Unityにおける座標系と座標変換の技術資料

2024年9月10日

Unityには、ゲームオブジェクトやUIの位置を制御するために複数の座標系が存在します。これらの座標系を理解し、適切に変換することで、3Dオブジェクトの操作やUIのレイアウトを柔軟に行うことができます。主要な座標系には、ワールド座標、ローカル座標、スクリーン座標、ビューポート座標などがあります。さらに、Unity UIには特有の座標系があります。

1. Canvasのレンダリングモードとその用途

1. Unityの主要な座標系

1.1 ワールド座標（World Coordinates）

ワールド座標は、Unityのシーン全体に対する絶対的な座標系です。シーンの中心（原点）は (0, 0, 0) で、すべてのオブジェクトがこの基準に基づいて配置されます。ゲーム内のオブジェクトは、主にワールド座標で位置や回転を制御します。

transform.position = new Vector3(5, 3, -2);

上記のコードは、オブジェクトをワールド座標の (5, 3, -2) に移動させます。

1.2 ローカル座標（Local Coordinates）

ローカル座標は、オブジェクトの親オブジェクトに対する相対的な座標です。親オブジェクトが存在する場合、その親を基準にして位置が設定されます。

transform.localPosition = new Vector3(1, 2, 0);

これは、親オブジェクトに対して相対位置 (1, 2, 0) にオブジェクトを配置します。

1.3 スクリーン座標（Screen Coordinates）

スクリーン座標は、画面のピクセル単位で表される座標系です。画面の左下が (0, 0) で、右上が (Screen.width, Screen.height) となります。マウスやタッチの位置は、スクリーン座標で取得されます。

Vector3 mousePosition = Input.mousePosition;
Debug.Log(mousePosition);

このコードは、マウスのスクリーン座標を取得して表示します。

1.4 ビューポート座標（Viewport Coordinates）

ビューポート座標は、カメラの視野に基づく相対的な座標系です。左下が (0, 0)、右上が (1, 1) となり、カメラの視野内でオブジェクトの位置を相対的に示します。

Vector3 viewportPosition = Camera.main.ScreenToViewportPoint(Input.mousePosition);

このコードは、マウスのスクリーン座標をビューポート座標に変換します。

2. Unity UIの座標系

2.1 Canvasの種類と座標系

UnityのUIは、Canvasというコンポーネントで管理されます。Canvasには、UI要素を描画するための3つのモードがあり、それぞれで座標系が異なります。

Screen Space – Overlay: 画面全体に対してUIが描画されます。UI要素の基準点は、RectTransformのアンカー設定によって決まります。例えば、アンカーが (0.5, 0.5) の場合は画面の中央が基準になります。
Screen Space – Camera: UIは指定されたカメラに対して描画されます。この場合、UIの位置はカメラのスクリーン座標に基づいて決まります。
World Space: UI要素が3D空間内に配置され、ワールド座標で管理されます。3Dオブジェクトと同じように扱われ、UI要素はカメラの視点や位置に影響を受けます。

2.2 RectTransformコンポーネント

UI要素は通常のTransformではなく、RectTransformを使用して位置やサイズが制御されます。RectTransformは、以下のプロパティを持っています。

Anchors: UI要素の基準位置を決定します。アンカーを変更することで、UIの相対的な位置を動的に変更できます。
Pivot: オブジェクトの中心点。回転やスケールの基準となります。
Anchored Position: アンカーに基づいた相対座標で、UI要素の正確な位置を指定します。

3. 座標変換の用途と方法

3.1 スクリーン座標 → ワールド座標

用途: マウスやタッチのスクリーン位置を3D空間のワールド座標に変換する際に使用します。これにより、3Dオブジェクトの選択や移動操作が可能になります。

Vector3 worldPosition = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);

3.2 スクリーン座標 → UIのローカル座標

用途: スクリーン上のクリックやタップ位置を、UIのローカル座標に変換して、UI要素内の正確な位置を取得するために使用します。

RectTransformUtility.ScreenPointToLocalPointInRectangle
(
    uiRectTransform, 
    Input.mousePosition, 
    Camera.main, 
    out Vector2 localPoint
);

3.3 スクリーン座標 → ビューポート座標

用途: カメラの視野に対する相対的な位置を取得し、画面サイズに依存せずにオブジェクトを配置する際に使用します。

Vector3 viewportPosition = Camera.main.ScreenToViewportPoint(Input.mousePosition);

3.4 ワールド座標 → スクリーン座標

用途: 3D空間内のオブジェクトの位置をスクリーン座標に変換し、UIやエフェクトを画面上で同期させる場合に使用します。

Vector3 screenPosition = Camera.main.WorldToScreenPoint(transform.position);

4. 実用例

4.1 クリック位置にオブジェクトを配置する（スクリーン座標 → ワールド座標）

マウスクリックした位置にオブジェクトを配置する例です。

if (Input.GetMouseButtonDown(0)) 
{
    Vector3 mousePosition = Input.mousePosition;
    mousePosition.z = Camera.main.nearClipPlane; // Z座標を設定
    Vector3 worldPosition = Camera.main.ScreenToWorldPoint(mousePosition);
    Instantiate(objectPrefab, worldPosition, Quaternion.identity);
}

このコードは、マウスクリックしたスクリーン座標をワールド座標に変換し、その位置にオブジェクトを生成します。

4.2 UI要素内のタップ位置を取得する（スクリーン座標 → UIのローカル座標）

クリックされた位置をUIのローカル座標に変換して処理します。

RectTransformUtility.ScreenPointToLocalPointInRectangle
(
    uiRectTransform, 
    Input.mousePosition, 
    Camera.main, 
    out Vector2 localPoint
);
Debug.Log("Local UI position: " + localPoint);

まとめ

ワールド座標は、シーン全体に対する絶対的な位置を表し、3Dオブジェクトの操作に使用されます。
ローカル座標は、親オブジェクトに対する相対的な位置を示し、親子関係に基づくオブジェクトの位置調整に使われます。
スクリーン座標は、画面上のピクセル単位の座標系で、マウスやタッチ入力の処理に使用されます。
ビューポート座標は、カメラの視野に対する相対的な位置を示し、画面サイズに依存しないオブジェクトの配置に利用されます。

これらの座標系を相互に変換することで、ゲームオブジェクトやUIの動的な配置・操作を柔軟に行うことが可能です。この資料を基に、様々なシーンで座標変換を効果的に活用してください。

Canvasのレンダリングモードとその用途

Unityでは、UI要素を管理・描画するためのCanvasオブジェクトには、主に3つのレンダリングモードがあります。これらのモードを正しく理解し、用途に応じて使い分けることで、理想的なUIを実現することができます。この資料では、各モードの特徴やCanvasとカメラの関係、用途に応じた具体的なサンプルを解説します。

1. レンダリングモードの概要

UnityのCanvasには3つの主要なレンダリングモードがあります。それぞれのモードによってUIの表示方法が異なります。

1.1 Screen Space – Overlay

概要: UIは常に画面全体に対して表示され、カメラに依存しません。解像度に応じて自動的にスケールされます。
特徴: 画面のピクセル単位で位置が決まり、ゲーム内のオブジェクトやカメラの動きに影響されずに表示されます。

1.2 Screen Space – Camera

概要: 指定したカメラに依存してUIが描画され、カメラが動くとそれに応じてUIも動きます。
特徴: カメラのスクリーン座標に基づいてUIが描画されるため、カメラの視点がUIに影響します。

1.3 World Space

概要: UIが3D空間内に配置され、ワールド座標で管理されます。UIは3Dオブジェクトの一部として振る舞い、カメラや他のオブジェクトに影響を受けます。
特徴: UIは3Dオブジェクトと同じようにワールド空間内で位置やスケールが設定され、カメラの動きに応じて表示されます。

2. Canvasとカメラの関係

2.1 Screen Space – OverlayのCanvas

CanvasのRender Mode: Screen Space – Overlay
カメラの関係: このモードではカメラの設定は必要なく、Canvasは画面全体に対して描画されます。カメラがどこに位置しているかに関係なく、UIは常に画面の前面に固定されます。

2.2 Screen Space – CameraのCanvas

CanvasのRender Mode: Screen Space – Camera
カメラの関係: Canvasは特定のカメラに割り当てられます。カメラの動きや視点に応じてUIが変化し、動的なUIを作成できます。Canvasは「Render Camera」に指定されたカメラのスクリーン座標で描画されます。

2.3 World SpaceのCanvas

CanvasのRender Mode: World Space
カメラの関係: Canvasはワールド座標に基づいて配置され、3Dオブジェクトと同様に位置やスケールが管理されます。カメラの位置や視点によってUIが見えるかどうかが変わり、3Dオブジェクトの一部としてUIを表示できます。