マップタイルとは？概要とデータ量について

　基礎的な内容にはなりますが、マップタイルについてまとめてみました。

マップタイルについて

　マップタイルの概念は Google によって提案され、2005 年の Google Map サービス開始以来、多くの地図サービスで利用されてきました。マップタイルとは、広域を表示するときは荒くて面積が広い画像を読み込み、詳細を表示するときは緻密で面積の狭い画像を読み込むことで、オンライン地図の表示の高速化を図っています。

　まず、もっとも広域を表示する場合、すなわちズームレベル０の場合は、殆ど世界全体が収まる正方形の画像を読み込みます。このとき、正方形の一辺は 256 ピクセルとなっています。
　

　次に、ズームレベル１の場合、ズームレベル０の画像を縦横２等分した画像を読み込みます。このとき、各正方形の１辺は 256 ピクセルのままであり、赤道上は 256 × 2 = 512 ピクセルを使って表示することができます。

　ズームレベル２の場合は、ズームレベル１の画像を更に縦横２等分した画像を読み込みます。このようにすると、赤道上は 256 × 4 = 1024 ピクセルを使って表示できます。

　つまりズームレベルを上げていけば、ドンドン詳細な地図を表現できるようになります。ズームレベル17 で赤道上における１ピクセルあたりの長さが１m 程度となり、ズームレベル 24 で 1 cm 以下となります。詳細な地図になるほど表示範囲は狭くなるため、端末上で読み込む画像の枚数自体は大きく変化しません。

図4.赤道における１ピクセルあたりの長さ

　より具体的なイメージがわくように、マップ上に各タイルのズームレベルとタイル座標を表示するようにしてみました。
　マップタイルは、北極/南極付近の描画を諦め、メルカトル図法の地図を正方形として扱い、分割を繰り返すことで、求めるズームレベルに対する地図表示を可能にする、シンプルで優れた手法だといえます（Web メルカトル図法等とも呼ばれます）。
　

Leaflet

図5.各マップタイルのズームレベルと座標

　以上の説明は、適宜画像を読み込んでいく「ラスタタイル」と呼ばれるマップタイルになります。このような方式だと、ズーム切り替え時の画像切り替わりがシームレスでない、ズームレベル固定のまま拡大するとぼやけてしまう、ファイルサイズが大きくなりがちになる、といった問題点もあります。そのため、近年ではベクトルデータをタイル状に区切った「ベクトルタイル」なるものも普及してきています。
　

タイルのデータ量について

　マップタイルを使うとき、ズームレベルを大きくすると詳細な表現が可能になりますが、一方で必要なタイル数も急速に大きくなります。図6 はズームレベルと必要なタイル数の関係を示していますが、全世界でズームレベル０～１８をカバーしようとすると 916 億枚ものタイルが必要になることが分かります。

図5.最大ズームレベルと必要なタイル数

　OpenStreetMap のズームレベル０のタイルを参考にして、１枚あたりのタイルのデータ量を 8 kB とすると、単純計算で 8 kB × 916 億 = 732 TB ものストレージが必要ということになります。もちろん、海の部分などはデータ量が少なくなるものの、TB オーダのストレージは必要になってくると思います。

　OpenStreetMapの利用者ガイド (p.109) によると、マップタイルを管理する上で要求されるサーバースペックは以下の通りです。

• 小規模なエリア用：10-20GB のストレージ、4GB のメモリ
• 都市などの地域用：ストレージ 300GB 、メモリ 24GB のデュアルコアプロセッサ
• 全世界用：クアッドコアプロセッサ

　以前ラスタタイルをディレクトリ形式でズームレベル 10 までダウンロードしたことがありますが、その時の容量は 2.6 GB ぐらいでした。140 万タイルが必要なので、一枚当たり 2 kB ぐらいの計算になりますね。ちなみに、レンタルサーバーに設置しても、ズームレベル9 までしか表示されませんでした（原因は謎です）。

　なお、前述のようにベクトルタイルにすると容量は小さくなります。ファイル数（タイル数）が非常に大きくなるとも説明しましたが、マップタイルを１ファイルにまとめてしまう、MBTiles や PMTiles といったファイル形式も存在します。以下に PMTiles の作成方法をまとめておりますので、興味がある方はご覧になってください。

　国境線データの PMTiles を作成したところ、ズームレベル 5 で 4 MB、ズームレベル 8 で 45 MB、ズームレベル 10 で 221 MB、ズームレベル 11 で 318 MB、ズームレベル 14 で 4.96 GB でした。国境線に絞っているので当然軽くはなりますが、目的に合わせてうまくデータを絞っていくことで、ファイルは小さくできるかなと思います。

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