3Dシミュレーション

3Dシミュレーションは、Three.jsなどのWeb技術を用いた3D表現と、それを教育や訓練に応用する取り組みを扱う分野です。BenriWorksでは「移動式クレーン安全シミュレーター」と「地球地下シミュレータ」という性格の異なる2つのアプリを通じて、ブラウザ上の物理表現と可視化を検証しています。

物理エンジンを使うか、現象を絞って自前で書くか

Web上の3Dシミュレーションでまず迷うのは、物理エンジン（Rapier、cannon-esなど）を導入するか、対象の現象だけを自前の数式で書くかです。

クレーンの荷振れ表現では、汎用の剛体シミュレーションではなく「吊り荷は振り子である」という割り切りから始めました。ブームの先端を支点とする振り子運動に減衰を加えるだけで、旋回時に荷が遅れてついてくる・急停止で振れが残るという、安全教育で伝えたい挙動の芯は再現できます。汎用エンジンより挙動が安定し、パラメータの意味も説明しやすくなります。この設計の詳細は開発記事「Three.jsでクレーンの荷振れを表現する」で公開しています。

一方、地球のマントル対流のような連続体の現象は、剛体物理の枠組みでは扱えません。地球地下シミュレータでは簡略化した2次元ブシネスク近似の対流計算をWeb Workerで回し、描画スレッドから切り離すことでUIの応答を保っています。この実装も開発記事として公開しています。

どちらの選択にも共通するのは、「何を伝えるためのシミュレーションか」から逆算して物理の忠実度を決めることです。忠実度を上げるほど計算は重くなり、スマートフォンでは動かなくなります。教育用途では「伝えたい現象が正しく伝わる最低限の物理」を見極めることが、実装技術そのものより重要だと考えています。

ブラウザで動かすことの制約と価値

ネイティブアプリやゲームエンジンに比べると、ブラウザの3Dには明確な制約があります。WebGLの性能はデバイス差が大きく、特に低価格帯のスマートフォンではポリゴン数とシェーダーの複雑さをかなり絞る必要があります。クレーンシミュレーターがローポリ・フラットシェーディング寄りの画作りなのは、意匠の好みではなく「現場のスマホで動く」ことを優先した結果です。

それでもブラウザを選ぶのは、インストール不要という一点の価値が教育用途では決定的だからです。URLを共有すれば朝礼の場でもすぐ開ける。この手軽さは、画質の劣位を補って余りあると判断しています。

この分野で発信すること

実際の開発で試した物理表現・可視化の設計と検証を、数式とコードの両面から記録します。荷振れの振り子モデル、マントル対流のWeb Worker化、地震波の伝播をレイトレーシングで描く実装などを公開済みです。見た目の派手さよりも、シミュレーションが学習や安全教育にどう役立つか、そして何が限界かを正直に扱うことを方針としています。