JP2005183411A - Interface tracking simulation method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、界面追跡シミュレーション方法、および、そのシミュレーション実行用プログラムに関し、より詳細には、半導体プロセス、結晶成長、2流体間界面、酸化還元反応を伴う界面等において、これらの界面形状の時間的発展を、コンピュータを用いてシミュレーションする方法、および、その実行用プログラムに関する。 The present invention relates to an interface tracking simulation method, and a program for executing the simulation. More specifically, the present invention relates to a temporal process of these interface shapes in a semiconductor process, crystal growth, an interface between two fluids, an interface with a redox reaction, and the like. The present invention relates to a method for simulating development using a computer, and an execution program thereof.
物理現象を理解するうえで、特定の2次元平面内に形成された界面が時間的に発展する様子を、コンピュータ・シミュレーションにより解析することが必要とされる場合がある。その典型例が、半導体プロセスシミュレーション(例えば、特許文献1、および、特許文献2参照)であり、産業的観点からも極めて重要な意義をもつ技術である。
In order to understand a physical phenomenon, it may be necessary to analyze how the interface formed in a specific two-dimensional plane evolves with time by computer simulation. A typical example is a semiconductor process simulation (see, for example,
例えば、特許文献1には、半導体プロセスの1過程である酸化膜成長過程において、酸化膜の成長に伴って微妙に高さの異なる細かな凹凸のある酸化膜同士に重なりが生じた場合でも、酸化膜成長の時間刻みが不必要に細分化されることがなく、このため時間的進行に停滞が生じないこととした酸化シミュレーション方法が記載されている。しかし、このような従来のシミュレーション方法には、以下のような問題がある。
For example, in
図11(a)、(b)は、長さの異なる複数の線分からなる線分列によって界面形状を表現したものである。各図中の黒丸は、界面の形状を複数の線分に分割するためのポイント(頂点)であり、相互に隣接するポイント(頂点)同士を直線で結んで得られる線分を線分列として形成し、界面の形状を近似している。 FIGS. 11A and 11B show the interface shape by a line segment sequence including a plurality of line segments having different lengths. The black circles in each figure are points (vertices) for dividing the interface shape into multiple line segments. Line segments obtained by connecting points (vertices) adjacent to each other with straight lines are used as line segment sequences. The shape of the interface is approximated.
界面の形状は時々刻々変化するが、この時間変化は、各頂点に与えられる移動ベクトルによって特徴づけられる。すなわち、各頂点において2つの線分がなす角度の2等分角方向に、単位時間刻み当たりの移動距離に対応するノルムをもったベクトルを定義し、これをこの頂点の移動ベクトルとするのである。その結果、単位時間刻み経過後の界面は、図中に細線で示した形状をとることとなる。 The shape of the interface changes from time to time, and this time change is characterized by a movement vector given to each vertex. That is, a vector having a norm corresponding to the moving distance per unit time is defined in the bisecting direction of the angle formed by the two line segments at each vertex, and this is used as the moving vector of this vertex. . As a result, the interface after the unit time increment has a shape indicated by a thin line in the figure.
図12(a)〜(f)は、界面形状の経時変化の様子を説明するための図であり、各時刻t1、t2´、およびt2における界面形状を示している。時刻t1において図12(a)に示した形状を有する界面は、時刻t2´において図12(b)、時刻t2において図12(c)の形状へと変化する。同様に、時刻t1において図12(d)に示した形状を有する界面は、時刻t2´において図12(e)、時刻において図12(f)の形状へと変化する。 FIGS. 12A to 12F are diagrams for explaining the change of the interface shape with time, and show the interface shape at times t 1 , t 2 ′, and t 2 . The interface having the shape shown in FIG. 12A at time t 1 changes to the shape of FIG. 12B at time t 2 ′ and FIG. 12C at time t 2 . Similarly, the interface having the shape shown in FIG. 12D at time t 1 changes to the shape of FIG. 12E at time t 2 ′ and FIG. 12F at time.
この場合、図12(c)に示した界面形状では、近傍の線分列の頂点の順番が入れ替わるためにループを作ってしまう現象(現象1)が起こっており、一方、図12(f)に示した界面形状では、異なる2つの線分列を構成する線分が互いに交差するという現象(現象2)が起こっている。 In this case, in the interface shape shown in FIG. 12 (c), a phenomenon (Phenomenon 1) in which a loop is formed because the order of the vertices of the neighboring line segment sequence is changed occurs, while FIG. In the interface shape shown in (2), a phenomenon (phenomenon 2) occurs in which line segments constituting two different line segment arrays cross each other.
また、上述した特許文献2に記載のシミュレーション方法によれば、線分の交差現象が時刻t2で生じた場合には、先ず、シミュレーションパラメータである時間刻みを小さく設定し直し、図12(a)又は(d)に示した時刻t1での界面形状を基に、時刻t2に先行する時刻であるt2´までシミュレーションを実行し、線分の交差が生じていない図12(b)又は(e)に示した界面形状を得る。そして、図12(b)又は(e)に示した界面形状を表現する各頂点の再配置等による初期化処理を行った後に、再度シミュレーションを実行し直すという取り扱いがなされる。
Further, according to the simulation method described in
しかしながら、上述したようなシミュレーション方法によれば、界面形状を表現する線分列を構成する線分の交差が生じるたびに、シミュレーションパラメータである時間刻みを設定し直して、再度シミュレーションをやり直す必要があり、シミュレーションに長時間を要してしまうという問題がある。 However, according to the simulation method as described above, it is necessary to reset the time step as a simulation parameter and restart the simulation every time an intersection of the line segments constituting the line segment representing the interface shape occurs. There is a problem that the simulation takes a long time.
線分の交差が生じてしまう現象の本質は、従来のシミュレーション方法では、流体の流れ解析で広く採用されるラグランジュの流れ関数を基礎とする計算体系(ラグランジュ描像)を採用しているという点にある。 The essence of the phenomenon of line segment crossing is that the conventional simulation method uses a calculation system based on the Lagrangian flow function widely used in fluid flow analysis (Lagrange picture). is there.
流体の流れを解析するためのアプローチには、ラグランジュ描像とオイラー描像という2つの見方がある。具体的には、ラグランジュ描像では流体中を運動する粒子の軌跡を記述する運動方程式から出発するのに対し、オイラー描像は流体中に形成される「速度場」を仮定し、この速度場の時間的変化を記述する運動方程式から出発するのである。 There are two approaches to analyzing fluid flow: Lagrangian and Euler. Specifically, the Lagrangian picture starts from the equation of motion describing the trajectory of particles moving in the fluid, whereas the Euler picture assumes the “velocity field” formed in the fluid and the time of this velocity field. We start with an equation of motion that describes the dynamic change.
これを数学的に解釈すると、ラグランジュ描像では、位相空間内において定義された、ある群の作用を受ける被作用子の軌跡を時間的に追跡するのに対して、オイラー描像では、群の作用そのものの時間的な変化を追跡するということになる。 When this is interpreted mathematically, the Lagrange picture traces temporally the trajectory of the subject affected by a group defined in the phase space, while the Euler picture itself is the group action itself. This means tracking changes over time.
例えば、2次元完全流体に対するオイラー方程式は、速度場をv、圧力をp、時間をtとして、 For example, the Euler equation for a two-dimensional perfect fluid is: velocity field is v, pressure is p, time is t
で与えられる。 Given in.
このオイラー方程式を、位相空間内での群の作用という観点から解釈しなおすと、2次元空間内に形成された、ある領域の全体にわたって定義される滑らかな関数の集合において、その集合を構成するある要素から他の要素へ作用する、微分同相群の作用について表現した方程式であると見なすことが可能である(例えば、非特許文献1)。 Reinterpreting this Euler equation from the point of view of group action in phase space, it constitutes a set of smooth functions defined over a region formed in a two-dimensional space. It can be regarded as an equation that expresses the action of a differential in-phase group that acts from one element to another (for example, Non-Patent Document 1).
このような数学的解釈の基に、基底空間として、変形のパラメータである時間tの軸を仮定し、ファイバーとして、2次元ユークリッド空間内の所望の領域でのファイバー束を仮定して、これらの基底空間とファイバーから構成される多様体を考える。 Based on such mathematical interpretation, assuming the axis of time t that is a parameter of deformation as a base space, and assuming a fiber bundle in a desired region in a two-dimensional Euclidean space as a fiber, these Consider a manifold consisting of a base space and fibers.
各ファイバーへの作用が微分同相であれば、ファイバー束を微分同相群のフレーム束として取り扱うことが可能であり、微分同相群の主ファイバー束として取り扱うことも可能である。これをフレーム束として取り扱うこととするのがラグランジュ描像に対応し、主ファイバー束として取り扱うこととするのがオイラー描像に対応する。 If the action on each fiber is differential in-phase, the fiber bundle can be handled as a frame bundle of the differential in-phase group, and can also be handled as a main fiber bundle of the differential in-phase group. Handling this as a frame bundle corresponds to a Lagrange image, and handling it as a main fiber bundle corresponds to an Euler image.
このような取り扱いにおいては、上述したオイラー方程式は、2次元ユークリッド空間上の微分同相群を、調和写像理論(あるいは非線形シグマ模型)におけるエネルギー汎関数と仮定し、このエネルギー汎関数に最小原理を適用して導かれた運動方程式として理解されることになる。また、上述した2次元ユークリッド空間内に形成される速度場は、無限次元リー群である微分同相群の、リー環の生成元として理解される。更に、ラグランジュ微分は、2次元ユークリッド空間での幾何学的接続として理解される。 In such a treatment, the Euler equation described above assumes that the differential in-phase group in the two-dimensional Euclidean space is an energy functional in the harmonic mapping theory (or nonlinear sigma model), and applies the minimum principle to this energy functional. It will be understood as an equation of motion derived as a result. Further, the velocity field formed in the two-dimensional Euclidean space described above is understood as a generator of the Lie ring of the differential in-phase group which is an infinite dimensional Lie group. Furthermore, Lagrangian differentiation is understood as a geometric connection in a two-dimensional Euclidean space.
ラグランジュ描像を採用すると、生起する事象を直感的に理解し易くなるという利点がある一方、位相を定義することが困難となるという問題がある。例えば、速度場の配位の状態によっては、着目した流体粒子の近傍点が、ある時間の経過後に、その近傍系に移動しないという現象が起こり得る。 Adopting a Lagrangian image has the advantage of making it easier to intuitively understand the events that occur, while also making it difficult to define the phase. For example, depending on the coordination state of the velocity field, a phenomenon may occur in which the neighboring point of the focused fluid particle does not move to the neighboring system after a certain period of time.
図13は、上述した問題点を説明するための図である。理解を容易にするために、流体粒子の運動場である2次元平面を等間隔の格子で分割している。 FIG. 13 is a diagram for explaining the above-described problem. In order to facilitate understanding, a two-dimensional plane which is a motion field of fluid particles is divided by an equidistant grid.
図中に示した太い矢印は、各格子点での速度場をベクトル表現したものである。また、細線の曲線は、各流体粒子の軌跡を意味している。すなわち、時間の経過に伴って、aの流体粒子はa´へ、bの流体粒子はb´へ、cの流体粒子はc´へと移動している。各流体粒子間の相対的な距離関係の時間変化に着目すると、初期状態では、aはbの近傍にあり、cはbから遠くに存在するが、ある時間の経過後には、a´はb´の近傍になく、c´はb´の近傍に存在しており、各流体粒子の相対的距離関係が、時間的に変化している。 The thick arrows shown in the figure are vector representations of the velocity field at each lattice point. The thin line curve means the trajectory of each fluid particle. That is, with the passage of time, the fluid particle a moves to a ′, the fluid particle b moves to b ′, and the fluid particle c moves to c ′. When attention is paid to the temporal change in the relative distance relationship between each fluid particle, in the initial state, a is in the vicinity of b and c is far from b, but after a certain period of time, a ′ is b. C ′ exists in the vicinity of b ′, not in the vicinity of ′, and the relative distance relationship of each fluid particle changes with time.
しかし、オイラー描像を採用すれば、かかる不自然さは解消される。すなわち、ファイバーの位相は、2次元ユークリッド空間から誘導される距離空間となり、また、速度場は、2次元ユークリッド空間上に形成された場として取り扱うことが可能である(ここで、速度場の配位空間に如何なる位相を与えるかは別問題である)。 However, if the Euler image is adopted, such unnaturalness is eliminated. That is, the phase of the fiber becomes a metric space derived from the two-dimensional Euclidean space, and the velocity field can be handled as a field formed on the two-dimensional Euclidean space (where the velocity field is arranged). What kind of phase is given to the position space is another problem).
従来のシミュレーション方法で発生する上述した2つの現象(現象1及び現象2)は、ラグランジュ描像が内包する問題に起因するものである。
The above-mentioned two phenomena (
しかし、これらの現象のうち、現象2は、従来の界面追跡シミュレーションの設計思想が、広い意味でのラグランジュ的描像に基礎を置いていることに起因して生じる現象である。即ち、現象2は、従来の界面追跡シミュレーションの設計思想自身がもつ特徴であると考えるべきである。また、ある種の界面現象では、現象2のような物理現象が起こりにくい場合があることが知られている。
However, among these phenomena,
他方、現象1は、シミュレーション方法の未熟さに起因するものと考えることができる。すなわち、現象1は、従来のシミュレーション方法が、時間的に変化する界面の形状を数学的に表現できていないことを意味しており、致命的な欠陥である。
On the other hand, the
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シミュレーション方法に、オイラー描像的設計思想を取り入れることにより、上述した現象1を克服する界面追跡シミュレーション方法を提供することにある。従って、オイラー描像に従って、界面に沿った距離を、2次元ユークリッド空間から自然に誘導されるものとして定義する。この場合、界面曲線の微小線素の長さは、界面変形に対して不変とし、界面変形を表現する速度場は、等長的な界面上での関数であることを利用する。
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an interface tracking simulation method that overcomes the
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーション方法であって、界面を表現する曲線を、等長の線分に分割してなる線分列により近似し、前記線分の長さを維持しながら、次の時間ステップの界面形状を決定することを特徴とするコンピュータ・シミュレーション方法である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a computer simulation method for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane, comprising: Is approximated by a line segment sequence obtained by dividing the curve into equal-length line segments, and the interface shape of the next time step is determined while maintaining the length of the line segments.・ Simulation method.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のコンピュータ・シミュレーション方法において、前記線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて
The invention according to
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応した前記線分列のn=0及びn=Nの周りでの振る舞いが、解析的に知られた漸近的振る舞いに近似できるように、V0の値を決定し、該法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応して、 And the behavior of the line segment sequence around n = 0 and n = N corresponding to the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment is known analytically. The value of V 0 is determined so that it can be approximated to the asymptotic behavior given, and corresponding to the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction,
を満足するように接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を , The tangential speed {V n | n = 0,..., N} is determined so as to satisfy the above equation, the normal direction speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed Based on {V n | n = 0,..., N}, the n-th new tangent angle is calculated for the minute time interval ε.
とすることを特徴とするコンピュータ・シミュレーション方法である。 A computer simulation method characterized by the following.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のコンピュータ・シミュレーション方法において、前記線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて
The invention according to
を求め、
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
Seeking
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
により定義し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、 The tangential speed V 0 corresponding to the line segment corresponding to n = 0 is appropriately determined, and the tangential direction corresponding to the normal speed {U n | n = 0,. Speed {V n | n = 0,..., N},
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth intermediate tangent angle is
により算出し、前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、 And the interface is updated using the intermediate contact angle, and the intermediate contact angle is replaced with a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φN −1 } is redefined, and the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment that approximates the updated interface is calculated, and n = 0 The line segment tangential velocity V 0 is appropriately determined, and the tangential velocity {V n | n = 0,...
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth new tangent angle is
として求め、接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新することを特徴とするコンピュータ・シミュレーション方法である。 And the interface shape is updated based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle.
また、請求項4に記載の発明は、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーション方法であって、界面を表現する曲線を向きづけ、前記界面曲線を等長の線分に分割近似し、前記線分の長さを維持しながら、次の時間ステップの界面形状を決定し、各時間ステップ毎に前記曲線の向きの入れ替えを行うことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is a computer simulation method for tracking the temporal development of an interface formed in a two-dimensional plane, the curve representing the interface is oriented, and the interface curve is Dividing and approximating to equal-length line segments, maintaining the length of the line segments, determining the interface shape of the next time step, and changing the direction of the curve at each time step .
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のコンピュータ・シミュレーション方法において、前記線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 5 is the computer simulation method according to claim 4, wherein each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,..., N, and a reference angle of each line segment is specified. Is calculated from the contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } using the contact angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、V0の値をゼロとして、 And the value of V 0 is zero,
を満足するように接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を , The tangential speed {V n | n = 0,..., N} is determined so as to satisfy the above equation, the normal direction speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed Based on {V n | n = 0,..., N}, the n-th new tangent angle is calculated for the minute time interval ε.
により算出し、各時間ステップ毎に、前記接角に割り振られた番号の向きが逆になるように前記線分列の各頂点の番号を入れ替えて界面形状を求めることを特徴とする。 The interface shape is obtained by replacing the number of each vertex of the line segment sequence so that the direction of the number assigned to the contact angle is reversed at each time step.
また、請求項6に記載の発明は、請求項4に記載のコンピュータ・シミュレーション方法において、前記線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 6 is the computer simulation method according to claim 4, wherein each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,. Is calculated from the contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } using the contact angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の小さい順に The tangential speed V 0 corresponding to the line segment corresponding to n = 0 is appropriately determined, and the tangential direction corresponding to the normal speed {U n | n = 0,. Speeds {V n | n = 0,..., N} in ascending order of n values
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth intermediate tangent angle is
により算出し、前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、n=Nに対応する線分の接線方向の速度VNを適当に決定し、接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の大きな順に And the interface is updated using the intermediate contact angle, and the intermediate contact angle is replaced with a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } is redefined, and the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment that approximates the updated interface is calculated and corresponds to n = N The tangential speed V N of the line segment is appropriately determined, and the tangential speed {V n | n = 0,...
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth new tangent angle is
として求め、接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新することを特徴とする。 The interface shape is updated based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle.
また、請求項7に記載の発明は、コンピュータを用いて、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーションを行なうためのプログラムであって、界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 7 is a program for performing computer simulation for tracking the temporal development of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer, and approximates the interface. Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,..., N, and the tangent angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N from the reference angle of each line segment. = Φ N−1 }, and using the tangent angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応した前記線分列の漸近的な振る舞いが、n−1とn+1の入替えに対して対称となるようにV0の値を決定し、 And the asymptotic behavior of the line segment corresponding to the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment is symmetric with respect to the permutation of n−1 and n + 1. Determine the value of V 0 so that
を満足するように接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を , The tangential speed {V n | n = 0,..., N} is determined so as to satisfy the above equation, the normal direction speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed Based on {V n | n = 0,..., N}, the n-th new tangent angle is calculated for the minute time interval ε.
とすることを特徴とするプログラムである。 It is a program characterized by that.
また、請求項8に記載の発明は、コンピュータを用いて、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーションを行なうためのプログラムであって、界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 8 is a program for performing computer simulation for tracking temporal development of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer, and approximates the interface. Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,..., N, and the tangent angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N from the reference angle of each line segment. = Φ N−1 }, and using the tangent angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、 The tangential speed V 0 corresponding to the line segment corresponding to n = 0 is appropriately determined, and the tangential direction corresponding to the normal speed {U n | n = 0,. Speed {V n | n = 0,..., N},
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth intermediate tangent angle is
により算出し、前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、 And the interface is updated using the intermediate contact angle, and the intermediate contact angle is replaced with a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φN −1 } is redefined, and the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment that approximates the updated interface is calculated, and n = 0 The line segment tangential velocity V 0 is appropriately determined, and the tangential velocity {V n | n = 0,...
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth new tangent angle is
として求め、接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新することを特徴とする。 The interface shape is updated based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle.
また、請求項9に記載の発明は、コンピュータを用いて、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーションを行なうためのプログラムであって、界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 9 is a program for performing a computer simulation for tracking the temporal development of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer, and approximates the interface. Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,..., N, and the tangent angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N from the reference angle of each line segment. = Φ N−1 }, and using the tangent angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、V0の値をゼロとして、 And the value of V 0 is zero,
を満足するように接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を , The tangential speed {V n | n = 0,..., N} is determined so as to satisfy the above equation, the normal direction speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed Based on {V n | n = 0,..., N}, the n-th new tangent angle is calculated for the minute time interval ε.
により算出し、各時間ステップ毎に、前記接角に割り振られた番号の向きが逆になるように前記線分列の各頂点の番号を入れ替えて界面形状を求めることを特徴とする。 The interface shape is obtained by replacing the number of each vertex of the line segment sequence so that the direction of the number assigned to the contact angle is reversed at each time step.
また、請求項10に記載の発明は、コンピュータを用いて、2次元平面内に形成された界面の時間的発展を追跡するためのコンピュータ・シミュレーションを行なうためのプログラムであって、界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、前記接角を用いて The invention according to claim 10 is a program for performing computer simulation for tracking the temporal development of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer, and approximates the interface. Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,..., N, and the tangent angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N from the reference angle of each line segment. = Φ N−1 }, and using the tangent angle
を求め、前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、 Tangent vector t n and normal vector n n of each line segment,
により定義し、n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の小さい順に The tangential speed V 0 corresponding to the line segment corresponding to n = 0 is appropriately determined, and the tangential direction corresponding to the normal speed {U n | n = 0,. Speeds {V n | n = 0,..., N} in ascending order of n values
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth intermediate tangent angle is
により算出し、前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、n=Nに対応する線分の接線方向の速度VNを適当に決定し、接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の大きな順に And the interface is updated using the intermediate contact angle, and the intermediate contact angle is replaced with a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } is redefined, and the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment that approximates the updated interface is calculated and corresponds to n = N The tangential speed V N of the line segment is appropriately determined, and the tangential speed {V n | n = 0,...
を満足するように決定し、前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、 , And the fineness based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. For the time interval ε, the nth new tangent angle is
として求め、接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新することを特徴とする。 The interface shape is updated based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle.
更に、請求項11に記載の発明は、請求項7〜10に記載のプログラムを記憶し、コンピュータ読取可能な記憶媒体である。 Furthermore, the invention described in claim 11 is a computer-readable storage medium storing the program described in claims 7-10.
本発明の界面追跡シミュレーション方法では、オイラー描像的設計思想を取り入れることにより、界面に沿った距離を、2次元ユークリッド空間から自然に誘導されるものとして定義し、界面曲線の微小線素の長さを界面変形に対して不変とし、界面変形を表現する速度場の算出にあたって等長的な界面上での関数であるという性質を利用したので、界面形状を表現する線分列の各線分の頂点の順番が入れ替わるためにループを作ってしまう現象が現れるという不都合を生じないシミュレーション方法の提供が可能となる。 In the interface tracking simulation method of the present invention, the distance along the interface is defined as being naturally derived from the two-dimensional Euclidean space by incorporating the Euler pictorial design philosophy, and the length of the micro-line element of the interface curve is defined. Is used as a function on the isometric interface in calculating the velocity field expressing the interface deformation, and the vertex of each line segment in the line segment sequence expressing the interface shape is used. It is possible to provide a simulation method that does not cause the inconvenience that a phenomenon of creating a loop appears due to the change of the order.
まず、簡単のために、取り扱うべき界面の形状を連続する1本の曲線として取り扱う場合について説明する。この場合は、界面の解析的取り扱いの観点からの研究がなされており、既に非特許文献2において報告されている。
First, for the sake of simplicity, the case where the shape of the interface to be handled is handled as one continuous curve will be described. In this case, research from the viewpoint of analytical handling of the interface has been made, and has already been reported in
図1は、滑らかな1本の曲線で界面形状を表現した図である。この図において、曲線の各点の位置ベクトルをXとすると、この曲線は、各点毎に定められる、接ベクトルtと、法線ベクトルnとによって特徴づけられる。ここで、sを弧長とすると、法線ベクトルは、n=dX/dsで与えられる。 FIG. 1 is a diagram representing an interface shape by a single smooth curve. In this figure, if the position vector of each point of the curve is X, this curve is characterized by a tangent vector t and a normal vector n determined for each point. Here, when s is an arc length, the normal vector is given by n = dX / ds.
これらのベクトルは、いわゆる、フレネ・セレの関係式、 These vectors are the so-called Fresne-Cere relations,
を通して関係づけられる。ここでκは曲線の曲率であり、曲率は曲率半径の逆数として定義されたものである。従って、ある基準角からの接角の角度をφとすると、接線ベクトルt、および法線ベクトルnは、それぞれ、t=(cosφ、sinφ)、及び、n=(−sinφ、cosφ)、で与えられ、曲率は、κ=dφ/ds、で与えられることとなる。 Related through. Here, κ is the curvature of the curve, and the curvature is defined as the reciprocal of the radius of curvature. Therefore, if the angle of the tangent from a certain reference angle is φ, the tangent vector t and the normal vector n are given by t = (cosφ, sinφ) and n = (− sinφ, cosφ), respectively. The curvature is given by κ = dφ / ds.
次に、この曲線の等長変形を考える。変形のパラメータをtとして、 Next, consider isometric deformation of this curve. Let t be the transformation parameter.
で与えられるものとする。
このとき、
It shall be given by
At this time,
という条件を課すと、曲線の局所的な長さが不変な状態での変形を与えることとなる。ここで、 If the above condition is imposed, the deformation in a state where the local length of the curve is invariable is given. here,
という略記法を使用した。
式(3)に対して、微分処理を施すと
The abbreviation is used.
When differentiation is applied to equation (3)
となる。
従って、法線方向の「速度」Uを与え、
It becomes.
Therefore, given the “velocity” U in the normal direction,
で定義される「速度」Vを用いて曲線の変形を考えることとすれば、この変形は等長変形を意味する。 If we consider the deformation of the curve using the “velocity” V defined in (1), this deformation means an isometric deformation.
次に、取り扱うべき対象の離散化(あるいは差分化とも呼ぶ)を施す。つまり、取り扱うべき対象を有限(あるいは加算)個の集合で近似表現する。この離散化には様々な方法が知られており、連続極限をとることにより微分方程式となる差分方程式は、連続濃度の数で存在することが知られている。 Next, discretization (also referred to as difference) of an object to be handled is performed. That is, the target to be handled is approximated by a finite (or addition) set. Various methods are known for this discretization, and it is known that a differential equation that becomes a differential equation by taking the continuous limit exists in the number of continuous concentrations.
例えば、カオスを形成することで有名なロジスティック・マップという差分方程式(漸化式)は、連続極限をとるとカオスを形成しない微分方程式であるロジスティック方程式となることが知られており、また、連続極限の後にこの微分方程式となる差分方程式であって、カオス信号を発生しない差分方程式があることも知られている(例えば、非特許文献3を参照)。すなわち、離散化という過程は、非常に豊富な情報を生成する過程であり、振る舞いの「悪い」離散化を行うことによって系が不安定化することがあり得ることを意味している。(もちろん、離散化によって連続の際、不安定であった系が安定化する場合もある。) For example, it is known that the difference equation (recurrence formula) called the logistic map, which is famous for forming chaos, becomes a logistic equation that is a differential equation that does not form chaos when the continuous limit is taken. It is also known that there is a differential equation that becomes this differential equation after the limit and does not generate a chaotic signal (see, for example, Non-Patent Document 3). That is, the process of discretization is a process of generating very abundant information, and means that the system can be destabilized by performing “bad” discretization of behavior. (Of course, an unstable system may be stabilized at the time of continuation by discretization.)
従って、本発明の目的を達するためには、式(5)を離散化する必要があるが、単に、中心差分あるいは前進差分等によって離散化すればよい訳ではない。以下で述べるように、連続的な描像で得られた個々の幾何学量は、それぞれが幾何学的背景に基づいて定義可能な量であり、その背景を無視して離散化あるいは離散化を行うと、ある有限の時間発展後にシミュレーション結果が不安定化することが予想される。 Therefore, in order to achieve the object of the present invention, it is necessary to discretize the equation (5), but it is not necessary to discretize simply by the center difference or the forward difference. As described below, each geometric quantity obtained by continuous imaging is a quantity that can be defined based on the geometric background, and is discretized or discretized by ignoring the background. It is expected that the simulation result will become unstable after a certain finite time development.
そこで、本発明のシミュレーション方法では、上述した連続幾何学的概念を、シミュレーション結果に矛盾を生ぜしめることがないように、離散幾何学的な立場に立脚して離散化し、曲線の変形を記述する差分方程式のスキームを与える。 Therefore, in the simulation method of the present invention, the above-described continuous geometric concept is discretized from the standpoint of discrete geometry so as not to cause contradiction in the simulation results, and the deformation of the curve is described. Gives the scheme of the difference equation.
図2は、1本の曲線に離散化を施して得られた線分列を示す。この図で示すように、各線分は長さLを持っており、並びの番号n(n=0,1,2,…N)で区別される。また、各線分は、各頂点において定まる、位置ベクトルrn、接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角φnの各パラメータによって特徴づけられている。 FIG. 2 shows a line segment obtained by discretizing a single curve. As shown in this figure, each line segment has a length L, and is distinguished by a sequence number n (n = 0, 1, 2,... N). Each line segment is characterized by parameters of a position vector r n , a tangent vector t n , a normal vector n n , and a tangent angle φ n determined at each vertex.
これらのパラメータは、以下の離散フレネ・セレの関係式を満足する。 These parameters satisfy the following discrete Fressen-Sele relation:
この線分列において、仮想的に以下の微小変形を考える。(Unに関しては図18に記してある。) In this line segment sequence, the following minute deformation is virtually considered. (With respect to U n are noted in Figure 18.)
また、 Also,
を定義すると、 Define
は、個々の線分の長さを維持するための条件となる。
式(7)と式(10)の関係式から、
Is a condition for maintaining the length of each line segment.
From the relational expression of Expression (7) and Expression (10),
が得られる。
更に、式(11)の左辺の最後の項の(tn−1,nn−1)を、(tn,nn)に分解し、
Is obtained.
Further, (t n−1 , n n−1 ) of the last term on the left side of the formula (11) is decomposed into (t n , n n ),
として、φn εを導入すると、線分の長さを変化させない変形は、 Assuming that φ n ε is introduced, the deformation that does not change the length of the line segment is
となる。
更に、式(13)の左辺を、オーダーεで近似すると、
It becomes.
Furthermore, when the left side of the equation (13) is approximated by the order ε,
となる。
これは、式(5)を離散化したものとなっており、陽解法により解を求めることができる。
It becomes.
This is a discretization of Equation (5), and a solution can be obtained by an explicit method.
ある界面に対して、法線方向の変形に対応する速度分布{Un}が与えられれば、V0を適当に定め、順次、 If a velocity distribution {U n } corresponding to the deformation in the normal direction is given to a certain interface, V 0 is appropriately determined,
を解いてゆくことにより{Vn}を定めることができる。
そして、{Un}{Vn}と{φn}とによって新たな角度が、
{V n } can be determined by solving.
And {U n } {V n } and {φ n } give a new angle,
から定まり、ある時間ステップ後の形状が定まることとなる。 The shape after a certain time step is determined.
但し、式(14)から明らかなように、これらの式は、n−1とn+1とに入れ替えに対して不変ではない。すなわち、取り扱われる物理系が本来は有しないはずの左右非対称性が、離散化を施すことによって生じたこととなっている。 However, as is clear from the equation (14), these equations are not invariant to the exchange between n-1 and n + 1. That is, the left-right asymmetry that should not be inherent in the handled physical system is caused by the discretization.
以下の実施例では、この左右非対称性を生じさせない差分方程式の解法について説明する。
以下に説明する本発明の差分方程式の解法では、何らかの物理的条件により、界面に垂直な方向の速度Unが与えられる場合を想定している。そして、界面の移動をオイラー描像的に表現するために、与えられた速度Unに対して、式(15)に基づく計算を逐次実行し、界面の接線方向の速度Vnを得るのである。
In the following embodiment, a method of solving a difference equation that does not cause this left-right asymmetry will be described.
The solution of the differential equations of the present invention described below, by some physical conditions, speed U n of the direction perpendicular to the interface it is assumed that the given. Then, the movement of the interface to be expressed Eulerian imaged, the relative speed given U n, performs sequential calculation based on equation (15) is to obtain the velocity V n of the tangential surface.
このような計算が意味をもつためには、任意の弧長sについて、正負充分大きい領域での界面の漸近的振舞いが均一でかつ既知である必要がある。 In order for such calculation to be meaningful, the asymptotic behavior of the interface in a region where the sign is sufficiently large must be uniform and known for an arbitrary arc length s.
図3は、着目した領域52の領域から充分に離れた領域51および53では、Unが一定であり、かつ、曲率knがゼロであると仮定した場合の線分列の様子を示した図である。このような線分列の様子は、界面の変化を表現するものとして充分に一般的であり、半導体プロセス等において生起する界面の変化をシミュレーションする場合に、頻繁に生じる境界条件である。
3, in the
(実施例)
図4は、本発明の界面追跡シミュレーションを実行させるためのシミュレーション・システムの例を示す。このシミュレーション・システムは、シミュレーションの演算を司る計算機システムと、プログラムの実行ファイルを格納する記憶媒体とから構成される。計算機システムは、計算機本体であるコンピュータ111と、コンピュータ111に内蔵されたフロッピー(登録商標)ディスクドライブ113と、表示装置であるディスプレイ112と、入力装置であるマウス114およびキーボード115とから構成され、記憶媒体としては、フロッピー(登録商標)ディスク110が用いられる。
(Example)
FIG. 4 shows an example of a simulation system for executing the interface tracking simulation of the present invention. This simulation system includes a computer system that manages simulation operations and a storage medium that stores an execution file of a program. The computer system includes a
図5は、本シミュレーション・システムを構成する、表示装置、入力装置、記憶装置、および演算装置の相互の関係を説明するブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram for explaining the mutual relationship among the display device, the input device, the storage device, and the arithmetic device that constitutes the simulation system.
表示装置であるディスプレイ112と、入力装置であるマウス114およびキーボード115は、コンピュータ111に内蔵された演算装置であるCPU116に接続されており、入力装置を介して入力された信号が入力されるとともに、演算結果をディスプレイ112に出力する。また、コンピュータ111に内蔵されたハードディスク117とメモリ118、および、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ113を介して読込み・書出しがなされるフロッピー(登録商標)ディスク110が、CPU116に接続され、演算に必要な情報がCPU116により読み込まれるとともに、演算結果が記憶されるようになっている。
A
本発明の界面追跡アルゴリズムに基づいたプログラムの実行ファイルは、コンピュータ111に内蔵されたハードディスク117、あるいは外部記憶装置であるフロッピー(登録商標)ディスク110に予め記憶されている。界面追跡シミュレーション・プログラムの内容をCPU116により実行させるため、キーボード115あるいはマウス114からの指示入力によりメモリ118上にロードし、本発明の界面追跡シミュレーションが実行される。
An execution file of a program based on the interface tracking algorithm of the present invention is stored in advance in a
本実施例では、本発明のシミュレーション方法における差分方程式の計算方法について説明する。 In this embodiment, a difference equation calculation method in the simulation method of the present invention will be described.
従来の計算方法の問題点は、ある時間ステップ後に生じる界面形状が、左右非対称性を有することである。この問題を克服するために、本実施例の計算方法では、界面の接線方向の速度V0を、その非対称性を打ち消すように設定する。 The problem with the conventional calculation method is that the interface shape that occurs after a certain time step has left-right asymmetry. In order to overcome this problem, in the calculation method of this embodiment, the tangential velocity V 0 of the interface is set so as to cancel the asymmetry.
図6は、本発明の計算方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。また、図7は、このアルゴリズムに従って差分方程式を解いて得られた界面形状の時間変化の様子を示す図である。 FIG. 6 is a flowchart showing the algorithm of the calculation method of the present invention. Moreover, FIG. 7 is a figure which shows the mode of the time change of the interface shape obtained by solving a difference equation according to this algorithm.
先ず、初期化を行い、ハードディスク117からメモリ118上に実行プログラムをロードし、必要な計算領域を確保したうえで、所望の方法によって入力された初期界面形状を形成する。また、界面の接線方向の速度の初期値V0をゼロに設定する(S21)。
First, initialization is performed, an execution program is loaded from the
次に、物理的考察に基づいて、界面の法線方向の、離散化された速度場Unを計算する(S22)。例えば、実行されるべきシミュレーションが、酸化による界面の時間変化という現象に関するものであれば、酸化という物理現象を記述するための差分方程式により、速度場Unを計算する。一般的に、速度場は一形式の量であるので、離散化された場合も線分上で定義される。本実施例では、式(8)を考慮して、図18に示すように位置ベクトルrnとrn−1とで定まる線分上で定義された速度場をUnとした。これらの計算の結果として、{Un|n=1,…,N}が定まる。 Next, based on physical considerations, the normal direction of the interface, calculates the discretized velocity field U n (S22). For example, if the simulation to be executed is related to the phenomenon of temporal change of the interface due to oxidation, the velocity field Un is calculated by a difference equation for describing the physical phenomenon of oxidation. In general, since the velocity field is a quantity of one form, even when discretized, it is defined on the line segment. In this embodiment, in consideration of the equation (8), the velocity field defined on the line segment determined by the position vector r n and r n-1 as shown in FIG. 18 was U n. As a result of these calculations, {U n | n = 1,..., N} is determined.
更に、U0を、U0=U1として設定する(S23)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Further, U 0 is set as U 0 = U 1 (S23). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set.
引き続いて、与えられたV0の値に対して、式(15)を順次解くことにより、{Vn}を定め(S24)、更に、式(16)に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、改めて{φn}と定義し直す(S25)。 Subsequently, {V n } is determined by sequentially solving Equation (15) for a given value of V 0 (S24), and a new tangent distribution {φ n ε } according to Equation (16). Is redefined as {φ n } (S25).
これらのパラメータ設定を基に、界面形状の再構成をおこなう(S26)。本実施例の場合には、r0での時間発展が既知であるので、r0+εU0n0+εV0t0として、形状{φn}のデータから構成し直すことになる。 The interface shape is reconstructed based on these parameter settings (S26). In the case of the present embodiment, since the time evolution at r 0 is known, r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is reconfigured from data of the shape {φ n }.
そして、図7において、t+εの時点での漸近的な長さの差であるδsを求め、次のステップでのV0の値を−δsとしておく(S27)。 Then, in FIG. 7, δs, which is an asymptotic length difference at time t + ε, is obtained, and the value of V 0 in the next step is set to −δs (S27).
最後に、終了判定(S28)を行い、終了と判定(S28:Yes)されれば終了し(S29)、継続と判定(S28:No)されれば、S22〜S28のステップを繰り返す。このとき、V0=−δsと設定して計算を行うこととするので、図7に示すように左右の非対称性が起こらなくなる。 Finally, an end determination (S28) is performed. If it is determined to end (S28: Yes), the process ends (S29). If it is determined to continue (S28: No), steps S22 to S28 are repeated. At this time, since the calculation is performed with V 0 = −δs, left-right asymmetry does not occur as shown in FIG.
実施例1で示した差分スキームを含んだ界面追跡シミュレータ、あるいはサブルーチンを、図4に示したフロッピー(登録商標)ディスク110またはハードディスク117等の記憶手段に格納しておく。これにより、容易にシミュレーションができることとなる。
The interface tracking simulator or the subroutine including the difference scheme shown in the first embodiment is stored in a storage unit such as the floppy (registered trademark)
従来の計算方法により得られる計算結果に左右非対称性が現れるという問題点は、線分上で定義されるべき速度ベクトルを、頂点上で定義していることに起因している。この問題を克服するために、本実施例では、速度ベクトルの頂点への割り当てを変更することで、左右非対称性を打ち消すこととしている。 The problem that left-right asymmetry appears in the calculation result obtained by the conventional calculation method is due to the fact that the velocity vector to be defined on the line segment is defined on the vertex. In order to overcome this problem, the present embodiment cancels the left-right asymmetry by changing the assignment of the velocity vector to the vertex.
図8は、本実施例の計算方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the algorithm of the calculation method of this embodiment.
先ず、初期化を行い、ハードディスク117から実行プログラムをメモリ118上にロードし、必要な計算領域を確保した上で、所望の方法により入力された初期界面形状を形成する(S221)。
First, initialization is performed, an execution program is loaded from the
次に、物理的考察に基づいて、界面の法線方向の、離散化された速度場Unを計算する(S222)。例えば、実行されるべきシミュレーションが酸化による界面の変化時間という現象についてのものであれば、酸化という物理現象を記述するための差分方程式により、速度場Unを計算する。一般的に、速度場は一形式の量であるので、離散化された場合も線分上で定義される。 Next, based on physical considerations, the normal direction of the interface, calculates the discretized velocity field U n (S222). For example, if the simulation to be executed is about the phenomenon of the change time of the interface due to oxidation, the velocity field Un is calculated by a difference equation for describing the physical phenomenon of oxidation. In general, since the velocity field is a quantity of one form, even when discretized, it is defined on the line segment.
図18は、式(8)を変形して、速度ベクトルの頂点への自然な割り当てを行うことにより、位置ベクトルrnとrn−1の上で速度場Unを定義した様子を示す図である。この割り当てにより、{Un|n=1,…,N}の速度が定まる。 FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which the velocity field U n is defined on the position vectors r n and r n−1 by modifying Expression (8) and performing natural allocation to the vertices of the velocity vector. It is. This assignment determines the speed of {U n | n = 1,..., N}.
更に、U0を、U0=U1として設定する(S223)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Further, U 0 is set as U 0 = U 1 (S223). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set.
引き続いて、与えられたV0の値に対して、式(15)を順次解くことにより、{Vn}を定め(S224)、更に、式(16)に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、改めて{φn}と定義し直す(S225)。 Subsequently, {V n } is determined by sequentially solving Equation (15) for a given value of V 0 (S224), and a new tangent distribution {φ n ε } according to Equation (16). Is redefined as {φ n } (S225).
これらのパラメータ設定を基に、界面形状の再構成をおこなう(S226)。本実施例の場合には、r0での時間発展が既知であるので、r0+εU0n0+εV0t0として、形状{φn}のデータから構成し直すこととなる。 The interface shape is reconstructed based on these parameter settings (S226). In the case of this embodiment, since the time evolution at r 0 is known, r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is reconfigured from data of the shape {φ n }.
また、Unの決定2として、再び、物理的考察により法線方向の離散化された速度場Unを計算する(S227)。決定2では図18とは異なる図9に示す速度場Unの割り当て方を行う。つまり、位置ベクトルrnとrn−1の上で定義された速度場Unを考えているから、界面形状は、
Further, as the
を満足することとなる。この割り当てにより、{Un|n=1,…,N−1}の速度が定まる。 Will be satisfied. With this assignment, the speed of {U n | n = 1,..., N−1} is determined.
次に、UNを、UN=UN−1として設定する(S228)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Next, the U N, is set as U N = U N-1 ( S228). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set.
また、最初の速度であるV0をゼロとして、図9に示す線分列を構成する各線分の長さを保存する方程式を、式(16)により計算し、その計算結果を還元した式、 Further, an equation for preserving the length of each line segment constituting the line segment sequence shown in FIG. 9 with V 0 being the initial velocity being zero is calculated by the equation (16), and the calculation result is reduced,
を解くことにより、{Vn}を定める(S229)。
更に、
{V n } is determined by solving (S229).
Furthermore,
に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、その結果を改めて{φn}と定義し直し(S230)、r0+εU0n0+εV0t0として、{φn}のデータから界面形状を構成し直す(S231)。 Then, a new tangent distribution {φ n ε } is determined, and the result is redefined as {φ n } (S230), and r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is used as the interface from the data of {φ n } The shape is reconfigured (S231).
最後に、終了判定(S232)を行い、終了と判定(S232:Yes)されれば終了し(S233)、継続と判定(S232:No)されれば、S222〜S232のステップを繰り返す。 Finally, an end determination (S232) is performed. If it is determined to end (S232: Yes), the process ends (S233). If it is determined to continue (S232: No), steps S222 to S232 are repeated.
図10は、上述したアルゴリズムに従って差分方程式を解いて得られた界面形状の時間変化の様子である。この図から明らかなように、上述したアルゴリズムに従って差分方程式を解くことにより、関心のある領域における左右の非対称性が起こらなくなる。 FIG. 10 shows how the interface shape changes over time obtained by solving the difference equation according to the algorithm described above. As is apparent from this figure, by solving the difference equation according to the above-described algorithm, left-right asymmetry does not occur in the region of interest.
実施例3で示した差分スキームを含んだ界面追跡シミュレータまたはサブルーチンを、フロッピー(登録商標)ディスク110やハードディスク117等の記憶媒体に収めることにより、手軽にシミュレーションができることとなる。
By storing the interface tracking simulator or subroutine including the difference scheme shown in the third embodiment in a storage medium such as the floppy (registered trademark)
本実施例では、各ステップ毎に界面形状を表現する曲線の向きの入れ替えを行うことにより界面形状の左右非対称性を打ち消すようにした、本発明のシミュレーション方法における差分方程式の計算方法について説明する。具体的には、各ステップ毎に格子の順番を変更する取り扱いを行っている。 In this embodiment, a difference equation calculation method in the simulation method of the present invention will be described in which the asymmetry of the interface shape is canceled by changing the direction of the curve representing the interface shape at each step. Specifically, handling is performed to change the grid order for each step.
図14は、本発明の計算方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。また、図15は、このアルゴリズムに従って差分方程式を解いて得られた界面形状の時間変化の様子を示す図である。 FIG. 14 is a flowchart showing the algorithm of the calculation method of the present invention. FIG. 15 is a diagram showing the temporal change of the interface shape obtained by solving the difference equation according to this algorithm.
先ず、初期化を行い、ハードディスク117からメモリ118上に実行プログラムをロードし、必要な計算領域を確保したうえで、所望の方法によって入力された初期界面形状を形成する(S31)。
First, initialization is performed, an execution program is loaded from the
次に、物理的考察に基づいて、界面の法線方向の、離散化された速度場Unを計算する(S32)。例えば、実行されるべきシミュレーションが、酸化による界面の時間変化という現象に関するものであれば、酸化という物理現象を記述するための差分方程式により、速度場Unを計算する。一般的に、速度場は一形式の量であるので、離散化された場合も線分上で定義される。本実施例では、式(8)を考慮して、位置ベクトルrnとrn−1とで定まる線分上で定義された速度場をUnとした。これらの計算の結果として、{Un|n=1,…,N}が定まる。 Next, based on physical considerations, the normal direction of the interface, calculates the discretized velocity field U n (S32). For example, if the simulation to be executed is related to the phenomenon of temporal change of the interface due to oxidation, the velocity field Un is calculated by a difference equation for describing the physical phenomenon of oxidation. In general, since the velocity field is a quantity of one form, even when discretized, it is defined on the line segment. In this embodiment, considering the equation (8), the velocity field defined on the line segment determined by the position vectors r n and r n−1 is defined as U n . As a result of these calculations, {U n | n = 1,..., N} is determined.
更に、U0を、U0=U1として設定する(S33)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Further, U 0 is set as U 0 = U 1 (S33). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set.
引き続いて、与えられたV0の値に対して、式(15)をn値の小さい順に順次解くことにより、{Vn}を定め(S34)、更に、式(16)に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、改めて{φn}と定義し直す(S35)。 Subsequently, {V n } is determined for the given value of V 0 by sequentially solving equation (15) in ascending order of the n value (S34), and a new tangent distribution according to equation (16). {Φ n ε } is determined and redefined as {φ n } (S35).
これらのパラメータ設定を基に、界面形状の再構成をおこなう(S36)。本実施例の場合には、r0での時間発展が既知であるので、r0+εU0n0+εV0t0として、形状{φn}のデータから構成し直すことになる。 The interface shape is reconstructed based on these parameter settings (S36). In the case of the present embodiment, since the time evolution at r 0 is known, r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is reconfigured from data of the shape {φ n }.
図15に示すように、t+εの時点において、漸近的な長さの差δsが存在する。本発明のシミュレーションに用いる差分方程式の計算では、図15に示すように、頂点列の名前を反転させ、曲線の向きを逆転させる。また、この逆転操作に伴って、変数{φn}、{Un}、{Vn}も添え字を逆転させる(S37)。なお、プログラムの実装上は、それぞれの向き付け用のメモリ領域を取り、それらを入れ替えて、順番に使用してもよい。 As shown in FIG. 15, there is an asymptotic length difference δs at time t + ε. In the calculation of the difference equation used in the simulation of the present invention, as shown in FIG. 15, the names of the vertex rows are reversed and the direction of the curve is reversed. In accordance with the reverse operation, the variables {φ n }, {U n }, and {V n } also reverse the subscripts (S37). In mounting the program, the memory areas for the respective orientations may be taken and replaced to be used in order.
最後に、終了判定(S38)を行い、終了と判定(S38:Yes)されれば終了し(S39)、継続と判定(S38:No)されれば、S32〜S38のステップを繰り返す。 Finally, an end determination (S38) is performed. If it is determined that the process is ended (S38: Yes), the process ends (S39). If it is determined that the process is continued (S38: No), steps S32 to S38 are repeated.
上述した差分方程式の計算を行うことにより、左右の非対称性が起こらなくなる。 By performing the above-described difference equation calculation, left-right asymmetry does not occur.
実施例5で示した差分スキームを含んだ界面追跡シミュレータまたはサブルーチンを、フロッピー(登録商標)ディスク110やハードディスク117等の記憶媒体に収めることにより、手軽にシミュレーションができることとなる。
By storing the interface tracking simulator or subroutine including the difference scheme shown in the fifth embodiment in a storage medium such as the floppy (registered trademark)
従来の計算方法により得られる計算結果に左右非対称性が現れるという問題点は、線分上で定義されるべき速度ベクトルを、頂点上で定義していることに起因している。この問題を克服するために、本実施例では、速度ベクトルの頂点への割り当てを変更し、解く順序を変更することで、左右非対称性を打ち消すこととしている。 The problem that left-right asymmetry appears in the calculation result obtained by the conventional calculation method is due to the fact that the velocity vector to be defined on the line segment is defined on the vertex. In order to overcome this problem, in this embodiment, the left-right asymmetry is canceled by changing the assignment of the velocity vectors to the vertices and changing the solving order.
図16は、本実施例の計算方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart showing the algorithm of the calculation method of this embodiment.
先ず、初期化を行い、ハードディスク117から実行プログラムをメモリ118上にロードし、必要な計算領域を確保した上で、所望の方法により入力された初期界面形状を形成する(S321)。
First, initialization is performed, an execution program is loaded from the
次に、物理的考察に基づいて、界面の法線方向の、離散化された速度場Unを計算する(S322)。例えば、実行されるべきシミュレーションが酸化による界面の変化時間という現象についてのものであれば、酸化という物理現象を記述するための差分方程式により、速度場Unを計算する。一般的に、速度場は一形式の量であるので、離散化された場合も線分上で定義される。 Next, based on physical considerations, the normal direction of the interface, calculates the discretized velocity field U n (S322). For example, if the simulation to be executed is about the phenomenon of the change time of the interface due to oxidation, the velocity field Un is calculated by a difference equation for describing the physical phenomenon of oxidation. In general, since the velocity field is a quantity of one form, even when discretized, it is defined on the line segment.
図18は、式(8)を変形して、速度ベクトルの頂点への自然な割り当てを行うことにより、位置ベクトルrnとrn−1の上で速度場Unを定義した様子を示す図である。この割り当てにより、{Un|n=1,…,N}の速度が定まる。 FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which the velocity field U n is defined on the position vectors r n and r n−1 by modifying Expression (8) and performing natural allocation to the vertices of the velocity vector. It is. This assignment determines the speed of {U n | n = 1,..., N}.
更に、U0を、U0=U1として設定する(S323)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。引き続き、UNをUN=UN−1として設定する。このことにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Further, U 0 is set as U 0 = U 1 (S323). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set. Subsequently, it sets the U N as U N = U N-1. This sets {U n | n = 0,..., N}.
更に、V0の値をゼロとし、式(15)をn値の小さい順に順次解くことにより、{Vn}を定め(S324)、更に、式(16)に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、改めて{φn}と定義し直す(S325)。 Further, the value of V 0 is set to zero, and {V n } is determined by sequentially solving Equation (15) in ascending order of the n value (S324). Further, according to Equation (16), a new tangent distribution {φ n ε } And redefine it as {φ n } (S325).
これらのパラメータ設定を基に、界面形状の再構成をおこなう(S326)。本実施例の場合には、r0での時間発展が既知であるので、r0+εU0n0+εV0t0として、形状{φn}のデータから構成し直すこととなる。 Based on these parameter settings, the interface shape is reconstructed (S326). In the case of this embodiment, since the time evolution at r 0 is known, r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is reconfigured from data of the shape {φ n }.
また、Unの決定2として、再び、物理的考察により法線方向の離散化された速度場Unを計算する(S327)。本実施例では、図9に示すように、位置ベクトルrnとrn−1の上で定義された速度場Unを考えているから、界面形状は、
In addition, as the
を満足することとなる。この割り当てにより、{Un|n=1,…,N−1}の速度が定まる。 Will be satisfied. With this assignment, the speed of {U n | n = 1,..., N−1} is determined.
次に、UNを、UN=UN−1として設定する(S328)。これにより、{Un|n=0,…,N}が設定される。 Next, the U N, is set as U N = U N-1 ( S328). Thereby, {U n | n = 0,..., N} is set.
また、VNをゼロとして、図9に示す線分列を構成する各線分の長さを保存する方程式を、式(16)により計算し、その計算結果を還元した式、 Further, an equation for preserving the length of each line segment constituting the line segment sequence shown in FIG. 9 with V N being zero is calculated by the equation (16), and the calculation result is reduced,
をn値の大きいほうから順次解くことにより、{Vn}を定める(S329)。
更に、
{V n } is determined by solving sequentially from the larger n value (S329).
Furthermore,
に従って新しい接角分布{φn ε}を決定し、その結果を改めて{φn}と定義し直し(S330)、r0+εU0n0+εV0t0として、{φn}のデータから界面形状を構成し直す(S331)。これは実質的には、実施例5で示した方向の逆転と同じことを行ったこととなる。 Then, the new tangent distribution {φ n ε } is determined, and the result is redefined as {φ n } (S330), and r 0 + εU 0 n 0 + εV 0 t 0 is used as the interface from the data of {φ n }. The shape is reconfigured (S331). This is substantially the same as the direction reversal shown in the fifth embodiment.
最後に、終了判定(S332)を行い、終了と判定(S332:Yes)されれば終了し(S333)、継続と判定(S332:No)されれば、S322〜S332のステップを繰り返す。 Finally, an end determination (S332) is performed. If it is determined to be ended (S332: Yes), the process ends (S333), and if it is determined to be continued (S332: No), steps S322 to S332 are repeated.
図17は、上述したアルゴリズムに従って差分方程式を解いて得られた界面形状の時間変化の様子である。この図から明らかなように、上述したアルゴリズムに従って差分方程式を解くことにより、関心のある領域における左右の非対称性が起こらなくなる。 FIG. 17 shows how the interface shape changes over time obtained by solving the difference equation according to the algorithm described above. As is apparent from this figure, by solving the difference equation according to the above-described algorithm, left-right asymmetry does not occur in the region of interest.
上述した差分方程式の計算を行うことにより、左右の非対称性が起こらなくなる。 By performing the above-described difference equation calculation, left-right asymmetry does not occur.
実施例7で示した差分スキームを含んだ界面追跡シミュレータまたはサブルーチンを、フロッピー(登録商標)ディスク110やハードディスク117等の記憶媒体に収めることにより、手軽にシミュレーションができることとなる。
By storing the interface tracking simulator or the subroutine including the difference scheme shown in the seventh embodiment in a storage medium such as the floppy (registered trademark)
界面形状を表現する線分列の各線分の頂点の順番が入れ替わるためにループを作ってしまう現象が現れるという不都合を生じないシミュレーション方法の提供が可能となる。 It is possible to provide a simulation method that does not cause inconvenience that a phenomenon of creating a loop appears because the order of the vertices of each line segment in the line segment sequence expressing the interface shape is changed.
51 着目する領域から離れた領域
52 着目する領域
53 着目する領域から離れた領域
110 フロッピー(登録商標)ディスク
111 コンピュータ
112 ディスプレイ
113 フロッピー(登録商標)ディスクドライブ
114 マウス
115 キーボード
116 CPU
117 ハードディスク
118 メモリ
51 A region away from the region of interest 52 A region of interest 53 A region away from the region of
117
Claims (11)
界面を表現する曲線を、等長の線分に分割してなる線分列により近似し、
前記線分の長さを維持しながら、次の時間ステップの界面形状を決定する、
ことを特徴とするコンピュータ・シミュレーション方法。 A computer simulation method for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane, comprising:
Approximate the curve representing the interface with a line segment divided into equal-length line segments,
Determining the interface shape for the next time step while maintaining the length of the line segment;
A computer simulation method characterized by the above.
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応した前記線分列のn=0及びn=Nの周りでの振る舞いが、解析的に知られた漸近的振る舞いを近似できるように、V0の値を決定し、該法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応して、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を
を特徴とする請求項1に記載のコンピュータ・シミュレーション方法。 Specify each vertex of the line segment sequence by integers n = 1,..., N;
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
Asymptotically known behavior of the line segment around n = 0 and n = N corresponding to the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment The value of V 0 is determined so that the behavior can be approximated, and corresponding to the velocity in the normal direction {U n | n = 0,..., N},
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle
The computer simulation method according to claim 1.
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、
前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、
前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、
前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、
接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新する、
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ・シミュレーション方法。 Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
The tangential speed {V n | n = 0,..., N} corresponding to the normal speed {U n | n = 0,.
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The intermediate intermediate angle
Update the interface using the intermediate contact angle,
Redefine the intermediate contact angle as a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 };
Calculating the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment approximating the updated interface;
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
Tangential velocity {V n | n = 0,..., N}
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle,
Updating the interface shape based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle;
The computer simulation method according to claim 1.
界面を表現する曲線を向きづけ、
前記界面曲線を等長の線分に分割近似し、
前記線分の長さを維持しながら、次の時間ステップの界面形状を決定し、
各時間ステップ毎に前記曲線の向きの入れ替えを行う、
ことを特徴とするコンピュータ・シミュレーション方法。 A computer simulation method for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane, comprising:
Orient the curve representing the interface,
Dividing and approximating the interface curve into equal-length line segments,
While maintaining the length of the line segment, determine the interface shape for the next time step,
The direction of the curve is changed at each time step.
A computer simulation method characterized by the above.
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
V0の値をゼロとして、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を
各時間ステップ毎に、前記接角に割り振られた番号の向きが逆になるように前記線分列の各頂点の番号を入れ替えて界面形状を求める、
ことを特徴とする請求項4に記載のコンピュータ・シミュレーション方法。 Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
The value of V 0 is zero,
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle
For each time step, obtain the interface shape by replacing the number of each vertex of the line segment sequence so that the direction of the number assigned to the contact angle is reversed,
The computer simulation method according to claim 4.
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の小さい順に
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、
前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、
前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、
前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、
n=Nに対応する線分の接線方向の速度VNを適当に決定し、
接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の大きな順に
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、
接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新する、
ことを特徴とする請求項4に記載のコンピュータ・シミュレーション方法。 Each vertex of the line segment sequence is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
The tangential speed {V n | n = 0,..., N} corresponding to the normal speed {U n | n = 0,.
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The intermediate intermediate angle
Update the interface using the intermediate contact angle,
Redefine the intermediate contact angle as a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 };
Calculating the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment approximating the updated interface;
appropriately determine the tangential velocity V N of the line segment corresponding to n = N;
Tangential velocity {V n | n = 0,..., N} in ascending order of n value
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle,
Updating the interface shape based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle;
The computer simulation method according to claim 4.
界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応した前記線分列のn=0及びn=Nの周りでの振る舞いが、解析的に知られた漸近的振る舞いを近似できるように、V0の値を決定し、該法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応して、
、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を
ことを特徴とするプログラム。 A computer simulation program for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer,
Each vertex of the line segment approximating the interface is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
Asymptotically known behavior of the line segment around n = 0 and n = N corresponding to the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment The value of V 0 is determined so that the behavior can be approximated, and corresponding to the velocity in the normal direction {U n | n = 0,..., N},
,
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle
A program characterized by that.
界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、
前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、
前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、
前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、
接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新する、
ことを特徴とするプログラム。 A computer simulation program for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer,
Each vertex of the line segment approximating the interface is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
The tangential speed {V n | n = 0,..., N} corresponding to the normal speed {U n | n = 0,.
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The intermediate intermediate angle
Update the interface using the intermediate contact angle,
Redefine the intermediate contact angle as a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 };
Calculating the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment approximating the updated interface;
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
Tangential velocity {V n | n = 0,..., N}
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle,
Updating the interface shape based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle;
A program characterized by that.
界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
V0の値をゼロとして、
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を
各時間ステップ毎に、前記接角に割り振られた番号の向きが逆になるように前記線分列の各頂点の番号を入れ替えて界面形状を求める、
ことを特徴とするプログラム。 A computer simulation program for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer,
Each vertex of the line segment approximating the interface is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
The value of V 0 is zero,
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle
For each time step, obtain the interface shape by replacing the number of each vertex of the line segment sequence so that the direction of the number assigned to the contact angle is reversed,
A program characterized by that.
界面を近似する線分列の各頂点を、整数n=1,…,Nによって指定し、
前記各線分の基準角からの接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}を算出し、
前記接角を用いて
前記各線分の接線ベクトルtnおよび法線ベクトルnnを、
n=0に対応する線分の接線方向の速度V0を適当に決定し、
各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}に対応する接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の小さい順に
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の中間的な接角を、
前記中間的な接角を用いて界面の更新を行い、
前記中間的な接角を、新たな接角{φn|n=0,…,N,φ0=φ1,φN=φN−1}として定義し直し、
前記更新後の界面を近似する各線分の法線方向の速度{Un|n=0,…,N}を算出し、
n=Nに対応する線分の接線方向の速度VNを適当に決定し、
接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を、n値の大きな順に
前記法線方向の速度{Un|n=0,…,N}と、前記接線方向の速度{Vn|n=0,…,N}を基に、微少時間間隔εに対して、n番目の新たな接角を、
接線ベクトルtn、法線ベクトルnn、および接角を基に界面形状を更新する、
ことを特徴とするプログラム。 A computer simulation program for tracking the temporal evolution of an interface formed in a two-dimensional plane using a computer,
Each vertex of the line segment approximating the interface is designated by integers n = 1,.
The tangent angles {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 } from the reference angle of each line segment are calculated,
Using the tangent angle
The tangent vector t n and normal vector n n of each line segment are
appropriately determine the tangential velocity V 0 of the line segment corresponding to n = 0,
The tangential speed {V n | n = 0,..., N} corresponding to the normal speed {U n | n = 0,.
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The intermediate intermediate angle
Update the interface using the intermediate contact angle,
Redefine the intermediate contact angle as a new contact angle {φ n | n = 0,..., N, φ 0 = φ 1 , φ N = φ N−1 };
Calculating the velocity {U n | n = 0,..., N} in the normal direction of each line segment approximating the updated interface;
appropriately determine the tangential velocity V N of the line segment corresponding to n = N;
Tangential velocity {V n | n = 0,..., N} in ascending order of n value
Based on the normal speed {U n | n = 0,..., N} and the tangential speed {V n | n = 0,. The new new contact angle,
Updating the interface shape based on the tangent vector t n , the normal vector n n , and the tangent angle;
A program characterized by that.
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---|---|---|---|
JP2003417376A JP2005183411A (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Interface tracking simulation method and program |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003417376A JP2005183411A (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Interface tracking simulation method and program |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009110415A (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Position correction device, position correction method and position correction program |
JPWO2021044511A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 |
-
2003
- 2003-12-15 JP JP2003417376A patent/JP2005183411A/en active Pending
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JPWO2021044511A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | ||
WO2021044511A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | 日本電信電話株式会社 | Optical fiber cable sensing device, optical fiber cable sensing method, and program |
JP7315009B2 (en) | 2019-09-03 | 2023-07-26 | 日本電信電話株式会社 | Optical fiber cable sensing device, optical fiber cable sensing method, and program |
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