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木製の帆船模型でRoyal Carolineという18世紀のイギリス王室の豪華ヨットを作り始めた。作っているうちに、船体内部がもっとよく見られる方法はないかと考えた結果、コンピュータの3D画像なら実現できると思い、挑戦することにした。私の持っている3Dグラフィックスソフトは、「Shade」というソフトで、最近何とか一通りの作画手法をマスターしたところである。帆船特有の滑らかな船体の再現や豪華な装飾の表現などに苦労しながら、3カ月ほどで満足の行く形に完成し、船体の外側を透視することによって、内部が希望どおりに見えるようにすることができた。以下に、その代表的な工程について紹介する。Shadeの教本ではないので、説明がわかりにくいかもしれないが、せめて画像だけでも楽しんでいただきたい。画像は4分割で表示されており、左上が上面図、左下が正面図、右下が側面図の3次元線図であり、右上がそれらを適当な視角でみたレンダリング画像である。各画像をクリックすると拡大したレンダリング画像を見ることができる。

1.船体下部

Shadeによる自由曲面の作成は、うまくスプライン曲線を作成できると、非常にスムースな曲面を作ることができる。一方で、曲面が気に入らず、コントロールポイントを増やしていくと、何時の間にか復元不可能な泥沼にはまってしまう。曲面にしわも出さずにうまく描画するコツは、最小限のコントロールポイントに抑えること、即ち、面を構成する縦横の線をいたずらに増やさないことといわれている。

 帆船を手がけようとした目的のひとつは、船体の美しい曲線をShadeで表現したいということであったので、真っ先にその船体を手がけることにした。

 Shadeの自由曲面は、面の一方を構成する曲線をいくつか描き(例えば正面図の縦の線)、それを「自由曲面」という定義ボックスに入れてやる。するとそれに直交する線(正面図の横の線)が必要分自動的に作成され、全体が一つの面となる。線の交点がコントロールポイントと呼ばれ、曲線の方向や曲がり具合を自由に調整できるので、その結果として希望する曲面を得ることができるという理屈である。

 今回、縦の曲線位置としては、何回も試行錯誤の結果、次項の船体上部の作成に関係する、段差の部分を基準に設定することにした。結果はレンダリングの通り、希望どおりの滑らかな曲面が得られた。図は船体の左半分だけであるが、Shadeに限らず、普通は対象となる片側だけを作成し、最後にもう一方を反転描画で作成する。

2.船体上部

船体の上部は、ご覧のように上層甲板やキャビンとつなぐために段々になっている。この部分を船体下部と一体で作るのは難しいことと、ここには後で述べる飾りの彫刻を表現しなければならない部分なので、船体下部とは別にして、さらにいくつかの部分に分けて作成する。

 ここでは、船体下部のときとは逆に、端部の横線の方を船体下部から継承して作成し、「自由曲面」に入れると下部と合った形で縦線が形成される。

3.船体上部の飾り彫刻

普通、パーツ表面の色やテクスチャは、ある程度モデリングが出来上がってから決めていくものだが、船体側面の飾りをShadeでどうやって表現できるかも、課題の一つであった。これが実現できないと後の工程は無意味なので、ここで挑戦することにした。

 彫刻は立体であり、これを几帳面に自由曲面で作るということは、膨大な時間とデータ量になり、全くのナンセンスである。そこで、テクスチャで表現することにした。テクスチャで立体感がうまく出せるかどうかが成否の鍵である。

 まず、木製キットの中にある外観図をスキャナからPhotoshopに取り込む。Shadeの縮尺をキットに合わせてあるので、ほぼ一対一で対応できるはずである。図の上半分がスキャナで取り込んだものであるが、これの透明度を下げてからその上の飾り部をトレースして下半分のようにゴールド系に着色する。それだけでは平面的なものにしかならないので、さらに明るめの色でハイライトを、濃い目の色でシャドウをつける。ご覧のように随分粗い仕上がりであるが、実際には船体に比べて飾りは小さいので、荒は目立たなくなる。

4.船体全体

以上の工程を組み合わせた船体の全体がこの画像である。指定の位置にうまく飾りが収まってくれた。これで当初、最大の難関と思っていた船体と飾りの処理に成功した。これからの工程は、内部透視の方法(自分ではまだやったことがない)をするまでネックになる技術はさほどないと思うが、細かな部品をいくつも作り上げていかなければならない。


5.甲 板

船体の曲線を利用して甲板を作成する。二つの異なる曲面が接する場合、その部分の相手の曲線を継承すると両者の間を隙間なく作ることができる。しかし、今回の場合は甲板前後の反りが大きくなりすぎるので、その部分を少し下げてやる。すると、途端に甲板が船体を突き破ったり、船体との間に隙間ができたりする。曲面は厚みがないので、1ドットでもずれるとこのようになってしまう。今回は、外装だけでなく、内部も見るように作るのが目的なので、船体に内壁を設けることにした。こうすれば甲板の端面を船体の外壁と内壁の間に納めることにより、ぴったりとした嵌合を得ることができる。

 層の違う甲板を同様な方法で作成し、さらに、キットにはない下層甲板も作成した。甲板のテクスチャの他に、キットでは船室内の床の模様をパソコンで作成して貼り付けたので、同様のテクスチャも作成した。

 キャビン前後等、仕切りとなるいくつかの壁を作成し、船の外殻が完成した。

6.チャンネル

チャンネルとは、マストを横方向に支えるため、マストから船腹に張ったロープを固定する部分である。形状そのものは難しくはないのだが、問題はそれの船腹に対する密接の仕方である。Shade6になってから、ラインフィットという機能が追加され、平面ではない部分でもうまく結合できるようになったが、これを活用すればこのようなケースに対応できる。今回は船体の該当部分を細かく切り出し、それに沿わせる方法で対処した。

 もう一箇所この接合を考えなければならないのは、デッドアイを防舷材(ウェール)に固定する金具とウェールの密接である。ここはウェールを一旦コピーし、金具のあたるZ方向に交差方向の形状を追加することにより、その部分のZ寸法ならびに傾斜を特定した。

7.マスト

特に難しい部分はないが、マスト本体が後傾しているのに対して、トップはあくまでも水平に位置する。このためせん断と水平移動を使い分けて処理する。

 尚、マストを上まで全部作成すると相対的に船体が小さくなってしまうので、それぞれロアーマスト一段のみとすることにした。


8.フレーム

船体内部を見せるとき、船の骨格もそれなりに目に入ることになる。今回のキットでは内部の資料は一切ないので、丸っきりの想像でフレームを作ることにした。船腹に接する基準となる線形状であるが、船体作成のときに極端に縦の線形状を少なくしたため、フレームの当たる部分の形状が算出できない。そこで、チャンネルのときと同様に船体のコピーを作成し、それとフレームが当たる部分に開いた線形状を追加していく。描いた当初は線が垂直にならず曲がってしまうので、「移動」→「特別」のコマンドで指定位置に垂直に整形する。これに沿わせてフレームの断面形状を掃引させて作成する。

 船体は必ずコピーを取って、それに対して加工を行う。そうしないと線形状の追加により滑らかさが崩れて修復不可能になってしまう。

 後で参考書を読んでわかったことだが、実船ではフレームはその幅と同じくらいの隙間を持たせてびっしり並んでいるらしい。そのくらいでないと、水圧やよじれ、大砲など重い装備品の荷重などに到底耐えられないのであろう。ちなみに今回のフレーム間隔は実船に換算すると2.5mくらいであり、とても構造的に耐えられるようなものではない。内部を見せるために間引いたことにしてご容赦願いたい。

9.レール関係

船体の縁端部や、装飾のためにつけられているレール類は、利用可能な接触部の形状線を掃引の元形状にして、レールの断面形状を掃引させて作成する。時に、よじれたりすることがあるので、その場合は該当部の断面形状を回転させて補正する。

 船首の透かし彫りになっているような形状は、テクスチャに「トリム」という属性を持たせることによって、特定の色の部分を透明に透かすことができる。

10.大 砲

船体のあらましが描画でき、後は艤装品の装備である。それぞれは特別な技術を使わなくても汎用のコマンドで作成できるが、小さくて細かいものが多いので、根気との勝負になる。一例として大砲の作画例を示す。甲板のキャンバー(横方向の反り)に合わせて車輪の接地面を調整する。

 例にあげた画像は相当拡大しているので角張りが目立つが、このような部品は船体に比べると非常に小さいので、エッジの面取りなどはする必要はない。勿論、これらを一つの独立した作品とする場合には、気の済むまで詳細にこだわることは必要であろう。

11.船体内部の透視

船体内部の装備品(これまた時代考証を無視した全くの想像品である)もいくつか揃ったので、次の課題である船腹の透視処理を行ってみた。いちいち切り換えるのは大変なので、ファイル全体を別名で複製してそれに対して透視処理を行う。

 一番簡単なのは透明化したい部品の「表面材質」で、透明度を100に近づければよいだけであるが、これではその部品を取り除くのと同じで、面白みはない。今回は該当する部品の一部だけを透明化してあたかも眼力で透視しているようなイメージを出したいと思う。 今回対象とする船体はテクスチャとして細長い板材の状態を表現しているが、このテクスチャの中央部をPhotoshopで黒でぼかし、このテクスチャに「透明度」という属性を持たせる。この黒のぼかし加減で透視の感じが変わってくるので、PhotoshopとShadeの間を何回か往復して満足のいく状態を探し出す。

 今回の画像は透明化した一部なので、ぼかし具合はよくわからないが、全体を描画したものは、船首と船尾が不透明のまま残り、それぞれから中央部にかけて透明度が高まって、内部がはっきり見えるような形に作ることができた。

12.完 成

3カ月ほどの苦闘の末、ようやくShadeによるCGが完成した。ワイヤフレームで見る形は黒一色に近いものであるが、当初予想した課題についてはほぼクリアすることができた。難点は、完成が近くなるにつれてファイルサイズが増加し、最終的に15Mバイトを超えるサイズになった。そのため、プリントを前提とする高解像度でのレンダリングに多大な時間を費やすことになってしまった。

 ちなみに画像13は、1800X1260ピクセルのレイトレーシング画法で約60時間のレンダリング時間となった。これ以上のサイズではメモリー不足のエラーとなってしまい、スキャンライン画法(影がつかない)でないと描画できない。私のマシンはPentiumIII(700MHz)で搭載メモリーは512MBである。まだ3年半しか経ってないのに買い替えが必要なのだろうか。
2005年1月

透視描画 レイトレーシング



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