出版書誌データベース

【書籍の特徴】
書籍にはUnityを利用したプログラム例を豊富に掲載し，Github上に，実際のコード，書籍内容の理解を深めるための難易度付きの演習問題と解答を公開した。（GithubのURLはコロナ社書籍詳細ページよりご確認ください。）また，コロナ社書籍詳細ページには，関連資料として，口絵に掲載できなかったカラー図版や書籍内URLのリンク集を掲載している。
2章から5章の内容を順にこなしていけば3DCGの実際を体験でき，理論と実装を結び付けながら学ぶことができる。

【各章について】
1章では，コンピュータグラフィックスの基本となるレンダリングパイプラインとその構成要素を学び，レンダリングパイプライン全体の仕組みが把握できるよう解説する。他章に比べやや抽象度が高いが，残りの章の位置付けや相互の関係を俯瞰するためにも飛ばさずに読んでほしい。
2章では，メッシュを生成する方法を紹介する。まず3次元空間でポリゴンを扱うために必要な数学の基礎を簡単に説明した後，正方形メッシュの作り方を通じて基本的なメッシュの扱い方を紹介し，さらに具体的なモデル生成例を通じて，さまざまなモデルを作るために必要な要素を挙げていく。
3章では，まずメッシュデータをある視点から見た景色に変換するための行列の意味とその導出について学び，メッシュデータを画像に投影する過程への理解を深める。その後，3DCGにおけるカメラの特性を応用して，歪んだ画像を生成するカメラを配置し，特定の視点からのみ正投影に見える画像を作る。
4章では，マテリアルを通じて任意の材質を表現する方法について理解することを目的として，まずは一般的なマテリアルの基礎的な概念を示し，Unityにおけるマテリアルを概説する。その後，マテリアルを記述するうえで重要なシェーディングモデルを紹介するとともに，Unityにおける実装方法について学ぶ。さらに複雑なマテリアルを効率的に描画するための高速化手法を学ぶ。
5章では，ライティングとシャドウイングの基礎から応用までを体系的に学ぶ。まず，点光源，スポット光源，平行光源，面光源の特性を学び，それらのライティング計算式を導出する。その後，Unityを用いた実装方法を学び，シャドウマップの原理と実装，さらにレイトレーシングによる面光源ライティングを学ぶ。
6章では，Compute Shaderの基本的な使い方について学ぶ。また，GPUアーキテクチャをひもとくことで，Compute Shaderを記述する際に必要となる各種宣言がもつ意味についても理解を深める。最後に，粒子ベースの2次元流体シミュレーションへの応用例を学ぶ。

【編者からのメッセージ】
読者の方々が本書で得た知識と技術を活用し，より高度な3DCGの実装や新たな表現の創出に挑戦されることを期待する。

1．レンダリングパイプライン
1.1　レンダリングパイプラインと本書の構成　
1.2　モデルデータ　
　1.2.1　サーフェスモデル　
　1.2.2　ソリッドモデル　
1.3　トポロジー　
　1.3.1　プリミティブ　
　1.3.2　頂点インデックスバッファ　
　1.3.3　プリミティブとトポロジー　
1.4　レンダリング　
　1.4.1　パイプライン　
　1.4.2　ティアリング　
　1.4.3　垂直同期　
　1.4.4　ダブルバッファリング　
1.5　レンダリングキュー　
　1.5.1　レンダーキュー　
　1.5.2　デプスソート　
　1.5.3　デプスバッファ　
　1.5.4　不透明メッシュ　
　1.5.5　半透明メッシュ　
　1.5.6　アルファブレンド　
1.6　まとめ　

2．ポリゴンメッシュ
2.1　3次元空間に関する数学的基礎　
　2.1.1　直交座標系　
　2.1.2　面の方向　
2.2　メッシュの基本的な生成方法　
　2.2.1　Meshクラス　
コラム：レンダリングパイプラインと描画命令
　2.2.2　ジオメトリ情報の設定　
　2.2.3　トポロジー情報の設定　
　2.2.4　メッシュの描画　
　2.2.5　属性情報の設定　
2.3　ループ処理の利用　
　2.3.1　ジオメトリ情報の設定　
　2.3.2　トポロジー情報の設定　
　2.3.3　属性情報の設定　
　2.3.4　頂点移動による変形　
2.4　折れ曲がった面の表現　
　2.4.1　上面・底面の作成　
　2.4.2　側面の作成　
　2.4.3　法線の設定　
2.5　再帰処理の利用　
　2.5.1　L-System　
　2.5.2　再帰処理　
　2.5.3　タートルの定義　
　2.5.4　線による枝の描画　
　2.5.5　メッシュによる枝の描画　
2.6　まとめ　

3．カメラ
3.1　実世界のカメラ　
　3.1.1　ピンホールカメラ　
　3.1.2　レンズカメラ　
　3.1.3　投影手法　
3.2　座標変換の基礎　
　3.2.1　同次座標系　
　3.2.2　アフィン変換　
3.3　座標系の必要性　
　3.3.1　カメラの役割　
　3.3.2　座標変換の流れ　
3.4　各座標系の意味　
　3.4.1　ローカル座標系　
　3.4.2　ワールド座標系　
　3.4.3　ビュー座標系　
　3.4.4　クリップ座標系・NDC系　
3.5　座標変換と行列　
　3.5.1　ローカル座標系からワールド座標系への変換　
コラム：モデル行列の見方
　3.5.2　ワールド座標系からビュー座標系への変換　
　3.5.3　ビュー座標系からクリップ座標系・NDC系への変換　
コラム：NDC系？NDC座標系？
　3.5.4　投影行列の導出　
3.6　カメラ行列の編集と応用：立体映像　
　3.6.1　RenderTexture　
　3.6.2　アナモルフォーシス　
　3.6.3　投影行列の操作　
　3.6.4　立体的に見える画像の生成　
　3.6.5　立体的に見える映像の生成　
3.7　まとめ　

4．マテリアル
4.1　マテリアルの基本的な概念　
　4.1.1　属性　
　4.1.2　シェーディングモデル　
4.2　Unityのマテリアル　
　4.2.1　シェーダ　
　4.2.2　プロパティ　
　4.2.3　レンダリングパス　
コラム：CGPROGRAMとHLSLPROGRAMの違い
4.3　代表的なシェーディングモデルと実装　
　4.3.1　基本コードの作成　
コラム：Unityの標準シェーダライブラリ
　4.3.2　完全鏡面　
　4.3.3　拡散反射　
コラム：接空間の連続性
　4.3.4　フォン反射　
　4.3.5　GGX（Ground Glass Unknown）　
4.4　マテリアルの効率的な描画手法　
　4.4.1　プレフィルタリング　
　4.4.2　拡散反射におけるプレフィルタリング　
　4.4.3　GGXにおけるプレフィルタリング　
4.5　まとめ　

5．ライティング
5.1　光源の種類と特性　
　5.1.1　光源の分類　
　5.1.2　光源の照明特性　
5.2　照明計算の理論的取扱い　
　5.2.1　点光源　
　5.2.2　平行光源　
　5.2.3　スポット光源　
5.3　基本的なライティング手法の実装　
　5.3.1　ライティング計算の基本コード　
　5.3.2　平行光源のライティング　
　5.3.3　点光源のライティング　
　5.3.4　スポット光源のライティング　
5.4　シャドウイング　
　5.4.1　シャドウイングとは　
　5.4.2　カメラと光源の双対性　
　5.4.3　シャドウマッピング　
　5.4.4　シャドウマッピングの実装　
5.5　レイトレーシングによる面光源ライティング　
　5.5.1　面光源における照明計算　
　5.5.2　レイトレーシングの基礎知識　
　5.5.3　Unityにおけるレイトレーシング　
　5.5.4　レイトレーシングによる面光源ライティングの実装　
コラム：GPUレイトレーシングの歴史
5.6　まとめ　

6．GPGPU
6.1　本章の前提　
6.2　スレッドとワープ　
6.3　Compute Shaderの使い方　
　6.3.1　Compute Shaderの書き方　
　6.3.2　Compute Shaderの実行　
　6.3.3　サンプルコードの実行　
6.4　GPUアーキテクチャ　
　6.4.1　GPCとTPC　
　6.4.2　SM　
　6.4.3　メモリ構造　
6.5　排他制御　
　6.5.1　基本概念　
　6.5.2　アトミック操作　
　6.5.3　GPUのアトミック操作　
　6.5.4　Shared Memory　
6.6　コマンドバッファ　
6.7　2D流体シミュレーションへの応用　
　6.7.1　流体シミュレーション　
　6.7.2　Compute Shader　
　6.7.3　C#による制御　
　6.7.4　計算結果の描画　
　6.7.5　結果　
6.8　まとめ　

引用・参考文献
索引