3Dグラフを回転アニメーションさせるツール

このプログラムは、3DグラフをZ軸まわりにゆっくりと回転アニメーションさせるための、簡易ツール スクリプトです。 全角度のグラフを、連番の画像ファイルに保存する事もできます。

このツールは、VCSSL 3.4.20 で追加された tool.Graph3D ライブラリのカメラ制御API関数 を使用する事で、リニアングラフ3Dのカメラアングルを小刻みに変化させ、アニメーションさせています。 なお、このツールはリニアングラフ3Dの Ver.6.5.20 以降では同梱されており、標準で「 プログラム 」メニューから使用する事ができます。

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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

プログラムが起動すると、2つのウィンドウが立ち上がります。 上がアニメーション操作画面、下がグラフ画面です。

まずはデータファイルを開いてグラフを描画、およびオプション調整など

起動した時点ではグラフには何も描画されていないので、 グラフ画面の「 ファイル 」>「 ファイルを開く 」メニューからデータファイルを読み込み、 回転させたいグラフを描画してください（ データファイルの書式については このページの下部 で説明しています）。

一応ですが、プログラムと同フォルダ内にサンプルデータファイル「 lorenz.txt 」が付属しているため、最初はそれでお試しいただくといいかもしれません。 ローレンツアトラクタという特徴的な形をしたグラフが描けます。

このあたりの基本操作や、プロットオプションの調整および各種設定などは、グラフ画面に用いている リニアングラフ3D と全く同様に行えます。 詳しくは、リニアングラフ3Dのガイド をご参照ください。

特に目盛りについては、デフォルト設定で回転アニメーションさせると、各辺の目盛りが付いたり消えたりして意外とうっとうしいため、手動で設定して固定してしまったり、 いっそ消してしまった方がいいかもしれません（このページ上部のサンプル映像でもそうしています）。

アニメーションの再生/停止

さて、ここからが本題の回転アニメーションです。 アニメーション操作画面の「 PLAY 」ボタンを押すと、 グラフがZ軸まわりにゆっくりと回転するアニメーションが行われます。

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「水平角」スライダーで、回転方向の角度を手動で自由に動かす事ができます。 「垂直角」スライダーで、見下ろし/見上げる方向の角度を調整する事もできます。

グラフを連番の画像ファイルに保存

アニメーションの各コマのグラフ（ ＝ 全角度のグラフ）を、連番の画像ファイルに保存したい場合は、入力画面の「 画像保存 」ボタンを押してください。 標準では「 output 」フォルダ内に保存されます。保存先フォルダを変えたい場合は、「 画像保存 」ボタンの下にある「 選択 」ボタンでフォルダを選択してください。 なお、画像形式はPNGで保存されます。

出力される連番の画像ファイルは、GIMPなどの画像編集ソフトでGIFアニメーションに変換したり、その他ソフトで動画形式のファイルなどに変換する事ができます。 詳細は「 連番画像   動画 」などのキーワードでWeb検索してみてください。

または、このコーナーの以下のページで、連番画像をそのままアニメーションとして再生するツールも公開しています。併せてご利用ください：

読み込むデータファイルの書式

上でも触れましたが、このツールではグラフ描画にリニアングラフ3Dが使用されます。 従って、グラフとして描画するデータファイルの書式の詳細は、リニアングラフ3Dの取扱説明書の、以下のページをご参照ください：

• リニアングラフ3D 取扱説明書 / 座標値ファイル書式

また、特にプログラムでデータファイルを作成したい場合などは、VCSSLスタートアップガイドの以下の回も参考になるかもしれません。

• VCSSLスタートアップガイド / CSVファイルとグラフの描画

以下では、簡単に書式の概要を説明します。

1行の中での数値の区切りは、カンマ記号「 , 」か空白（タブでもOK）で

データファイルには、すぐ後に述べるように、1行に複数の数値を記述する必要があります。 この区切りには、カンマ記号「 , 」と空白（タブでもOK）のどちらかを使用できます。 なお、空白は複数連続させても構いません。

- 例：カンマ記号で区切る場合 -
- 例：空白で区切る場合 -

以下では、Webページ上で見やすいため、空白を区切りに使用します。

点/線プロット用のデータ

まず単純なのが、曲面を張らない、点または線のグラフです。 これには、データファイルの1行に1点の座標値を記述します。 いまは3次元なので、点の座標値は X / Y / Z の3つがありますね。これを先の通りにカンマ記号が空白で区切って記載します：

※ x1 などの箇所には、実際には数値を記載してください。

上の例では、1行目に点1の座標値 (x1,y1,z1) が、2行目に点2の座標値 (x2,y2,z2) が、そして3行目に点3の座標値 (x3,y3,z3) が記載されています。

このようなデータファイルを読み込むと、点プロット時には、記載した全ての座標値の位置に点が描画されます。 線プロットは、点を線で繋ぐだけなので、データ的には点プロットと同じです。

曲面/メッシュプロット用のデータ (3カラム書式)

続いて、曲面/メッシュプロット用のデータです。 これも基本的には、1行に1点の座標値を記載していくのですが、その点をどのような順で書いていくかに、少し独特の決まりがあります。 これは文章で説明するよりも、まずは下の図を見て頂いた方が早いと思います：

上のような順で、布の横糸（ or 経糸）をなぞっていくように、格子点の座標値を端から端まで、1行ずつ記載していきます。 そして、端に達すると折り返し、そこで空白行を記載します。その後は、先ほどの一本だけ隣の「糸」に移動して、また格子点の座標を端から端まで記載していきます。 以上をくり返して、最終的に全ての格子点の座標値を記載すれば終わりです。

ちょうど、このプログラムのサンプルはこの書式で記載しているため、具体例として参考になるかもしれません。 「 input 」フォルダの中に「 sample3d_*.txt (*の箇所は番号) 」として同梱されているので、確認してみてください。

ところで、ここで述べたようなデータの書き方は、少し奇妙に見えるかもしれません。 しかし、プログラムでデータを大量に作成するには、意外と便利な書式です。 そもそもアニメーション化したいほどデータが大量にあるという事は、恐らくなんらかのプログラムでデータを作成（または処理）している場合が多いと思います。 そのような場合には、ここで扱った書式が便利です。

曲面/メッシュプロット用のデータ (マトリックス書式)

曲面/メッシュプロットには、他にも「 マトリックス書式 」という書き方がサポートされています。 これは、表計算ソフトなどで3Dグラフ用のデータを作成する場合に便利な書式です。 ただ、表計算ソフトでデータを大量に作成するのは結構な手間がかかるため、 アニメーションではあまり使用しないと思います。そのため、ここでは割愛します。

マトリックス書式の詳細は、リニアングラフ3Dの取扱説明書の「 座標値ファイル書式 」のページをご参照ください。

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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、グラフについては単に起動して、小刻みにその角度を変える事で、回転アニメーションさせているだけです。 3Dグラフの制御については、リニアングラフ3DをVCSSLで制御するためのAPIライブラリである 「 tool.Graph3D ライブラリ 」の関数を使用しています。 このライブラリは標準で使用できます。簡単な使用方法については下記の例などをご参照ください：

今回は上記のようにファイルを自動で開いたりはしていませんが、代わりにVCSSL 3.4.20 で追加された カメラ制御用の関数 を使用しています。

なお、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：

コード内容は以上です。

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。