toushindai_fusion_vrc_plasma_expression_for_multi_devices

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1. 等身大核融合炉ワールドが できるまで プラズマ表現のマルチデバイス対応 IWMTT
2. 今日話す内容 • 自己紹介 • VFN_Full scale Tokamak fusion reactorについて • 苦労話: プラズマ表現のマルチデバイス対応 (One of ワールド実装にあたって苦労した部分)
3. 名前: IWMTT (いわもと) 仕事: 核融合炉メンテナンス用ロボット技術の開発 使っているもの: C#/Python/たまにC++/Blender/ROS/Unity/Three.js/Docker 最近の興味: MCPサーバー GitHub: https://github.com/IWMTT X: IWMTT (@wmtti) / X
4. VFN_Full scale Tokamak fusion reactor 世界初・実規模スケールの オープン核融合炉ワールド サイズ: 90m×60m×50m 初公開: 2024/8/20 総頂点数: 1393981 総メッシュ数: 674104 ワールド容量: 52 MB オブジェクト数: 160
5. 苦労話: プラズマ表現のマルチデバイス対応
6. どのデバイスにも 同じ景色を共有したい 核融合分野のアウトリーチへの貢献 地上の太陽 ≒ 核融合プラズマの規模感を実感してほしい PC環境に限らず、VRゴーグルやスマホでもリッチな表現でプラズマを見せたい
7. プラズマっぽい表現 プラズマ の見え方 英国Tokamak Energy社の ST40球状トカマク装置で カラー撮影されたプラズマ 出典: Seeing plasma in colour: new imaging from ST40 – Tokamak Energy (https://tokamakenergy.com/2025/10/15/seeing-plasma-in-colour-new- imaging-from-st40/ )
8. プラズマ っぽい表現
9. プラズマ っぽい表現 光の“にじみ” 中心部の透明感 輪郭での色と光の強調
10. シェーダに よる実装 ✓リムライトシェーダで 比較的容易に実現 中心部の透明感 輪郭での色と光の強調 ⇒これが難しかった 普通は Bloom + Post Processing を使用 しかし、Post ProcessingはPCのみ 光の“にじみ”
11. 例えば上記のようなメッシュと光源があるときに、 どのように各メッシュの明暗を決めることができるか？ シェーダとは: メッシュの法線ベクトルや視線のベクトルなどを使って 3Dモデルの“見え方”を計算するプログラム
12. シェーダとは: メッシュの法線ベクトルや視線のベクトルなどを使って 3Dモデルの“見え方”を計算するプログラム シェーダで行われる処理の一例 入射光ベクトル 法線ベクトル 入射光ベクトルと 各法線ベクトルで内積を計算 メッシュ -0.8 -0.5 -1.0 -0.7 -0.2 0.0 0.1 0.2 0.8 0.5 1.0 0.7 0.2 0.0 -0.1 -0.2 符号反転して 明暗を決定 レンダリング結果 明暗だけでなくRGBチャンネルや透明度も同様にシェーダを使って制御可能
13. リムライト実装: メッシュ法線が視線を向いている領域は透明度が高く、 メッシュ法線が視線と垂直に近い領域は透明度が低くなる処理 ⇒リムライトシェーダを適用 中心部の透明感 輪郭での色と光の強調 + 視線ベクトル 法線ベクトル メッシュ 0.2 0.1 0.4 0.8 0.8 0.4 0.2 0.1 視線ベクトルと法線ベクトルで 内積を計算・反転 (ベース色+輪郭色)×透明度 + × = 参考: 【Unity】Unlit Shaderでリムライティング - めーぷるのおもちゃばこ (https://maplesyrup-cs6.hatenablog.com/entry/2020/08/07/001046)
14. Bloom + Post Processing 光の“にじみ” に対する最初のアプローチ 一般的には、Bloom + Post Processingが使われる 元のレンダリング画像 + 発光部分を抽出しぼかした画像 ⇒ 光のにじみを再現 + レンダリング結果 抽出 ぼかし 合成 Post Processing後の見え方
15. Bloom + Post Processing 光の“にじみ” に対する最初のアプローチ VRChat公式ドキュメントで、AndroidとQuestでは使用不可と明記 “Post processing systems are disabled completely on Android and Quest. The GPU is not designed to handle these effects very well.” Android Content Limitations | VRChat Creation (https://creators.vrchat.com/platforms/android/quest-content-limitations/) ✘ ✘ ✓
16. FakeBloomShader 光の“にじみ” に対する次のアプローチ HOTATE's VIRTUALABさん配布の、Post Processing なしでBloomを実現可能なシェーダ FakeBloomShader - HOTATE's VIRTUALAB - BOOTH (https://booth.pm/ja/items/1382159) ジオメトリシェーダを使って、元のメッシュを複製・拡大・多層化し、徐々に透明にする実装 元メッシュ メッシュの複製・拡大・多層化 複製 第1層 第2層 第3層 第4層 N層 外側になるほど層の透明度を上げる
17. FakeBloomShader 光の“にじみ” に対する次のアプローチ Androidは機種によっては描画可能 QuestのGPUはジオメトリシェーダ非対応のため、残念ながら描画不可能 処理内容そのものは大変参考になった ⇒ ジオメトリシェーダなしで似た処理ができないか？ ✘ ✓ ✓
18. 描画パスを複製 光の“にじみ” を実現した最終的なアプローチ 描画パスを層の数だけコピペすることで、FakeBloomShaderとほぼ同じ処理を実装 ✓ ✓ ✓ ジオメトリシェーダ: for文を使って層を増やせる ⇒どれだけ層を増やしても、シェーダの行数は一定 描画パスは調べた限りではfor文で複製不可 ⇒層を増やすほどシェーダの行数が増大… 力技的であり非効率であるものの、一応実装に成功 + + … + 1層目 2層目 N層目
19. Questでも 光のにじみ / Bloom っぽい表現を実現
20. まとめ • 核融合プラズマの規模感を実感してもらうにあたって、 PC以外のデバイスでもリッチなプラズマ表現を見せたかった • 光のにじみ / Bloom 表現に苦労したが、先人の知見を参考に力技で実装 • もっと良い実装方法をご存知の方がいれば、知恵をお借りしたい
21. 試してみたい方向け • https://gist.github.com/IWMTT/a01f58e074f1a4d4572ebc79e465f648