threejs-procedural-vegetation

プロシージャル植生

植生をコンパイラーとして構築します。安定した環境要因から不変の配置・トポロジーレコードを生成し、風や相互作用は独立して管理される動的状態として扱います。標準的な経路では、Three.js r185 の WebGPURenderer、TSL、NodeMaterial、およびワークロードに応じて選択するコンピュート／ストレージを使用します。

1. 観測可能な結果と所有者を定義する

API を選ぶ前に、要求される結果を分類します。

分岐	要求される観測可能な結果	植生が所有するもの
高密度の植生	草、花、グラウンドカバー、繰り返し配置される低木・樹木	配置の識別情報、ページ、表現、変形バインディング
樹木の成長	幹、根、枝、葉、根元を起点とする風の影響	成長階層、ジオメトリ、構造応答、LOD
地形の生態系	地形または敷地のフィールドに起因する植生	種の応答、候補同士の競合、安定した採用

座標系、ワールド単位、植物の特性スケール、対象カメラ／範囲、更新頻度、出力の所有者、外部フィールドの所有者を明示します。地形、天候、水、接触、ライティングはそれぞれの所有者が管理し、植生はそれらからバージョン管理されたサンプルを受け取ります。

すべての要求される観測可能な結果に所有者が 1 つずつ定まり、すべての外部入力について、生成元、単位、座標系／チャート、サポート／フィルター、リビジョン、有効性、誤差、更新頻度が明示された時点で、このステップは完了です。

2. 個体数と投影誤差に応じて表現を選択する

ワークロード	デフォルトの表現
近くで見る樹木が 1 本または数本	CPU／ワーカーで成長をコンパイルし、インデックス付きバッファーにする
繰り返し配置される樹木または低木	適合する種のバリアントを空間ページ内にインスタンス化し、続いてジオメトリ LOD とインポスターを使う
高密度の草またはグラウンドカバー	暗黙、コンパクトな CPU、またはストレージベースの配置と、共有ストリップ／クランプジオメトリを使う
配置またはトポロジーの変更	変更されるレコードだけをコンピュートし、その後、上限付きコンパクションを行う

コンピュートの選択は、変更データ量、ディスパッチコスト、データ転送量、常駐コストの実測値に基づいて行います。静的な CPU 生成の植生が、最も低コストな GPU の結果になる場合もあります。近距離／中距離／遠距離の各範囲について、表現、遷移誤差、拡張境界、シャドウプロキシ、静的データ量、動的データ量、送信ワーク量を記録します。

表示範囲ごとに主要な表現が 1 つだけあり、すべての遷移にジッターのない物理ピクセル誤差のしきい値、ヒステリシス／滞留時間、同時メモリ予算が設定された時点で、このステップは完了です。

3. 選択した分岐をコンパイルする

高密度の植生

1. ドメインを、グローバル ID、固定シード、半開区間による所有権、保守的な変形後境界、および視認可能な境界／LOD 診断を備えた、決定論的なチャンクに分割します。 ワールドを基準とするレコード ID は (generatorSchemaVersion, globalSeedWords, stableSpeciesIdWords, biasedWorldCellWords, candidateOrdinal) です。ハッシュはコンパクトなラベル、優先度、または乱数レーンに限って使用します。完全なタプルの一致によって ID を決定し、ハッシュ衝突を解決します。種または機能群の ID は不変であり、レジストリ内の位置によって決まるものではありません。別の植生ファミリーを追加したり、チャンクの走査順序を変更したりしても、既存のレコードの番号は変わりません。
2. 暗黙的な再構築、クランプレコード、コンパクトな CPU 属性、ストレージレコードを比較します。実際のアラインメント済みストライド、重複する LOD データ、頻繁に読み取られる頂点データを数えます。r185 では、computeAsync() はキューに追加する前に初期化を待機しますが、GPU 処理の完了を示すものではありません。
3. スポーン後は、配置と種の ID を不変に保ちます。安定した整数ハッシュから安全な変動を導出し、風、接触、湿り気、積雪、または選択したその他の動的フィールドのみを更新します。
4. 描画の送信前に、空間ページ単位でカリングします。近距離ではジオメトリ、中距離では入れ子状の密度間引き、遠距離ではクラスターまたはインポスター表現を使用します。すべての頂点を引き続き送信する可視性マスクは、カリングではなく外観上のマスクです。
5. 各ページの境界を、地形の変位、植物の高さ、最大有効変形量に応じて拡張します。表示、シャドウ、ピッキングで同じ境界を使用します。

入力が同じなら同じ ID が再現され、チャンク順序によって所有する植物が変わらず、配置バイトと動的バイトが分離され、不可視ページが送信ジオメトリに寄与しなくなった時点で、高密度植生のコンパイルは完了です。

地形の生態

地形、基質、曝露、水、攪乱、光、またはサイトアセットが配置に影響する場合は、 terrain-ecology-and-placement.mdを参照してください。 適合度を評価する前にハードな適格条件を適用し、その後、Matérn-II／局所最大方式か、グローバル優先度貪欲方式のどちらを使うかを明示的に選択します。このリファレンスで定義されているチャンクのハロー、安定した勝者キー、入れ子状の LOD 間引き順位を厳密に維持してください。

採用されたすべての植物について、フィールドのリビジョン、適格性、応答係数、候補／勝者 ID、アセット、チャンクの所有者が解決され、除外と継ぎ目の検査に違反がない状態になった時点で、生態系のコンパイルは完了です。

構造化された樹木

幹、枝、根、葉、または階層的な風を生成する場合は、 tree-growth-and-wind.mdを参照してください。 回転最小化フレーム、明示的なねじれ、種ごとのアロメトリー、検証済みの接合部、弧長に基づく樹皮 UV、安定した葉の基部、表示とシャドウで共有される変形を備えた、反復型の成長階層をコンパイルします。

キューが宣言された予算内で終了し、すべての枝 ID が一意で、フレームと接合部が連続性／メッシュの検証基準を満たし、葉群の根元、法線、UV、境界が有限かつ再現可能になった時点で、樹木のコンパイルは完了です。

4. 動的状態と受け渡しを定義する

風、水、天候、接触、読み込み、またはその他のシミュレーション所有者から 植生へデータを渡す場合は、単位、座標系／原点、間隔またはサンプル時刻、 更新頻度／サンプル位相、生成元／利用先／バージョン、適用範囲／フィルター、 有効性／鮮度／エラー、レート値か積算値かの意味を定義した受け渡しを設けます。

植生が所有するのは構造的な応答です。これには、根の拘束、解析的な揺れまたは モード状態、葉の揺らぎ、接触／荷重状態、境界、LOD 投影が含まれます。空気／水／ 接触の原因は所有しません。繰り返し使われる状態は固定ステップ、またはルーティング されたシミュレーション段階で更新します。レンダリングでは、安定した植物／ページの 識別子ごとに、変更不可の前回／現在の状態をサンプリングします。プレゼンテーション では、配置を変更せずに、それらの状態を現在のビューへ変換します。

一方向の視覚的変形はソースを利用し、物理的な反作用は返しません。双方向の ルートでは、受け渡しで指定された権威あるソルバーを通じて反作用を送ります。 GPU 上に常駐する状態は、フレームのクリティカルパスを通じて GPU 上に維持します。 CPU 側の判断には、解析的なミラー、コンパクトなダーティ範囲、または経過時間／ 誤差を宣言した保守的な境界を使用します。

このステップの完了条件は、各動的フィールドに単一の状態所有者、明確な サンプリング／適用時刻、安定した識別子／バージョン、制限された更新範囲、 および生成、削除、テレポート、スロット再利用、トポロジー変更、LOD の不連続、 プロバイダーの不連続に対する明示的なリセット規則があることです。リサイズで 変更するのは画面リソース／履歴であり、変更不可のワールド配置や構造状態では ありません。

5. 一度だけレンダリングして表示する

WebGPU リソースを割り当てる前に初期化します。

import { WebGPURenderer } from 'three/webgpu';

const renderer = new WebGPURenderer({ antialias: false });
await renderer.init();
if (renderer.backend.isWebGPUBackend !== true) {
  throw new Error('WebGPU backend unavailable for the canonical vegetation path.');
}

• 草／樹皮には MeshStandardNodeMaterial を使用し、ワックスの応答に必要な 場合は物理的なクリアコートの分岐を使用します。屈折を伴う transmission は、 薄い葉の拡散散乱モデルではありません。このライティング項は分けて扱い、 個別に検証します。
• カットアウトのカバレッジには alphaTest または alphaHash を使用します。 r185 では、forceSinglePass は透明な両面描画の裏面／表面の描画を変更します。 不透明なカットアウトはもともと 1 回だけ描画されます。また、裏面の法線 ライティングは無効にしません。この最適化を選ぶ前に、透明オブジェクトの ソート／カバレッジを検証します。
• 実際の色エンコーディングを宣言します。エンコードされた sRGB は一度だけ デコードし、リニア HDR はリニアのまま保持します。法線、粗さ、密度、アルファ、 風、LUT、その他のデータフィールドには NoColorSpace を使用します。
• 植物の根は支持点のアンカーに保持し、葉／子要素の根は動く親に接続します。 親の変形を一度だけ適用し、アタッチメント位置の重みをゼロにして追加の局所的な 揺れを適用します。可視ジオメトリとシャドウキャストジオメトリの両方で、 同じ関数を再利用します。
• AO、ブルーム、または時間方向のフィルタリングを追加する前に、カリングを行い、 ジオメトリ／アルファのカバレッジを減らします。利用側が使う MRT シグナルだけを 要求します。
• フレームを表示する一つのトーンマッピング／出力変換の所有者が処理するまで、 HDR バッファーはリニアのまま保持します。

このステップの完了条件は、可視、シャドウ、深度、モーションの各経路が同じ植物の 識別子と変形状態を解決し、すべての色／データが宣言された色空間を使用し、 トーンマッピングと出力変換を所有するコンポーネントがちょうど 1 つであることです。

6. 原因、コスト、ライフサイクルを検証する

最終出力／後処理なしの出力と、分岐固有の診断情報を確認します。

dense: chunk bounds, submitted pages, density rank, LOD/impostor state,
       static versus dynamic storage, projected alpha layers
ecology: input fields, exclusions, response factors, candidate conflicts,
         chunk halo/ownership, accepted and rejected causes
trees: branch levels/frames/junctions, bark UVs, leaf roots/normals,
       wind displacement, swept bounds, shadow parity

画面上に表示／送信されたページ数とインスタンス数、却下されたものの処理済みの頂点数、 アルファレイヤーの平均値／p95、影に隠れた処理、アラインメント済みストレージのバイト数、動的フィールドの トラフィック／更新頻度、コンパイル／更新時間、フレーム全体およびペアごとの限界 CPU/GPU p50/p95、ピーク時の生存バイト数、目標負荷での持続的な挙動を記録します。

固定シードでのリプレイ、チャンク順序の変更、カメラの移動、LOD 遷移、風／接触によるインパルス、プロバイダーの不連続、リサイズ、スロットの再利用、 破棄をテストします。失敗の兆候には、生息環境がレンダリング LOD とともに移動する、シードの変化によって種が変わる、根がずれる、フレームに螺旋が生じる、カードの法線が平坦になる、配置がフレームごとに再生成される、画面外のページが描画処理の大半を占める、影の変形が一致しない、所有者の破棄後もリソース／状態が残る、といったものがあります。

検証は、選択したすべての分岐が因果関係、決定性、ジオメトリ、遷移、出力、予算、リセット、破棄の各チェックに合格した時点で完了です。選択していない分岐には、ペイロードも証拠も必要ありません。

ルーティングの境界

共有環境フィールドには $threejs-procedural-fields、汎用メッシュの生成には $threejs-procedural-geometry、再利用可能な PBR の特性には $threejs-procedural-materials、カスタムシャドウシステムには $threejs-scalable-real-time-shadows、最終的な HDR／後処理／出力の管理には $threejs-image-pipeline を使用します。このスキルは、植生の配置、成長トポロジー、葉、植生の表現、根を張った構造物の応答を担当します。