WebエンジニアのためのPico VR描画入門：UnityのURPとWeb開発の描画概念を比較する
Pico向けVR開発に足を踏み入れられたWebエンジニアの皆様、ようこそ。このサイトでは、皆様が持つWeb開発の知識や経験を活かしながら、VRゲーム開発の基礎を効率的に学べるよう情報を提供しております。
これまでの記事で、Unity開発環境のセットアップや基本的な操作、C#スクリプトの記述方法など、Unity開発の足がかりについて解説いたしました。今回は、3D空間を表現する上で非常に重要となる「描画（レンダリング）」の概念に焦点を当て、特にPicoのようなモバイルVRデバイスでの開発において推奨される「Universal Render Pipeline (URP)」について、Web開発における描画の考え方と比較しながら解説を進めてまいります。
Web開発において、ブラウザがHTML, CSS, JavaScriptを解釈して画面に要素を描画する過程は、皆様にとって馴染み深い概念かと思います。DOMの構築、CSSOMの構築、レンダリングツリーの生成、レイアウト、ペイントといった一連のフローを最適化することが、WebサイトやWebアプリケーションのパフォーマンス向上につながることもご存知でしょう。
Unityにおける描画パイプラインも、大まかには似たような役割を担いますが、3D空間という特性ゆえにその内容はより複雑になります。このURPを理解することは、VR空間の見た目を制御し、同時にPicoデバイス上でのパフォーマンスを最大限に引き出すために不可欠です。
Unityのレンダーパイプラインとは
Unityにおけるレンダーパイプライン（Render Pipeline）とは、3Dシーン内のカメラが捉えた情報を、最終的に画面に描画される画像へと変換するための一連の処理手順や設定を定義するものです。光の計算、影の生成、マテリアル（質感）の適用、ポストエフェクトなどがこのパイプラインの中で処理されます。
Unityには主に以下の3種類のレンダーパイプラインが用意されています。
- Built-in Render Pipeline: Unityの従来のレンダーパイプラインです。汎用的ですが、カスタマイズ性やパフォーマンス最適化の点では現代的なアプローチに劣ります。
- Universal Render Pipeline (URP): モバイル、VR/AR、ハイエンドPCなど、幅広いプラットフォームでの動作を想定した、パフォーマンスに最適化されたScriptable Render Pipeline (SRP) です。カスタマイズが可能で、比較的高速な描画を実現します。
- High Definition Render Pipeline (HDRP): 高度なグラフィックス機能と高品質なビジュアルを追求するためのSRPです。主にハイエンドPCやコンソールゲーム向けであり、PicoのようなモバイルVRデバイスでの利用は一般的ではありません。
Picoデバイスは比較的に処理能力に制限があるため、VRアプリケーション開発においては、パフォーマンス効率に優れたURPの利用が強く推奨されます。
Web開発における描画処理で例えるなら、URPは特定の種類のブラウザ（モバイル向けに最適化された軽量ブラウザなど）のレンダリングエンジンに、標準的な描画ルールや最適化設定がパッケージ化されたものと考えることができるかもしれません。HTML/CSSを解釈して描画する基本機能は共通ですが、レンダリングの細かな挙動や利用できる表現手法、パフォーマンス特性が異なります。
URPの基本構成とプロジェクトへの導入
URPを利用するには、Unityプロジェクト内でURPを有効化し、設定を行う必要があります。
1. URPアセットとRendererアセット
URPの中心となるのは、「Universal Render Pipeline Asset」です。このアセットは、シャドウの品質、アンチエイリアシングの設定、ポストプロセス処理の有効化など、レンダーパイプライン全体の動作を制御するための設定項目を保持しています。
また、URPアセットからは「Renderer」アセットが参照されます。Rendererアセットは、実際に描画を実行する際の具体的な方法（例: フォワードレンダリング、ディファードレンダリングなど）や、カスタムのパスを追加するといった詳細な設定を管理します。Pico開発では通常、標準のForward Rendererを使用します。
Web開発において、URPアセットやRendererアセットは、CSSのスタイルシート全体や、Canvas APIを使用する際のコンテキスト設定（2D or WebGL、アンチエイリアス設定など）に例えることができるかもしれません。見た目や振る舞いを規定する大元の設定ファイルのようなものです。
2. プロジェクトへの導入手順
新規プロジェクトを作成する際に、あらかじめURPテンプレートを選択するのが最も簡単な方法です。
既存のプロジェクトでURPを使用したい場合は、以下の手順で導入します。
- Unityのメニューから
Window > Package Managerを開きます。 - 左上のドロップダウンを
Unity Registryに設定します。 Universal RPを検索し、「Install」ボタンをクリックしてプロジェクトにインポートします。- プロジェクトウィンドウ内で右クリックし、
Create > Rendering > URP Asset (with Universal Renderer)を選択して、URPアセットと対応するRendererアセットを作成します。（例:New URP Assetという名前で作成） - Unityのメニューから
Edit > Project Settings > Graphicsを開きます。 Scriptable Render Pipeline Settingsの項目に、作成したURPアセット（例:New URP Asset）をドラッグアンドドロップで割り当てます。
これにより、プロジェクト全体でURPが有効になります。Web開発で言えば、これはプロジェクトに特定のCSSフレームワーク（BootstrapやTailwind CSSなど）を導入し、それをプロジェクトのグローバルスタイルシートとして読み込む操作に似ています。
Pico VR開発におけるURPのポイント
PicoのようなモバイルVRデバイスでのURP利用にあたっては、特に「パフォーマンス」が重要な鍵となります。快適なVR体験を提供するためには、常に高いフレームレートを維持する必要があります。URPはBuilt-in RPよりもパフォーマンスに優れていますが、VR特有の注意点があります。
- ステレオレンダリング: VRでは、左右の目それぞれに対して異なる視点の画像を同時に描画する必要があります。これは、通常の2D描画の約2倍の描画負荷がかかることを意味します。URPはステレオレンダリングに最適化されていますが、それでもパフォーマンスのボトルネックになりやすい点です。
- モバイルデバイスの制限: Picoデバイスはスマートフォンに近いハードウェア性能を持っています。PC向けのハイエンドなグラフィックス表現は難しく、ポリゴン数、ドローコール数（描画命令の回数）、テクスチャ解像度、シェーダーの複雑さなどに厳しい制限があります。
- VR酔い対策: 低いフレームレートはVR酔いの大きな原因となります。URPの設定やシーンの作り込みにおいて、常にターゲットデバイスでのフレームレートを意識した最適化が必要です。
URPによるパフォーマンス最適化のヒント:
- URPアセットの設定: URPアセットのインスペクターで、不要な機能を無効化します。例えば、
Supports Dynamic Batching、Supports Instancingはオンにする（描画効率が向上します）。Supports Lightmaps、Supports Mixed Lighting、Supports Reflectionsなど、必要に応じて有効/無効を切り替えます。特にモバイルVRでは、リアルタイムの影や複雑なライティングは負荷が高いため注意が必要です。 - シェーダーの選択: マテリアルを作成する際は、必ず「Universal Render Pipeline」配下にあるシェーダー（例:
Lit,Simple Litなど）を選択します。これらのシェーダーはURP向けに最適化されています。Built-in RP用のシェーダーはURPでは正しく動作しないか、パフォーマンスが悪化します。 - ポストプロセス: 被写界深度 (Depth of Field) やブルーム (Bloom) などのポストプロセス効果はVRでは負荷が高く、VR酔いを引き起こす可能性もあります。必要最低限に留めるか、パフォーマンスを考慮して使用します。URPではVolumeシステムを使ってポストプロセスを設定します。
- カリング設定: カメラのクリッピングプレーンを適切に設定し、遠すぎるオブジェクトや、小さすぎて見えないオブジェクトが描画されないようにします。
- 静的バッチング/動的バッチング: 同じマテリアルを使用する複数のオブジェクトをまとめて描画するバッチング機能はパフォーマンス向上に有効です。UnityのStatic設定や、URPのバッチング設定を確認します。
Web開発におけるパフォーマンス最適化で言えば、これはDOM操作の回数を減らす、CSSのレイアウト計算（リフロー/リペイント）を最小限にする、CanvasやWebGLでの描画命令を効率化する、アセット（画像など）を最適化するといった作業に相当します。基本的な考え方、つまり「無駄な処理を省き、効率的に画面に要素を送り出す」という点では共通しています。
よくある問題と注意点
- シェーダーの互換性: Built-in RPで作成したマテリアルやカスタムシェーダーは、URPではそのまま使用できません。URP用のシェーダーに変換するか、URP互換のシェーダーを作成する必要があります。これは、特定のブラウザ（レンダリングエンジン）でしか動作しないCSSプロパティやCanvas APIの機能を使っていたコードを、他のブラウザでも動作するように修正する作業に似ています。
- ライトの挙動: URPではライトの計算方法がBuilt-in RPと異なる場合があります。特にリアルタイムライトは負荷が高いため、ベイクされたライトマップ（事前に計算された静的な影やライティング情報）を積極的に活用することを検討します。
- VR特有の描画アーティファクト: パフォーマンスのために解像度を下げたり、特定の最適化手法を用いると、VR空間でちらつきやギザギザ（エイリアシング）が目立つことがあります。URPのアンチエイリアシング設定などを調整し、バランスを取る必要があります。
まとめ
この記事では、Pico VR開発における描画の基礎として、UnityのURP（Universal Render Pipeline）について解説しました。Web開発におけるブラウザのレンダリングや描画最適化の概念と比較することで、URPの役割や重要性をご理解いただけたかと思います。
URPはPicoのようなモバイルVRデバイスで快適な体験を実現するために非常に有効なツールですが、その設定や利用にはVR特有のパフォーマンスに関する考慮が必要です。Web開発で培った「効率的な描画のための最適化」という視点は、UnityのURPを扱う上でもきっと役立つはずです。
VR空間の見た目の品質とパフォーマンスはトレードオフの関係にあることが多いため、ターゲットとするPicoデバイス上で実際にアプリケーションを実行し、フレームレートを確認しながら設定を調整していくことが重要になります。UnityのProfilerツール（別の記事で詳しく解説予定です）などを活用して、パフォーマンスのボトルネックを特定しながら開発を進めてください。
URPをマスターし、魅力的で快適なPico VRアプリケーションを開発するための一歩を踏み出しましょう。