UnityのTime.deltaTime 詳細解説

2025年3月16日

本資料では、UnityにおけるTime.deltaTimeの仕組みを、基本的な概念から内部処理、応用例、最適化、デバッグ、そして高度な活用法まで、あらゆる角度から徹底的に解説します。Unity初心者から中・上級者まで、あらゆるレベルの開発者が参考にできるよう、実例や注意点も交えて詳細に説明します。

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1. はじめに

• 背景:
  ゲーム開発では、描画フレーム（FPS）は使用環境や負荷により大きく変動します。フレーム数だけに依存した処理では、異なる環境で動作速度が大きく変わってしまいます。
• 目的:
  Time.deltaTimeを用いて、実際の経過時間に基づいた処理を行い、どの環境でも一貫したゲーム体験を実現する方法を学びます。

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2. 基本概念

2.1 Time.deltaTimeの定義

• 概要:
  前のフレームから現在のフレームまでの経過時間（秒）を返すプロパティ。
• 例:
  • 60FPS → 約0.016秒
  • 30FPS → 約0.033秒

2.2 役割と重要性

• フレームレート補正:
  FPSが異なる環境でも、「1秒間に○○ユニット動く」といった一貫した動作を実現できる。
• 時間依存の処理:
  移動、回転、アニメーション、タイマーなど、時間経過に依存する処理に不可欠。

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3. フレームレートとTime.deltaTimeの数学的関係

3.1 FPSの変動と経過時間

• 高FPSの場合:
  • 経過時間が短く、1フレームごとのTime.deltaTimeは小さい。
  • 例: 60FPS → 1/60 ≒ 0.016秒
• 低FPSの場合:
  • 経過時間が長く、1フレームごとのTime.deltaTimeは大きい。
  • 例: 30FPS → 1/30 ≒ 0.033秒

3.2 数学的補正の考え方

• 基本式:
  • 移動量（フレーム毎）=速度（ユニット/秒）×Time.deltaTime（秒）
• 具体例:
  • 1秒間に5ユニット移動する場合:
    • 60FPS: 5 × 0.016 = 0.08ユニット/フレーム
    • 30FPS: 5 × 0.033 = 0.165ユニット/フレーム

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4. UpdateとFixedUpdateの使い分け

4.1 Update関数

• 用途:
  • 入力処理、アニメーション、非物理演算の更新に使用。
  • 毎フレーム呼ばれるため、Time.deltaTimeを使用して補正。
• 例:

void Update() 
{
    float speed = 5.0f;
    transform.Translate(Vector3.forward * speed * Time.deltaTime);
}

4.2 FixedUpdate関数

• 用途:
  • 物理演算（Rigidbody操作、衝突判定など）の更新に使用。
  • 固定時間間隔（通常は0.02秒）で呼ばれ、Time.fixedDeltaTimeを利用する。
• 例:

void FixedUpdate() 
{
    float force = 10.0f;
    rigidbody.AddForce(Vector3.forward * force * Time.fixedDeltaTime);
}

4.3 適切な使い分け

• 非物理: Update + Time.deltaTime
• 物理: FixedUpdate + Time.fixedDeltaTime

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5. Time.deltaTimeと関連プロパティの連携

5.1 Time.timeScale

• 定義:
  ゲーム全体の時間の流れを制御するプロパティ。
  • 1が通常速度、0.5で半分、0で停止。
• 連動:
  Time.deltaTimeはTime.timeScaleの影響を受けるため、スローモーションや一時停止時も自然な動作となる。

5.2 Time.unscaledDeltaTime

• 用途:
  timeScaleの影響を受けずに経過時間を取得したい場合に使用。
• 例:
  UIアニメーションや特定のタイマー処理に利用。

5.3 Time.smoothDeltaTime

• 概要:
  複数フレームに渡って平滑化されたdeltaTimeの値を返す。
• 利点:
  急激なフレーム遅延があった場合でも、滑らかな値を提供し、ビジュアルやアニメーションの一貫性を維持する。

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6. 内部処理とTime.deltaTimeの取得方法

6.1 Unityエンジン内部の計算

• 内部処理:
  Unityは各フレームの開始時に、前フレームとの時間差を計算し、deltaTimeとして格納します。
• 最大値の制限:
  突発的なフレーム遅延（ラグスパイク）に対しては、Time.maximumDeltaTimeが設定され、異常に大きなdeltaTime値の影響を抑えることが可能です。

6.2 平均化とスムージング

• Time.smoothDeltaTimeの利用:
  複数フレームの値を平均化することで、急激な変動を緩和し、アニメーションや物理シミュレーションでの不連続性を回避します。

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7. 応用例：高度な実装テクニック

7.1 複数タイマーの同時管理

• シナリオ:
  複数のイベントが異なるタイミングで発生する場合、各イベントで独立したタイマーを管理。
• コード例:

float timerA = 0f;
float timerB = 0f;
float intervalA = 2.0f; // 2秒ごとにイベントA
float intervalB = 5.0f; // 5秒ごとにイベントB

void Update() 
{
    timerA += Time.deltaTime;
    timerB += Time.deltaTime;

    if (timerA >= intervalA) 
    {
        Debug.Log("イベントA発生");
        timerA -= intervalA;
    }
    if (timerB >= intervalB) 
    {
        Debug.Log("イベントB発生");
        timerB -= intervalB;
    }
}

7.2 非同期処理との連携（コルーチン）

• 概要:
  コルーチン内で時間経過を管理する際、Time.deltaTimeを利用しながらyield return null;で1フレーム待機し、自然な時間経過を実現。
• コード例:

IEnumerator FadeOut(CanvasGroup canvasGroup, float duration) 
{
    float elapsed = 0f;
    while (elapsed < duration) 
    {
        elapsed += Time.deltaTime;
        canvasGroup.alpha = 1 - (elapsed / duration);
        yield return null;
    }
    canvasGroup.alpha = 0;
}

7.3 補間と滑らかな変化（LerpとSmoothDamp）

• Lerp:
  線形補間にTime.deltaTimeを掛け合わせ、フレームレートに依存しない滑らかな変化を実現。
• SmoothDamp:
  指定した減衰時間で目標値に近づける方法。Time.deltaTimeは変化量の計算に利用され、振動や急激な変化を抑えます。
• コード例:

float velocity = 0f;
float smoothTime = 0.3f;
float currentValue = 0f;
float targetValue = 100f;

void Update() 
{
    currentValue = Mathf.SmoothDamp(currentValue, targetValue, ref velocity, smoothTime, Mathf.Infinity, Time.deltaTime);
}

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8. パフォーマンスと最適化の観点

8.1 計算負荷の最小化

• 必要な箇所だけで使用:
  毎フレーム大量の計算が発生する場合、Time.deltaTimeの値はキャッシュして使うなど、無駄な計算を避ける工夫が必要です。
• 固定更新:
  物理演算の更新はFixedUpdateで行うことで、一定間隔の計算により予測可能なパフォーマンスを実現。

8.2 異常値への対策

• ラグスパイク対策:
  一時的にTime.deltaTimeが大きくなる場合、上限値を設定して急激な変化を防ぐ。

float safeDeltaTime = Mathf.Min(Time.deltaTime, 0.05f);

• Time.maximumDeltaTimeの利用:
  プロジェクト設定やスクリプト内で、最大deltaTimeを設定して不安定な動作を抑制する。

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9. デバッグとトラブルシュート

9.1 ログ出力による監視

• デバッグ方法:
  実行中にTime.deltaTimeやTime.smoothDeltaTime、Time.fixedDeltaTimeの値をログ出力して、フレームごとの変動をモニタリングする。
• コード例:

void Update() 
{
    Debug.Log($"deltaTime: {Time.deltaTime}, smoothDeltaTime: {Time.smoothDeltaTime}");
}

9.2 ビジュアルデバッグ

• エディタ拡張:
  カスタムインスペクターやデバッグウィンドウを利用して、リアルタイムにdeltaTimeの変動を可視化する方法も有効です。

9.3 問題の切り分け

• FPS低下の原因分析:
  deltaTimeの急激な増加が、重い処理やガベージコレクションによるものかを特定し、最適化の対象を明確にする。

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10. よくある落とし穴とベストプラクティス

10.1 落とし穴

• deltaTime未使用:
  フレーム数に依存した処理になり、環境ごとに動作が大きく変わる。
• FixedUpdate内でのTime.deltaTime使用:
  固定更新にはTime.fixedDeltaTimeを使うべき。これにより、物理シミュレーションの一貫性が損なわれる可能性がある。
• timeScaleの影響見落とし:
  スローモーションや一時停止実装時、timeScaleがdeltaTimeに与える影響を無視すると、意図しない挙動が発生する。

10.2 ベストプラクティス

• 必ず時間依存の処理にdeltaTimeを使用する。
• 物理処理はFixedUpdate内でTime.fixedDeltaTimeを利用。
• スローモーション等の特殊な時間操作が必要な場合、Time.unscaledDeltaTimeを活用する。
• 大きすぎるdeltaTime値への対策として、上限値を設定する。
• デバッグ中は、deltaTimeの変動を監視して問題箇所を特定する。

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11. 高度な活用法と拡張テクニック

11.1 マルチスレッド・非同期処理との連携

• Unityのメインスレッドと非同期処理:
  基本的にUnityの更新処理はメインスレッドで実行されますが、非同期処理（TaskやAsync/Await）でバックグラウンド処理を行う場合、UIやアニメーションに影響を与えないよう、メインスレッドへの戻し方に注意が必要です。deltaTimeの値はメインスレッドのUpdate内でのみ意味を持つため、非同期処理では設計パターンを工夫しましょう。

11.2 カスタムタイムマネージャの実装

• シナリオ:
  ゲーム内で特定のサブシステムやミニゲームなど、メインの時間管理とは異なる時間スケールで動作させたい場合、独自のタイムマネージャを実装する手法もあります。
• 実装例:
  メインのTime.timeScaleとは別に、サブシステム用の「仮想時間」を管理し、内部でdeltaTimeの補正を行う方法です。

11.3 高精度タイミング

• リアルタイムシミュレーション:
  高精度が求められるシミュレーションや物理計算では、Time.deltaTimeの精度や安定性を意識する必要があります。必要に応じて、固定更新（FixedUpdate）の設定や、カスタムループによる高精度計測の導入を検討します。

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12. まとめ

• Time.deltaTimeの本質:
  前フレームから現在フレームまでの実時間（秒）を提供し、FPSの変動に対する補正を行うことで、一貫したゲーム体験を実現する基本要素。
• 関連プロパティとの連携:
  Time.fixedDeltaTime、Time.unscaledDeltaTime、Time.smoothDeltaTime、Time.timeScaleなどと組み合わせることで、さまざまな時間依存処理に柔軟に対応可能。
• 実装のポイント:
  • UpdateとFixedUpdateの適切な使い分けで、入力処理と物理計算の整合性を保つ。
  • ラグスパイク対策や最大値の制限を導入し、急激な変動の影響を防止。
  • デバッグツールの活用により、実行時のdeltaTimeの挙動を監視し、最適化に役立てる。
• 応用と拡張:
  高度なシナリオやマルチスレッド環境、カスタムタイムマネージャの実装など、基本を押さえた上でさらに発展的な利用法を模索できる。

この超詳細な資料を通して、Unity開発におけるTime.deltaTimeの内部動作、実践的な使い方、そして最適な実装方法を深く理解し、より堅牢で一貫性のあるゲームシステムの構築にお役立てください。