Pico VR開発スタートガイド

Web開発経験者が学ぶPico VR：Unityでのテクスチャとマテリアル基本

Pico VR開発の世界へようこそ。

この「Pico VR開発スタートガイド」は、Web開発の経験をお持ちで、これからPico向けのVRゲームやアプリケーション開発を始めてみたいと考えているエンジニアの皆様に向けて情報を発信しています。プログラミングの基礎は理解しているものの、ゲーム開発やVR開発は初めてという方に、既存のスキルを活かしつつ、スムーズに新しい技術を習得していただくことを目指しています。

この記事では、Pico VR開発を進める上で避けては通れない、「見た目」を定義するための基本概念であるテクスチャとマテリアルについて、Unityでの使い方を中心に解説いたします。Web開発における画像やスタイルシートの概念と比較しながら、3D空間でのオブジェクトの見た目がどのように決まるのかを理解していきましょう。

オブジェクトの「見た目」を定義する要素

3D空間に配置されたオブジェクトは、それだけでは形状しか持ちません。どのような色をしているか、どのような模様があるか、光沢があるか、透明かといった「見た目」の情報は、別途定義し、オブジェクトに適用する必要があります。

この「見た目」を定義するために、主に以下の3つの要素が関わってきます。

• テクスチャ (Texture): オブジェクトの表面に貼り付ける画像データ
• マテリアル (Material): テクスチャ、色、光沢、透明度などの視覚的な属性の集合体
• シェーダー (Shader): マテリアルで定義された属性に基づいて、オブジェクトがどのように光の影響を受け、どのように画面に描画されるかを計算するプログラム

Web開発の経験をお持ちの方にとって、テクスチャはWebサイトで使用するJPEGやPNGといった画像ファイルに似ています。マテリアルは、CSSで要素の色や背景画像、透明度などを指定するスタイル定義に近い概念と言えるかもしれません。シェーダーは少し異なりますが、これは後ほど簡単に触れます。

テクスチャとは？

テクスチャは、3Dモデルの表面に貼り付けるための2Dの画像データです。例えば、木製の箱のモデルに木の模様のテクスチャを貼り付けることで、本物の木のような見た目を表現できます。

Web開発における <img> タグで画像を配置したり、CSSの background-image プロパティで背景画像を指定したりするのと同様に、テクスチャはオブジェクトに具体的な絵柄や模様を与えます。Unityでは、JPEG、PNG、TGAなどの一般的な画像形式のファイルをプロジェクトにインポートすると、自動的にテクスチャとして扱われます。

Unityでのテクスチャのインポート

Unityエディタに画像ファイルをドラッグ＆ドロップするか、プロジェクトウィンドウ内で右クリックメニューから「Import New Asset...」を選択することで、簡単にテクスチャをインポートできます。インポートされた画像ファイルは、プロジェクトウィンドウ内にテクスチャアセットとして表示されます。

テクスチャアセットを選択すると、インスペクターウィンドウで様々な設定を確認・変更できます。PicoのようなモバイルVRデバイス向け開発では、テクスチャの解像度や圧縮形式がパフォーマンスに大きく影響するため、適切な設定を選択することが重要になります。

マテリアルとは？

マテリアルは、テクスチャ、色、光沢、反射率、透明度、金属感など、オブジェクトの表面の質感や光学的な特性を定義する設定の集合体です。テクスチャが絵柄や模様を与えるのに対し、マテリアルはその絵柄が「どのような質感で表現されるか」を決定します。

Web開発では、CSSでテキストの色（color）、背景色（background-color）、要素の透明度（opacity）などを組み合わせて要素の見た目を定義しますが、マテリアルはこのスタイル定義をより複雑かつ物理的に正確に行ったものと考えてください。

マテリアルは、どのテクスチャを使用するか、基本色は何色か、どの程度光沢があるか、金属のような質感か、透明度はどのくらいか、といった情報を持ちます。これらの設定は、後述するシェーダーによって解釈され、最終的な描画結果に反映されます。

Unityでのマテリアルの作成と設定

Unityでは、プロジェクトウィンドウ内で右クリックメニューから「Create」>「Material」を選択することで、新しいマテリアルアセットを作成できます。作成したマテリアルアセットを選択すると、インスペクターウィンドウで様々なパラメータを設定できます。

Unityの標準的なマテリアルは、物理ベースレンダリング（PBR: Physically Based Rendering）という考え方に基づいて設計されており、現実世界の光の振る舞いをシミュレーションすることで、よりリアルな見た目を実現できます。主なパラメータには以下のようなものがあります。

• Albedo (アルベド): オブジェクト本来の色や貼り付けるテクスチャを指定します。光が当たったときに反射される拡散光の色を定義します。Web開発でいう背景色や背景画像に最も近い概念かもしれません。
• Metallic (メタリック): 表面が金属的であるか（1）非金属的であるか（0）を指定します。
• Smoothness (スムースネス): 表面の滑らかさを指定します。値が高いほど光沢があり、鏡のように反射します。
• Normal Map (ノーマルマップ): 表面の微細な凹凸（法線方向）を表現するための特殊なテクスチャです。これにより、ポリゴン数を増やさずに詳細な質感を表現できます。
• Height Map (ハイトマップ)/Parallax Map (視差マップ): より深い凹凸感を表現するためのテクスチャです。
• Occlusion (オクルージョン): 隙間や凹んだ部分に光が届きにくくなる効果（アンビエントオクルージョン）を設定します。
• Emission (エミッション): オブジェクト自体が光を放つ（自己発光する）設定です。
• Details (ディテール): 表面に詳細なテクスチャを重ねる設定です。

これらのパラメータを調整することで、同じ形状のオブジェクトでも、木、金属、プラスチック、ガラスなど、様々な質感を持たせることができます。

シェーダーの役割

シェーダーは、3Dモデルの頂点情報やマテリアル設定、シーン内の光源情報などを基に、ピクセルごとの色や光の計算を行い、最終的にオブジェクトが画面にどのように描画されるかを決定するプログラムコードです。テクスチャやマテリアルで「どのような見た目にしたいか」を定義し、シェーダーが「それをどのように計算して画面に映すか」を担います。

Web開発においては、ブラウザがHTML、CSS、JavaScriptを解釈して画面を描画しますが、シェーダーはその描画処理の中でも特に3Dグラフィックスにおける表面の色や光の計算に特化した部分と言えます。直接的な類似概念は少ないかもしれませんが、WebGLを使ってブラウザ上で3Dグラフィックスを扱う際に、シェーダーコード（GLSLなど）を記述することがあります。

Unityには、Standard Shaderをはじめとする多数の組み込みシェーダーが用意されており、多くの場合はこれらの標準シェーダーとマテリアル設定を組み合わせることで望む見た目を実現できます。より特殊な表現が必要な場合は、カスタムシェーダーを作成することもありますが、これはより高度なトピックになります。

Unityでのテクスチャとマテリアルの適用手順

それでは、Unityを使って3Dオブジェクトにテクスチャとマテリアルを適用する具体的な手順を見ていきましょう。

1. プロジェクトの準備: Unityエディタで新しいプロジェクトを開くか、既存のプロジェクトを開いてください。Hierarchyウィンドウに操作対象となる3Dオブジェクト（例: Cube）を配置しておきます。（GameObject > 3D Object > Cube）
2. テクスチャ画像のインポート: 使用したいテクスチャ画像ファイル（例: wood_texture.png）を、プロジェクトウィンドウ内の適切なフォルダにドラッグ＆ドロップします。または、「Assets」メニュー > 「Import New Asset...」からファイルを選択します。画像ファイルがテクスチャアセットとして表示されます。
3. 新しいマテリアルの作成: プロジェクトウィンドウ内で右クリックし、「Create」>「Material」を選択します。新しいマテリアルアセットが作成されるので、分かりやすい名前（例: WoodMaterial）を付けます。
4. マテリアル設定の編集: 作成したマテリアル（WoodMaterial）をプロジェクトウィンドウで選択します。インスペクターウィンドウにマテリアルの設定項目が表示されます。
5. テクスチャのマテリアルへの割り当て: インスペクターウィンドウの「Albedo (アルベド)」の項目にある小さな丸いアイコンをクリックするか、その右側の小さなサムネイル表示部分に、手順2でインポートしたテクスチャアセット（wood_texture）をプロジェクトウィンドウからドラッグ＆ドロップします。これで、マテリアルにテクスチャが関連付けられました。必要に応じて、色やMetallic、Smoothnessなどの他のパラメータも調整します。
6. マテリアルのオブジェクトへの適用: マテリアルアセット（WoodMaterial）をプロジェクトウィンドウからHierarchyウィンドウにある対象の3Dオブジェクト（例: Cube）にドラッグ＆ドロップします。または、Hierarchyウィンドウでオブジェクトを選択し、インスペクターウィンドウのMesh RendererコンポーネントのMaterials要素にマテリアルアセットをドラッグ＆ドロップします。

これで、Cubeオブジェクトに作成したマテリアルが適用され、テクスチャ画像が表面に表示されるようになります。Sceneビューでオブジェクトの見た目を確認してください。

Pico VR開発におけるパフォーマンスへの配慮

PicoデバイスはPC向けのVRヘッドセットと比較すると処理能力に限りがあります。テクスチャやマテリアルに関しても、パフォーマンスを考慮した設計が重要になります。

• テクスチャ解像度: 必要以上に高解像度のテクスチャを多用すると、メモリ使用量が増加し、パフォーマンスが低下します。オブジェクトの大きさに応じて適切な解像度を選択し、不要に大きいテクスチャは避けるようにしましょう。Unityのインポート設定で、プラットフォームごとに最大解像度を設定することも可能です。
• テクスチャ圧縮: Unityは様々なテクスチャ圧縮形式をサポートしています。適切な圧縮形式を選択することで、画質への影響を最小限に抑えつつ、メモリ使用量とVRAM使用量を削減できます。特にモバイルプラットフォームでは、ASTCなどのハードウェアでサポートされている圧縮形式を利用することが推奨されます。Unityのテクスチャインポート設定で「Compression」オプションを確認してください。
• マテリアル数: シーン内のマテリアルの数が多いと、描画に必要な描画命令（Draw Call）が増加し、パフォーマンスに影響を与える可能性があります。可能な限り共通のマテリアルを使用したり、複数のテクスチャを1枚にまとめる「アトラス化」を検討したりすることで、マテリアル数を減らすことができます。
• シェーダーの複雑さ: 使用するシェーダーが複雑であるほど、ピクセルごとの計算量が増え、パフォーマンスが低下します。モバイル向けに最適化された軽量なシェーダーを選択するか、カスタムシェーダーを作成する場合はパフォーマンスに十分配慮する必要があります。

これらのパフォーマンスに関する考慮事項は、Pico VRのようなモバイルVR開発において、快適なフレームレートを維持するために非常に重要です。

まとめ

この記事では、Pico VR開発、特にUnityを使った開発におけるテクスチャとマテリアルの基本について解説しました。

• テクスチャはオブジェクトの「絵柄」、マテリアルは「質感」を定義するものであり、シェーダーがそれらを基に描画計算を行います。
• Web開発の画像やスタイルシートと比較することで、これらの概念を比較的容易に理解できるかもしれません。
• Unityでは、テクスチャ画像をインポートし、マテリアルを作成してテクスチャを割り当て、そのマテリアルを3Dオブジェクトに適用するという手順で見た目を設定できます。
• Pico VR開発では、テクスチャの解像度や圧縮、マテリアル数、シェーダーの複雑さなどがパフォーマンスに影響するため、常に注意が必要です。

テクスチャとマテリアルを使いこなすことは、VR空間のリアリティや魅力を向上させるための第一歩です。様々なテクスチャやマテリアル設定を試して、オブジェクトの見た目を自由にカスタマイズしてみてください。

VR開発の学習は、Web開発とは異なる新しい概念やツールが登場しますが、これまでのプログラミング経験は強力な武器となります。この記事が、皆様のPico VR開発学習の一助となれば幸いです。