Tecplot — CAE用語解説

その通り、Tecplotはソルバーではありません。ポストプロセッサー、つまり計算結果の「可視化」と「解析」に特化したソフトウェアです。例えば、FluentやOpenFOAMで計算した圧力や速度の膨大なデータ（数百万〜数億の格子点データ）を、人間が理解できる等高線図、ベクトル図、ストリームライン、等値面などに変換します。物理量の空間分布を直感的に把握するための「翻訳機」のようなものです。

良い質問だ。重要なのは「補間」と「導出量の計算」だ。例えば、非構造格子のデータで等高線を描く場合、各セル（四面体や六面体）内で物理量がどう変化するかを仮定して補間する。線形補間が基本だが、高次補間も可能だ。また、生データから新しい物理量を計算する。速度ベクトル

ストリームラインの計算は、常微分方程式の数値積分問題に帰着する。簡単に言うと、ある点から出発して、その点の速度ベクトルの方向に少し進み、新しい点での速度を求め、また進む…というプロセスを繰り返す。これを4次のルンゲ・クッタ法などの手法で解いている。粒子数が1万個もあれば、確かに負荷は大きくなる。特に非定常データでタイムステップごとに追跡すると、計算時間とメモリ使用量が膨大になる。Tecplot 360 EXでは並列処理機能を使ってこの負荷を分散させることができる。

ネイティブにサポートしている形式は多い。構造格子ならPLOT3D形式、非構造格子ならCGNSやAbaqus (.inp)、Fluent (.cas, .dat)、ANSYS CFX (.res)、OpenFOAMのケースディレクトリ直接読み込みなどだ。また、汎用データとしてテキストファイルやCSV、バイナリデータも読み込める。ただし、非構造格子データを読み込む際、セルの接続情報（どの節点がどのセルを構成するか）が正しく定義されていないとエラーになる。これが読み込み失敗の大半の原因だ。

これには「マーチングキューブス法」に代表されるアルゴリズムが使われる。各セル（立方体セルを想像してほしい）の8つの頂点の値を調べ、求めたい等値（101325 Pa）が、頂点の値の最大と最小の間にあるか判定する。もしあれば、その等値がセルの各辺のどこを通るかを線形補間で求め、それらの点を結んでセル内の小さな三角形（または多角形）のパッチを作る。これを全セルに対して行い、パッチを繋ぎ合わせることで、滑らかではないが連続した等値面が生成される。

主に3つだ。第一に、非構造格子での等高線・等値面描画。セルごとの補間計算とジオメトリ生成が発生する。第二に、粒子追跡（ストリームラインなど）。先述の通り数値積分の繰り返しだ。第三に、データのサブセット化（「ゾーン」の作成）や、新しい変数の計算（渦度、応力テンソル不変量など）だ。例えば、1000万セルのデータからQクリテリオンを計算するのは、各セルでテンソル演算を行うため、CPUとメモリバンド幅を大きく消費する。対策は、必要最小限のゾーンだけをロードし、必要ならデータを間引く（サンプリング）ことだ。

まずは「データの健全性チェック」だ。データを読み込んだら、メニューの`Analyze > Zone Info`で、ゾーン名、セル数、節点数、変数名とその単位を確認する。変数名が`Var1`などになっていないか。次に、`Plot > Mesh`で格子を表示し、ジオメトリが意図した通りか（欠けていないか、変形していないか）を確認する。特にインポートしたCADデータは表面メッシュが粗かったり、重複面があったりする。基本の確認を怠ると、後で間違った可視化結果を信じてしまう。

幾つかの実践的なルールがある。第一に、カラーマップは適切か。連続量には`Rainbow`より`Viridis`や`Plasma`などの知覚的に均一なカラーマップを使うのが現代のスタンダードだ。第二に、等高線の本数は多すぎず、重要な値を通るように設定する。第三に、文字のサイズとフォント。図中のラベルや凡例の文字は、印刷した時に読める大きさか。`Times New Roman`や`Arial`などの標準フォントを使う。Tecplotの「スタイル」機能でこれらの設定を保存し、全ての図で統一すれば、一貫性のある資料が作れる。

まず、全てのタイムステップデータを一つの`.plt`ファイルにまとめる「トランシエントデータ」形式で保存するのが理想だ。多くのソルバー出力はシリーズデータとして読み込める。もし個別ファイルが1000個もあるなら、Tecplot 360 EXの「データ・ローダ」機能か、バッチ処理用のPythonスクリプト（PyTecplot）を使う。アニメーション作成時は、解像度とフレームレートに注意だ。プレビュー用なら640x480、30fpsで十分。学会発表用なら1920x1080、15fps。フル解像度で全フレームを画像出力すると、ディスク容量を数十GBも消費するので注意が必要だ。

最大の強みは「エンジニアリングデータ解析に特化している」点だ。ParaViewはより汎用的な科学可視化ツールで、医療画像や気象データも扱うが、TecplotはCFDや構造解析のエンジニアが欲しい機能に焦点を当てている。例えば、翼型の揚抗力係数を積分計算で直接求めたり、境界層の速度分布を特定の位置でプロットしたり、複数の計算ケースを比較して差分を可視化する「Comparative Plot」機能が充実している。また、スクリプト言語（PyTecplot）による自動化が強力で、数百ケースの結果をバッチ処理で図化できる。

これは組織の規模と用途による。大学の研究室で基本的な可視化と可視化アルゴリズムの研究をするなら、ParaViewで十分だ。しかし、航空機や自動車メーカーの開発部門で、毎日決まった形式の報告書を数十人で作成するなら、Tecplotの投資対効果は高い。なぜなら、標準化されたワークフローとテンプレート、技術サポート、そして重要なのは「時間の節約」だ。ある自動車メーカーの例では、Tecplotのテンプレートと自動化スクリプトを導入したことで、エンジニア1人あたりの結果図化にかかる時間を週8時間から1時間に削減できた。ライセンス費用はすぐに回収できたと言っていた。

Tecplot Chorusは、360 EXとは目的が異なる「設計空間探索とデータ管理ツール」だ。360 EXが1つのシミュレーションデータを深く可視化・解析するのに対し、Chorusは数百〜数千にも及ぶ設計パラメータスタディ（DOE）の結果を一元的に管理し、比較する。例えば、翼型の迎え角、フラップ角度、マッハ数などを変えた100ケースの計算結果を全て読み込み、どの設計パラメータが揚抗比に最も影響するかを感度分析したり、パレート最適 frontier を可視化したりする。つまり、360 EXは「ディープアナリシス」、Chorusは「ブロードコンペアリソン」のツールと考えればよい。

64ビット版のTecplot 360 EXを使っていることを確認せよ。32ビット版は4GBのメモリアドレス空間制限がある。それでもダメなら、データの「間引き」が必須だ。全てのデータを一度に読み込まず、`Data > Alter > Specify Equations`で、格子点を等間隔でサブサンプリングする式を書く。例えば、3次元データなら`X = X[::2, ::2, ::2]`のようにインデックスを飛ばして読み込む。最初は粗いデータで可視化の構成を決め、最終図だけ全データで描画する、という二段階アプローチが現実的だ。また、SSDではなくNVMe SSDを使うことで、データのスワッピングが速くなり、体感速度が向上する。

それは「ディスクリート」表示モードになっているのが原因だ。デフォルトでは、各セル内で一つの値（セルセンターの値）を代表値として、セル全体を単一色で塗りつぶす「ディスクリート」表示になる。これを滑らかな等高線にするには、その変数の「コンター詳細」ダイアログを開き、「タイプ」を「Continuous」または「Linear Continuous」に変更する。これにより、セル境界で値が補間され、滑らかな色のグラデーションが得られる。ただし、Linear Continuousは計算負荷が少し高くなる。また、非構造格子では「Smooth」オプションも有効だ。

それこそがTecplotの「スタイルファイル（.sty）」と「レイアウトファイル（.lay）」の出番だ。メニューの`File > Save Style`で、現在のプロットの全ての属性（カラーマップ、等高線レベル、ライティング、視点など）を.styファイルに保存できる。新しいデータを読み込んだら、`File > Load Style`でそのファイルを適用するだけだ。さらに一歩進んで、複数のフレーム構成やテキストラベルまで含めた完全なレイアウトを.layファイルとして保存することもできる。これをPyTecplotスクリプトからバッチ処理で呼び出せば、毎日同じフォーマットの報告書図を自動生成できる。

ベクトル可視化の基本は「間引き」と「スキップ」だ。まず、ベクトルを表示するゾーンを、メッシュの粗いサブセットに限定する。次に、ベクトル属性ダイアログで「Skip」値を設定する。X方向とY方向でいくつおきに矢印を表示するかを指定する。例えば、Skipを(5,5)にすれば、5点おきに矢印を描くので、矢印数は1/25になる。また、矢印の大きさは速度の絶対値に比例させるが、最大値を適切に設定しないと、一部の高速領域の矢印だけが巨大化する。`Uniform`サイズに一時的に設定して配置を確認し、その後`Magnitude Based`に戻して調整するのが現実的な手順だ。