シェーダー基礎 後期

この授業は

前期は、Shader Graphを使って色、UV、法線、照明などの原理を学びました。後期は、それらの値が描画処理のどこから届き、どこで計算されるかを確認しながら、HLSLと表現の応用へ進みます。

第14回では、テクスチャの表示と簡易的なランバート照明が動くHLSLコードを受け取り、頂点位置・UV・法線から画素の色までをたどります。前期に学んだ処理を一から作り直すのではなく、コードの一箇所を変えて結果を確かめます。

Unity 6.6とURPを使用します。各回は、必要な前提を短く確認してから進めます。ほかの科目の受講や、前の回の課題の完成を、参加の必須条件にはしません。

授業計画

全12回の授業計画を示します。第16〜21回の個別ページは再編前の内容から改訂中のため、この一覧では詳細ページへリンクしていません。第14回にはリンゴ、第24回には草原の表示サンプルがあります。配布プロジェクトの公開状況は配布ファイルで確認してください。

回	内容	学習の中心
13	レンダリングパイプライン入門	受講者は、描画順序と画面を構成する処理を観察します。
14	HLSLによるテクスチャと簡易照明	受講者は、完成コードのUV・法線・色の経路を読み、一箇所ずつ変更して結果を説明します。
15	TriPlanar での自然物描画	受講者は、位置からUV座標を作り、地形や岩塊へ共通の基準でテクスチャーを貼ります。
16	複数回のサンプリングとループ	受講者は、ブラーを例に、参照範囲・反復回数・負荷を区別します。
17	Height MapによるParallaxとDisplacement	受講者は、参照座標をずらす方法と頂点を動かす方法を比較します。
18	深度の読み取りと交差表現	受講者は、深度を同じ基準へそろえ、接触部分のMaskへ利用します。
19	Ray Marchingの基礎	受講者は、距離関数と反復処理を使い、視線上の表面と終了理由を求めます。
20	SDFの形状合成と空間反復	受講者は、距離関数の組み合わせと反復による形状の変化を確認します。
21	Ray Marchingの法線と反射	受講者は、探索した表面の向きと反射を使い、見た目と計算量を比較します。
22	ボリュームの積算とゴッドレイ	受講者は、視線に沿って空間内の寄与を積み重ねます。
23	GPU負荷・品質調整・ライトベイク	受講者は、実行時の負荷を測り、画質と事前計算の関係を比較します。
24	草原の大量描画とGPU Instancing	受講者は、草株で共有するMesh・Materialと個体ごとの配置を区別し、描画負荷を比較します。

学習の進め方

各回の概要ページは、その回のゴールとポイントを示します。続くステップページは、目的、原理の解説、具体的な操作、確認事項を順に示します。

• 受講者は、まず中心となる処理を確認します。
• 受講者は、主要な値を一つずつ変更し、変化を説明します。
• 余裕のある受講者は、発展的な処理や別の活用例へ進みます。

第14回は動作するHLSLコードを開始点とし、UVによるテクスチャ参照と法線による明暗を別々に変更します。第15〜18回は位置・法線・UV・深度の使い方を広げ、第19〜21回はRay Marchingを探索、形状、質感の順で扱います。第22回は空間内の積算へ進み、第23・24回で品質と負荷を比較します。

到達目標

• 受講者は、頂点データから画素の色までの流れを説明できます。
• 受講者は、Shader GraphとHLSLの同等の計算を対応付けられます。
• 受講者は、中間値を色へ置き換えて表示の問題を切り分けられます。
• 受講者は、複数回のサンプリング、深度、距離関数を表現に使えます。
• 受講者は、画質とGPU負荷を踏まえて処理を選べます。