高校「情報Ⅰ」単語帳 - 日本文教「情報Ⅰ 図説と実習」 - モデル化とシミュレーション

科学や工学、ビジネス、IT関連では特にシステム設計やシミュレーションなどの分野において、取り扱う対象から目的に照らして不要な側面を捨象して、その構造や構成要素、対象間の関係や互いに及ぼす作用などを模式的に表した模型(モデル)を作り、図表や数式、データ集合、データ構造、人工言語(モデリング言語)などを用いて定義することをモデリングという。

モデルを作成することで、対象をデータや情報の集合としてコンピュータシステム内で取り扱ったり、シミュレーションなどを通じてその振る舞いや状態を解析し、現実に起きている現象を説明したり、特定の条件下での振る舞いを予測することができるようになる。様々な分野で一般的に行われる営みであり、具体的な手法や手順なども分野ごとに異なる。

3DCGにおけるモデリング

3次元コンピュータグラフィックス(3DCG)の制作・編集過程の一つで、点や線、平面や曲面、単純な形の立体(の全体や一部分)などを組み合わせ、望みの立体物の外形(3Dモデル)を形作る工程をモデリングという。

立体物の表現方式として最も一般的な「サーフェスモデル」では、空間上に定義した点と点を結ぶ線分を組み合わせて多角形(ポリゴン)を構成し、これを貼り合わせて立体を構成する。外から見える表面だけを整える「ハリボテ」のような構成法で、ゲームなどでは内部の質量などの情報が不要であるため多用される。

一方、3次元CADなどでは、このような直線的な図形に加えて、球や楕円体、円柱、円錐、特定の方程式で表される曲面などを組み合わせ、表面の一部が滑らかな曲面の立体を定義できるものもある。工業製品の設計やシミュレーションなどに用いるシステムでは、立体を中身の詰まった物体のように扱う「ソリッドモデル」が用いられることもある。

関数やソフトウェア、機械など何らかの仕組みに対して外部から与える値のことで、内部の構造や処理手順などが同じでも、与えるパラメータによって出力や挙動を変化させることができる。

関数のパラメータ

プログラミングでは、関数やメソッドなどが呼び出し元から渡された値を受け取るために宣言された変数のことをパラメータという。「仮引数」(formal argument)と呼ばれることもある。

関数やメソッドの定義の先頭などで、括弧で括って変数名を列挙するなどして宣言することが多い。呼び出し側で関数などに引き渡す値などは「引数」(argument)あるいは「実引数」(actual argument)と呼ばれる。

URLパラメータ

WebブラウザなどがWebサーバに送信するデータを、送信先を指定するURLの末尾に特定の形式で表記したものを「URLパラメータ」(リクエストパラメータ/クエリ文字列)という。

URLの末尾に「?」（クエスチョンマーク）を付け、続けて「名前=値」の形式で引き渡す内容を記述したもので、ブラウザ側からサーバ側にデータを送って何らかの処理を行わせ、Webページの内容に反映させることができる。「&」を挟んで複数の名前と値の組を連結することもできる。

Webページに入力フォームを設置する場合、form要素のmethod属性を「get」に設定するとHTTPのGETメソッドで内容が送信され、フォームの入力内容はURLパラメータとしてURLの末尾に連結されてWebサーバに伝達される。その際、日本語文字などはURLを構成する文字として使用できないため、文字コードの値と「%」(パーセント記号)を組み合わせたURLエンコードという特殊な記法に変換される。

他の分野でのパラメータ

数学では媒介変数のことをパラメータという。例えば、平面座標上の点(x,y)の移動が、いずれも時間tの関数 x=f(t) y=g(t) によって表されるような場合に、tを媒介変数あるいはパラメータという。変数をパラメータの式によって表すことを媒介変数表示という。

ビデオゲームの分野では、数値で示される能力や性能などをパラメータという。「主人公のヒットポイント」のようにプレイの進行に従って変化する能力値(ステータス)のことを指す場合と、「薬草を使うと15ポイント回復する」のように開発時に決定された各種の固定値を指す場合がある。

ゲーム開発では、プログラムがある程度完成した後にテストプレイしながら各種の値を決定あるいは変更していく工程を「パラメータ調整」という。同じ仕組みのゲームでもパラメータによってプレイしたときの感想が大きく異なるため重要な作業である。

「顧客の反応をシミュレーションする」といったように日常の場面でも模擬的な予測や再現をシミュレーションということがあるが、一般的にはコンピュータによる数値計算や情報処理を用いて複雑な物理現象や人工物の振る舞いなどを再現する「コンピュータシミュレーション」(computer simulation)を指すことが多い。綴りから分かるように「シュミレーション」は誤記である。

シミュレーションは実物による実験が様々な理由により不可能・困難な場合、あるいは長い期間や多くの費用を要する場合などに、これを簡易に代替する手法として実施される。対象の振る舞いや生じる現象への理解を深めたり、対象を扱う技能の教育・訓練を行なったり、対象が人工物の場合は結果を元に修正や改良を行ったりする。

対象にまつわるありとあらゆる要素を正確に模倣することは不可能で、多くの場合は無意味でもあるため、対象の性質や挙動を代表する要素を絞り込んで単純化したモデルを用いて計算などを行なう。モデルがよく対象を表していれば正確なシミュレーションができるが、誤りや粗さがあれば精度の低いシミュレーションにしかならない。

ある対象のシミュレーションを行うことに特化した機器やソフトウェア、システムなどを「シミュレータ」(simulator)という。特に乗り物や機械の挙動を再現するシミュレータがよく知られ、自動車を模倣する「ドライブシミュレータ」や航空機を模倣する「フライトシミュレータ」は運転・操縦の訓練にも用いられる。