新谷研究室 ｜ 田辺研究室｜ 渡辺研究室

早稲田大学新谷研究室は、建築構造工学分野での、最適化手法を応用した構造デザイン、また構造システムの開発段階で生じる非線形現象の解明などに取り組んでいます。当研究室では、プログラム開発に MathWorks 社 (新しいウィンドウで開きます)　　のソフトウェア MATLAB(R) (新しいウィンドウで開きます)　　を使用しています

MATLAB(R) (新しいウィンドウで開きます)　　においては、2007 年度版より、並列処理に対応した Parallel Computing Toolbox™ (新しいウィンドウで開きます)　　などが実装され、高度な専門的な知識がなくても並列処理を組み込むことが容易となりました。今回の研究では、主に非線形の離散体力学手法のひとつである不連続変形法 (DDA) において並列処理を組み込み、日本国政府アンコール遺跡救済チーム (JASA) の保存修復プロジェクトの一部として、アンコール遺跡の組積造建築物の数値解析に応用しました。

昨今の建築構造工学分野では、スーパー コンピューターを用いた大型プロジェクトにおいて、各種専門家が並列処理に取り組んだり、市販の構造解析ソフトウェアでは、並列処理機能を持つことが一般的になるなどの動きがあります。今回、Windows HPC Server を利用させていただく機会を得て、我々のようなエンドユーザーの立場でもクラスターマシンである Windows HPC Server によって、自主開発した計算プログラムの並列処理による高速化を簡易に実現できたことは、驚きでもあり、今後の研究の可能性を広げてくれるものでした。

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建築設備システムシミュレーションへ MPI を応用する方法について検討を行いました。近年、建築設備分野では、建物運用時のエネルギー消費量の削減を目的として、システムの動的挙動を反映できるシミュレーションが必要とされてきています。

一方で、巨大な建築を対象に年間にわたる分秒単位の計算を行うことは計算速度の面から問題がありました。私の専門は建築ですから、当初は、並列計算という技術が存在することは知っているが、その技術を自分の分野の問題に応用するための具体的な方法については全く理解がないという状態でした。

今回の研究では MPI.NET を利用しましたが、もともと自分のプログラムを C# で作っていたということの助けもあって、一般のクラス ライブラリを利用するのとほとんど同じ感覚で、簡単に並列計算処理を自分のプログラムに組み入れることができました。

数値計算とは異なる分野の人間にとって、並列化の具体的な処理をプラットフォームなどに任せ、自身の分野の問題に特化して研究を行えるということは価値のあることだと思います。

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人間の行動は、人間と空間と時間とが相互に対応した結果として現れるものであり、これを数学的なモデルとして捉えることで、演繹的にシミュレーションを行うことが出来ます。歩行者シミュレーションは、その具体的な方法論のひとつです。

私たちは都市空間における地理的な特徴箇所を発見するために人間の自由歩行をモデルとしたシミュレーションを実施しました。
これまでは単一の PC によるシミュレーションであったため、分析用の空間規模やモデルの複雑さに限界がありましたが、MPI の実装とクラスター型の並列演算システムの利用により、分析規模が格段に向上しました。

並列計算というと初心者には取りつきにくい印象がありますが、数行の簡単な命令文の実装だけで済んだのは驚きでした。最近ではマルチコアの PC も増えてきていますが、これらを組み合わせるだけで手軽に中規模の分析装置を得られるということは、今後の研究を進めていくうえで非常に有効なリソースになると思っています。

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