Unityシェーダーグラフで作る基礎から応用まで

Unityシェーダーグラフの基礎と応用

 

Unityシェーダーグラフの基本操作と設定方法

Unityシェーダーグラフは、ビジュアルプログラミングを通じてシェーダーを作成できる強力なツールです。初めてシェーダーグラフを使用する場合、以下の基本的な操作と設定方法を理解することが重要です。

1. シェーダーグラフの作成
2. ノードの追加と接続
3. プロパティの設定
4. マスターノードの理解
5. プレビューウィンドウの活用

 

シェーダーグラフを作成するには、プロジェクトウィンドウで右クリックし、「Create > Shader > URP > Lit Shader Graph」を選択します。これにより、新しいシェーダーグラフアセットが作成されます。

 

ノードの追加は、グラフエディタ内で右クリックし、表示されるメニューから必要なノードを選択します。ノード間の接続は、出力ポートから入力ポートへドラッグすることで行います。

 

プロパティの設定は、Blackboardウィンドウで行います。ここでは、マテリアルインスペクタで調整可能なパラメータを定義できます。

 

マスターノードは、シェーダーの最終出力を定義する重要な要素です。URP Litシェーダーグラフでは、Base Color、Metallic、Smoothnessなどの主要な出力が含まれています。

 

プレビューウィンドウでは、シェーダーの効果をリアルタイムで確認できます。様々なプリミティブ形状や環境設定を試すことができ、開発効率を大幅に向上させます。

 

シェーダーグラフの基本的な使い方について、詳しくは以下のUnity公式ドキュメントを参照してください。
Unity公式：初めてのShader Graph

 

Unityシェーダーグラフでのテクスチャ操作とUV制御

テクスチャ操作とUV制御は、シェーダーグラフで美しい視覚効果を作り出す上で重要な要素です。以下に、主要なテクニックをいくつか紹介します。

 

• テクスチャサンプリング
• UVタイリングとオフセット
• ノーマルマッピング
• パララックスマッピング
• テクスチャブレンディング

 

テクスチャサンプリングは、「Sample Texture 2D」ノードを使用して行います。このノードにテクスチャアセットとUV座標を入力することで、テクスチャの色情報を取得できます。

 

UVタイリングとオフセットは、「Tiling And Offset」ノードを使用して実現します。このノードを使うことで、テクスチャの繰り返しやずらしを簡単に制御できます。

 

ノーマルマッピングは、表面の凹凸を表現する技術です。「Normal Map」ノードを使用し、ノーマルマップテクスチャを適用することで、詳細な表面の起伏を表現できます。

 

パララックスマッピングは、視点の変化に応じてテクスチャの見え方を変える高度な技術です。「Parallax Occlusion Mapping」ノードを使用することで、立体感のある表現が可能になります。

 

テクスチャブレンディングは、複数のテクスチャを組み合わせて新しい表現を作り出す技術です。「Blend」ノードを使用して、異なるテクスチャを滑らかに混ぜ合わせることができます。

 

これらのテクニックを組み合わせることで、リアルな材質感や複雑な表面効果を作り出すことが可能です。

 

テクスチャ操作とUV制御の詳細については、以下のUnity公式ドキュメントが参考になります。
Unity公式：Texture 2D Assetノード

 

Unityシェーダーグラフを使った特殊効果の作成手順

シェーダーグラフを使用することで、様々な特殊効果を簡単に作成することができます。以下に、いくつかの人気のある効果とその作成手順を紹介します。

1. ホログラム効果
2. ディゾルブ効果
3. アウトライン効果
4. 水面効果
5. グロー効果

 

ホログラム効果は、透明度と縞模様を組み合わせて作成します。「Fresnel Effect」ノードを使用して縁の光り方を制御し、「Time」ノードと「Sine Wave」ノードを組み合わせて動く縞模様を生成します。

 

ディゾルブ効果は、オブジェクトが徐々に消滅していくような表現です。ノイズテクスチャと「Step」ノードを使用して、消滅の境界線を制御します。「Time」ノードを使用することで、効果をアニメーション化できます。

 

アウトライン効果は、オブジェクトの輪郭を強調する技術です。「Outline」ノードを使用するか、頂点位置をわずかに拡大してセカンドパスで描画する方法があります。

 

水面効果は、「Normal Map」と「Time」ノードを組み合わせて作成します。複数の法線マップを重ね合わせ、異なる速度で動かすことで、リアルな水面の揺らぎを表現できます。

 

グロー効果は、「Fresnel Effect」ノードと「Emission」を組み合わせて作成します。オブジェクトの縁や特定の部分を発光させることで、幻想的な雰囲気を演出できます。

 

これらの効果を作成する際は、各ノードの設定値を細かく調整することが重要です。また、複数の効果を組み合わせることで、さらに複雑で魅力的な視覚表現を実現できます。

 

特殊効果の作成に関する詳細なチュートリアルは、以下のUnity公式ブログで紹介されています。
Unity公式ブログ：Shader Graphを使用した高度なビジュアル エフェクト：ヒントとコツ

 

Unityシェーダーグラフでのライティングとシャドウの実装

シェーダーグラフでのライティングとシャドウの実装は、リアルな3D表現を作り出す上で重要な要素です。以下に、主要なテクニックとその実装方法を紹介します。

 

• PBR（物理ベースレンダリング）
• カスタムライティングモデル
• シャドウキャスティング
• 環境光オクルージョン（AO）
• サブサーフェススキャタリング（SSS）

 

PBRは、物理的に正確な光の相互作用をシミュレートする手法です。シェーダーグラフでは、「Metallic」「Smoothness」「Normal」などの入力を適切に設定することで、PBRマテリアルを簡単に作成できます。

 

カスタムライティングモデルは、「Custom Function」ノードを使用して実装できます。これにより、独自のライティング計算を行い、特殊な表現を実現することが可能です。

 

シャドウキャスティングは、「Shadow Caster」パスを適切に設定することで実現します。透明度のあるオブジェクトの場合、アルファクリッピングを使用してシャドウの形状を制御します。

 

環境光オクルージョン（AO）は、「Ambient Occlusion」ノードを使用して実装できます。これにより、オブジェクトの隙間や凹みに自然な陰影を付けることができます。

 

サブサーフェススキャタリング（SSS）は、半透明な物質を通過する光の散乱をシミュレートします。「Subsurface Scattering」ノードを使用し、散乱の強度や色を調整することで、皮膚や蝋などの材質を表現できます。

 

これらのテクニックを適切に組み合わせることで、高度なライティングとシャドウ表現を実現できます。各ノードの設定を細かく調整し、シーンの雰囲気に合わせてカスタマイズすることが重要です。

 

ライティングとシャドウの実装に関する詳細は、以下のUnity公式ドキュメントを参照してください。
Unity公式：Universal Render Pipeline のシェーダー

 

Unityシェーダーグラフの最適化とパフォーマンス向上テクニック

シェーダーグラフで作成したシェーダーのパフォーマンスを最適化することは、スムーズなゲームプレイを実現する上で非常に重要です。以下に、主要な最適化テクニックとその実装方法を紹介します。

1. ノード数の削減
2. テクスチャの最適化
3. 条件分岐の使用
4. LOD（Level of Detail）の実装
5. シェーダーバリアントの管理

 

ノード数の削減は、シェーダーの複雑さを減らし、処理速度を向上させます。不要なノードを削除し、可能な限り計算を簡略化することが重要です。

 

テクスチャの最適化には、適切な圧縮形式の選択やミップマップの使用が含まれます。また、複数のデータを1つのテクスチャにパッキングすることで、テクスチャサンプリングの回数を減らすことができます。

 

条件分岐の使用は、「Branch」ノードを活用して実装します。これにより、特定の条件下でのみ実行される処理を制御し、不要な計算を避けることができます。

 

LODの実装は、オブジェクトの距離に応じてシェーダーの複雑さを変更する技術です。「LOD」ノードを使用して、視点からの距離に応じて異なるシェーダーグラフを適用できます。

 

シェーダーバリアントの管理は、「Shader Variant Collection」アセットを使用して行います。使用されていないバリアントを除外することで、ビルドサイズとロード時間を削減できます。

 

これらのテクニックを適切に組み合わせることで、シェーダーのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。ただし、視覚的な品質とパフォーマンスのバランスを取ることが重要です。

 

シェーダーの最適化に関する詳細なガイドラインは、以下のUnity公式ドキュメントで提供されています。
Unity公式：シェーダーのパフォーマンス

 

Unityシェーダーグラフは、美しい視覚効果を簡単に作成できる強力なツールです。基本的な操作方法から高度な特殊効果の作成、さらにはパフォーマンス最適化まで、幅広い知識と技術を習得することで、より魅力的なゲームやアプリケーションを開発することができます。

 

シェーダーグラフの活用は、ゲーム開発の視覚的な質を大きく向上させる可能性を秘めています。継続的な学習と実験を通じて、

Unityのシェーダーグラフを使って、基礎から応用までのシェーダー作成方法を解説します。初心者でも理解しやすい内容から、より高度な技術まで網羅していますが、あなたはどのレベルから始めますか？