unity-shaders-rendering

Unity のシェーダーとレンダリング

概要

Unity のレンダリングシステム、シェーダー開発、ライティング設定、ビジュアルエフェクトのリファレンスです。3 種類すべてのレンダーパイプライン、Shader Graph、手書きシェーダー、VFX Graph を取り上げます。

レンダーパイプラインの比較

機能	Built-in RP	URP	HDRP
対象	レガシープロジェクト	モバイル、VR、幅広い用途	ハイエンド PC／コンソール
シェーダー言語	Surface シェーダー + HLSL	HLSL（Surface シェーダーなし）	HLSL
Shader Graph	あり	あり	あり
SRP Batcher	なし	あり	あり
レンダリング機能	なし	あり（ScriptableRendererFeature）	Custom Pass
ポストプロセス	Post Processing Stack v2	Volume システム（組み込み）	Volume システム（組み込み）
レイトレーシング	なし	なし（プローブベース）	あり（DXR）
パフォーマンス	中程度	幅広い用途に最適化	最高品質

推奨： ハイエンドなビジュアルのみを対象とする場合（HDRP）を除き、新規プロジェクトには URP を使用してください。Built-in RP はレガシーです。可能であれば移行してください。

Shader Graph

はじめに

1. Project 内で右クリックし、Create > Shader Graph > URP > Lit Shader Graph を選択します
2. ダブルクリックして Shader Graph エディターを開きます
3. Master Stack の出力に接続するノードネットワークを構築します
4. シェーダーを使用する Material を作成し、レンダラーに割り当てます

Master Stack の出力（URP Lit）

出力	型	用途
Base Color	Color（RGB）	アルベド／ディフューズカラー
Normal	Vector3	タンジェント空間の法線マップ
Metallic	Float（0-1）	金属／誘電体
Smoothness	Float（0-1）	Roughness の逆数
Emission	Color（RGB）	自己発光
Alpha	Float（0-1）	透明度
Alpha Clip Threshold	Float	アルファテストのしきい値

よく使われるノードパターン

効果	主なノード
ディゾルブ	Noise > Step > Alpha Clip + エッジの発光
UV スクロール	Time > Multiply > UV に Add
フレネルグロー	Fresnel Effect > Multiply color > Emission
トライプラナー マッピング	Triplanar ノード（UV の伸びを回避）
色の変化	パラメーターまたは時間を使って色を Lerp
頂点変位	Noise > Multiply > Position に Add
アウトライン	2 パス：カスタムレンダリング機能で反転ハルを使用

Shader Graph サブグラフ

再利用可能なノードグループをサブグラフに抽出します（Create > Shader Graph > Sub Graph）。共通のノイズ関数、UV 変換、カスタムライティングモデルに使用します。

手書きシェーダー（ShaderLab + HLSL）

URP シェーダーの構造

Shader "Custom/SimpleUnlit"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }

    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionHCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            TEXTURE2D(_MainTex);
            SAMPLER(sampler_MainTex);

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
                float4 _MainTex_ST;
                half4 _Color;
            CBUFFER_END

            Varyings vert(Attributes IN)
            {
                Varyings OUT;
                OUT.positionHCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
                OUT.uv = TRANSFORM_TEX(IN.uv, _MainTex);
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
            {
                half4 tex = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
                return tex * _Color;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

Built-in シェーダーとの主な違い：

• HLSLPROGRAM／ENDHLSL を使用します（CGPROGRAM／ENDCG ではありません）
• UnityCG.cginc ではなく、URP シェーダーライブラリをインクルードします
• sampler2D ではなく、TEXTURE2D／SAMPLER マクロを使用します
• SRP Batcher との互換性のため、プロパティを CBUFFER_START(UnityPerMaterial) で囲みます

ライティング

ライトの種類

種類	用途	シャドウのコスト
Directional	太陽、グローバルイルミネーション	低（カスケードシャドウマップ）
Point	たいまつ、ランプ	中
Spot	懐中電灯、ステージライト	中
Area（ベイクのみ）	窓からの柔らかな光、パネル	高（ベイクのみ）

ライティングモード

モード	説明	最適な用途
Realtime	毎フレーム計算	動的オブジェクト、少数のライト
Baked	ライトマップに事前計算	静的環境
Mixed	ベイクした間接光 + リアルタイムの直接光	最適なバランス

ライトマップのベイクに関するヒント

• シーンのスケールに基づいてライトマップの解像度を設定します（屋内では 1 単位あたり 10～40 テクセル）
• ベイク済みシーン内の動的オブジェクトには Light Probes を使用します
• 金属面や反射面には Reflection Probes を使用します
• ベイク時間を短縮するには GPU Lightmapper を有効にします
• Static フラグでオブジェクトを Contribute GI として設定します

ポストプロセッシング（ボリュームシステム）

Setup:
1. Add a Volume (Global or Local) to the scene
2. Create a Volume Profile asset
3. Add overrides: Bloom, Color Adjustments, Tonemapping, etc.
4. Camera must have Post Processing enabled (URP Camera settings)

エフェクト	パフォーマンス	備考
ブルーム	低	しきい値を使って強度を調整します
色調補正	非常に低	彩度、コントラスト、カラーフィルター
トーンマッピング	非常に低	映画のような見た目には ACES を使用します
ビネット	非常に低	フレームを暗くします
アンビエントオクルージョン（SSAO）	中	モバイルでは無効にします
被写界深度	高	映画的な演出にはボケのみを使用します
モーションブラー	中	VR では乗り物酔いを引き起こす場合があります

VFX Graph と Particle System の比較

機能	Particle System（Shuriken）	VFX Graph
実行	CPU	GPU（コンピュートシェーダー）
パーティクル数	数千	数百万
複雑さ	コンポーネントベース、シンプル	ノードベース、複雑
プラットフォーム	すべて	コンピュートシェーダー対応環境のみ
統合	物理、衝突	物理との統合は限定的

ゲームプレイと統合するエフェクト（物理衝突、少数のパーティクル）には Particle System を使用します。視覚的な演出（雨、炎、魔法、環境パーティクル）には VFX Graph を使用します。

URP レンダリング機能

カスタム ScriptableRendererFeatures を使って URP のレンダリングを拡張します。

public class OutlineFeature : ScriptableRendererFeature
{
    OutlinePass _pass;

    public override void Create()
    {
        _pass = new OutlinePass();
        _pass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data)
    {
        renderer.EnqueuePass(_pass);
    }
}

一般的な用途：カスタムアウトライン、スクリーンスペースエフェクト、レンダーテクスチャの生成、ステンシルベースのエフェクト。

その他のリソース

参照ファイル

• references/shader-recipes.md -- シェーダー実装の完全な例：トゥーン／セルシェーディング、水、ディゾルブ、ホログラム、フォースフィールド、プロシージャルスカイボックス、ステンシルポータル、頂点アニメーション、カスタムライティングモデル
• references/lighting-vfx-detail.md -- 高度なライティング設定、GI のトラブルシューティング、VFX Graph のレシピ集（炎、煙、電気、ポータル）、Scriptable Render Pipeline のカスタマイズ、カスタムレンダーパス