mosaic: ベクトルタイルを再構築するための Rubyコマンド（構想）

## イントロダクション

モダンなウェブ地図における地理空間情報技術は、私たちの生活に欠かせないものとなりました。しかし、その背後には複雑なデータ構造や最適化が隠されており、地図の開発者にとっては取り扱いが難しい課題となっています。そこで、国連スマート地図グループの実践共同体である、私たちスマート地図道場は、ウェブ地図の地理空間情報技術のオープンな普及を目指し、新たな可能性を切り拓くツール「mosaic」を提案します。

### スマート地図道場の理念

スマート地図道場は、地理空間技術のオープンな発展を見据えています。共同体の成長を意識したうえで、従来の枠に囚われず、革新的なアイデアや手法を追求することを技術者に奨励します。また、地図の普及を通じて社会に貢献することを志し、地理空間情報技術を明確でわかりやすく情熱的に説明することで、他の参加者が共同体に参加し、共有されたビジョンに参画しやすくなることを目指します。

### mosaicの役割と目的

mosaicは、ベクトルタイルを再構築することに貢献することを目指したRubyコマンドラインツールです。ベクトルタイルは、地理情報を効率的に表現し、ウェブ地図の表示パフォーマンスを向上させるための重要な技術です。mosaicは、地理院最適化ベクトルタイルからGeoJSON Text Sequenceへの変換を行うことで、地図データの再構築を可能にします。

### ツールの基本構想

mosaicの基本構想は、地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルを解析し、国土地理院最適化ベクトルタイルのURLに置き換えることで、最適化ベクトルタイルをダウンロードすることにあります。さらに、ユーザーはオプションを使い、出力されるタイルのズームレベルの範囲を制御できます。これにより、必要なデータのみを取得し、無駄な処理を省くことができます。

無駄がない、ということは、データの利用者にとっても、データの提供者にとっても有用です。

mosaicはUNIX哲学に則り、既存のUNIXツールを効果的に活用しています。ベクトルタイルの変換にはTippecanoeを使用し、RubyのOptionParserを利用して柔軟なコマンドラインオプションの指定が可能とします。このツールは汎用性を重視し、ベクトルタイルの再構築に限らず、様々な用途に応用することができます。

次の章では、mosaicの実際の使い方とツールの機能についてより詳細に説明していきます。mosaicを理解することによって、ウェブ地図の発展に貢献する準備はできましたか？それでは、次章に進みましょう。


## ツールの基本構想

### mosaicコマンドの特徴と目標

mosaicは、地理院最適化ベクトルタイルからGeoJSON Text Sequenceへの変換を行うRubyコマンドラインツールです。ベクトルタイルは、地理情報を高効率で表現するための手法であり、ウェブ地図の表示パフォーマンスを向上させる重要な技術です。mosaicは、こういったベクトルタイルデータをユーザーサイドから再構築するためのツールを提供することで、ユーザーのニーズに応じたより柔軟な地図の表示と利用を実現するに寄与することを目指しています。

ツールの主な特徴は次の通りです：

1. **地理院最適化ベクトルタイルの解析**: ユーザーはmosaicに地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルのURLを指定します。ツールはこのファイルを解析し、国土地理院最適化ベクトルタイルのURLを抽出します。

2. **柔軟なコマンドラインオプション**: mosaicはRubyのOptionParserを活用して、ユーザーがコマンドラインオプションを指定することで、処理するタイルの範囲や出力形式などを柔軟にカスタマイズできます。

3. **UNIX哲学に基づくシンプルな設計**: ツールは既存のUNIXツールを有効活用し、シンプルかつ効率的な設計を追求しています。Tippecanoeを使ったベクトルタイルの変換に加え、他のUNIXコマンドとの連携も可能です。

mosaicの目標は、以下の通りです：

- ユーザーが簡単に地理院最適化ベクトルタイルを再構築できるような使いやすいツールを提供すること。
- ベクトルタイルのダウンロードと変換を効率化し、ウェブ地図の表示パフォーマンスを向上させること。
- 高い汎用性を持ち、他のプロジェクトや用途にも応用できる拡張性を備えること。

### ベクトルタイル構築の基本概念とアプローチ

ベクトルタイルは、地理情報をベクトルデータとしてエンコードし、タイル形式で効率的に配信する技術です。通常、地理院最適化ベクトルタイルは、地理院が提供する地理情報をより小さなサイズに最適化したものであり、ネットワーク帯域を節約しつつ高速な地図表示を実現しています。

mosaicのアプローチは、ユーザーが提供するmokuroku.csv.gzファイルから国土地理院最適化ベクトルタイルのURLを取得し、Tippecanoeを使ってこれらのタイルをGeoJSON Text Sequence形式に変換することです。GeoJSON Text Sequenceは、JSONオブジェクトを連続して格納した形式であり、ベクトルタイルを再構築する上で基礎的なフォーマットです。

また、mosaicはユーザーがコマンドラインオプションを指定することで、処理するタイルの範囲や出力形式などを自由にカスタマイズできます。ユーザーは必要なズームレベルの範囲を指定することで、必要なデータのみを取得し、処理時間やファイルサイズを最小限に抑えることが可能です。

ベクトルタイルの構築において、mosaicはスマート地図道場の理念に基づき、柔軟性と効率性を兼ね備えたツールとして、新たな地理空間情報技術の可能性を探求しています。次章では、具体的なコマンドオプションや動作例を通じて、mosaicの活用方法をより詳細に説明していきます。


### 地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルの取得と解析方法
地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルは、地理院地図Vectorタイルに関連するメタデータが記録されたファイルです。このファイルを取得して解析することで、mosaicコマンドが処理するタイルのURLを特定することができます。以下では、取得と解析の手順を簡潔に説明します。

### 地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルの取得

mokuroku.csv.gzファイルは国土地理院のウェブサイトから提供されています。

### ファイルの解凍と解析

取得したmokuroku.csv.gzファイルを解凍しつつ、CSVファイルとして解析します。CSVファイルには、タイルのズームレベル、x座標、y座標、およびタイルのURLが記録されています。

mosaicコマンドは、解析したCSVファイルからタイルのURLを取得し、後続の処理に使用します。


## Tippecanoeの準備とその役割について

Tippecanoeは、ベクトルタイルを生成するための強力なツールであり、mosaicコマンドにおける重要な役割を果たします。この章では、Tippecanoeの準備とその役割について詳しく解説します。

### Tippecanoeとは?

Tippecanoeは、Mapbox社が開発したオープンソースのツールで、地理情報データをベクトルタイルに変換することができます。ベクトルタイルは、地理情報を効率的に表現し、ウェブ地図の高速表示やインタラクティブなマッピング体験を実現するためのフォーマットです。

### Tippecanoeの役割

mosaicコマンドでは、Tippecanoeを使って地理院最適化ベクトルタイルをGeoJSON Text Sequence形式に変換します。具体的には、以下のような役割を果たします：

1. **地理院最適化ベクトルタイルからGeoJSON Text Sequenceへの変換**: mosaicコマンドは、解析したmokuroku.csv.gzファイルから得られた地理院最適化ベクトルタイルのURLをTippecanoeに渡します。TippecanoeはこれをGeoJSON Text Sequence形式に変換します。このフォーマットは、ベクトルタイルを連続して格納することでデータサイズを最小限に抑え、高速なデータの読み込みを実現します。

2. **柔軟な設定オプション**: Tippecanoeは多くの設定オプションを持っており、ユーザーはベクトルタイルの精度やデータサイズ、表示の詳細度などを細かく調整することができます。mosaicコマンドはこれらの設定オプションをカスタマイズしてTippecanoeに渡すことで、ユーザーが望むベクトルタイルの出力を実現します。

### Tippecanoeの準備

Tippecanoeを使用するためには、事前にTippecanoeをインストールする必要があります。Tippecanoeのインストール方法は、OSや環境によって異なりますが、一般的には公式のGitHubリポジトリからソースコードを取得してビルドするか、パッケージマネージャーを利用してインストールすることができます。

mosaicコマンドでは、Tippecanoeの実行ファイルのパスを指定することで、Tippecanoeを呼び出します。これにより、ベクトルタイルの変換とGeoJSON Text Sequenceへの再構築が行われます。

### まとめ

Tippecanoeは、mosaicコマンドにおいて重要なベクトルタイルの変換ツールです。ユーザーが指定した地理院最適化ベクトルタイルをGeoJSON Text Sequenceに変換することで、より効率的で高速なウェブ地図表示を実現します。Tippecanoeの準備が整いましたら、次章ではRubyのOptionParserを活用したコマンドラインオプションについて解説します。


## RubyのOptionParserを活用したコマンドラインオプション

RubyのOptionParserを活用したコマンドラインオプション

mosaicコマンドは、ユーザーが地理院最適化ベクトルタイルのmokuroku.csv.gzファイルのURLや出力するベクトルタイルの範囲を柔軟に指定できるように、RubyのOptionParserを活用しています。OptionParserはRubyの標準ライブラリであり、コマンドラインオプションの解析や簡単なヘルプの表示を行う際に便利なツールです。以下では、mosaicコマンドが使用するコマンドラインオプションについて解説します。

**コマンドラインオプションの一覧**

mosaicコマンドでは、以下のコマンドラインオプションを利用できます：

1. `--mokuroku-url URL`：地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルのURLを指定します。デフォルトは、`https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/experimental_bvmap/mokuroku.csv.gz`です。

2. `--template-url URL`：国土地理院最適化ベクトルタイルのテンプレートURLを指定します。デフォルトは`https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/optimal_bvmap-v1/{z}/{x}/{y}.pbf`です。

3. `--minimum-zoom ZOOM`：出力するベクトルタイルの最小ズームレベルを指定します。デフォルトは最小ズームレベル4です。

4. `--maximum-zoom ZOOM`：出力するベクトルタイルの最大ズームレベルを指定します。デフォルトは最大ズームレベル16です。

**OptionParserの活用**

mosaicコマンドでは、OptionParserを使用してこれらのコマンドラインオプションを解析します。以下は、OptionParserを活用したコードの一例です：

```ruby
require 'optparse'

# デフォルトのオプション
options = {
  mokuroku_url: 'https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/experimental_bvmap/mokuroku.csv.gz',
  template_url: 'https://cyberjapandata.gsi.go.jp/xyz/optimal_bvmap-v1/{z}/{x}/{y}.pbf',
  minimum_zoom: 4,
  maximum_zoom: 16
}

OptionParser.new do |opts|
  opts.banner = "Usage: mosaic [options]"

  opts.on("--mokuroku-url URL", "地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルのURLを指定") do |url|
    options[:mokuroku_url] = url
  end

  opts.on("--template-url URL", "国土地理院最適化ベクトルタイルのテンプレートURLを指定") do |url|
    options[:template_url] = url
  end

  opts.on("--minimum-zoom ZOOM", Integer, "出力するベクトルタイルの最小ズームレベルを指定") do |zoom|
    options[:minimum_zoom] = zoom
  end

  opts.on("--maximum-zoom ZOOM", Integer, "出力するベクトルタイルの最大ズームレベルを指定") do |zoom|
    options[:maximum_zoom] = zoom
  end
end.parse!

# 解析したオプションの表示（デバッグ用）
puts options.inspect
```

上記のコードを実行すると、mosaicコマンドのコマンドラインオプションを解析し、オプションの内容が表示されます。

コマンドラインオプションを利用することで、ユーザーはmosaicコマンドの挙動を柔軟にカスタマイズできます。最小ズームレベルや最大ズームレベルの制御、テンプレートファイルの指定などにより、mosaicコマンドの活用範囲が広がります。


## GeoJSON Text Sequenceへの変換とTippecanoeとの連携
mosaicコマンドは、地理院最適化ベクトルタイルのから生成したGeoJSON Text Sequenceを出力します。

### GeoJSON Text Sequenceとは？
GeoJSON Text Sequenceは、複数のGeoJSONデータを連続して格納する効率的なフォーマットです。

### Tippecanoeとの連携
mosaicコマンドの出力はTippecanoeに渡すことを狙っています。TippecanoeはGeoJSON Text Sequenceから、効率的にベクトルタイルを生成します。

この連携により、mosaicコマンドをツールとして用いることで効率的で高速なウェブ地図を構築することができます。Tippecanoeのパワフルな機能を活用し、技術者が柔軟な設定を行えるようになっています。



## Tippecanoeを使ったPMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージの生成
mosaicコマンドでは、まずGeoJSON Text Sequenceを生成し、それをパイプ経由でTippecanoeに送り込むことで、PMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージを生成します。

1. **GeoJSON Text Sequenceの生成**: mosaicコマンドは、地理院地図Vectorタイルのmokuroku.csv.gzファイルから取得したタイルのURLを解析し、Tippecanoeが理解できるGeoJSON Text Sequence形式に変換します。GeoJSON Text Sequenceは、効率的なデータの転送や読み込みを実現するために複数のGeoJSONデータを連続して格納します。

2. **PMTiles形式の生成**: mosaicコマンドは、生成したGeoJSON Text Sequenceをパイプ経由でTippecanoeに送り込みます。Tippecanoeは受け取ったGeoJSON Text Sequenceデータを処理し、PMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージを生成します。PMTiles形式は、ベクトルタイルを効率的にパッケージ化し、配布や共有を容易にするためのフォーマットです。

3. **カスタム設定の適用**: Tippecanoeを使用する際、ユーザーはカスタム設定を指定することができます。これにより、ベクトルタイルの精度、表示範囲、タイルの最小・最大ズームレベルなどを調整することができます。mosaicコマンドはTippecanoeのカスタム設定を活用して、PMTiles形式のパッケージをより最適化された形で生成します。

4. **PMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージの出力**: TippecanoeがGeoJSON Text SequenceデータをPMTiles形式に変換した後、mosaicコマンドは最終的なPMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージを出力します。これにより、ユーザーは1つのファイルに全てのベクトルタイルデータを含んだパッケージを手に入れることができます。

PMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージは、効率的な地理情報データの配布と共有を容易にし、高速でインタラクティブなウェブ地図を実現します。ユーザーがTippecanoeのカスタム設定を調整することで、さまざまな地図表示のニーズに対応できる柔軟性を持っています。

## mosaicコマンドの構想段階
mosaicコマンドは、スマート地図道場の理念に基づいて生まれたツールであり、地理院最適化ベクトルタイルを効率的に処理し、高性能なウェブ地図を構築することを目指しています。初期段階では、以下のコンセプトに基づいて構想されました。

1. **汎用性とオープンソース性**: mosaicコマンドは、汎用性が高くオープンソースのツールとして開発していきます。ユーザーがさまざまな環境やプロジェクトで利用できることを重視し、コミュニティと共に成長することを目指しています。

2. **UNIX哲学への則り**: UNIX哲学に従い、既存のUNIXツールをツールボックス的に活用しています。モジュール性とシンプルなインターフェースを重視し、各機能を独立させることで柔軟性と拡張性を持たせています。

3. **地理空間情報技術の普及**: スマート地図道場の理念に従い、地理空間情報技術のオープンな普及を目指しています。ベクトルタイルデータの効率的な処理により、高速でインタラクティブなウェブ地図を実現し、地理情報データの利用を促進します。

mosaicコマンドは、地理空間情報技術のオープンな普及を促進するスマート地図道場の一翼を担い、地理情報データの効率的な処理と高性能なウェブ地図の構築を支援しています。ユーザーのフィードバックとコミュニティの参画により、より進化したツールとして成長し続けることでしょう。

## おわりに
スマート地図道場は、地理空間情報技術のオープンな普及を目指し、技術者や愛好者が共に学び合い、新たな地図体験を創造する場です。mosaicコマンドはその一端を担い、地理院最適化ベクトルタイルからPMTiles形式のカスタムベクトルタイルパッケージを生成するツールとして誕生しました。

みなさんのご協力と参加がなければ、mosaicコマンドの成長とさらなる進化はあり得ません。スマート地図道場の共同体に参加し、意見交換や情報共有を行うことで、mosaicコマンドはより優れたツールとして発展していくでしょう。

もし興味を持っていただけたら、是非スマート地図道場の一員として参加してください。地理空間情報技術の普及に寄与し、ウェブ地図の未来を共に築く素晴らしい体験が待っています。あなたの熱意と知識が共同体にとって貴重な貢献となることを心より願っています。

一緒に未来の地図を創り上げましょう！スマート地図道場への参加を心からお待ちしています。

## 参考文献
- [地理院地図Vector（仮称）提供実験](https://github.com/gsi-cyberjapan/gsimaps-vector-experiment)
- [最適化ベクトルタイル試験公開](https://github.com/gsi-cyberjapan/optimal_bvmap)