ポリゴン

粘土をこねる代わりに、平らな紙の小片をすき間なく貼り合わせて立体的な彫像を作る様子を想像してみてください。3Dグラフィックスのキャラクターや車も、まったく同じ原理で作られています。コンピュータにとって、なめらかな曲面を数式でそのまま計算するよりも、平らな面をつなぎ合わせるほうが処理がずっとシンプルで速いため、この方法で形状の骨組みを作ることが多いのです。

CGソフトウェアでは、3次元の仮想空間に点（頂点／バーテックス）を打ち、点どうしを線（エッジ）で結び、その間を平らな面で塞ぎます。この平らな多角形の面の一つひとつを「ポリゴン」と呼びます。

画面に映るキャラクターの丸い頬や車の美しい流線型も、極限まで拡大して見れば、すべて小さな多角形タイルの網目で構成されているのです。

タイルのサイズが小さく、数が増えるほど、見た目は本物の物体のように滑らかになります。昔の3Dゲームに出てくるキャラクターの顔がカクカクして見えたのは、当時のコンピュータ性能の限界で扱えるポリゴン数が少なかったためです。これを「ローポリゴン（ローポリ）」モデルと呼びます。

一方、最新ゲームのメインキャラクターなどには、昔とは比べものにならないほど膨大な数のポリゴンがぎっしり使われています。こちらは「ハイポリゴン（ハイポリ）」モデルと呼ばれ、輪郭の角張りが目立たずとても滑らかです。さらに精密なテクスチャやライティング（光の当たり方）が加わることで、本物の肌のような質感が生まれます。

しかし、ポリゴンの数が増えるほどグラフィックボード（GPU）の計算負荷は急激に跳ね上がります。コンピュータは静止しているように見える画面でも1秒間に何十回も描き直しており、そのたびに無数のポリゴンの位置や光の反射を再計算しなければならないからです。そのため、映像の美しさと滑らかな動作速度のバランスをどう取るかが、3Dグラフィックスにおける重要な技術となります。

多角形の中でも、コンピュータグラフィックスで最も基本として使われるのは「三角形」です。空間内のどこに3つの点を置いても、常に狂いのない1つの平面を形作るからです。

4つの点で四角形を作ると、1つの点が少しでもずれただけで、紙を折ったように面が歪んで（折れ曲がって）しまいます。面が歪むと、光がどの向きに反射するかを計算するのが非常に難しくなります。一方、三角形なら3点がどう配置されていようと決して途中で折れ曲がらない、最もシンプルで確実な平面を保てます。そのため、モデリングの段階では四角形で作業することがあっても、最終的に画面に描く（レンダリングする）際には三角形に細分化して処理されるのです。

この性質のおかげで、コンピュータは光と影をはるかに高速かつ正確に計算できます。また最新のゲームでは、視点から遠く離れた物体のポリゴン数を自動的に減らし、近くにあるものだけを細かく描画する詳細度制御（LOD）という最適化技術を用いて、処理性能を賢く節約しています。