Gaming Life

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MagicaVoxelで作成した3DモデルをBlender経由でUE4に持っていく方法

 最近MagicaVoxelというボクセルモデリング(3Dドットモデリング)ツールで3Dモデルを制作している。Minecraft感覚でモデルを製作でき、BlenderやMayaと言ったDCCツールよりはるかに覚えることが少ないため、絵が全く描けない自分でも使いはじめて3時間で下部画像程度のクオリティのモデルを制作することが出来た。

 だがこのモデルをBlender経由でUE4にFBX形式でImportするのにかなり苦労してしまった(Blenderの使い方を理解していないせいであるのだが)。色々な人の力を借り、四苦八苦しながらなんとか出来た。そこそこの作業量が多く、すぐやり方を忘れてしまいそうなので、ブログにメモを残しておく。なお、この記事は こちらのブログ をかなり参考にしている。

 最も単純な方法

obj形式でexportしBlenderに取り込む

 MagicaVoxelで作成したモデルをobj形式でexportする

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 Blenderを開き、初期状態で配置されている立方体を削除する

 先程exportしたモデルをimportする。

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調整

 alt+Zでテクスチャを表示する……のだがこのままだと真っ暗になってしまう。

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 原因はライトの位置。右上でLampを選択し、3Dビューでモデルに光が当たるようにうまく配置する。

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 このままのサイズだとロクに使えないのでSキーを押しサイズ調整。調整が終了したらCtrl+Aを押し回転と拡縮を適用する。こうすることで今の回転を(0,0,0)に、拡大縮小を(1,1,1)にすることができる。

UE4にexportする

 ファイルからエクスポート->fbxを選択、設定は変更せず名前を付けて保存する。

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 UE4に移動、コンテンツブラウザに先程書き出したFBXをドラックアンドドロップでImportする。設定を変更せずに「Import All」を押すとモデルとテクスチャとマテリアルが自動生成される。

 完成。

問題点

  • 複雑なモデルの場合ポリゴン数が莫大に増える

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 今回使用した単純な人型位なら問題ないが上の写真くらいになると、ポリゴン数が約14000。流石にこれじゃロクにFPSがでない。

  • 後から質感の調整を掛けるのが難しい

 この方法でImportするとテクスチャにMagicaVoxelで使用したPaletteの色を左から帯状に並べたものが選ばれている。このままでは後からある部分だけ金属っぽい質感にしたいと言ったことが難しく取り扱いにくい。

  • Lightingがうまくいかない

 この方法ではLightingMapを持たないため、Staticだと影が焼き付き真っ黒になってしまう。Movableにすれば解決するのだがなんでもかんでもMovableにするのは問題。

問題点を解消した手法(ply形式でexportする)

Blenderに書き出し

 その後の最適化の都合でMagicalVoxelで作成したモデルを頂点カラーがついている形式であるply形式でexportする。

 Blenderを開き、初期状態で配置されている立方体を削除する。

 先程exportしたplyモデルをimportする。

調整

 alt+Zでテクスチャを表示。ランプの位置を3Dビューでモデルに光が当たるようにうまく配置する。

 Sキーを押しサイズ調整。調整が終了したらCtrl+Aを押し回転と拡縮を適用する。

頂点数を減らす

 編集モードに切り替えツールシェルフにある「重複頂点を削除」を押せば、重複している頂点を削除することができる。これでもまだ余計な頂点が存在するがその作業は後で。

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UV展開しテクスチャを作成する

 続けて「U」キー → 「スマートUV投影」を実行。

 画面上部「スクリーンレイアウトを選択」から、UV Editingを選択する。

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 UV展開されたテクスチャが左画面に表示される。左下の「新規」を押して、新たにテクスチャを作成。名前は適当に決めておく。

 スクリーンレイアウトをDefaultに戻す。プロパティウインドウ内、「レンダー」タブ内のベイクパネルを開く。ベイクモードを頂点色に変更し、ベイクボタンを押す。

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UV Editingレイアウトに戻ると、先程作成したテクスチャに頂点カラーが焼きこまれていることが分かる。

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 このテクスチャをUE4のマテリアルで貼り付けるので個別にpngで書き出しておかねばならない。UV Editingレイアウトの左下にある画像を選択。「画像を別名保存」を押すとpngで保存することができる。

 これで頂点カラーは必要なくなった為、削除する。

 編集モードで全ての頂点を選択してから、Spaceキーを押し検索バーに「頂点色を削除」と入力。実行することで頂点の色を削除することができる。

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頂点数を更に減らし最適化する

 「ポリゴン数削減」モディファイアを追加。

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 平面を選択し、適用。消してほしくない頂点が削除される場合もあるので要注意。

 可能ならここから手動で更に必要ない頂点を削除していく。

FBX Export

 File->Export->FBXを選択。設定は変更する必要はないはず。任意の名前を付け保存する。

UE4でテクスチャを貼り付ける

 ドラックアンドドロップで作成したテクスチャとFBXをImportする(設定は変更しなくて良いはず)。

 取り込んだpngテクスチャを右クリックし「Create Material」を選択。自動でマテリアルが作成される。

 作成したマテリアルをStaticMeshに適用すれば完成。面倒な作業だがここまでやれば描画負荷も高くなく、ライティングもうまくいっているはず。

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SkeletalMeshとしてImportする場合

 SkeletalMeshとしてImportするとどういうわけか全体的に丸い質感になってしまう。そうなった時場合は以下のようにImport Settingを変更してReimportすると治るはず。

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まだ残る問題点

  • 角を見ると他の場所の色がぼんやり滲んでしまっている。遠目で見ても気づくレベルでこれはよろしくない。

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 これはUV展開する際、自動で生成したため、ベイクした色矩形とUV座標が僅かにずれてしまうことに起因している。調べると、とりあえずの解決方法を発見した。

1. スマートUV展開をする際、「島の余白」を0.05に設定する。

2. 頂点色をベイクする際余白を1pxに設定する。

 これで解決。遠目で見ればこれで全く問題なさそう。

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 としたいところだが大きく拡大してみてみるとまだ多少のズレが認められる。

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 これを直す手段は分からなかった。これが自動でUV展開する限界か。Blenderに詳しい方に聞くと、「スクリプトを組めば解決するかも……」との話だが自分には出来ないので誰かやってください。

 以上。UnityにはVoxel Importerなるものがあるらしいが…UE4にもください。

 

TwinStickShooterテンプレートを使ってゲームを作った

 ここ数回のブログでちょっとずつ見せてはいたが漸くゲームが完成した。実質初めて自力で完成させたゲーム。

 見て分かる通り全く面白くないゲームだが一本通して作ることで、今まで良く分かっていなかったUE4の機能を色々勉強することができた。面白さはさておき、「遊べるゲーム」を一本作ってみるのは本当に勉強になると感じた。やらなければ始まらない。

遊び方

<基本ルール>

  • 操作はTwinStickShooterテンプレートそのまま。敵を全滅させると勝利。

  • 攻撃するにはエネルギーを消費し、ゼロになると回復するまで攻撃できなくなる。

  • 敵は数%の確率でHP回復アイテムもしくは3Way攻撃アイテムをドロップする。

  • 3Way攻撃アイテムを拾うと暫くのあいだ弾を同時に3個平行に飛ばせるようになる。

<敵キャラの行動パターン>

  1. 決まりきったポイントを巡回を巡回、プレイヤーを視界に入れるとその場で停止し視界から消えるまで攻撃し続ける

  2. ある範囲(BoxTrigger)をランダムに動き回る。プレイヤーを視界に入れるとプレイヤーのいる方向にいつまでもついていき攻撃し続ける

  3. ゲーム開始時から攻撃しながらプレイヤーの方向に進み続ける

 2と3のAIはビヘイビアツリーのSingle parallelノードを使って実装した。そのうちこれの記事書くかも。

反省

  • 3種類の敵エネミーを作るのにそれぞれCharacterを継承させて作ってしまったので、同じタスク(例えばプレイヤーの方向に向かって攻撃する)を実装するのにわざわざコピーして別のタスクを作り、Castノードを置き換えて…みたいな面倒なことをしてしまった。インターフェースやら親クラスを作っておけば多分こんなことをしなくても良かったと思う。しかしどうやればいいのかよく分かっていない(今必死に調べている…)。

  • ControllerとCharacterと発射する弾と機能の切り分けが下手くそで開発終盤どこに実装したか混乱してしまった。

  • 企画段階で練り込みが甘くあまりに面白くないゲームができてしまった。

まとめ

 何はともあれゲームを完成させることができてよかった。

UE4 UE4で偏りを持った乱数(正規乱数)を生成して敵AIのエイムを適度に散らしてみる

 マケプレのセールで買ったアセットが4.18未対応で泣いた。

 ブループリントで乱数を生成するには、Rand Float in Range 等を使う。で、この ブログ を見ると分かる通り、帰ってくる乱数は例えば1-10までの整数乱数を生成するとだいたいどの数字も同じ確率で出現する。これを一様分布に従う一様乱数って言ったりする。まあ読んで字の如くなので難しくはない。

 しかし一様乱数だけしかBPで使えないってのは不便。例えばコマンド式のRPGドラクエみたいな)でダメージ計算する時、計算結果に乱数を乗じて実際敵に与えるダメージに幅を持たせるといったことをするがこの時乗じる乱数が一様乱数だとどうも違和感が出てしまう。他にも敵キャラが自分に向けて銃で遠くから攻撃する場合、毎回正確にプレイヤーに弾が飛んできたらたまったもんじゃないので乱数を使って照準のズレをもたせたくなる。この場合も一様乱数を使うと外す確率も当たる確率も同じになってしまい、プレイヤーはこれなら殆ど弾飛んでこないし特攻しても大丈夫だろう、と思われかねない(勿論この心理を逆についてプレイヤーとの距離が閾値を超えたら乱数のレンジを狭めエイム精度を大幅に上げるみたいなことも有りだろうが)。

 というわけでゲームで使う乱数はある程度偏りを持っていてほしいとなるのである。それもある値が頻繁に出現する乱数が。

 で作り方。

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 Float型乱数を5個取ってきてその平均をとるだけ。これでMaxとMinのちょうど真ん中の値(Max100,Min-100なら0)付近が頻繁に出現し、MaxとMinに近づくほどその値の出現頻度が低い乱数が生成できる。

 これを応用してTwinStickShooterテンプレートの敵キャラAI(制作の様子は 過去ブログ 参照)。

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 このエネミーはプレイヤーの位置と自身の位置を取得してベクトル減算して攻撃の単位方向ベクトルを得ているのだが、この時使用するプレイヤーの位置ベクトルを「Break Vector」し、X座標の値だけ「GaussRandomFloatInRange」で取得した乱数(エイムの振れ幅)を足してベクトルに戻している。こうすることでエネミーの攻撃を「違和感なく」散らすことができた。


 UE4での偏った乱数の生成方法の話はおしまい。以下ちょっとしたなんでこうなるかの理論の話と本当に偏った乱数を生成できるのかExcelで実験する話なので興味のない方は読み飛ばして頂いて構いません。

なんで偏った乱数になるのか

 ここで擬似的に生成している乱数というのは正規分布に従う乱数、正規乱数と言われるもので、なぜこうなるか説明するには中心極限定理やら大数の法則の話をしなきゃならない。更にいうともっと正確な(厳密に正確ではない。PCで作る乱数はあくまで擬似的なもので真に正しい乱数は作れない)正規乱数を作るには一様乱数から正規乱数を取得できる Box-Muller法(wikipedia) を使ったほうがいいのだがlogやらcosやら出てくるのでBPで実装するのはよろしくない。こんな面倒なことをしなくてもC++の乱数ライブラリstd::random で正規乱数が生成できるらしいが現時点で筆者がC++を書けないのでこのやり方は説明できない(このせいでUE4ソースコードから乱数生成アルゴリズム読み解こうとしたのにさっぱりわからなかった。いつかリベンジしたい)。

 中心極限定理はざっくり言えば

X が平均 μ,標準偏差 σ のある分布に従うならば,大きさ n の無作為標本に基づく標本平均 は,n が無限に大きくなるとき,平均μ,標準偏差 σ/√n の正規分布に近づく。

 とのこと。わかり辛い。ようはある分布に従ってるサンプルを幾つか取ってきて得た平均を並べると正規分布っぽくなりますよって話。ここでは一様分布に従う乱数を5個取ってきて得た平均が正規分布に従っているように見えることを利用して正規乱数を得ていたのである。

Excelで検証

 UE4で検証した方が良いのだろうがBPで実装する時間がないのですぐできるExcelで検証してみた。

○ Rand()で生成した乱数10000個のヒストグラム

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○ ( Rand() + Rand() + Rand() + Rand() + Rand() ) / 5で生成した乱数10000個のヒストグラム

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 確かに正規分布特有の釣鐘型のヒストグラムが得られている。

あとがき

 まだまだUE4を触りだして間もないがBPは偉大だ。しかしやはりC++は知っていると便利。いつか勉強したい(するのだろうか)。

 ちなみに以前乱数について簡単なスライドを作成して公開したので寒いネタのオンパレードですが興味のある方は是非見て下さい。

ai-gaminglife.hatenablog.com

UE4 特定のStaticMeshをナビメッシュの計算対象外にする

 小ネタ。日本語情報が見当たらなかったのでブログに残しておく。

ai-gaminglife.hatenablog.com

 極め本22章23章でLevelに配置した TargetPoint を永遠に巡回するみたいなAIがあるが(上記過去記事参照)、StaticMesh コンポーネントを持った Pawn を件のAIで制御すると動きがおかしくなった。

 (録画ミスでラジオの音源入ってるけど許して)

 それもそのはず。StaticMesh は NavMesh の計算対象なので初期位置に TargetPoint を置くとそこは Actor が入れない場所になってしまい AI Move To が失敗してしまうから。

 これは StaticMesh コンポーネントの Colision -> Can Ever Affect Navigation のチェックを外せばいいだけ。こうすると

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 問題解決。


 UE4で制作しているというアークの新作格闘ゲームドラゴンボールファイターズの新PVが発表されましたが、あれは本当に同じエンジンを使っているのだろうか……当然専用ツールやエンジン改造をしてるでしょうがそれでも信じられない。レイヤーズストーリーゼロといい日本のゲーム会社からUE4で制作されたセルアニメ風の映像が沢山登場していて今後も楽しみ。和ゲーで育ってた人間なのでここ2年くらいの和ゲー大躍進が嬉しい。

UE4 DelayとForLoopについて色々実験した

 ゲーム作ってると数秒おきにアクションを起こす、みたいなことをしたくなる。SideScrollerテンプレートだとこれをSet Timer By Function Nameを使って解決してるが直感的にはForLoopのLoop Bodyに処理とDelayを置いて解決したい。だがこの方法ではうまくいかないことはUE4を多少触ったことがある人はわかると思う。

 というわけでDelayとForLoopを組み合わせた実験をしてみた。まだ完全な理解に至ってるわけじゃないが実験を通じなんとなくはDelayのことがわかったので実験結果を簡単にまとめてみる。

実験

 ForLoopとSequenceとPrintStringとDelayを色々組み合わせてPrintの表示の様子をみる。以降「0.2秒間を開ける」を「0.2s」と表記する。

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結果:Hello->Hello->Hello->Worldと間をおかず表示される

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結果:World->0.2s->Hello

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結果:Hello->Hello->Hello->World->0.2s->Hiroyuki

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結果:0.2s->Hello->0.3s->World

5 f:id:ai_gaminglife:20171216141734p:plain

結果:0.2sec->World->0.3s->Hello

6 f:id:ai_gaminglife:20171216141850p:plain

結果:0.2s->Hello->0.3s->World

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結果:0.2s->World->0.3s->Hello

 これだけ結果を見せればDelayがどんな挙動をするかは分かるはず。某ブログではDelayを「中断処理」ではなく「登録処理」と考えるとよいと書いてあったがまさにそのとおりだと思う

それでも

 Set Timerは個人的にわかりにくいのでちゃんとDelayで待ってからLoop Bodyの処理を順にできるFor Loopがほしい。そこで更に調べるとこんなマクロを組めば直感どおりの挙動をしてくれることが分かった。

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 とりあえずFor loop With Delayと名付けた。これを使えば

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結果:Hello->0.2s->Hello->World->0.2sec->Hello

と表示される。

 しかしこのマクロもそこそこ複雑なのでやはりSet Timerを使ったほうがよいという結論に至った。

 (12/18追記)

 Twitterですごくいい方法を教えてもらった。

 知らなかった…すごくいい方法なので今後これを使っていきたい

UE4 ビヘイビアツリーで巡回+攻撃する敵AIを作るのに苦労した話

 UE4にはビヘイビアツリーと呼ばれるAIを簡単に作れる機能がある。 人工知能の作り方 によるとXBoxで2004年に発売された『Halo2』の開発のため発案、GDCで発表されて以降ゲームAIの分野に置いて最もポピュラーな方法として確立されたらしい。

 ビヘイビアツリーではキャラクターの行動をBehavior(日本語で振る舞いという意味)を基本として捉えツリー構造で表現する。原理としては、ルート(根)から実行順序を決める中間ノードを介して、枝の末端に実際の振る舞いを記述。中間ノードに従い末端の振る舞いを順に実行するだけの実にシンプルなもの。UE4ではこのツリー構造を視覚的に作ることができるので非常に楽にAIを実装することができる……というのが初心者なりの理解。  ビヘイビアツリーの更に詳しい原理や成り立ちは前述の本を読めばだいたい理解できるし、UE4での実装の仕方は皆大好き極め本や 公式のクイックスタートガイド(日本語化されている)を見れば大丈夫。

 だと思ってた。

 極め本や公式クイックスタートガイドを見ながら、上記程度の単純なAIを実装できたがツイートの日付を見ればわかる通りたったこれだけでかなりの時間を要してしまった。復習のため、また、今後勉強を始める方の為に躓いた点と解決策を書いておく。

実装したい機能

  • 使用テンプレート: TwinStickShooter
  • バージョン: UE4 ver4.18.1
  • 普段は指定の巡回ポイントを順に回る。巡回ポイントについたらその場で数秒停止。周りを監視する
  • プレイヤーを発見したら1秒程度停止する(攻撃準備の表現)。その後その場にとどまり0.2秒刻みでProjectileを発射して攻撃する
  • プレイヤーが視界から消えたら攻撃を止め5秒その場で停止、見つからなければ巡回行動に戻る

 完成版ビヘイビアツリー(画像)

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1.宙に浮いているキャラクターの移動

 極め本や公式のチュートリアルでは地面に足を付けたCharacterを動かしているのでそのままナビメッシュを利用すれば移動できる。だが今回使用するTwinStickShooterテンプレートは宙に浮いているPawnのためそのままではナビメッシュを利用できない。「Move to Location」や「Move to Actor」の「Use PathFinding」のチェックを外せばナビメッシュなしに移動できるのだが直線的にしか移動できないので後で不具合が起きそう。そもそもこの問題に直面していた時チェックを外しても移動すらできなかった。

 これは画像のようにCharacterクラスを無理やり使って解決した。

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 見た目上宙を浮いていればいいじゃないかと考えCharacterクラスのSkeltal Meshを空(カラ)に、新たにStatic Meshコンポーネントを追加してコリジョンを画像のように置いて解決した。ちなみに「Use PathFinding」のチェックを外しても動かなかったのはCharacter Movement Componentを追加するのを忘れてただけだった(なんじゃそれ)。

2.プレイヤーを最初に発見した時のみ起こす行動の分岐方法

   プレイヤーを最初に見つけた時のみ構えの動作をとってから(まだ構えのモーションは未実装)攻撃に移行させようとしたのだがこの分岐をどうやればいいのか最初は全くわからなかった。

 今回はブラックボードに新たにBool型Key「FirstSearch」を追加して解決。

 AIControllerで「Set Value as Bool」を使ってTrueに初期化しておき、   f:id:ai_gaminglife:20171213212501p:plain

 自作のデコレータ「TrueCheck」「FalseCheck」でKeyの情報を取ってきて分岐させた。

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(PerfomConditionCheckAI関数をオーバーライドしている)

 後は適切なときに「FirstSearch」をTrue/Falseに切り替えれば良いだけ。

 3.IsAtLocationについて

 チュートリアルのこの頁 では「IsAtLocation」というデコレータを使っているのだが これがどういう意味なのかわからない。未だによくわからないので今回は使わなかった。(どなたか教えてくださると助かります)

(追記)alweiさんにTwitterで教えて頂きました

 だそうです。確かにこれは便利だ…時間があればこれを使ったものも作りたい。

 

4.Projectileをプレイヤーが視界にいる間連射する

 これはビヘイビアツリーのAttackタスク内で以下の画像の通りにして実現した。

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 プレイヤーの位置を格納している「TargetLocation」から自身のLocationを引いて正規化(normlize)した値と「FindLookatRotation」で自身からプレイヤーへの向きを得て「FireShot」関数を呼び出す。  FireShotの中身はこんな感じ。ほぼテンプレそのまま。 f:id:ai_gaminglife:20171213212558p:plain f:id:ai_gaminglife:20171213212616p:plain

 このAttackタスクを実行後にWaitタスクが実行されるように置いて、連射できるようにした。

まとめ

  「IsAtLocation」デコレータや タスク内でTimerやDelayを実行するとどういう扱いになるかなどまだ良くわからないところもあるがとりあえずここまでで最低限やりたかった機能が実装できた。独自の方法のためもっと効率のいい方法はあると思うががむしゃらにやってみると案外うまくいくのでとりあえず効率無視でやってみる、と言うのが大切だと改めて感じた。

 12月中にはこのゲームを遊べるようにしたい。

ゲーム向けな美味しい乱数を生成する

 色々思うところがあって乱数について学んだことをスライドにまとめてみた。

 本来大学のLT大会で発表予定だったのですが長過ぎるのでブログで公開する。(次回のLT大会でこれのショートor発展verをやる予定)

 ネタが多めだが数式は殆ど使ってないので読みやすいはず。感想、間違ってるとこなどあればコメントTwitterで教えてください。