Unityの複雑形状干渉判定：無料のV-HACDを使ったコライダーの作り方と使い方

# はじめに
Unityを使用して3Dアプリケーションを開発する場合、干渉判定は重要な機能の一つです。干渉判定とは、オブジェクト同士の接触を検出することで、物理的な反応をシミュレートするための機能です。例えば、プレイヤーキャラクターが壁にぶつかった場合、キャラクターの動きを止めたり、衝撃を与えたりする必要があります。このような反応をシミュレートするには、オブジェクト同士の干渉を正確に判定することが不可欠です。

Unityには、干渉判定に使用するコライダーという機能があります。この記事では、Unityにおける干渉判定と、干渉判定に必要なコライダーについて解説します。

## Unityでの干渉判定について

Unityの干渉判定システムは、コライダーと呼ばれるオブジェクトを使用して、オブジェクト同士の干渉を検出します。コライダーは、オブジェクトの形状を表すメッシュを指定することができ、干渉判定はコライダー同士の接触を検出することで行われます。

# 干渉判定のためのコライダー
Unityには、干渉判定に使用する様々な種類のコライダーがあります。しかし、それぞれのコライダーには特定の問題点があります。以下では、Mesh ColliderとConvex Hull Colliderについて解説します。
## Mesh Colliderの問題点
Mesh Colliderは、3Dメッシュモデルを基にしたコライダーであり、自動的に生成されます。しかし、凸ではない形状を持つメッシュに対しては、うまく機能しないことがあります。

例えば、U字形の3Dメッシュモデルがあるとき、Mesh Colliderを使って干渉判定を行うと、U字形状の空洞に物体が侵入することができてしまいます。これは、Mesh Colliderが自動生成されたコライダーであるため、凸の形状でなければうまく干渉判定を行えないためです。
## Convex hullの問題点
凹形状のオブジェクトに対して、Convex hull（凸包）を使用したコライダーを設定することができます。しかし、オブジェクトが複雑である場合、Convex hullは適切にコライダーを作成できないことがあります。また、Convex hullによって作成されたコライダーが、オブジェクトの形状に完全に合っていない場合もあります。

# V-HACDを使ったコライダーの作成
上記の問題を解決するために、V-HACDを使ったコライダーの作成が可能です。V-HACDは、3Dメッシュモデルを自動的に分割し、凸モデルに変換するアルゴリズムです。このアルゴリズムによって、複雑な形状のオブジェクトに対しても適切なコライダーを作成することができます。
## V-HACDとは
[V-HACD](https://github.com/kmammou/v-hacd)は、3Dメッシュモデルを凸モデルに自動で分割する手法です。この手法を使うことで、複雑な形状の物体にも正確な干渉判定が可能になります。

## V-HACDの使い方
### V-HACDを使えるAsset(Easy Collider Builder)
V-HACDを使えるAssetには、[Easy Collider Builder](https://assetstore.unity.com/?q=easy%20Collider%20Editor&orderBy=1)があります。このAssetを使うことで、V-HACDを使ったコライダーを簡単に作成することができます。ただし、Easy Collider Builderは有料のため、利用には購入が必要です。

### V-HACD - Complex Collidersの使い方
[V-HACD - Complex Colliders](https://github.com/rorygames/VHACD)は、V-HACDを使ったコライダーを手動で作成するためのフリーアセットです。このアセットを使うことで、手動でV-HACDを使ったコライダーを作成することができます。ただし、URDFImporterをimportしている場合は、VHACDの名前が重複しているエラーが発生するため、URDFImporterをremoveする必要があります。removeせずに、URDFImporterに同封されているV-HACDを使う方法があるかもしれませんが、現在調査中です。

# S字モデルを使った実例
本項ではV-HACDを用いたコライダーの作成方法を説明しながら、S字モデルを用いた実例を紹介します。
## うまくいかない例(Mesh Colliderで失敗する例)
まずは、S字モデルを用いた干渉判定のうち、Mesh Colliderではうまくいかない例を紹介します。

以下のように、S字モデルのオブジェクトを読み込みます。

このオブジェクトに対してMesh Colliderを設定し、干渉判定を行うと、うまく判定が行われません。

また、Mesh ColliderのConvexを有効にすると干渉判定が行われるようになりますが、以下の画像のように、S字の穴の部分が塞がれた状態になり、正確に干渉判定することができません。

## うまくいく例(V-HACDを使って干渉判定を成功させた例)
次に、V-HACDを用いたコライダーを使用して、同様のオブジェクトに対して干渉判定を行った例を紹介します。

まず、S字モデルにAdd Componentを使ってComplex Colliderコンポーネントを追加します。

追加すると下記のようにV-HACDを実行するための複数のパラメータを設定するためのUIが追加されます。

パラメータを適宜調整した後に、Calculate Colliders From xxx(xxxは適当な方)を選んでください。そうすると、下記のように複数の凸モデルで表現された干渉判定用のモデルが自動的に割り当てられます。

# まとめ

本記事では、Unityにおける干渉判定について解説し、干渉判定のためのコライダーとしてV-HACDを用いた作成方法について紹介しました。

Mesh Colliderは凹形状に対応できない問題があるため、Convex hullを使うことが多いですが、凹形状に対応するためにV-HACDを用いたコライダーの作成が必要になります。

V-HACDを用いることで、3Dメッシュモデルを凸モデルに自動で分割することができ、より正確な干渉判定が可能になります。V-HACDを使えるAsset(Easy Collider Builder)があるものの、有料です。しかし、V-HACD - Complex Collidersは無料で使えるので、手軽にV-HACDを使ったコライダーを作成することができます。

最後に、S字モデルを用いた実例を紹介し、Mesh Colliderでは干渉判定が機能しない問題があることを示しました。一方で、V-HACDを使って干渉判定を成功させることができ、正確な干渉判定を行うことができました。

干渉判定は、ゲームやVRコンテンツなど、さまざまな分野で重要な技術です。V-HACDを使ったコライダーを作成することで、より正確な干渉判定が可能になり、より高品質なコンテンツの開発につながります。

Compositeパターンの解説と例題

6月 17, 2023

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