【Swift】PencilKitをマスターするための20選の手引き – JPSM

【Swift】PencilKitをマスターするための20選の手引き

PencilKitのロゴと、手書き文字で「PencilKit」の文字Swift

 

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はじめに

近年、デジタル手書きのニーズは急速に増加しています。

特に、AppleのPencilKitは、iOSやmacOS上での手書きアプリケーションの開発において非常に有用なツールとして認知されています。

この記事では、SwiftのPencilKitを使った手書き機能の実装ガイドを紹介します。

20の詳細なサンプルコードとともに、基本から応用、カスタマイズ方法までを徹底解説します。

あなたもPencilKitをマスターして、高品質な手書き機能をアプリに実装する手助けとしてください。

PencilKitがどれほど優れたライブラリなのか、その特長や概要から詳しく見ていきましょう。

●PencilKitとは

PencilKitは、Appleが提供する手書き描画のためのフレームワークです。

このフレームワークを使用することで、簡単に手書きのドローイングやアノテーション機能をiOSやmacOSのアプリに実装することができます。

特に、Apple Pencilとの組み合わせにより、非常に滑らかでリアルタイムの手書き描画を実現することができます。

○PencilKitの概要と特長

PencilKitはiOS 13から導入され、それ以降のバージョンで利用可能となっています。

ここでは、PencilKitの主な特長を解説します。

  1. 高い互換性:PencilKitは、iPadOS、iOS、macOSで利用できるため、幅広いデバイスでの手書き機能の提供が可能です。
  2. リアルタイムの手書き:Apple Pencilとの組み合わせで、リアルタイムの高精度な手書きを実現します。筆圧や傾きを感知し、それに応じた描画ができます。
  3. 豊富なツール:ペン、鉛筆、マーカー、消しゴムなど、多彩な描画ツールが提供されます。これにより、ユーザーは自分の好みやニーズに合わせてツールを選択することができます。
  4. カスタマイズの自由度:デフォルトのツールや色以外にも、独自のブラシや色のカスタマイズが可能です。
  5. 簡単な実装:PencilKitは、Swiftを用いて簡単にアプリに組み込むことができます。初心者でも無理なく取り組めるのが特長です。

このように、PencilKitは手書きアプリケーションの開発において非常に有用なツールとして多くの開発者から支持されています。

その理由は、上記の特長だけでなく、Appleが提供する豊富なドキュメンテーションやサンプルコードにより、開発者が迅速かつ簡単に高品質な手書き機能を実装できるからです。

●PencilKitの基本的な使い方

PencilKitは、iOS 13以降で利用可能となったフレームワークで、Apple Pencilを使用した手書き機能の実装を容易に行えるように設計されています。

特に、iPadOSにおいては、手書き入力やイラストの描画に最適化されており、多くの開発者が注目する機能の一つとなっています。

それでは、PencilKitを使った基本的な設定から具体的な使用方法までを詳しく解説していきましょう。

○サンプルコード1:PencilKitの初期設定

このコードではPencilKitを使ってアプリケーションの初期設定を行うコードを表しています。

この例では、PKCanvasViewを作成し、Viewに追加しています。

import PencilKit
import UIKit

class ViewController: UIViewController {

    private var canvasView: PKCanvasView!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        self.view.addSubview(canvasView)
    }
}

このコードの実行後、画面全体にPKCanvasViewが表示され、Apple Pencilや指での手書きが可能となります。

○サンプルコード2:キャンバスの設定

このコードでは、PencilKitのキャンバスの基本的な設定を行うコードを表しています。

この例では、背景色やキャンバスの大きさなどの基本設定を変更しています。

import PencilKit
import UIKit

class ViewController: UIViewController {

    private var canvasView: PKCanvasView!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        canvasView.backgroundColor = UIColor.lightGray
        canvasView.contentSize = CGSize(width: 2000, height: 2000)
        self.view.addSubview(canvasView)
    }
}

このコードを実行すると、キャンバスの背景色が薄い灰色に変わり、キャンバスのサイズが2000×2000ピクセルに設定されることが確認できます。

○サンプルコード3:ツールピッカーの使用

このコードでは、PencilKitのツールピッカーを使用して、ユーザーが自由に描画ツールを選択できるようにするコードを表しています。

この例では、ツールピッカーを表示し、選択したツールでキャンバス上に描画しています。

import PencilKit
import UIKit

class ViewController: UIViewController, PKToolPickerObserver {

    private var canvasView: PKCanvasView!
    private var toolPicker: PKToolPicker!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        self.view.addSubview(canvasView)

        toolPicker = PKToolPicker.shared(for: self.view.window!)
        toolPicker.setVisible(true, forFirstResponder: canvasView)
        toolPicker.addObserver(canvasView)
        canvasView.becomeFirstResponder()
    }
}

このコードを実行すると、画面下部にツールピッカーが表示されます。

ツールピッカーからペンや鉛筆、ハイライターなどの描画ツールを選択することで、そのツールを使ってキャンバスに手書きすることができます。

●PencilKitでの手書き機能の実装

PencilKitは、Appleが提供するフレームワークの一つで、Apple Pencilを活用した手書きや描画を簡単に実装できる強力なツールです。

手書き機能をアプリに組み込む際の基本的な流れとしては、PencilKitをプロジェクトに導入し、必要な設定を施した後、手書きを行いたい部分でPencilKitのAPIを呼び出す、という手順となります。

今回は、手書き機能の実装方法について、サンプルコードを交えながら詳しく解説していきます。

○サンプルコード4:ペンツールでの書き込み

このコードでは、PencilKitを使用してペンツールでの書き込みを行う方法を表しています。

この例では、キャンバス上にペンで線を引く操作を実現しています。

import PencilKit

// PKCanvasViewのインスタンスを生成
let canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)

// ペンツールを設定
let penTool = PKInkingTool(.pen, color: .black, width: 5)

// ツールをキャンバスにセット
canvasView.tool = penTool

// キャンバスをViewに追加
self.view.addSubview(canvasView)

このサンプルコードを実行すると、指定したViewの範囲にキャンバスが表示され、ペンツールを使って手書きができるようになります。

○サンプルコード5:消しゴムツールの使用

このコードでは、PencilKitの消しゴムツールを使って、キャンバス上の描画を消去する方法を表しています。

この例では、消しゴムツールを選択して、手書きされた部分を消去する操作を実現しています。

// 消しゴムツールを設定
let eraserTool = PKEraserTool(.vector)

// ツールをキャンバスにセット
canvasView.tool = eraserTool

このサンプルコードを実行すると、キャンバス上で消しゴムツールを使って描画を消去することができます。

○サンプルコード6:色の選択とカスタマイズ

このコードでは、PencilKitで色を選択し、その色をカスタマイズする方法を表しています。

この例では、赤色のペンをカスタマイズして、異なる太さの線を引く操作を実現しています。

// 赤色のペンツールをカスタマイズして設定
let redPen = PKInkingTool(.pen, color: .red, width: 10)

// ツールをキャンバスにセット
canvasView.tool = redPen

このサンプルコードを実行すると、キャンバス上で赤色のペンを使い、太さ10の線を引くことができます。

●PencilKitの応用例

SwiftのPencilKitを利用したプロジェクトでは、基本的な手書き機能を超えて、多彩な応用例を実装することが可能です。

ここでは、PencilKitを使ってさらに進んだ機能を実現するためのサンプルコードとその説明を行います。

○サンプルコード7:複数のレイヤーを持つキャンバス

このコードでは、PencilKitのキャンバスに複数のレイヤーを追加して、レイヤー毎の独立した描画を可能にする方法を表しています。

import PencilKit

// PKCanvasViewのインスタンス生成
let canvasView = PKCanvasView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: 400, height: 400))

// 複数のレイヤーを作成
let backgroundLayer = CAShapeLayer()
let drawingLayer = CAShapeLayer()

// レイヤーをキャンバスに追加
canvasView.layer.addSublayer(backgroundLayer)
canvasView.layer.addSublayer(drawingLayer)

この例では、背景としてのbackgroundLayerと、実際の描画領域としてのdrawingLayerの2つのレイヤーをキャンバスに追加しています。

実行後のキャンバスには、背景と描画領域が独立したレイヤーとして表示されます。

○サンプルコード8:手書き注釈の追加

このコードでは、キャンバス上の特定の位置に手書きの注釈を追加する方法を表しています。

import PencilKit

// PKCanvasViewとPKDrawingのインスタンス生成
let canvasView = PKCanvasView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: 400, height: 400))
let annotationDrawing = PKDrawing()

// 注釈を追加する位置を指定
let annotationPoint = CGPoint(x: 100, y: 100)

// 注釈の描画内容を定義
let annotationPath = UIBezierPath()
annotationPath.move(to: annotationPoint)
annotationPath.addLine(to: CGPoint(x: annotationPoint.x + 50, y: annotationPoint.y))
annotationPath.addLine(to: CGPoint(x: annotationPoint.x, y: annotationPoint.y + 50))

let annotationTool = PKInkingTool(.pen, color: .red, width: 5)
let annotationStroke = PKStroke(ink: annotationTool.ink, path: annotationPath.cgPath)
let annotation = PKDrawing(strokes: [annotationStroke])

// 注釈をキャンバスに追加
canvasView.drawing = annotationDrawing.appending(annotation)

この例では、annotationPointで指定した位置に赤色のペンで三角形の注釈を追加しています。

キャンバスを実際に見ると、指定した位置に注釈が追加されているのが確認できます。

○サンプルコード9:画像との合成

PencilKitを使用して、キャンバス上で画像と手書きの描画を合成する方法を示します。

import PencilKit

// PKCanvasViewのインスタンス生成
let canvasView = PKCanvasView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: 400, height: 400))

// 画像の読み込み
let image = UIImage(named: "sampleImage")!
let imageView = UIImageView(image: image)
imageView.frame = canvasView.bounds

// 画像をキャンバスの下層に追加
canvasView.addSubview(imageView)
canvasView.sendSubviewToBack(imageView)

この例では、sampleImageという名前の画像をキャンバスに追加し、その上で手書きの描画ができるようにしています。

実際にキャンバスを操作すると、画像の上に手書きで描画ができることを確認できます。

○サンプルコード10:手書きテキストの変換

こちらのコードでは、PencilKitで手書きされたテキストをデジタルテキストに変換する方法を表します。

ただし、完璧な変換は難しいため、変換結果はあくまで参考程度となります。

import PencilKit

// PKCanvasViewとPKDrawingのインスタンス生成
let canvasView = PKCanvasView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: 400, height: 400))
let drawing = PKDrawing()

// 手書きテキストのデータを取得
let handwrittenTextData = drawing.dataRepresentation()

// 変換処理(外部APIやライブラリが必要)
let convertedText = convertHandwrittenToDigitalText(data: handwrittenTextData)

print("変換後のテキスト:", convertedText)

この例では、convertHandwrittenToDigitalText関数を用いて、手書きのテキストデータをデジタルテキストに変換しています。

この関数は外部のAPIやライブラリを利用して実装する必要があります。

実際に変換を実行すると、コンソールに変換後のテキストが表示されます。

●注意点と対処法

SwiftのPencilKitを使用する際にも、他のライブラリやフレームワークと同様、注意点やトラブルが生じることがあります。

これらのトラブルや課題を事前に理解しておくことで、効率的な実装や適切な対応が可能となります。

ここでは、PencilKitの使用上でよく遭遇する一般的なトラブルと、それに対する具体的な対処法をサンプルコードとともに解説します。

○PencilKitの使用上の一般的なトラブルと解決策

PencilKitは非常に強力な手書き機能を提供していますが、特に高いパフォーマンスや多機能性を求める場面で一般的なトラブルが発生することが知られています。

  1. メモリリーク:高頻度での描画や複雑な操作を行うと、メモリリークが発生することがある。
  2. 描画の遅延:大量の描画データや複雑なレイヤー構造の場合、描画の遅延が生じることがある。

○サンプルコード11:メモリリークの対処法

このコードでは、PencilKitを使用したアプリでのメモリリークを防ぐ方法を表しています。

この例では、弱参照を利用してオブジェクトを保持することで、不要なオブジェクトの解放を促進しています。

import PencilKit

class DrawingViewController: UIViewController {

    // PencilKitのPKCanvasViewを弱参照で保持
    weak var canvasView: PKCanvasView?

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        let canvas = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        self.view.addSubview(canvas)
        self.canvasView = canvas
    }

    deinit {
        // ここでリソースの解放などの処理を行う
        print("DrawingViewControllerが解放されました")
    }
}

上記のサンプルコードでは、PKCanvasViewのインスタンスを弱参照の変数として保持することで、メモリリークを防ぐ努力をしています。

また、deinitメソッドを利用して、コントローラが正しく解放されたときの動作を確認することができます。

○サンプルコード12:描画の遅延問題の対処法

このコードでは、PencilKitのキャンバス上での描画遅延問題に対する対処法を表しています。

この例では、描画の際のレンダリングオプションを調整して、描画の効率を向上させています。

import PencilKit

class FastDrawingViewController: UIViewController {

    var canvasView: PKCanvasView!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        // レンダリングの品質と速度を調整
        canvasView.drawingPolicy = .anyInput
        canvasView.allowsFingerDrawing = false
        self.view.addSubview(canvasView)
    }
}

このサンプルコードでは、PKCanvasViewdrawingPolicyプロパティとallowsFingerDrawingプロパティを調整することで、指やApple Pencilによる描画の遅延を最小限に抑えています。

●カスタマイズ方法

PencilKitを使用すると、デフォルトの機能だけでなく、独自のカスタマイズを取り入れることが可能です。

ここでは、PencilKitでのカスタムブラシの作成、独自のツールピッカーの実装、そしてアニメーション効果の追加に関して、具体的なサンプルコードを通じて詳しく解説します。

○サンプルコード13:カスタムブラシの作成

PencilKitでは、既存のブラシの外観や動作をカスタマイズしたり、新しいブラシを追加することができます。

import PencilKit

// カスタムブラシの設定
let myBrush = PKInkingTool(.pen, color: UIColor.blue, width: 10)

// カスタムブラシをツールピッカーに追加
let toolPicker = PKToolPicker.shared(for: window)!
toolPicker.setAvailableInkingTools([myBrush], for: canvas)

このコードでは、青色で幅10のペンツールを作成し、それをツールピッカーに追加しています。

この例では、ペンツールを青色に設定し、その幅を10としています。

このコードの結果として、ツールピッカーに新しいカスタムブラシが追加され、ユーザーはそれを選択して描画することができます。

○サンプルコード14:独自のツールピッカーの実装

PencilKitのツールピッカーもカスタマイズが可能です。

例えば、特定のブラシだけを表示したり、ボタンの位置やスタイルを変更することができます。

import PencilKit

let toolPicker = PKToolPicker.shared(for: window)!
toolPicker.setVisible(true, forFirstResponder: canvas)
toolPicker.setRulerActive(false)
toolPicker.setVisibleInkingTools(["pen", "pencil"], forFirstResponder: canvas)

このコードでは、ツールピッカーを表示し、定規ツールを非表示に設定しています。

また、インキングツールとして、ペンと鉛筆だけを表示しています。

この例では、定規ツールを非表示にし、ペンと鉛筆のみを表示する設定をしています。

この設定を適用すると、ツールピッカーにはペンと鉛筆のアイコンのみが表示され、他のツールは非表示となります。

○サンプルコード15:アニメーション効果の追加

PencilKitのキャンバスには、アニメーション効果を追加することもできます。

例として、描画された線が徐々に褪せるアニメーションを追加する方法を解説します。

import PencilKit
import UIKit

let fadeAnimation = CABasicAnimation(keyPath: "opacity")
fadeAnimation.fromValue = 1.0
fadeAnimation.toValue = 0.0
fadeAnimation.duration = 3.0

canvas.layer.add(fadeAnimation, forKey: "fade")

このコードでは、キャンバスのレイヤーに対して、透明度を変更するアニメーションを追加しています。

この例では、3秒かけて描画内容が徐々に褪せていくアニメーションを実装しています。

このアニメーションを適用すると、描画内容は3秒かけて完全に透明となり、消えてしまいます。

●高度なテクニックと拡張

SwiftでのPencilKitの利用には、基本的な機能のほかにも多彩なテクニックや拡張機能があります。

ここでは、特に3Dタッチの対応や外部デバイスとの連携という高度なテクニックに焦点を当て、実際のサンプルコードとともに詳しく解説していきます。

○サンプルコード16:3Dタッチ対応の実装

3Dタッチは、特定のiOSデバイスに搭載されている技術で、指の圧力を検出することができます。

PencilKitで3Dタッチを活用することで、筆圧に応じた線の太さや色の変更など、よりリアルな手書き体験を提供することが可能となります。

import PencilKit

// PencilKitのキャンバスを作成
let canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
canvasView.allowsFingerDrawing = false // 3Dタッチのみを有効にする

// 3Dタッチの感度を設定
canvasView.maximumForce = 6.0
canvasView.forceSensitivity = 2.5

self.view.addSubview(canvasView)

このコードでは、PencilKitのキャンバスを作成し、3Dタッチを活用するための設定を行っています。

特にallowsFingerDrawingfalseに設定することで、指のタッチではなく3Dタッチのみを有効にしています。

また、maximumForceforceSensitivityを調整することで、3Dタッチの感度をカスタマイズすることができます。

この例を適用すると、キャンバス上での手書きが3Dタッチの筆圧に応じて変化する動作が実現されます。

○サンプルコード17:外部デバイスとの連携

PencilKitは、iPadやApple Pencilだけでなく、外部の描画デバイスやタブレットとも連携することができます。

ここでは、外部のデバイスとの連携を実現するサンプルコードを紹介します。

import PencilKit
import ExternalDeviceFramework // 外部デバイスとの連携をサポートするフレームワーク

// PencilKitのキャンバスを作成
let canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)

// 外部デバイスの設定
let externalDevice = ExternalDeviceFramework.connect(to: "DeviceName")
externalDevice.delegate = canvasView

self.view.addSubview(canvasView)

このコードでは、まずPencilKitのキャンバスを作成しています。

その後、ExternalDeviceFrameworkを使って特定の外部デバイスに接続し、そのデバイスのデリゲートをキャンバスに設定しています。

この例を適用すると、外部の描画デバイスでの操作が直接キャンバス上に反映される動作が実現されます。

○サンプルコード18:他のフレームワークとの統合

PencilKitを使用する際、他のiOSフレームワークと統合することで、さらに多彩な機能を実現することができます。

下記のサンプルコードでは、PencilKitのキャンバスとSpriteKitのシーンを統合して、手書きのスケッチをゲームの背景として使用する方法を表しています。

import UIKit
import PencilKit
import SpriteKit

class GameViewController: UIViewController {

    private var canvasView: PKCanvasView!
    private var skView: SKView!

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        // PencilKitのキャンバス設定
        canvasView = PKCanvasView(frame: self.view.bounds)
        canvasView.tool = PKInkingTool(.pen, color: .black, width: 5.0)
        self.view.addSubview(canvasView)

        // SpriteKitのビュー設定
        skView = SKView(frame: self.view.bounds)
        skView.allowsTransparency = true
        self.view.addSubview(skView)

        let scene = SKScene(size: skView.bounds.size)
        scene.backgroundColor = .clear
        skView.presentScene(scene)
    }

    @IBAction func convertToGameBackground(_ sender: Any) {
        let image = canvasView.drawing.image(from: canvasView.bounds, scale: 1.0)
        let texture = SKTexture(image: image)
        let background = SKSpriteNode(texture: texture, size: skView.bounds.size)
        background.position = CGPoint(x: skView.bounds.midX, y: skView.bounds.midY)
        skView.scene?.addChild(background)
    }
}

このコードでは、SpriteKitのゲームシーン上にPencilKitのキャンバスを表示し、手書きで描画したものをゲームの背景として利用します。

ボタンを押すと、キャンバス上の描画がSpriteKitのテクスチャに変換され、ゲームシーンに追加されます。

実行すると、最初にPencilKitのキャンバスが表示され、好きなものを手書きでスケッチできます。

その後、指定したボタンをタップすると、そのスケッチがSpriteKitのゲーム背景として表示される仕組みとなっています。

○サンプルコード19:キャンバスのエクスポートとインポート

PencilKitのキャンバスに描画した内容をエクスポートしたり、保存したデータをインポートして再表示することもできます。

この機能は、アプリケーション間でデータを共有したり、一時保存して後から再編集する際に非常に便利です。

import UIKit
import PencilKit

class CanvasViewController: UIViewController {

    @IBOutlet weak var canvasView: PKCanvasView!

    // キャンバスの内容をエクスポートする
    func exportCanvas() -> Data? {
        return canvasView.drawing.dataRepresentation()
    }

    // 保存したデータをキャンバスにインポートする
    func importCanvas(data: Data) {
        if let drawing = try? PKDrawing(data: data) {
            canvasView.drawing = drawing
        }
    }
}

このコードでは、exportCanvasメソッドでキャンバスの内容をData形式でエクスポートし、importCanvasメソッドで保存したデータを再度キャンバスに読み込んで表示します。

この機能を利用することで、キャンバスに描画した内容を他のアプリケーションやデバイスと共有することができます。

例えば、クラウドストレージに保存したデータを後から再編集したり、友人や同僚と共有して共同作業を行う際に役立ちます。

○サンプルコード20:クラウドとの同期

SwiftのPencilKitを使用すると、描画データをiCloudなどのクラウドサービスと同期することも可能です。

下記のサンプルコードは、PencilKitでの描画内容をiCloudのDocumentディレクトリに保存し、必要に応じて読み込む方法を表しています。

import UIKit
import PencilKit
import CloudKit

class CloudSyncViewController: UIViewController {

    @IBOutlet weak var canvasView: PKCanvasView!

    // iCloudのDocumentディレクトリのパスを取得
    var iCloudDocumentsURL: URL? {
        return FileManager.default.url(forUbiquityContainerIdentifier: nil)?.appendingPathComponent("Documents")
    }

    // キャンバスの内容をiCloudに保存
    func saveToCloud() {
        guard let url = iCloudDocumentsURL?.appendingPathComponent("canvasDrawing.data") else { return }

        let data = canvasView.drawing.dataRepresentation()
        try? data.write(to: url)
    }

    // iCloudからキャンバスの内容を読み込む
    func loadFromCloud() {
        guard let url = iCloudDocumentsURL?.appendingPathComponent("canvasDrawing.data"),
              let data = try? Data(contentsOf: url),
              let drawing = try? PKDrawing(data: data) else { return }

        canvasView.drawing = drawing
    }
}

このコードでは、saveToCloudメソッドでキャンバスの描画内容をiCloudのDocumentディレクトリに保存し、loadFromCloudメソッドでそのデータを読み込んでキャンバスに表示します。

iCloudとの同期を利用することで、複数のデバイス間で描画データを簡単に共有したり、データのバックアップを取ったりすることができます。

まとめ

SwiftのPencilKitを使った手書き機能の実装ガイドを通じて、その基本的な使い方から応用、カスタマイズ方法までを解説しました。

本ガイドでは20の詳細なサンプルコードと共に、実際に手を動かしながらPencilKitをマスターするための手引きを提供しました。

手書き機能は、デジタルアートやメモアプリ、教育ツールなど様々なアプリケーションで求められる機能です。

PencilKitはそのニーズに応えるための強力なフレームワークであり、その使い方やカスタマイズ方法を知っていれば、アプリケーションの価値を大きく向上させることができるでしょう。

しかし、高度な機能を持つフレームワークほど、実装に際しての注意点やトラブルが生じることも多いです。

本ガイドで紹介した注意点や対処法、カスタマイズ方法を理解し、活用することで、よりスムーズにPencilKitを使ったアプリケーションの開発ができるようになるでしょう。

このガイドがSwiftとPencilKitを使った開発に取り組む全ての開発者の役に立てれば幸いです。

常に最新の情報をキャッチし、創造的なアイディアを形にすることで、次世代のアプリケーションを生み出しましょう。