VectorField

VectorField は、ScalarField コンポーネントのコレクションとして表現されるベクトル値フィールドです。

概要

VectorField は FieldDict を拡張し、物理学におけるベクトル場（電磁場、速度場、変位場など）に特化した操作を提供します。

主な機能

  • 幾何学的演算: dot() (内積), cross() (外積), project() (射影), norm() (ノルム)

  • バッチ処理: fft_time_all(), filter_all(), resample_all() など、全コンポーネントへの一括適用

  • 算術演算: スカラーとの乗算、加算、減算

  • 可視化: plot() (マグニチュード+Quiver), quiver() (矢印プロット), streamline() (流線プロット)

  • エクスポート: NumPy との相互運用のための to_array() (5次元配列を出力)

基本的な使い方

from gwexpy.fields import ScalarField, VectorField
import numpy as np
from astropy import units as u

# コンポーネントフィールドの作成
fx = ScalarField(np.random.randn(100, 4, 4, 4), unit=u.V)
fy = ScalarField(np.random.randn(100, 4, 4, 4), unit=u.V)
fz = ScalarField(np.random.randn(100, 4, 4, 4), unit=u.V)

# VectorField の作成
vf = VectorField({'x': fx, 'y': fy, 'z': fz})

# 大きさ（ノルム）の計算
magnitude = vf.norm()  # ScalarField を返す

# 内積
dot_result = vf.dot(vf)  # 単位 V² の ScalarField を返す

# 外積 (3成分ベクトルのみ対応)
v1 = VectorField({'x': fx, 'y': fy, 'z': fz})
v2 = VectorField({'x': fy, 'y': fz, 'z': fx})
cross_result = v1.cross(v2)  # VectorField を返す

バッチ操作

ScalarField のすべての操作を、すべてのコンポーネントに一度に適用できます。

# すべてのコンポーネントを FFT
vf_freq = vf.fft_time_all()

# すべてのコンポーネントにフィルタを適用
from gwpy.signal import filter_design
lp = filter_design.lowpass(100, 1000)
vf_filtered = vf.filter_all(lp)

# すべてのコンポーネントをリサンプリング
vf_resampled = vf.resample_all(50)  # 50 Hz

関連項目