3Dグラフィックの - 仕組みを見直す！

内容

3Dグラフィックの仕組みを見直す！

OpenGLを理解するための第一歩

ゲーム開発で多くの人がUnityやUnreal Engine 5 (UE5)を使用していますが、その内部がどのように動いているのか疑問に思ったことはありませんか？高レベルなエンジンは便利ですが、3Dグラフィックの本質を理解するためには低レベルなプログラミングの知識が不可欠です。今回は、その基礎を実践を通して見直していきましょう。

実践しながら理解を深める

本記事では、3Dグラフィックの仕組みに焦点を当てて解説します。実際に自分で3Dアプリケーションを作成したい場合は、以下の記事を参考にしてみてください：

GLFW準備
GLFW実際のゲーム
Raylib

いずれも私が執筆した記事ですので、疑問があればお気軽にお尋ねください。

グラフィックの仕組み

OpenGLを使ったプログラミングは、グラフィックパイプラインの理解を深める絶好の機会です。これは、シェーダープログラムの設計、頂点バッファオブジェクト（VBO）や頂点配列オブジェクト（VAO）の設定、テクスチャマッピングなど、GPUで行われる多くの低レベルな操作を含んでいます。これらを学ぶことで、シーンのレンダリングやゲームエンジン内部の動作がどのように最適化されているかが分かるようになります。

基本的なグラフィックパイプライン

以下は、OpenGLにおけるグラフィックパイプラインの基本的な流れです：

頂点データの準備：3Dモデルの頂点データをVBOに格納し、VAOで管理します。

// 頂点データの例
float vertices[] = {
    // x, y, z 座標
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
};

unsigned int VBO, VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glGenBuffers(1, &VBO);

glBindVertexArray(VAO);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
glBindVertexArray(0);

シェーダーの実行：バーテックスシェーダー、フラグメントシェーダーなどが実行され、頂点からピクセルへの変換を行います。

ラスタライズ：頂点データが2Dピクセルに変換され、フラグメントごとの色が計算されます。

描画：ピクセル情報がフレームバッファに描かれ、最終的な出力として表示されます。

上記の図は、OpenGLのパイプラインを示したものです。各ステージで行われる処理の詳細を理解することで、より効率的なグラフィックプログラムを作成できるようになります。