QTVR ( QuickTime Virtual Reality ) を用いた水素原子の原子軌道の動画表示

時田 澄男, 杉山 孝雄, 近藤 智嗣, 菊川 健

1 はじめに

2 方法

1. 　静止画の表示と画像ファイル化
   　グラフィックワークステーション (以下 GWS と略記) として日本シリコングラフィックス社製 INDIGO XS24Z (CPU : R4000) および Power ONYX (CPU : R10000) を使用した．静止画像表示は，前報 [5, 6]に従い，格子点 (51×51×51=132,651) における原子軌道の関数値（Figure 1(b)）を計算した後，可視化ソフトウェア AVS ( Application Visualization System ) を利用して行なった（Figure 1(c)）．静止画像のファイル化は，GWS に標準添付されている静止画像ファイル化ユーティリティー XWD (X Window Dumping utility）を利用した．ファイル形式は，XWD 形式 [14] である．ファイル容量は，今回使用した静止画像 1 枚 (400×400 pixels 32 bits ) では，約 700 k bytes であった．
   
2. 　静止画像ファイルの転送とファイル形式の変換
   　静止画像作成用 GWS と 動画作成用 PC (使用機種は Apple 社 iMac (CPU : PowerPC G3, 233 M Hz) 以下 iMac と略記) を，学内 LAN (ethernet 10BASE-T 10 M bits/s) で接続して，ファイルの転送を行なった（Figure 1(d)）．iMac 上で利用したソフトウェアは，Fetch 3.03 [15] である．次の動画化の段階では，静止画像ファイルが PICT 形式 [16]である必要があるため， Mac 上でグラフィックコンバータ3.5J [17] を利用してファイル形式を XWD 形式から PICT 形式に変換した．変換後の静止画像 (400×400 pixels 32 bits) は圧縮され，ファイル容量は 約 180 k bytes になった．
   
3. 　QTVRオブジェクト（対話形式で取り扱える動画）の作成
   　複数の PICT 形式の静止画から，iMac 上で動画作成ソフトウェア (Apple QTVR Authoring Studio) [10 - 12]を使用して QTVR オブジェクトを作成した（Figure 1(e) およびFigure 2）．
   
4. 　QTVR オブジェクトの動作条件および配布
   　QTVR オブジェクトは，現在市販されている Macintosh ではそのままで動作可能である．Macintosh の旧機種および IBM PC/AT 互換機では，そのままでは動作しない．アップルコンピューター社のWeb Site [18] から QuickTime 3 Macintosh 版または PC/AT 版をダウンロードしてインストールすれば動作可能にできる．
   　QTVR オブジェクトの配布は，筆者らの研究室の Web Site [19] で公開している．また，CD-R（追記型コンパクトディスク）などに記録して配布する事も可能である．
   

Figure 1. A process for generating QTVR object movie

Figure 2. An example of a display of QTVR authoring studio

3 結果と考察

Figure 3. A snapshot of QTVR movies

Figure 4. Display of atomic orbital web site

　3 次元の自由な方向に画像を動かすことができ，しかも事前に複数の静止画を保存する必要がない動画として２種の報告がある．その第１は，Atom in a Box [9a] と呼ばれるものである．これは， Macintosh 上（CPU がpowerPC の機種）で単独に動作するソフトウェアである．計算しながら原子軌道の表示を行なっているが，巧妙な方法で高速に表示している（ iMac で 10 frames/s 程度）．ここでは，電子を雲状に表示しているので，電子の状態をより厳密に取り扱っているとも解釈できるが，等値曲面表示と比較すると，軌道の形は，やや認識しにくい．第２の報告 [9b] は，VRML (Virtual Reality Modeling Language) と呼ばれる動画システムを用いて原子軌道を自在に繰る方法を採用している．これは，等値曲面を多面体で近似した形状をテキスト形式のデータ（ VRML 形式ファイル）として記述しておき，このデータを基にして VRML ブラウザ (Live 3D [21] や Cosmo Player [22]) を使用して立体的な画像を表示する方法である．この方法は，回転画像を表示するときに新に画像を作成しているので，QTVR よりも自由度が高い．しかし，このため使用するコンピューターによっては動作が遅く感じられることもある．特に 4d 軌道や 5d 軌道のように閉曲面の数が多い場合にこの影響が大きいと予想される．以上まとめると，複数の原子軌道を比較したいときに，向きをそろえてならべて差を見たい時などには，QTVR を用いる方法が最も適している．

4 結論

参考文献