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JPC2018[F1]航空宇宙技術の発展と Microsoft HoloLens を活用した次世代可視化への挑戦

クラウド、スパコンに代表される HPC プラットフォームを活用することで大量のデータを瞬時に解析できる様になりました。日本の航空宇宙分野を技術で支える JAXA が運用しているスーパー コンピューター「JSS2」では、計算、ストレージ資源を提供するだけでなく、技術研究の成果を評価するために必要不可欠な可視化技術をサービスとして提供することで、航空宇宙技術の発展に貢献してきました。
本セッションでは、JSS2 における可視化の取り組みや Microsoft HoloLens の活用事例、クラウド技術を活用した IoT ビジネス展開についてご紹介します。

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JPC2018[F1]航空宇宙技術の発展と Microsoft HoloLens を活用した次世代可視化への挑戦

  1. 1. Microsoft Japan Partner Conference 2018
  2. 2. ID:F-1
  3. 3. P.3Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 [略歴] ・1992年 機械工学専攻修了 ・同年 科学技術庁 航空宇宙技術研究所入所 ・2000年 米国IBM Visiting Scientist ASCI HPSSプロジェクトに参加 ・2006年 宇宙航空研究開発機構 主幹研究員 ・2015年4月から 同 スーパーコンピュータ活用課長 [研究分野、研究テーマ] ・ネットワークセキュリティ ・大規模ストレージ [所属学会等] ・情報処理学会 ・日本機械学会 ・登録情報セキュリティスペシャリスト(第001948号)
  4. 4. P.4Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 航空技術 宇宙科学 ミッション “HAYABUSA ” 宇宙開発 地球観測 ・2003年10月に設立 ・職員:1,526人 ・予算:1540 億円(13億ドル、12億ユーロ) (2018年度) ■JAXAについて
  5. 5. P.5Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史概要(1/3)
  6. 6. P.6Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史概要(2/3) ・ ・ 1985 ・ ・ ・ ・ 1990 ・ ・ ・ ・ 1995 ・ ・ 1983 FACOM M380 20MIPS ◆カルコンプによるグラフの描画 単色の線のみの表現 1987 FACOM VP400 1.14GFLOPS ◆3次元グラフィック端末 計算結果をカラー表示モニターで 確認が可能となった。 1993 NWT 280GFLOPS ◆アニメーションコマ撮り装置 アニメーションの表現により 非定常計算の可視化が可能 となった。 ただし、ビデオのコマ撮りに 時間がかかった。 この頃よりWSによる 可視化技術が進化
  7. 7. P.7Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史概要(3/3) ・ ・ 2000 ・ ・ ・ ・ ・ 2005 ・ ・ ・ ・ ・ 2010 ・ ・ ・ ・ 2002 CeNSS 9.3TFLOPS 2009 JSS1 135TFLOPS ◆初期デジタルアニメーション コマ撮りよりは簡単だが、 数分の記録しかできなかった。 ◆デジタル編集機 スパコンで計算した結果を 簡単にアニメ動画ファイルに 出力可能となった。 ◆立体視への応用 奥行きのある画像で シミュレーション結果を 可視化。 ◆裸眼立体視 ◆3Dプリンタ 計算結果の 立体化へ。
  8. 8. P.8Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■カルコンプによるプリント可視化 1983〜1993 可視化デバイス 可視化事例 2次元翼の流れ オイラー方程式による 翼胴結合体の等圧線図 カルコンプによる可視化 ロール紙にインクで描くプロッタを 利用し画像をプリントすることが できるようになった。
  9. 9. P.9Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■3次元グラフィックス端末 ■JAXA可視化技術の歴史 エンジン翼列 乱流 COMTEC, FIVISによる表示 画面にグラフィックスを表示し、 それを記録するカメラが装備 されていた。 COMTEC FIVIS HOPE OREX 1987〜1997 可視化デバイス 可視化事例
  10. 10. P.10Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 人工衛星パドルの展開 ■アニメーションコマ撮り装置 ■JAXA可視化技術の歴史 フラッター変形 NEXUS HOPEブースター NEXUSによるアニメーション録画 ビデオをパソコンで制御することにより アニメーションのコマ撮りが可能となり 非定常計算の結果が表示できるようになった。 ただ、記録には時間がかかり、30秒に一晩 かかった。 1987〜1997 可視化デバイス 可視化事例
  11. 11. P.11Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■初期デジタルアニメーション装置 SST ONYX エンジン内部流 ヘリの騒音低減 ONYXによる画像の連続表示 ビデオでコマ撮りすることなく、連続的に 画像を表示し、それを録画することで アニメーションの製作が可能となった。 しかし、読み出せる最大が30秒程度だった。 1997〜2003 可視化デバイス 可視化事例
  12. 12. P.12Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■デジタルアニメーション編集装置 壁乱流 Abid Media Composer 人工衛星の振動解析 ロケット射場音響解析 デジタル編集装置によるアニメーション 連続画像ファイルをデジタル編集機に 読み込むだけで、簡単に動画ファイルを 作る事ができるようになった。 編集もすべてデジタルで行うようになった。 2003〜 可視化デバイス 可視化事例
  13. 13. P.13Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■立体視モニター 宇宙機大画面3次元ディスプレー シミュレーション結果を立体視 シミュレーション結果を立体視することにより 奥行きのある表現が出来るようになった。 ただし、このシステムは専用眼鏡が必要 だった。 ヘリコプタ 2003〜 可視化デバイス 可視化事例
  14. 14. P.14Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■裸眼立体視ディスプレー LE-Xエンジン 裸眼立体視モニター 翼の周りの流れ 裸眼立体視モニターへの表示 特別な眼鏡をかける必要の無い裸眼立体視 モニターへの出力により、ストレス無く立体 画像を確認することができるようになった。 燃焼乱流 2007〜 可視化デバイス 可視化事例
  15. 15. P.15Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ●Full model of Aircraft ●Landing gear model ●Experimental aircraft ”ASKA” colored model ■JAXA可視化技術の歴史 ■3D プリントモデル 2010〜
  16. 16. P.16Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■3Dプリントモデル空間可視化の試行錯誤(1/2) 2010〜 ●機体の表面圧力分布と空間圧力分布 垂直な面と合わせて表現しました。 ●翼上の流れの表現 翼から剥離する流れを等値面 として再現しました。 ただし、この方法だと翼や渦か ら離れた等値面は分離してしま います。 ●大気圏突入カプセルの流れ カプセルの後方に出来る流れを 等値面で再現しました。 こちらは、機体、渦から離れた 部分も再現できるように、半身 を凹ませる方法で表現していま す。
  17. 17. P.17Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■JAXA可視化技術の歴史 ■3Dプリントモデル空間可視化の試行錯誤(2/2) 2010〜
  18. 18. P.18Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■現在・これからの可視化 ◼大規模並列可視化 ◼In-transit可視化 ◼ヘッドマウントディスプレイ
  19. 19. P.19Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■大規模並列可視化(ParaView) 大規模遠隔可視化環境を実現 JAXAスパコンの分散並列環境で、ParaViewが持つリモートレンダリン グ機能と分散レンダリングにより、数百億格子規模の計算結果の可視化を、 ユーザの端末から自在に行うことができるようになった。 計算機の確保~ソフトウェアの設定・実行をワンストップサービス化。 大規模な計算結果 ■現在・これからの可視化 現在
  20. 20. P.20Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 SORA ⚫ シミュレーションと 可視化を スパコンシステムの 異なるサブシステムに 割り当てる。 ■In-transit可視化 ■現在・これからの可視化 現在・これから
  21. 21. P.21Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■ヘッドマウントディスプレイ~VR~ ■現在・これからの可視化 現在・これから
  22. 22. P.22Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ■ヘッドマウントディスプレイ~MR~ ■現在・これからの可視化 現在・これから
  23. 23. P.23Microsoft Japan Partner Conference 20182018/8/31 ◼目的 MR技術を用いてシミュレーション結果、定性的 な知見など相関する情報を集積し可視化する仕組 みを構築することで、可視化技術の発展、新たな る研究成果への貢献に繋げる。 ◼目標 ◼MR技術の評価 ◼MRによるマルチレイヤ表示 ◼MRでの大規模データ可視化 ■現在・これからの可視化 ■JAXA-セック共同研究 現在・これから
  24. 24. 鵜川健太郎 株式会社セック 開発本部 第四開発部 テクニカルマネージャー 国立研究開発法人 産業技術総合研究所 人工知能技術コンソーシアム ものづくりWGリーダー 経歴 ⚫ 理工学部 航空宇宙工学科 卒業 ⚫ 大型望遠鏡のシステム開発、運用に従事(ハワイ島に赴 任) ⚫ ロボット関係の開発に従事 ⚫ 国の研究機関向けの研究開発に従事 (技術テーマ) AI(深層学習)、クラウド、可視化、宇宙、ビッグデータ、 ネットワーク ⚫ HoloLensに出会い、MRのビジネス化を推進
  25. 25. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 会社概要 25 設 立 1970年5月 事業内容 リアルタイムソフトウェア及びソリューションの提供 上場市場 東京証券取引所市場第一部 証券コード 3741 (J-Stock銘柄2014年11月選定) 資本金 4億7,730万円 従業員数 289名(2018/4/1 現在) 本社住所 東京都世田谷区用賀 4 - 10 - 1 世田谷ビジネススクエア 主要顧客及び取引先 大手通信キャリア、大手電機メーカ 研究機関(NICT、AIST、JAXAなど) Systems Engineering Consultants Co.,LTD. システムズエンジニアリング(システム工学)を究めたプロの技術者集団を目指す 株式会社セック プロフィール 25
  26. 26. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. リアルタイムシステムを開発できる会社はセックだけではないが、 社員全員がリアルタイム技術の教育を受け、その基本を理解し、設計のポイントや開発の難しさ を認識して、リアルタイムシステムを開発しているのは、セックのみ。 リアルタイム技術 2626 リアルタイム技術とは → ユビキタス社会の基盤技術 外界の事象は、突然発生したり、集中したり、 どんな順序で発生するか予測できず、再現性がない。 このような事象に対して、瞬時に応答し、24時間連続で動き、 再現性がない事象であってもトラブルを解析できる、高度な信頼性が求められ るシステムを設計する技術。 この設計には、コンピュータの動作原理やソフトウェアの構造についての知識 が必要。 時々刻々と変化する外界と密接な相互作用を持ったコンピュータシステムを開発する技術 GAME 音楽 タッチパネル・ボタン入力/加速度センサ 26
  27. 27. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 事業分野 かけがえのない一流のソフトウェア会社となる 社会の安全と発展のために ソリューション 社会の 安全と発展 に貢献 宇宙先端システム(1970年) 宇宙天文分野、自動運転、ロ ボットなど先端分野のソフト ウェアを開発 社会基盤システム(1970年) 交通、防衛、医療、環境 エネルギーなど社会公共 分野の技術アプリケーションを 開発 モバイルネットワーク(1984年) スマートフォン、タブレットなどモバイ ル端末向けの搭載ソフトウェアおよ びネットワークシステムを開発 インターネット(1995年) 非接触型IC搭載ソフト ウェアや民間企業向けのシス テムを開発 27
  28. 28. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. MR技術に関するセックの取り組み ◆2017年8月よりJAXA様とMR技術に関する共同研究を開始 ◆可視化手法としてMR技術を利用 ◆学術分野だけでないビジネス化推進にも寄与 共同研究 JAXA様「MR技術を用いた次世代可視化の検証」 技術交流会への参加、発表 「HoloLensミートアップ」、「xRLT」 ◆ 当社有志が参加。発表、運営支援などを行い、コミュニティの活 性化に貢献 ◆ ノウハウ蓄積とMicrosoft HoloLensの価値向上 受託開発 ◆ 2017年11月にMicrosoft HoloLensを用いた「顔認識による 情報提供」システム開発案件を受託 ◆ その他、数々の商談引合い有り × 社内勉強会/体験会 ◆ 当社有志が定期的に集まり、Microsoft HoloLensに関するハン ズオン、情報交換を実施 ◆社員向けにMicrosoft HoloLens体験会を実施 28
  29. 29. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. Microsoft Mixed Realityパートナー 当社のMR技術に関する活動、成果が評価され、Microsoft Mixed Reality パートナーに認定されました。 29
  30. 30. リアリティ(xR)技術とHoloLens
  31. 31. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. リアリティ(xR)技術の概念 出展:VRとARって何が違うの?関連技術のMR、AV、SR、PMもまとめて解説/XERA 31
  32. 32. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. リアリティ(xR)技術の概念 32
  33. 33. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. Microsoft HoloLensとは 33 2016年にMicrosoftより発売されたMR向けHMD(ヘッドマウントディスプレイ) PCや他デバイスとの接続も不要であり、ハンズフリーで利用可能
  34. 34. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. Microsoft HoloLensとは 34 ◼ 2016年にMicrosoftより発売されたMR向 けヘッドマウント型のホログラフィックコンピュータ ◼ PCや他デバイスとの接続も不要であり、ハン ズフリーで利用可能 ◼ ハンドアクション、音声等でデジタル情報を操 作 ◼ HoloLensに搭載されている様々なセンサー を駆使して、現実空間を逐次認識することで、 現実世界とデジタル世界を融合するMixed Reality(複合現実)世界を実現
  35. 35. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. ハードウェア仕様 35 項目 スペック スピーカー ビルトイン・スピーカー 無線LAN Wi-Fi 802.11ac Bluetooth Bluetooth 4.0 LE CPU Intel 32 bit architecture GPU Custom built Microsoft Holographic Processing Unit(HPU 1.0) メモリ 64GB Flash/2GB RAM OS Windows 10 バッテリー 2~3時間連続稼働 充電しながらの動作も可能 放熱ファンなし 電源 2.5A/5.2V 重量 579g 項目 スペック アスペクト比 16:9 解像度 1280×720 フレームレート 60fps ホログラフ配置可能距離 0.5~5m 項目 スペック(個数) 慣性計測ユニット 1個(加速度、ジャイロ、方位を測定) 環境認識カメラ 4個 depthセンサー 1個(ジェスチャー用) RGBカメラ 2MP×1個 複合現実感キャプチャ 1個 マイク 4個(左右2個ずつ)
  36. 36. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. HoloLensの主な特徴 空間認識(Spatial Mapping)透過投影(Holographic) 指向性音響(Spatial Sound) 機械学習(Windows/Azure ML) 36
  37. 37. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. HoloLens活用価値の一例 生産性向上!
  38. 38. 研究開発/JAXA共同研究 ~MR技術を用いた次世代可視化の検証~ 38
  39. 39. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 航空宇宙技術の発展を支えるスパコン(JSS2) 39 ◼ JSS2は、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の二代目の スーパーコンピュータシステム ◼ JAXAの前身である航空宇宙技術研究所(NAL)が、 1977年に富士通との共同開発で日本初のスーパーコン ピュータを構築 ◼ その後、2014年に新スパコン「宙:SORA」の導入を開始 し、現システムの理論演算性能は3.49PFLOPS、総メモ リ量は100TiB ©JAXA ©JAXA ©JAXA ©JAXA
  40. 40. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 共同研究概要 40 研究知見 実験・観測統計・オープンデータ 3D可視化 (シミュレーション結果) シミュレーション、実験データ、論文など 多角的な情報を重ね合わせることで、新 たな研究知見の創造を目指したい! ©JAXA ©JAXA ©JAXA ©JAXA ©JAXA ©JAXA
  41. 41. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 研究成果(マルチレイヤー表示) ◼ 技術研究における手法は、シミュレーション、模型を利用し た実験など様々であり、研究者はそれぞれの手法による結 果を比較、分析することで、研究成果を評価する ◼ 結果は複数人で検証することもある。 ◼ 次世代航空機の評価機上に、CFD 解析(シミュレーショ ン)結果を投影することで、研究プロセスの妥当性評価や アウトリーチ活動にもつなげることができる ◼ 本技術を活用することで、複数人でシミュレーション結果を 共有することも可能
  42. 42. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 研究成果(大規模データ表示) ◼ 研究(計算アルゴリズム)や計算性能の進化によって、 高精度なシミュレーションが可能となり、それが次世代のロ ケットや航空機設計に活かされている。 ◼ 一方で、上記進化に伴い3Dデータは大規模化、高精細 化し、近い将来、スパコンで計算される3Dデータは10 億ポリゴン以上の高ポリゴン化が進むと予想される。 ◼ 3Dデータをリダクションせず高精度にモデルを投影する基 礎技術を開発 ◼ 本技術を利用することで、データ規模(ポリゴン数、データ サイズ)に依存せず、3DデータをHoloLensに投影できる リダクションあり zoom 高精細 (独自技術) 低精細 リダクションなし 42
  43. 43. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. 大規模データ表示技術の適用例 43 リダクションあり zoom 高精細 (独自技術) 低精細 リダクションなし 交通インフラ保全 大規模かつ高精細なデータが必要 建築デザイン 外観から内観まで高密度なデータが必要
  44. 44. Mixed Reality技術が創造する イノベーション 44
  45. 45. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. HoloLensはエッジデバイス  HoloLensは3Dデータ投影するだけでなく、作業空間を拡張するためのエッジデバイスである。  様々なセンサーデバイスと連携することで、HoloLensの活用価値は飛躍的に向上する。  今後、クラウドサービスとの連携が必要になる。 45
  46. 46. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. Azureを活用すべき理由 46 ◼センサー技術の多様化 様々なセンサーデバイスがあり、その情報を集 約し分析する必要がある ◼データの大規模化 コンピュータ性能の向上、データの高精度化、 多様化に伴い、データ容量が爆発的に大きく なる ◼通信技術の進化 5Gに代表される通信技術を活用することで、 大規模な映像を高速に伝送できる ◼AI技術の進化 深層学習を中心に実用可能な人工知能技 術が成熟し始めている
  47. 47. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. AIの社会実装に向けた取り組み ◼ 「人工知能技術コンソーシアム」は、 産官学のAIに関する技術交流、 ニーズ共有、ビジネス創造を目的に 国立研究開発研究法人 産業技 術総合研究所 人工知能研究セ ンターが設立したコンソーシアムであ る ◼ 当社は、本コンソーシアムに加盟し ており、「ものづくりWG」のリーダーを 務めている。
  48. 48. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. HoloLensを活用した市場は製造、建築、医療を中心に広がっている そして、今、地球を超えてHoloLensは・・・ HoloLensを活用した業務分野拡大 48 パートナー様との強みを活かした共創によって、お客様の価値最大化、 HoloLensの市場拡大、強化に繋がる
  49. 49. 49 宇宙へ
  50. 50. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. HoloLensを活用するためには 50 ◼お客様の業務とその課題を把握することから始めましょ う! ◼デバイスや技術、サービスありきでは、ほぼ確実に失敗 します! ◼技術やデバイスはイノベーションを創造するためのただの 武器です! ◼技術と経験(失敗も)こそがすべての肥やしになりま す!
  51. 51. Copyright © 2018 Systems Engineering Consultants CO.,LTD. All rights reserved. ハードウェアは進化する(次世代HoloLens開発) 51 ◼ 現在発売されているHoloLensには、価格や 視野、重量など様々な課題があるが、ハード ウェアは進化する。 ◼ 現行機の課題のみを理由にハードウェア選定 を見送るのは、非常に短絡的な判断と言え る。
  52. 52. ご清聴ありがとうございました
  53. 53. F-1 航空宇宙技術の発展と Microsoft HoloLens を活用した次世代可視化への挑戦 資料をダウンロードするには上記QRコードをスキャンしてください。 コンテンツ有効期限は9月15日です。 JPC2018のドキュメントはBOXのソリューション を活用してシェアされています。

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