UNVELL研究開発
3D Graphics, Rendering & Simulation
UNVELL は、3D の描画エンジンを自社で一から設計し、実装しています。光の物理を計算するパストレーシング、ブラウザで動く WebGL エンジン、iPhone 向けの Metal、Windows・Android・VR 向けの Vulkan まで、同じ考え方のもとで作り分けてきました。
研究の成果は、App Store で配信中の 2 つの自社タイトルのほか、VR 商用プラットフォームやオンライン設計支援ツールへの実装として世に出ています。このページでは、その過程で取り組んできた技術を領域ごとにご紹介します。
研究領域
製品の開発を通じて取り組んできた技術を、領域ごとにご紹介します。掲載している画像は、すべて自社エンジンが描いた実際の画面です。
実寸の日本を、そのまま 3D に
国土地理院の実測標高データをもとに、山、谷、海岸線、市街地を縮尺そのままで再現します。富士山も黒部峡谷も、現実と同じ大きさ、同じ距離感で目の前に広がります。
- 日本全国をひと続きの世界として扱い、進む先の地形を先読みして届けるストリーミング
- 建物、道路、植生まで含めた街並みを、公開されている地理データから再現
- 視点からの距離に応じて描く量を自動で調整し、スマートフォンでも遠くの稜線まで表示
- 谷を縫う高速の低空飛行でも、地面との接触を実測データの精度で判定
空、雲、天候を物理から描く
空の色は、写真を貼るのではなく、大気の中で光が散乱する様子を計算して描いています。朝焼けから星空まで、時刻と天候に合わせて空と環境光がひと続きに変化します。
- レイリー散乱とミー散乱の計算による空。同じ計算結果が、反射、環境光、霞の色にもそのまま反映
- レイマーチングによるボリューム雲。雲の下から雲海の上までを連続して表現し、雲の影が地上に落ちる
- 日付と場所から天候を生成する仕組み。サーバーと端末が同じ計算で同じ空にたどり着く
- 星、天の川、月、オーロラを天文計算で配置。夜は月が主光源になり、水面や機体を照らす
海と水面
波のうねり、空の映り込み、船が残す航跡。光と動きの両方がそろうと、海は本物らしく見えてきます。
- 複数の波を重ねる Gerstner 波を GPU で計算し、水平線まで続く海を表現
- 平面反射と環境マップを組み合わせた映り込みと、太陽のきらめき
- 船体や岸辺が水に触れる位置を画面の奥行き情報から求め、波打ち際の泡と航跡を描画
- 遠くの波ほど細部を落ち着かせ、水平線近くのちらつきを抑制
物理ベースの質感と光
金属は金属らしく、樹脂は樹脂らしく。素材の性質を数値で与えると、どの光の下でも自然に見える描画パイプラインです。
- GGX マイクロファセットによる物理ベースレンダリング。直接光も環境光も、ひとつの式で一貫して計算
- 環境マップによるイメージベースドライティングと、球面調和関数によるライトプローブ
- HDR のリニア空間で計算し、最後に一度だけトーンマッピング。ブルーム、SSAO、光芒などの後処理
- iPhone や Mac の高輝度ディスプレイの表示余力に合わせた HDR 出力
パストレーシング
光の経路を物理法則どおりに追跡して描く、オフラインレンダラーです。ガラスの屈折、やわらかな影、間接光の回り込みが、計算の結果として自然に現れます。C++ で一から実装しています。
- SAH による BVH の構築で、光線と形状の交差判定を高速化
- 光源の直接サンプリングと多重重点サンプリング、準モンテカルロ列、適応サンプリングで、限られた計算量でもノイズを低減
- GGX の異方性反射、屈折と色分散、霧・炎・陽炎などの関与媒質、多角形絞りのボケ
- 法線と奥行きを手がかりに輪郭を保つ À-Trous ウェーブレットデノイザ
飛行シミュレーションと計器
機体の姿勢を直接動かすのではなく、空気の力から運動を求めています。旋回中は操縦桿を引いて高度を保つ、という実機の操縦がそのまま正解になります。
- 迎角を状態として持つ飛行モデル。失速、G 制限、高度による推力の変化が式から現れる
- 視点とガラスの位置関係から表示位置を求める HUD と、光学着艦装置のレンズモデル
- 比例航法による誘導と、高速で動く物体どうしの衝突を軌跡の線分で捉える判定
- 高度ごとに向きの変わる風と、地形が生む気流を再現した熱気球の飛行モデル
決定的シミュレーションとサーバー連携
同じ入力からは、どの端末でも同じ結果が出る。この性質を土台に、アプリを閉じている間も世界が進み続ける仕組みを作りました。
- Mac、Linux、Android でビット単位まで一致する計算結果を、自動テストで常に確認
- 描画を切り離したシミュレーション本体をサーバーで実行。6 時間分の飛行を 1 秒以内に再現
- 飛行の全記録を保存し、視点を変えて見直せるリプレイ
- 毎秒 30 回の位置同期による、最大 16 人のオンライン飛行の通信設計
計測にもとづく最適化
速さは感覚ではなく数字で確かめます。描画の工程ごとに GPU 時間を測り、効果の大きい箇所から手を入れます。
- 1,160 万三角形を抱える市街地のシーンを、視野の判定で約 320 万三角形、778 回の描画命令に集約
- 画面の画素数から描画解像度を自動で決め、機種ごとの性能差を吸収
- 15 万本を超える樹木のデータを 215MB から 4.9MB へ軽量化
- 平均フレームレートではなく最悪のフレームを見る計測。VR では 90Hz、1 フレーム 11.1 ミリ秒の予算で管理
マルチプラットフォームのエンジン設計
シミュレーションの本体はひとつ。描画と入力だけを環境ごとに用意する構成で、iPhone から Windows、VR ヘッドセットまで同じ世界を動かします。
- Metal と Vulkan の両方に対応した描画バックエンドと、OpenXR による VR 表示
- iOS 版を配信中。Windows、Android、VR 版を開発中
- 描画の順序を宣言として扱い、順序の誤りをビルドの段階で検出する設計
- タッチ、ゲームパッド、キーボード、マウスをひとつの画面コードで扱う自社製 UI フレームワーク
- 描画を切り離して全ロジックを検証する、36 グループの自動回帰テスト
エンジンの系譜
ひとつの研究が、次のエンジンの土台になっています。
- 2015 –
RayGen
C++ / CPU パストレーシング光の物理を正確に計算するオフラインレンダラー。質感と光の基準を確かめる場として、現在も研究を続けています。
- 2018 –
Yotei3D
TypeScript / WebGL 2ブラウザで動くリアルタイム 3D エンジン。大気、ボリューム雲、海、GPU 流体など、新しい描画技術を最初に試す実験場です。
- 2026.07
F-2 MISSIONS
Swift / Metal・Vulkan・OpenXRYotei3D 上の試作で飛行モデルを検証したうえで、iPhone 向けの専用エンジンを新規に開発。その後、Windows、Android、VR へ展開しています。
- 2026.09
Balloon Journey Japan
C++20 / Vulkanこれまでの成果を C++ で再構築したエンジン。日本全国の地形、生成される天候、サーバーで進み続ける飛行を支えています。
公開プロジェクト
一部のソースコードは、GitHubで公開しています。
Yotei3D Web 3D Engine
Webで軽快に動作する3Dレンダリングエンジン。3Dの知識が少ない初心者でも扱いやすい直感的なインターフェイス設計。
3D 技術のご相談を承ります
描画エンジンの設計から、地理データの可視化、シミュレーター、Web やモバイルへの 3D の組み込みまで。研究で培った技術を、お客様の製品や業務に合わせてご提供します。
- 地形・都市データの 3D 可視化
- シミュレーター、訓練用ソフトウェア
- 製品の 3D ビューア、オンラインショールーム
- 既存システムへの 3D 描画の組み込み
- モバイル・Web 向けの描画の高速化
地形データ出典：国土地理院 標高タイル。建物と道路のデータ：国土交通省 Project PLATEAU、© OpenStreetMap contributors。
This work is based on "USS DWIGHT D.EISENHOWER CVN-69 AIRCRAFT CARRIER" (https://sketchfab.com/3d-models/uss-dwight-deisenhower-cvn-69-aircraft-carrier-f22c344e834f4c3781f676b372a94b2d) by Muhamad Mirza Arrafi (https://sketchfab.com/nazidefenseforceofficial) licensed under CC-BY-4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
「F-2 MISSIONS」は独立して制作された作品であり、三菱重工業株式会社および政府・防衛関連機関とは一切関係がなく、これらの組織による承認・後援を受けたものではありません。