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公開：2024-04-08

3DCGとは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

3DCGとは

3DCGとはコンピュータグラフィックスの一種で、3次元空間上にオブジェクトを配置し、それらを2次元画像として映し出す技術のことを指します。現実世界の物体や空間をデジタル上で再現することができ、映画やゲーム、建築、医療など、様々な分野で活用されています。

3DCGを制作する際には3次元空間内にオブジェクトを配置し、それらにテクスチャやマテリアルを適用することで、リアルな質感を表現します。さらに、カメラやライトを設定し、アニメーションを付けることで、臨場感のあるシーンを作り出すことができるのです。

3DCGの制作工程はモデリング、テクスチャリング、ライティング、レンダリングなど、複数のステップに分かれています。各工程において専門的なソフトウェアやツールが使用され、高度な技術と知識が必要とされます。

近年ではコンピュータの性能向上やソフトウェアの発展により、より高品質な3DCGを効率的に制作できるようになりました。また、VRやARなどの新しい技術と組み合わせることで、これまでにない没入感のある体験を提供することも可能になっています。

3DCGは現実では不可能な世界を創造したり、危険な状況をシミュレーションしたりすることができる強力なツールです。今後も技術の進歩とともに、3DCGの可能性はさらに広がっていくことでしょう。

3DCGの制作工程

3DCGの制作に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• モデリング：3Dオブジェクトの形状を作成する工程
• テクスチャリングとライティング：オブジェクトに質感を与え、光源を設定する工程
• レンダリング：3Dシーンを2D画像に変換する工程

モデリング：3Dオブジェクトの形状を作成する工程

モデリングは3DCGの制作において最初に行われる重要な工程です。この段階では制作するオブジェクトの形状を3次元空間内で作成します。一般的にはポリゴンと呼ばれる多角形の面を組み合わせて、オブジェクトの形状を構築していきます。

モデリングには大きく分けてローポリゴンモデリングとハイポリゴンモデリングの2種類があります。ローポリゴンモデリングは少ない数のポリゴンを使用して形状を作成する手法で、主にゲームなどのリアルタイムグラフィックスに用いられます。一方、ハイポリゴンモデリングは多数のポリゴンを使用して精密な形状を作成する手法で、映画などの高品質なCGに使用されることが多いです。

モデリングにはMaya、3ds Max、Blenderなどの3DCGソフトウェアが使用されます。これらのソフトウェアにはオブジェクトの形状を作成するための様々なツールが用意されており、作成したモデルに対して、拡大縮小、回転、変形などの操作を行うことができます。

テクスチャリングとライティング：オブジェクトに質感を与え、光源を設定する工程

テクスチャリングはモデリングで作成したオブジェクトに色や模様、質感を与える工程です。この工程ではオブジェクトの表面に画像を貼り付けたり、マテリアルと呼ばれる質感情報を設定したりすることで、リアルな見た目を表現します。テクスチャには色情報だけでなく、凹凸感やツヤ、透明度などの情報も含まれています。

ライティングは3Dシーン内に光源を配置し、オブジェクトに陰影を付ける工程です。光源の種類や位置、強度などを調整することで、オブジェクトの立体感や陰影を表現し、リアルな雰囲気を作り出すことができます。また、光の色や質感を変化させることで、様々な雰囲気を演出することも可能です。

テクスチャリングとライティングには専用のソフトウェアやプラグインが使用されます。例えば、SubstancePainterやMarmosetToolbagなどのソフトウェアは高品質なテクスチャを作成するために用いられます。また、3DCGソフトウェア内のライティングツールや、V-RayやArnoldなどの高度なレンダリングエンジンも、リアルなライティングを実現するために活用されています。

レンダリング：3Dシーンを2D画像に変換する工程

レンダリングは3次元空間内に配置されたオブジェクトやライティングの情報を元に、2次元の画像を生成する工程です。この工程では3DCGソフトウェア内のカメラ設定に基づいて、シーンを2D画像に変換します。レンダリングによって生成された画像は最終的な出力として使用されます。

レンダリングには大きく分けてリアルタイムレンダリングとオフラインレンダリングの2種類があります。リアルタイムレンダリングはゲームなどのインタラクティブなコンテンツで使用され、リアルタイムに3Dシーンを2D画像に変換します。一方、オフラインレンダリングは映画やアニメーションなどの高品質なCGに使用され、時間をかけて高精細な画像を生成します。

レンダリングには3DCGソフトウェア内のレンダリングエンジンや、専用のレンダリングソフトウェアが使用されます。例えば、ArnoldやV-Ray、Rendermanなどの高度なレンダリングエンジンは高品質な画像を生成するために用いられます。また、OctaneRenderやRedshiftなどのGPUベースのレンダリングエンジンは高速なレンダリングを実現するために活用されています。

3DCGのアニメーション制作

3DCGのアニメーション制作に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• キーフレームアニメーション：キーとなるポーズを設定し、その間を補間するアニメーション手法
• モーションキャプチャ：実際の人物の動きをデジタルデータとして取り込む技術
• プロシージャルアニメーション：物理シミュレーションなどを用いて自動的にアニメーションを生成する手法

キーフレームアニメーション：キーとなるポーズを設定し、その間を補間するアニメーション手法

キーフレームアニメーションは3DCGアニメーションの基本的な手法の1つです。この手法ではアニメーションの開始位置と終了位置、そして途中の重要なポーズをキーフレームとして設定します。そして、それらのキーフレーム間を3DCGソフトウェアが自動的に補間することで、滑らかなアニメーションを生成します。

キーフレームアニメーションを行う際にはタイミングやポーズの設定が重要になります。キャラクターの動きを自然で魅力的なものにするために、アニメーターは動きの法則やキャラクターの性格、感情などを考慮しながらキーフレームを設定していきます。また、イージングと呼ばれる補間方法を調整することで、動きの速度や加速度を制御し、より表情豊かなアニメーションを作成することができます。

キーフレームアニメーションはMaya、3ds Max、Blenderなどの3DCGソフトウェアで行われます。これらのソフトウェアにはキーフレームの設定や調整を行うためのツールが用意されており、アニメーターはそれらを駆使してアニメーションを制作していきます。

モーションキャプチャ：実際の人物の動きをデジタルデータとして取り込む技術

モーションキャプチャは実際の人物の動きをデジタルデータとして取り込む技術です。この技術では俳優や演者にモーションキャプチャ用のスーツを着用してもらい、その動きを特殊なカメラで撮影します。撮影されたデータは3DCGソフトウェア内のキャラクターにマッピングされ、リアルな動きを再現することができます。

モーションキャプチャには光学式と慣性式の2種類があります。光学式モーションキャプチャはスーツに取り付けられたマーカーを複数のカメラで撮影し、マーカーの位置情報からキャラクターの動きを計算する方式です。一方、慣性式モーションキャプチャはスーツに内蔵された加速度センサーやジャイロセンサーを用いて、俳優の動きを直接計測する方式です。

モーションキャプチャは映画やゲームなどの大規模なプロジェクトで活用されることが多いです。この技術を用いることで、複雑で自然な動きを短時間で制作することができ、制作コストや制作期間の削減につながります。ただし、モーションキャプチャで取得したデータをそのまま使用するのではなく、アニメーターがデータを編集し、キャラクターに合わせて調整する作業が必要になります。

プロシージャルアニメーション：物理シミュレーションなどを用いて自動的にアニメーションを生成する手法

プロシージャルアニメーションは物理シミュレーションやアルゴリズムを用いて自動的にアニメーションを生成する手法です。この手法ではキャラクターや物体の動きをプログラムによって定義し、それに基づいてアニメーションを自動的に生成します。プロシージャルアニメーションは複雑で大量のアニメーションを効率的に制作する際に活用されます。

プロシージャルアニメーションの一例として、群衆シミュレーションが挙げられます。群衆シミュレーションでは個々のキャラクターに簡単なルールを設定し、それらを大量に配置することで、自然な群衆の動きを自動的に生成することができます。また、布や髪の毛、流体などの動きを物理シミュレーションで再現することで、リアルなアニメーションを効率的に制作することも可能です。

プロシージャルアニメーションにはHoudini、Maya、Blenderなどの3DCGソフトウェアが使用されます。これらのソフトウェアには物理シミュレーションやプロシージャルアニメーションを行うための機能が用意されており、アニメーターやテクニカルアーティストはそれらを活用してアニメーションを制作していきます。ただし、プロシージャルアニメーションで生成されたデータは必要に応じて手動で調整する作業が必要になる場合があります。

3DCGの活用事例

3DCGの活用事例に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• 映画とアニメーション：ビジュアルエフェクトやフル3DCGアニメーションに活用
• ゲーム：リアルタイムグラフィックスでインタラクティブな体験を提供
• 建築とプロダクトデザイン：設計やプレゼンテーションに3DCGを活用

映画とアニメーション：ビジュアルエフェクトやフル3DCGアニメーションに活用

3DCGは映画やアニメーションの制作において欠かせない技術となっています。実写映画ではビジュアルエフェクトと呼ばれる特殊効果に3DCGが活用されます。爆発や災害、架空の生物などを3DCGで制作し、実写映像とシームレスに合成することで、リアルで迫力のあるシーンを作り出すことができます。

また、フル3DCGアニメーションではキャラクターや背景、小道具などのすべてを3DCGで制作します。「トイ・ストーリー」や「シュレック」、「ゼロから始める異世界生活」などの作品はフル3DCGアニメーションの代表例です。3DCGを用いることで、手描きでは表現が難しい複雑なキャラクターや世界観を描くことができ、映画やアニメーションの表現の幅が大きく広がりました。

映画やアニメーションの制作現場ではMaya、3ds Max、Houdin、Blenderなどの3DCGソフトウェアが使用されています。これらのソフトウェアを駆使して、モデリング、アニメーション、レンダリングなどの工程を進めていきます。また、ノードベースのビジュアルプログラミングツールを用いて、複雑なエフェクトやシミュレーションを制作することも一般的になっています。

ゲーム：リアルタイムグラフィックスでインタラクティブな体験を提供

ゲーム業界では3DCGがリアルタイムグラフィックスとして活用されています。プレイヤーの操作に応じて、その場で3Dシーンが描画され、インタラクティブな体験を提供します。近年ではゲーム機の性能向上により、より高精細で写実的なグラフィックスが実現されています。

ゲームの制作にはUnreal Engine、Unity、CryEngineなどのゲームエンジンが使用されます。これらのゲームエンジンには3Dモデルの Import、マテリアルの設定、ライティング、アニメーションなどの機能が備わっており、ゲーム開発者はこれらを活用してゲームを制作していきます。また、シェーダープログラミングを用いて、独自の視覚効果を実装することも可能です。

ゲームにおける3DCGの活用はゲームキャラクターやステージ、アイテムなどの表現だけでなく、VRやARなどの新しい技術とも結びついています。没入感の高い3D空間を提供することで、これまでにない体験を生み出すことが可能になっています。

建築とプロダクトデザイン：設計やプレゼンテーションに3DCGを活用

建築やプロダクトデザインの分野でも、3DCGが積極的に活用されています。建築の設計では3DCGを用いて建物の外観や内装をビジュアライズし、クライアントにわかりやすく伝えることができます。また、3Dプリンターと組み合わせることで、モックアップの作成にも活用されています。

プロダクトデザインにおいては3DCGを用いて製品の形状や質感を検討し、デザインの改善を図ることができます。また、3DCGで作成したモデルを用いて、製品の機能や使用方法を説明するプレゼンテーション動画を制作することも可能です。

建築やプロダクトデザインの分野ではAutoCAD、SketchUp、Rhinoceros 3D、3ds Maxなどの3DCGソフトウェアが使用されています。これらのソフトウェアを用いて、精密なモデリングや、リアルなマテリアル表現、ライティングシミュレーションなどを行います。また、VRやARを活用することで、設計案をよりリアルに体験することも可能になっています。

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