GLSLとは
GLSLはOpenGLで使われるシェーダ言語で、GPU上で動作する小さなプログラムを記述するための言語です。頂点やピクセルごとの処理を並列に実行でき、リアルタイムに画像を生成・変形できます。C言語に似た構文を持ち、数式やベクトル計算を直接扱えるため、シェーダーアートや映像生成の基盤として広く利用されています。
フラグメントシェーダとは
フラグメントシェーダは画面上の各ピクセルの色を決定するプログラムです。入力された座標やテクスチャ情報をもとに、色や明るさを計算します。GLSLではこの処理が画面全体で同時に実行されるため、1ピクセル単位の精密な表現が可能です。シェーダーアートではここに数式を記述し、模様や形状を直接描き出します。
UV座標とは
UV座標はテクスチャを貼るための2次元座標系で、通常0から1の範囲で表されます。画面やモデル表面の位置を割合で示すため、解像度に依存しない表現が可能になります。シェーダではこのUVを使って位置を計算し、色や形を決定します。中心を基準に変換することで、円や波などの幾何的なパターンを簡単に作れます。
距離関数とは
距離関数はある点から特定の形状までの距離を返す関数です。例えば円や線までの距離を数式で表現します。この値を使うことで、境界を判定したり滑らかな輪郭を作ることができます。シェーダでは距離の値を色や透明度に変換することで、図形を描いたりエフェクトを加えたりする基礎となります。
SDFとは
SDF（符号付き距離関数）は距離関数に内外の情報を加えたものです。形状の内側では負、外側では正の値を持ち、境界では0になります。この性質により、単一の関数で形状と位置関係を同時に表現できます。複雑な図形も数式の組み合わせで表現できるため、シェーダーアートや3D表現の中核技術として使われます。
レイマーチングとは
レイマーチングは視点から光線を伸ばし、SDFを使って物体に当たるまで進む手法です。距離分だけ一気に進むことで効率的に交差判定を行います。これによりポリゴンを使わずに3D形状を描画できます。シンプルなコードで複雑な立体や反射、影を表現できるため、シェーダーアートでよく使われる技術です。
円の距離関数とは
円の距離関数は、点と円の中心との距離から半径を引いた値で表されます。結果が0なら円の境界、負なら内部、正なら外部を意味します。この単純な式だけで円を正確に描くことができ、滑らかな縁やぼかしも容易に実装できます。多くのシェーダ表現はこの基本形を応用して構築されています。
合成（union）とは
合成（union）は複数のSDFを組み合わせて新しい形状を作る操作です。通常は距離の最小値を取ることで、2つの形状を自然に結合できます。この方法により、球や箱などの単純形状を積み重ねて複雑な構造を構築できます。差分や交差と組み合わせることで、モデリングのような表現が可能になります。
法線とは
法線は物体表面に垂直な方向ベクトルで、光の当たり方を計算するために使われます。SDFでは周囲の距離変化から数値的に法線を求めることができます。このベクトルがあることで、平面か曲面かといった形状の特徴が明確になり、リアルな陰影表現が可能になります。
ライティングとは
ライティングは光源と法線を使って明るさや色を決定する処理です。基本的には光の方向と法線の内積で明るさを計算します。これにより、物体の立体感や質感が表現されます。拡散反射や鏡面反射などを組み合わせることで、より現実的な見た目を作ることができます。
time変数とは
time変数は時間の経過を表す値で、アニメーションの基礎になります。sinやcosなどの関数と組み合わせることで、周期的な動きや変化を簡単に表現できます。シェーダでは全ピクセルで同じ時間を共有するため、画面全体が同期して動くダイナミックな映像を生成できます。
並列処理とは
並列処理は多数の計算を同時に実行する仕組みで、GPUの最大の特徴です。シェーダでは各ピクセルが独立して計算されるため、大量の処理を高速に実行できます。この特性により、リアルタイムで複雑な映像や数式ベースの描画が可能になり、CPUでは難しい表現を実現できます。
