Pico VR開発で学ぶ物理演算の基本：UnityでのRigidbodyとColliderの活用
Pico VR開発情報サイト「Pico VR開発スタートガイド」へようこそ。Web開発のご経験をお持ちのエンジニアの皆様が、VRゲーム開発の世界へスムーズに踏み出せるよう、基礎から丁寧に解説してまいります。
今回の記事では、VRゲーム開発において非常に重要な要素である「物理演算」に焦点を当てます。特に、Unityにおける物理演算の基本コンポーネントであるRigidbodyとColliderの概念と使い方について、Web開発における知識との対比も交えながら解説いたします。
物理演算とは何か：Web開発との対比
Web開発において、要素の動きや配置は主にCSSやJavaScriptによる座標指定、アニメーション、または物理的なルール（例: FlexboxやGridによる配置）によって制御されます。しかし、これらの動きは基本的に「計算された結果を指定座標へ移動させる」という手続き的なアプローチが多いかと思います。
一方、ゲームやVR開発における物理演算は、現実世界の物理法則（重力、質量、摩擦、反発など）をシミュレーションし、それに基づいてオブジェクトの動きや相互作用を自動的に計算する仕組みです。例えば、ボールを投げたときに放物線を描いて落下したり、壁にぶつかって跳ね返ったり、複数のオブジェクトが積み重なったりする挙動を、開発者が一つ一つ計算して座標を更新するのではなく、物理エンジンが自動的に処理してくれます。
この物理演算は、VR空間にリアルな感覚やインタラクションをもたらす上で不可欠です。ユーザーがオブジェクトを掴んで投げたり、バーチャルな床に物を落としたり、衝突によって何かが壊れたりといった表現は、物理演算なくしては実現が難しいものです。
Unityにおける物理演算の基本：RigidbodyとCollider
Unityでは、物理演算を行うために主に以下の2つのコンポーネントを使用します。
- Rigidbody（リジッドボディ）
- Collider（コライダー）
これらのコンポーネントを3Dオブジェクト（UnityではGameObjectと呼びます）にアタッチすることで、そのオブジェクトが物理演算の影響を受けるようになります。
Rigidbodyコンポーネント
Rigidbodyは、GameObjectを物理エンジンの制御下に置くためのコンポーネントです。Rigidbodyをアタッチされたオブジェクトは、質量、重力、速度、角速度といった物理的なプロパティを持ち、物理法則に従って動くようになります。
Web開発で例えるならば、単に画面上に表示されるだけのHTML要素に、重さや慣性といった物理的な性質を与えるようなものかもしれません。JavaScriptでposition: absoluteで座標を指定して動かすのではなく、あたかも現実世界の物体のように力を加えて動かすイメージに近いと言えるでしょう。
Rigidbodyコンポーネントの主なプロパティには以下のようなものがあります。
Mass: オブジェクトの質量です。重いほど動きにくくなります。Use Gravity: チェックを入れると、地球の重力に従って落下します。Is Kinematic: チェックを入れると、物理エンジンの影響を受けなくなります。ただし、Rigidbody.MovePositionやRigidbody.MoveRotationといったスクリプトからの物理的な移動・回転制御は可能になります。物理演算による自動計算ではなく、スクリプトで厳密に制御したい場合に利用されます。Drag,Angular Drag: 空気抵抗や回転に対する抵抗を設定します。Constraints: 特定の軸方向への移動や回転を制限できます。
Colliderコンポーネント
Colliderは、オブジェクトの物理的な形状を定義し、他のオブジェクトとの衝突を検出するためのコンポーネントです。Rigidbodyが「どう動くか」を決めるのに対し、Colliderは「どこに当たり判定があるか」を決めます。
Web開発で言えば、要素のクリック可能な領域（当たり判定）や、他の要素との重なり判定に近い概念と言えるかもしれません。ただし、Colliderは3D空間での複雑な形状の当たり判定を扱います。
Unityには様々な形状のColliderが用意されています。
- Box Collider: 直方体の当たり判定。最もシンプルで処理が軽いです。
- Sphere Collider: 球体の当たり判定。
- Capsule Collider: カプセル状の当たり判定（キャラクターなどに使われることが多いです）。
- Mesh Collider: オブジェクトのメッシュ（形状データ）に基づいた当たり判定。正確ですが、処理負荷が高くなることがあります。凸形状（Convex）に限定すると負荷を減らせます。
RigidbodyとColliderの関係性:
Rigidbodyだけをアタッチしても、他の物理オブジェクトと衝突することはありません。Colliderだけをアタッチしても、重力で落下したり、物理的な力で動いたりはしません。物理的な相互作用（衝突や反発など）を発生させるには、少なくとも一方のオブジェクトにRigidbodyがあり、かつ両方のオブジェクトにColliderがアタッチされている必要があります。
具体的には、以下の組み合わせで衝突が起きます。
- Rigidbody + Collider と Rigidbody + Collider
- Rigidbody + Collider と Collider (静的なオブジェクト、例えば地面や壁)
トリガーと物理的な衝突
ColliderにはIs Triggerというプロパティがあります。これをチェックすると、そのColliderは物理的な反発を伴う衝突ではなく、「すり抜けられるが、オブジェクトが領域に入った/出たことを検出できる」トリガーとして機能します。
ゲーム内でアイテムを拾ったり、特定エリアに入ったときにイベントを発生させたりする場合に、Is TriggerをオンにしたColliderを使用します。衝突を検出するには、OnCollisionEnter, OnTriggerEnterといったUnityのコールバック関数（C#スクリプトで実装）を利用します。
Pico開発における物理演算の注意点
PicoデバイスのようなスタンドアロンVRデバイスは、PC接続型VRデバイスと比較して処理性能に制限があります。物理演算は多くの場合、CPUに負荷をかける処理です。そのため、Pico向けに開発する際には、物理演算に関して特に以下の点に注意が必要です。
- オブジェクト数の制限: 同時に物理演算を行うオブジェクトの数が多くなると、処理落ちの原因になります。必要以上に多くのRigidbodyや複雑なMesh Colliderを使用しないようにしましょう。
- 複雑な形状のCollider: Mesh Collider（特にConvexではないもの）は処理負荷が高い傾向があります。可能な限りBox ColliderやSphere Collider、Capsule Colliderで代用できないか検討してください。
- 物理演算のシミュレーション頻度: Unityの物理演算はFixed Timestepで実行されます。この頻度（Edit > Project Settings > Timeで設定）が高すぎると負荷が増えますが、低すぎると挙動が不自然になることがあります。Picoデバイス上で実際に実行して、パフォーマンスと挙動のバランスを確認しながら調整が必要です。
- VR酔いへの配慮: 不自然な物理的な動き、特にユーザーのアバターやカメラが物理演算によって急激に動かされると、VR酔いを引き起こしやすくなります。ユーザーの操作に対する物理的な反応は自然に感じられるよう調整し、意図しない物理的な力によってカメラが揺さぶられないような設計を心がけましょう。例えば、VRプレイヤーコントローラーには、物理演算の影響を受けにくい特別な設定やコンポーネントが用意されていることが多いです。
まとめ
今回の記事では、Pico VR開発における物理演算の基礎として、UnityのRigidbodyとColliderコンポーネントの役割と基本的な使い方を解説しました。物理演算は、VR空間に現実感を加え、豊かなインタラクションを実現するために不可欠な技術です。
Web開発経験者の皆様にとっては、これまでの手続き的なUI/UX実装とは異なる、物理法則に基づいた動きの考え方は新しい概念かもしれません。しかし、Unityの提供するRigidbodyやColliderといったコンポーネントを利用することで、比較的容易に物理的な挙動を実装できます。
Picoデバイスでの開発においては、パフォーマンスへの配慮やVR酔い対策といった特有の注意点がありますが、これらを意識しながら物理演算を活用することで、没入感のあるVR体験を構築できるでしょう。
次回は、これらの物理演算の概念をさらに深掘りし、具体的なインタラクションの実装例などをご紹介できればと思います。引き続き、「Pico VR開発スタートガイド」をよろしくお願いいたします。