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JavaScriptで始めるジェネラティブアート - 生物アルゴリズムの応用 - ICS MEDIA

<!DOCTYPE html><html lang="ja" dir="ltr" data-capo=""><head><meta charset="utf-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=yes"> <title>JavaScriptで始めるジェネラティブアート - 生物アルゴリズムの応用 - ICS MEDIA</title> <script src="https://cdn.ampproject.org/v0.js" async></script> <script src="https://cdn.ampproject.org/v0/amp-twitter-0.1.js" async custom-element="amp-twitter"></script> <script src="https://cdn.ampproject.org/v0/amp-youtube-0.1.js" async custom-element="amp-youtube"></script> <style>.ripple{overflow:hidden;position:relative}.ripple-effect{animation-name:ripple;background:#888;border-radius:50%;display:block;opacity:.2;pointer-events:none;position:absolute;transform:scale(0);-webkit-user-select:none;user-select:none;will-change:opacity,transform}.ripple[data-ripple=light] .ripple-effect{background:#fff!important}.ripple[data-ripple=dark] .ripple-effect{background:#000!important}@keyframes ripple{to{opacity:0;transform:scale(2)}}</style> 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class="mediaHeader" data-v-53af800e data-v-c016e82a><div class="mediaHeader-row" data-v-c016e82a><h1 data-v-c016e82a><a href="/" class="" title="ICS MEDIA" data-v-c016e82a data-v-39193113><span data-v-39193113>ICS MEDIA</span></a></h1><div class="mediaHeader-row-tool" data-v-c016e82a><span class="mediaHeader-row-tool-item mediaHeader-row-tool-item_search" data-v-c016e82a><a href="/entry/search/" class="" title="サイト内を検索する" data-v-c016e82a><svg width="32" height="32" viewBox="0 0 24 24" data-v-c016e82a><path d="M15.5 14h-.79l-.28-.27C15.41 12.59 16 11.11 16 9.5 16 5.91 13.09 3 9.5 3S3 5.91 3 9.5 5.91 16 9.5 16c1.61 0 3.09-.59 4.23-1.57l.27.28v.79l5 4.99L20.49 19l-4.99-5zm-6 0C7.01 14 5 11.99 5 9.5S7.01 5 9.5 5 14 7.01 14 9.5 11.99 14 9.5 14z" data-v-c016e82a></path><path d="M0 0h24v24H0z" fill="none" data-v-c016e82a></path></svg></a></span></div></div></div><nav class="category" categoryid data-v-53af800e data-v-5ddcd2fd><ul class="category-list" data-v-5ddcd2fd><!--[--><li 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data-v-cb0dd5fc><p data-v-cb0dd5fc><!--[--><!--]--></p><h1 itemprop="name" data-v-cb0dd5fc><!--[--><!--]--></h1></header></div></div></div><!--[--><div data-v-da421125><div class="eyecatch" data-v-da421125 style="--0e97d286:eyecatch-200220;" data-v-921b35f7><div class="eyecatch-blur-container" data-v-921b35f7><img class="eyecatch-blur" fetchpriority="high" src="/entry/200220/images/eyecatch.png" width="1280" height="512" alt="" data-v-921b35f7></div><div class="eyecatch-inner" data-v-921b35f7><img src="/entry/200220/images/eyecatch.png" alt="" width="1280" height="512" class="eyecatch-inner-img" fetchpriority="high" data-v-921b35f7></div></div><main class="wrap_960" data-v-da421125 data-v-49d92408><article data-v-49d92408><h2 class="article_title" data-v-49d92408 data-v-3469d367>JavaScriptで始めるジェネラティブアート<br />生物アルゴリズムの応用</h2><div class="article-date" data-v-49d92408><span itemprop="datePublished" content="2020-02-20" class="article-date-item" data-v-49d92408 data-v-d384dd23>2020年2月20日 公開 </span><span class="article-date-item article-date-slash" data-v-49d92408> / </span><a href="/entry/staff/konno/" class="article-date-item" data-v-49d92408>株式会社ICS 昆野 史弥</a></div><ul class="article-tag" data-v-49d92408><!--[--><li data-v-49d92408><a href="/entry/tag/Context2D/" class="" data-v-49d92408>Context2D</a></li><!--]--></ul><div class="sns-share" data-v-49d92408 data-v-694562d6><div data-v-694562d6><a href="https://twitter.com/intent/tweet?url=https://ics.media/entry/200220/&amp;text=JavaScriptで始めるジェネラティブアート - 生物アルゴリズムの応用 - ICS MEDIA" class="sns-share-btn _x" target="_blank" title="X(旧Twitter)でシェア" data-v-694562d6></a><span class="sns-share-badge" data-v-694562d6>80</span></div><div data-v-694562d6><a class="sns-share-btn _hatena" href="https://b.hatena.ne.jp/entry/s/ics.media/entry/200220/" target="_blank" title="はてなブックマークでブックマーク" data-v-694562d6></a><span class="sns-share-badge" data-v-694562d6>76</span></div></div><div class="entry" data-v-49d92408><div class="entry-article article" data-v-49d92408><section data-v-49d92408><p>ジェネラティブアートという言葉をご存知でしょうか? アルゴリズムによって作られる芸術作品を指す名称です。Pinterestで「generative art」と検索すると静止画、動画ともにたくさんの作品を見ることができます。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_generative_art.png 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_generative_art.png" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="generative art -Pinterest" loading="lazy"></img></p> <p>無機質さを感じさせるものもあれば、まるで生きているように感じる作品もあります。創作者たちはどのようなところから着想を得ているのでしょうか?<br> 彼らの中には数学的な幾何学模様や物理現象、果ては生物が織りなす複雑なパターンをコンピューターで再現することにより作品を作る者もいます。</p> <p>本記事では特に「生物」に焦点を当てます。生物の複雑な営みを紐解いた背景や、それをアルゴリズムに落とし込むことで可能になった表現を紹介します。 本記事を読むことで日常に潜むあらゆる現象が芸術の種に見える喜びを感じていただければ幸いです。</p> <p>サンプルはHTML CanvasとJavaScriptで作成しています。ソースコードは <a href="https://github.com/ics-creative/200220_bio_art" target="_blank">GitHubで公開</a> していますので、あわせてご参照ください。</p> <h3 id="%E3%83%9C%E3%82%A4%E3%83%89" tabindex="-1">ボイド</h3> <p>水族館でこのような魚の群れを見たことはあるでしょうか。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_boids_fish.jpg 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_boids_fish.jpg" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="boids" loading="lazy"></img> 出典:<a href="https://www.photo-ac.com/main/detail/3091487" target="_blank">「写真AC - ギンガメアジの群れ フィリピンバリカサグ島」</a></p> <p>外から見る我々には秩序を持って行動しているように見えますが、魚たちの視界に映るのはきっと360度を囲む仲間たちです。彼らはどのようにこのようなパターンを形成しているのでしょう。<br> クレイグ・レイノルズは20世紀終わりに<strong>ボイド</strong>という人工生命シミュレーションプログラムを作りました。このプログラムでは作成した個体クラスに3つの行動ルールを与えています。そのルールとは以下の3つです。</p> <ol> <li>他の個体と離れないこと</li> <li>他の個体と衝突しないこと</li> <li>全体の流れに沿って動くこと</li> </ol> <p>このルールのもとでシミュレーションを行ったところ、集団はまさに動物の群れのような動きを見せたのです! こちらがそのシミュレーションになります。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_boids_demo.webp 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_boids_demo.webp" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="boids" loading="lazy"></img></p> <p>サンプルページと全体のソースコードへのリンクはこちらになります。</p> <ul> <li><a href="https://ics-creative.github.io/200220_bio_art/boids" target="_blank">サンプルを別ウインドウで開く</a></li> <li><a href="https://github.com/ics-creative/200220_bio_art/blob/master/boids/index.html" target="_blank">ソースを見る</a></li> </ul> <p>ソースコードの解説をします。それぞれの個体をBiontクラスとして作成し、他個体に応じて進行方向ベクトルを作成するメソッドを用意します。進行方向ベクトルは上記の条件1~3を満たすベクトルの和となります。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title class_">Biont</span> { <span class="hljs-title function_">constructor</span>(<span class="hljs-params">x, y, vx, vy, id</span>) { <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">x</span> = x; <span class="hljs-comment">// 個体のx座標</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">y</span> = y; <span class="hljs-comment">// 個体のy座標</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vx</span> = vx; <span class="hljs-comment">// 個体のx方向の速度</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vy</span> = vy; <span class="hljs-comment">// 個体のy方向の速度</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">id</span> = id; <span class="hljs-comment">// 個体識別番号</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v1</span> = { <span class="hljs-attr">x</span>: <span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-attr">y</span>: <span class="hljs-number">0</span> }; <span class="hljs-comment">// 条件1を表す速度ベクトル</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v2</span> = { <span class="hljs-attr">x</span>: <span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-attr">y</span>: <span class="hljs-number">0</span> }; <span class="hljs-comment">// 条件2を表す速度ベクトル</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v3</span> = { <span class="hljs-attr">x</span>: <span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-attr">y</span>: <span class="hljs-number">0</span> }; <span class="hljs-comment">// 条件3を表す速度ベクトル</span> } <span class="hljs-title function_">update</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// 各ベクトルに適切な係数をかけて動きを調整します</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vx</span> += <span class="hljs-number">0.01</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v1</span>.<span class="hljs-property">x</span> + <span class="hljs-number">0.8</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v2</span>.<span class="hljs-property">x</span> + <span class="hljs-number">0.1</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v3</span>.<span class="hljs-property">x</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vy</span> += <span class="hljs-number">0.01</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v1</span>.<span class="hljs-property">y</span> + <span class="hljs-number">0.8</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v2</span>.<span class="hljs-property">y</span> + <span class="hljs-number">0.1</span> * <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v3</span>.<span class="hljs-property">y</span>; <span class="hljs-comment">// ~ 省略 ~</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">x</span> += <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vx</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">y</span> += <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vy</span>; } <span class="hljs-title function_">draw</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// ~ 描画処理 ~</span> } <span class="hljs-comment">// 集団の中心に向かって移動します(条件1)</span> <span class="hljs-title function_">getToCenterVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// ~ 省略 ~</span> } <span class="hljs-comment">// 仲間と近づきすぎたとき離れます(条件2)</span> <span class="hljs-title function_">getAvoidanceVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// ~ 省略 ~</span> } <span class="hljs-comment">// 集団と同じ速度で動こうとします(条件3)</span> <span class="hljs-title function_">getAverageVelocityVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// ~ 省略 ~</span> } } </code></pre> <p>条件1(中心に向かう)を表す関数<code>getToCenterVector</code>では自身以外の個体の平均の位置を計算し、そこに向かうベクトルを足しています</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 集団を格納する配列です</span> <span class="hljs-keyword">let</span> boids = []; <span class="hljs-comment">// 集団の中心に向かうベクトルを返します </span> <span class="hljs-title function_">getToCenterVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// 他の個体の座標の平均をcenterに代入します</span> <span class="hljs-keyword">const</span> center = { <span class="hljs-attr">x</span>: <span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-attr">y</span>: <span class="hljs-number">0</span> }; boids .<span class="hljs-title function_">filter</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">id</span> !== biont.<span class="hljs-property">id</span>) .<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> { center.<span class="hljs-property">x</span> += biont.<span class="hljs-property">x</span>; center.<span class="hljs-property">y</span> += biont.<span class="hljs-property">y</span>; }) center.<span class="hljs-property">x</span> /= boids.<span class="hljs-property">length</span> - <span class="hljs-number">1</span>; center.<span class="hljs-property">y</span> /= boids.<span class="hljs-property">length</span> - <span class="hljs-number">1</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v1</span>.<span class="hljs-property">x</span> = center.<span class="hljs-property">x</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">x</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v1</span>.<span class="hljs-property">y</span> = center.<span class="hljs-property">y</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">y</span>; } </code></pre> <p>条件2(近づきすぎたら離れる)を表す関数<code>getAvoidanceVector</code>では他個体との距離が一定以下になったとき逆向きのベクトルを足しています。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// DIST_THRESHOLD内に仲間がいるとき逆向きのベクトルを返します </span> <span class="hljs-title function_">getAvoidanceVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-keyword">const</span> <span class="hljs-variable constant_">DIST_THRESHOLD</span> = radius; boids.<span class="hljs-title function_">filter</span>( <span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> <span class="hljs-title function_">dist</span>(<span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">x</span>, <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">y</span>, biont.<span class="hljs-property">x</span>, biont.<span class="hljs-property">y</span>) &lt; <span class="hljs-variable constant_">DIST_THRESHOLD</span> ).<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> { <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v2</span>.<span class="hljs-property">x</span> -= biont.<span class="hljs-property">x</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">x</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v2</span>.<span class="hljs-property">y</span> -= biont.<span class="hljs-property">y</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">y</span>; }); } </code></pre> <p>条件3(速度を周りに合わせる)を表す関数<code>getAverageVelocityVector</code>では自身以外の個体の速度ベクトルの平均を計算し足し合わせています。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 集団と同じ速度で動こうとします </span> <span class="hljs-title function_">getAverageVelocityVector</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// avgVに各個体の速度の平均を代入します</span> <span class="hljs-keyword">const</span> avgV = { <span class="hljs-attr">x</span>: <span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-attr">y</span>: <span class="hljs-number">0</span> }; boids.<span class="hljs-title function_">filter</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">id</span> !== biont.<span class="hljs-property">id</span>).<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> { avgV.<span class="hljs-property">x</span> += biont.<span class="hljs-property">vx</span>; avgV.<span class="hljs-property">y</span> += biont.<span class="hljs-property">vy</span>; }); avgV.<span class="hljs-property">x</span> /= boids.<span class="hljs-property">length</span> - <span class="hljs-number">1</span>; avgV.<span class="hljs-property">y</span> /= boids.<span class="hljs-property">length</span> - <span class="hljs-number">1</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v3</span>.<span class="hljs-property">x</span> = avgV.<span class="hljs-property">x</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vx</span>; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">v3</span>.<span class="hljs-property">y</span> = avgV.<span class="hljs-property">y</span> - <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">vy</span>; } </code></pre> <p>以上の3つの速度ベクトルにそれぞれ適当な係数をかけて足し合わせ、フレームごとに各々の速度ベクトルを更新します。 更新は<code>window.requestAnimationFrame()</code>により行っています。</p> <p>結果として、集団は群れのような動きを見せるのです。</p> <h3 id="%E9%81%BA%E4%BC%9D%E7%9A%84%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%82%B4%E3%83%AA%E3%82%BA%E3%83%A0" tabindex="-1">遺伝的アルゴリズム</h3> <p>みなさんも知っての通り、多くの生物は二個体が交配し子を成します。生物は複数の遺伝子を持っており(人間の場合は約2万)、子はそれぞれの遺伝子を両親のどちらかから受け継ぎます。</p> <p>似たような機能をもつ遺伝子にも個性があります。それは肌の色や血液型、お酒の強さにも現れていますよね。環境への適応度が低い遺伝子は淘汰され、より適応度の高い遺伝子のみが生き残ります。キリンの首が長い理由は、首を長くする遺伝子を持ったキリンの環境適応度が高かったからなのです。</p> <p>ところで遺伝子の実態はどのようなものなのでしょう? 遺伝子は染色体と呼ばれる組織の上に配列状に存在しています。交配により染色体上の遺伝子のランダムな交換、「交叉」が発生します。<br> これによって、より多様な個体が生まれ、現在の環境に適した遺伝子をもつ個体が生存することができます。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_genetics_description.png 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_genetics_description.png" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="遺伝学の説明" loading="lazy"></img></p> <p>さらに染色体上の遺伝子は紫外線などのさまざまな条件によって「変異」を起こし異なる機能を獲得することもあります。これをシミュレーションしたものが<strong>遺伝的アルゴリズム</strong>になります。ルールは以下の通りです。</p> <ol> <li>現在の世代の集団から2個体を選択する</li> <li>選択した個体を交配させ子孫を生成。このときの遺伝子配列の交叉が起こる</li> <li>現在の世代で適応度の低かった個体を消去し2.の子孫を集団(次世代)に加える</li> <li>次世代の個体の遺伝子を一定の割合で変異させ、1に戻る</li> </ol> <p>このアルゴリズムの特徴は最適解にたどり着く経路を効率良く探索できるところにあります。そのため、人工知能などにも用いられています。</p> <p>遺伝的アルゴリズムを用いて作成したデモがこちらになります。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_genetic_algorithm_demo.webp 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_genetic_algorithm_demo.webp" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="genetic" loading="lazy"></img></p> <p>上に行くほど世代が進行します。環境適応度は一番上の色に近いほど高くなります。最初の世代はランダムな色が割り振られていますが、世代が進むにつれ環境に適応した個体、この場合は赤に近い個体が生き残っていることがわかります。</p> <p>サンプルページと全体のソースコードへのリンクはこちらになります。</p> <ul> <li><a href="https://ics-creative.github.io/200220_bio_art/genetic-algorithm" target="_blank">サンプルを別ウインドウで開く</a></li> <li><a href="https://github.com/ics-creative/200220_bio_art/blob/master/genetic-algorithm/index.html" target="_blank">コードを確認する</a></li> </ul> <p>ソースコードに触れていきたいと思います。まず、現在の環境に最も適した遺伝子配列を<code>goal</code>という配列で表現します。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 適応度の基準の配列を作ります</span> <span class="hljs-keyword">let</span> goal = []; <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">createGoal</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-comment">// goalは[1, 1, 1, ...... , 1]となります</span> goal = <span class="hljs-title class_">Array</span>(<span class="hljs-number">360</span>).<span class="hljs-title function_">fill</span>(<span class="hljs-number">1</span>); context.<span class="hljs-title function_">beginPath</span>(); context.<span class="hljs-property">fillStyle</span> = <span class="hljs-string">`hsl(<span class="hljs-subst">${genomeSize}</span>,50%,50%)`</span>; context.<span class="hljs-title function_">rect</span>(<span class="hljs-number">0</span>, <span class="hljs-number">0</span>, canvas.<span class="hljs-property">width</span>, <span class="hljs-number">10</span>); context.<span class="hljs-title function_">fill</span>(); } </code></pre> <p>個体を<code>Biont</code>というクラスで定義し、<code>goal</code>配列との距離を<code>getEvaluate</code>メソッドによって取得することでインスタンスの環境適応度を取得します。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title class_">Biont</span> { <span class="hljs-title function_">constructor</span>(<span class="hljs-params">genome</span>) { <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">genome</span> = genome; } <span class="hljs-comment">// 適応度を取得します</span> <span class="hljs-title function_">getEvaluation</span>(<span class="hljs-params">goal</span>) { <span class="hljs-keyword">let</span> score = <span class="hljs-number">0</span>; <span class="hljs-keyword">for</span> (<span class="hljs-keyword">let</span> i = <span class="hljs-number">0</span>; i &lt; <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">genome</span>.<span class="hljs-property">length</span>; i++) { <span class="hljs-keyword">if</span> (goal[i] === <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">genome</span>[i]) { score++; } } <span class="hljs-keyword">return</span> score / <span class="hljs-variable language_">this</span>.<span class="hljs-property">genome</span>.<span class="hljs-property">length</span>; } } </code></pre> <p>上記のルール1~4はそれぞれ<code>getElite</code>, <code>getCrossedProgeny</code>, <code>getNextGeneration</code>, <code>getNextGeneration</code>という関数で表現しています。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 適応度の高い遺伝子をもつ個体をvalue体だけ返します</span> <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">getElite</span>(<span class="hljs-params">age, value</span>) { <span class="hljs-keyword">const</span> elite = age.<span class="hljs-title function_">sort</span>(<span class="hljs-function">(<span class="hljs-params">a, b</span>) =&gt;</span> { <span class="hljs-keyword">return</span> b.<span class="hljs-title function_">getEvaluation</span>(goal) - a.<span class="hljs-title function_">getEvaluation</span>(goal); }); <span class="hljs-keyword">return</span> elite.<span class="hljs-title function_">slice</span>(<span class="hljs-number">0</span>, value); } </code></pre> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 引数bios1, bios2の遺伝子配列を交叉させた子を返します</span> <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">getCrossedProgeny</span>(<span class="hljs-params">bios1, bios2</span>) { <span class="hljs-comment">// bios1とbios2の遺伝子配列のcrossOne番目からcrossTwo番目を交換します。genomeSizeはインスタンス内のgenome配列の大きさです。</span> <span class="hljs-keyword">const</span> crossOne = <span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">round</span>(<span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">random</span>() * genomeSize); <span class="hljs-keyword">const</span> crossTwo = crossOne + <span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">round</span>(<span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">random</span>() * (genomeSize - crossOne)); <span class="hljs-keyword">const</span> one = bios1.<span class="hljs-property">genome</span>; <span class="hljs-keyword">const</span> two = bios2.<span class="hljs-property">genome</span>; <span class="hljs-keyword">const</span> progenyOne = [ ...one.<span class="hljs-title function_">slice</span>(<span class="hljs-number">0</span>, crossOne), ...two.<span class="hljs-title function_">slice</span>(crossOne, crossTwo), ...one.<span class="hljs-title function_">slice</span>(crossTwo, genomeSize) ]; <span class="hljs-keyword">const</span> progenyTwo = [ ...two.<span class="hljs-title function_">slice</span>(<span class="hljs-number">0</span>, crossOne), ...one.<span class="hljs-title function_">slice</span>(crossOne, crossTwo), ...two.<span class="hljs-title function_">slice</span>(crossTwo, genomeSize) ]; <span class="hljs-keyword">return</span> [<span class="hljs-keyword">new</span> <span class="hljs-title class_">Biont</span>(progenyOne), <span class="hljs-keyword">new</span> <span class="hljs-title class_">Biont</span>(progenyTwo)]; } </code></pre> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 次世代を作ります</span> <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">getNextGeneration</span>(<span class="hljs-params">age, elite, progeny</span>) { <span class="hljs-keyword">const</span> sortedAge = age.<span class="hljs-title function_">sort</span>(<span class="hljs-function">(<span class="hljs-params">a, b</span>) =&gt;</span> { <span class="hljs-keyword">return</span> a.<span class="hljs-title function_">getEvaluation</span>(goal) - b.<span class="hljs-title function_">getEvaluation</span>(goal); }); sortedAge.<span class="hljs-title function_">splice</span>(<span class="hljs-number">0</span>, elite.<span class="hljs-property">length</span> + progeny.<span class="hljs-property">length</span>); sortedAge.<span class="hljs-title function_">push</span>(...elite, ...progeny); <span class="hljs-keyword">return</span> sortedAge; } </code></pre> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// 遺伝子に変異を加えます。individualMutationRateは個体が変異する確率、genomeMutationRateは遺伝子の変異確率です</span> <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">mutate</span>(<span class="hljs-params"> age, individualMutationRate, genomeMutationRate </span>) { <span class="hljs-keyword">const</span> boids = []; age.<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">biont</span> =&gt;</span> { <span class="hljs-comment">// 確率的に変異させる個体を選別します</span> <span class="hljs-keyword">if</span> (individualMutationRate &gt; <span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">random</span>()) { <span class="hljs-keyword">const</span> mutatedGenome = []; biont.<span class="hljs-property">genome</span>.<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">genome</span> =&gt;</span> { <span class="hljs-comment">// 確率的に変異させる遺伝子を選別します</span> <span class="hljs-keyword">if</span> (genomeMutationRate &gt; <span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">random</span>()) { mutatedGenome.<span class="hljs-title function_">push</span>(<span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">round</span>(<span class="hljs-title class_">Math</span>.<span class="hljs-title function_">random</span>())); } <span class="hljs-keyword">else</span> { mutatedGenome.<span class="hljs-title function_">push</span>(genome); } }); biont.<span class="hljs-title function_">setGenome</span>(mutatedGenome); boids.<span class="hljs-title function_">push</span>(biont); } <span class="hljs-keyword">else</span> { boids.<span class="hljs-title function_">push</span>(biont); } }); <span class="hljs-keyword">return</span> boids; } </code></pre> <p>以上の処理を<code>loop()</code>関数内で行います。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-keyword">let</span> generation = <span class="hljs-number">0</span>; <span class="hljs-keyword">let</span> currentAge = []; <span class="hljs-keyword">let</span> newAge = []; <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">loop</span>(<span class="hljs-params">timestamp</span>) { <span class="hljs-keyword">if</span> (generation &lt; <span class="hljs-number">66</span>) { <span class="hljs-comment">// getElite</span> <span class="hljs-keyword">const</span> elite = <span class="hljs-title function_">getElite</span>(currentAge, <span class="hljs-number">2</span>); <span class="hljs-comment">// eliteの子供を作成</span> <span class="hljs-keyword">const</span> progeny = []; <span class="hljs-keyword">for</span> (<span class="hljs-keyword">let</span> i = <span class="hljs-number">0</span>; i &lt; elite.<span class="hljs-property">length</span> - <span class="hljs-number">1</span>; i++) { progeny.<span class="hljs-title function_">push</span>(...<span class="hljs-title function_">getCrossedProgeny</span>(elite[i], elite[i + <span class="hljs-number">1</span>])); } <span class="hljs-comment">// elite, progeny, 現在の世代から適応度の高い順に選別</span> newAge = <span class="hljs-title function_">getNextGeneration</span>(currentAge, elite, progeny); <span class="hljs-comment">// 適度に変異を入れる</span> newAge = <span class="hljs-title function_">mutate</span>( newAge, <span class="hljs-variable constant_">INDIVIDUAL_MUTATION</span>, <span class="hljs-variable constant_">GENOME_MUTATION</span> ); <span class="hljs-comment">// 描画</span> newAge.<span class="hljs-title function_">forEach</span>(<span class="hljs-function">(<span class="hljs-params">age, index</span>) =&gt;</span> { <span class="hljs-comment">// =========================描画処理=============================</span> }); generation++; <span class="hljs-comment">// 次世代を現世代に</span> currentAge = newAge; newAge = []; } <span class="hljs-variable language_">window</span>.<span class="hljs-title function_">requestAnimationFrame</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">ts</span> =&gt;</span> <span class="hljs-title function_">loop</span>(ts)); } <span class="hljs-variable language_">window</span>.<span class="hljs-title function_">requestAnimationFrame</span>(<span class="hljs-function"><span class="hljs-params">ts</span> =&gt;</span> <span class="hljs-title function_">loop</span>(ts)); </code></pre> <p>以上の処理を行うことによって、世代が進むにつれ適応度の高い集団が形成されます。</p> <h3 id="%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%B3" tabindex="-1">セル・オートマトン</h3> <p><strong>ライフゲーム</strong>と呼ばれる言葉を耳にしたことはあるでしょうか。平面上にあるドットが周囲の環境に応じて誕生、進化、淘汰などの振る舞いを見せるシミュレーションです。これは生きるためには過密でも過疎でもダメ、という点が細菌などの生物の繁殖を模倣しているとも言われています。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_game_of_life_demo.webp 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_game_of_life_demo.webp" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="960" height="540" alt="ライフゲーム" loading="lazy"></img></p> <p>このように、近傍の状態を受けて状態が変化していく計算モデルを「<strong>セル・オートマトン</strong>」と呼びます。ライフゲームは2次元のセル・オートマトンの代表的な例です。</p> <p>自然界でもこの計算モデルに即した現象がいくつか見られます。たとえばイモガイの貝殻の模様がそれにあたります。これは色素をもつ細胞が活性化されると周囲の細胞の色素を不活性化して天然のセル・オートマトンのようにふるまうからと言われています。</p> <ul> <li><a href="https://kai-zukan.info/tagayasanminashi.php" target="_blank">「貝の図鑑」 タガヤサンミナシ- イモガイ科 -</a></li> </ul> <p>話をライフゲームに戻します。黒いセルの状態を「生」、白いセルの状態を「死」と定義するとそれぞれのセルは以下のルールに従っています。</p> <p><img srcset="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_life_game_description.png 1920w, /entry/200220/images/images/200220_bio_art_life_game_description__960.png 960w" src="/entry/200220/images/images/200220_bio_art_life_game_description.png" sizes="(max-width:720px) 100vw, 720px" width="1920" height="1080" alt="ライフゲームのルール" loading="lazy"></img></p> <ul> <li>誕生:死んでいるセルに隣接する生きたセルが3つあるとき、誕生する</li> <li>生存:生きているセルに隣接する生きたセルが2つまたは3つあるとき、そのまま生存する</li> <li>過疎:生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下のとき、死滅する</li> <li>過密:生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上のとき、死滅する</li> </ul> <p>このルールのもと、初期状態を変えることでさまざまなセルのパターンを見ることができます。</p> <p>実装は、さまざまなサイトで紹介されているのでそちらを検索していただいても構いません。今回は例の一つとして紹介します。サンプルページと全体のソースコードへのリンクはこちらになります。</p> <ul> <li><a href="https://ics-creative.github.io/200220_bio_art/life-game/" target="_blank">サンプルを別ウインドウで開く</a></li> <li><a href="https://github.com/ics-creative/200220_bio_art/blob/master/life-game/index.html" target="_blank">ソースを確認する</a></li> </ul> <p><code>cell</code>という二重配列を作成し値がALIVEのときは生存、DEADのときは死亡とします。<code>proceed</code>関数内ではcheckAround関数で周囲の生存しているセルの数を取得し、その数に応じて次の状態を決定しています。この処理を<code>setInterval(proceed, 100)</code>により、100ミリ秒ごとに繰り返しています。</p> <pre><code class="hljs language-js"><span class="hljs-comment">// ループごとにセルの状態を変える関数</span> <span class="hljs-keyword">function</span> <span class="hljs-title function_">proceed</span>(<span class="hljs-params"></span>) { <span class="hljs-keyword">for</span> (<span class="hljs-keyword">let</span> col = <span class="hljs-number">0</span>; col &lt; cols; col++) { <span class="hljs-keyword">for</span> (<span class="hljs-keyword">let</span> row = <span class="hljs-number">0</span>; row &lt; rows; row++) { <span class="hljs-comment">// 周りの生存セルの数を取得</span> <span class="hljs-keyword">const</span> count = <span class="hljs-title function_">checkAround</span>(col, row); <span class="hljs-keyword">const</span> currentState = cell[col][row]; <span class="hljs-keyword">let</span> nextState = <span class="hljs-variable constant_">DEAD</span>; <span class="hljs-comment">// 生存時に周りに2体いるときは維持</span> <span class="hljs-keyword">if</span> (count === <span class="hljs-number">2</span>) { nextState = currentState; } <span class="hljs-comment">// 周りに3体いるときは誕生または維持</span> <span class="hljs-keyword">if</span> (count === <span class="hljs-number">3</span>) { nextState = <span class="hljs-variable constant_">ALIVE</span>; } cell[col][row] = nextState; } } <span class="hljs-comment">// 画面の更新</span> <span class="hljs-title function_">draw</span>(); } </code></pre> <p>ライフゲームでは特定のパターンをもつセルの集合は周期的な動きを見せることがあります。<a href="https://conwaylife.com/wiki/Category:Patterns" target="_blank">LifeWiki</a> というwebサイトでは無数の周期的なパターンがまとめられているので、興味を持った方はぜひご覧ください。</p> <p>また、<a href="https://golly.sourceforge.net/" target="_blank">Golly</a> というアプリケーションでは大規模なライフゲームのサンプルが豊富に用意されています。こちらも合わせてお試しください。</p> <h3 id="%E7%B5%82%E3%82%8F%E3%82%8A%E3%81%AB" tabindex="-1">終わりに</h3> <p>今回紹介できなかったパターンとして、シマウマの模様のようなパターンを作る<strong>チューリングパターン</strong>などまだまだ生物から学べる表現はたくさんあります。さらに生物だけでなく自然科学の中には表現のヒントになる現象がたくさん潜んでいます。</p> <p>また、ICS MEDIAではジェネラティブアートのチュートリアルとして以下の記事も掲載しております。みなさんとともに作品を見せ合えるる日を楽しみにしています!</p> <ul> <li><a href="https://ics.media/entry/18835/">JavaScriptで取り組むクリエイティブコーディング - パーティクル表現入門</a></li> <li><a href="https://ics.media/entry/18812/">JavaScriptで取り組むクリエイティブコーディング - パーリンノイズを使いこなせ</a></li> </ul> </section><!----></div><div class="entry-sidebar" data-v-49d92408><div class="sidebar" data-v-49d92408><ol class="sidebarList"><li class="sidebarList_item"><a href="#top">冒頭</a></li><!--[--><li data-index="0" class="sidebarList_item"><a href="#%E3%83%9C%E3%82%A4%E3%83%89">ボイド</a></li><li data-index="1" class="sidebarList_item"><a href="#%E9%81%BA%E4%BC%9D%E7%9A%84%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%82%B4%E3%83%AA%E3%82%BA%E3%83%A0">遺伝的アルゴリズム</a></li><li data-index="2" class="sidebarList_item"><a href="#%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%B3">セル・オートマトン</a></li><li data-index="3" class="sidebarList_item"><a href="#%E7%B5%82%E3%82%8F%E3%82%8A%E3%81%AB">終わりに</a></li><!--]--></ol></div></div></div></article></main><div class="wrap_960" data-v-da421125><div class="SnsButtons" data-v-da421125 data-v-b5cbd36c><p class="SnsButtons-head" data-v-b5cbd36c>\ SNSでシェアしよう /</p><div class="SnsButtons-sns" data-v-b5cbd36c><a href="https://twitter.com/intent/tweet?url=https://ics.media/entry/200220/&amp;text=JavaScript%E3%81%A7%E5%A7%8B%E3%82%81%E3%82%8B%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%83%8D%E3%83%A9%E3%83%86%E3%82%A3%E3%83%96%E3%82%A2%E3%83%BC%E3%83%88%20-%20%E7%94%9F%E7%89%A9%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%82%B4%E3%83%AA%E3%82%BA%E3%83%A0%E3%81%AE%E5%BF%9C%E7%94%A8%20-%20ICS%20MEDIA" target="_blank" class="btn btn-secondary btn-sm share-x" data-v-b5cbd36c><span data-v-b5cbd36c>X(旧Twitter)でポストする</span></a><a href="https://b.hatena.ne.jp/entry/s/ics.media/entry/200220/" target="_blank" class="btn btn-secondary btn-sm share-facebook" data-v-b5cbd36c><span data-v-b5cbd36c>はてなブックマーク</span></a></div></div><div class="author-info" data-v-da421125 style="--475ed944:staff-konno;" data-v-9742c4dd><div class="author-avatar" data-v-9742c4dd><img src="/_assets/top/staff/ics-staff-konno.png" width="64" height="64" alt="" loading="lazy" data-v-9742c4dd></div><div class="author-desc" data-v-9742c4dd><div class="author-desc-name" data-v-9742c4dd><div data-v-9742c4dd>昆野 史弥</div><div data-v-9742c4dd><!----></div></div><p class="author-desc-script" data-v-9742c4dd>フロントエンドとインタラクションデザインが専門。ジェネラティブアートのような動くもの、音の鳴るものが好き。遺伝や行動への興味から大学では生物を専攻する傍ら、子供向けコンテンツの作成にも勤しんでいた。</p><a href="/entry/staff/konno/" class="btn btn-secondary" data-v-9742c4dd> この担当の記事一覧 </a></div></div></div><aside class="wrap_960 banners" data-v-da421125 data-v-84d78e6a><ul data-v-84d78e6a><li data-v-84d78e6a><a href="/entry/231120/" data-v-84d78e6a><img width="1200" height="640" class="banner-img" alt="バナー:フロントエンドの知識地図" src="/_assets/top/231120_book_banner.jpg" loading="lazy" data-v-84d78e6a></a></li><li data-v-84d78e6a><a href="https://ics-web.jp/recruit/" data-v-84d78e6a><img width="1200" height="640" class="banner-img" alt="バナー:株式会社ICS 採用サイト" src="/_assets/top/190207_recruit_banner.jpg" loading="lazy" data-v-84d78e6a></a></li></ul></aside><aside class="related" data-v-da421125 data-v-c7eaaedb><div class="related-in" data-v-c7eaaedb><h3 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href="/entry/about/" class="" data-v-63cb43db>About</a></li><li data-v-63cb43db><a href="https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdxYknUt8noNJjuuxAIFgnyNL13XpL4MuwQoOrU_inUz8MhGg/viewform?usp=sf_link" target="_blank" data-v-63cb43db> 記事に関するお問い合わせ </a></li></ul></div><div class="site_info-sections_item" data-v-63cb43db><h3 data-v-63cb43db>運営会社について</h3><p data-v-63cb43db> ICSはインタラクションデザイン専門のウェブ制作会社。最先端のウェブテクノロジーを駆使し、オンスクリーンメディアの表現分野で活動しています。 </p><ul data-v-63cb43db><li data-v-63cb43db><a href="https://ics-web.jp/" target="_blank" data-v-63cb43db> 会社サイト </a></li><li data-v-63cb43db><a href="https://ics-web.jp/contact/" target="_blank" data-v-63cb43db> 会社へのお問い合わせ<br class="tablet" data-v-63cb43db>(仕事の相談等) </a></li></ul><p data-v-63cb43db> インタラクションコンテンツの制作に挑戦しながら、互いにスキルを高め合えるスタッフをICSでは募集しています。 </p><ul data-v-63cb43db><li data-v-63cb43db><a href="https://ics-web.jp/recruit/" rel="noopener noreferrer" data-v-63cb43db>採用情報について</a></li></ul></div><div class="site_info-sections_item" data-v-63cb43db><h3 data-v-63cb43db>常に鮮度の高い情報を</h3><p data-v-63cb43db> ICS MEDIAは古い記事でもメンテナンスし続けることで、常に役立つ情報発信を目指しています。 </p><ul data-v-63cb43db><li data-v-63cb43db><a href="/entry/all/" class="" data-v-63cb43db> すべての記事 </a></li><li data-v-63cb43db><a href="/feed/atom.xml" target="_blank" title="ICS MEDIAのRSSをリーダーに登録しよう" data-v-63cb43db> RSS </a></li><li data-v-63cb43db><a href="https://x.com/icsweb" target="_blank" title="ICSのXをフォローしよう" data-v-63cb43db> Xアカウント </a></li></ul></div></div><div class="copyright" role="contentinfo" data-v-63cb43db data-v-4b34f398> Copyright © 2025 <span itemScope="" itemProp="publisher" itemType="https://schema.org/Organization" data-v-4b34f398> ICS INC. </span><br class="mobile" data-v-4b34f398> All Rights Reserved. <br data-v-4b34f398><span class="raw-pages" data-v-4b34f398><div class="raw-pages-item" data-v-4b34f398><a href="/entry/copyright/" class="" data-v-4b34f398>利用規約・免責・著作権</a></div><div class="raw-pages-item" data-v-4b34f398><a 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