社、関連会社の米国及びその他の国における登録商標です。文中の社名、商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります。
• Windows は、米国 Microsoft Corporation の米国およびその他の国における登録商標です。この記事は独立著作物であり、Microsoft Corporation と関連のある、もしくはスポンサーを受けるものではありません。
• Linux は、Linus Torvalds 氏の米国およびその他の国における商標または登録商標です。
• その他、文中に使用されている商標は、その商標を保持する各社の各国における商標または登録商標です。