マイクロマグネティクスシミュレーションのリアルタイム可視化

摘要

マイクロマグネティクスシミュレーションのシミュレーションデータを可視化するシステムおよびGPUを用いてシミュレーション自体を即席で行い可視化するシステムを開発した。シミュレーションデータの可視化は大量の数値のデータの中からその関連性、特異性を一目で理解できるようにするために有効である。また近年のGPUの進歩により、GPUを汎用計算に利用するGPGPUを用いることで、小規模なシミュレーションならばその場でリアルタイムで計算した結果を求めることができるようになった。2つの技術を組み合わせて、GPGPUを用いてリアルタイムにシミュレーションをしつつ結果をその場で可視化することが可能となった。本研究では既に計算済みのシミュレーションデータを可視化するシステムと、リアルタイムシミュレーションの結果を可視化するシステムの2つを開発した。前者には用意されたデータを可視化して操作パネルで表示方法を変えることが出来る基本的な可視化機能を実装するが、特にシミュレーションデータを軽量化して読み込み速度を100倍高速化することで遅延のない操作を可能にした。後者では、前者のノウハウを生かしつつシミュレーション機能とVBOを用いた描画手法を実装し、GPGPUを利用した計算と描画を平行させ描画速度を保ち、リアルタイム可視化を実現した。今回はマイクロマグネティクスの分野に対してシミュレーションプログラムを実装し、計算点6144ではGPUはCPUの約6倍高速に計算し描画できた。さらに描画処理の高速化のためVBOを用いると同じ計算点で約1.4倍速くなった。可視化システムの操作パネルに様々な初期条件を変化させる機能を実装し、インタラクティブに計算条件を変更できることを確認した。このインタラクティブ性は、今後マイクロマグネティクスシミュレーションの理解を助けたり、新しいデバイス設計のヒントになるなどの形で役立つ可能性がある。