# Shader Graphを使った光と影の表現の基本

## 目次

1. Shader Graphとは

2. 光と影の基本概念

   - 2-1. 光の種類と影響

   - 2-2. 影の形成とその特性

3. Shader Graphでの光と影の実装

   - 3-1. 基本設定とノードの構造

   - 3-2. 光源の設定と操作

   - 3-3. 影の実装と調整

4. 実践例: 光と影を活かしたシーン作り

   - 4-1. 環境光とポイントライトの使用

   - 4-2. 光の強弱と影の深度調整

5. 高度な表現技法

   - 5-1. PBRとリアルタイムライティング

   - 5-2. カスタムシェーダーでの表現拡張

6. Shader Graphでの最適化技術

   - 6-1. パフォーマンスの向上

   - 6-2. リソース管理

7. まとめ

## 1. Shader Graphとは

Shader GraphはUnityのビジュアルノードベースのシェーダー開発環境であり、プログラミングの知識がなくてもシェーダーを作成できる強力なツールです。ビジュアルノードを用いることで、リアルタイムでその効果を確認しながらシェーダーを構築できます。

Shader Graphの主な利点は、ビジュアルが豊富になり、エンジニアとデザイナーが共同で作業しやすくなることです。これにより、光と影の細かい調整が可能になり、リアルで動的な環境を素早く制作できます。

## 2. 光と影の基本概念

### 2-1. 光の種類と影響

光はシーンの雰囲気を決定する重要な要素です。主に以下の種類の光がゲーム開発に用いられます：

- **環境光**: シーン全体に均一に広がる光で、夕方や夜の雰囲気を演出する際に重要です。

- **ディレクショナルライト**: 太陽のように特定の方向からシーン全体を照らす光源。影の方向と長さを決定するのに重要です。

- **ポイントライト**: 一点から全方向に放射される光。電球やランタンなどの表現に適しています。

- **スポットライト**: 円錐状の光を投げかける光源で、ステージライトや懐中電灯の表現に使用します。

### 2-2. 影の形成とその特性

影は光が遮られることで生まれます。影の特徴は以下のように分類されます：

- **キャストシャドウ**: 物体が光を遮ることで生まれる影。

- **セルフシャドウ**: 同一物体内で光が当たらない部分にできる影。

- **ソフトシャドウ**: 境界がぼやけた影で、自然でリアルな印象を与えます。

- **ハードシャドウ**: 境界がシャープな影で、強い光源下での影響を表現します。

## 3. Shader Graphでの光と影の実装

### 3-1. 基本設定とノードの構造

Shader Graphを使ったシェーダー作成はノードと呼ばれるパーツの組み合わせにより実現されます。以下の重要なノードが用いられます：

- **Positionノード**: オブジェクトの位置情報を取得。

- **Normal Vectorノード**: 面の方向を取得し、光の当たり方を決めるために使用。

- **Light Directionノード**: ライトの方向を取得し、影の位置を決める要素として利用。

```csharp

// サンプルノード構造

NodeEditor 

{

    PositionNode position;

    NormalVectorNode normal;

    LightDirectionNode lightDirection;

}

```

### 3-2. 光源の設定と操作

光源の設定はUnityエディタ上で簡単に行えます。Shader Graph内での調整も重要で、以下のパラメータを操作します：

- **Intensity（強度）**: 光の強さを調整。

- **Color（色）**: 光の色を変更し、シーンの雰囲気を決定。

- **Range（範囲）**: 光が届く距離を設定。

以下に光の強度を制御するサンプルコードを示します：

```csharp

float intensityControl = 1.5f;  // 光の強度

Color lightColor = Color.white;  // 光の色

```

### 3-3. 影の実装と調整

影を実装するためには、ライトとオブジェクトの関係を理解することが重要です。Shader Graphでは影の深さや透明度を通してリアルな影を描画することが可能です。影の調整には以下の項目を考慮します：

- **Shadow Bias**: 影のずれを調整し、アーティファクトを減少させる。

- **Shadow Strength**: 影の濃さを設定し、影響力を制御。

## 4. 実践例: 光と影を活かしたシーン作り

### 4-1. 環境光とポイントライトの使用

明るい日中のシーンを作成する際は、環境光を少し控えめにし、重要なオブジェクトを照らすためにポイントライトを使用します。これはディテールの強調に役立ちます。

### 4-2. 光の強弱と影の深度調整

夜のシーンでは、光源を最小限に抑えて、ムーディーな雰囲気を作り出すことが重要です。影の深さを調節し、重要な要素を暗闇から浮かび上がらせるように工夫します。

## 5. 高度な表現技法

### 5-1. PBRとリアルタイムライティング

PBR（Physically Based Rendering）は光が物質に反射するモデルをよりリアルに表現します。リアルタイムライティングとの組み合わせにより、リアルな金属の輝きや濡れた表面の反射など細部の表現が向上します。

### 5-2. カスタムシェーダーでの表現拡張

カスタムシェーダーを記述することで、さらにユニークな光と影の効果を実現します。これにより、Standard Shaderでは不可能な表現も可能になります。

## 6. Shader Graphでの最適化技術

### 6-1. パフォーマンスの向上

パフォーマンスを向上させるためには、オクルージョンカリングやライトプローブを使用します。これによりレンダリングコストを削減できます。

### 6-2. リソース管理

ゲーム開発においては、リソースの管理も重要になります。メモリ使用量を抑えるために、必要最小限のリソースを使用します。

## 7. まとめ

Shader Graphを活用することで、複雑な光と影の表現を簡単に実現することが可能です。リアルタイムでフィードバックを得ながら、ビジュアル的な要素を強化することで、より魅力的で没入感のあるゲーム開発を実現できます。高度な技術を駆使し、独創性のあるシーンを作り上げましょう。

Shader Graphを使った光と影の表現の基本

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