

岡田 康介
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ディスプレイスメントマッピングとは何か
ディスプレイスメントマッピングは、3Dモデリングとレンダリングの世界で使われる「凹凸を表現する技術」です。物体の表面そのものを、テクスチャとして用意した 高さ情報 に従って少しずつ動かすことで、実際のジオメトリを追加せずに深さや陰影を作り出します。結果として、壁のひび割れや石の突起、布のしわのような細部が、写真のようにリアルに見えるのが特徴です。
どうやって働くのか
仕組みは簡単に言うと、特殊なテクスチャ(高さマップ)を使って頂点を動かすことです。高さマップは白に近いほど表面が高く、黒に近いほど低くなります。レンダリング時にはこの情報を用いて、各頂点の位置を上下左右にずらして新しい表面を作ります。凹凸の形状はテクスチャ次第なので、同じモデルでも高さマップを変えるだけで雰囲気が大きく変わります。
リアルタイムとスタティックの違い
ディスプレイスメントには主に2つの取り組み方があります。実世界のジオメトリを増やす「実体ディスプレイスメント(true displacement)」と、レンダリング時にのみ見た目を変える「マッピングディスプレイスメント」です。リアルタイムアプリケーションでは、浪費を避けるための細かな工夫が必要です。テセレーションや適切な分割の設定、低解像度の高さマップの利用などが一般的な対策です。
実務での使い方のヒント
実務でディスプレイスメントを使うときの基本は三つです。まず第一に、高さマップの品質を高く保つこと。グレースケールの変化が滑らかであるほど、自然な凹凸になります。次に、適切な分割とレンダリング設定を選ぶこと。表面の細部を表示させたい場合はポリゴン数を増やす必要があります。最後に、素材と用途を考えることです。建物の石壁や岩場、傷ついた金属など、凹凸が素材の特性と合っているかを考えましょう。
実践のワークフロー(簡易手順)
手順は大枠で三段階です。第一に 高さマップを用意する、第二にマテリアルにディスプレースメントを設定する、第三に 表面の分割数を調整することです。ソフトウェアごとに操作は異なりますが、共通の流れはこの3点です。高さマップはグレースケールの変化が細かいほど自然な凹凸になります。分割数を増やすと表面が滑らかになり、下地のジオメトリが崩れにくくなります。設定が難しい場合は、まず試作モデルで小さな分割数から始め、結果を見て徐々に調整するのがおすすめです。
具体例と実感
例えば木の床をディスプレイスメントで処理すると、木目の陰影が立体的に浮き上がります。石畳の壁では、白黒の高さマップを使うことで石と石の間の縁や落ち込みを自然に表現できます。これにより、写真のようなリッチな表情を得られる一方で、パソコンの負荷は増えます。用途と性能のバランスを見極めることが大切です。
用語と仕組みを整理する
以下の表は、ディスプレイスメントマッピングでよく使う用語と意味を簡潔にまとめたものです。
よくある質問
Q: すべてのモデルにディスプレイスメントは必要ですか? いいえ。用途と性能を考え、必要な箇所だけに使うのが基本です。
まとめ
ディスプレイスメントマッピングは、適切に使えば表現力を大きく高められる強力な技法です。高さマップの品質と 分割数とレンダリング設定のバランスを取ることが、実務での成功の鍵になります。使いどころを見極め、テストと検証を重ねることで、リアリティとパフォーマンスの両立が実現できます。
ディスプレイスメントマッピングの同意語
- 変位マッピング
- ディスプレイスメントマッピングの日本語表現の一つ。UV座標に沿って表面の高さを変位させ、実際のポリゴンジオメトリを凹凸化する手法です。
- 変位マップ
- ディスプレイスメントマッピングで用いられる高さ情報を持つ画像データ。グレースケールの明暗が高さを表し、これをもとに頂点を押し上げます。
- ディスプレイスメントテクスチャ
- ディスプレイスメントマッピングで使われるテクスチャの総称。高さを決定する情報を含む画像(グレースケールやカラー情報)です。
- ディスプレイスメントマップ
- ディスプレイスメントマッピング用のマップを指す英語由来の表現。高さデータを使って表面を変位させます。
- 高さマップ
- 表面の高さ情報を表すグレースケール画像。ディスプレイスメントのデータ源として用いられます。
- ハイトマップ
- 高さマップの別称。地形の起伏などを再現する際に広く使われる用語です。
- ジオメトリディスプレイスメント
- 実際のポリゴンジオメトリを変位させて、表面の凹凸を作る手法。物理的な形状をデータで押し上げるイメージです。
- ジオメトリ変位
- ジオメトリディスプレイスメントの略称的表現。頂点座標を直接変位させる技法を指します。
- 地形ディスプレイスメント
- 地形表現に特化したディスプレイスメント。山・谷などの地形の凹凸を再現する際に使われます。
ディスプレイスメントマッピングの対義語・反対語
- フラットシェーディング
- ディスプレイスメントを使わず、光の当たり方だけで凹凸を表現する方法。実体のジオメトリは平面のままなので、細部の立体感は限定的だが処理が軽くなる。
- ノーマルマッピング
- 表面の法線を偽装して凹凸を見せる技法。ジオメトリは変わらず、陰影の計算で立体感を作る。実体変位は起こさない。
- バンプマッピング
- 高さ情報を用いて陰影に凹凸を付ける技法。ノーマルマッピングより単純だが、視点依存のリアルさは限られる。
- パララックスマッピング
- 高さマップを使って視差を表現し凹凸感を強調する。ディスプレイスメントほど実体変位は生じず、視点による見え方の変化が生まれる。
- テクスチャベースの陰影表現のみ
- カラーや陰影マップだけで凹凸を表現する方法。実体ジオメトリは変えず、偽の立体感は陰影に依存する。
- 実体ジオメトリの細分化による凹凸再現
- メッシュを細分化して実際のジオメトリで凹凸を作る方法。ディスプレイスメントを使わず、ポリゴン数を増やしてディテールを表現する。
- 実体モデリングによる凹凸の直接追加
- モデリング作業で頂点やエッジを直接操作して凹凸を作る方法。ディスプレイスメントマッピングとは別の、実体ジオメトリによる表現。
ディスプレイスメントマッピングの共起語
- ハイトマップ
- Heightmap(高度マップ)は、白黒のグレースケール画像で地形の高さ情報を表すテクスチャ。ディスプレイスメントマッピングでは、各ピクセルの明るさが表面をどれだけ押し出すかを決める基準になります。
- 法線マップ
- 法線マップは、表面の細かな凹凸を法線ベクトルの方向変更として表現するテクスチャ。見た目の凹凸を増やしますが、実際のジオメトリは変わりません。
- ノーマルマップ
- ノーマルマップは法線マップと同義の表現です。表面の法線を偽装して、凹凸のあるように見せます。
- バンプマッピング
- バンプマッピングは、法線の代わりに表面の凹凸を暗さの変化で偽装する手法。実体は変わらず、見た目だけの凹凸です。
- 凹凸マップ
- 凹凸マップは、凹凸の高さ情報を格納するテクスチャの総称。ディスプレイスメントの元データとして使われます。
- ディスプレイスメントシェーダ
- ディスプレイスメントを実現するためのシェーダ。高さテクスチャを参照してジオメトリを実際に押し出します。
- ディスプレイスメントテクスチャ
- ディスプレイスメント用のテクスチャ。グレースケールの高さ信息を格納します。
- ジオメトリディスプレイスメント
- ジオメトリ自体を押し出して形状を変えるディスプレイスメントのこと。実際のポリゴン数が増え、リアルな凹凸を作れます。
- メッシュディスプレイスメント
- メッシュのポリゴンをディスプレイスメントで押し出す方法。主にサブディビジョンと組み合わせて使われます。
- ディスプレイスメントマッピング
- ディスプレイスメントマッピングは、テクスチャの高さ情報を使って実際のジオメトリを押し出す技術。
- パララックスマッピング
- 視差マッピングの一種で、視点の変化によって表面の見え方を変える技法。ディスプレイスメントより計算が軽いが、実際の形状は変わりません。
- 視差マッピング
- 視差マッピングは、テクスチャの高さ情報を使って視点に応じたずれを表現し、凹凸の深さを感じさせる技法です。
- テセレーション
- テセレーションは、レンダリング時にポリゴンを細かく分割してディテールを増やす技術で、ディスプレイスメントと組み合わせるとよりリアルになります。
- サブディビジョン
- サブディビジョンは、メッシュを細かく分割してディスプレイスメントの滑らかな変形を可能にする手法です。
- UVマッピング
- UVマッピングは、2Dのテクスチャ座標を3Dモデルの表面に割り当てる基本技術。ディスプレイスメントでは高さ情報をこのUVで参照します。
- PBR
- 物理ベースレンダリング(PBR)は、現実世界の光の挙動を再現するレンダリング手法の総称。ディスプレイスメントはPBRのワークフローの一部として使われることがあります。
ディスプレイスメントマッピングの関連用語
- ディスプレイスメントマッピング
- グレースケールの高さデータを使い、ジオメトリの頂点を実際に変位させて凹凸を作る技法。 Height map を参照して法線方向に頂点をずらし、リアルな表現を得るが、実体ジオメトリが増えるため計算コストが高い。
- 高さマップ
- ディスプレイスメントマッピングの基データとなる画像。白が高く黒が低いなど、各ピクセルの高さ情報を表す。
- ディスプレイスメントマップ
- ディスプレイスメントマッピングで用いられる高さデータを格納した画像。凹凸の深さを表現するための情報源。
- 実体ディスプレースメント
- 真のディスプレイスメントとも呼ばれ、ジオメトリを実際に変位させて凹凸を作る手法。テセレーションと組み合わせて高詳細を実現する。
- テセレーション
- GPUでポリゴンを細かく分割してジオメトリを増やす機能。ディスプレイスメントと組み合わせると滑らかな凹凸表現が可能になる。
- パララックスマッピング
- 視差を使って見た目の深さを表現する技法。実体ジオメトリは増えず、陰影と段差の錯覚で凹凸を再現する。
- パララックスオクルージョンマッピング
- パララックスマッピングの高度版で、視点と遮蔽の影響をより正確に描く。深度と遮蔽をよりリアルに表現する技法。
- 法線マッピング
- 凹凸を見かけ上再現する手法。ピクセルごとに法線を置換して光の反射を変え、実体ジオメトリを増やさない。
- バンプマッピング
- 古い凹凸表現の技法で、高さの差だけで陰影をつける。現在は法線マッピングに置き換えられることが多い。
- UVマッピング
- テクスチャを物体表面に正しく貼り付けるための座標系。ディスプレイスメントでは高さデータをこの座標系で参照することが多い。
- 頂点ディスプレイスメント
- 頂点シェーダーなどで頂点の位置を直接変位させる実装方法。実体ディスプレイスメントの一形態。
- ディスプレイスメントシェーダー
- ディスプレイスメントを適用するためのシェーダープログラム。テセレーションやジオメトリシェーダと連携して動作する。
- サブディビジョン
- ジオメトリを細分化して滑らかな表現を作る手法。ディスプレイスメントと組み合わせることで高品質な凹凸を実現する。
ディスプレイスメントマッピングのおすすめ参考サイト
- ディスプレイスメントマッピングとは?- Adobe Substance 3D
- 【ディスプレイスメントとは?】ビジプリ美術用語辞典
- ディスプレイスメントマップとは?| 3DCoat
- ディスプレイスメントマップとは?| 3DCoat
- ディスプレイスメントマッピングとは?- Adobe Substance 3D