3DCG最先端のPBR物理ベースレンダリングでマテリアルとテクスチャを極めよう！

2016年は最新「VRヘッドセット」や「HDR対応4Kテレビ」の登場で
バーチャルリアリティ（Virtual Reality）がトレンドになるでしょう！




すでに各メーカーでは新製品の発売が予定されています。
「PlayStation VR」2016年10月に4万4980円(税別)国内発売決定！
　（別途PlayStation Cameraが必要）

「Oculus Rift」や「PlayStation VR」など、はやく体験してみたいですね。
マインクラフトVR版はどんな感じになるのかも楽しみです。

　ブログ内関連記事
　ＶＲ体験！ほんとうに凄いのか！？Oculus Riftを超える「HTC Vive」を使い倒してみたまとめ
　http://blog.goo.ne.jp/t2com1230/e/3a2e396e6d0265aaa7c37a390069c23d




HDR対応4Kテレビでは、高輝度により眩しさの再現ができるようになり
より自然に近い映像を見ることができます。

ここまでくるともう実写カメラでは撮影レンズの解像度の限界にきています。
実写に限りなく近いハイエンドなPBR物理ベースレンダリング技術よる
3DCGコンテンツが今後のカギとなります。

最新のハイエンドなPBR物理ベースレンダリングを搭載したソフトウェアも
たくさん登場してきました。今や映画製作も3DCGが主流になっています。

そこで2016年は最新のPBR物理ベースレンダリングを極めていけるように
まとめながら実践していきたいと思います。


まずは、どんな最新のソフトウェアがあるのか気になるところですが

ちょっとそのまえに3DCADと3DCGの違いをおさらいしておきましょう。

3DCADと3DCGで共通している工程としては「モデリング」と「レンダリング」があります。

・モデリングとは
　3DCADや3DCGソフトを利用して3次元上に制作したいモデルを作り出す工程のことです。
　3DCADでは寸法や拘束、面積、体積、質量といった造形する上での情報付加が必須となり
　制約もでてきますが、3DCGではハリボテに近いのでその分モデリングに自由度があり
　複雑なものも柔軟につくれます。
　3DCADや3DCGもモデルをつくりだすことに変わりありませんが、最終目的が異なるので
　できる機能とモデルの質が大きく違ってきます。
　今の3Dプリンターの技術では実写レベルにはとうてい造形は不可能です。
　造形なのか映像なのか最終目的に合ったソフトウェアを選んだほうが効率よくできます。

・レンダリングとは
　コンピュータ上でモデリングされたモデルデータを実際に映像化する工程のことです。
　オブジェクトの色・質感や、照明、カメラ（視点）などの設定情報を
　元に仮想カメラに写る画像や映像がどのようになるかを計算して描画します。
　3DCGでの画像や映像制作では最終工程・最終目的になります。
　3DCADでは造形を行うことが最終目的なのですが、レンダリングによって実際に
　造形しなくても形状を確認したりシュミュレーションして映像化することができます。
　造形前に先行してプロモーション映像やカタログなどを制作することにも
　役立ちます。大手メーカーの自動車や電化製品などの工業製品では
　レンダリングした画像や映像を使うのが今や主流となっています。

そのレンダリング手法にもいろいろあります。その中でよく耳にするものは

・シェーディングとは
　物体に光があたった際の濃淡の具合を計算して表示させる処理です。
　陰影処理ともいいますが、影付け（シャドウイング）を含めて呼ぶ場合もあります。
　一般的な3CADや3DCGでは標準で描画に使われている手法です。
　シェーディングはレンダリング処理の一種でもありますが、
　処理が軽い分ちょっと臨場感に欠けた不自然なイメージになります。

・レイトレーシングとは
　光の角度と光源からの距離を考慮して色を変化させ、実写のような効果を得る処理です。
　現実の世界では太陽や照明から出た光が 物体に当たって反射しそのいくつもの反射した光が
　人間の目に入っきます。レイトレーシングではそれと逆の光のシュミレーション処理で
　目の視点から出た視線が物体にあたった時に、あたっている光の強さの程度によって
　その点の色を計算して変化させます。計算に時間がかかるため処理が重くなります。
　一般的な3CADや3DCGでは最終の画像や映像を描画するレンダリングに使われる手法です。

・PBR（Physically Based Rendering）物理ベースレンダリングとは
　シェーディングとレイトレーシングをさらに進化させた最新の手法です。
　もう実写にしか見えないくらいのレンダリング処理ができリアルタイムも可能なので
　最新の3GCGゲームエンジンにも採用されています。
　ポイントはライティングとテクスチャリングです。
　理論的に詳しく解説しているガイドがあります。とても参考になりますね。
　　Allegorithmic社提供「総合PBRガイド」
　　　https://www.allegorithmic.com/pbr-guide
　　　　日本語訳　http://www.slideshare.net/nyaakobayashi/70100srgb180255
　　MARMOSET社提供「物理ベースレンダリングチュートリアル」
　　　http://www.marmoset.co/toolbag/learn/pbr-theory
　　　http://www.marmoset.co/toolbag/learn/pbr-practice
　　　　日本語訳　http://dragon-rider1987.blogspot.jp/2014/05/marmoset-toolbat2basic-theory-of.html
　　　　日本語訳　http://dragon-rider1987.blogspot.jp/2014/06/marmoset-toolbat2tutorial-physically.html

　
　
　NVIDIA社提供の実例ですが
　実写とPBRレンダリングの比較画像です。あなたは見分けられますか？
　https://blogs.nvidia.co.jp/2015/08/11/photorealistic/

それではまず、最新のトレンドになっている最先端の
PBR物理ベースレンダリングができる3DCGソフトウェアを集めてみました。

ベースのモデリングからできるものからレンダリングやアニメーションに
特化したものや3Dゲームエンジンなどいろいろありますね。
基本的に日本語対応でUIがわかりやすくチュートリアルや素材アイテムが
充実しているものがいいですね。


○PBR物理ベースレンダリングができる2016年最新3DCGソフトウェア紹介

　５段階評価のポイント（第一印象）
　　・無償版があるか
　　・日本語対応されているか
　　・UI（操作）がわかりやすいか
　　・チュートリアル、ノウハウが充実しているか
　　・サンプル（素材アイテムなど）が充実しているか

　・3D-Coat 4.5　　
　　PILGWAY http://indyzone.jp/catalog/products/3d-coat/45/index.html
　　
　　万能型3Dモデリングツール（日本語版あり）

　・MODO 10 （901/902）　　
　　The Foundry http://modogroup.jp/modo/modo10s
　　
　　
　　統合型3Dコンテンツ制作ツール（日本語版あり）
　　MODO indie 10 廉価版登場！（機能制限あり）
　　http://store.steampowered.com/app/401090/?l=japanese

　・Cinema 4D R17　　
　　MAXON https://www.maxon.net/jp/%E8%A3%BD%E5%93%81/cinema-4d/cinema-4d/
　　
　　
　　統合型3Dコンテンツ制作ツール（日本語版あり、学生無償あり）
　　AfterEffects CCとのCineware(3.0)による連動がスムーズに行え、
　　エフェクトの機能としてCinema 4Dの機能制限版（新規モデリングはできない）
　　であるCinema 4D LiteもAfterEffects CCに同梱。

　・Houdini 16　　
　　Side Effects http://www.sidefx.jp/
　　
　　
　　統合型3Dコンテンツ制作ツール（英語版のみ）
　　Houdini FXの無償版あり「Houdini Apprentice」（制限有）
　　http://www.sidefx.jp/index.php?option=com_content&view=article&id=25
　　Houdini Engine Indieの無償化　
　　http://www.sidefx.jp/index.php?option=com_content&view=article&id=197
　　Unity や UE4、Maya、Cinema4D などに読み込み可能。
　　
　　
　　最新版16が機能アップして公開されました！　
　　
　・LightWave 2015　
　　NewTek http://www.dstorm.co.jp/dsproducts/lw2015/index.html
　　
　　総合3Dコンテンツ制作ツール（日本語版あり）

　・Quixel SUITE 2.2（NDO、DDO、3DO、Megascans）　
　　Quixel http://quixel.se/
　　
　　レンダリング制作専用ツール（英語版のみ）
　　PhotoShop専用プラグイン。ペイント感覚で使える。NDO、DDO、3DO、Megascansのセット版。

　・Substance Painter 2.5　　　
　　Substance https://www.allegorithmic.com/
　　
　　レンダリング制作専用ツール（日本語版あり）
　　ペイント感覚で使える。

　・MARI 3.2　
　　The Foundry https://www.thefoundry.co.uk/products/mari/latest-mari-release/
　　
　　レンダリング制作専用ツール（英語版のみ）
　　ペイント感覚で使える。
　　MARI indie 3.0 廉価版登場！（機能制限あり）
　　http://store.steampowered.com/app/433930/?l=japanese
　　MARI 3.1 非商用無償版も登場！（機能制限あり）　
　　https://www.thefoundry.co.uk/products/non-commercial/mari-non-commercial/
　
　・Marmoset Toolbag 3　
　　Marmoset https://www.marmoset.co/toolbag
　　
　　レンダリング制作専用ツール（英語版のみ）
　　 Blender 2.7といったモデリングソフトから利用する。

　・Daz 3D Studio 4　　
　　DAZ 3D http://www.daz3d.com/home
　　
　　3Dアート（ヒューマン）制作ツール（無償版あり、英語版のみ）
　　レンダリングエンジンにNVIDIA Irayも搭載。

　・Unity 5　　
　　Unity 3D http://japan.unity3d.com/
　　
　　3Dゲームコンテンツ制作開発エンジン（無償版あり、英語版のみ）
　　5.4.xで完全日本語対応予定！(2016/4/5) 　

　　　Unity CAD importer
　　　http://cadimporter.unity3d.jp/
　　　Unity5でMMDモデルを物理ベースレンダリング
　　　http://www.ruche-home.net/program/unity/mmd-pbr
　　
　　　Unity CAD importerでFusion360のモデルをインポート！　　
　　　　

　・PlayCanvas　
　　PLAYCANVAS https://playcanvas.com/
　　http://developer.playcanvas.com/ja/
　　
　　HTML5/WebGLベースのオープンソース3Dゲームコンテンツ制作開発エンジン（基本無償、英語版のみ）

　・Unreal Engine 4　　
　　Epic Games https://www.unrealengine.com/ja/what-is-unreal-engine-4
　　
　　アンリアル3Dゲームコンテンツ制作開発エンジン（無償、日本語版あり）
　　「ブループリントビジュアルスクリプティング」でコーディングレス開発が可能。

　・Autodesk Stingray 1.4　
　　Autodesk http://www.autodesk.com/products/stingray/
　　
　　Autodesk3Dゲームコンテンツ制作開発エンジン（英語版のみ）
　　MAYA、3DMAXとの連携強化。コーディングレス開発が可能。
　　1.4からVR対応しました！

　・Amazon Lumberyard　
　　Amazon＆Crytek http://aws.amazon.com/jp/lumberyard/
　　
　　無料クロスプラットフォーム3Dゲームエンジン。（無償、英語版）
　　ドイツCrytek社高性能ゲームエンジン「CryEngine」とクラウドサーバーサービスのAWSと接続、
　　ゲーム配信サービス「Twitch」との連携強化。

　・CRYENGINE V　
　　Crytek https://www.cryengine.com/get-cryengine
　　
　　ドイツCrytek社最新3DVRゲームエンジン。（無償スタート可、英語版）
　　HTC Vive、Oculus、OSVRに対応「VRScore」でVRコンテンツ開発が容易に。

　・Autodesk VRED 2017　　
　　Autodesk http://www.autodesk.co.jp/products/vred/features/vred/all/list-view
　　
　　デザイン・ビジュアライゼーション3Dビジュアル制作ツール（日本語版あり、学生無償あり）

　　Autodesk Raytracer（ART）
　　　http://adndevblog.typepad.com/technology_perspective/2015/06/revit-2016-autodesk-raytracer.html
　　　レンダリングエンジン（組込み）
　　　Revit、A360クラウド等のAutodesk製品のレンダリングエンジンとして搭載。
　　　Fusion 360のレンダリングエンジンも同等なのかは不明。
　　
　・NVIDIA Iray　　
　　NVIDIA http://www.nvidia.co.jp/object/nvidia-iray-jp.html
　　https://forum.nvidia-arc.com/showthread.php?13701-Iray-for-Rhino-Gallery
　　
　　レンダリングエンジン（組込み）
　　Rhino、MAYA、3DMaxといったモデリングソフトからプラグインで利用する。
　　ただ今Rhino、MAYA、3DMaxのプラグインベータテスト版無償配布中！
　　多くの組込みレンダリングエンジンとしての実績がある。

　・KeyShot 6　　
　　KeyShot https://www.keyshot.com/
　　
　　レンダリングアニメーション制作ツール（日本語版あり）
　　モデリングソフトからプラグインでも利用できる。

　・Maxwell Render　　
　　Next Limit Technologies http://www.cvalley.co.jp/max_plugin/next_limit/maxwell_render/
　　
　　レンダリングエンジン（組込み）
　　モデリングソフトからプラグインで利用できる。
　　Maxwell for SketchUp（SketchUp用無償版あり）
　　http://www.maxwellrender.com/index.php/try

　・Mizuchi　　
　　Silicon Studio http://www.siliconstudio.co.jp/middleware/mizuchi/
　　
　　リアルタイムレンダリングエンジン（組込み）※日本国産
　　同社の3Dゲームエンジン「OROCHI 4」のレンダリングエンジンとして搭載。

　・RenderMan 20/21　
　　Pixar https://renderman.pixar.com/view/renderman
　　
　　レンダリングエンジン（組み込み）
　　非商用無償版あり https://renderman.pixar.com/view/non-commercial-renderman
　　モデリングソフトからプラグインで利用できる。

　・Lumion 7 3D　　　
　　Act-3D http://lumion3d.jp/
　　
　　リアルタイムレンダリングエンジン＆アニメーション制作ツール（日本語版あり）
　　建築系や景観のレンダリング向け。

　・VUE xStream 2016　　
　　e-on software http://www.e-onsoftware.com/products/vue/
　　
　　３Ｄ景観レンダリングアート制作ツール（日本語版あり、無償版あり）
　　無償版であるPLE(Personal Learning Edition)は保存ができない制限があるが
　　ほぼフル機能無期限で試すことが可能。（アカウント登録必須、無償版は英語のみ）

　・Sketchfab　
　　https://sketchfab.com/pbr
　　
　　Physically Based Renderingコンテンツ（無償）

　・Autodesk Project Play　
　　http://play-docs.autodesk.com/what_is_play/
　　
　　
　　Project Playを使うと、プログラミングすることなく、
　　驚くほど豊富なインタラクティブな3Dプレゼンテーションを
　　Web上でリアルタイムでレンダリングします。
　　Web（Google Maps、Twitterなど）からライブストリーミングする
　　3Dモデル、ベクター描画、画像、テキストファイル、ビデオ、オーディオ、
　　APIを組み合わせることも可能。（暫定リース公開中）


※順次最新情報で更新予定



※Fusion 360の購入はこちらから。

3DCGで悩むモデラーソフトの選択をどうするか？ ポリゴンから最新スカルプト、ボクセルモデリングまで！

３ＤＣＧで悩むモデラーソフトの選択をどうするか？

　
　モデル：Nakano Sisters ! Kano
　https://sketchfab.com/models/8600eaae824f449d8819d20ca507f305
　中野シスターズ（ナカシス）公式サイト（フリーライセンスモデル）
　http://nakasis.com/

３ＤＣＡＤでは造形できないもの（厚みが０、隙間が０でつながっているとか）は
モデリングができない（サーフェスのみは可）のですが、
３ＤＣＧでは制約が少なく自由度が大きいため
モデリングのしかたも幅広くあります。


　３Ｄプリンターのモデルデータをつくる時に悩むモデラーソフトの選択をどうするか？　
　http://blog.goo.ne.jp/t2com1230/e/657d72c84e60ea193942ba2bedcf9bca

過去記事で紹介した計算幾何学アプリを使ったモデリングも面白いです。

　　フリーで使える MathMod が高機能ですばらしいです。　
　　シェーダーもできる数学的可視化ソフトです。
　　
　　ミスドのドーナツも焼けます！

　３Ｄプリンター用の多彩なデザインの３Ｄモデルがつくれる計算幾何学アプリが楽しい！
　http://blog.goo.ne.jp/t2com1230/e/63cf210bdbec0c734660f7ab83c4d1f8

最近はトレンドにもなっているスカルプトモデリングが注目されています。
粘土を操るように押したり引き伸ばしたりして物体が作れるので
簡単に使えそうに見えます。
最新ではさらにペイント感覚で色や質感まで表現できるものまで進化しています。

Ａutodesk社ではまたちょっとかわったモデラー機能（モデリングエンジン）を開発中です。

Monolith (Autodesk社)　　　http://www.monolith.zone/
ベータ版がすでに公開されているのですが
スカルプトと幾何学モデリングが融合したような異色な感じです。

幾何学系では定番のGrasshopperの中でプラグインで連携動作させることもできるようです。
このエンジンも将来Autodesk製品の機能の一部としても搭載されるかもしれませんね。
※Monolithの詳細は記事最後にあります。

ということで
３ＤＣＧではどのようなモデリングのしかたがあるのか最新情報を含めてまとめてみました。

○今主流になっているモデリング手法

　1.ポリゴンモデリング
　2.曲面モデリング
　3.スカルプトモデリング
　4.ボクセルモデリング
　5.新複合型スカルプトモデリング

１．ポリゴンモデリング

３ＤＣＧでは主流で一般的なポリゴンモデリングでは
ポリゴンという多角形の組み合わせで物体を表現する手法になります。
主に四角形ポリゴンや三角形ポリゴンで作っていきます。
サブディビジョンサーフェイスというポリゴンを滑らかにする方法もあるので
はじめはカクカクしていても最終的に滑らかにすることが簡単にできます。
大体モデリング機能が付いているソフトであればポリゴンモデラー機能はあります。
数学的なものから有機的な形状まで幅広く作れます。
モデルデータのソフト間の互換もあるので一番扱いやすい形式です。
注意点としては、
ポリゴンの特質をよく理解していないといけないことです。
・表裏がある
・四角ポリゴンと三角ポリゴンにする
・ポリゴン数はできるだけ少なくする
・曲面ディテールはポリゴンの組み合わせかたで変わる
・綺麗なトポロジー（頂点、辺、面の接続関係）になるようにする．．など

代表的なモデラーのモデリング例

・過去記事でも紹介した３ＤＣＧ系ソフトとか。
　3DCG最先端のPBR物理ベースレンダリングでマテリアルとテクスチャを極めよう！
　http://blog.goo.ne.jp/t2com1230/e/80f02e1808e913ffc08dc8a9fdac32b5


２．曲面モデリング

曲面モデリングはスプライン曲線、自由曲面、NURBS曲線などの
数学的な線を組み合わせて物体を表現する手法になります。
工業デザインや建築デザインなどでよく使われています。
３ＤＣＡＤにも搭載されているものも多いです。
ポリゴンと違い、少ない情報で綺麗な曲線がひけ制御や編集がしやすいです。
そのためはじめ曲面モデリングで作ってそれをポリゴンに変換したりします。
注意点としては、
曲面だけで複雑な形状をモデリングすることは難しく
モデラーソフトによってデータの互換性がないことです。

代表的なモデラー

・Rhinoceros (Robert McNeel & Associates社)　http://www.rhino3d.co.jp/
・Shade3D (Shade3D社)　https://shade3d.jp/


３．スカルプトモデリング

スカルプトモデリングは粘土を操るように押したり引き伸ばしたりして
物体を表現する手法になります。
ポリゴンではできない複雑な形状を簡単に作れます。
色や質感などの細かいディテールを加えることもできます。
ポリゴンモデリングしたものに凹凸をつけるために使われたりもします。
ペンタブレットの筆圧感知を使えば有機的で微妙な形状を作ることもできます。
一部のモデラーソフトではスカルプトのような感じで動かせるという意味で
使われている場合もあります。
注意点としては、
正確な設計図や決まったデザインベースからモデリングすることは苦手なことです。
またモデルの形状ができたらリトポロジというポリゴン化をしないと他のソフトとの
互換はありません。

代表的なモデラー

・ZBrush （Pixologic社）　http://oakcorp.net/zbrush/features/ZBrush4R7/index.php
・Sculptris （Pixologic社）　http://oakcorp.net/zbrush/sculptris/index.php
・3D-Coat （PILGWAY社）　http://indyzone.jp/catalog/products/3d-coat/index.html


４．ボクセルモデリング

ボクセル（立方体）を多数積み重ねて物体を表現する手法になります。
積み木のように誰でも簡単に形状が作れます。
ボクセルを充分に細かくしてゆけば微細な形状も近似値として表現は可能です。
最近流行の３Ｄゲーム「Minecraft（マインクラフト）」でもおなじみです。
過去記事ではモデラーとして使ってもみました。
　マインクラフトを使った創作クリエイターのためのMinecraft活用法のまとめ
　http://blog.goo.ne.jp/t2com1230/e/15027f4c2b5632949f1344fd8b32a53a
ポリゴン化すれば他のソフトとの互換性もあります。
注意点としては、
立方体を積み重ねていくので曲面やディテールの表現がちょっと苦手なことです。

代表的なモデラー

・QBICLE （MINDDESK）　http://www.minddesk.com/index.php
・MagicaVoxel （ephtracy）　https://ephtracy.github.io/
　MagicaVoxelは幾何学的な操作やレンダリングもできる優れものです。



５．新複合型スカルプトモデリング

スカルプトモデリングでは、もうひとつボクセルスカルプトといわれる
押したり引き伸ばしたり粘土を操るのとは逆でゼロの状態から積み上げて
足していくようなペイント感覚で物体を表現していく新しい手法があります。
油絵を絵の具で描いていくような感じで３次元に作っていけます。
色や質感などの細かいディテールを加えることもできます。
スカルプトモデリングではZBrushのようにメカニック的なモデリングも
できる機能も追加されたり複合的な要素が進化してきています。
注意点としては、
正確な設計図や決まったデザインベースからモデリングすることは苦手なことです。
またモデルの形状ができたらリトポロジというポリゴン化をしないと他のソフトとの
互換はありません。

代表的なモデラー

・3D-Coat （PILGWAY社） http://indyzone.jp/catalog/products/3d-coat/index.html
・Monolith (Autodesk社)　http://www.monolith.zone/　ベータ版公開中！

Monolith はAutodesk社が最近開発中のボクセルスカルプトモデリング風の
幾何学シミュレーションもできる異色のモデリング機能（エンジン）です。

まだ使い方がよく理解できていませんが、デザイン系のモデリングに使えそうな
可能性を秘めています。
ボックスの枠の中でペイント感覚で簡単に作っていけて色や形状もスライダーバーを
操作していろいろ細かく変化させることができます。
３Ｄエフェクト機能といったほうがわかりやすいかもしれませんね。
MeshMixerのパターン作成機能よりも高度なことができそうです。
描画範囲指定のためでしょうか？ボックス枠になっています。メッシュモデルからの
インポートもできるのですが、枠のサイズ外で描画はできないようなのでリサイズするなど
サイズに注意です。
モデリングエンジン部分はRhinocerosと定番プラグインであるGrasshopperとの
組み合わせてGrasshopperの中でプラグインで連携動作させることができるので
Grasshopperのコマンドを使って複雑な幾何学モデリングもできます。

MonolithをインストールするとGrasshopperのメニュータブにMonolithのコマンド群が
追加されます。

コマンドの実行結果はプレビューまたはRhinocerosのオブジェクト画面に反映されます。

Grasshopper Monolith
http://www.grasshopper3d.com/group/monolith

サンプル：
Getting Started With Grasshopper.Gh
http://www.monolith.zone/examples/
　
　　
Monolith Gallery
http://www.monolith.zone/gallery/
　
　Model by Panagiotis Michalatos and Andy Payne.



モデリングの世界もいろいろ面白くなってきています！





※Fusion 360の購入はこちらから。