Godotでの3Dモデル変形方法
Godot Engineは、柔軟な3Dモデル変形機能を提供しており、アニメーション、ゲームプレイ、または視覚効果の目的で、モデルの形状を動的に変更できます。この機能は、主にMeshInstance3Dノードのmeshプロパティと、それを操作するためのスクリプトまたはシェーダーによって実現されます。
メッシュの直接操作
最も基本的な変形方法は、メッシュの頂点データを直接操作することです。Godotでは、ArrayMeshやSurfaceToolといったクラスを使用して、メッシュの頂点、法線、UV座標などを取得・変更できます。
ArrayMeshの利用
ArrayMeshは、メッシュの頂点データを配列の形式で保持しています。スクリプトからこの配列にアクセスし、各頂点の座標を計算して変更することで、モデルの形状をリアルタイムに変形させることができます。
例えば、ある頂点を法線方向に移動させることで、モデルを膨らませたり縮ませたりすることが可能です。この操作は、ゲーム内のオブジェクトが物理的な影響を受けて変形するような表現に利用できます。
ArrayMeshは、頂点バッファー（Vertex Array）、インデックスバッファー（Index Array）、法線バッファー（Normal Array）、UVバッファー（UV Array）などの配列を保持しています。これらの配列を取得し、各要素の値を変更してから、再度ArrayMeshに設定することで、メッシュの変形が適用されます。
var mesh = $MeshInstance3D.mesh as ArrayMesh
if mesh:
var arrays = mesh.surface_get_arrays(0)
var vertices = arrays[Mesh.ARRAY_VERTEX]
for i in range(vertices.size()):
vertices[i] += Vector3(randf() * 0.1, randf() * 0.1, randf() * 0.1)
arrays[Mesh.ARRAY_VERTEX] = vertices
mesh.surface_update_arrays(0, arrays)
このコード例では、メッシュの頂点配列を取得し、各頂点にランダムなオフセットを加えることで、モデルを一時的に歪ませています。
SurfaceToolの利用
SurfaceToolは、プログラムでメッシュを構築・編集するための便利なツールです。頂点を追加し、それらを三角形や四角形などのプリミティブで結びつけることで、新しいメッシュを作成したり、既存のメッシュを編集したりできます。
var st = SurfaceTool.new()
st.begin(Mesh.PRIMITIVE_TRIANGLES)
st.add_vertex(Vector3(0, 0, 0))
st.add_vertex(Vector3(1, 0, 0))
st.add_vertex(Vector3(0, 1, 0))
st.commit(mesh)
SurfaceToolは、頂点の追加だけでなく、法線やUV座標の設定もサポートしており、より複雑なメッシュの生成や変形が可能です。
ボーンアニメーションによる変形
Godotは、リギングされた3Dモデルの変形をサポートしており、これは主にボーン（スケルトン）を使用して行われます。アニメーションシステムと連携させることで、キャラクターの動きやオブジェクトの変形を滑らかに表現できます。
Skeleton3Dノード
3Dモデルにボーンを設定するには、Skeleton3Dノードを使用します。このノードは、モデルのボーン階層を管理し、各ボーンのトランスフォーム（位置、回転、スケール）を定義します。
MeshInstance3Dノードのmeshプロパティが、ウェイト（頂点がどのボーンの影響をどれだけ受けるかの度合い）情報を持ったMesh（通常はSkinMesh）である場合、Skeleton3Dノードによってそのメッシュの頂点が変形されます。
AnimationPlayerノード
AnimationPlayerノードは、ボーンのトランスフォームを時間経過で変化させるアニメーションを生成・再生するために使用されます。キーフレームを設定することで、ボーンの特定時点での状態を定義し、Godotがその間を補間して滑らかな動きを作成します。
アニメーションを作成すると、AnimationPlayerはSkeleton3Dノードにボーンのトランスフォームを適用し、結果としてMeshInstance3Dのメッシュが変形されます。
シェーダーによる変形
シェーダーは、GPU上で実行されるプログラムであり、3Dモデルの見た目を高度にカスタマイズできます。頂点シェーダー（Vertex Shader）を利用することで、CPU側でメッシュデータを直接操作するよりも高速かつ効率的に、モデルの変形を表現できます。
頂点シェーダーの機能
頂点シェーダーは、各頂点の位置を計算する役割を担います。このシェーダー内で、ノイズ関数、サイン波、またはその他の数学的な計算を使用して、頂点の位置をオフセットすることで、モデルに波打つような動き、膨張・収縮、またはその他の抽象的な変形を加えることができます。
例えば、TIMEユニフォーム変数を利用することで、時間経過に伴うアニメーション効果をシェーダー内で直接実装できます。
shader_type spatial;
uniform float wave_amplitude = 0.1;
uniform float wave_frequency = 1.0;
void vertex() {
VERTEX.y += sin(VERTEX.x * wave_frequency + TIME) * wave_amplitude;
}
このシェーダーは、モデルのY座標をサイン波に基づいて変形させ、波打つような効果を生み出します。
テクスチャベースの変形
シェーダー内でテクスチャを参照し、そのピクセル値を頂点変形のオフセットとして使用することも可能です。これにより、テクスチャで定義されたパターンに従ってモデルを変形させることができます。例えば、ディスプレイスメントマップ（Displacement Map）を使用すると、テクスチャの輝度値に応じて頂点を押し出したり引っ込めたりして、表面の凹凸を表現できます。
### その他の変形手法
上記以外にも、Godotでは様々な変形手法が利用可能です。
Blend Shapes (Shape Keys)
Blend Shapesは、モデルの複数の異なる形状（キーシェイプ）を定義し、それらをブレンドすることによって中間的な形状を作成する機能です。これは、表情の変化や、オブジェクトの微妙な形状変化を表現するのに特に役立ちます。
Godotでは、Skinリソースの一部としてBlend Shapesをサポートしており、MeshInstance3Dノードで設定されたメッシュにBlend Shapesが含まれている場合、スクリプトやアニメーションシステムから各Blend Shapeの重みを制御できます。
GDScriptによる複雑な変形
GDScriptを使用すると、より複雑な変形ロジックを実装できます。例えば、ゲーム内の物理シミュレーションの結果に基づいてモデルを変形させたり、プレイヤーの入力に応じてモデルの形状を変化させたりすることが可能です。
ゲームロジックと連携した動的な変形は、ゲームプレイに深みとインタラクティビティをもたらします。
### まとめ
Godot Engineにおける3Dモデルの変形は、ArrayMeshやSurfaceToolによるメッシュデータの直接操作、ボーンアニメーション、そしてシェーダーによるGPU上での高速な計算といった多様なアプローチによって実現されます。これらの手法を組み合わせることで、ゲーム開発者は、キャラクターの滑らかな動きから、環境エフェクト、さらにはインタラクティブなゲームプレイ要素まで、幅広い視覚的表現を可能にします。
牛肉、豚肉、鶏肉、ジビエといった食肉に関する情報と直接的な関連はありませんが、Godotの3D変形技術は、これらの食材をリアルな3Dモデルとして表現し、調理プロセスや食卓のシーンを視覚的に魅力的に描くために活用できる可能性があります。例えば、ジビエの独特な形状を正確にモデリングしたり、調理中の肉の質感を変化させたりする際に、これらの変形技術が役立つでしょう。
