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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
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成長ルール 例2 の場合
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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.