Minecraftの世界生成：たった4ステップで無限の世界が生まれる魔法を解き明かす！

Minecraftの世界生成：たった4ステップで無限の世界が生まれる魔法を解き明かす！

皆さんは、Minecraftの世界がどのように生成されているかご存知でしょうか？ 97,000テラバイトもの情報を含むシード値を入力するだけで、地球の裏側にいるプレイヤーでも全く同じ世界を、インターネット接続なしで生成できる――その驚異的な仕組みを、今回は徹底的に解き明かしていきます！

マインクラフトの世界は巨大な立方体？ そして、プロシージャルジェネレーションの魔法

Minecraftの世界は、その根底においては、無数の立方体が融合して作られた巨大な立方体です。 しかし、実際には巨大な石の塊のように見えるわけではありません。多くの部分が空気で満たされているため、私たちが見ているのは「空洞のある巨大な立方体」なのです。

Minecraftが最初に解決しなければならない課題は、どこに空気ブロックを配置し、どこに配置しないかを決定することです。

仮に、空気ブロックと非空気ブロックの2種類しか存在しないとしましょう。それでも、全ブロックの種類を決定し、それをMinecraftの世界全体に保存するには、現在存在する最も高価なストレージデバイス（12,500ドルのSSD）の容量をはるかに超えるストレージが必要になります。つまり、全てのブロックを直接保存することは不可能なのです。

そこで、Minecraftは**プロシージャルジェネレーション（手続き型生成）**という手法を用います。これは、同じ手順を繰り返すことで世界を生成する方法です。世界全体のデータを保存する代わりに、プレイヤーが通過する部分のみを生成することで、ストレージ容量を大幅に削減できるのです。 新しいアップデートがリリースされた場合でも、既存の世界に新しいデータが追加されるのはこのためです。 以前のアップデートでは存在しなかったデータも、プレイヤーがそのエリアに近づくと初めて生成されるのです。

このプロシージャルジェネレーションは、大きく分けて4つのステップで行われます。

ステップ1：空気と非空気の決定 - パーリンノイズの魔法

最初のステップは、どこに空気ブロックを配置すべきか、そしてどこに配置すべきではないかを決定することです。これは驚くほど難しい問題です。手作業でブロックを破壊・配置する場合、その一つ一つの操作をコンピュータに保存する必要があります。

そこで、プロシージャルジェネレーションの出番です。手作業では膨大な時間と労力を要する作業も、プロシージャルジェネレーションを用いれば効率的に行うことができます。

例えば、下図のようなシンプルな石と空気のマップを見てみましょう。

   *   *
  * * * *
 * * * * *
  * * * *
   *   *

この図は、4つの大きなピークを表しています。Minecraftは、これらのピークを直接生成するのではなく、ピーク間の滑らかな移行を生成することで、自然な地形を表現します。この手法を世界全体に適用することで、現実的な地形が生成されます。

しかし、谷が完璧に等間隔で配置された世界は面白くありません。ランダムに生成すると、今度は乱雑で不自然な地形になってしまいます。

そこで用いられるのがパーリンノイズです。パーリンノイズとは、TVの砂嵐のようなノイズパターンで、一見ランダムに見えますが、実際には規則性のあるノイズです。このノイズを元に、より自然でリアルな地形を生成することができます。

パーリンノイズのイメージ: （画像をここに挿入）

Minecraftはこのパーリンノイズを３つの異なる値として利用します。

• 高さ（Height）： 地形の高さ
• 大陸性（Continentality）： 大陸のような広大な土地の広がり具合
• 浸食（Erosion）： 地形の削られ具合

これら３つの値を用いて、高度なアルゴリズムによって現実的な地形が生成されるのです。

ステップ2：水塊の追加 - 湖と川が生まれる

ステップ2では、ブロックの種類を2種類から3種類に増やします。水です。 高度62以下の、空洞でないエリアに水を追加します。これにより、湖や川、そして海といった水塊が生成され、世界に活気が加わります。

ステップ3：バイオームの決定 - 草、砂、砂利…多様な世界へ

ステップ3では、バイオームを決定します。ベースとなる石の層を取り除き、バイオームに合わせたブロック（草、砂、砂利など）を配置します。

この計算には、ステップ1で生成された大陸性と、新たに2つの値（温度と湿度）が用いられます。これらの値は、別のパーリンノイズマップから決定されます。 Java版Minecraftでは、F3キーを押すとこれらの値を確認することができます。

これらの値に基づいて、対応するバイオームテーブルを参照し、適切なブロックが配置されます。これにより、より現実的で多様な世界が創造されます。

ステップ4：木々、鉱石、構造物…個性あふれる世界へ

最終ステップでは、木々、鉱石、構造物といったディテールを追加します。 これらの要素は、ランダムに配置されますが、完全にランダムな配置ではなく、ある程度の規則性を持たせて配置されます。 例えば、ダイヤモンド鉱石が全てのチャンクに同じ場所に存在するようであれば、面白くありません。ランダムに配置することで、プレイヤーは探索の喜びを味わうことができます。

木々の配置、鉱石の生成、構造物の配置、これら全てが、異なるアルゴリズムを用いて生成されますが、全てこの最終ステップで行われます。

まとめ：小さな入力から無限の可能性へ

Minecraftの世界生成は、たった4つのステップで構成されています。 しかし、このシンプルな手順によって、驚くほど複雑で多様な世界が生成されるのです。 これは、小さな入力から大きな出力を生み出すプロシージャルジェネレーションの威力を如実に示しています。

このプロシージャルジェネレーションという技術は、Minecraftだけでなく、現代社会のあらゆる技術に利用されています。暗号化、暗号通貨、そしてYouTubeのレコメンドシステムなど、数多くのシステムがこの技術によって支えられているのです。 YouTubeも、あなたが視聴、いいね、チャンネル登録する動画に基づいて、あなただけのユニークなホーム画面を生成しています。

Minecraftの世界生成におけるプロシージャルジェネレーションのポイント:

• 効率性: 全てのブロックデータを保存する必要がないため、ストレージ容量を大幅に削減できる。
• 無限性: 同じシード値を使えば、いつでも同じ世界を再現できる。
• 多様性: ランダム性をうまく制御することで、自然で多様な世界を生成できる。
• 拡張性: 新しい要素を追加する際、既存のアルゴリズムを修正するだけで良い。

このMinecraftの世界生成の仕組みは、一見魔法のように見えるかもしれませんが、実際にはシンプルで巧妙なアルゴリズムによって実現されています。 この記事が、Minecraftの世界をより深く理解する助けになれば幸いです。