第6回　疑似3Dゲームを作ろう（レースゲーム編）

【プチコン/mkII 両対応】

　このゲームでは車ではなく人間がレースをします。というのもプリセットのキャラデータの中に車のデータが無かったからです。1画面というプログラムサイズの関係上そのキャラを定義するのは無理ですし、スキーゲームの旗のようには車はGLINEで簡単に描画できないため消去法的に人間キャラになりました。もっとも、人間キャラのレースゲームといえばPS用ソフトの「ランニングハイ」とか実際にあるわけなので人間キャラのレースゲームというのも別に問題はないでしょう。
　レースゲームで重要になるのは「道路の描画」「道路上や背景のオブジェクトの描画」「自車の挙動」「当たり判定」でしょう。

　道路の描画に関しての基本的なことはすでに書いていますが、ここではコースデータを元にどのように表示に反映させるかについて書いていきます。
　このゲームではコースデータは「1」〜「9」で構成されています。これは「5」が直線となっており、それよりも小さいものが左カーブ、大きいものが右カーブとなっているため「1」が左急カーブ、「9」が右急カーブとなっています。ここではその数字から5を引いたものを曲率として示すことにします。（つまり、データ5である直線は「曲率0」、データ1である左急カーブは「曲率ｰ4」となる）

　例えばコースデータにおいて曲率-2と曲率+2のカーブが連続する場合は本来ならば画面上にはS字カーブが描かれるはずですがこのゲームではリストを少しでも短縮するため1歩先のデータ分しか表示していません。つまり、曲率-2のカーブのみが描かれるということです。それでは問題がありそうですが、このゲームのコースデータは1つ当たり40ライン分の距離となっており、画面上には21ライン分しか表示されていないため問題はないのです。
　それでも、データとデータの分かれ目部分では「曲率-2」のカーブと「曲率+2」のカーブが描かれないと不自然になると考えるかもしれません。それをうまく繋ぎ合わせるためこのゲームでは曲率をなめらかに変化させています。「曲率-2」のカーブと「曲率+2」のカーブのちょうどつなぎ目においては瞬間的には曲率0となっているためそのように表示するようにしているのです。
　具体的に書くと曲率-2の状態から（コースデータの1/4の距離に相当する）10ライン進むごとに「曲率-2 → 曲率ｰ1 → 曲率0 → 曲率+1 → 曲率+2」と変化するようになっています。左右交互になるカーブや曲率が変わっているカーブがつなぎ合わさった状態でも表示に不自然さが無くなるようになっています。（この処理は8行〜10行で行われているので見れば分かりますが、実際は10ラインごとではなく自キャラが移動するごとに随時調整を行っている）

　ちゃんとS字カーブを表示したいというのならば現状では各ラインで統一している（つまり、1回の演算で済んでいる）曲率計算を1ラインごとに計算する（つまり曲率計算は現状の21倍の時間がかかってしまう）必要があり、さらに現在ではコースデータ1つ先まで読み出しているデータを2つ先まで読み出す必要があります。今は見た目で決めているカーブでずらす量もきちんと計算して違和感のない量に設定しなくてはならなくなってしまいます。
　そのため処理そのものが重くなり、ループ回数を減らさない限り（画面表示を粗くしない限り）60fpsを維持するのが難しくなります。もちろんプログラムリストを1画面サイズに収めることも無理になります。（なめらかなS字カーブではなく直線的なZ字カーブならば計算は簡易化できるけど今度は下記のような表示や自キャラの挙動の不自然さが出てしまう）
　「不自然さをなるべく無くす」「処理をシンプルにして（リストを短くして）、なおかつ、分かりやすくする」「処理速度向上を図る」ということが可能になるためこのような方法をとっているわけです。

《　このゲームにおいてZ字カーブが不自然な理由　》 　Z字カーブは直線で構成されたカーブとなっています。つまり、常に曲線で構成されているS字カーブとは異なり、コースデータのつなぎ目部分以外は直線と同じ扱いになるわけです。その結果下記の2つの問題が出てきます。 　(1) プレイヤーの視点 　(2) 遠心力 　(1)のプレイヤーの視点についてですが、このPETIT RUNでは常に道路において平行となっています。カーブにおいては接線の方向に視点があるということです。これは言い換えると進行方向に視点があるともいえます。そうすることで回転処理をしなくても済むため処理が単純化でき高速化かつリスト短縮が可能になっています。 　これがカーブが曲線ではなく直線となるZ字の場合だと例えば曲率ｰ2→曲率-2のように同じ曲率（同じコースデータ）が続いているという時には単なる直線（画面中央を消失点とした道路）として表示されることになってしまいます。また、そのように表示をしたら曲率ｰ2→曲率ｰ1にコースが変わる場合には本来ならば曲率ｰ1は左カーブですが表示上は右カーブになってしまうのです。（曲率ｰ2が直線扱いであるため） 　したがって、現状の「常に道路に平行な視点」では不自然さが出てしまい、視点は道路と無関係に常に特定方向に統一することになります。これは昔ながらの縦スクロールのレースゲームと同じと考えれば分かりやすいでしょう。 　(2)の遠心力は後述のように自キャラの挙動において大きな役割を担っています。速度を上げれば上げるほどカーブが曲がりにくくなるため遠心力があることで減速を活用する必要性が出てくるからです。 　Z字カーブは自キャラの挙動は直線と同じになるため遠心力は働きません。したがって、遠心力のパラメータは導入できません。 　実際はカーブかどうかではなくハンドルを切った時点で円運動となるために遠心力が働くので直線だけで構成されているから遠心力のパラメータが導入できないということはないのですが、仮にZ字カーブでハンドルを切ったときに遠心力が働くようにした場合には視点と進行方向が異なっているためこのPETIT RUNの表示アルゴリズムで自キャラを円運動させるような挙動を行えば不自然さが単に拡大されるだけとなってしまいます。 　その点、このゲームでは常に進行方向（視点）は接線方向となっており、カーブの際は基本的にカーブにそってハンドルを切るため遠心力が自然に表現されています。（つまり、急カーブになるほど急ハンドルを切っているのだけどこれが処理の単純化にも繋がっている） 　つまり、このゲームにおいてS字ではなくZ字カーブを導入すると表示や自キャラの挙動が不自然になってしまうというわけです。したがって、根本的な面からゲームシステムを変える必要性が出てきます。もしも、Z字カーブを導入したらどうなるかは上記コラムで紹介した「2D→3D レース」をプレイしてみたら分かると思います。（このゲームは縦スクロールゲームだけどリアルタイムで縦方向に画面回転させることで疑似3D表示をしているだけなので）

　この「PETIT RUN」はタイムアタック専用のゲームであるため敵車は登場しません。そして、1画面というプログラムサイズであるため背景や道路上のオブジェクトもありません。唯一動きのあるものは道路上にある白線だけです。その代わり60fpsで動作するためタイムアタックには最適です。いくら見た目が良くても10fpsとか15fpsではタイムアタックには難があります。（ポケコン用に作ったオールBASICの疑似3Dレースゲーム「3D DRIVING」は8fpsでしたが）
　そのため白線の動きについて書くことにしましょう。
　白線は一定間隔ずつ表示されているのですが、これはトータルの移動距離を示すHを一定倍数し剰余を演算しているだけです。15行目のC=13+((I+H*40)%8>=6)*2がその部分です。
　これは、道路を描いている四角形（ライン）のうち8ライン中6ラインが道路の地の色を示すというものになっています。（差し引き8-6=2で白線は2ライン分の太さとなる）
　この「8」「6」の数字を変えることで白線の間隔や太さを変えることが可能になります。

　一般的にゲームのスピード感を増加させるためには道路上や道路脇のオブジェクトの移動速度を上げれば良いのですがこれはこの「PETIT RUN」においては白線の移動速度に相当します。
　このゲームでは最高速度（Sの値）は約31.8となっており、移動距離Hを40倍している（言い変えるとコースの基本単位の1/40移動すれば1ライン分移動となる）ために最高では1フレームあたり31.8×40＝1272増加することになります。1200でHの値は1つ増えるように設定されてあるために最高速度まで上げても1フレームあたりでは1ライン程度の移動量です。
　この移動量を増やせば（例えばH*40の40という数字を80に増やしたりすれば）さらにスピード感は増すと考えがちですが、その上げ方には注意しておく必要があります。実は移動量が増えても速くなったと必ずしも感じるわけではないからです。

　白線が一定間隔で出ているためその間隔と同じ速度（このゲームでは1フレームあたり8ライン）で移動させた場合は元の位置と同じ位置に白線が表示されることになります。そのため白線が止まっているように見えてしまいます。
　では、それよりも遅ければ良いのかというとそうでもありません。
　白線が8ラインおきにある場合には1フレーム当たり白線を7ラインの移動移動した場合には逆に1フレーム当たり1ライン後退しているように見えてしまいます。それならば8ラインの半分の速度である4ラインくらいならば十分高速に進んでいるように見えると思うかもしれないですが、今まで無かった白線と白線の真ん中に新たに白線が表示されているように見えてしまうためスピード感は感じられません。（60fpsより遅い場合は本来の白線とその間の白線が点滅して見えてしまう）
　つまり、スピード感を上げるために白線の移動量を増やすことは効果的ですがその量は白線間隔の半分を大きく下回るように必要があるというわけです。（移動量を大きくすればするほどスムーズさを失う）

　これは白線だけに止まらずゲーム内に現れるオブジェクトすべてに言えることです。
　言葉で説明されてもよく分からないという場合は実際にH*40の数字をH*200とかH*300にして 実際に自分の目で確かめるのが一番でしょう。

　次に自車の挙動について書くことにします。
　レースゲームにおいて基本となるのがアクセルとブレーキでしょう。これはレースゲームを作った経験が無い人だと悩む場面ですが私の場合は過去に自分が作ったポケコンゲームで使用したものを元にしたシンプルなものを採用しています。
それが、12行目のS=(S+(16AND K)/57)*0.99という式です。
アクセルボタンを押したらアクセル、離したらブレーキという場合にはその2通りの条件分岐があるし、アクセルを押した場合には上限速度を超えないようにしないといけないわけだしブレーキを使用した場合には速度がゼロ未満にならないようにしないといけないために論理式を使っても下記のように長くなってしまいます。（コード短縮を駆使すればもう少し短くできるけど）

　S=S+((K AND 16)==16)*(S<30)/2-((K AND 16)==0)*(S>0)/2
　※最高速度30でアクセルを押したら0.5速くなり、ブレーキをかけたら0.5遅くなる場合

　私が考案した式はこれと比べたら短くて速いというメリットがあるし、最初の加速が良く最高速に達するには時間がかかる（速度0の状態からアクセルボタンを押した時間と速度は比例しない）という点も個人的には好みです。（0と特定の最高速度に収束する式であるため上限、下限に達した場合の判定が不要になっている）

　あと、操作キャラが人間であることを考慮して左右のハンドルを切っていないまっすぐに進んだ状態では最高速と加速がアップするというターボ的な要素も加えました。これによって戦略性が増しています。（ハンドルを切っている時に速度や加速度が落ちるのは当たり前のことなので市販の疑似3Dレースゲームの多くがそうなるような処理を行っているのでPETIT RUNが特別変わったことをしているわけでもない）
　デフォのコースではこれを生かしたターボスタートによって通常走行ラインよりも最大で0.08秒タイムを縮めることが可能になっています。（19秒8台になると0.01秒を縮めるのが難しくなってくるためこの0.08秒は非常に大きい）
　何しろこのゲームはシンプルであり急カーブがたくさん出てくるコースでない限りは慣れるとタイムに差が出にくくなってしまいがちです。アクセル全開で走れるようなコースではタイム差が全く無くなってしまいます。
　しかし、この要素を取り入れることでハンドルを切るたびにタイム差が発生するため0.01秒単位のタイムアタックが熱くなるのです。いかにアクセルを緩めず、かつハンドルを切っている時間を短くするかがタイム短縮のポイントになります。

　それと重要になるのはカーブの時の挙動でしょう。
　シミュレータではないので厳密な計算は不要ですが、急カーブが簡単に曲がれすぎても難しすぎても面白くないので疑似3Dではいかにそのバランスをとるかが重要になってきます。そのバランスを取る上で考慮すべきことは「カーブを曲がる際には遠心力が働く」ということくらいです。
　あえて説明するまでもないことですが、遠心力は速度の2乗に比例し、カーブの半径に反比例します。もちろん速度の2乗に拘る必要もないため自分のゲームに合ったもの（自分がベストと考えるバランス）で構いません。違和感なく快適にプレイできなおかつ戦略性のあるものであればいいのですが、それは排他的要素もありすべてを満たすことは無理です。したがって、どのようなゲームにしたいのかというのを頭に入れておく必要があります。
　タイムアタック重視のレースゲームといえばアクセルワークとコーナーのライン取りが重要だと私は考えているためPETIT RUNではそれを重視してバランス調整をしています。これが13行目のX=X+R*S*S/340というものです。この式はカーブはどのくらいの速度で曲がれるのがベストかということをテストプレイをしながら逆算して求めたものです。（完璧なライン取りができたときにはデフォのコースは最終コーナー以外はアクセル全開で曲がることができ、こうすることで爽快感が出るようにしている）

　コースアウト時の自車の挙動も重要です。
　このゲームでは常にコースに対して平行な方向を向いているので問題は速度だけです。コースアウトになったら一気に速度を0にするという方法もありますが、それだと難易度が高くなるだけではなく爽快感も低くなりがちです。したがって、コースアウト時には一気に0にするのではなく少し減速するというのがベターでしょう。ただし、この「少し」というのもバランスを考える必要があります。
　このゲームではS=S-S*M/20という式によって減速処理を行っています。変数Mがミス（コースアウト）をしたかどうかのフラグになるためコースアウト時には1フレームあたり速度が1-1/20倍、つまり19/20倍になるようになっています。こうすることで速度が負数になることがないためその判定が不要になりリスト短縮にも繋がっています。（急カーブですでに速度を落としている状態の時にはこれではコースアウト時のリスクが小さすぎるし、高速時にはリスクがやや大きめと感じたためこれを改良した

RETURN