UnityにおけるRay構造体の解説

2025年3月19日

本資料では、Unityで3D空間の判定や選択処理に用いられるRay構造体について、その基本構造や主要メソッド、利用例、注意点などを詳しく解説します。

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1. はじめに

Unityでは、レイキャスト（Raycast）を用いてシーン内のオブジェクトとの交差判定や視線判定を行う際、Ray構造体が重要な役割を果たします。Rayは、起点（origin）と方向（direction）の2つの要素で表現され、3D空間上での直線をシンプルに表現するための構造体です。

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2. Ray構造体の基本構造

2.1 定義とプロパティ

• Ray構造体
  UnityEngine名前空間に定義されている構造体で、3D空間上の「光線」を表現します。
• プロパティ
  • origin (Vector3):
    レイの始点。例えば、カメラの位置やオブジェクトの発射元などが該当します。
  • direction (Vector3):
    レイが進む方向を示すベクトル。通常、レイキャスト処理では正規化された方向ベクトルが利用されますが、自動で正規化されるわけではないため注意が必要です。

2.2 コンストラクタ

new Ray(Vector3 origin, Vector3 direction)

• 任意の起点と方向を指定してRayを生成します。

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3. 主要なメソッド

3.1 GetPoint(float distance)

• 機能
  Rayの起点から指定した距離にある点の座標を計算して返します。
  例: ray.GetPoint(10) とすると、起点から10単位離れた位置の座標を取得可能です。

3.2 その他の利用可能なメソッド

• Ray自体は主に値の保持を目的とした構造体ですが、これと組み合わせる形で、Physics.Raycast() などの物理演算メソッドが使用され、レイとシーン内オブジェクトとの衝突判定が行われます。

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4. Ray構造体の利用例と応用

4.1 レイキャストによるオブジェクト検出

• シナリオ
  カメラのスクリーン座標からRayを生成し、ユーザーがクリックした方向にRayを飛ばして衝突するオブジェクトを検出します。
• 実装例

  Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
  if(Physics.Raycast(ray, out RaycastHit hitInfo))
  {
      // hitInfo.collider や hitInfo.point を利用して対象のオブジェクトに対する処理を実行
  }

• Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition) は、ユーザーのマウス位置からカメラを起点にRayを生成します。
• Physics.Raycast() により、Rayがシーン内のどのオブジェクトと衝突するかを判定できます。

4.2 発射処理への応用

• シナリオ
  弾丸やプロジェクタイルの発射方向の決定にRayを使用する場合、Rayのdirectionプロパティを用いて発射の速度や方向を指定することが可能です。
• 実装例

GameObject projectile = Instantiate(projectilePrefab);
Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
projectile.GetComponent<ProjectileController>().Shoot(ray.direction * 2000);

• ここでは、生成したオブジェクト（弾丸など）が、マウスクリック時の方向に向かって発射されるようになっています。

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5. Ray構造体利用時の注意点

5.1 方向ベクトルの正規化

• ポイント
  多くの物理演算やレイキャスト処理では、方向ベクトルが正規化（長さが1）されていることが前提となります。
• 対策
  必要に応じて、Vector3.normalized プロパティを利用し、方向ベクトルを正規化して使用することを推奨します。

5.2 構造体としての特性

• 注意点
  Rayは構造体（値型）であるため、コピー操作が発生します。頻繁な生成や渡し方に注意し、不要なパフォーマンスコストが発生しないように設計を工夫することが大切です。

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6. まとめ

• Ray構造体は、Unityにおいて3D空間上の「光線」を表現するための基本的な構造体であり、衝突判定や視線判定など、さまざまなシーンで活用されます。
• 基本要素としては、origin（起点）とdirection（方向）の2つのプロパティを持ち、Rayの作成や利用により、ユーザー入力や物理演算と連動したインタラクティブな処理を実現します。
• 利用する際は、方向ベクトルの正規化や構造体の特性に注意しながら、Physics.Raycast()などの物理演算との組み合わせで、シーン内のオブジェクトとの交差判定などを効率的に行うことが可能です。

以上が、UnityにおけるRay構造体の基本概念から利用例、注意点に至るまでの徹底解説となります。