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ゲームのジオメトリ表現の選択

ジオメトリ処理の多いゲームコードを書く前に、このスキルを使ってください。重要な操作を簡単かつ堅牢に、十分な速度で実行できる表現を選び、変換する箇所を慎重に計画してください。

主な参照元：Oleksandr Kaleniuk 著『Geometry for Programmers』 (https://www.manning.com/books/geometry-for-programmers)。特に第2章と第10〜12章をもとに、内容を再構成し、言い換えています。

基本的なワークフロー

1. まず操作を明確にします。レンダリング、衝突判定、ピッキング、オフセット、変形、ブーリアン演算、滑らかな動き、地形の破壊、プロップの生成、ジオメトリの編集、変換などです。
2. ゲームがすでに持っているデータと、最終的に必要とするデータを列挙します。テクスチャ、法線、アニメーションバインディング、ゲームプレイタグ、LOD も含めます。
3. 中心となる操作を最も安価かつ堅牢に実行できる表現を選びます。最終的にレンダリングするからというだけで、メッシュをデフォルトにしないでください。
4. 変換する箇所を定義します。入力表現、作業用表現、出力表現、解像度、許容誤差、属性の引き継ぎを決めます。
5. 最終的な見た目だけでなく、その表現自体に対する不変条件とテストを追加します。
6. 操作の組み合わせが変わったら、選択を見直します。レンダリングに適した表現が、編集や衝突判定にも適しているとは限りません。

表現のガイド

• レンダリング、GPU パイプライン、LOD、静的なレベルジオメトリ、属性データが重要な場合の滑らかなサーフェスの近似には、三角形メッシュを使います。
• ブーリアン演算、オフセット、中空化、有機的なプロシージャル形状、低コストの内外判定、堅牢な修復処理には、SDF または陰関数を使います。
• 破壊可能な地形、粗い占有領域、侵食・膨張、ノイズ除去、フラッドフィル、隙間の検査、共有グリッド上での信頼性の高いブーリアン演算に似た処理には、ボクセルまたは画像マスクを使います。
• 連続性が重要なプレイヤーの経路、カメラレール、弾丸の軌跡、道路、川、UI 曲線、アニメーション制御には、スプラインまたはベジェ曲線を使います。
• 回転サーフェス、地形パッチ、チューブ、レールなど、少数のパラメーターからプロシージャルオブジェクトを生成する場合は、パラメトリックサーフェスを使います。
• 滑らかなワープ、影響マップ、風や水流の効果、プロシージャルなばらつき、非剛体変形には、ベクトル場または変形場を使います。
• ある表現でインタラクションを担い、別の表現でレンダリングを担う場合は、ハイブリッドを使います。たとえば、ボクセルでスカルプトし、メッシュの LOD を出力する方法です。

選択ルール

• 操作がブーリアン演算またはオフセットに近い場合は、正確なメッシュトポロジーが必要でない限り、三角形メッシュより SDF またはボクセルを優先します。
• 正確なテクスチャ、法線、スキニング、またはオーサリングデータが必要な場合は、メッシュ属性を保持するか、変換後に再生成する方法を計画します。
• 滑らかな経路が必要なシステムでは、サンプリング済みの点ではなく、曲線とパラメーター化から始めます。
• 空間テストを何千回も行うゲームでは、インデックス化、局所性、または事前計算済み係数に対応した表現を選びます。
• メモリー使用量が支配的な場合は、ボクセル領域全体より、メッシュやスプラインなどの境界データを優先します。
• 堅牢性が最優先の場合は、単一で壊れやすいメッシュアルゴリズムより、グリッド、SDF、または冗長なフォールバックを備えたワークフローを優先します。

出力チェックリスト

簡潔な表現の概要を提示します。

• 選択した作業用表現：
• 既存の入力表現：
• 必要な出力表現：
• 簡単になる操作：
• 難しくなる操作：
• 変換手順：
• 誤差／解像度の予算：
• 属性の保持方針：
• 退化ケースまたは失敗ケース：
• 最小限のテストまたはデバッグ表示：

よくある間違い

• メッシュからレンダリングし、すべてのゲームプレイ処理を同じメッシュ上で実行するよう強制する。
• SDF やボクセルのワークフローを検討する前に、任意の三角形メッシュにオフセットやブーリアン演算を適用する。
• 法線、UV、マテリアル、ゲームプレイ用ラベル、コリジョンレイヤー、LOD の扱いを決めずに表現を変換する。
• 距離としての意味が失われる演算の後も、符号のみの陰関数を真の距離場として扱う。
• メモリとストリーミングのモデルを実証せずに、高解像度のグリッドを選ぶ。
• アルゴリズムを不要にする表現を選ぶ前に、アルゴリズムの実装を最適化する。