セルフシャドウイング

セルフシャドウイングは、コンピュータ アニメーションやビデオ ゲームなどの3Dレンダリングアプリケーションで使用されるコンピュータ グラフィックスの 照明効果です。セルフシャドウイングを使用すると、ゲーム キャラクターやインタラクティブ オブジェクト (バケツ、椅子など)などの環境内の非静的オブジェクトが、自分自身や相互に影を落とすことができます。たとえば、セルフシャドウイングがない場合、キャラクターが右腕を左腕の上に置いた場合、右腕は左腕に影を落としません。同じキャラクターがボールの上に手を置くと、その手はボールに影を落とします。

指定する必要があることの 1 つは、投影される影が動的か静的かということです。影のかかった壁は静的な影です。壁は動かないので、その幾何学的形状はシーン内で移動したり変化したりしません。動的な影は、シーン内で幾何学的形状が変化するものです。

セルフシャドウイング法では、目的の結果に応じて、品質と速度の間でトレードオフがあります。速度を維持するために、一部の手法では高速で低解像度のソリューションに依存しており、シーンに合わないような不自然な影が生成される場合があります。他の手法では、CPU と GPU がアルゴリズムを使用して影の正確な位置と形状を高精度で計算する必要があります。これには多くの計算オーバーヘッドが必要であり、古いマシンでは処理できませんでした。

光源の原点から高いポイントを見つけ、そのピークの下にある他の幾何学的ポイントを無視することで、粗い表面上の影を素早く計算できる技術が開発されました。山の日の出を想像してください。光が背後のピークに当たっていますが、あなたはまだ暗闇の中にいます。あなたは背後のピークの下にいるので、コンピューターは影や光が必要であるかどうかを心配する必要はありません。「Height Field Self-Shadowing」は、動的な光環境下で動的な高さフィールドにリアルタイムでセルフシャドウをレンダリングします。^[1]

セルフシャドウイングは、髪の毛の個々の幾何学的形状が大幅に増加したため、通常コンピュータでレンダリングするのが非常に難しいインタラクティブな髪の毛アニメーションに使用できます。セルフシャドウイングは、ボリューム感の印象に貢献する 3D アプリケーションの主要部分です。^[2]

シャドウ ボリュームは、3D イメージまたはシーンでセルフ シャドウイングを使用する方法の 1 つです。この方法では基本的に、3D オブジェクトが、シャドウが投影されるシーン内の閉じたボリュームを占めるようにします。これにより、レンダラーまたはシェーダーは、ポイントまたはピクセルがシャドウ領域内にあるかどうかを分析できます。これにより、最終的にプログラムは、オブジェクトがどのように照らされるかを決定できます。

3Dシャドウ マッピングは、設定された位置から近似的な影を作成し、完全に正確ではない可能性のある非常に拡散した影を作成する別の方法です。

ビデオゲームメーカーValveのChris Green氏は、バンプマップデータはオブジェクト表面の幾何学的記述から得られるため、表面の詳細による照明オクルージョンによる重要な照明の手がかりは計算されないと述べています。^[3]一般的な修正方法は、追加のテクスチャチャネルを使用してアンビエントオクルージョンフィールドを作成することです。これは、表面に作用する光源の方向とは関係のない暗くする効果のみを提供します。^[3]

シャドウボリュームは1977年にフランク・クロウによって提案されました。^[4]シャドウボリュームの利点は、自分自身を含むすべてのものをシャドウ化できることです。

• シャドウマッピング
• シャドウボリューム
• 統一された照明と影