3DCG

コンピュータ上で3次元的な立体物を数学的に表現し、計算により描写する技術

なに？

3DCG（3 Dimensional Computer Graphics: 3次元コンピューターグラフィックス）は、コンピュータで三次元空間を数値データで表現し、そのデータをもとに3Dオブジェクトを視覚化する技術です。数学的な3D座標系、ベクトル計算、行列変換などを利用して立体を表現し、3Dモデルの作成や変形、光や影のシミュレーションを行います。この数学的処理により、奥行きや質感のあるリアルな画像や映像の作成が可能になります。

たとえば、3Dキャラクターが移動する場合、3D空間上の座標が変化し、回転やスケーリングは行列を用いた計算で実現されます。また、光源からの光線を追跡して、各面がどれだけの光を受けているかを計算し、陰影をつけることで立体感を生み出します。

Unityなどのゲームエンジンにおいては、これらの数学的処理に加えてレンダリングパイプラインと呼ばれる処理工程が使われます。レンダリングパイプラインは、3Dモデルデータを視覚的な2Dイメージに変換する一連の処理手順で、元となるメッシュデータをシェーダーなどを用いて一連の処理手順に従って画面に描画します。

なぜ？

3DCGは、2次元では表現できない奥行きや立体感を提供し、現実に近い空間を再現するために数学的な手法が使われて発展してきました。3DCGの根幹には、3D空間上の点を記述する「ベクトル」、変換を行う「行列」、視点に合わせて遠近感を調整する「投影変換」など、幾何学や線形代数の応用が存在します。これにより、複雑な形状や動きを精密にシミュレーションできるようになり、リアルなグラフィック表現が可能になりました。

具体例として、キャラクターがカメラに近づくと、そのサイズが大きく見える「透視投影」は投影行列を使って実現されます。さらに、物体表面の材質を表現する際には、光源の反射角度を数学的に計算して質感（たとえば金属やガラスなど）を表現します。このように、3DCGは数学的手法による計算で成立しており、現実感のあるデジタル表現を生み出しています。