BlenderのGeometryNodesでBrainf*ckを実行しよう

@d_etteiu8383です。BlenderのGeometryNodesでBrainf*ckを実行したので、BlenderのGeometryNodesでBrainf*ckを実行する話をします。

Blenderとは

Blender is the free and open source 3D creation suite.
https://www.blender.org/about/

無料の3DCG制作ソフトウェアです。
いろいろできるので3DCG制作以外のために使用している人もいます。

GeometryNodesとは

Geometry Nodes(ジオメトリノード) — Blender Manual

ノードベースの操作でオブジェクトのジオメトリを変更する
https://docs.blender.org/manual/ja/dev/modeling/geometry_nodes/introduction.html

ためのシステムです。
いろいろできるのでジオメトリの変更以外のために使用している人もいます。

僕はというと、シューティングゲームを作ったりしていました。

shooting game with blender geometry nodes simulation zone...#Blender #b3d #GeometryNodes pic.twitter.com/57YZDCqCgs
— eyemono.moe / でって (@eyemono_moe) June 28, 2023

Brainf*ckとは

Brainf*ckは、1993年にUrban Müllerによって作られたプログラミング言語です。いわゆる難解プログラミング言語の一つとして知られており、その命令セットはたった8つの文字から成り立っています。それぞれの文字は、メモリの操作やデータの変更などの機能を持っています。

命令	動作
`>`	ポインタをインクリメントする
`<`	ポインタをデクリメントする
`+`	ポインタが指す値をインクリメントする
`-`	ポインタが指す値をデクリメントする
`.`	ポインタが指す値を出力に書き出す
`,`	入力から1バイト読み込んで、ポインタが指す先に代入する
`[`	ポインタが指す値が0なら、対応する`]`の直後にジャンプする
`]`	ポインタが指す値が0でないなら、対応する`[`の直後にジャンプする

引用: https://ja.wikipedia.org/wiki/Brainfuck#Brainfuckの言語仕様 2023/07/11

これらの命令セットを組み合わせることで、プログラムを作成します。

例: ++++++++[>++++[>++>+++>+++>+<<<<-]>+>+>->>+[<]<-]>>.>---.+++++++..+++.>>.<-.<.+++.------.--------.>>+.>++.(引用: https://esolangs.org/wiki/Brainfuck#Examples 2023/07/11)

上の例では、Hello World!が出力されます。

仕様がシンプルであることから、様々な場面で実装に挑戦する人が生まれています。
初代DOOMみたいなアレです。

この記事の目標

BlenderのGeometryNodesを用い、Brainf*ckのインタプリタぽいものを作る。

Why?

Why not?

できるので、やります。単純にGeometryNodesの使い方を勉強したかったのもあります(そろそろShaderNodes芸人辞めてGeometryNodes芸を身につけたかった)。

戦略

Blender 3.6 LTSから正式実装されたSimulation Nodesを用いることで簡単に実装できそうです。

なお、今回の実装では最適化などは行わず、仕様通りの動作を素直にノードで再現していきました。Blenderのアニメーション再生時に、(約)1命令/1フレームのペースで命令を実行することとします。

Simulation Nodes

Simulation Zone — Blender Manual

Simulation is defined by the “Simulation Zone”, connecting the Simulation Input and Output.

SIM IN
On the first frame, the inputs of the Simulation Input node are evaluated.
In later frames the inputs aren’t evaluated anymore, the node outputs the result of the previous frame.

SIM OUT
The Simulation Output node saves the state for the next frame.
https://www.blender.org/download/releases/3-6/

Simulation Nodesは、シミュレーションの入力と出力を定義するノードです。
Simulation Inputノードへの入力は、最初のフレームでのみ評価され、以降のフレームでは前のフレームの結果が出力されます。Simulation Outputノードは、次のフレームのために状態を保存します(保存しつつ出力もする)。

例えば上記画像のようにノードを組むと、以下のように動作します。

1フレーム目:
1. "シミュレーション入力"ノードの数ソケットへの入力が評価される
  - ここでは"値"ノードからの10.0が評価される
2. "シミュレーション入力"ノードの数ソケットの出力に、1.0を加算する
  - 10.0 + 1.0 = 11.0
3. "シミュレーション出力"ノードの数ソケットに11.0が保存される
4. "シミュレーション出力"ノードの数ソケットから11.0が出力される
2フレーム目:
1. "シミュレーション入力"ノードの数ソケットの出力は、前のフレームで保存された11.0になる
2. "シミュレーション入力"ノードの数ソケットの出力に、1.0を加算する
  - 11.0 + 1.0 = 12.0
3. "シミュレーション出力"ノードの数ソケットに12.0が保存される
4. "シミュレーション出力"ノードの数ソケットから12.0が出力される
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