2.5D

2.5D（基本的な発音は「 2.5次元」）の視点とは、ビデオゲームや仮想現実環境におけるゲームプレイや動きを指します。これは、3次元のように見える空間で3次元にほとんどアクセスできないか、まったくアクセスできない2次元（2D）平面に制限されており、多くの場合、3Dデジタル環境でシミュレートおよびレンダリングされます。

これは、疑似 3D パースペクティブ (環境が斜めの上から下への視点で描写される場合、スリークォータービューと呼ばれることもあります) と似ていますが異なります。疑似 3D パースペクティブは、画像やシーンが実際には3 次元(3D) ではないにもかかわらず、3 次元 (3D)であるように見せるために使用される 2D グラフィック投影や同様の手法を指します。

対照的に、3D でシミュレートおよびレンダリングされ、3D レベル デザインで使用されるゲーム、空間、または視点は真の 3D であると言われ、 3D イメージに近似せずに 2D として表示されるように作成された 2D レンダリング ゲームは真の 2Dであると言われます。

ビデオゲームでは一般的ですが、2.5D投影は視覚認知空間表現や3D視覚化を理解するのに役立つ地理的視覚化（GVIS）にも役立っています。 ^[1]

スリークォーターパースペクティブやスリークォータービューという用語は、肖像画や顔認識におけるスリークォータープロファイルに由来しており、正面図と側面図の中間にある人物の顔を描写します。^[2]

平行投影の 2 つの形式である軸測投影と斜投影では、視点がわずかに回転して、上からの透視図や側面図で見えるもの以外の環境の側面を明らかにし、3 次元効果を生み出します。オブジェクトは「傾斜した位置にあると見なされ、3 つの軸すべてが短縮されます」^[3]。画像は「投影面に対して斜めに配置された 3 次元オブジェクトの単一平面 (描画面として) での表現」です。^[3]平面に垂直な線は点になり、平面に平行な線は実際の長さになり、平面に傾斜した線は短縮されます。

これらは2Dビデオゲームで人気のカメラ視点であり、最も一般的には16 ビット以前のゲームや携帯型ゲーム機向けにリリースされたゲームのほか、後期の戦略ゲームやロールプレイング ゲームでも使用されています。これらの視点の利点は、トップダウン ゲームの可視性および機動性と、横スクロール ゲームのキャラクター認識可能性が組み合わされていることです。したがって、プレイヤーは、多かれ少なかれ上空から見たゲーム世界の概要を表示でき、角度を使用することでアートワークの詳細を追加できます。トップダウン パースペクティブでは、上から見た頭と肩としてヒューマノイドを表示する代わりに、斜めの角度を使用すると体全体を描画できます。キャラクターを回転させると、側面、前面、背面から見た様子がわかりますが、トップダウン パースペクティブでは、どちらにしても同じ頭と肩が表示されます。

軸測図法には、等角投影法(等しい寸法)、二等角投影法(対称と非対称)、三等角投影法 (片面または 2 面のみ)の 3 つの主な区分があります。エンジニアリング図面で最も一般的な描画タイプは、等角投影法です。この投影法は、3 つの軸すべてが 120 度間隔で等しい角度になるように傾けられます。その結果、3 つの軸すべてが等しく短縮されます。ビデオ ゲームでは、アンチエイリアシングの問題とほとんどのコンピューター モニターに見られる正方形のピクセルのため、2:1 ピクセル比の二等角投影法がより一般的です。

斜投影では、通常、3 つの軸すべてが短縮されずに表示されます。軸に平行な線はすべてスケールどおりに描かれ、対角線と曲線は歪んでいます。斜投影の特徴の 1 つは、カメラに向けられた面が画像平面に対して直角を保っていることです。^{[説明が必要]}

斜投影の例としては、Ultima VII: The Black GateとPaperboyがあります。軸測投影の例としては、SimCity 2000や、ロールプレイング ゲームのDiabloとBaldur's Gateがあります。

3 次元シーンでは、ビルボーディングという用語は、オブジェクトが、通常は視線に対して垂直に保たれる単一のポリゴンに適用された 2 次元画像によって表現されることがある手法に適用されます。この名前は、オブジェクトがビルボードに描かれているように見えることに由来しています。この手法は、コンソールに完全な 3D オブジェクトをレンダリングするハードウェア パワーがなかった 1990 年代初期のビデオ ゲームでよく使用されていました。これはバックドロップとも呼ばれます。ジオメトリが十分に離れているため 2Dスプライトにシームレスに置き換えることができる場合、これを使用するとパフォーマンスが大幅に向上します。ゲームでは、この手法はパーティクル (煙、火花、雨) や詳細度の低い植生などのオブジェクトに最も頻繁に適用されます。これはそれ以来主流となり、 Rome: Total Warなどの多くのゲームで見られ、戦場で何千人もの個々の兵士を同時に表示するために利用されています。初期の例としては、 Marathon Trilogy、Wolfenstein 3D、Doom、Hexen、Duke Nukem 3Dなどの初期の一人称シューティング ゲームや、CarmageddonやSuper Mario Kartなどのレース ゲーム、Super Mario 64などのプラットフォーム ゲームが挙げられます。

スカイボックスとスカイドームは、ゲームレベルを実際よりも大きく見せるための背景を簡単に作成するために使用される方法です。レベルが立方体で囲まれている場合、空、遠くの山、遠くの建物、その他の手の届かないオブジェクトは、キューブ マッピングと呼ばれる手法を使用して立方体の面にレンダリングされ、遠くにある 3 次元の環境の錯覚を作り出します。スカイドームは同じ概念を採用していますが、立方体の代わりに 球体または半球体を使用します。

視聴者が 3D シーン内を移動すると、スカイボックスまたはスカイドームが視聴者に対して静止したままになることがよくあります。この手法により、シーン内の他のオブジェクトは移動しているように見えますが、スカイボックスは移動しないため、スカイボックスが非常に遠くにあるという錯覚が生じます。これは現実の生活を模倣したもので、視点が比較的小さな距離だけ移動すると、雲、星、山などの遠くにあるオブジェクトが静止しているように見えます。実質的に、スカイボックス内のすべてのものは、視聴者から常に無限に遠くにあるように見えます。スカイボックスのこの結果から、デザイナーは、シーンを移動すると視聴者がそれらのオブジェクトのサイズの不一致を認識できる可能性があるため、スカイボックスのテクスチャに個別のオブジェクトの画像を不用意に含めないように注意する必要があります。

一部のゲームでは、スプライトはプレイヤーとの距離に応じて拡大または縮小され、Z (前方) 軸に沿って動いているような錯覚を生み出します。セガの 1986 年のビデオ ゲームOut Runは、 Sega OutRun アーケード システム ボードで実行され、この手法の良い例です。

Out Runでは、プレイヤーはフェラーリを運転してゲーム ウィンドウの奥へと進んでいきます。通りの左側と右側にあるヤシの木は同じビットマップですが、異なるサイズに拡大縮小されているため、一部が他のヤシの木よりも近いという錯覚が生じます。移動の角度は「左と右」と「奥へ」です (技術的には可能ですが、このゲームでは U ターンやバックは許可されておらず、したがって「奥から外へ」移動することはできませんでした。これは、高速ゲーム プレイと緊迫した時間制限には意味がないためでした)。ビューは、ドライバーが実際に車を運転しているときのものと同等であることに注意してください。看板の位置とサイズは、通りの中心を表すポリラインの頂点と同様に、(完全な 3D) パースペクティブ変換によって生成されます。多くの場合、通りの中心はスプラインとして保存され、直線の通りではすべてのサンプリング ポイントが画面上の 1 つのスキャン ラインに対応するようにサンプリングされます。丘やカーブは 1 つのライン上に複数のポイントにつながるため、そのうちの 1 つを選択する必要があります。または、1 本の線に点が存在せず、隣接する線から線形に補間する必要があります。Out Runでは、最大の視聴距離でも画面よりも幅が広いトウモロコシ畑や水の波を描画するために、またTest Driveでは木や崖を描画するために、非常にメモリを消費するビルボードが使用されています。

Drakkhen は、3 次元のプレイフィールドを備えた最初のロールプレイング ビデオ ゲームの 1 つとして有名です。ただし、従来の 3D ゲーム エンジンは使用せず、代わりにキャラクター スケーリング アルゴリズムを使用して 3D ゲーム エンジンをエミュレートしました。プレイヤーのパーティは、2D オブジェクトがズームされるベクトルで構成された平らな地形を陸路で移動します。Drakkhen には、アニメーション化された昼夜サイクルと、ゲーム ワールドを自由に歩き回れる機能があり、どちらも当時のゲームとしては珍しいものでした。このタイプのエンジンは、後にゲームEternamで使用されました。

Java ME プラットフォームでリリースされたモバイル ゲームの中には、モバイル版のAsphalt: Urban GTやDriver: LA Undercover など、風景のレンダリングにこの方式を使用しているものがあります。この手法は、Thunder BladeやCool Ridersなどのセガのアーケード ゲームや、32 ビット版のRoad Rashなどの一部に似ていますが、建物や特定のオブジェクトにはスプライト スケーリングではなくポリゴンが使用され、フラット シェーディングのように見えます。その後のモバイル ゲーム (主に Gameloft 製)、たとえばAsphalt 4: Elite Racingやモバイル版のIron Man 2では、一部の建物やオブジェクトにスプライト スケーリングとテクスチャ マッピングを組み合わせて使用​​しています。

視差とは、 2D スプライトのコレクションまたはスプライトのレイヤーを互いに独立して、または背景から独立して動かすことで、奥行き感を生み出すことです。^{[4] : 103}この奥行きの手がかりは、レイヤーの相対的な動きによって作成されます。この技法は、1940年代から従来のアニメーションで使用されてきたマルチプレーンカメラ技法から発展しました。 ^{[5]このタイプのグラフィック効果は、1982年の}アーケードゲームMoon Patrolで初めて使用されました。^{[6]例としては、} Rise of the Triad の空、アーケード版Rygar、Sonic the Hedgehog、Street Fighter II、Shadow of the Beast、Dracula X Chronicles 、 Super Mario Worldなどがあります。

モード 7 は、回転と拡大縮小を含む表示システム効果であり、実際の 3D モデルがなくても任意の方向に移動しながら 3D 効果を実現し、SNESで 3D グラフィックスをシミュレートするために使用されました。

レイキャスティングは、カメラの位置から画面の垂直スライスごとにレイが送信される一人称疑似3D技術です。これらのレイは物体や壁に当たるまで発射され、壁のその部分がその垂直画面スライスにレンダリングされます。 ^[8]カメラの動きが制限され、内部的に2Dのプレイフィールドであるため、これは2.5Dと見なされることがよくあります。^[9]

バンプ マッピング、法線マッピング、視差マッピングは、ビデオ ゲームなどの3D レンダリングアプリケーションのテクスチャに適用される手法で、ポリゴンをあまり使用せずにオブジェクトの表面の凹凸やしわをシミュレートします。エンド ユーザーにとって、これは、石壁などのテクスチャの奥行きがより明らかになり、シミュレーションのパフォーマンスへの影響が少なくなり、よりリアルになることを意味します。

バンプマッピングは、物体の表面法線を乱し、グレースケール画像と乱した法線を照明計算に使用して実現されます。その結果、下にある物体の表面は実際には変更されていないにもかかわらず、完全に滑らかな表面ではなく、明らかに凹凸のある表面になります。バンプマッピングは1978年にBlinnによって導入されました。^[10]

法線マッピングでは、シェーディング ポイントから光源への単位ベクトルに、その表面に垂直な単位ベクトルが点在し、ドット積がその表面上の光の強度になります。球体の多角形モデルを想像してください。表面の形状は近似することしかできません。モデル全体に​​テクスチャを適用した 3 チャンネルのビットマップ画像を使用すると、より詳細な法線ベクトル情報をエンコードできます。ビットマップの各チャンネルは、空間次元 ( x、y、z ) に対応します。これらの空間次元は、オブジェクト空間法線マップの場合は定数座標系を基準とし、接線空間法線マップの場合は滑らかに変化する座標系 (テクスチャ座標に対する位置の導関数に基づく) を基準とします。これにより、特に高度なライティング手法と組み合わせることで、モデルの表面にさらに多くの詳細が追加されます。

視差マッピング(オフセット マッピングまたは仮想変位マッピングとも呼ばれる) は、バンプ マッピングと法線マッピングのテクニックを拡張したもので、接線空間のビュー角度 (表面法線に対する角度) とそのポイントの高さマップの値の関数によって、レンダリングされたポリゴン上のポイントのテクスチャ座標を変位させることによって実装されます。ビュー角度が急なほど、テクスチャ座標の変位が大きく、ビューが変化すると視差効果によって奥行きがあるように見えます。

この用語は、ミュージック ビデオや、より頻繁にはタイトル シーケンスでよく使用されるアニメーション効果を説明するためにも使用されます。映画プロデューサーのロバートエバンスの回想録を映画化した『キッド ステイズ イン ザピクチャー』によって広く注目されたこの手法では、2 次元の画像を 3 次元空間に重ねてアニメーション化します。この手法の以前の例としては、リズ フェアのミュージック ビデオ「ダウン」(ロドニー アッシャー監督) や「スペシャル ツリー」(ミュージシャンのジョルジオ モロダー監督) などがあります。

さらに大規模な作品としては、2018 年の映画「In Saturn's Rings」で、宇宙や望遠鏡で撮影された 750 万枚を超える個別の 2 次元画像が使用され、マルチプレーン アニメーション技術を使用して合成され、移動されました。

この用語は、アイコンやグラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI)のデザインでよく使用される効果を指すこともあります。この効果では、コンピューター モニターの左側 (場合によっては右側) と上部に仮想光源が存在することで、わずかな 3D の錯覚が作り出されます。光源自体は常に目に見えませんが、その効果は、反射をシミュレートする上部と左側の明るい色と、影をシミュレートするオブジェクトの右側と下部の暗い色で確認できます。

この手法の高度なバージョンは、Pixologic のZBrushなどの一部の特殊なグラフィック デザイン ソフトウェアで使用されています。プログラムのキャンバスは通常の 2D ペイント サーフェスを表しますが、ピクセル情報を保持するデータ構造には、 z-indexに関する情報や、マテリアル設定、鏡面反射率なども保存できるという考え方です。このデータを使用すると、照明や影などをシミュレートできます。

疑似3Dを採用した最初のビデオゲームは主にアーケードゲームであり、最も古い例はマイクロプロセッサの使用が開始された1970年代半ばにまで遡る。1975年、タイトーはインターセプター^[11]をリリースした。これはジェット戦闘機を操縦し、8方向ジョイスティックを使用して十字線で狙いを定め、2機編隊で移動し、プレイヤーとの距離に応じてサイズが拡大/縮小する敵機を撃つという、初期の一人称シューティングゲームおよび戦闘フライトシミュレーターであった。^[12] 1976年、セガはモトクロス競技をベースにした初期の白黒バイクレースビデオゲームであるモトクロスをリリースし、初期の3次元三人称視点を導入したことで最も注目された。^[13]その年の後半、セガ・グレムリンは人気シットコムハッピーデイズとのタイアップとして、このゲームをFonzとしてリブランドした。^[14]両バージョンのゲームでは、常に前方にスクロールする道路とプレイヤーのバイクが三人称視点で表示され、プレイヤーに近いオブジェクトは地平線に近いオブジェクトよりも大きく表示され、目的は、対向するバイクや道路外への走行を避けながら、時計と競争しながら道路を横切って車両を操縦することであった。^{[13] [14]}同年には、カードライビングのサブジャンルを一人称視点で3次元に拡張した2つのアーケードゲームもリリースされた。セガの『ロードレース』では、常に前方にスクロールするS字型の道路が表示され、2台の障害物レースカーが道路に沿って移動し、プレイヤーは時計と競争しながら衝突を避けなければならない。^[15]アタリの『ナイトドライバー』では、道路の端に一連の柱が表示されるが、道路やプレイヤーの車は見えない。ベクターグラフィックスを使用するゲームは、疑似3D効果を作成するのに有利であった。1979年のスピードフリークでは、『ナイトドライバー』の視点をより詳細に再現した。

1979年、任天堂は、シューティングゲームに3次元の三人称視点を導入した『レーダースコープ』を発売した。これは、数年後にコナミの『ジュノファースト』やアクティビジョンの『ビームライダー』などのシューティングゲームに模倣された。^[16] 1980年、アタリの『バトルゾーン』は、ゲームプレイは依然として平面的であったものの、前例のないリアリズムで3D視点を再現し、疑似3Dゲームのブレークスルーとなった。同年、『レッドバロン』が続き、これはスケーリングされたベクター画像を使用して前方スクロールレールシューティングゲームを作成した。

1980年に発売されたセガのアーケードシューティングゲーム「スペースタクティクス」では、プレイヤーは十字線を使って狙いを定め、画面内にレーザーを撃って向かってくる敵を攻撃することができ、初期の3D効果を生み出した。^[17]その後、1980年代初頭にはタイトーの1981年発売の「スペースシーカー^」やセガの1982年発売の「スタートレック^{」など、一人称視点のアーケードシューティングゲームが続いた。 [19]}セガの1982年発売の「サブロック3D」も一人称視点を採用し、特殊な接眼レンズを介した立体3Dの使用を導入した。^[20]セガの1983年発売の「アストロンベルト」は、フルモーションビデオを使用して一人称視点でグラフィックを表示した初のレーザーディスクビデオゲームであった。 ^[21]当時のアーケードでは、セガの『Tac/Scan』（1982年）、^[22]ニッポンの『Ambush』（ 1983年）、^[23]ニチブツの『Tube Panic』（1983年）、^[24]セガが1982年にリリースした『Buck Rogers: Planet of Zoom』^{（1985年）}など、サードパーソンレールシューティングゲームもリリースされており、高速な疑似3Dスケーリングと詳細なスプライトで有名でした。^[26]

1981年、セガの『ターボ』はフルカラーグラフィックでスプライトスケーリングを採用した最初のレーシングゲームとなった。 ^[26] ナムコの『ポールポジション』は、今ではおなじみのトレーリングカメラ効果を採用した最初のレーシングゲームの1つである^[要出典]。この特定の例では、効果はラインスクロール、つまり各ラインを個別にスクロールして画像を歪める手法によって生み出された。この場合、歪ませることでカーブやステアリングをシミュレートする。道路がプレイヤーに向かって動いているように見せるために、ラインごとに色を変える手法が使用されたが、多くのコンソール版では代わりにパレットアニメーションが採用された。

セガが1982年に発表したシューティングゲーム「ザクソン」は、ゲーム名の由来となった等角投影法を採用した最初のゲーム である。ザクソンのプレイフィールドは意味的には3Dであるが、ゲームには2.5Dに分類される多くの制約がある。固定された視点、スプライトによるシーン構成、軸に沿った直線に制限された弾丸の発射などの動きなどである。また、影を表示した最初のビデオゲームの1つでもあった。[ ^27]翌年、セガは最初の疑似3D等角投影プラットフォームゲーム「コンゴボンゴ」をリリースした。 ^[28]その年にリリースされた別の初期の疑似3Dプラットフォームゲームはコナミの「南極アドベンチャー」で、プレイヤーは前方スクロールの三人称視点でペンギンを操作し、落とし穴や障害物を飛び越えなければならない。 ^{[29] [30] [31]}これは、 1983年にMSX向けにリリースされた、コンピュータで利用できる最も初期の疑似3Dゲームの1つでした^{。 [31]}同年、アイレムのムーンパトロールは、疑似3D効果を生み出すためにレイヤードパララックススクロールの使用を導入した横スクロールランアンドガンプラットフォームシューティングゲームでした。 ^[32] 1985年、スペースハリアーは、高フレームレートでの疑似3Dスプライトスケーリングを可能にするセガの「スーパースケーラー」技術を。 ^{[33] 32,000}スプライトをスケーリングし、動く風景をそれらで埋め尽くす機能を備えていました。 ^[34]

疑似3Dを採用した最初のオリジナル家庭用ゲーム機は、テレビのスポーツ中継を模倣した複数のカメラアングルを採用した最初のゲームで、ドン・ダグローとエディ・ドンブロワーによるマテル社が発売した『インテリビジョン・ワールドシリーズ・ベースボール』（1983年）である。テレビスポーツ風の表示は後に3Dスポーツゲームに採用され、現在ではほぼすべての主要なチームスポーツタイトルで使用されている。1984年、セガは疑似3DのアーケードゲームをいくつかセガSG-1000コンソールに移植したが、その中にはサードパーソン疑似3Dレールシューティングゲーム『バック・ロジャース：プラネット・オブ・ズーム』のスムーズな移植も含まれていた。^[33]

1989 年までに、2.5D 表現は奥行きの手がかりで描かれた表面であり、GINO などのグラフィック ライブラリの一部でした。^[35] 2.5D は、Dynamic Graphics の ISM、Uniras の GEOPAK、Intergraph DTM システムなどのソフトウェア パッケージを使用した地形モデリングにも使用されました。^[35] 2.5D 表面技術は、多くの地理モデルで使用される通常の厚さと面積の比率を視覚化できるため、地理学コミュニティで人気を博しました。この比率は非常に小さく、オブジェクトの幅に対する薄さを反映しており、特定の平面でオブジェクトをリアルに表現していました。^[35]これらの表現は、地下領域全体が使用されていないか、領域全体を再構築できないという点で自明でした。したがって、表面のみが使用され、表面は 1 つの側面であり、完全な 3D アイデンティティではありません。^[35]

「2.5D」という特定の用語は、1994 年にPC Gamer誌の北米初版のインタビューで Warren Spector によってすでに使用されていました。当時、この用語は、 System Shockの「真の」3D エンジンと区別するために、特にWolfenstein 3DやDoom などの一人称シューティング ゲームを指すものと理解されていました。

1秒間に数千のポリゴン（ 3Dコンピュータグラフィックスの最も基本的な要素）を処理できるコンソールとコンピュータシステムの出現と、3D専用のグラフィックス処理ユニットの使用により、疑似3Dは時代遅れになりました。しかし、今日でも、携帯電話などのコンピュータシステムが生産されていますが、これらは真の3Dグラフィックスを表示するのに十分な性能がないため、その目的で疑似3Dを使用しています。1980年代の疑似3Dアーケード時代と16ビットコンソール時代の多くのゲームがこれらのシステムに移植されており、メーカーは数十年前のゲームから収益を得る可能性を持っています。

自然科学や地球科学における 2.5D または視覚分析の復活により、地図作成における空間情報の作成におけるコンピュータ システムの役割が増大しました。^[1] GVIS は、未知の探索、空間データとのリアルタイムのやり取り、地図表示の制御を実現し、特に 3 次元表現に注目してきました。^[1] GVIS の取り組みは、高次元を拡張してより視覚的に見えるようにすることを目指してきました。ほとんどの取り組みは、視覚を「だまして」 2D 平面で 3 次元を見せることに重点が置かれてきました。^[1] 3 次元オブジェクトの表面は表現されますが、立体内の位置は歪んでいたりアクセスできなかったりする 2.5D ディスプレイによく似ています。^[1]

「本物の」3D コンピュータ グラフィックスの代わりに疑似 3D を使用する理由は、3D 風のグラフィックスをシミュレートするシステムは、3D コンピュータ グラフィックスの計算集約型ルーチンを処理できるほど強力ではないものの、ビットマップなどの 2D グラフィックスを変更するトリックを使用できるためです。これらのトリックの 1 つは、ビットマップをどんどん引き伸ばして、各ステップで大きくし、オブジェクトがプレイヤーにどんどん近づいてくる効果を与えることです。

画像の単純な陰影とサイズでも疑似 3D と見なすことができます。陰影があるとよりリアルに見えるからです。2D ゲームの光が 2D であれば、輪郭にしか見えません。輪郭は暗いことが多いため、はっきりとは見えません。ただし、目に見える陰影があれば、疑似 3D 照明が使用されており、画像に疑似 3D グラフィックスが使用されていることを示します。画像のサイズを変更すると、画像が近づいたり遠ざかったりするように見えることがあり、これは 3 次元をシミュレートしていると考えられます。

次元はデータの変数であり、空間内の特定の場所にマッピングできます。2D データには、x、y、またはz平面に値を追加することで 3D ボリュームを与えることができます。すべての 2D 場所を高さ/標高値に関連付ける「地形図の 2D 領域に高さを割り当てる」と、2.5D 投影が作成されます。これは「真の 3D 表現」とは見なされませんが、3D 視覚表現のように「画像の視覚処理とその結果生じる空間認識を簡素化」するために使用されます。

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