3DCGで輪郭線を表現する場合、大まかに 3 つの手法があります。

1. ポリゴンを使用する手法
2. シェーダーを使用する手法
3. ポストエフェクトを使用する手法

ラインは様々な手法で表現できます。ここでは手法の違いによるラインの特長を簡単に紹介したいと思います。

1. ポリゴンを使用する手法

オブジェクトのメッシュを同じ位置にコピーして反転し、ポリゴンを法線方向に押し出す手法です。ゲームなどリアルタイムコンテンツでは昔から使用されている手法です。レンダラーによってはチューブ状のメッシュを生成してレンダリングする場合もあります。

このポリゴンを使用する手法には以下のような特長があります。

• ラインの太さをモデリングツールで編集して調整できる。
• レイトレースによる反射屈折などレンダリングに関する制限が少ない。
• ラインがカメラのパースによる影響を受け太さが変化する。
• ラインがオブジェクトの外側に描画される。

ポリゴンを使用する手法はラインが 3D 空間上に存在するため、レンダリングに関する制限が少ないことがメリットとして上げられます。ラインを太く設定したり、カメラがラインに接近すると、オブジェクトとラインの隙間が目立つようになります。

2. シェーダーを使用する手法

マテリアルのシェーダーでラインを表現する手法です。古典的な物だとフォールオフ マップを使用する方法があります。また、3ds Max に標準機能として搭載されている Ink 'n Paint マテリアルもシェーダーを使用したライン機能です。

フォールオフはカメラから見たポリゴンの法線角度に応じてグラデーションを設定するマップです。ミキシング カーブを階段状に設定してラインのように表現できます。

フォールオフ マップを使用したラインには以下の特徴があります。

• レイトレースによる反射屈折などレンダリングに関する制限が少ない。
• ラインがカメラのパースの影響を受け太さが変化する。
• 形状によってラインの太さが変化するため、太さを制御するのが困難。
• ラインがオブジェクトの内側に描画される。

ラインの太さが法線角度に依存するため、カメラと水平に近いポリゴンではラインが細くなり、角度がなだらかなポリゴンではラインが太くなります。

Ink 'n Paintは3ds Maxのトゥーンレンダリング向けマテリアルです。Ink 'n Paintを使用したラインには以下の特徴があります。

• レイトレースによる反射屈折などレンダリングに関する制限が少ない。
• 比較的均一な太さのラインを描画できる。
• ラインがオブジェクトの内側に描画される。
• レンダリング時間が長くなる傾向がある。

シェーダーとしてラインを描画する手法は、ポリゴンでラインを描画する手法と同じくレンダリングに関する制限が少ないのが特長です。ラインは常にオブジェクトの内側に描画されます。

3. ポストエフェクトを使用する手法

オブジェクトID、Z深度、法線角度などのG-Buffer情報に所定のフィルターをかけ、輪郭線を抽出する手法です。これは、Pencil+ 1 や Liquid+ のラインで採用していました。ポリゴンを使用する手法やシェーダーを使用したラインと異なり、スキャンラインレンダラーと異なるプロセスでラインを計算します。最終的にスキャンラインレンダラーがレンダリングした画像にラインを合成して1つの画像を生成します。

Pencil+ 2 以降では独自の計算方式を採用しており、ポストエフェクトは生成されたライン画像を重ねるために利用してます。

Pencil+ ラインには以下の特徴があります。

• カメラのパースの影響を受けない。
• 均一な太さでラインを描画できる。
• ラインはオブジェクト内と外両側に描画される。
• レンダリング時間が速い。
• レイトレースによる反射屈折に対応していない。

ポストエフェクトを使用した手法はポリゴンやシェーダーを使用したラインと異なり、3D 空間上の制約が少ないのが特長です。

例えば写真や CG に手描きでラインを書き足す場合、どの位置にラインを描くでしょうか？
オブジェクトの内側に描くでしょうか、それとも外側に描くでしょうか。私達はオブジェクトの境界を中心として、内と外の両側にラインを描くことが自然だと考えました。

「ポリゴンを使用する手法」「シェーダーを使用する手法」では、オブジェクトの内側と外側のどちらか一方にしかラインを描画できませんでした。ポストエフェクトでは 3D 空間上の制約が少ないので、オブジェクト内と外の両側にラインを描画できます。しかし、ポストエフェクトではポリゴンやシェーダーのようにレイトレースの反射屈折に対応できません。

今回紹介した「ポリゴンを使用する手法」「シェーダーを使用する手法」「 ポストエフェクトを使用する手法」いずれの手法も技術的な特長があり、得意な表現や苦手な表現があります。これらの特長は作品の方向性によってメリットにもデメリットにもなりえます。また、技術的に苦手な問題を解決するオプションを提供してるソフトもあります。たとえば Pencil+ ラインはレイトレースの反射や屈折に対応していませんが、[Pencil+ 反射/屈折 マップ]を使用して問題に対処しています。

Pencil+ ラインがポストエフェクトを選択した理由は、実現したいライン表現にポストエフェクトが適していたからです。では実現したいラインがどんな物であったかについては、次のコラム 2「Pencil+ ラインの表現力」で紹介したいと思います。

Pencil+ ラインをアニメに使用していただける理由は、ラインの美しさ、表現力の高さ、レンダリングの速さなどが上げられると思います。

ここでは Pencil+ ラインを使用すると、どのような表現が可能なのか簡単に紹介したいと思います。Pencil+ ラインは様々なパラメータを使用して、作品にあわせたラインを表現できます。

均一な太さのライン

近年のアニメでは均一な太さの線で作画される作品が多い傾向が見られます。線の太さを均一にする理由は絵柄の流行など様々な要因がありますが、絵の品質を一定に保つ効果があるのが理由の 1 つではないでしょうか。漫画のように入り抜きのあるラインよりも、均一な太さのラインで描いた絵の方が、絵の品質を一定に保ちやすく量産に向いています。

手描きの絵と CG を同じカット内で馴染ませたい場合、均一な太さのラインを描画できることは重要なポイントの 1 つです。

距離によって太さが変化するライン

手描きの絵では遠くにあるオブジェクトの線は感覚によって省略されますが、CG を使用すると遠くにあるオブジェクトの線も詳細に描画されます。これは CG の長所でもありますが、ノンフォトリアリスティックレンダリングでは短所になる場合があります。

線画では線の多い部分に視線が誘導されます。CG を使用して遠くにあるオブジェクトまで詳細にラインを描画すると、絵の中で本来見せたい部分よりもオブジェクトが密集した部分に視線が集まってしまいます。実写映像で例えると見せたい対象にフォーカスを合わせて周辺をぼかすように、Pencil+ はラインの太さを制御できます。

例えばカメラからの距離に応じてラインの太さを変えることができるので、遠くよりも手前にあるオブジェクトに視線を誘導できます。

指定したオブジェクトからの距離を使用できるので、線画の中で強調したい部分を制御できます。

入り抜きのあるライン

漫画やイラストでは、つけペンの柔らかさを利用して線に強弱を持たせる「入り抜き」の表現を多く見ることができます。アニメも作風によって線に強弱のある作品があります。

Pencil+ はラインの太さに変化をつけて、手描きのようなニュアンスを加えることができます。

交差したライン

オブジェクトが水に沈んだり、オブジェクト同士がぶつかった表現をしたいときは、オブジェクトが交差した部分にラインを描画できます。

はみ出したライン

ポストエフェクトでラインを描画する Pencil+ は、オブジェクトから大きくはみ出したライン、歪んだライン、ラフなラインを描画できます。

ポリゴンやシェーダーを使用したラインとは異なり、オブジェクトのメッシュの細かさの影響を受けません。波線のような歪みや、破線を描画できます。

ブラシの形状を設定して毛筆のようなラインも表現できます。

高品質なアンチエイリアシング

Pencil+ ラインは表現力や自由度が高いのが特長ですが、それだけではありません。高品質なアンチエイリアシング処理されたラインを描画できます。

3DCG は群集シーンのようにオブジェクトを大量に配置することが得意ですが、カメラから遠くにあるオブジェクトは重なり合った状態になります。ポリゴンやシェーダーを使用したラインの場合、アンチエイリアシングのサンプリングを上げる必要があるためレンダリング時間が長くなります。

Pencil+ ラインはアニメーションでもフリッカー(ちらつき)のない美しいアンチエイリアシングを持ち、高速に描画できます。

簡単に Pencil+ ラインの表現力に関する機能を紹介しました。Pencil+ はノンフォトリアリスティックレンダリングで必要とされる、様々な表現を可能にします。ぜひオリジナルのライン表現に挑戦してみてください。