Unityとシェーダで描く360度フラクタル
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画像検索などで「3Dフラクタル」と検索をかけると、実に不思議な画像がたくさん見つかります。これらの3Dフラクタル画像の多くは「レイマーチング法」とよばれる手法によって描かれています。 本資料ではこのレイマーチング法による3Dフラクタル描画をUnityを用いて行う方法を（なるべく初心者にも分かるように）紹介します。さらにプラネタリウムのようなドーム映像や、VR映像にも使用できる形式での描画方法も紹介していきます。
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- 4. 4 作ってみよう
- 7. 7 １：Unityでシェーダを書いてみる １：New Scene を作成し、GameObject > 3D Object > Quad を作成 Position は (0, 0, 0) にしておく Main Camera は Quad がよく見える位置に移動させておく ２：Material を１つ作成する → 適当な名前を付けておく Material は以下に作成するのがお勧め Assets > Materials (Assets 以下ならどこでもいいけど）
- 9. 9 １：Unityでシェーダを書いてみる ４：Shader (Standard Surface Shader) を１つ作成する → 適当な名前を付けておく ５：マテリアルにシェーダを割り当てる Shader は以下に作成するのがお勧め Assets > Shaders (Assets 以下ならどこでもいいけど） ６：シェーダをダブルクリックするとエディタが開くので、次ページのシェーダを書く
- 10. 10 Shader “Custom/shader_uvColor（シェーダ名）" { SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" struct v2f { float4 position : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; v2f vert(appdata_base v) : POSITION { v2f o; o.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex); o.uv = v.texcoord.xy; return o; } fixed4 frag(v2f i) : COLOR { return float4(i.uv, 0.0, 1.0); } ENDCG } } } 頂点シェーダ関数 フラグメントシェーダ関数 構造体の宣言 頂点シェーダからフラグメントシェーダに渡したい 情報を含めておく モデル情報 → 頂点シェーダの受け渡しには 「appdate_base」構造体を使用。 → #include “UnityCG.cginc” の記述で使用可能に UV座標のUの値 → 赤色の強度 UV座標のVの値 → 緑色の強度
- 15. 15 Shader "Custom/shader_parameter（シェーダ名）" { SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" struct v2f { float4 position : SV_POSITION; }; float _r; v2f vert(appdata_base v) : POSITION { v2f o; o.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex); return o; } fixed4 frag(v2f i) : COLOR { return float4(_r, 0.0, 0.0, 1.0); } ENDCG } } } 頂点シェーダ関数 フラグメントシェーダ関数 構造体の宣言 モデル情報 → 頂点シェーダの受け渡しには 「appdate_base」構造体を使用。 スライダーの値 → 赤色の強度 シェーダ内で使用する変数 変数宣言しておかないとスライダーの値を受け取れない
- 16. 16 ２：スライダーの値をシェーダに送ってみる ３：スライダーを作成 ・GameObject > UI > Canvas を作成（uGUIのGUIはすべてCanvas上に作成される） ・GameObject > UI > Slider を作成し、適当な位置に移動させておく Gameタブを開いておくとプレイ時の視点で表示される インスペクタウインドウでスダイダーの “Min Value”, “Max Value” がそれぞれ 0, 1 であること を確認しておく スライダーの 0-1 をシェーダの「赤」の値を 指定する変数に送る
- 17. 17 ２：スライダーの値をシェーダに送ってみる ４：C#スクリプトを１つ作成する → 適当な名前を付けておく C#スクリプト は以下に作成するのがお勧め Assets > Scripts (Assets 以下ならどこでもいいけど） ５：次ページの C#スクリプトを記述する
- 18. 18 using UnityEngine; using UnityEngine.UI; public class SliderValue2Shader : MonoBehaviour { public Material _mat; public Slider _sli_r; public void Slider2shader() { _mat.SetFloat("_r", _sli_r.value); } } スライダーの値をシェーダに送る関数 先ほど作成したマテリアルとスライダーを割り当てる スライダーを動かすたびに実行される。 シェーダ側にあらかじめ float _r; を用意しておくと、この関数を実行するたびにシェーダ側の _r の 値が変更される。 ココの文字列は4でC#スクリプトを作成時に付けた名前にすること。
- 19. 19 Material.SetFloat public void SetFloat (string propertyName, float value) public Material _mat; public void Float2Shader() { _mat.SetFloat("_aaa", 0.5f); } Material.SetVector public void SetVector (string propertyName, Vector4 vector); Material.SetTexture public void SetTexture(string propertyName, Texture texture); public Material _mat; public void Vector2Shader() { _mat.SetVector("_bbb", new Vector4(0.5f, 0.9f, -0.3f, 1.0f)); } public Material _mat; public Texture _colorTexture; public void Tex2Shader() { _mat.SetTexture("_colorTex", _colorTexture); } 【参考】
- 20. 20 ２：スライダーの値をシェーダに送ってみる ６：C#スクリプトをシーンに配置する ・GameObject > Create Empty を作成 → 名前を「SceneManager」としておく ・SceneManager のインスペクタウインドウを表示 ← 先ほど作成したC#スクリプトをドラッグして割り当てる ７：C#スクリプトの変数（_mat, _sli_r）にマテリアルとスライダーを割り当てる
- 21. 21 ２：スライダーの値をシェーダに送ってみる ８：スライダーを動かすとスクリプトの関数が実行されるようにする ・スライダーを選択し、On Value Changed 右下にある「＋」をクリック ・SceneManager をドラッグして割り当てる ・プルダウンメニュー（No Function と表示のところ）から、実行したい関数（Slider2shader()）を選択する スライダーを動かした際に実行したいスクリプ トは「SceneManager」に割り当てられている
- 25. 25 ３：カメラオブジェクトを動かしてみるの巻 １：カメラオブジェクトをシーンに配置する ・New Scene を作成 ・GameObject > Create Empty を作成 → 座標を (0, 0, 0)、 名前を「tripod（三脚）」としておく ・tripod の子供として「GameObject > 3D Object > Cube」を作成 → 名前を「cameraModel」としておく ・Main Camera をいい感じの位置に配置
- 26. 26 ３：カメラオブジェクトを動かしてみるの巻 ２：カメラオブジェクトをコントロールするためのスクリプトを追加 ・以下のURLから「CameraController.cs」をダウンロードし、Assets > scripts フォルダに入れる https://sizima.com/UnityScripts/WS/CameraController.cs ・tripod に Assets > scripts > CameraController を追加
- 27. 27 ３：カメラオブジェクトを動かしてみるの巻 カメラのコントロール方法 動作 コントロール 前進 / 後退 W / S ( ↑ / ↓ ) 左回転 / 右回転 A / S ( ← / → ) 上昇 / 下降 E / Q ノーズアップ / ノーズダウン R / F
- 29. 29 ４：マンデルボックスシェーダを作成してみる 球を描く → 球に色を付ける → マンデルボックスを描 ･･･という順で進めます。
- 32. 32 Shader "Custom/shader04_1（シェーダ名）" { SubShader { Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma target 5.0 #include "UnityCG.cginc" #define CLOSE_ENOUGH 0.001 // シェーダ内の関数で共有したい変数はここで宣言しておく float3 _camPos, _camAim, _camUp, _camSide; // カメラの位置、前方向ベクトル、上方向ベクトル、右方向ベクトル struct v2f { float4 position : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; // 球を作る場合の距離関数 float DistanceFunc(float3 _rayPos ) { float3 _objPos = float3(0, 0, 3); // 球の位置 float _rad = 1; // 球の半径 return length(_rayPos-_objPos) - _rad; }
- 33. 33 // 描画するピクセルの ray の方向を取得する関数 float3 GetRay(v2f i) { float3 ray; float2 pix = (i.uv - float2(0.5, 0.5)) * 2; // 範囲は -1 ～ 1 float AoV = 60; // 画角何度？ AoV = radians(AoV*0.5); // ラジアンに変換 ray = normalize(_camAim + pix.x * tan(AoV) * _camSide + pix.y * tan(AoV) * _camUp); return ray; } // 頂点シェーダ関数 v2f vert(appdata_base v) : POSITION { v2f o; o.position = UnityObjectToClipPos(v.vertex); // モニタに表示されるよう座標変換 o.uv = v.texcoord.xy; // UV座標はそのまま受け渡す return o; } _camUp _camSide pix.x pix.y 1 -1 -1 1 _camAim AoV Camera ray 今回の例の場合、描画領域は正方形
- 34. 34 // フラグメントシェーダ関数 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { _camPos = float3(0, 0, 0); _camAim = float3(0, 0, 1); _camUp = float3(0, 1, 0); _camSide = float3(1, 0, 0); fixed4 _color; // 最終的なピクセルの色となる float3 _ray = GetRay(i); // 描画するピクセルのレイの方向ベクトル float _distance ; // レイとオブジェクト間の最短距離 float _rayL = 0.0; // レイに継ぎ足す長さ float3 _rayP = _camPos; // レイの先端位置 for (int i = 0; i < 50 ; ++i) { _distance = DistanceFunc( _rayP ); _rayL += _distance; _rayP = _camPos + _ray * _rayL ; if (_distance < CLOSE_ENOUGH) break; // レイがオブジェクトに衝突したらループを抜ける } if (_distance < CLOSE_ENOUGH){ _color = fixed4(1, 0, 0, 1); } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; } ENDCG } } } レイがオブジェクトに衝突した際の処理 カメラの位置と向きを、今回は手動で指定しておく マーチングループ（レイマーチングの繰り返し処理） 今の場合は50回、もしくはレイが衝突するまで繰り返す そのピクセルを赤く塗りつぶす レイがオブジェクトに衝突しなかった際の処理
- 37. 37 // オブジェクト表面の法線ベクトルを取得する float3 GetNormal(float3 p) { float d = 0.00005; return normalize(float3( DistanceFunc(p + float3( d, 0.0, 0.0)) - DistanceFunc(p + float3( -d, 0.0, 0.0)), DistanceFunc(p + float3(0.0, d, 0.0)) - DistanceFunc(p + float3(0.0, -d, 0.0)), DistanceFunc(p + float3(0.0, 0.0, d)) - DistanceFunc(p + float3(0.0, 0.0, -d)))); }
- 38. 38 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { （この部分は４-１と同じ） if (_distance < CLOSE_ENOUGH){ // オブジェクト表面の法線を取得 float3 _normal = GetNormal(_rayP); // _color1：カメラに対する面の向きで明るさを変える float _v = dot(-_camAim,_normal); float4 _color1 = float4(_v,_v,_v, 1); // _color2：面の向きで色を変える float4 _color2 = float4(0.5*(_normal+float3(1,1,1)), 1); _color = _color1 * _color2; } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; } 以下のように変更してみよう！ _color = _color1; もしくは _color = _color2;
- 41. 41 // マンデルボックスを作る場合の距離関数はこれ float DistanceFunc(float3 _rayPos ) { float3 _objPos = float3(0, 0, 3); // マンデルボックスを表示する位置 float3 pos = _rayPos-_objPos; float mb_scale = -1.977; // この値を変更してみると・・・！？ float minRad2 = 0.1; float DIST_MULTIPLIER = 1.0; float absScalePowIters = 0.0001; float4 scale = float4( mb_scale, mb_scale, mb_scale, abs(mb_scale)) / minRad2; float4 p = float4(pos,1.0), p0 = p; for (int i=0; i<10; i++) // PCに余裕がある場合は 10 → 16 くらいにすると精度が上がる { p = float4(clamp(p.xyz, -1.0, 1.0) * 2 - p.xyz, p.w); float r2 = dot(p.xyz, p.xyz); p *= clamp(max(minRad2/r2, minRad2), 0.0, 1); p = p * scale + p0; } return ((length(p.xyz) - abs(mb_scale - 1.0)) / p.w - absScalePowIters) * 0.95 * DIST_MULTIPLIER; }
- 45. 45 ５：カメラの動きと連動させてみよう １：４-１、４-２、４‐３をまずやる！ ２：カメラオブジェクトをシーンに配置する（３を思い出しながら） ・GameObject > Create Empty を作成 → 座標を (0, 0, 0)、 名前を「tripod（三脚）」としておく ・tripod の子供として「GameObject > 3D Object > Cube」を作成 → 名前を「cameraModel」としておく ４：C#スクリプト（ CamValue2Shader.cs）を作成し、中身（次ページ）を記述する ３：カメラオブジェクトをコントロールするためのスクリプトを追加 ・以下のURLから「CameraController.cs」をダウンロードし、Assets > scripts フォルダに入れる https://sizima.com/UnityScripts/WS/CameraController.cs ・tripod に Assets > scripts > CameraController を追加 （シーンを実行してカメラオブジェクトがキーボード操作できるか試しておきましょう）
- 46. 46 using UnityEngine; public class CamValue2Shader : MonoBehaviour { public Material _mat; // マテリアルを割り当てる // カメラの位置や方向をシェーダに送る void CamState2shader() { _mat.SetVector("_camPos", transform.position); _mat.SetVector("_camSide", Vector3.Normalize(transform.right)); _mat.SetVector("_camUp", Vector3.Normalize(transform.up)); _mat.SetVector("_camAim", Vector3.Normalize(transform.forward)); } // 毎フレーム実行される void Update() { CamState2shader(); } }
- 47. 47 ５：カメラの動きと連動させてみよう ６：フラグメントシェーダ関数の以下の部分を削除 ５：C#スクリプトをカメラオブジェクトに割り当てる ・cameraModel に先ほど作成したC#スクリプトをドラッグして割り当てる _camPos = float3(0, 0, 0); _camAim = float3(0, 0, 1); _camUp = float3(0, 1, 0); _camSide = float3(1, 0, 0); カメラ位置はこれまで手動で決めていたが、今回 はスクリプトで外部から操作するため Quad に割り当てられているマテリアルを 選択しておく
- 52. 52 // クォータニオン同士の積を返す関数 ------------------------------------------------ // クォータニオン → Q = (t; x, y, z) 実部 t で虚部が x, y, z float4 GetQuaternionProduct(float4 Ql, float4 Qr) { float3 vl = float3(Ql.y, Ql.z, Ql.w); float3 vr = float3(Qr.y, Qr.z, Qr.w); float3 crossProduct = cross(vl, vr); float4 Qans = float4( Ql.x * Qr.x - dot(vl, vr), (Ql.x * vr.x) + (Qr.x * vl.x) + crossProduct.x, (Ql.x * vr.y) + (Qr.x * vl.y) + crossProduct.y, (Ql.x * vr.z) + (Qr.x * vl.z) + crossProduct.z ); return Qans; } // クォータニオン：ある点(p)を、軸AB(a と b を通る直線)の周りに任意角度(rad)回転させる関数 ---------------- float3 RotateCoordAroundAxis(float3 p, float3 a, float3 b, float rad) { p = p - a; // 点を計算用にオフセットかけておく float3 ax = normalize(b - a); // 軸の方向を示す単位ベクトル rad *= 0.5; // 3つのクォータニオンを作成 float4 P = float4(0, p.x, p.y, p.z); float4 Q = float4(cos(rad), ax.x * sin(rad), ax.y * sin(rad), ax.z * sin(rad)); float4 R = float4(cos(rad), -1 * ax.x * sin(rad), -1 * ax.y * sin(rad), -1 * ax.z * sin(rad)); float4 RP = GetQuaternionProduct(R, P); float4 RPQ = GetQuaternionProduct(RP, Q); return float3((RPQ.y + a.x), (RPQ.z + a.y), (RPQ.w + a.z)); }
- 53. 53 // 描画するピクセルのray の方向を取得する float3 GetRay(v2f i) { float3 ray; float2 pix = (i.uv - float2(0.5, 0.5)) * 2; // 範囲は -1 ～ 1 float d = length(pix); // 画面の中心からどれだけずれているか？ d=0 なら中心，d=1.0 ならドームマスター端の円周上 // _camAim を _camSide の周りに t 回転 float t = radians(90 * d); ray = RotateCoordAroundAxis(_camAim, 0, _camSide, t); // ray 回転しました // さらにその結果を _camAim の周りに a 回転 float a = sign(pix.x)*acos(dot(float2(0, 1), normalize(pix))); ray = RotateCoordAroundAxis(ray, 0, _camAim, a); // ray 回転しました return ray; }
- 55. 55 魚眼レンズになるようにレイのベクトルを求めるには… 0 α θ _camAim _camSide _camUp _camSide を軸に、_camAim を θ 回転 _camAim を軸に、_camAim’ を α 回転 _camSide _camAim _camAim’_camAim’ _camAim’’⇒レイ θ α
- 57. 57 ７：連番ファイルに書き出してみよう １：Quad のみを画面に表示する ・（例えば…）Quad および Main Camera を以下のように cameraModel から離して配置 cameraModel の Mesh Render の チェックを外し、非表示にしてもよい cameraModel Main Camera Quad ・Main Camera の Projection を Orthographic にし、Size を調整 （Quad の上下が Main Camera で見た際に上下にぴったりくっつくように Size を調整） 左右に隙間があってもOK
- 58. 58 ７：連番ファイルに書き出してみよう ２：ビルドする ・書き出しの際、Unity のエディタ上ではエラーが出る可能性があるため、ビルドします ・File > Build Settings... を開き、Target Platform を Windows、Architecute を x86_64 に設定 ・Player Settings... を開き、Fullscreen Mode をWindowedにし、Run In Background にチェック ・Build ボタンをクリックし、ビルド
- 60. 60 ７：連番ファイルに書き出してみよう ４：レンダリングの設定 → レンダリング ・レンダリングは現在のカメラ位置から、カメラが一定方向に動きながら画像を書き出す、というもの カーブとかは出来ません… 項目 説明 Resolution (w, h) レンダリングの解像度。縦横を同じ値にする必要がある。 Sample サンプリング数。大きくし過ぎると落ちるため、まずは 1 で試すとよい。 1 で大丈夫なら 2 か 3 に上げてみる。 Frame number 出力する画像の枚数。 Camera speed １フレーム進むごとにカメラが移動する距離。 Direction (x, y, z) カメラの移動する方向ベクトル。入力は単位ベクトルにする必要はない。 例： (0, 0, 1) → 前進 (0, 1, 0) → 上昇 (1, 0, 0) → 右へ平行移動 (0, 1, 1) → 前進しながら上昇 File name ファイル名を指定。 Start number レンダリング開始時の番号指定。例えば File name → test 、 Start number → 100 と指定すると次のような連 番ファイルが出力される。 test_00100.png , test_00101.png , test_00102.png … Render Button レンダリングを開始します。 Stop Button レンダリング実行時にクリックすることでレンダリングをストップします。
- 61. 61 ８：発展
- 63. 63 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { （この部分には変更を加えない） if (_distance < CLOSE_ENOUGH) { float3 _baseColor = float3(1, 1, 1); // オブジェクトの色 float3 _lightColor = float3(1, 0.8, 0.5); // ライトのカラーを指定 float3 _lightDir = normalize(float3(0, 1, 0)); // ライト（光源）の向き float _intensity = 1.0; // ライトの強度 float3 _ambColor = float3(0.2, 0.4, 0.8); // アンビエント光の色 float _ambIntensity = 0.3; // アンビエント光の強度 float3 _normal = GetNormal(_rayP); // オブジェクト表面の法線を取得 float _diffuse = max(0, mul(_lightDir, _normal)); // 拡散反射強度 float3 _color1 = _baseColor * _ambColor * _ambIntensity + _baseColor * _lightColor * _intensity * _diffuse; _color = fixed4(_color1 , 1); } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; } _baseColor * _ambColor * _ambIntensity ⇒ アンビエント光による見え方 _baseColor * _lightColor * _intensity * _diffuse ⇒ ライトによる見え方 カラーは以下のように指定 float3(R, G, B) RGBの強度はそれぞれ ０～１ 追加・変更
- 65. 65 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { （この部分には変更を加えない） if (_distance < CLOSE_ENOUGH) { float3 _baseColor = float3(1, 1, 1); // オブジェクトの色 float3 _lightColor = float3(1, 0.8, 0.5); // ライトのカラーを指定 float3 _lightDir = normalize(float3(0, 1, 0)); // ライト（光源）の向き float _intensity = 1.0; // ライトの強度 float3 _ambColor = float3(0.2, 0.4, 0.8); // アンビエント光の色 float _ambIntensity = 0.3; // アンビエント光の強度 float3 _fogColor = float3(0.05, 0.08, 0.1); // フォグの色 float _fogMax = 1.5; // フォグの濃さが最大になる距離 float3 _normal = GetNormal(_rayP); // オブジェクト表面の法線を取得 float _diffuse = max(0, mul(_lightDir, _normal)); // 拡散反射強度 float _fogValue = min(_fogMax,length(_rayP-_camPos))/_fogMax; // 1 でフォグ最大 float3 _color1 = _baseColor * _ambColor * _ambIntensity + _baseColor * _lightColor * _intensity * _diffuse; _color = fixed4(lerp(_color1, _fogColor, _fogValue),1); } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; } Lerp(x, y, s) = (1-s)x + sy
- 67. 67 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { （この部分には変更を加えない） if (_distance < CLOSE_ENOUGH) { float3 _baseColor = float3(1, 1, 1); // オブジェクトの色 float3 _lightColor = float3(1, 0.8, 0.5); // ライトのカラーを指定 float3 _lightDir = normalize(float3(0, 1, 0)); // ライト（光源）の向き float _intensity = 1.0; // ライトの強度 float3 _ambColor = float3(0.2, 0.4, 0.8); // アンビエント光の色 float _ambIntensity = 0.3; // アンビエント光の強度 float3 _fogColor = float3(0.05, 0.08, 0.1); // フォグの色 float _fogMax = 1.5; // フォグの濃さが最大になる距離 float3 _incandescenceColor = float3(0.4,1,0.8); // 白熱光の色 float3 _incCenter = float3(0,0,1.5); // 白熱光の位置 float _incRadius = 0.8; // 白熱光の半径 float _incIntensity = 1.5; // 白熱光の強度 float3 _normal = GetNormal(_rayP); // オブジェクト表面の法線を取得 float _diffuse = max(0, mul(_lightDir, _normal)); // 拡散反射強度 float _fogValue = min(_fogMax,length(_rayP-_camPos))/_fogMax; // 1 でフォグ最大 float3 _color1 = _baseColor * _ambColor * _ambIntensity + _baseColor * _lightColor * _intensity * _diffuse; float3 _color2 = pow(max((1-length(_incCenter - _rayP)/_incRadius), 0),2) * _incandescenceColor * _incIntensity; _color = fixed4(lerp(_color1, _fogColor, _fogValue) + _color2, 1); } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; }
- 69. 69 fixed4 frag(v2f i) : COLOR { （この部分には変更を加えない） if (_distance < CLOSE_ENOUGH) { float3 _baseColor = float3(1, 1, 1); // オブジェクトの色 float3 _lightColor = float3(1, 0.8, 0.5); // ライトのカラーを指定 float3 _lightDir = normalize(float3(0, 1, 0)); // ライト（光源）の向き float _intensity = 1.0; // ライトの強度 float3 _ambColor = float3(0.2, 0.4, 0.8); // アンビエント光の色 float _ambIntensity = 0.3; // アンビエント光の強度 float3 _fogColor = float3(0.05, 0.08, 0.1); // フォグの色 float _fogMax = 1.5; // フォグの濃さが最大になる距離 float3 _incandescenceColor = float3(0.4,1,0.8); // 白熱光の色 float3 _incCenter = float3(0,0,1.5); // 白熱光の位置 float _incRadius = 0.8; // 白熱光の半径 float _incIntensity = 1.5; // 白熱光の強度 float3 _normal = GetNormal(_rayP); // オブジェクト表面の法線を取得 float _diffuse = max(0, mul(_lightDir, _normal)); // 拡散反射強度 float _fogValue = min(_fogMax,length(_rayP-_camPos))/_fogMax; // 1 でフォグ最大 float3 _color1 = _baseColor * _ambColor * _ambIntensity + _baseColor * _lightColor * _intensity * _diffuse; float3 _color2 = pow(max((1-length(_incCenter - _rayP)/_incRadius), 0),2) * _incandescenceColor * _incIntensity; float3 _color3 = lerp(_color1, _fogColor, _fogValue) + _color2; float _gamma = 0.7; // ガンマの値 float _brightness = 2; // 明るさ _color = fixed4(pow(_color3, 1.0/_gamma) * _brightness, 1); } else _color = fixed4(0, 0, 0, 1); return _color; }
- 71. 71 // 描画するピクセルのray の方向を取得する float3 GetRay(v2f i) { float3 ray; float2 pix = (i.uv - float2(0.5, 0.5)) * 2; // 範囲は -1 ～ 1 float PI = radians(180); // π（3.1415...） float _lon = pix.x * -PI; // その画素が横方向何度（ラジアン）か？ float _lat = pix.y * 0.5 * PI; // その画素が高さ方向何度（ラジアン）か？ // _camAim を _camSide の周りに _lat 回転 ray = RotateCoordAroundAxis(_camAim, 0, _camSide, _lat); // ray 回転しました // さらにその結果を _camUp の周りに _lon 回転 ray = RotateCoordAroundAxis(ray, 0, _camUp, _lon); // ray 回転しました return ray; }
- 72. 72 ８-５：エクイレクタングラー表示 ２：表示用の板（Quad）を横方向に２倍にして縦横比を１：２にしておく （Quad の上下が Main Camera で見た際に上下にぴったりくっつくように調整） 左右に隙間があってもOK ３：tripod > cameraModel が正面を向いてない場合は正面を向けておく
- 73. 73 ８-６：様々なパラメータの変更 ほかにもあるかも… 描画の精度を上げたい マーチングループ回数を上げてみる 例： for (int i=0; i<50; i++) ⇒ for (int i=0; i<200; i++) ※上げすぎるとPCが固まるので注意 マンデルボックス距離関数内のループ回数を上げてみる 例： for (int i=0; i<10; i++) ⇒ for (int i=0; i<16; i++) ※上げすぎるとPCが固まるので注意 #define CLOSE_ENOUGH 0.001 の値を変更してみる マンデルボックスを変形したい マンデルボックス距離関数の以下の値を変更してみる float mb_scale = -1.977; この値を変更すると劇的に見た目が変更されます。２を参考にスライダーで 値を変更できるようにしてみましょう！
- 75. 75 float box(float3 p, float3 b){ float3 d = abs(p) - b; return min(max(d.x, max(d.y, d.z)), 0.0) + length(max(d, 0.0)); } float bar(float2 p, float2 b){ float2 d = abs(p) - b; return min(max(d.x, d.y), 0.0) + length(max(d, 0.0)); } float crossBar(float3 p, float b){ return min(bar(p.xy, b), min(bar(p.yz, b), bar(p.zx, b))); } float mod(float x, float y){ return (x - (y * floor(x / y))); } float DistanceFunc(float3 _rayPos) { float3 _objPos = float3(0, 0, 0); // 表示する位置 float3 p = _rayPos - _objPos; p.x = mod(p.x + 0.4, 0.8) - 0.4; p.y = mod(p.y + 0.4, 0.8) - 0.4; p.z = mod(p.z + 0.4, 0.8) - 0.4; float _fat = 0.3; // 値を変更してみよう float ret = box(p, float3(_fat, _fat, _fat)); float _dist = 3; // 値を変更してみよう for (float c = 0.0; c < 3; c += 1) { float pw = pow(_dist, c); float3 _modAns = float3(mod(p.x + 0.15 / pw, 0.6 / pw), mod(p.y + 0.15 / pw, 0.6 / pw), mod(p.z + 0.15 / pw, 0.6 / pw)); ret = max(ret, -crossBar(_modAns - 0.15 / pw, 0.1 / pw)); } return ret; }
- 76. 76 参考 GLSL ⇒ HLSL 命令対応表 http://dench.flatlib.jp/opengl/glsl_hlsl HLSL 組み込み関数 https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/bb509611(v=vs.85).aspx Shadertoy https://www.shadertoy.com/ SIZIMA Soft http://sizima.com/
- 77. 77 おまけのおはなし
- 79. 79 ドームマスターについて ドームに投影するための形式には以下のものがある ドームマスター / キューブマップ / エクイレクタングラー
- 84. 84 ドームマスターについて エクイレクタングラー 360度動画（ドームスクリーン向けを含む）を作成する場合、この形式がおすすめ！ RICOH THETA で撮影すると、この形式で保存される。 空間の全体が記録される
- 86. 86 シェーダについて
- 88. 88 シェーダについて Unityで使用するシェーダは２種類！（本当はもっとあるけど…） 頂点シェーダ（Vertex Shader） フラグメントシェーダ（Fragment Shader） 頂点シェーダ フラグメントシェーダ 描画の流れ
- 92. 92 レイマーチング法について
- 108. 108 レイマーチング法について 距離関数 → シーンを決定 レイマーチング法でどんなシーンが描けるか？ https://www.shadertoy.com/ → Shadertoy で raymarching を検索してみるとたくさん出てくる