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Three.jsで半径方向に透明度の分布のあるチューブを描画したい

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前提・実現したいこと

three.jsを用いて三次元の可視化システムを作成しており、チューブの内側ほど透明度が低く、外側ほど透明度が高いような、透明度分布のある3Dのチューブを描画したいのですが、高速に描画可能な方法をアドバイスいただけないかと思い、質問させていただきました。

現状の実装・試したこと

現在、半径の異なる半透明なチューブを複数重ねて描画することで、下図のような輪郭のぼやけたチューブを実現することができています。下図の例では32本のチューブを重ねています。
出力結果としては実現できているのですが、200データサンプル程度のデータで描画に3秒程かかってしまっています。32個のTHREE.TubeBufferGeometryを作成するのに時間がかかっているようです。
出力イメージ

該当のソースコード

チューブの描画に関わるコードは以下のようになっております。
全体のソースコード、サンプルデータセットなどはgithubをご覧ください。

function createTube(texture) {
    var tubeSpline = new THREE.CatmullRomCurve3(points);
    var tubeNum = 32;  // 重ねるチューブの数。最低でも16本くらい重ねないと境目が目立ってしまう

    var tubeGeometry;
    var geometries = [];
    for (let i = 0; i < tubeNum; i++) {
        // 半径の異なるチューブを生成
        const geometryTmp = new THREE.TubeBufferGeometry(
                                            tubeSpline,
                                            5 * Math.ceil(data[data.length - 1]['JD'] - data[0]['JD']),
                                            (1 / tubeNum) * (i + 1),
                                            32,
                                            false);
        geometries.push(geometryTmp);
    }
    tubeGeometry = THREE.BufferGeometryUtils.mergeBufferGeometries(geometries);
    // チューブの変形はシェーダで行っています
    var tubeShaderMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
        vertexShader: document.getElementById('vertexShaderSimple').textContent,
        fragmentShader: document.getElementById('fragmentShader').textContent,
        uniforms: {
            points: {value: positions},
            radiuses: {value: radiuses},
            colors: {value: colors},
            size: {value: data.length},
            texture: {value: texture},
            lightPosition: {value: new THREE.Vector3(-20, 40, 60)},
            minmaxVJ: {value: new THREE.Vector2(minList['V-J'], maxList['V-J'])},
            minmaxFlx: {value: new THREE.Vector2(minList['Flx(V)'], maxList['Flx(V)'])},
            viewVector: { value: camera.position }
        },
        side: THREE.DoubleSide,
        transparent: true,
        clipping: true,
        clippingPlanes: [clippingPlane]
    });
    tubeMesh = new THREE.Mesh(tubeGeometry, tubeShaderMaterial);
    scene.add(tubeMesh);
}

要件

最終的には数千データサンプルあるデータも扱いたいので、現状の描画速度では使用に耐えないため、何かよりよい方法がないかと思い、質問させていただきました。
200データサンプル程度のデータならば、1秒以下で出力されて欲しいのですが…

お知恵を貸していただければ幸いです。

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回答 1

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+1

視線と面の角度の関数で透明度を決めることでわりと近似できそうな気がしますね。

  1. チューブ表面と視線の角度のうち、チューブの長さ方向の成分は、チューブをどれだけ斜めから見ているかに相当する
  2. それと直交するもう一方の成分は、チューブの中心線からどれだけずれた部分を見ているかに相当する

ここから定式化できそうです。
チューブが視線の途中で曲がる効果は考慮できませんが、それなりの近似にはなるのではないかと。
ただ、曲がるチューブを長さ方向から見るところは別扱いしないと駄目かも。


追記。
面の曲率(視線との角度の勾配)を見ると曲がるチューブを長さ方向から見るところもとれそう。
曲がるチューブを長さ方向から見るところは、カーブの内側で、ポリゴン1枚のところと奥と重なって2枚のところの境目が上手くできないかもしれない。

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  • 2019/03/16 02:06

    ご回答くださっていたのに、気づいていなくて申し訳ございませんでした。
    アイディアをありがとうございます!なるほど…シェーダ―の方でやれそうな気がします…
    すぐに式思いつかなくて、うまくいったかいっていないかのご報告はできないのですが、ありがとうございました!!試してみます…!

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