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。

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るので、その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。

» 展開がエラーで止まってしまう場合は…

なお、Linux® 等をご使用で、右クリックメニューから展開するとファイル名が文字化けしてしまう場合は、 コマンドライン端末でZIPファイルのある場所まで cd した上で「 unzip -O cp932 ZIPファイル名 」で展開してみてください。

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。 もしプログラムの内容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。

実行すると、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。

※ ここで入手したJava®実行環境は、ZIPファイルを展開した中の「 jre 」フォルダ内にダウンロードされ、このプログラムの実行のみに使用されます。PC全体に影響する形でインストールされる事はありません。

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。

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コード（ 拡張子が「.vcssl」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。 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。

※ ただし、このVCSSL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。

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。