密度マスク散布

ひとことで

地面の場所ごとに「どれくらい置いてよいか」を 0〜1 の値（密度マスク）で持たせ、その値を置く確率として草・木・岩などを散布する方法です。マスクは、標高・斜面の急さ・ノイズ・手で塗った値などを掛け合わせて作ります。一様にばらまくと水の中にも崖にも草が生えますが、マスクを使えば、低くなだらかな所には草、まとまった所には林、急な斜面には岩、という自然な景色になります。

ゲームでの使いどころ

• 草・花・小石の散布：広いフィールドに何万本もの草を、地形に合わせて置く（Unreal の Foliage、Unity の Terrain の Detail）。
• 木・岩の配置：森のまとまり、川沿いの木、崖下の岩など、ルールに沿った配置。
• 手で塗って調整：デザイナーがブラシで「ここは多め」「ここは道なので消す」と塗り、自動生成の結果を直す。
• ゲームの要素：敵の出現しやすさ、資源の出やすさ、戦闘が起きやすい場所などにも同じ仕組みが使える。

しくみ

候補の点 $\mathbf{x}_i$ に、それぞれ固定の乱数 $r_i \in [0, 1)$ を持たせておき、

とします。$\rho$ が密度マスク、$k$ は全体の密度です。マスクは複数の条件の掛け算で作ります。

掛け算にするのは、「どれか 1 つでも条件を満たさなければ置かない」ためです。$h$ は標高、$s$ は斜面の急さ（高さの勾配の大きさ）、$n$ はノイズです。

固定の乱数を使う理由：毎回新しい乱数で判定すると、マスクを少し変えただけで全部の草が入れ替わり、ちらつきます。候補ごとに乱数を固定しておけば、マスクを塗り足した所だけ草が増え、ほかはそのまま残ります。

実装のポイント

• 候補の並び：候補を完全なランダムにすると、偶然の固まりやすき間ができます。ポアソンディスク分布やジッター付きの格子にしておくと、密度が低くても間隔の自然な配置になります。
• 層ごとにマスクを分ける：草・木・岩で別々のマスクを使い、「木の下には草を減らす」のように層どうしで影響し合わせると、よりそれらしくなります。
• 大量に描く：草のような数万個の物は、GPU インスタンシングで 1 回の描画命令にまとめます。遠くは密度を下げたり、置かなかったりします。
• チャンクごとに作る：広い世界では、カメラの近くのチャンクだけ候補を生成・判定し、遠ざかったら捨てます。乱数の種をチャンクの座標から決めれば、戻ってきても同じ配置になります。

つまずきやすい点

• 境目がくっきりしすぎる：条件をしきい値で 0/1 に切ると、草の生える所と生えない所の境目が不自然な直線になります。smoothstep でなだらかに変化させます。
• マスクと見た目のずれ：地面のテクスチャ（草の色）と散布のマスクが別々だと、茶色い地面に草が生えたりします。同じマスクから両方を作ります。
• 密度と負荷：密度をそのまま上げると、描画の負荷が急に増えます。距離による間引きや LOD と一緒に設計します。

デモで試すこと

1. 草は低くなだらかな所に、木はノイズのまとまりに沿った林に、岩は急な斜面に集まっていることを確かめてください。
2. 「一様にばらまく」に切り替えると、水の中や山頂にも同じように生え、不自然な景色になります。
3. 「標高」「斜面」「ノイズ」の条件を 1 つずつ切って、それぞれの条件が景色にどう効いているかを見比べてください。「草のマスクを地面に表示」で、マスクの値が見えます。
4. 地面をドラッグすると、塗った所だけ草が増えます。「草を消す」にしてドラッグすると、道を作れます。ほかの草が入れ替わらないことも確かめてください。