UnityのRay.directionとRay.direction.normalizedの違いについて知りたい

Question

前提・実現したいこと

UnityのRay.directionとRay.direction.normalizedの違いについて知りたい

Unityの教科書2018を参考にしてイガグリを的に当てるゲームを作成しています。

文中に 「directionベクトルの持つnormalized変数を使って長さ「１」のベクトルした後に、2000の力をかける」
という部分があるのですが、Ray.directionのリファレンスを見ると
Direction is always a normalized vector. If you assign a vector of non unit length, it will be normalized.
と記載があり、ray.directionをnormalizedしている意味が分かりません。

発生している問題・エラーメッセージ

下記のソースコードでは、printで全く同じ値が出力されます。
この結果とUnityのリファレンスから
ray.directionはもともと正規化されており、ray.direction.normalizedする必要は
ないのでは？と思ってしまいます。

該当のソースコード

GameObject igaguri = Instantiate(igaguriPrefab) as GameObject;

Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
Vector3 worldDir = ray.direction;

print("worldDir " + worldDir );
print("normalized " + worldDir.normalized );

igaguri.GetComponent<IgaguriController>().Shoot(worldDir.normalized * 2000);

試したこと

画面サイズを変えたり、カメラの位置を変えてみましたが、どのパターンも同じ結果でした。
またHPの正誤表も確認しましたが、特に記載はありませんでした。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Unity 2020 3.9f1

Comments

[fiveHundred]

念のためnormalizedを使っているだけだと思いますが、あくまで予想ですので、正確に知りたければ書いた本人に聞いてください。

[unity_begin]

コメントありがとうございます。
なるほど、著者の方にもコンタクトを試みてみます！

Answer 1

確かにUnityCsReference/Ray.cs at master · Unity-Technologies/UnityCsReference · GitHubによるとm_Directionは入力値を正規化してからセットしているようですので、ご質問者さんがお示しのリファレンスの文章はその通りかと思います。

あとはScreenPointToRayの方ですが、あいにくこちらは実際の処理はネイティブコードになっているようで詳細は分かりませんでした。処理内容によってはもしかすると正規化されないのかも...と思いまして、下記のようなスクリプトでカメラをガチャガチャ動かしてはScreenPointToRayを行い、directionの長さを調べてみたところ...

using System;
using UnityEngine;
using Random = UnityEngine.Random;

public class ScreenPointToRayTest : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private int testsPerFrame = 1024;

    private Camera mainCamera;
    private Transform mainCameraTransform;
    private float width;
    private float height;
    private int n;
    private double sqrDeltaSum1;
    private double sqrDeltaSum2;
    private double deltaMax1 = double.NegativeInfinity;
    private double deltaMax2 = double.NegativeInfinity;
    private double deltaMin1 = double.PositiveInfinity;
    private double deltaMin2 = double.PositiveInfinity;

    private void Start()
    {
        this.mainCamera = Camera.main;
        this.mainCameraTransform = this.mainCamera.transform;
        this.width = Screen.width;
        this.height = Screen.height;
    }

    private void Update()
    {
        for (var i = 0; i < this.testsPerFrame; i++)
        {
            this.mainCamera.aspect = Random.Range(0.5f, 2.0f);
            this.mainCamera.fieldOfView = Random.Range(30.0f, 60.0f);
            this.mainCameraTransform.SetPositionAndRotation(Random.insideUnitSphere * 100.0f, Random.rotation);
            var ray = this.mainCamera.ScreenPointToRay(new Vector3(Random.value * this.width, Random.value * this.height, 0.0f));
            var direction1 = ray.direction;
            var delta1 = 1.0 - direction1.magnitude;
            var direction2 = direction1.normalized;
            var delta2 = 1.0 - direction2.magnitude;
            this.sqrDeltaSum1 += delta1 * delta1;
            this.sqrDeltaSum2 += delta2 * delta2;
            this.deltaMax1 = Math.Max(delta1, this.deltaMax1);
            this.deltaMax2 = Math.Max(delta2, this.deltaMax2);
            this.deltaMin1 = Math.Min(delta1, this.deltaMin1);
            this.deltaMin2 = Math.Min(delta2, this.deltaMin2);
        }
        this.n += this.testsPerFrame;

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            var sd1 = Math.Sqrt(this.sqrDeltaSum1 / (this.n - 1));
            var sd2 = Math.Sqrt(this.sqrDeltaSum2 / (this.n - 1));
            Debug.Log($"Test count: {this.n}");
            Debug.Log($"Max 1: {this.deltaMax1}, Min 1: {this.deltaMin1}");
            Debug.Log($"Max 2: {this.deltaMax2}, Min 2: {this.deltaMin2}");
            Debug.Log($"SD 1: {sd1}, SD 2: {sd2}");
        }
    }
}

下図のように、normalizedを行った方がごくわずかに長さが1に近づくようでした。

とはいえ、normalizedなしだと1より長くなる傾向がありそうだったものの、せいぜい10^-7の水準のズレしか観察されませんでした。Vector3型の各成分はfloat型ですが、floatにおいてはこの程度のズレは誤差の範疇として十分許容できるレベルかと思います。normalizedがなくても、おそらく問題ないんじゃないでしょうか。
どうしても気になるようでしたら、fiveHundredさんのおっしゃるように著者の方にお問い合わせいただくのがいいかと思います。もしかすると大きなズレが発生するようなケースをご存じで、それを回避するためにnormalizedを入れたのかもしれません。

Comments

[unity_begin]

初歩的な質問にも関わらず詳細な解説ありがとうございます。
とてもためになりました。
今後の参考にさせていただきます！