OpenCascade FEM デプロイ

CAD 形状を組み → メッシュを切り → 線形弾性 FEM を解いて → ブラウザに 3D 表示。商用 CAE の中で完結するワークフローを、すべてオープンソース + 単一 Docker コンテナで再現するサンプルです。

本例は proxy モード対応 (conoha.yml 同梱)

HTTPS 終端は conoha-proxy が担当します。no-proxy で動かす場合は末尾の no-proxy で動かす を参照してください。

完成イメージ

• ブラウザで bracket / plate_hole / cantilever_ibeam の 3 形状をパラメトリックに調整
• 「実行」を押すと SSE で queued → shape → mesh → assemble → solve → postproc → done の進捗が逐次配信される
• vtk.js で von Mises 応力分布を 3D 表示・回転・ズーム
• ジョブ完了後 30 分は結果が残り、TTL リーパで自動掃除

前提条件

• ConoHa CLI がインストール・ログイン済み (はじめに)
• サーバーが作成済み (--for proxy プリセット推奨)
• ドメインを用意し、A レコードを VPS の IP に向けている (DNS / TLS)
• conoha-proxy がブート済み (conoha-proxy セットアップ)

RAM 推奨

gmsh + scikit-fem + OpenCascade を同時に動かすため、2GB 以上のメモリ を推奨します (g2l-t-2 以上)。デフォルト設定の MAX_CONCURRENT=2 でピーク時 ~1.5GB を消費します。

スタック

役割	採用ライブラリ
CAD	pythonocc-core 7.9 (OpenCascade の Python バインディング、conda-forge)
Mesh	gmsh 4.15 (OpenCascade ジオメトリを四面体メッシュ化)
Solver	scikit-fem 10.x + scipy.sparse.linalg.spsolve (線形弾性、CPU)
API	FastAPI + uvicorn (SSE 進捗ストリーミング)
Frontend	vanilla JS + vtk.js (CDN ESM、importmap で依存解決)
Container	micromamba ベース、約 1GB の単一イメージ

1. compose.yml

完全版は opencascade-fem/compose.yml。要点だけ抜粋します。

services:
  web:
    build: .
    expose: ["8000"]   # ホストには公開しない (proxy が振り分ける)
    environment:
      OCFEM_MAX_CONCURRENT: "2"
      OCFEM_MAX_ELEMENTS: "200000"
      OCFEM_SOLVER_TIMEOUT_SECONDS: "60"
      OCFEM_JOB_TTL_SECONDS: "1800"
    volumes:
      - jobs:/app/jobs   # 結果ファイルの一時保管 (TTL リーパが定期掃除)
volumes:
  jobs: {}

expose を ports にしないこと

proxy モードでは expose: を使ってコンテナ側ポートだけを宣言します。ports: で公開すると blue/green スロットが衝突します。詳しくは アプリデプロイ — モードの比較 を参照してください。

2. conoha.yml

name: opencascade-fem
hosts:
  - opencascade-fem.example.com
web:
  service: web
  port: 8000

hosts: は自分の FQDN に書き換えてください。port: 8000 は compose の expose: ["8000"] と一致させます。

3. デプロイ

git clone https://github.com/crowdy/conoha-cli-app-samples
cd conoha-cli-app-samples/opencascade-fem

# conoha.yml の hosts: を自分のドメインに編集
$EDITOR conoha.yml

# proxy がブートしていなければ
conoha proxy boot --acme-email you@example.com <サーバー名>

conoha app init <サーバー名>
conoha app deploy <サーバー名>

初回ビルドは micromamba + OpenCascade + gmsh のセットアップで 5〜10 分かかります。2 回目以降はレイヤキャッシュで 1 分以内に収まります。

4. 動作確認

ブラウザで開く

https://opencascade-fem.example.com/ でフロントエンドが表示されます。

1. 左ペインで形状 (bracket / plate_hole / cantilever_ibeam) を選択
2. パラメータ (寸法・厚み・穴半径など) を調整
3. 実行 を押すと右ペインで SSE 進捗が流れ、完了後に応力分布が 3D 表示される

API を直接叩く

ジョブ投入:

curl -X POST https://opencascade-fem.example.com/jobs \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "shape": {"kind": "plate_hole", "params": {"length": 100, "width": 50, "thickness": 5, "hole_radius": 10}},
    "mesh_size": 5.0,
    "material": {"E": 210e9, "nu": 0.3},
    "load": {"magnitude": 1e7}
  }'
# => {"job_id": "..."}

SSE で進捗を購読:

curl -N https://opencascade-fem.example.com/jobs/<JOB_ID>/events
# data: {"stage": "queued", ...}
# data: {"stage": "shape", "t_ms": 42, ...}
# data: {"stage": "mesh", "t_ms": 1234, ...}
# data: {"stage": "assemble", ...}
# data: {"stage": "solve", ...}
# data: {"stage": "postproc", ...}
# data: {"stage": "done", ...}

結果ダウンロード (VTP 形式):

curl -O https://opencascade-fem.example.com/jobs/<JOB_ID>/result.vtp

/shapes カタログ

curl https://opencascade-fem.example.com/shapes | jq .

3 形状それぞれのパラメータレンジと境界条件メタデータが返ります。

ギャラリーの 3 形状

kind	パラメータ	境界条件
bracket	base_len, base_thk, wall_h, wall_thk, width	底面 fixed / 壁面上端に +Z 方向 traction
plate_hole	length, width, thickness, hole_radius	短辺 X=0 fixed / X=L で +X 方向引張 (Kirsch 応力集中)
cantilever_ibeam	length, height, flange_w, flange_t, web_t	壁面 X=0 fixed / 自由端 X=L で +X 方向引張

チューニング

環境変数	デフォルト	説明
OCFEM_MAX_CONCURRENT	2	同時実行ジョブの上限
OCFEM_MAX_ELEMENTS	200000	1 ジョブのメッシュ要素数の上限
OCFEM_SOLVER_TIMEOUT_SECONDS	60	ソルバーのウォールクロック上限
OCFEM_JOB_TTL_SECONDS	1800	ジョブディレクトリの保持時間

CPU コア数に応じて OCFEM_MAX_CONCURRENT を増やす場合、メモリも線形に伸びる点に注意 (1 ジョブあたり 200k 要素で ~700MB)。

ハマりどころ

ソルバータイムアウトはバックグラウンドジョブを止めない

OCFEM_SOLVER_TIMEOUT_SECONDS は HTTP 応答だけ打ち切ります。CPython の ThreadPoolExecutor スレッドは協調的にしか停止できないため、実際の計算はバックグラウンドで継続します。タイムアウトしたジョブが連続すると CPU を占有したままになる可能性があります。

対策: OCFEM_MAX_ELEMENTS を保守的に保ち、フロントエンドからの mesh_size 検証で長時間ジョブを未然に弾く。本サンプルはこの方針を採用しています。

vtk.js には Unstructured Grid Reader が無い

結果ファイルは表面 PolyData (VTP) のみ。テト体積メッシュではなく境界三角形だけをエクスポートします。

• 応力集中などの表面現象は十分可視化できる
• 内部の体積場は表示されない

線形・小変形・等方性のみ

塑性・接触・動解析・モーダル・流体・熱は対象外。本サンプルは「単一コンテナで CAD → FEM → 可視化が一通り動く」ことを示すデモであって、商用 CAE の置き換えではありません。

ジョブ状態はインメモリ

コンテナ再起動でジョブ履歴は消失します。永続化が必要なら結果 VTP を S3 互換ストレージへ流す、または PostgreSQL でジョブメタデータを保持するなどの拡張が必要です。

no-proxy で動かす

HTTPS が不要 (社内・開発用) で proxy を立てたくない場合は、compose.yml のポート公開設定を expose: から ports: に切り替えてホストに直接バインドします。

# compose.yml はホストへ直接バインドする形に変える
services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "8000:8000"
    environment:
      OCFEM_MAX_CONCURRENT: "2"
      OCFEM_MAX_ELEMENTS: "200000"
      OCFEM_SOLVER_TIMEOUT_SECONDS: "60"
      OCFEM_JOB_TTL_SECONDS: "1800"
    volumes:
      - jobs:/app/jobs
volumes:
  jobs: {}

その上で --no-proxy を明示してデプロイします。

conoha app init <サーバー名> --app-name opencascade-fem --no-proxy
conoha app deploy <サーバー名> --app-name opencascade-fem --no-proxy

http://<サーバーIP>:8000 でアクセスできます。HTTPS は別途自前で構成してください。詳細は アプリデプロイ — モードの比較 を参照。

関連リンク

• レシピ本体: crowdy/conoha-cli-app-samples の opencascade-fem
• 検証記: Qiita — 公開後にリンク追加
• pythonocc-core: tpaviot/pythonocc-core
• gmsh: gmsh.info
• scikit-fem: scikit-fem ドキュメント
• vtk.js: vtk.js ドキュメント
• 関連サンプル: vLLM (OpenAI 互換 LLM サーバー) — SSE ストリーミングつながり