3Dシェーダーの基本とマテリアル設定：牛肉・豚肉・鶏肉・ジビエ
3Dシェーダーとは
3Dシェーダーは、3Dモデルに表面の質感や光の当たり方を表現するためのプログラムです。これにより、単なる平坦なモデルに奥行きやリアリティ、そして生命感を与えることができます。シェーダーは、光源からの光がオブジェクトの表面でどのように反射、屈折、吸収されるかを計算し、それをピクセル単位で描画します。これにより、金属のような光沢、布のような柔らかさ、そして今回扱う肉のような生々しい質感を再現することが可能になります。
シェーダーの構成要素
シェーダーは、主に以下の要素で構成されます。
1. 頂点シェーダー (Vertex Shader)
頂点シェーダーは、3Dモデルの頂点（ポリゴンの角）の座標を変換する役割を担います。カメラからの位置、光源の位置、モデルの変形などを考慮して、最終的な画面上の位置を計算します。これにより、モデルが移動したり、変形したりするアニメーションが可能になります。
2. フラグメントシェーダー (Fragment Shader)
フラグメントシェーダーは、画面上の各ピクセル（フラグメント）の色を計算します。ここで、マテリアルの設定やテクスチャ、ライティング情報などが使用され、最終的な表面の見た目が決定されます。肉の質感を表現する上で最も重要な部分です。
マテリアル設定の基本
マテリアルは、3Dモデルの表面がどのような特性を持つかを定義するものです。シェーダーを適用する際に、マテリアル設定を通じて様々なパラメータを調整します。肉の質感を再現するには、以下のマテリアルパラメータが重要になります。
1. ベースカラー (Base Color) / アルベド (Albedo)
オブジェクトの基本的な色を定義します。肉の色合い、つまり赤身、脂肪、筋などの色合いをここで設定します。牛肉、豚肉、鶏肉、ジビエでは、このベースカラーが大きく異なります。
2. メタリック (Metallic)
表面が金属のような反射性を持つかどうかを定義します。肉は金属ではないため、通常は0に近い値に設定します。ただし、血のような光沢を表現するために、部分的に高い値を用いることも考えられます。
3. ラフネス (Roughness) / スペキュラー (Specular)
表面の粗さを定義します。ラフネスが高いほど表面は粗くなり、光は拡散します。ラフネスが低いほど表面は滑らかになり、光は強く反射します。肉の表面は、水分や脂肪の量によって滑らかさが変化するため、このパラメータは非常に重要です。例えば、新鮮な肉はラフネスが低く、乾燥した肉はラフネスが高くなります。スペキュラーは、ラフネスの逆の概念と捉えることもできます。
4. ノーマルマップ (Normal Map)
表面の微細な凹凸を表現するためのテクスチャです。肉の繊維、筋、脂肪の塊などのディテールを、実際のジオメトリを変更せずにリアルに表現するために不可欠です。ノーマルマップは、表面の法線（光の反射方向を決定するベクトル）を操作することで、光の当たり方による陰影を作り出します。これにより、平坦なポリゴンでも立体感のある質感を得られます。
5. スペキュラーマップ (Specular Map) / メタリックマップ (Metallic Map)
ベースカラーとは別に、メタリックやラフネスの値をテクスチャで制御するためのマップです。肉の部位によって脂肪の量や水分量が異なるため、これらのマップを使用して、より詳細な質感のバリエーションを表現できます。
6. サブサーフェススキャタリング (Subsurface Scattering – SSS)
光がオブジェクトの表面に入り込み、内部で散乱してから再び表面から出る現象をシミュレーションします。肌やろうそく、そして肉のように、ある程度光を通す物質の質感を表現するのに非常に効果的です。肉の赤身の部分に光がわずかに透過し、内部で散乱することで、より柔らかく、生々しい質感が得られます。特に、赤身の肉の深みや、脂肪の半透明な質感を表現するのに役立ちます。
7. オクルージョン (Ambient Occlusion – AO)
オブジェクトの狭い隙間や凹んだ部分に光が届きにくくなる効果をシミュレーションします。これにより、ディテールの影が強調され、モデルに深みとリアリティが増します。肉の繊維の間や、筋と赤身の境目などに適用することで、より立体感のある表現が可能になります。
牛肉・豚肉・鶏肉・ジビエの質感設定のポイント
これらの基本設定を踏まえ、それぞれの肉の特性に合わせた調整を行います。
牛肉
赤身の鮮やかな赤色が特徴です。ベースカラーは、鮮血のような赤から、熟成による深い赤まで幅広く設定します。脂肪は乳白色から黄色がかっていることが多く、ラフネスを低めに設定して光沢を出すと良いでしょう。赤身の部分にはサブサーフェススキャタリングを適用し、内部での光の散乱を表現することで、ジューシーな質感を出すことができます。繊維の方向も意識したノーマルマップが重要です。
豚肉
牛肉に比べて赤みが薄く、脂肪分が多いのが特徴です。ベースカラーはピンクがかった赤色や、白っぽい色になります。脂肪のテクスチャは、牛肉よりもより白く、不透明感を強めに表現すると良いでしょう。ラフネスは脂肪部分で低く、赤身部分でやや高く設定すると、質感が豊かになります。
鶏肉
白っぽい色が特徴で、脂肪分は比較的少ないです。ベースカラーは淡い黄色がかった白になります。鶏肉は繊維質が細かく、乾燥しやすいため、ラフネスはやや高めに設定し、乾いた質感を表現することが多いです。ただし、調理された状態を表現する場合は、油でコーティングされたような光沢を出すために、ラフネスを調整します。サブサーフェススキャタリングは、牛肉ほど顕著ではありませんが、わずかに適用すると自然な質感になります。
ジビエ (野生動物の肉)
種類によって色合いや脂肪の質感が大きく異なります。例えば、鹿肉は牛肉に似た赤身ですが、一般的に脂肪は少なく、やや硬めの質感です。猪肉は、豚肉に似ていますが、より赤みが強く、脂肪に独特の風味があります。ジビエを表現する際は、対象となる動物の肉の実際の写真や資料を参考に、ベースカラー、ラフネス、ノーマルマップなどを細かく調整する必要があります。場合によっては、独特の臭みを連想させるような、ややくすんだ色合いや、粗い繊維感を表現することも効果的です。
まとめ
3Dシェーダーとマテリアル設定は、3Dモデルに生命感を与えるための重要な技術です。牛肉、豚肉、鶏肉、ジビエといった異なる種類の肉をリアルに再現するには、それぞれの肉の色、脂肪の量、繊維の質感、光の透過性などを正確に理解し、ベースカラー、ラフネス、ノーマルマップ、そしてサブサーフェススキャタリングといったパラメータを適切に調整することが不可欠です。これらの技術を駆使することで、食欲をそそるような、あるいは学習目的で生物の構造を理解するための、説得力のある3Dモデルを作成することが可能になります。
