Qt Design Studioで3D グラフィックスとビジュアルエフェクトを作る

本記事は「Working with 3D graphics and visual effects in Qt Design Studio」の抄訳です。

快適なカーライフを実現するために、設計者は最小限の時間と労力で優れたグラフィカルユーザーインターフェースを作成できる高度なツールを必要としています。Qt Design Studio には、最先端の 3D グラフィックスを含む魅力的な UI アプリケーションを簡単に作成し、あらゆる組み込みシステムで最適なパフォーマンスで動作させるためのリソースがすべて含まれています。

昨今の車内体験は、3D グラフィックスを使用して車内体験を向上させる方向にますますシフトしています。サラウンドビューモニター、駐車支援システム、ヘッドアップディスプレイ用ナビゲーションシステムなどは、3Dグラフィックスに大きく依存するアプリケーションのほんの一例です。これらの先進運転支援システム（ADAS）は、リアルタイムで周囲の状況をリアルに描画し、ドライバーの状況認識能力を大幅に向上させることができます。いずれも、高度な3Dグラフィックスによって車内の状況や性能を可視化する、いわゆる "デジタルツイン "が一般的になっています。

このような優れた3Dグラフィックスが、昨今のデジタルコックピットを支えるUIアプリケーションの一部になっていることを、一緒に見ていきましょう。

3D拡張HUDナビゲーションシステム

3Dデザイン・UI制作

そもそも3Dモデルは、Blender、Maya、3ds Maxなどの3Dコンテンツ作成ツールで作成されます。3Dカーモデルには、ライトの点灯・消灯、ドアの開閉などのアニメーションを含めることができます。現在の最先端のグラフィックツールや能力をもってすれば、このような3D画像の品質は、実物の高解像度の写真やビデオと見分けがつかないほど高いものになっています。

しかし、このような 3D デザインはそれ自体では単なる画像であり、意味のある車内体験を推進するためには、UI アプリケーションの一部となり、その動作が他の機能、サービス、ビジュアルと世界をつなぐセンサーに相互接続される必要があります。これをQt Design Studio で実現しています。

Qt Design Studio では、3D モデルの各コンポーネントを、車のセンサーからのデータに接続することを可能とし、これにより実車のライトを点灯させるとUIに表示された3Dモデルのライトが点灯したり、同様にドアを開閉させたりすることができます。UIに表示される3Dモデルの挙動が、実際のクルマの機能と連動するようになったのです。さらに高度なADASアプリケーションでは、3Dのクルマのモデルが、他の3Dレンダリングされたクルマや、場合によっては歩行者と共に道路を走行し、実際のクルマの状況を反映した3D表現で見ることができます。

Outrun ADAS シーン

データバインディングにより、Qt Design Studio はデザインと実世界の接続を可能にします。ここでは、デザインから来るビジュアルと車のセンサーから来るデータから、UI アプリケーションに命が吹き込まれます。

デザインと開発

Qt Design Studio で 3D グラフィックアセットをインポートすると、細部が失われることなく、デザインはそのままで、3D コンテンツ作成ツールと全く同じ外観になります。

Qt Design Studio では、テクニカルアーティストは、実際の UI アプリケーションに変換する多くのツールを使用しビジュアルコンテンツ（デザイン、プレハブ、テクスチャ、ライト）に状態、遷移、プロパティバインディングを追加していきます。

これらの操作はすべて、モデル上でプロパティをクリック＆ドラッグすることで視覚的に実装でき、コードを一行も記述する必要はありません。しかし、Qt Design Studio で作成された UI は、プロセスのどの時点でも自動的に QML コードに変換されることも知っておくと便利です。ユーザーは、どの時点でも、UIを視覚的に変更するか、コードを編集して変更するかを自由に選択することができます。2つの表現はリアルタイムに同期しており、片方の表現に加えられた変更は即座にもう片方の表現に反映されます。バックエンドの開発者は、デザイナーと同じツールを使って、データ統合やテストなど、UIの他の側面についても作業することができます。

デザイナーと開発者が同じツールで作業できることで、UIの魅力的な外観がプロトタイピングからデプロイまで維持されるだけでなく、バックエンドでのユーザー体験が最適化され、UXデザイナーが最初に計画したものと一致することが保証されるのです。

感動を創造する

パワフルな 3D グラフィックスは、自動車の重要なユースケースを豊富に持ち、自動車ブランドの威信を高めます。Qt Design Studio は物理ベースレンダリング（PBR）をフルサポートし、標準的なマテリアルモデルとの完全な互換性を実現しています。PBR 標準に準拠することで、異なるサーフェスタイプのカスタムシェーダを作成することなく、コンテンツ作成ツールと全く同じように Qt Design Studio でモデルを表示できるため、3D アセットのインポート作業が大幅に簡素化されます。PBRはまた、UIアプリケーションのニーズに応じてカスタマイズできるため、オンラインで利用可能な何千もの3Dモデルへ利用が可能です。しかし、それだけではありません。

光、影、反射は、リアルな3Dシーンを作成するために不可欠です。Qt Design Studio では、フォトリアリスティックなレンダリングのために、HDR マップを用いた Image Based Lighting など、いくつかのタイプのライトを提供しています。さらに、グローバルイルミネーションを利用することで、間接照明をモデル化し、シーンをよりリアルにすることができます。

ポストプロセス効果により、3D モデルやシーンに最終的なタッチを加えることができます。Qt Design Studio には 21 種類のポストプロセス効果が用意されており、今後のリリースではさらに多くのポストプロセス効果が予定されています。ブラー、被写界深度、アンチエイリアス、トーンマッピングは、すぐに利用できる効果のほんの一部です（3D Effects | Qt Design Studio Manual 3.8.0）。ポストプロセス効果は、ドラッグアンドドロップで簡単に追加でき、3D シーンをより没入感のあるものにし、フル UI に映画のようなタッチを加えることができます。

最後に、パーティクルエフェクトは、車内外の流体や空気の流れをシミュレートし目にとまるアニメーションの作成に優れています。パーティクルは、モーフィング、スパーク、ダスト、スモークを含む魅力的なアニメーションに使用することができます。雨、風、雪など、運転に悪影響を及ぼす可能性のある外部の天候も、パーティクル効果で効果的に表現することができます。

Qt Design Studio は、自動車に搭載されているデバイスのように、処理能力に制限のある組み込み環境でのパーティクルエフェクトの作成に最適化されています。

パーティクルで構築した車内換気のデモ