Unity入門 Rigidbodyと物理シミュレーションの基礎！初心者でもわかる使い方

リンドくん

先生、Unityでゲームを作ってるんですけど、オブジェクトを落としたり、ぶつけたりする方法がわからなくて...

たなべ

なるほど、それは物理シミュレーションの出番だね！
Unityには「Rigidbody」という便利なコンポーネントがあって、これを使うと重力や衝突をリアルに再現できるんだよ。

リンドくん

Rigidbodyですか？なんだか難しそうな名前ですね...

たなべ

大丈夫、名前は難しそうだけど考え方はシンプルなんだ。
今日はRigidbodyの基本から実際の使い方まで、しっかり解説していくよ。

ゲーム開発において、物理シミュレーションは非常に重要な要素です。
ボールが転がる、キャラクターがジャンプする、敵にぶつかって跳ね返るなど、ゲームの「リアルさ」や「面白さ」を支えているのが物理演算なのです。

Unityでは、この物理シミュレーションを簡単に実現するためにRigidbodyというコンポーネントが用意されています。
Rigidbodyを使えば、複雑な計算式を自分で書かなくても、重力や衝突、力の作用といった物理現象をゲームに取り入れることができます。

この記事では、Unityの物理シミュレーションの基礎となるRigidbodyの概念と使い方について、初心者の方でも理解できるよう丁寧に解説していきます。

Rigidbodyとは何か？物理シミュレーションの基本を理解しよう

Rigidbodyの役割

Rigidbodyとは、Unityのゲームオブジェクトに「物理的な性質」を持たせるためのコンポーネントです。
日本語に訳すと「剛体」という意味になります。

剛体とは、力を加えても形が変わらない理想的な物体のことです。
ゲームでいえば、ボールやキャラクター、車など、形を保ったまま動くオブジェクトをイメージしてください。

Rigidbodyをオブジェクトに追加すると、以下のような物理的な振る舞いが自動的に適用されます。

なぜRigidbodyが必要なのか

「オブジェクトを動かすだけなら、Transform.positionを直接変更すればいいのでは？」と思う方もいるかもしれません。

確かに、Transformを直接操作することでオブジェクトを移動させることは可能です。
しかし、この方法では物理的な整合性が取れないという問題があります。

例えば、Transformで直接移動させた場合、壁をすり抜けてしまったり、衝突判定が正しく行われなかったりします。
Rigidbodyを使えば、Unityの物理エンジンがこれらの計算を自動的に行ってくれるため、自然で違和感のない動きを実現できるのです。

物理シミュレーションの仕組み

UnityはPhysX（NVIDIA製の物理エンジン）を内部で使用しており、Rigidbodyを持つオブジェクトに対して以下の処理を行っています。

これらの処理はFixedUpdateというタイミングで一定間隔（デフォルトは0.02秒ごと）に実行されます。
通常のUpdate（フレームごと）とは異なるタイミングで処理されるため、物理演算は安定した結果を得られるようになっています。

Rigidbodyの追加方法と基本設定

Rigidbodyをオブジェクトに追加する

Rigidbodyの追加方法はとてもシンプルです。

これだけで、オブジェクトに物理的な性質が付与されます。
3Dオブジェクトには「Rigidbody」、2Dオブジェクトには「Rigidbody2D」を使用します。

Rigidbodyの主要なプロパティ

Rigidbodyを追加すると、Inspectorにいくつかのプロパティが表示されます。
初心者が最初に理解しておくべき重要なプロパティを紹介します。

Colliderとの組み合わせ

Rigidbodyだけでは衝突判定は行われません。
衝突を検出するためには、Collider（コライダー）というコンポーネントも必要です。

Colliderはオブジェクトの「当たり判定の形状」を定義するもので、以下のような種類があります。

基本的なプリミティブオブジェクト（Cube、Sphereなど）を作成すると、自動的に対応するColliderが追加されます。
RigidbodyとColliderの両方がそろって初めて、物理的な衝突が機能するということを覚えておきましょう。

サンプルコードで学ぶRigidbodyの基本操作

リンドくん

設定はわかりましたが、実際にスクリプトからRigidbodyを操作するにはどうすればいいんですか？

たなべ

いい質問だね！
Rigidbodyはスクリプトから力を加えたり、速度を変更したりできるんだ。具体的なコードを見ていこう。

力を加えて動かす（AddForce）

最も基本的な操作は、オブジェクトに力を加えることです。
以下のサンプルコードでは、ゲーム開始時にオブジェクトが上にジャンプします。

using UnityEngine;

public class JumpController : MonoBehaviour
{
    // Rigidbodyコンポーネントの参照
    private Rigidbody rb;
    
    // ジャンプの力
    public float jumpForce = 5f;
    
    void Start()
    {
        // Rigidbodyコンポーネントを取得
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
        // 上方向に力を加える
        rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
    }
}

AddForceメソッドは、指定した方向と大きさの力をオブジェクトに加えます。
第二引数のForceModeには以下の種類があります。

ジャンプのような瞬間的な動きにはImpulse、ロケットの推進力のような継続的な力にはForceを使うのが一般的です。

速度を直接設定する

力ではなく、速度を直接設定することも可能です。

using UnityEngine;

public class MoveController : MonoBehaviour
{
    private Rigidbody rb;
    public float moveSpeed = 5f;
    
    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }
    
    void FixedUpdate()
    {
        // 移動方向を計算
        Vector3 movement = new Vector3(0.1f, 0f, 0.1f);
        
        // 速度を設定（Y軸の速度は維持）
        rb.velocity = new Vector3(
            movement.x * moveSpeed,
            rb.velocity.y,
            movement.z * moveSpeed
        );
    }
}

ここで重要なのは、物理演算に関するコードはFixedUpdate内に書くという点です。
Updateはフレームレートによって呼び出し頻度が変わりますが、FixedUpdateは一定間隔で呼び出されるため、物理演算が安定します。

衝突を検出する

オブジェクト同士がぶつかったときに処理を行いたい場合は、OnCollision系のメソッドを使用します。

using UnityEngine;

public class CollisionDetector : MonoBehaviour
{
    // 衝突が開始したとき
    void OnCollisionEnter(Collision collision)
    {
        Debug.Log("衝突しました: " + collision.gameObject.name);
        
        // 特定のタグを持つオブジェクトと衝突した場合
        if (collision.gameObject.CompareTag("Enemy"))
        {
            Debug.Log("敵に接触！");
        }
    }
    
    // 衝突している間
    void OnCollisionStay(Collision collision)
    {
        Debug.Log("接触中: " + collision.gameObject.name);
    }
    
    // 衝突が終了したとき
    void OnCollisionExit(Collision collision)
    {
        Debug.Log("離れました: " + collision.gameObject.name);
    }
}

衝突検出が機能するためには、両方のオブジェクトにColliderがあり、少なくとも一方にRigidbodyがある必要があります。

Rigidbodyを使う際の注意点とベストプラクティス

Transform.positionの直接変更を避ける

Rigidbodyを持つオブジェクトのTransformを直接操作すると、物理演算と干渉して予期しない動作を引き起こすことがあります。

// 非推奨
transform.position = new Vector3(0, 5, 0);

// 推奨
rb.MovePosition(new Vector3(0, 5, 0));

位置を直接変更したい場合は、MovePositionメソッドを使用しましょう。

パフォーマンスへの配慮

Rigidbodyは物理演算を行うため、大量に使用するとパフォーマンスに影響します。
以下の点に注意しましょう。

Kinematicの適切な使用

Is Kinematicをオンにすると、そのRigidbodyは物理演算の影響を受けなくなります。
これは以下のような場合に便利です。

ただし、Kinematicなオブジェクト同士は衝突しないため、用途に応じて使い分けることが重要です。

まとめ

リンドくん

なるほど！Rigidbodyって思ったより奥が深いんですね。でも基本的な使い方はわかりました！

たなべ

その通り！最初は基本をしっかり押さえることが大切なんだ。
あとは実際に色々なゲームを作りながら、経験を積んでいこう。

今回は、UnityのRigidbodyと物理シミュレーションの基礎について解説しました。
ここまでの重要なポイントを整理しておきましょう。

Rigidbodyの基本的な考え方

スクリプトでの操作方法

注意すべきポイント

物理シミュレーションは、ゲームに「リアルさ」と「楽しさ」を加える重要な要素です。
最初は難しく感じるかもしれませんが、実際に手を動かしながら試していくことで、徐々に理解が深まっていきます。

ぜひ今回学んだ内容を活かして、ボールを転がしたり、キャラクターをジャンプさせたり、さまざまな物理表現に挑戦してみてください。
Unityの物理シミュレーションをマスターすれば、ゲーム開発の幅が大きく広がるはずです。