みんな元気かな？
ねこ先生だよ。今日はシミュレーションについて説明するね。ちょっと長いお話だけど、アニメとかも出てくるからゆっくり読んでね。
目次
シミュレーションとは？
「流体シミュレーション」の「流体」はどういうものかわかったよね。空気とか水とか流れるものだったね。
じゃあ、「シミュレーション」って聞いたことある？
シミュレーションゲームとかあるからゲーム好きなお友達は聞いたことあるかも。
まずは、シミュレーションを簡単に説明するね。身の回りの出来事で次のようなことを考えてみよう。
例１ おかしやさんでどれを買う？
明日、君は1,000円を持って、おかしやさんに行くとしよう。おかしやさんのチョコレートは300円、クッキーは200円、ガムは100円だ。
さあ明日、どれを何個買うか今日のうちに決めよう。みんなはどうやって決めるかな？
- チョコが好きなので、チョコレートを３つ。
- 全部食べたいから、チョコ１つ、クッキー２つ、ガム３つ。
- お金がもったいないから、ガム１つだけ。
自分がどうしたいかを決めて、買う前に計算するよね。実際にお店に行かなくても、頭の中で計算してみることができる。実はこれがシミュレーションなんだ。
例２ 友達とのケンカ
もうひとつ違う例をあげてみよう。
ある日、君はお友達とケンカしたよ。次の日君ならどうする？
- あやまる。→仲直りする。
- あやまらない。→仲が悪くなる。
明日お友達に会う前にどうしたいか決めて、なんて言うか考えるよね。そして、「こんなふうに言ったら、友達と仲直りできるかな」なんて考える。どうするか頭の中で想像してみるわけだ。これだってシミュレーションなんだよ。
シミュレーションとは
つまり、シミュレーションとは、計画したり、計算したりして、まだ起こってないことを予測することなんだ。頭の中で考えてもいいし、紙に書いたり、計算して確かめてもいい。
こういう場合は、こうなるかな？ あの場合は、ああなるんじゃないかな？ って、いろいろ考えて予測してみる。これがシミュレーションだ。
これなら、みんないつもシミュレーションしてるね。
シミュレーションって、みんなやってるんだ。
流体シミュレーション
シミュレーションはいろいろ予測することなんだね。じゃあ、「流体シミュレーション」とは何だろう？
流体シミュレーションとは、流体がどんなふうに流れるかを予測することなんだ。空気や水がどんなふうに流れるかを予測すること、これが流体シミュレーションだ。
例1 バイクの流体シミュレーション
例えば下の図はバイクのまわりの流体シミュレーションの例だよ。バイクのまわりで、どういうふうに空気が流れるかをシミュレーションで予測したものなんだ。
バイクのまわりに線がいっぱいあるね。これは空気がこの線に沿って流れていることを表してるんだ。バイクで走ると前から風を受ける。つまり空気が流れてるわけだ。
この絵はバイクのまわりに矢印があるね。これは空気の流れる方向を表している。色は空気の流れる速さを表していて、赤色は速くて、青色は遅いんだ。流体シミュレーションをやると空気がどんなふうに流れているかよく分かるんだよ。
例2 水をかき回す流体シミュレーション
今度は違う流体シミュレーションだ。アニメになってるよ。
これは、くるくる回転する板を水の入った容器に入れたときに、どんなふうに水がかき上げられるかを予測したものだ。青いつぶつぶが水で、赤い板が回転したらジャブジャブかき回されている様子がわかるね。
こんなふうに、流体シミュレーションをすると、流体がどのように流れるかを確かめることができるんだ。
流体シミュレーションって、流体がどんなふうに流れるかを予測することなんだね。
コンピュータシミュレーション
最初に話した友達との仲直りは、頭の中で考えることができたね。お菓子やさんの例は、算数の掛け算と足し算で暗算でもできるし、難しかったら紙にかいて計算したらできるね。
でも、流体シミュレーションはどうだろう。流体がどう流れるかっていうのは、難しい式があるんだけど、その答えを求めるのは暗算や筆算では求めることはできないんだ。とってもたくさんの計算をしなくちゃいけないんだけど、人間じゃとてもできないので、コンピュータに計算してもらうんだ。
最初にプログラミングの話をしたけれど、流体シミュレーションはプログラムを使ってコンピュータで計算をして答えを出すんだ。
こんなふうに、コンピュータでシミュレーションをすることをコンピュータシミュレーションって呼んでいる。
流体シミュレーション以外にもコンピュータシミュレーションの例を紹介するね。アニメになってるから再生して見てね。
例1 熱が伝わるシミュレーション
これは板の一部を加熱したときに、どのように温度が変わっていくかをシミュレーションしたものだ。赤色が温度が高い所、青色が温度が低いところを表している。だんだんと温度が変わっていく様子がわかるね。
例2 牧羊犬のシミュレーション
これはちょっと変わった例だよ。みんな牧羊犬って知ってる？
牧羊犬っていうのは、羊の群れを追っかけて目的の場所に誘導（ゆうどう）する犬のことだ。白い丸が羊で、赤い丸が牧羊犬を表している。犬や羊が動く規則がプログラムされていて、犬がどうやって羊をまとめて連れて行くかを計算したものなんだ。犬がうまく羊の群れを追っていく様子がわかるね。
コンピュータシミュレーションって、とっても面白そうだね。
シミュレーションて何の役に立つの？
流体シミュレーションとかコンピュータシミュレーションって、なんだか面白そうだけど何の役に立つんだろう？
シミュレーションって、いろんなところで使われてるんだ。流体シミュレーションだと、さっき見たバイクや自動車なんかのまわりの空気の流れを予測することで、安全で性能が良い製品を作ることができる。
あと、扇風機とかエアコンの羽根をどんな形にすればいいだろうかなんて考えるのにも、流体シミュレーションは使われてるよ。
他にも、みんなが毎日見てる天気予報にもシミュレーションが使われている。風の流れや雲の動きをコンピュータで計算して、明日の天気がどうなるか予測してるんだ。
あと最近だと、新型コロナウィルスの感染者数の予測や部屋の換気（空気の流れ）の仕方なんかもコンピュータシミュレーションで調べたりしている。
シミュレーションって、みんなの生活にきっても切り離せないとても重要なものなんだね。
まとめ
今日はシミュレーションについてお話したよ。シミュレーションってどんなものかイメージできたかな？
これまで、お話ばっかりだったので、少したいくつしてきたね。次回は、みんなにも流体シミュレーションをやってもらうことにしよう。お楽しみに。
次回は、実際に流体シミュレーションをやってみるよ。
文中の写真は、https://unsplash.com/から使わせていただいています。
文中のイラストは、いらすとやから使わせていただいています。