ボクセル・ディスプレイスメント・レンダラー — レトロ3D美学の現代化

Voxel Displacement Renderer — レトロ3D美学の現代化

美的な動機

• 90年代前半から中盤の3Dゲーム（Doom、Quake、Duke Nukem）は、技術面とゲームプレイ面の両方で大きな影響を与えた。
• 最近では、こうしたゲームの視覚的な制約がレトロな魅力として受け止められている。
• 環境ジオメトリはシンプルで想像力に富み、テクスチャにはくっきりしたピクセル境界があった。
• このスタイルは、2Dピクセルアートにおける様式化された抽象化に似ている。
• こうした表現は、現代のレトロ風ゲームや3Dインディータイトルで人気を集めている。

一般的なボクセルの仕組み

• ボクセルメッシュは、すべての立方体状セルが埋まっているか空である3次元グリッドである。
• 大きなボクセルにはテクスチャがあり、小さなボクセルは単色で表現される。
• 大きな環境を作るには、すべてのジオメトリを共有グリッド上に配置するか、独立したボクセルメッシュを同じ空間内に配置できる。
• ゲーム世界をボクセルで構成すると決めた場合、ボクセルジオメトリを作成する必要があり、レンダリングやゲームプレイロジックもボクセル単位で動作しなければならない。
• ボクセルメッシュでは、ジオメトリの追加や削除は簡単である。

一般的なディスプレイスメントの仕組み

• ディスプレイスメントマッピングは、テクスチャの各ピクセルがメッシュ表面からどれだけ内側または外側に広がるべきかを定義する。
• 3Dモデリングソフトウェアでは、メッシュを細分化し、新しい頂点を変位させることでディスプレイスメントマッピングを適用できる。
• リアルタイムグラフィックスでは、表面シェーディング効果と組み合わせて使用され、メッシュの物理的な形状を変えずに細かな幾何学的ディテールを生み出せる。
• シェルマッピングでは、オブジェクトのシルエットに沿ってディスプレイスメントを見せることができる。

私が作ったもの — ボクセルとディスプレイスメントマッピングの融合

• 古典的な3Dゲームの環境をモデリングするために、既存のローポリメッシュを使い、ディスプレイスメントマップを適用してボクセルスケールの表面ディテールを定義する。
• 三角形メッシュと限られたディスプレイスメントマップ情報を使って、レンダラーがGPUに読み込むジオメトリデータを変換する。
• レンダリング中に必要となる情報を生成するため、テクスチャを事前処理する。
• メッシュとテクスチャの状態を用いて、ボクセルディスプレイスメントジオメトリをレンダリングする。

アートアセットと環境生成

• テクスチャとメッシュという2種類のアセットを作成する必要がある。
• 各テクスチャはアルベドマップとディスプレイスメントマップで構成される。
• メッシュは従来型のローポリなテクスチャマッピング済み三角形メッシュである。
• メッシュの構造とテクスチャマッピングには制約がある。

このアプローチの利点

• 慣れ親しんだワークフローを使ってコンテンツを作成できる。
• 環境を三角形メッシュで記述するため、物理エンジンやキャラクターコントローラーを書き直す必要がない。
• ほとんどのゲームプレイシステムは、ボクセルの細部を意識する必要がない。

今後の計画

• レンダラー自体に追加または改善したい機能がまだ多くある。
• 小さなオブジェクトやアニメーションするオブジェクトを統合する方法を研究している。
• ライティング実装を改善する予定である。
• このレンダリング技術をゲームへ統合することは、現実的な道筋だと考えている。

GN⁺の見解

• 技術的な挑戦: ボクセルとディスプレイスメントマッピングを組み合わせるのは非常に難しい作業である。多くのカスタム実装が必要になる。
• 実用性: この技術は既存のゲームエンジンに統合できる可能性が高い。これにより、開発者は既存システムを活用できる。
• 美的な魅力: レトロな3Dゲームの美学を現代的に再解釈することは、多くのゲーマーにとって魅力的になりうる。
• 性能面の考慮: このレンダリング技術にはパフォーマンス最適化が必要である。特にリアルタイムレンダリングでは重要な要素となる。
• 将来性: この技術はさまざまなゲームジャンルに応用でき、特にインディーゲーム開発者にとって有用となりうる。