Pico VR開発スタートガイド

Web開発経験者が学ぶPico VR開発：Unityでの非同期処理とコルーチン

Tags: Pico VR開発, Unity, 非同期処理, コルーチン, async/await, Webエンジニア

Web開発の経験をお持ちのエンジニアの皆様、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」では、皆様の既存のスキルを活かしながら、新しいゲーム開発、特にVR開発の概念を習得するための手助けをいたします。今回は、ゲーム開発において非常に重要であり、Web開発における非同期処理の概念と関連付けて理解しやすいトピックである、Unityでの非同期処理とコルーチンについて解説します。

なぜゲーム開発で非同期処理が必要なのか

Web開発において、APIからのデータ取得やファイルのアップロードなど、時間のかかる処理を行う際にUIがフリーズしないように非同期処理を活用されていることと思います。JavaScriptにおけるPromiseやasync/await、あるいはサーバーサイド言語での非同期フレームワークなどがその例です。

ゲーム開発においても、同様に時間のかかる処理が頻繁に発生します。例えば、

これらの処理をメインスレッド（ゲームの大部分の更新処理、描画処理が行われるスレッド）で同期的に行ってしまうと、その処理が終わるまでゲームが一切応答しなくなり、画面が固まる「フリーズ」状態になってしまいます。これはプレイヤーに非常に不快な体験を与え、特にVRにおいてはVR酔いを引き起こす可能性も高まります。

ゲーム開発における非同期処理の目的は、Web開発と同様に「メインスレッドをブロックせずに時間のかかる処理を実行し、ゲームの応答性と滑らかなフレームレートを維持すること」にあります。

Unityにおける非同期処理の手段：コルーチンとasync/await

Unityでは、主に以下の二つの方法で非同期的な処理を実現します。

  1. コルーチン (Coroutine)
  2. async/await (C#の機能)

Web開発の経験をお持ちの方にとっては、C#のasync/awaitの方が構文的に馴染み深いかもしれません。しかし、Unityの初期から存在し、多くのUnity特有の処理（特に時間待ちやフレーム待ち）に使われているのがコルーチンです。まずは、ゲーム開発、特にUnityならではの概念であるコルーチンから見ていきましょう。

Unityのコルーチンとは

コルーチンは、処理の途中で一時停止し、特定の条件（例：数秒経過、特定のフレームが描画された、別の処理が完了したなど）が満たされた後に、停止した場所から処理を再開できる機能です。

Web開発におけるジェネレーター関数（function*やyieldを使うもの）や、async/awaitのawaitキーワードによる「待機」の概念に近いと考えると、理解しやすいかもしれません。yield returnという構文が、処理を一時停止し、何を待つかを指定する役割を果たします。

コルーチンは、MonoBehaviourを継承したクラス内で定義し、StartCoroutineメソッドを使って実行します。

コルーチンの基本的な構造

コルーチンとして定義するメソッドは、戻り値の型がIEnumeratorである必要があります。そして、処理を一時停止したい箇所でyield returnを使います。

using System.Collections;
using UnityEngine;

public class CoroutineExample : MonoBehaviour
{
    // コルーチンとして定義するメソッド
    IEnumerator MyCoroutine()
    {
        Debug.Log("コルーチン開始");

        // 2秒待つ
        yield return new WaitForSeconds(2.0f);

        Debug.Log("2秒経過しました");

        // 次のフレームまで待つ
        yield return null; // または yield return 0;

        Debug.Log("次のフレーム");

        // 別のコルーチンが完了するまで待つ
        yield return StartCoroutine(AnotherCoroutine());

        Debug.Log("AnotherCoroutineが完了しました");

        Debug.Log("コルーチン終了");
    }

    IEnumerator AnotherCoroutine()
    {
        Debug.Log("AnotherCoroutine開始");
        yield return new WaitForSeconds(1.0f);
        Debug.Log("AnotherCoroutine終了");
    }

    // このメソッドからコルーチンを開始
    void Start()
    {
        Debug.Log("Startメソッド開始");
        StartCoroutine(MyCoroutine());
        Debug.Log("Startメソッド終了（コルーチンはバックグラウンドで実行され続ける）");
    }

    // コルーチンを停止したい場合は以下のようにする
    // Coroutine runningCoroutine;
    // void Start() { runningCoroutine = StartCoroutine(MyCoroutine()); }
    // void StopMyCoroutine() { StopCoroutine(runningCoroutine); } // 特定のコルーチンを停止
    // void StopAllRunningCoroutines() { StopAllCoroutines(); } // このGameObjectで実行中の全コルーチンを停止
}

上記の例で注目すべき点は、Start()メソッドが最後まで実行された後も、MyCoroutineはバックグラウンドで実行され続けていることです。yield returnによって一時停止されたコルーチンは、ゲームループの更新処理の一部としてUnityによって管理され、待機条件が満たされるたびに処理が再開されます。

よく使われる yield return の種類

コルーチンで待機するために、yield returnの後には様々な種類のオブジェクトを指定できます。

Pico VR開発においては、特に非同期でのシーン切り替えや、将来的にネットワーク機能を実装する際などにコルーチンを活用する場面が出てくるでしょう。

C#の async/await を Unity で使う

Unity 2017以降、C#のasync/await構文もUnityで使用できるようになりました。これは.NET Frameworkや.NET Core、そしてWeb開発（特にサーバーサイドC#）で非同期処理を記述する際にお馴染みの方法です。

async/awaitは、コルーチンよりも近代的な非同期処理の記述スタイルを提供します。asyncキーワードを付けたメソッド内でawaitを使うことで、非同期処理の完了を待機できます。これにより、コールバックのネストやコルーチンのyield return StartCoroutineのような記述が減り、同期処理に近い感覚で非同期コードを記述できるようになります。

using System.Threading.Tasks; // Taskを使うために必要
using UnityEngine;

public class AsyncAwaitExample : MonoBehaviour
{
    // asyncメソッドとして定義
    async void Start()
    {
        Debug.Log("async Startメソッド開始");

        // 非同期処理の実行と待機
        await DoSomethingAsync();

        Debug.Log("async Startメソッド終了"); // DoSomethingAsyncが完了した後に実行される
    }

    async Task DoSomethingAsync()
    {
        Debug.Log("DoSomethingAsync 開始");

        // Task.Delayで時間待機（スレッドをブロックしない）
        await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(2));

        Debug.Log("DoSomethingAsync 2秒経過");

        // Unityの非同期操作（例：非同期シーンロード）もawaitできる場合がある
        // await SceneManager.LoadSceneAsync("YourNextScene");

        Debug.Log("DoSomethingAsync 終了");
    }

    // asyncメソッドは、Task, Task<T>, または void を戻り値にできます。
    // イベントハンドラなど、awaitする側が存在しない場合は void を使用します。
    // それ以外の場合は Task または Task<T> を使用することが推奨されます。
    async Task<int> CalculateAsync()
    {
        await Task.Delay(1000); // 1秒待機
        return 123;
    }

    async void ExampleUsage()
    {
        int result = await CalculateAsync(); // 非同期メソッドの結果を待って取得
        Debug.Log("計算結果: " + result);
    }
}

async/awaitは、特にネイティブの.NET非同期API（ファイルI/O、ネットワーク通信など）や、Unityが提供するAsyncOperation（シーンロードなど）と組み合わせる際に非常に強力です。Web開発での非同期処理の経験がそのまま活かせる部分が多いでしょう。

コルーチンとasync/awaitの使い分け

どちらを使うべきか、という明確なルールはありませんが、一般的な使い分けとしては以下の点が挙げられます。

UnityのUI更新など、メインスレッドでしか実行できない処理は、コルーチンでもasync/awaitでも、最終的にはメインスレッドに戻って実行する必要があります。async/awaitでバックグラウンドスレッドを使った処理を行った後、UnityオブジェクトにアクセスしてUIを更新したい場合などは、UnitySynchronizationContextなどを使ってメインスレッドに戻る処理が必要になることがあります。（await SomeAsyncMethod()の後続処理は、デフォルトではawait前のSynchronizationContextに戻りますが、Unity固有の注意点が存在します。）

Pico開発における非同期処理の考慮点

PicoデバイスのようなモバイルVRプラットフォームでは、デスクトップPCと比較してCPUやGPUのリソースが限られています。非同期処理を活用することは、応答性を保つ上で重要ですが、以下の点に注意が必要です。

まとめ

今回は、Unityを使ったPico VR開発における非同期処理の重要性と、それを実現する主要な二つの方法「コルーチン」と「async/await」について解説しました。

Web開発経験をお持ちの皆様にとっては、非同期処理の概念自体は馴染み深いものですが、Unity独自のコルーチンという仕組みは新しい学びだったかもしれません。一方、C#のasync/awaitは、これまでの経験を直接活かせる部分が多いでしょう。

これらの非同期処理の技術を適切に使い分けることで、Picoデバイス上でもスムーズで応答性の高いVRアプリケーションを開発できるようになります。時間のかかる処理をメインスレッドから分離し、快適なVR体験を追求してください。

次に学ぶべき概念として、非同期でロードしたアセットの管理方法や、ネットワーク通信の実装方法などがあります。Pico VR開発の旅はまだ始まったばかりです。一緒に学んでいきましょう。