シェーダー

図工の時間に、大きな壁画をクラス全員で分担して塗るところを想像してみてください。壁を小さなマス目に区切って、ひとりが何マスかずつ受け持てば、あっという間に終わります。ただし、事前の取り決めが必要です。「日の光は左上から来るから、右下は暗く塗ろう」といったルールを紙に書いて、全員に配るのです。

ゲームの画面もこの方法で描かれています。画面は、ピクセルと呼ばれるごく小さな点が何百万個も集まってできています。グラフィックボードの中には単純な計算機が何千個も入っていて、何千個が同時に働きながら、それぞれ受け持った点を順番に塗っていきます。

このとき全員が手に持っているルールの書かれた紙こそが、シェーダーです。色の入った絵のファイルではなく、色をどう決めるかを教える計算の手順だという点が大事です。

ルールシートに何を書くかによって、同じ物体でも見え方が変わります。「光が正面から当たるところは明るく、ごく狭い部分だけ真っ白に光らせる」と書けば、金属のようにきらめきます。「どの方向から見ても同じようにぼんやりさせる」と書けば、同じ物体がゴムのように見えます。

決めるのは色だけではありません。物体の骨組みは無数の頂点でできていますが、その頂点の位置を動かすためのルールシートもあります。そこに「時間がたつほど上下に波打たせる」と書くと、湖の水面が揺れ始めます。

だから、ゲーム画面の雰囲気はルールシートを差し替えるだけでがらりと変わります。マンガのような画面も、霧がかかった明け方の画面も、同じ物体に別のルールシートをかぶせて作られています。水面が揺れ、金属が光る場面は、どれもこの方法で生まれます。画面全体にもう一枚ルールシートをかぶせて、光のにじみやぼかした背景を加えることもあります。

ルールシートが絵を代わりに描いてくれる魔法、というわけではありません。シェーダーは「この点の色は何か」という問いに、数字で答えるだけです。その答えを何百万回も集めると、ひとつの場面が出来上がります。画面を作り出す全体の流れはレンダリングと呼ばれ、シェーダーはその中で色と位置を計算する役を受け持っています。

ルールが短くてシンプルでなければならない理由も、ここにあります。ひとつの場面ごとに何百万回、しかも毎秒数十枚も繰り返されるからです。ルールが重くなりすぎると、1枚の場面を間に合うように描けず、画面がカクカクと途切れてしまいます。

最近は、この計算機の群れを絵以外の仕事にも借りています。数字をずらりと並べて同じ計算を繰り返す仕事なら、一斉に分担して処理する方式がよく効くからです。AIの学習にグラフィックボードを使うのも、壁画を分担して塗る方法をそのまま借りてきたようなものです。