雪の結晶成長

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成長時の複雑な条件によって,自然の雪の結晶にはいろいろパターンが現れる.いくつか例を示すと

ここでは,雪の結晶成長の実効的条件をセルオートマトンを用いて調べる.
正6角形のセルから成る図のような2次元格子を空間とするセルオートマトン.各セルは2個の状態をとり,
         雪の結晶化を起こした状態を 1, 画像では で,
         水蒸気の状態を 0, 画像では で表す.
成長過程にある結晶の状態は,セルのこの 2 個の状態の2次元格子上の配置によって表される. 2 個の状態は一定の結晶成長ルールに従って変わっていく.  状態変化はすべてのセルで同時に行い,これによって成長過程の時間が1ステップ進行する.

[ 1 ] 初期状態 : 格子空間の中心のセルだけが状態 1(結晶化の核),ほかの すべてのセルは状態 0

[ 2 ] 雪の結晶成長 : 6個の隣接セルの状態に依存して,着目セルの次の時間ステップでの状態が決まる.
    成長ルール 例1
状態 0 のセルは,6個の隣接セルのうちただ1個だけが状態 1のとき,状態 1 に変わる(結晶化)
そのほかの場合は不変(抑制).
    成長ルール 例2
状態 0 のセルは,6個の隣接セルのうち1個または2個の状態が 1のとき,状態 1 に変わる(結晶化)
そのほかの場合は不変(抑制).

 
アニメーション

Mathematica プログラムは参考文献[ 1 ]の第6章を参照して作成した.
各画像上にマウスポインタを置くとアニメーションが始まる.はずすと初期画像にもどる.

成長ルール 例1 の場合 成長ルール 例2 の場合
成長ルールを種々工夫すると,このほかにもいろいろな成長パターンが現れる.