こんにちは、ヤツボシ（@yatsuboshi_）です。
今回は、『FROST』というパズルゲームを紹介します。幻想的でユニークなビジュアルが特徴で Apple Design Awards 2018 も受賞した作品です。
このゲームの無数の光の群れのビジュアルは、科学的な要素として見ることで楽しむこともできる部分だと思います。
今回はそういった「ゲーム×科学」の視点も交えながら、ゲーム『FROST』を紹介します！
目次をクリック！
どんなゲーム？
故郷の惑星を目指す魂の一群を導く道を描く。光の中から生まれる数えきれないほどの美しい生き物たち。絶え間なく動き続ける世界の均衡を保ち、その謎を解き明かそう。
「FROST」をApp Storeで より引用
iOS・ipadOS で配信されている光の粒子が美しいパズルゲーム。ルールはシンプルで、画面上を指でなぞり作られる道を使って、光の粒子を光の球へ導くことが目標です。
美しいビジュアル
youtubeのトラックを見れば分かるように、光る粒子の群れが絹のようにひらめく様はユニークで美しいこのゲームの特徴です。このアーティスティックなビジュアルが60ほどのステージに用意されています。
パズルゲームとしては、シンプルなコンセプトですがステージが進むにつれて要素が増えていき、歯ごたえのあるステージも。
プラットフォーム
iOS・ipadOS で 610円（記事執筆時点）で配信されています。
Let’s Play!
幻想的な光の群れ
このゲームは、無数の光の「流れ」や「相互作用」するビジュアルが大変美しく、癒しにもなっています。さっそくプレイ画面を紹介していきましょう。
また、記事後半ではこのゲームがインスピレーションを受けたであろう”自然の中の美しい現象や人類の美術”なども紹介しようと思います。ちょっと違う角度からも楽しめるような視点を共有できたら嬉しいです。
操作はシンプル
操作方法はシンプルで、画面を指でなぞるとその方向に”道”が出来ます。その道に沿って光の粒子たちは流れていくので、ゴールである光の球に一定数の光を導くとステージクリアとなります。
美しい光の粒子の動き
序盤は、シンプルな直線的な光と簡単なパズルから構成されます。上の動画はタイトルの次のステージ１です。指による操作のガイドが出ていますが、チュートリアルにもあったように、基本的には指でなぞって道を作り誘導することでパズルを解いていくことになります。
道に沿って光は進み、光の球に吸い込まれていきます。一定数の光を球に吸い込ませステージクリア。
ステージを進めていくと、別の性質を持った光の粒子や道が作れないエリアなど、パズルも複雑化していって歯ごたえも出てきます。またビジュアル面でも直線的な光の流れから、有機的で複雑な光の群れとしてのふるまいを見せ始めます。
“群れ”をうまく表現する音響
このゲームの音響には、派手な曲調のBGMは使用されません。いわゆるチル系というかリラックスできるような効果音とアンビエントな音楽が使用されます。
その中でも、効果音は光の群れのツブツブ感の表現に優れています。
無数の粒の入った容器を傾けた時のような音（学校の音楽室にある波の音がする楽器みたいな…）、小さいツブツブを上から落として地面にプチプチぶつかる音、そのような効果音をつけることによって”群れ”の密度感をうまく演出しています。
海のさざ波、風に揺れる葉擦れの音、滝や川の音、そんなイメージを喚起させる効果音はプレイヤーをリラックスさせ世界観に没入する助けにもなります。
インスピレーション
このような美しいアートはどこから生まれたのでしょうか？
そのヒントとなる文章を公式のpress用ページから引用します。少々長くなってしまいますが、このゲームのインスピレーション、技術、コンセプトを説明してくれているものです。
では見ていきましょう。
インスピレーションを受けたもの
Inspired by nature and the belief that inclusivity should know no boundaries, we crafted a possibility space where surprises and new, deeply personal experiences are imaginable and likely to happen to anyone, regardless of age, interests, and cultural background.
FROST より引用
自然にインスピレーションを受けて、私たちは、年齢、興味、文化的背景に関係なく、誰にでも起こりうる可能性のある、驚きと新しい、深く個人的な経験が想像できる可能性のある空間を作りました。
自然にインスピレーションを受けた、とあります。
続けてその自然についての具体的な説明も見ていきましょう。
Swarming behavior is an impressive natural phenomenon. Flocks appear as fluid, coherent groups, yet they are made of many individual agents. Their complex team play delights us as observers and has inspired the arts and science since their early stages.
FROST より引用
群れのふるまいは印象的な自然現象です。群れは流動的でまとまりのある集団のように見えますが、多くの個々のエージェントから構成されています。その複雑なチームプレイは、観察者である私たちを楽しませ、初期の段階から芸術や科学にインスピレーションを与えてきました。
群れのふるまい、とあります。
例えば、鳥や魚、昆虫などの大群は数多くの個体が集まっているにも関わらず、ぶつかり合うことなく秩序を保ちます。まるで一枚の絹のようで美しさを感じますよね。
このような群れの行動、その美しさにインスパイアされて作られている部分があるようです。
技術的なこと
無数の個体から成り立つ群れのふるまいを描写するためには、大きな処理能力を必要とします。その技術については、
Currently, no CPU in any consumer device provides the performance needed for calculating the complex swarming behaviors that you can experience in FROST. By utilizing the iOS GPU technology Metal to the fullest, we multiplied the computing power, and this made possible the real-time simulation of swarms and flocks, consisting of thousands of individuals, on an iPhone or iPad.
FROST より引用
現在のところ、FROSTで体験できる複雑な群集行動を計算するのに必要なパフォーマンスを提供するCPUは、コンシューマ機器にはありません。iOSのGPU技術であるMetalを最大限に活用することで、計算能力を高め、iPhoneやiPad上で数千規模の群れや群れのリアルタイムシミュレーションを可能にしました。
とあります。iphoneやipadというモバイル端末の処理能力という制限の中、最大限に技術を活用することで群れのふるまいの再現に成功しているようです。
ちなみにMetalとは、
MetalではGraphics Processing Unit（GPU）にほぼ直接にアクセスできるため、iOS、macOS、tvOS Appでグラフィックスと演算のポテンシャルを最大限に活かすことができます。
Metal – Apple Developer より引用
上記のような技術のことで、GPU（主にグラフィック描写を担当するコンピュータの頭脳）を活かして、無数の個体から成り立つ大群の描写という高負荷な処理を可能にしているようです。
参考 Metal - Apple DeveloperApple Developerコンセプト
FROST is a tender salute to life. An emotional journey through a dreamlike space.
FROST より引用
FROSTは人生への優しい賛辞。夢のような空間への感動の旅。
これらの世界観や技術をとおして人生への賛辞・感動の旅を提供することが、このゲームのコンセプトになっているんですね。
なかなか目につかないpress用ページですが、このゲームのコンセプトやインスパイアされたものなど興味深い情報をたくさん示してくれています。
自然の中の美しいパターン
では、製作者が影響を受けた”自然”や”群れのふるまい”にはどのようなものがあるのでしょうか。
私が個人的にこのゲームから連想した自然の中の色々を、動画などを引用しながら紹介したいと思います。
群れのふるまい
そもそも自然の中の群れのふるまいとはどんなものなのか、いくつか動画で見てみます。
上の動画の冒頭部分では様々な動物たちの群れが紹介されています。魚、鳥、羊、虫……様々な群れを作る生き物たちが一定の秩序をもって動く様子は美しく不思議でもあります。
こちらは鳥の大群。ものすごい数の鳥が絹のようにひるがえり飛んでいます。こちらも美しい光景ですね。（実際に遭遇したら、糞・臭い・騒音などなかなか壮絶かもしれません。）
このような群れをゲーム上で描写する場合、その仕組みがわからなければ難しいですよね。どのようなルールで成り立っているものなのか、それをシミュレーション上でどう再現するのか。
群れを模倣する「BOIDS」
群れをシミュレートした描写を可能にしたソフトウェアがあります。コンピューター・アニメーターのクレイグ・レイノルズさんが作った「boids」（「ボイド」）です。
boidsは、アニメーションとしてコンピュータ上で再現するために、レイノルズさんが鳥の群れを観察して作られたといいます。
では、boids上ではどのようなルールによって群れの動きが再現されているかというと、
レイノルズは、このシステム上の「粒子」を、”bird-kike droids”（「アンドロイドの鳥版」）を略した”boids”（「ボイド」）と称し、それぞれのボイドに、群れの「舵取り」のもととなる三つの基本的な行動を属性として与えた。
１ 群れの仲間との衝突や近接遭遇を避ける。
２ 近隣の鳥の平均方向にあわせて並ぶ。
３ 互いにくっつく。すなわち近隣の鳥の平均的「重心」に向かって動く。
『流れ――自然が創り出す美しいパターン（著：フィリップ・ボール）』(早川書房-2011/11）p108 より引用
という三つの条件。その条件に従う個々の判断と相互作用が結果として全体的なふるまいを作るのです。
また、これら三つの要素の強さをそれぞれ変えて組み合わせると群れの行動にバリエーションが生まれます。下に引用した図の中の真ん中の組み合わせではドーナッツのような形の群れができています。これは魚の群れの形に似ています。右のものは同じ方向に向かって移動する群れが出来ています。これは鳥の群れのように見えます。
「群れ」の科学｜WIRED.jp より引用
これらが分かる前には、群れのふるまいというものは指令を出すリーダーがなにかの方法で群れ全体に指令を伝達している、と考えられていたそうです。
条件を個々に与える事でお互いが影響しあい波となって、群れのふるまいを形づくる……美しい自然の複雑さに驚きます。
このシステムはアニメーションのために作られたと書きましたが、実際に革新的な技術として映画『バットマンリターンズ』で、ペンギンやコウモリの群れなどの描写に活用されました。さらに他のいくつかの映画にも使われたそうです。
そういった技術的な仕組みを紹介している動画があります。下の動画を見てみてください。8:11〜が完成したものです。最初から再生すると、そこに至るまでの仕組みが説明されています。
ゲームにもこのような形で群れの行動がシミュレートされて生かされているのでしょうね。
他にもこのような動画が見たい場合は「boids」「flocking」「simulation」などのキーワードで検索してみてください。「coding」なども含めてみると、より実践的な方法を教えてくれる動画がヒットするかもしれません。
チューリング・パターン
『FROST』のステージのなかには、模様を形成する光の粒子たちも出てきます。この模様、よくみると動物の模様などに似ていると思いませんか？
プレコ – Wikipedia より引用
生物の模様
生物の模様には、ある法則性があるといいます。それは「チューリング・パターン」と呼ばれるそうです。
生物の模様と数学をむすびつけた最初の人物は、コンピューター科学の父としても知られるイギリスの数学者アラン・チューリング（1912 ~ 1954）だという。1952年、チューリングは、2種類以上の分子がたがいに反応しながら、拡散によって周囲に広がっていくと、縞模様をはじめとする、さまざまな模様が自然に生みだされるということを、数学を使って示したのだ。（中略）
チューリング理論の中核をなす方程式は「反応拡散方程式」、生みだされる模様は「チューリング・パターン」とよばれている。
『Newton 2010年 03月号』（ニュートンプレス – 2010/1/26）p101 より引用
今まで、動物の模様は生存に有利だから進化の過程で生き残った、などと説明されてきましたが、この考え方では、模様は様々な生物に共通する数式によって生成されているようです。反応拡散の波、つまり模様は「波」？
この方程式について説明してくれているサイトがあるのでリンクを貼っておきます。もし興味のある人はどうぞ。
参考 反応拡散波とは反応拡散波とはこのような反応拡散もまた、自然のなかの美しいパターンとしてこのゲームにインスピレーションを与えているのかもしれません。
シミュレーター
以下の画像とリンクは実際に拡散の様子をみることができるシミュレーターのものです。
https://pmneila.github.io/jsexp/grayscott/
一応、操作方法も解説しておきますと、
キャンバスはマウスなどでドラッグすると反応して影響を与えることができます。
右側の presets という部分を選択すると描写される模様が変わっていきます。また三つのボタンの左側はクリアボタンで、キャンバスをリセットできます。リセットして何も起こらないときは、キャンバスをドラッグして最初の反応を誘発しましょう。
その下のパラメーターも色々いじると、様子が変わっていって面白いです。
このシミュレーターを見ると、模様は「波」である、というのが分かりやすいですね。
分かりやすい動画も
またこのチューリングパターンの生成の仕組みをわかりやすく動画で説明してくれているものを紹介します。
（ニコニコやyoutubeで有名なむにむに教授。こういう動画も出していたんですね。）
参考 シマシマの謎 動物の模様を“数学”で解く？ 【ガリレオX】 | バラエティ | 無料動画GYAO!GYAO!こちらは番組として制作されているもの。分かりやすく、映像も豊富で見ていて楽しいです。おすすめ。
古代美術や現代アート
東京大学の池上高志教授とTom Froese さん, Alexander Woodward さんによるAdaptive Behaviorに発表した論文によると、壁画などの原始芸術には共通するパターンがあり、それはチューリングパターンと結びつけられるといいます。
その論文の要約部分を引用してみます。
It has been argued that the worldwide prevalence of certain types of geometric visual patterns found in prehistoric art can be best explained by the common experience of these patterns as geometric hallucinations during altered states of consciousness induced by shamanic ritual practices. And in turn the worldwide prevalence of these types of hallucina- tions has been explained by appealing to humanity’s shared neurobiological embodiment. Moreover, it has been proposed that neural network activity can exhibit similar types of spatiotemporal patterns, especially those caused by Turing instabilities under disinhibited, non-ordinary conditions. Altered states of consciousness thus provide a suitable pivot point from which to investigate the complex relationships between symbolic material culture, first-person experience, and neurobiology. We critique prominent theories of these relationships. Drawing inspiration from neurophenomenol- ogy, we sketch the beginnings of an alternative, enactive approach centered on the concepts of sense-making, value, and sensorimotor decoupling.
Turing instabilities in biology, culture,and consciousness?…- Adaptive Behavior より引用
先史芸術にみられる特定の種類の幾何学的な視覚パターンが世界的に広まっている事は、シャーマンの儀式行為によって誘導される変性意識状態中によくある体験としての幾何学的な幻覚パターンによって、最もよく説明できると論じられてきました。
そして次に、この種の幻覚の世界的流行は、人類共有の神経生物学的実例に働きかけることによって説明されてきました。
さらに、ニューラルネットワークの活動が類似した種類の時空パターン（特に脱抑制下、非日常状態でのチューリング不安定性によって引き起こされる）を示すことができると提案されてきました。
変性意識状態は、象徴的物質文化と主観的体験、神経生物学の複雑な関係を研究するにふさわしいピボットポイントを提供します。
我々はこれらの関係の著名な理論を批評します。神経現象学からインスピレーションを得て、我々はセンスメイキング、価値、感覚運動のデカップリングの概念を中心とした、代替的で能動的なアプローチの始まりの概略を述べます。
む……難しい。訳もあんまり合ってないかも。
原始芸術にみられる幾何学的な模様、これはシャーマンの儀式による変性意識状態（ドラッグを使ったときのようなトランス状態、日本的には「神がかり」状態？）における幻覚に似ていて、その幻覚とチューリングパターンを結びつけることが出来る、ということでしょうか。それらの研究をさらに掘り下げたものがこの論文の主旨なのだと思います。
植物などの幻覚剤を用いたとき脳内では化学反応が起きて脳の細胞構造によく似た神経パターンが幻視されるそうです。以下の画像のようなパターンです。
Turing instabilities in biology, culture,and consciousness?…- Adaptive Behavior より引用
このような幻覚を、原始文明ではシャーマンの儀式のなか変性意識状態に入ることで見、それを壁画や美術品として残し信仰のシンボルとしたのでしょう。
下の画像は、日本人には馴染み深い縄文土器です。
Turing instabilities in biology, culture,and consciousness?…- Adaptive Behavior より引用
このようなパターンは世界中の原始文明における美術品にみられるといいます。壁画、彫刻、土器など。古代からの人の営みがチューリングの方程式と結びつくとは。
現代アート
この論文では言及されていませんが、現代のアートにもそのようなパターンを見いだすことができるかもしれません。古代から現代、自然と人、様々なもののなかに通底するパターン。神秘的。
生物の発生
これらの法則性は、外の世界だけでなく、体の内側、生命の発生過程にも見られるようです。
しかしチューリングの理論の適用範囲はもっと広いはずだと考えられている。生物の発生にもチューリングの理論が適用できるというのだ。発生とは、受精卵という一個の細胞から、複雑な構造をもつ個体が形成される過程をさす。つまり「生物の形づくり」のことだ。
『Newton 2010年 03月号』（ニュートンプレス – 2010/1/26）p104 より引用
生き物が作られるとき遺伝子にその正確な設計図がある、と教わった記憶がありますが、そうではなく反応拡散の波によって形作られているかもしれない…？
また、人の指紋にも適用できるかもしれないと考える人もいるそうです。もしそうだとしたら、身近なところに反応拡散の波を感じることができますね。
ゲームが誘う想像力の旅
自然の中の生物たちのふるまい、動物の模様、古代から続く美術などにみられるパターンを見てきました。
それは生物の発生という根源的なものにまで及ぶかもしれない、というのはロマンがありますよね。
群れのパターンの法則性も、群れのふるまいだけでなく、細胞、脳、神経、群衆や株価変動、近未来には自動運転車を使った渋滞・安全運転のコントロールまで、その理解に応用できるかもしれないとかなんとか。
ミクロな世界からマクロな世界まで、そこには意識されていない美しいパターンが潜んでいるのかもしれません。
ひるがえってゲームの画面を見てみると、この光の粒子たちは、そのような自然の美しいパターンのイメージを想起させます。
生物の発生から壮大な群れの動きまで、大小のスケールを辿る想像力の旅。
こんな壮大なイメージの旅へ連れていってくれるゲーム作品が……今ならなんと610円！！
ぜひともプレイしてみてはいかがでしょうか？
Let’s Play!
関連する書籍
また今回引用した書籍や関連する書籍などを以下に紹介します。もしもこの記事にあるような自然のパターンに興味がある人には是非おすすめしたいです。
こちらは「流れ」をテーマに、海、川、砂漠などにみられるパターン、生物の群れなどを科学的に説明する読み物系の書籍です。
こちらは「かたち」をテーマに、生物のかたち、模様、巣作り、発生、などを説明した読み物です。上の書籍と同じ著者のシリーズものです。
このシリーズ、単行本の装丁がきれいで好きなのですが、今は文庫版しか販売されていないようです。しかし文庫版は安く持ち運びに便利なので、その点ではおすすめです。
ちなみに装幀を担当されたのは水戸部 功さん。
参考 洞窟壁画は我々の偉大なる先祖が麻薬でヨタって描いていたことが判明 | ギズモード・ジャパン洞窟壁画は我々の偉大なる先祖が麻薬でヨタって描いていたことが判明 | ギズモード・ジャパンこのリンク先の記事では上に引用した論文の要点を噛み砕いて紹介してくれています。長くなく読みやすい記事で面白いです。
