多次元データ解析・可視化ソフトウェア GAVE A Grid Data Analyzer and Viewer, GAVE 竹本　和彰北海道大学理学部地球科学科地球流体力学研究室　４年

多次元データ 解析・可視化ソフトウェア GAVE A Grid Data Analyzer and Viewer, GAVE 竹本　和彰北海道大学理学部地球科学科地球流体力学研究室　４年 2004年2月3日

１．目次 • 背景 • 特徴 • 機能 • 動作 • インストール • まとめ

数値シミュレーション 衛星観測データデータ多次元データ多量のデータ多様なデータ形式２．多次元データを取巻く環境 • 多様なプラットフォーム • 多様なデータ生成法　　　インターネット GrADS 解析・可視化ツール GAVE IDL 手軽に解析・可視化を行いたい

３．GAVE の開発背景 • 既存多次元データ解析・可視化ソフトウェアに対する不満 • CUI（手軽さにかける） • 商用（高価・改変不可） • 開発基盤となるライブラリの存在 • 解析・可視化のライブラリ：電脳 Ruby プロジェクト • Rubyで使えるGUIライブラリ

４．電脳 Ruby プロジェクト • 解析・可視化・数値シミュレーションのためにオブジェクト指向スクリプト言語 Ruby を使うプロジェクト • Ruby用各種ライブラリ開発中 • Ruby/NetCDF: • Ruby用NetCDF（自己記述・機種非依存型データ形式）I/Oライブラリ • Ruby/DCL： • Ruby用DCL（描画・数値処理ライブラリ） • GPhys: • 多次元物理量クラス • 解析機能を持つ

５．GAVE とは • 多次元データの解析・可視化ソフトウェア • 電脳 Ruby プロジェクトのライブラリを利用 • 開発者：西澤誠也氏　　　　　　（京都大学）

６．特長（１） • 手軽なユーザーインターフェース • GUI • 手軽で対話的な操作 • 直感的に機能把握 • 日本語に対応 • ウィンドウの文字が日本語に対応 • ただし図には英語のみ • CUI的な処理も可能 • スクリプト保存機能

７．特長（２） • オープン/フリー • 無料　→　誰でも使いやすい • 改変可能　→　ソースを見て, 望むように機能を加えられる • 複数のデータ形式に対応 • 現在 NetCDF, GrADS • 地球流体科学用の機能 • 地図投影 • 欠損値処理

８．機能（１） • 可視化 • 描画方法 • 等値線図（地図投影も可能）, 折れ線 • 地図投影 • 現時点で正射図法, ポーラーステレオ図法など4種類 • アニメーション • その他描画範囲設定, 欠損値処理, 等値線間隔設定, 対数軸…

９．機能（２） • 解析 • 平均, 最大, 最小, 標準偏差の4種類 • 属性表示 • NetCDFファイルに自己記述された情報を表示 • 可視化結果保存 • 画像（PNG, JPEG, PPM … ） • Ruby スクリプト

変数選択 動作選択次元変数選択１０．動作描画（折れ線、等値線、地図投影）解析　（最大、最小、平均、標準偏差）クイックビュー用の手順・・・最低限実行しなければ　　ならない手順・・・この内部は順不動ファイルオープン解析された変数解析：GPｈｙｓ解析 or 描画読込：NetCDF 各種設定動作実行保存画像タイトル, 軸タイトル, 単位, 次元値, 描画範囲, 等値線・トーン間隔, 欠損値, アニメーション, 投影法… 可視化：DCL 絵 Ruby スクリプトファイル Rubyスクリプトの実行可視化の再現

１１．インストール方法 • インストール用パッケージが整備されている • パッケージを使えば簡単にインストール可能 • 以下の環境ではパッケージが使える • Red hat Linux • Vine Linux • Debian Linux • Windows （Cygwin）

１２．GAVEを使うと… • 初心者： • 解析・可視化が手軽にできる • 上級者： • 各々自分好みに機能を拡張できる • スクリプト作成の雛形作成ツールとして使用できる

１３．参考URL • GAVE http://www-mete.kugi.kyoto-u.ac.jp/seiya/gave.html • 電脳Rubyプロジェクト http://www.gfd-dennou.org/arch/ruby/index-j.html

fin

依存ライブラリ • Ruby/Gtk（GUI） • Ruby/DCL（描画） • Ruby/NetCDF（データI/O） • GPhys（解析、データ構造）

NetCDF ライブラリ • NetCDFファイルのI/Oのためのライブラリ • 各言語ごとにライブラリが存在 • C, C++, Perl, Rubyなど • NetCDF（Network Common Data Form） • 標準的な科学技術データ形式の1つ • 自己記述 • 非機種依存 • 配列指向

DCL（Dennou Club Library） • 描画・数学的処理などのライブラリ • 地球惑星流体科学関係者が作成 • 元はFortran77で記述 • Fortran90, C, Ruby版を作成

Gtk+（Gimp tool kit） • GUIライブラリ • Gimp（描画ソフトウェア）の機能も持つ • XlibまたはWindowsAPIに依存 • LinuxでもWindowsでも使える • Gnome の開発に使用 • 開発が活発

GPｈｙｓ • 物理量クラス • 現在、NetCDFとGrADSに対応 • 解析メソッドを持つ • 平均、最大・最小、標準偏差、中間値… • 主変数と軸を属性に持つ • 多次元配列に都合のよい機能 • 実際の呼び出しまでメモリにデータを呼ばない • 複数のファイルにまたがるデータをまとめる

その他の依存ライブラリ • NArray • 配列クラス（Ruby拡張ライブラリ） • C言語で記述されているため高速演算が実現 • Gdk • Gtk+内部で使われる描画に関するライブラリ • Imlib, Pixbuf • GAVEではイメージ保存に使用

Rubyの解説 • オブジェクト指向 • 再利用性 • 開発効率 • 保守性 • スクリプト言語 • 読みやすい • 書きやすい

Ruby GAVE Gtk+ ユーザーインターフェース NetCDF ファイル読込 GPｈｙｓ DCL 描画データ格納解析

数値シミュレーション 衛星観測データデータ多次元データ多量のデータ多様なデータ形式２．多次元データを取巻く環境 • 多様なプラットフォーム • 多様なデータ生成法　　　インターネット GrADS 解析・可視化ツール GAVE IDL 手軽に解析・可視化を行いたい

数値シミュレーション 衛星観測データデータ多量のデータ多様なデータ形式 • 多様なプラットフォーム • 多様なデータ生成法インターネット IDL GrADS GAVE 解析・可視化

２．多次元データを取巻く環境 • 多次元データの解釈は解析・可視化が重要 • 多様かつ多量なデータの氾濫 • データを取り巻く環境の変化（計算機・観測技術の進歩、インターネットの発展）効率のよい手軽な可視化・解析ツールが必要

数値計算 衛星観測データデータネットワーク２．開発背景（１） • データをとりまく環境の変化 • 計算機の進歩 • 観測技術の進歩 • インターネットの発展多様かつ多量のデータが入手可能

多次元データ解析・可視化ソフトウェア GAVE A Grid Data Analyzer and Viewer, GAVE 竹本　和彰北海道大学理学部地球科学科地球流体力学研究室　４年