応用講座
落ち葉の落下のシミュレーション

葉の落下の実験構築

　今回高校生に教えるということで、以下の3点を中心に教えた。
・実験の構築
・LabVIEWの使い方
・NI Visionの使い方

実験構築方法。

　葉の落下の実験構築についてだが、初めから葉を実験対象にするのは難しいので、まずは手始めとしてボールの落下速度の実験を行った。今までコンピュータサイエンスで、ボールの法物運動を習ってきたのに沿って説明を行った。ボールの速度を調べる為に必要な情報は、ある位置ｘ０からｘ１までに移動した距離とかかった時間が必要になる。つまり、ボールの位置がわかれば、どのように変化しているかを知ることができる。

　画像処理から一情報を得て、その位置情報から速度の変化を計算してグラフに表示することを試してみた。実験手法は以下の順に行う。

・落下するボールをビデオで撮影
・Visionを使って、座標を抽出。画像処理の手順を説明
・LabVIEWに変換し、座標を計算して速度の変化をグラフに出力

　今回は、実験の構築を主にしたので、Visionはあくまでプログラムの流れを説明した。LabVIEWでは、座標から速度を計算するプログラムのところの構築を任せることにした。

１．落下するボールの撮影
　 ボールの落下を撮影する際、気をつけることは背景だ。画像処理をする場合、極力読み込みたい情報だけを写すことで、より中心座標を抽出しやすくなるので、背景を白や黒などにすると良い。今回は白のカーテンを背景に撮影した。また、光源などの問題もあったが、今回はテニスボールを写すので、物体がそれなりに大きいことから特に気にせずに実験を行った。

２． Visionを使って、座標を抽出。画像処理の手順を説明
Visionの使い方は、「第4回実験報告アリ ―コミュニケーションのモデル生物―」と同様の内容だが、今回はカラー二値化も試してみることにした。（実験の流れは「第4回実験報告」参照）

３． LabVIEWに変換し、座標を計算して速度の変化をグラフに出力
Visionで作成したファイルを読み込み、アリの二値化のファイルに移植して、計算を行う予定。計算は2つの座標の距離を計算し、時間で割ることで速度が求められる（図２）。今回は抽出された座標に対して時間を１として計算し、出た値をグラフに表示させる。

反省点

・カラー二値化をしてみたが、うまくボールだけを二値化できなかった。
・グレースケール化も試したが、うまくできなかった。
・ 原因はカーテンとテニスボールの色が近かったため、あまり差が生じなかったからだと考えられる。
・また、高度にばらつきが生じてしまい、明るいところと暗い所のさが大きく出てしまった。
・実験の流れはわかってもらえたが、二値化がうまくいかなかった為、速度の計算構築までできなかった。

今後の予定

・ 実験の構築を考え直す。
・ カラー二値化でボールの部分だけを表示するプログラムを完成させる。