データ転送システム及び方法

本発明は、科学計算シミュレーションの結果データを転送する技術に係り、詳しくはシミュレーション結果データ転送時に、ユーザが物理量毎に指定する誤差の許容範囲を満足するように、物理量に応じてシミュレーションモデルを領域分割し、領域毎の圧縮誤差を指定できるデータ転送システム及び方法に関する。

計算機を利用して部品や製品をモデル化し、その製品に関わる強度や流体性能をシミュレーションする技術が普及してきている。近年、クラウドコンピューティングに代表される遠隔通信技術により、シミュレーション結果データをサーバにおいて、クライアントによりデータをアクセスする、或いは転送して可視化、分析することが増えつつある。そのため、シミュレーション結果データを効率良く転送するシステム及び方法が求められている。一方、スパコンに代表される計算機性能の発達に伴い、シミュレーションデータのサイズが膨大化しているため、前記のデータ転送に関しては、データを何らかの手法で圧縮してから転送することが望まれている。

このような背景で提案された従来のデータ転送システムは、例えば、以下の〔特許文献1〕にも示されるが、一般に、データを所定のブロックに分割しブロック毎に非可逆性の圧縮を行ってからデータを転送し、受信者/クライアント側でデータを伸張/復元する。

非可逆性のデータ圧縮技術として、例えば、以下の〔特許文献2〕に示されるが、時系列データを指定のセグメント幅に分割し、特異値分解によってデータを圧縮する手法がある。

特開平11-215496号公報

特許第4298749号公報(W02005/083890号公報)

従来のデータ転送システムでは、以下の問題点が挙げられる。

第1の問題点は、シミュレーションモデルの領域毎に誤差の許容値が指定できないことである。シミュレーション結果データを利用するユーザにとっては、物理現象の理解と把握が重要である。そのため、物理現象に関係深い領域に関しては誤差を小さく抑えたい。逆に、物理現象に関係薄い領域に関しては誤差が大きくなっても構わない。しかしながら、従来のデータ転送システムは、例えば〔特許文献1〕のように、データの圧縮率に主眼を置くことが多い。その結果、圧縮後のデータに関しては、圧縮率が高くなったとしても、ユーザ所望の誤差内に抑えられている保証が無い。

第2の問題点は、物理量毎に領域/ブロック分割されていないことである。前記物理現象に関しては、物理量によって現象が異なるため、物理量の特性に応じて領域分割できることが望ましい。しかし、従来のデータ転送システムでは、物理量の特性に応じた領域分割は行えない。

第3の問題点は、復元データを受信者/クライアント側に表示する際、データと視点のみが表示され、転送前に設定された誤差等の情報は受信者/クライアント側に表示されていないことである。このようなシステムでは、受信者/クライアント側は、復元データを表示しても、表示されたデータはどれ程の誤差が含まれているかは把握できないので、データ分析や理解への妨げとなる。

上記の課題を解決するため、本発明は、以下の構成を特徴とする。即ち、 一つ以上の物理量を有するシミュレーション結果データを転送するシステムであって、 前記物理量の中から転送すべき物理量を指定する物理量指定部と、 前記物理量指定部で指定された物理量毎に前記シミュレーション結果データに含まれているシミュレーションモデルの領域分割を行う領域分割部と、 前記領域分割部で分割された領域毎に誤差の許容範囲を指定する誤差指定部と、 前記誤差指定部で指定された誤差に基づいて非可逆のデータ圧縮を行うデータ圧縮部と、 前記データ圧縮部で得られた圧縮データと、前記物理量指定部で得られた物理量の設定データと、前記領域分割部で得られた領域分割の設定データと、前記誤差指定部で得られた誤差の設定データとをネットワークを介して受信者/クライアントに転送するデータ転送部と、 受信者/クライアント側で前記圧縮されたデータを復元するデータ復元部と、 受信者/クライアント側で前記データ復元部で復元されたデータを可視化するデータ可視化部と、を備えることを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記物理量指定部で指定された物理量のみを転送することを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記データ可視化部は、物理量の名称と、領域毎に指定された誤差とを併せて表示することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するため、本発明は、複数の物理量を有するシミュレーション結果データを転送するシステムであって、 前記物理量の中から転送すべき物理量を指定する物理量指定部と、 前記物理量指定部で指定された物理量毎に前記シミュレーション結果データに含まれているシミュレーションモデルの領域分割を行う領域分割部と、 前記領域分割部で分割された領域毎に誤差の許容範囲を指定する誤差指定部と、 前記誤差指定部で指定された誤差に基づいて非可逆のデータ圧縮を行うデータ圧縮部と、 前記データ圧縮部で得られた圧縮データと、前記物理量指定部で得られた物理量の設定データと、前記領域分割部で得られた領域分割の設定データと、前記誤差指定部で得られた誤差の設定データとをネットワークを介して受信者/クライアントに転送するデータ転送部と、を備えることを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記受信者/クライアント側で前記圧縮されたデータを復元するデータ復元部と、前記受信者/クライアント側で前記データ復元部で復元されたデータを可視化するデータ可視化部と、を備えることを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記物理量指定部で指定された物理量のみを転送することを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記データ可視化部は、物理量の名称と、領域毎に指定された誤差とを併せて表示することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するため、本発明は、複数の物理量を有するシミュレーション結果データを転送するシステムであって、 前記物理量の中から転送すべき物理量を指定する物理量指定部と、 前記物理量指定部で指定された物理量毎に前記シミュレーション結果データに含まれているシミュレーションモデルの領域分割を行う領域分割部と、 前記領域分割部で分割された領域毎に誤差の許容範囲を指定する誤差指定部と、 前記誤差指定部で指定された誤差に基づいて非可逆のデータ圧縮を行うデータ圧縮部と、 前記データ圧縮部で得られた圧縮データと、前記物理量指定部で得られた物理量の設定データと、前記領域分割部で得られた領域分割の設定データと、前記誤差指定部で得られた誤差の設定データとをネットワークを介して受信者/クライアントに転送するデータ転送部と、 受信者/クライアント側で前記圧縮されたデータを復元するデータ復元部と、 受信者/クライアント側で前記データ復元部で復元されたデータを可視化するデータ可視化部と、を備え、 前記データ可視化部は、物理量の名称と、領域毎に指定された誤差とを併せて表示することを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送システムにおいて、前記物理量指定部で指定された物理量のみを転送することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するため、本発明はデータ転送方法として、シミュレーション結果データに含まれている物理量データから、転送すべき物理量を指定する物理量指定ステップと、 前記物理量指定ステップで指定された物理量毎に前記シミュレーション結果データに含まれているシミュレーションモデルの領域分割を行う領域分割ステップと、 前記領域分割ステップで分割された領域毎に誤差の許容範囲を指定する誤差指定ステップと、 前記誤差指定ステップで指定された誤差に基づいて非可逆のデータ圧縮を行うデータ圧縮ステップと、 前記データ圧縮ステップで得られた圧縮データと、前記物理量指定ステップで得られた物理量の設定データと、前記領域分割ステップで得られた領域分割の設定データと、前記誤差指定ステップで得られた誤差の設定データとをネットワークを介して受信者/クライアントに転送するデータ転送ステップと、 受信者/クライアント側で前記圧縮されたデータを復元するデータ復元ステップと、 受信者/クライアント側で前記データ復元ステップで復元されたデータを可視化するデータ可視化ステップと、を備えることを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送方法において、前記物理量指定ステップで指定された物理量のみを転送することを特徴とするものである。

更に、本発明はデータ転送方法において、前記データ可視化ステップは、物理量の名称と、領域毎に指定された誤差とを併せて表示することを特徴とするものである。

以上説明したように、本発明によれば、ユーザにとって必要な物理量だけを転送することができる。

更に、指定された物理量に応じて、物理量の特性に基づいた領域分割ができ、領域毎に目的に応じて指定した誤差に基づいてデータを圧縮し、転送することが可能となる。

データ圧縮の際、指定される誤差範囲内に圧縮パラメータを調整する構成を採用しているため、分割領域毎にユーザが指定した誤差範囲内になることが保証される。

更に、受信者/クライアント側で物理量毎に分割領域毎の誤差を表示することで、ユーザが表示されている復元データの精度について把握でき、適切なデータ分析処理が行える。

これらにより、ユーザがシミュレーション結果モデルに包含されている物理現象への理解する上で、効率的なデータ転送システムを実現できる。

本発明の実施例1に係るデータ転送システムの構成図である。

本発明の実施例1に係るデータ転送システムのフローチャートの例である。

シミュレーション結果データの構成図の例である。

転送データの構成図の例である。

図1に示すデータ転送システムに備えられる物理量指定部のユーザインターフェースの例である。

図1に示すデータ転送システムに備えられる領域分割部のユーザインターフェースの例である。

図1に示すデータ転送システムに備えられる誤差指定部のユーザインターフェースの例である。

データ圧縮手段に係るフローチャートの例である。

繰り返しにより圧縮パラメータを調整する方法を示すフローチャートの例である。

圧縮特性を参照することで圧縮パラメータを決定する方法を示すフローチャートの例である。

圧縮特性図の例である。

圧縮後のシミュレーション結果データを表示する際の表示画面の例である。

時間ステップ設定のユーザインターフェースの一例である。

以下、本発明の各実施例を図面を用いて説明する。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明する。

まず、図1を用いて、データ転送システムの構成図について説明する。図2にデータ転送手順のフローチャートを示す。図3にシミュレーション結果データを示す。

図1において、物理量指定部110は、シミュレーション結果データに含まれている物理量のリストから、ユーザが転送すべきと判断する物理量を選択するものである。

図2のフローチャートのステップは、以下のステップを備えるものである。

ステップ(以下、Sと称す)101では対象となるめデータを読み込みを行う。

S102では送信者/サーバで物理量指定部110において、物理量の指定を行う。

S103では領域分割部111において、物理量毎の領域分割を行う。

S104では誤差指定部112において、領域毎の誤差指定を行う。

S105ではデータ圧縮部113において、データの圧縮を行う。

S106ではネットワークを介してデータ転送部114において、データの転送を行う。

S107では受信者/クライアントで、データ復元部115において、データの復元を行う。

S108では受信者/クライアントで、データ可視化不部116において、データの可視化を行う。

図3のシミュレーション結果データが示しているように、シミュレーション結果データには節点データやポリゴン/メッシュデータ等からなるシミュレーションモデル210と、物理量データ220と、ソルバの設定等のその他のデータ230とを備えている。

また、図4の転送データが示しているように、転送データには圧縮データ310と、物理量の設定データ320と、領域分割の設定データ330と、誤差の設定データ340とを備えている。

図5に物理量指定部110のユーザインターフェースの一例を示す。図5のインターフェースには、物理量指定のウインドー501、物理量指定ウインドー501における物理量指定のチェックボックス502が示されている。

図1に示した領域分割部111は、物理量指定部110で指定された全ての物理量について、図3に示すシミュレーション結果データに含まれているシミュレーションモデルを複数の領域に分割するものである。

図6は、領域分割部111のユーザインターフェースの一例である。図6において、領域分割設定のウインドー601、領域分割設定ウインドー601における物理量名の入力部602、領域分割設定ウインドー601における領域分割数の入力部603、領域分割設定ウインドー601における領域毎の分割基準入力部604が示されている。ここでは,各領域に対してX座標,Y座標,Z座標の最小値と最大値を入力する方式を記載しているが,画面に表示された解析対象のポリゴン/メッシュデータを,マウスなどで選択する方式としてもよい。

誤差指定部112は、領域分割部111で分割された全ての領域について、圧縮による誤差の範囲を指定するものである。誤差の定義は、例えば以下の式である。 誤差=(差分データのノルム/圧縮前のデータのノルム)×100%

ただし、差分データは圧縮前のデータと圧縮後のデータの差分である。また、ノルムはFrobeniusノルムのことである。

図7は、誤差指定部112のユーザインターフェースの一例であり,ユーザが選択した物理量の各領域に対して,誤差の範囲を入力できる。図7において、誤差設定のウインドー701であり、誤差設定ウインドー701における物理量名の入力部702であり、誤差設定ウインドー701における領域毎の誤差範囲の入力部703が示されている。尚、この実施例では,誤差の範囲としたが,誤差の最大値のみを入力できる構成としてもよい。この場合,最小誤差は0.0としてよい。

データ圧縮部113は、領域分割部111で分割された全ての領域について、誤差指定部112で指定された誤差に応じて圧縮パラメータを設定し、指定された誤差の範囲内になるように圧縮を行うものである。

図8は、データ圧縮部113のフローチャートの一例であり,指定された全ての物理量について,指定された領域ごとにデータを圧縮することを示している。

図8のフローチャートのステップは、以下のステップを備えるものである。

S201では対象の物理量の読み込みを行う。

S202では領域データの読み込みを行う。

S203では領域データの圧縮を行う。

S204では全ての領域が完了しているか否かの判定を行う。全ての領域が完了していなかったらS202に戻る。

S205では全ての指定物理量が完了しているか否かの判定を行う。全ての指定物理量が完了していなかったらS201に戻る。

図9のフローチャートを用いて、図8のフローチャートの「領域データの圧縮」において,誤差範囲内に圧縮するためのパラメータ調整方法の一つについて説明する。

S301では指定誤差の読み込みを行う。

S302では初期パラメータの設定を行う。

S303では初期パラメータを用いてデータ圧縮を行う。

S304では圧縮誤差の計算を行う。

S305では誤差と指定誤差との比較を行う。

S306では誤差と指定誤差との比較結果が誤差範囲内でない場合には、S302に戻る。

これにより誤差範囲内に向かう方向でパラメータの値を修正し、再びデータ圧縮を行い、誤差を計算する。誤差が誤差範囲内に入るまでにこのプロセスを繰り返す。

例えば、特異値分解を使ってデータを圧縮する場合、N個の特異値を大きい順番でソーティングし、大きいR個の特異値を使用することで、元の行列を近似することができる。ただし、R<=Nである。この場合、前記の方法を適用すると、圧縮パラメータはRであり、Rを大きくすることで誤差が小さくなる。R=Nの場合は、誤差がゼロになり、非圧縮に等しい。

データ転送部114は、ネットワークを介して、転送データ格納部121に格納されている転送データを、送信者/サーバから受信者/クライアントへ転送する。転送データは、図4に示しているように、圧縮データ310と、物理量の設定データ320と、領域分割の設定データ330と、誤差の設定データ340と、からなる。圧縮データ310は、データ圧縮部113から得られたものである。例えば、前記特異値分解を用いる場合、圧縮データはR個の特異値と、特異ベクトルとなる。物理量の設定データ320は、物理量指定部110で指定された全ての物理量の名称である。領域分割の設定データ330は、領域分割部111で指定した物理量毎の領域分割の情報である。誤差の設定データ340は、誤差指定部112で指定した各領域の誤差の許容範囲である。

データ復元部115は、データ転送部114で受け取った圧縮データ310を、データ圧縮と逆の操作でデータを復元する。例えば、前記特異値分解を用いる場合、特異値からなる対角行列と、特異ベクトルの積を取る。

データ可視化部116は、データ復元部115で復元された復元データを、表示装置で表示する。この際、物理量の設定データ320を用いて物理量の名称を表示する。領域分割の設定データ330と誤差の設定データ340を用いて、領域毎に誤差を表示する。

図12は、上記説明したデータ可視化部116を表示装置で実現する際の表示画面の一例である。図12において、物理量名称表示部1201では、表示中の物理量の名称を表示する。分割領域ID表示部1202では、各分割領域で該領域のIDまたは名称を表示する。分割領域毎の誤差範囲表示部1203では、各分割領域で該領域の誤差範囲を表示する。

復元データ表示部1204では、データ復元部115で復元された復元データを表示し、表示する際に使用する物理量はユーザが指定したものとする。

領域1では、誤差が3.0%から8.0%の条件における復元データ1204を示している。

領域2では、誤差が10.0%から15.0%の条件における復元データ1204を示している。

領域3では、誤差が0.0%の条件における復元データ1204を示している。

領域4では、誤差が5.0%から10.0%の条件における復元データ1204を示している。

上記表示はパソコンのディスプレイ等の表示装置1200にて行われる。

以上、本発明の実施例に示したデータ転送システムによれば、転送前に設定された誤差等の情報を受信者/クライアント側に表示されるので、受信者/クライアント側のユーザはデータを処理する際、誤差の大きさに見合った分析と解釈が可能となる。例えば、誤差の小さい領域に対しては詳細分析を行い、誤差の大きい領域に対しては概略分析を行う。

以下、本発明の他の実施例について、図面を参照して説明する。

本実施例の構成は、前述の実施例1と基本的な構成は同じであるので同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。実施例1との主な違いは以下である。 本実施例での誤差の定義は、例えば以下の式である。 誤差=(差分データのノルム/圧縮前のデータのレンジ)×100%

ただし、差分データは圧縮前のデータと圧縮後のデータの差分である。また、データのレンジは該当領域において該当物理量の最大値と最小値の差の絶対値である。

以下、本発明の他の実施例について、図面を参照して説明する。

本実施例の構成は、前述の実施例1と基本的な構成は同じであるので同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。実施例1との主な違いは以下である。

図10を用いて、圧縮特性を参照することで指定される誤差範囲内にデータ圧縮するように圧縮パラメータを決定する方法について説明する。

まず、S401では指定誤差の読み込みを行う。

S402ではデータ圧縮の前に、圧縮特性を取得する。圧縮特性とは、圧縮パラメータの変化による圧縮誤差と圧縮率との関係を示すことを特徴とする図や表やテーブルのことである。例えば、特異値分解を用いる場合、選択される特異値の数が増えるにつれ圧縮誤差が減少する特性をもつ。そして、S403では圧縮パラメータを決定する。

図11にこの圧縮特性を定量的に表現した実施例のグラフデータを示す。図11に示しているように、誤差と圧縮パラメータとの関係を示す圧縮特性のグラフデータを参照することで、誤差範囲内になるように圧縮パラメータを選択することを実現できる。

以下、本発明の他の実施例について説明する。

本実施例の構成は、前述の実施例1と基本的な構成は同じであるので同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。実施例1との主な違いは以下である。

シミュレーション結果データは、時系列のデータである場合がある。この場合、本実施例では、前記物理量指定と、領域選択と、誤差指定との設定情報を全ての時間ステップに適用することが可能である。また、時間ステップ毎に異なる設定情報を適用することも可能である。

図13は、時間ステップ設定のユーザインターフェースの一例である。図13において、時間ステップの範囲指定部1302を利用して、ユーザは最小の時間ステップと最大の時間ステップを入力する。ほかに、物理量設定部1303を用いて物理量の設定を行い、領域分割設定部1304を用いて領域分割に関する設定を行い、誤差設定部1305を用いて誤差に関する設定を行う。前記物理量の設定、領域分割の設定、誤差の設定は、前記最小時間ステップと最大時間ステップの間のデータに対して有効である。

更に、データ可視化部では、時間ステップの情報を物理量名称、誤差範囲、復元データと一緒に表示する。

以下、本発明の他の実施例について説明する。

本実施例の構成は、前述の実施例1と基本的な構成は同じであるので同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。実施例4との主な違いは以下である。時系列のシミュレーション結果データの場合、より効率的にデータを圧縮し、転送するために、前後の時間ステップの差分データを計算し、差分データに対して実施例1の手法を適用する。

説明のために、最大時間ステップtmaxを有する時系列のシミュレーションデータをA(1), A(2), ..., A(tmax)と記す。本実施例での差分データの定義は、例えば以下の式である。 B(1)=A(1) B(t)=A(t)-A(t-1)

ここで、tは時間ステップであり、2からtmaxの間の整数である。

上記計算をしてから、差分データBに対して、実施例4に記述した方法でデータ転送を行う。

受信者/クライアント側では、差分データBを復元し、復元されたデータをBBと記す。データAの復元データAAは、例えば以下の式を用いて計算する。 AA(1)=BB(1) AA(t)=BB(t)+AA(t-1)

ここで、tは時間ステップであり、2からtmaxの間の整数である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。

以上、本発明の実施例に示したデータ転送システムによれば、ユーザにとって必要な物理量だけを転送することができる。

更に、指定された物理量に応じて、物理量の特性に基づいた領域分割ができ、領域毎に目的に応じて指定した誤差に基づいてデータを圧縮し、転送することが可能となる。

データ圧縮の際、指定される誤差範囲内に圧縮パラメータを調整する構成を採用しているため、分割領域毎にユーザが指定した誤差範囲内になることが保証される。

更に、受信者/クライアント側で物理量毎に分割領域毎の誤差を表示することで、ユーザが表示されている復元データの精度について把握でき、適切なデータ分析処理が行える。

そして、ユーザがシミュレーション結果モデルに包含されている物理現象への理解する上で、効率的なデータ転送システムを実現できる。

110 物理量指定部 111 領域分割部 112 誤差指定部 113 データ圧縮部 114 データ転送部 115 データ復元部 116 データ可視化部 120 シミュレーション結果データ格納部 121 転送データ格納部 122 復元データ格納部 210 シミュレーションモデル 220 物理量データ 230 その他のデータ 310 圧縮データ 320 物理量の設定データ 330 領域分割の設定データ 340 誤差の設定データ 501 物理量指定のウインドー 502 物理量指定ウインドーにおける物理量指定のチェックボックス 601 領域分割設定のウインドー 602 領域分割設定ウインドーにおける物理量名の入力部 603 領域分割設定ウインドーにおける領域分割数の入力部 604 領域分割設定ウインドーにおける領域毎の分割基準入力部 701 誤差設定のウインドー 702 誤差設定ウインドーにおける物理量名の入力部 703 誤差設定ウインドーにおける領域毎の誤差範囲の入力部 1200 表示装置 1201 物理量名称表示部 1202 分割領域ID表示部 1203 分割領域毎の誤差範囲表示部 1204 圧縮後のシミュレーション結果データ表示部