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地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る
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印刷2020/07/30 18:00

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地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る

 30年以上の歴史を持つフライトシムシリーズの最新作,Windows 10向けソフト「Microsoft Flight Simulator」が2020年8月18日にMicrosoftからリリースされる。

画像(025)地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る

 製品ラインナップは以下の3バージョンだ。Microsoft ストアおよびSteamでは予約受付が始まっている。ちなみにヨーロッパ市場では,2層DVDの10枚組というパッケージ版の発売も予定されている。
 なお,Xbox One版のリリースも発表されているが,こちらの発売日は未定だ。

Standard Edition 航空機20種,空港30か所 7450円(税込)
Deluxe Edition 航空機25種,空港35か所 1万700円(税込)
Premium Deluxe Edition 航空機30種,空港40か所 1万3100円(税込)

※上記の名称および価格はMicrosoftストアのものです。
※Standard EditionはXbox Game Pass for PC(Beta)に対応し,上位版への有償アップグレードが可能。


 本作では,地球全体の3D地形モデルによってゲーム内世界が構築されており,そこには15億の建造物,3万7000の空港,2兆本の樹木が存在する。なお,建造物や空港は衛星計測データからAI(人工知能)が自動生成した3Dモデルを採用。上記の3バージョンの相違点である「空港」とは,ハンドメイド(≒人力による制作)の超高精細モデルの空港を差している。

一部の空港はハンドメイドによる高精度な3Dモデルとなっている
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 先日,Microsoft Flight Simulatorのリリースに先がけて,オンラインによるプレス向けプレゼンテーションが実施された。その模様をまとめてレポートしてみたい。
 なお,本作の正式タイトルはMicrosoft Flight Simulatorであるが,本稿では便宜上の略称として「MFS2020」と記すことにする。

どのバージョンを購入しても,小型機,大型機,シングルエンジン機体,ツインエンジン機体など,さまざまな機体ジャンルが網羅されている
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「Microsoft Flight Simulator」公式サイト



変化し続ける地球全体の姿を各種データとAIの力で自動生成


 プレゼンテーションにはMFS2020開発のチームリーダーを務めたMicrosoftのJorg Neumann氏(Head of Microsoft Flight Simulator)と,開発を担当したフランスのデベロッパAsobo StudioのSebastian Wloch氏(CEO)とMartial Bossard氏(Co-founder&Lead Software Engineer)が登壇した。

 MFS2020の開発に携わったAsobo Studioは,これまで関わったタイトルに「Kinect Rush: A Disney-Pixar Adventure」や,稲船敬二氏が手がけた「ReCore」(技術協力の形で参画)などが挙げられる。今回MFS2020の開発に抜擢されたのも,「Xbox 360時代からMicrosoftとの関係が深かったこと」や「技術力の高さが評価されたこと」などが挙げられていた。

 開発にあたっては,「我々が住む,この地球上の地形をまるごと再現すること」がテーマに掲げられていた。広大な地球を人力でモデリングするのは事実上不可能であるため,開発初期から人工知能(AI)を活用する方針だったという。
 地球の周りには数百の衛星が周回しており,天候データや地理情報といった各種データをリアルタイムあるいは非リアルタイムで地上にある各国の機関にデータをもたらしている。MFS2020では,それらをMicrosoftが運営するクラウドサービス「Azure」に集約し,そのデータの種別に応じてMFS2020のプレイ画面に“半”リアルタイムないしは非リアルタイムに反映させるようにしたそうだ。

MFS2020では,地形データの生成には新規開発のAIが動員された
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 非リアルタイムに反映されるデータの代表例として挙げられたのが地形(景観)データだ。衛星や航空写真から取得したデータはサイズにして2ペタバイトもあったそうだが,独自開発したAIを用いてこれらの地形データからMFS2020で使用する3Dモデルを生成したという。

 この独自開発されたAIとは一体どういったものか。端的に言えば,「上から見た情景データから,側面の姿を推察して3Dモデルを生成できる」というものだ。
 衛星データや航空写真そのままでは,建物は屋根や屋上しか見えないし,樹木もブツブツとした塊にしか見えない。高高度を飛行するだけならばそうした形状でも許せるかもしれないが,MFS2020のような低空を飛べるゲームでは,建物を斜め上から見下ろすような視点になるため,写真や衛星データでは見えていない部分を補完する必要がある。このAIは「上から見たこういう建物/樹木は,立体物としてはこういう形状であるはず。だからテクスチャはこんな感じであるはず」という形で自動生成してくれるのだ。

 また,3Dモデルを生成するためにAIには,衛星データや航空写真以外にも,Microsoft Bing Maps,オープンストリートマップ(外部リンク)のデータを与えていることなども語られていた。

景観を構成する人工構造物の数々はAIが推論生成したもの。中にはフォトグラメトリ生成されたものもあると言うが,よほど土地勘のある場所でない限りその判別は難しい
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 なお冒頭で触れたとおり,MFS2020には超高精細モデルの「ハンドメイドの空港」があるが,一部の有名都市については,フォトグラメトリ技術(無数の2D写真から3Dモデルを数理的に自動生成する仕組み)を用い,約5cm精度の高精度3Dモデルを作成したという。こちらも自動生成には違いないが,都市の景観を地表から撮影/取得したデータを用いているため,構造物の側面の情景は,前述の上空からのデータからAI推測生成したものより格段に現実に近いものになっている。

 PCをインターネットに接続している場合は,Azure側のMFS2020サーバーから,3Dモデルデータがリアルタイムでストリーミングされ,その間にオンタイムでアップデートが行われることとなる(回線速度が十分でない場合,飛行スピードが速すぎてストリーミングが間に合わないときは,プレイヤー側のPCで保持しているデータが採用される)。
 インターネット経由で更新される3Dモデルデータの種別を細かく見ていくと,地形凹凸データ,樹木(植物)の植生データ,建造物の分布データ,オープンストリートマップデータなどが挙げられていた。
 前述したAIを用いて地球すべてのデータを更新すると,かかる時間は約2週間だそう。非リアルタイムでの更新となるのは,建物,橋などの3Dモデルデータ,シェーダープログラム,積雪などの天候データなどだ。天候データについては,ある程度の遅延を伴って半リアルタイムでMFS2020に反映されるという。

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こだわった空,太陽,街明かり,水の表現


 MFS2020では,空の表現も現実の地球に即してシミュレートされている。太陽と月の位置が正しく表現されるだけでなく,太陽と月が,空や地表にもたらす光も現実に則した形で再現される。月明かりについての説明は特になかったが,太陽は,位置に応じた空の色が光散乱シミュレーションによってリアルタイムで生成される。星空も現実に則った分布が夜空に再現されるようだ。

虹も視線の方向と気象条件,太陽の位置条件がそろうと発生する
画像(010)地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る

 登壇者達が,自信ありげに説明していたのは「地表の夜の景色」についてだ。
 MFS2020では,個数無制限の動的光源でライティングできるようにDeferred Renderingベースのグラフィックスエンジンを新規に開発している。これにより,夜景に現れるすべての光点(輝点)は実動する動的光源であり,リアルタイムに動的ライティングをするようになっているという。人口密集地帯や道路などにはフェイクではない,本当の街明かりが再現されるため,夜景がとてつもなく美しいのだ。
 筆者は「ビルの無数の窓明かりなどはテクスチャやパーティクルで代用していないのか」という質問を投げかけてみたが,「パーティクルは使っていない。すべて動的光源である」と断言されたので間違いなさそうだ。ビルの窓の中を覗くと中の部屋もそれっぽい3Dモデルの部屋が作り込まれているから驚いた。

 また,街明かりの照度を集計し,その土地の湿度データに影響させたうえで,街明かりの空への反射をシミュレーションしていることも付け加えられていた。街明かりが空を照らし,そこに雲があればその光は散乱し,再び地表を照らす。大規模な間接照明処理を盛り込み,「都会の夜空は明るい」という現象を再現しているわけである。

 この仕組みはビジュアルだけではなく,飛行体験にも影響がある。例えば,人口密集地では,街明かりが空の雲に反射して地表を照らすため,夜でも明るい飛行が楽しめる。一方で,砂漠地帯は雲もなく街明かりもないため,漆黒の世界になる。この「街明かりの心強さ」を感じられる夜間航行とリアルな夜間離着陸が楽しめるのはシリーズ初のことだ。

 水面についても,極力物理現象を再現することにこだわったそうだ。
 MFS2020においては,河川や湖,池の形状は前述したような観測データや航空写真をベースにして生成されているが,これらが傾斜地にある場合,何も工夫せずに水面を生成してしまうと,水面が斜面になってしまうことがあるという。山腹にある湖は山の斜面に沿って生成されてしまい,まるでウォータースライダーのようになってしまうのである。
 本作では水上飛行機が登場し,水面への離着陸も楽しめるため,水領域と地形を分けて処理するという特別な対策を図ったという。結果,どんな傾斜地であっても,水面はちゃんと地平線に対して平行/水平に生成されるようにしたと語られた。

水領域の再現性の高さも本作の魅力
画像(011)地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る

 水辺は建物に優るとも劣らぬほどのランドマークになっているとも語られた。本作では,世界各地の空から見た河川,海岸の景観の正確な再現も大きな開発テーマとして掲げられているという。
 水の色は「水の深さ」「天候」「日照状態」「水底の材質」といった要因で変化し,MFS2020ではこれをリアルタイムにシミュレーションして算出している。例えば,水深の浅い河川でその水底が泥の場合,水の色は空からの反射光や散乱光に加えて,水中に潜った光が水底の泥に反射してできた「茶色い光」の影響も受ける。水深の程度によっても水の色が茶色に寄ったり,黒ずんだ色になったりするし,水深がなだらかに変わっていればそうした色がグラデーションとして現れる。
 MFS2020の各地で見られる個性的な水の色はアーティストがそういう色をつけているのではなく,シミュレートの結果として出ているのだ。

 登壇者らは「南国の海岸を飛んでみて欲しい。エメラルドグリーンの海岸・砂浜は,その土地の空からの光と水底の砂地からの黄色い反射光のハーモニーによるものだ」と力を入れて説明していた。

水面の色もシミュレーションの結果で動的に出している
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ゼロから開発したMFS2020の航空力学エンジン


 MFS2020の航空力学(Aerodynamics)はAsobo Studioがゼロから設計したものだという。
 最初期のMFSシリーズにおいて機体の飛行状態や姿勢を算出する仕組みは,スクリプトベース(≒アルゴリズムベース)が主体だった。2006年の「Microsoft Flight Simulator X」あたりで現実に近い航空力学に基づいたシミュレーションの導入が進んだものの,姿勢制御は機体の重心点で決定されていたという。
 対してMFS2020では,機体モデルの表面上に設定された1000点以上の演算ポイントにて航空力学シミュレーションを行い,機体の姿勢状態を完全にシミュレーションベースで制御しているという。

コクピットは実機を計測してモデリング。その精度は0.5mm単位というから驚きだ
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 建造物との衝突判定も,比較的正確に行われているそうで,建物に衝突すれば機体はちゃんとその影響を受ける。しかし,破壊(ダメージ)や墜落の表現はカットしているそうで,機体に甚大なダメージを受けて飛行不能になった場合は画面がブラックアウトして終了する。
 衝突判定は,人工建造物だけでなく,地表に対しても行われ,泥,水,コンクリートといった材質の違いで離陸や着陸の操縦感の違いが再現されるとのこと。さらに,ランディングギアを収納したままでの胴体着陸も可能で,超高精細モデルの「ハンドメイドの空港」に至っては各滑走路の路面の凹凸感まで作り込んであるという。MFS2020では,さまざまな空港,地表に対して離着陸の感覚の違いを述べられるプレイヤーが登場するのだろうか。

胴体着陸もシミュレーションの結果として行えるので挑戦してみよう
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 さて,筆者はプレゼンテーションを聞いていて,雲の描画が妙にリアルだったことが気になったので質問してみた。MFS2020の雲はすべてパーティクルベースではなく,水蒸気の密度データに対してレイマーチング法を用いて描画されているという。つまり,“立体的な雲”として再現されており,機体が雲に突入すると視界がホワイトアウトしてしまう。
 この“立体的な雲”は,ライティング計算においても配慮がなされ,水蒸気密度が薄い箇所では光が透過しやすく,厚い箇所では光が散乱,吸収されやすい。描画された雲に明暗が出ていたり,どす黒い色になっていたりするのも計算結果を反映しているものであり,これもアーティストが人為的に色を決めたものではないのだ。

雲とは水蒸気密度の濃淡でできるもの。MFS2020の雲は実際のデータからレイマーチング法で生成される
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 なお,この雲の分布データ(≒水蒸気の密度データ)は,実際の気象データを元に半リアルタイムでMFS2020に反映されるという。飛行状態に大きく影響する気流,気団も実際のデータに基づいており,特定の地域の空,あるいは特定の山岳地帯の付近では,飛行に影響を及ぼすほどの乱流に遭遇することもある。MFS2020では,あえてそうした「空の難所」を飛行することで,冒険的な航空体験を楽しめるのだ。

気流,気団についても現実世界をベースにして再現される
画像(020)地球をまるごとAIで再現。「Microsoft Flight Simulator」プレス向けプレゼンテーションから最新作の技術面に迫る


今後のMFS2020のロードマップも明らかに


 最後に今後のロードマップについて触れておこう。MFS2020は,継続的なアップデートを重ね進化していくそうだ。

 実装が予定されている新要素としては,

(1)路上の車両交通の再現
(2)エンジン非搭載のグライダー航空機の登場
(3)ヘリコプターの登場
(4)キャンペーンモードやミッションモードの提供
(5)VRやその関連周辺機器のサポート
(6)季節表現のサポート
(7)マルチプレイで操縦できる共有コクピット
(8)各種シミュレーション機能の改善


などが挙げられていた。

 基本的には毎月何らかのアップデートを提供していくそうで,一部の例外を除けば無料で利用できるそうだ。
 上記の例だと,(1)路上の車両交通の再現,(5)VRやその関連周辺機器のサポート,(6)季節表現のサポート,(7)マルチプレイで操縦できる共有コクピット,(8)各種シミュレーション機能の改善が無料とのこと。(5)については,「TrackIR」外部リンク),「HP Reverb G2 VR Headset」外部リンク)への対応が今秋までに行われることも予告された。

初期版でも積雪表現についてはサポートされている。ここで言っている季節表現は,主に樹木や草花などの表現のことである
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 有料で提供される予定になっているのは,(2)エンジン非搭載のグライダー航空機の登場,(3)ヘリコプターの登場。いずれも価格は未定で,早ければ2〜3か月後の提供を目指して開発しているとのことだ。

 (4)キャンペーンモードやミッションモードの提供については「初心者層に対して特に重要なコンテンツとなり得ることは理解している」としつつも,どういったものにするか,また提供時期を検討中とのことだった。

リアルタイムレイトレーシングには未対応。将来的な対応についても明確なスケジュールは言及されなかった。飛行機の場合,機体同士が接触するほど近接して飛ぶこともないし,照明表現は大局的なものばかりなので対応したところでも見せ場がない気もする
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