[Blender 2.8] 形を変えずに見た目を変える Part 2 [法線]

[Blender 2.8] メッシュの形状を変化させずに見た目を変える、法線(Normals)の設定や操作方法について

今回の記事は、『シェーディング』にとってなくてはならない重要な『法線』というものについての基礎知識から、設定・変更・編集の方法について取り上げさせていただきたいと思います。

※この記事は、連載記事となっております。この記事単体でも読める内容とはなっておりますが、『シェーディング』についてよくご存じない方は、前回の記事をご覧になることをオススメします。

[Blender 2.8] 形を変えずに見た目を変える Part 1 [シェーディング]

前回の記事では、「『シェーディング』とは？」といった基礎的な知識を重点的に、基本となる「メッシュ全体の『シェーディング』の変更」と、「メッシュの一部だけ『シェーディング』を変更」する方法について取り扱わせていただきました。

今回は、実は前回省いてしまった『シェーディング』において重要な『法線』についての基礎知識から、更に、『法線編集』で『シェーディング』を別物のように変化させる方法についても、取り扱いたいと思います。

今回取り扱う内容も「知識」に重点を置いたものとなり、概要は以下のようになっております。

『法線』自体の知識
『シェーディング』と『法線』の関係
『法線編集』についての知識
『法線』の具体的な操作・編集方法

Blender データ転送モディファイアー 3DCG モデリング草 grass カスタム法線 — **『法線編集』前**

※2020年1月18日加筆修正を行いました。
※2020年1月19日加筆修正を行いました。
※2020年1月20日加筆修正を行いました。
※2020年2月21日加筆修正を行いました。
※2020年5月26日画像の差し替えを行いました。

『法線(Normals)』とは？

非常にざっくりとした説明になりますが、”法線(Normals)”とは、「線や面に対して垂直な方向を表すもの」で、光の反射や、衝突演算などで使われるものです。

ほとんどの3DCGソフトでもそうだと思いますが、Blenderではメッシュを作ればそこでもう自動で”法線”を計算してくれて、意識しなくても非常にクオリティの高い描画をしてくれるので、意識することが少ないかもしれません。

※ごく稀に、面が逆になった時に、「面の向きを外側に揃える([Shift]+[N])」を使ったりしますが、あまり無いので。

もっと厳密に、”法線”についてのあれこれを引っ張り出すと際限ないですし、何より私の能力的にも扱いきれませんので他のサイト様にお願いしまして、ここでは、

“法線”という物を、Blenderで活用・編集する方法

だけに絞ってご紹介します。(終わらなくなっちゃうので笑)

法線に関する外部ページリンク：

特に難しい計算などはやらないですし、大体はBlenderが自動でやってくれるので、気構えず気楽にいてください。

Memo: 3Dビュー上での『法線(Normals)』の表示方法

メッシュオブジェクトの”法線”については、[ビューポートオーバーレイ]のプルダウンメニューの中の[Normals]という項目にある各ボタンを操作すれば、各面・頂点などの法線を表す線を表示させてくれる機能があります。

目で見ることができれば、直感的にも分かりやすいかと思いますので、触って確かめてみてください。

ボタンは右から、それぞれ下記についての設定を操作出来るボタンとなっております。

頂点法線の表示
頂点での面法線
面法線の表示

スライダーバーは、「法線の表示サイズ」を設定できます。

『シェーディング』と『法線』の関係とは？

『法線』というものを扱うのに1つだけ認識しておいてほしいのが、『シェーディング』と『法線』の関係です。

最初に2つの関係を言ってしまいますと、

『法線』は、『シェーディング』を行うのに、使うと格段に立体感が出る、『シェーディング』にとって大変重要な情報。

というのが、「『シェーディング』と『法線』の関係」です。

前回の「『シェーダー』とは？」の項では、次のようなことを書いたと思います。

「陰影付けや表面の質感や凹凸の設定、各画素の表示色の決定などを行うプログラム」の事を『シェーダー』と言い、『シェーダー』で一番良く使うものが『マテリアル』。

『マテリアル』にデフォルトで設定されている『シェーダー』タイプの『プリンシプルBSDF』を例にとってみると、この『ノーマル』という部分がその『法線(Normals)』です。

つまり、『シェーダー』に読み込まれる情報の1つが『法線』という訳です。

この『法線』は主に、「陰影付けにおいて立体感を出す」のために使われる情報です。

『シェーディング』の際に「どこに、どんな風に、陰影付けすれば立体感が出るか」を決める1つの要素として、『法線』という情報が使われる、という関係なので、『シェーディング』が『法線』を使わない場合もあります。

つまり、陰影の無い、立体感を無視した『シェーディング』ですね。

「『陰影付け』なのに『陰影の無い』とは…？」と思われるかもしれません。

※Blenderでは、一見『陰影の無い』シェーディングでも法線情報が使われてるかどうか、明確にはわかりませんでした汗自動で法線が使われている可能性もあるので、あくまでそういう”イメージ”、として例に挙げます。

[3Dビューのシェーディング]の[ワイヤーフレーム]モードでの表示や、[ソリッド]モードで、[Lighting]を[フラット]に設定したような表示であれば、法線情報は必要ありません。

3Dビューのシェーディング [ワイヤーフレーム]

Blender 3Dビューのシェーディングワイヤーフレーム 3DCG モデリング

3Dビューのシェーディング[ソリッド]モード>[Lighting]を[フラット]に設定した、Cubeの回転アニメーション

Blender ノーマル Normals 3Dビューのシェーディング Lightingフラット 3DCG モデリング

結論としましては、『シェーディング』は必ずしも『法線』を使わなくても出来るけど、使うと格段に立体感が出る物、というのが、「『シェーディング』と『法線』の関係」なわけです。

『法線(Normals)』編集の各操作方法について

先述の通り、法線の方向は、基本的にBlenderが自動で計算してくれるものです。ですが、その例外として、法線を編集する方法も用意されています。

Blender ノーマルメニュー法線 Normals 3DCG モデリング — ショートカットキーからのノーマルメニュー表示 ([Alt]+[N])

Blenderで法線を編集する方法には大きく分けて4つのタイプがあります。

『面の向き』を操作する方法
『カスタム法線』を使用して操作する方法
各要素の『法線のベクトル情報』から操作する方法
『面の強さ』を操作する方法

※これ以外にも、『データ転送』や『モディファイアー』を使用して編集する方法などもあるのですが、説明の都合上、今回はこの4タイプを取り扱わせていただきます。

操作項目一覧

『面の向き』の操作

項目名	概要	ショートカットキー
[反転]	面(及び頂点)の法線方向を反転。
[面の向きを外側に揃える]	法線方向を外側の向きに揃える。	[Shift]+[N]
[面の向きを内側に揃える]	法線方向を内側向きに揃える。	[Shift]+[Ctrl]+[N]

『カスタム法線』の操作

項目名	概要	ショートカットキー
[面から設定]	面の法線から頂点のカスタム法線を設定する。
[回転…]	法マウスカーソルを操作して法線を編集する。	[R]→[N]
[ターゲットの方へ…]	任意のターゲットの方向へ法線を編集する。	[Alt]+[L]
[マージ]	頂点全ての法線をマージして1つの平均法線を作成する。
[分割]	面の法線を分割したカスタム分割法線を作成する。
[平均]	頂点の法線を平均化する。

『法線のベクトル情報』の操作

項目名	概要	ショートカットキー
[ベクトルをコピー]	法線をバッファにコピー。
[ベクトルを貼り付け]	バッファから法線を貼り付け。
[ベクトルをスムーズに]	周囲の頂点の法線を元にカスタム法線をスムージング。
[ベクトルをリセット]	バッファや選択中の法線をリセット。

『面の強さ』の操作

項目名	概要	ショートカットキー
[面の強さで選択]	指定した『面の強さ』の面を選択。
[面の強さで設定]	『面の強さ』を変更。

『面の向き』とは？

この方法では、ただ単に、面の表裏の向きを反転させる操作を行います。

偶になってしまう面の反転を修正するのにも使うような、『法線編集』の中ではおそらく一番単純で身近な方法かと思われます。

私の過去の失敗例なのですが、1つ例として挙げますと、Part1の記事にも貼っていたこのツイートのグラスのモデルなのですが…

何か違和感を覚えませんか？

実は、これ、グラスの底部分の法線の方向が逆のままレンダリングしてしまって、気付かずそのまま画像貼ってツイートしちゃったものなのですorz

私が作りました！(Blenderで)#blender #3dcg pic.twitter.com/iiHRPXUk0z
— ほろほろり (@_horo_horori) December 3, 2019

下の画像は、下から見上げた視点からのグラス底を、[ビューポートオーバーレイ]のプルダウンメニューの中の[面の向き]という項目にチェックを入れ、表向きの面を青、裏向きの面を赤で表示したものになります。

Blender 法線 normals 3DCG モデリンググラス — グラスモデル底部分下から見上げた視点

Blender オーバーレイを表示面の向き — [ビューポートオーバーレイ]>[Geometry]>[面の向き] ([オブジェクトモード]表示ver)

直す前(←)と直した後(→)を比較してみると、こんな感じになります。

という事でこの方法は、面の表裏が逆になってしまったときの修正という目的で使われるのがほとんどだと思われます。

Memo: 『スムーズシェード』に変えると、オブジェクトに変な線が出来てしまう場合の対処法

「『スムーズシェード』に変えると、オブジェクトで変な線が出る」場合、『面の向き』が一部逆向きになってしまっている事が原因である場合が多いように思います。

ごく稀に起こるのですが、特に何も可笑しなことしていないような所で、面の向きが逆向きで生成されてしまう事があります。

『フラットシェード』では、特にそこまで目立った異変は出ないのですが、『スムーズシェーディング』にすると急に変な線が出る場合、これを一度確認してみて下さい。

『面の向き』の操作

[反転]

選択した面の法線方向を反転させます。

Blender 面の向き法線ノーマル Normals 3DCG モデリング ico球 — [反転]使用前

[面の向きを外側に揃える]、 [面の向きを内側に揃える]

選択した面の法線を、メッシュオブジェクトの形状から再計算して、面の向きが外側(または内側)に向くように調整します。

内側・外側の方向は、隣接する面との角度によって決まります。

また、[面の向きを外側に揃える]、 [面の向きを内側に揃える]いずれかの操作直後であれば、『オペレーターパネル』の[内側]という項目のチェック操作をすることで、揃える『面の向き』を反転させることが可能です。

『カスタム法線』とは？

『面の向き』を単純に反転させるのではなく、より複雑な『法線編集』をしたい場合には、『カスタム法線』というものを使います。

『カスタム法線』は、法線の方向を、自動で計算されるデフォルトとは違う方向に編集することによって、ある種”現実離れ”、あるいは”フェイク”的なシェーディングをする方法です。

ゲーム開発で用いられる手法で、低ポリオブジェクトのシェーディングをコントロールし、「より自然に見える表現」を実現するために使われます。(草や樹木などの低ポリオブジェクトに多く用いられます)。

『カスタム法線』を使用していない方は、影が草1本1本毎について全体的にバラついた印象なのに対し、『カスタム法線』を使用している方は、全体でひと塊のようにまとまって見えます。

Blenderでは、『面の角』ごと、『隣接面の角』ごと、または『頂点』ごとに『カスタム法線』設定が出来ます。

※[オブジェクトデータ]>[形状データ]では、[カスタム分割法線データ]に『カスタム法線』のデータも一緒くたの扱いをされているようですし、表記揺れなのか『分割カスタム法線』というものもみられるので、『カスタム法線』の正確な呼称について自身がありません。ここでは仮に、「『カスタム法線』を『隣接面の角』ごとに分割したものを『カスタム分割法線』」と定義させていただき、以降、そのように記述させていただきます。

『カスタム法線』のデータ削除方法

設定した『カスタム法線』を一から設定しなおしたい、または削除したい場合、『カスタム法線』のデータを削除する必要があります。

[プロパティエディター]>[オブジェクトデータ]>[形状データ]>[カスタム分割法線データをクリア]という項目をクリックすれば、『カスタム法線』のデータを削除することが出来ます。

Blender カスタム法線カスタム分割法線分割カスタム法線法線編集 normals 3DCG モデリング

Memo:『カスタム法線』と『自動スムーズ』

『カスタム法線』を使用するためには『自動スムーズ』を有効にする必要がありますが、『カスタム法線』に関する編集を行うツールのいずれかの操作を行うと、自動的に『自動スムーズ』が有効になります。

『自動スムーズ』とは、1つのメッシュで『スムーズシェーディング』と『フラットシェーディング』を混在させたい時に使う機能です。

また、『自動スムーズ』は、シェーディング方法を切り替えるしきい値として『角度』を指定できますが、『カスタム法線』を使用した場合、この『角度』での指定が無効になります。

『シャープ』をマークした辺以外は全て、面間の角度に関係なく、スムーズとみなされます。

Blender カスタム法線カスタム分割法線分割カスタム法線法線編集 normals 3DCG モデリング ico球

『シャープ』に関しまして、詳しくは↓の記事をご覧ください。

[Blender 2.8]クリース、シーム、シャープの違い

『カスタム法線』の操作

[面から設定]

選択した面の法線から、頂点の『カスタム法線』を設定します。

オプションとして『シャープ』をマークした辺を強調する事も可能です。このオプションを有効にした場合、[分割]したのと同じように『カスタム分割法線』が出来るようです。

[回転…]

選択した部分の法線を、マウスカーソルを操作して編集します。

Blender カスタム分割法線分割カスタム法線法線編集 normals 3DCG モデリング ico球

[ターゲットの方へ…]

選択した法線を、任意のターゲットの方向へ編集します。

対象となるターゲットは、キーで指定します。

このツールを選択すると、独自の編集モードみたいな感じになります。

ツール選択後、ヘッダーの表示が切り替わって、操作できるコマンド一覧と現在の状態が出てくるので、それを元に操作します。

コマンド	操作内容
[Enter] or [PadEnter] or [マウス左ボタン]	確定
[Esc] or [マウス右ボタン]	キャンセル
[M]	マウスに向ける。有効である間、マウスカーソルの位置に法線の方向を変更し続ける。
[L]	ピボットに向ける
[O]	オブジェクトの原点に向ける
[R]	法線をリセット
[Ctrl]+[マウス左ボタン]	3Dカーソル位置をマウスカーソルの位置に変更&3Dカーソルに向ける
[Ctrl]+[マウス右ボタン]	メッシュ選択&選択したメッシュアイテムに向ける ※メッシュの存在しないところでこの操作をすると、『マウスカーソルの位置に複製/押し出し』になってしまうので注意
[I]	『法線の反転』切り替え。有効である場合、指定したターゲットの方向と逆向きの法線方向になる。
[S]	『球体化』切り替え。有効である場合、各法線は、元の値とターゲットへの方向との間の補間になる。
[A]	『整列』切り替え。有効である場合、全ての法線は、「選択した部分の中点からターゲットまで」のベクトルで統一される。