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電磁界シミュレータ
シミュレータも道具なので、道具、測定器好きとしては、何か検索したりすると、ついそこを見てしまったりします（笑）GPUがわりかし手頃に手に入るようになっていたりするので、個人のPCでもいろいろできるようになりましたね。OpenFOAMでラジコンボディの空力シミュレーションしたりとか。。
モデルベースのシミュレーションで有名なOpenModelicaで成長の限界（Limit to Growth）や電力モデルを計算してみたり。。
【Modelica】 OpenModelicaで力学系・エネルギー系・システムダイナミクスのシミュレーション【成長の限界】
ちょっと前に調べた時には、電磁界関係のものは、回路系くらいで、有償ソフトがあまりにできが良いからか。。なかなかまだ動かないのが多いなぁ～って思ったんですが。。
こういうの見つけて、音場ならFDTDをGoogleColabで動かせるんですよね。。でも電磁界というとちょっとこれを２重に解かないといけないのだけど。。
そういえば、BlenderとかUnityとかもそうだけどゲームに使われているRaytracingというのだったらどうなんだろうな？って。。OpenFOAMでラジコン用のモデルを探していたら。。こんなのを見つけまして。。
https://github.com/RedBlight/RaytrAMP
まだ試してないけど。。ToFとかレーダーで自動運転とかするならシミュレーションしたいよなぁ～って。。これでは、AudiのA8のシミュレーションとかの結果が出ていました。
Triangle Count: 20973
Frequency: ~1.5 GHz
Electrical Size: ~25λ
Direction Count: 90
RaytrAMP Execution Time: 1.5 seconds
FEKO Execution Time: 15 minutes (~600x slower)
１５分くらいでできたら、いいですね。こんなモデルが。。ちなみに、これもOctave（Matlab）から使うものです。（あとで試しますね）
そもそもモデルの作成が一番、手間で、なかなかシミュレーションできなかったんですが、いろんなサンプルが出てきているのと、CADも進みましたしね。
日本では、これ↓が一番できていて、すべての方法が掲載されています。
http://www.e-em.co.jp/
↑は、↓に変更になってるみたいです。
http://emoss.starfree.jp/index.html
http://www.takuichi.net/hobby/edu/em/em_simulators/link.html
ここも少しいろいろ変わっていそうです。
http://www.takuichi.net/book/em_fem/
これを昔、一回試して、モデリングで挫折したんですよね。今はいろいろツールができてきているようなんですが、ニッチだからか、継続のためにはツールのコンサルが必要だからか、肝の部分は、有償ですね。日本の先生とかでもいろいろリンクあるんですが、どれも古い情報のようで、今でも現役のものってこのリンクのものくらいなのかな？って。。（個人的な感想なんで、いろいろあったら、教えてください）
で。。海外勢はどうなんだろう？？って。。emlabのオープンソースのリンクを拾ってきて、仕事でも使うかもしれないし。。シミュレーション方法によって、得意不得意があるので、ひとつ動いたからと言って、その結果を信じられるわけでもないので。。一回かたっぱしから、プレポスト処理なども一緒に、やってみようかな？って（笑）
いろんなソルバー（解法）の比較は、FEKOという商用全部入りシミュレータ技術資料で概要を掴むといいかも。またアンテナの基礎の基礎は、こちらのページがいいですね。
http://emlab.utep.edu/opensource.htm
このリンクの検証結果です。案の定、リンク切れも多い（笑） まだまだ今後検証していく予定でいますが。。とりあえず公開（笑）
Electromagnetic Simulation Software
Finite-Difference Time-Domain
- Meep — FDTD package from MIT that supports parallel processing. No GUI.
- Python Anacondaでインストール（Windowsの場合は、Ubuntuで）
- AWSで計算するPKGもあり。（Google ColabやBinderでは動かない）
- gprMax — 3D FDTD package desgigned for ground penetrating radar, but can do much more. Flexible script interface and supports parallel processing.
- 地中の電磁界の散乱などを計算するのが得意。
- こちらもPython Miniconda環境（Windowsの場合は、Ubuntuで）
- GPUが必須（Google ColabやBinderでは動かない）
- Angora — Powerful FDTD package with text interface.
- Linux系で動く Matlab形式の入出力
- emGine — FDTD package with GUI.
- 2014年で開発終了 Windows7まで
- EM Explorer — 3D FDTD package with GUI.
- ダウンロードに登録が必要だが、登録ができない。
- openEMS — 3D FDTD package with GUI.
- FDTD++ — 3D FDTD package with GUI.
- Salome・Paraviewを利用 Linux系 Email登録してIDとPASSを入手後ダウンロード可
- C++のソースコードが入っているBinaryの配布はなさそう。
- OpenFDTD
Finite Element Analysis
- OpenFOAM — Multiphysics FEM package with GUI.
- 静電界・静磁界は計算できる。モータの磁界など、またParticleなどの計算ができるので、本来は、人体モデルなんかもFDTDとかと組み合わせてこれから使えるようになるといいな。。なんて。。でも使いみちはいろいろありそう。いろんなPKGが出ているのでどれからやればいいのか？？が難しいですね。
- 磁性流体のTutorialは、こちら OpenFOAMを動かせれば動きます（笑）
- 僕のHPでのOpenFOAMの記事参照 動かすところまでが実は大変（笑）
- MaxFEM — FEM package with GUI.
- スペイン語なので、わからない（笑）Manual類は整備されているけど。
- FEMM — FEM package with GUI.
- 例をみると、モータにかなり特化されています。静電界・静磁界は計算できる。
- 2019年現在も開発が進んでいるようです。Windowsだけですが、DownLoadはこちらから （あとで試しますね）
- Octave（Matlab）は必須
- Elmer — Multiphysics FEM package with GUI.
- 基本は力学系のシミュレータですけど、一応、静電界・静磁界は計算できる。Salomeのプラグイン的にも使える。SalomeをDEXCSで使った時に入っていたので使ったことありますが。。OpenFOAMで使っちゃった（笑）
- Windowsだけですが、GUI付き Downloadはこちらから （あとで試しますね）
- Githubはこちら
- Fenics Project — Collection of software for automated, efficient solution of differential equations.
- 基本的に熱流体のFEMですね。OpenFOAMと近い。まだ電磁界の計算例はなし
- このリンクの中では開発が一番盛んなのかな？ロードマップもあるのは珍しいです。JupyterNotebookで使えるようにするプロジェクトも進行中。OpenFOAM対抗としては、これかな？これもParaviewで可視化は行っていますね。
- Pythonベースで、Dokerコンテナで配布されています。
- freeFEM –– PDE solver with its own scripting language. Multiphysics, nonlinear, 2D, and 3D.
- Wifiの伝搬計算例あり、導波管などの電磁界はこれ強そうです。
- これは、ほぼFEM用の言語ですね。
- 電磁界計算はないですが、Web上で少し試すことができます。
- Linux,Windows,Macのバイナリーあり。インストール方法は、こちら。。
- Githubをみると、Dokerイメージもあります。
- 日本語の本もあって、そのサポートサイトもあります。
- 僕のHPでの記事
Method of Moments
- 4NEC2 — NEC based antenna modeler and optimizer.
- 若いころは、この下のNEC2が一番でした。その後継ですね。
- 2016年から更新されていませんが、Wireアンテナの解析は今でもこれが良さそうです。
- ダウンロードは、こちら4nec2 (setup.exe)
- 解説いらないですね。これは簡単に動くし。。凄いです。早いし。。５エレのアンテナの解析結果↓ 放射パターンと、スイープと。。 チュートリアルはこちら
- Antenna関係の単位などは、ここに簡単な説明があります。
- NEC-2 — Method of moments engine with text punchcard interface.
- これ、懐かしいです。自分も使ってました。EMC Lab at Unversity of Missouri-Rollaのリンクが切れているのが悲しいです（ここでは、リンク貼り直しました）。
- 今では、“The (unofficial) NEC Archives“.が上のリンクよりいいかも。
- MMANA-GAL — Method of moments solver with GUI.
- アマチュア無線界では、超有名なGUIですね。NEC2も使えました。
- アマチュア無線用の線状アンテナの歴史が分かります。
- EMCoS Antenna VLab — Free student version of MoM software with GUI.
- こちらが現在のリンク 学生バージョンがフリーです。
- EMC関係だと、これを使われている方が多いのでは？PCBからアンテナまでいろいろ使えます。
- EM3DS — Excellent integral equation solver with GUI.
- リンクつながらないですね。現在のリンクはこちら
- Click here to download a limited feature free version.
- GLMoM — Method of moments EM field simulator with GUI.
- 2004年で止まっている感じです。
- newFASANT — Free student version of MoM based antenna and RCS calculator with GUI.
- 商用のソフトです。これも、MoMだけでなく、GTD、FDTDなど全部入りのソフトですね。AnsoftやEMCoSだけじゃなく、この手の有償ソフトはよくできていますね。
Other Methods
- MIT Photonic-Bands — PWEM package from MIT. No GUI.
- 上に出てきたMeepの一つのバージョンみたいです。基本はMeepですね。
- MaxwellFDFD — MATLAB-based package that solves frequency-domain Maxwell’s equations using the finite-difference frequency-domain technique.
- S4 — Fourier model method (RCWA) based on scattering matrices. Text based interface using Lua or Python
- CAMFR — Full-vectorial Maxwell solver based on the method of lines (i.e. eigen-mode expansion).
- MMTL — Multilayer multiconductor transmission line modeling suite.
- SPICEで計算しちゃえっていう概念のシミュレータ。。一時期、少しいじったことがあります。開発はもうされていない模様です。
- Pic2Mag — You draw magnets on the screen and Pic2Mag draws the magnetic lines.
- FastHenry2, FastCap2, & FastModel — Fast inductance and capactiance solves with GUI.
- インダクタンス・キャパシタンスの計算ができる。
- FreeCADのプラグインとかがあります。ちょっとこのあたり興味あり。
- バイナリー配布は、登録が必要。ソースはGithubに。
- Qucs — Quite universal circuit simulator with GUI.
- SPICEの後継って感じです。いろいろと新しい機能もあるようですが。。
- Analog DevicesのLTspiceがモデルライブラリがしっかりしていますし、STmicroなどもシミュレータ出しているので。。いいのですが、一応、入れとこうという人もいるかな？（笑）
- 日本語での解説（Anagix）
- OpenFilters — Design and optimization tools for optical interference coatings.
- リンク切れですね。
Ray Tracing
あれ？これ全部光学系ですね。
EEMのEEM-RTM レイトレーシング法(レイラウンチング法)の市街地、建物内電界分布計算シミュレータより良さそうなのなかった。。
https://github.com/RedBlight/RaytrAMP
↑これ。。FEKOがいるやつだった（笑）
- BEAM FOUR — Ray tracing and open source.
- Opus — Software application for designing and evaluating optical systems.
- OptoCAD — Tracing Gaussian TEM00 beams through an optical set-up.
- OpenRayTrace — Optical lens design software that performs ray tracing. It is built using python, wxPython, and PyOpenGL.
- Goptical — GNU Optical design and simulation library.
- WinLens3D Basic — Serious design and analysis tools for optical engineer, student or designer.
- OpticalRayTracer — A powerful, Java-based virtual optical bench.
Ray Tracing Tools for High Frequency Electromagnetics Simulations
An Open-Source Radio Coverage Prediction Tool
ちょっと古いけど、これ分かりやすい論文ですね。
ないと思ったら、こういうのがありました。(あとで試しますね）
- PyLayers ‐‐‐ Githubはこちら ２Dモデルかな？ レイトレーシングで計算しています。Pythonのモジュール
- Site Specific Radio Channel Simulator (Rays,Delays,DOA,DOD)
- Indoor Radio Coverage
- Human Mobility Simulator for Wearables and WBAN
- Rich Antenna Patterns Description
- Indoor Localization Platform
- Handling of various Radio Standards including Ultra Wideband
- Handling Millimeter Wave Simulation (5G)
- Jupyter Note book形式のサンプルなど豊富
- NYUSIM — 5G channel Simulator
- Radio Mobile Mobile Radio Propagation Simulator
- CloudRF — Web based Radio Channel Simulator
CAD Interfaces
- ONELAB — Lightweight interface to finite element software.
- 基本は、Gmesh,GetDPというメッシュ作成のためのツールへのインターフェースのようですが、Elmer, OpenFOAM, Code_Aster, Abaqus or CalculiXのファイルを直接読み込めるそうです。FEM用ですね。
- 概要を知るには、このチュートリアルが良さそうです。
- Antennaのモデル例 導波管のモデル例 シールドのモデル例
- これAndroidとかのバージョンもあります。
- 僕のHPでの記事
- Salome — Open source CAD and front end for numerical simulation.
- 概要は、日本語のここや、ここがいいですね。
- OpenFOAMの時に使ったんですが。。機械設計にはよくできているんですよね。
これ調べてたら、こんなのも見つけました。EMC屋さんなので、なかなかよくできていそうです。（これもあとで調べてみます）
https://www.3wells-computing.com/index.php/ja/
Blender
もともとこれを調べていたんですよねぇ～（笑）なんか変なもん調べだしたもんだ
Blender Models ここに、いろいろ使えるモデルがあるのが一番の発見かも
そもそも、Unityで物理シミュレーションができるというので、調べたんだった（笑）
- Blend Swap — Community of passionate Blender artists who share their work under creative commons licenses.
- Blender 3D Model Repository
- TF3DM — Some free 3D Blender models.
- cgtrader — Free 3D models for CG digital design and artwork.
- TurboSquid — Free and paid 3D models.
Blender Materials
- Blendermada — Blender materials database.
- Blender Materials — Large library of materials models for Blender.
Blender Add-Ons
- Sverchok — Parametric tool for architecture and design. Lets you program object’s form without knowing programming languages.
- Tissue — Computational geometry capable of producing very complex designs.
Blender Help
- Official Blender YouTube Channel
- Blender Reference Manual
- Blender Tutorials
- Blender Guru — Site devoted to helping you understand Blender and create amazing results you can be proud of.
- BlenderNation
- Blender 3D: Noob to Pro
CAD Software
Solid Modeling
- Fusion 360 — Cloud based modeling. Free to students, enthusiasts, hobbyists, and startups.
- FreeCAD — Parametric 3D modeler with good import/export.
- Tinkercad — A simple, online 3D design and 3D printing app for everyone.
- Meshmixer — Free AutoCAD software for 3D meshes.
- Salome — Open source CAD and integration platform for numerical simulation.
- BRL-CAD — Cross-platform and open source solid modeling system with ray tracing.
- Creo Elements/Direct Modeling Express — 3D design and modeling.
- これ開いてびっくり。。いきなりラジコンエンジンバギー
- ちょっと残念なのは、Freeバージョンはパーツが60個までですね。
- DesignSpark Mechanical — 3D design and modeling.
- DesignSparkのツール群ですね。ちょいちょいお世話になってます(笑)
- 日本語では、このページ
- Heeks CAD/CAM — 3D design and modeling and generation of g-code for manufacturing. リンク切れ
- ImplicitCAD — Web based 3D CAD with script interface.
- パラメトリックジェネレータですね。式というかプログラムで形を作るものです。ねじとか、らせん状のものとか、幾何学的なもの、繰り返しの多いものの部品を書くのにいいかも。。FreeCADでできるんだけど。。
- Webで動きます。
- CoffeeSCad — Web based 3D CAD with script interface.
- これもリンク切れ 下のOpenJSCADに統合された模様
- OpenSCAD — 3D CAD with a scripting interface.
- ギャラリーを見ると、どうやら。。３Dプリンター自体とか、CNCとかのモデルが多いですね。モデルみるだけで楽しい
- OpenJSCAD — A completely web based 3D CAD with a scripting interface.
- これもWebベースで動く。。なかなかスゴイ。。STLで落とせます
- PythonOCC — 3D CAD development environment for python programming language.
- Pythonで絵が描けるって感じかな？いろんなPythonモジュール群ですね。Python２系なのが。。どうかな？？
Surface Modeling CAD Tools
- Blender — Powerful 3D surface modeler, scene renderer, movie editor, and animation creator.
- Google SketchUp — Excellent surface modeler, but limited import/export.
Artistic Modeling and CAD Tools
- Blender — Powerful 3D surface modeler, scene renderer, movie editor, and animation creator.（既出）
- MeshMixer — Good tool for combining STL files and for artistic editing of files.（既出）
- Seamless3D — 3D modeling and animation tool from MIT.（う～ん。。子供用）
- K-3D — Freeform 3D modeling and animation software, but no rendering.（Blenderでいいんじゃない？）
Other Modeling and CAD Tools
- Autodesk Tools — Lots of free products for students and eductors.（ここは凄い）
- Voronator — Online tool to tesselate any 3D model.（ボロノイエフェクトをかけるだけ）
CAD Viewers and Data Visualization
- STLView — A free STL viewer with touch-screen capability.（Androidもあるので便利かも）
- eDrawings Viewer — Viewer software for SolidWorks, DWG, and DXF files.（どこにソフトがあるのか？分からない）
- Visit — Interactive parallel visualization and graphical analysis tool for viewing scientific data.（Lawrence Livermore National LaboratoryのParaviewかな？）
こうしてみると、僕あんまりCAD使えないんだけど、かなりのオープンソースやフリーのCAD使い倒しているかも(笑)
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これ面白い。こういうオープンソース類を使っていろんな電子工作に活かしています。
https://handiko.github.io/
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