サーフェス放出

ひとことで

粒子の発生位置を、点や箱ではなくメッシュの表面上から選ぶ放出方法です。燃える物体の輪郭から火の粉を出す、キャラクターが砂になって崩れる、魔法のオーラが体の表面から立ち上る、といった「その形に沿った」エフェクトを作れます。

ゲームでの使いどころ

• 燃焼・炎上：燃えている木箱や敵の体全体から炎と火の粉を出す。
• 消滅・崩壊：倒した敵が砂や光の粒になって崩れる（ディゾルブと組み合わせるのが定番）。
• バフ・状態異常のオーラ：キャラクターの表面から立ち上る光や毒の泡。
• 出現演出：粒子が集まって形を作る（逆再生）。

しくみ

素朴に考えると「頂点からランダムに選ぶ」方法がありますが、メッシュの頂点はモデリングの都合で偏って配置されているため、放出も偏ります。デモの UV 球は極に頂点が集中しているので、頂点から選ぶと極ばかりから粒子が出てしまいます。

表面上で一様に選ぶには、2 段階の抽選をします。

1. 三角形を面積に比例した確率で選ぶ：各三角形の面積の累積和の表を作り、$[0, \text{総面積})$ の乱数を二分探索する（逆 CDF 法）。
2. 三角形の内部から一様に 1 点を選ぶ：2 つの乱数 $u, v$ を取り、$u + v > 1$ なら $u \leftarrow 1 - u,\; v \leftarrow 1 - v$ と折り返して、 $$\mathbf{p} = \mathbf{a} + u\,(\mathbf{b} - \mathbf{a}) + v\,(\mathbf{c} - \mathbf{a})$$

これで、メッシュの分割の粗密に関係なく、見た目の面積どおりに放出できます。法線も三角形から補間して取得し、粒子の初速を法線方向に向けると「表面から湧き上がる」動きになります。

実装のポイント

• スキンメッシュの場合：アニメーションで変形するキャラクターから放出するには、選んだ三角形の頂点をその時点のスキニング結果で計算します。三角形の選択表は変形前のもので近似するのが一般的です。
• 放出密度をテクスチャで制御：「胴体からは多く、手足からは少なく」のように、頂点カラーやテクスチャで重みを掛けると表現の自由度が上がります。これは重要度サンプリングの考え方そのものです。
• three.js：MeshSurfaceSampler（three/addons/math）が、面積で重み付けした表面サンプリングを提供しています。

つまずきやすい点

• 頂点から選んでしまう：実装が簡単なので最初にやりがちですが、偏りの原因になります。
• 小さすぎる三角形の扱い：面積 0 の三角形（縮退三角形）は、累積表で幅 0 になり選ばれませんが、法線の計算で 0 除算になることがあります。
• 内側の面：服の裏地や口の中など、見えない面からも放出されます。放出用に簡略化したメッシュを別に用意することもあります。

デモで試すこと

1. 「放出位置の選び方」を頂点からランダムにすると、球の上下の極から粒子が噴き出します。左下の数値で、極付近の割合が面積どおりの約 20% を大きく超えることが確認できます。
2. 面積で重み付けした三角形に戻すと、表面全体から均等に燃え上がり、割合も約 20% になります。
3. 「メッシュの頂点と辺を表示」で、UV 球の分割が極ほど細かいことを確認してください。