【Unity】UnityのPhysics.Raycast徹底解説：初心者からマスターする射線判定の基本と応用

概要

Unityでゲームを開発する際、プレイヤーの操作やゲーム世界のインタラクションを実装することは避けて通れません。特に、 「今、プレイヤーが見ているものは何か？」「この銃弾はどのオブジェクトに当たったか？」「マウスでクリックした先に何があるか？」 といった、空間的な「当たり判定」を正確に行う必要が頻繁に生じます。

しかし、単なるOnTriggerEnterやOnCollisionEnterといった衝突イベントだけでは、これらの複雑な判定をスマートに処理することは困難です。例えば、遠くのオブジェクトを視線で選択したい場合、そのオブジェクトまで実際に移動して衝突させるわけにはいきません。

ここで登場するのが、Unityの物理エンジンが提供する強力な機能、Physics.Raycastです。これは、ゲーム空間のある地点から、ある方向に向かって 「光線（Ray）」 を飛ばし、その光線が途中で何らかのCollider（コライダー） を持つオブジェクトに当たったかどうかを判定するためのメソッドです。

この記事では、Unity開発者にとって必須の技術であるPhysics.Raycastについて、その基本的な使い方から、初心者が躓きやすいレイヤーマスクの活用法までを、実践的なC#コードを交えて徹底的に解説します。この記事を読み終える頃には、あなたのゲームのインタラクションは格段に向上していることでしょう。

Raycastの基本概念：光線と衝突情報

Physics.Raycastは、文字通り「光線（Ray）」を投射して、その光線がColliderを持つオブジェクトと交差するかどうかを調べます。

Ray（光線）とは

Rayは、「始点（Origin）」 と 「方向（Direction）」 の2つの要素で定義されます。これはRay構造体として表現されますが、Physics.Raycastメソッドの引数として直接Vector3で始点と方向を指定することも一般的です。

RaycastHit（衝突情報）とは

Raycastがオブジェクトに衝突した場合、その衝突に関する詳細な情報がRaycastHitという構造体に格納されます。この情報には、衝突したオブジェクトのTransform、衝突したワールド座標、衝突した面の法線ベクトル、衝突地点までの距離などが含まれます。

最もシンプルなRaycastの実装

最も基本的なPhysics.Raycastの使い方は、カメラの中心から前方にRayを飛ばし、何かに当たったかどうかを判定するものです。

using UnityEngine;

public class SimpleRaycaster : MonoBehaviour
{
    // Raycastが衝突したオブジェクトの情報を格納する変数
    private RaycastHit hit;

    void Update()
    {
        // 始点: メインカメラの位置
        Vector3 origin = Camera.main.transform.position;
        // 方向: メインカメラの前方
        Vector3 direction = Camera.main.transform.forward;
        // 最大距離: 100メートル
        float maxDistance = 100f;

        // Raycastを実行し、何かに当たったかどうかを判定
        // hit変数に衝突情報が格納されます
        if (Physics.Raycast(origin, direction, out hit, maxDistance))
        {
            // 衝突した場合の処理
            Debug.Log("オブジェクトに衝突しました: " + hit.collider.gameObject.name);

            // 衝突したオブジェクトの色を変えるなどの処理
            Renderer renderer = hit.collider.GetComponent<Renderer>();
            if (renderer != null)
            {
                renderer.material.color = Color.red;
            }
        }
        else
        {
            // 衝突しなかった場合の処理
            // Debug.Log("何も当たりませんでした。");
        }
    }
}

Physics.Raycastはブール値（trueまたはfalse）を返します。trueは衝突があったことを意味し、その際にout hitで指定した変数に衝突情報が書き込まれます。

初心者が躓きやすいポイント：レイヤーマスクの活用

Raycastを使用する際、初心者が最も混乱しやすいのが 「レイヤーマスク（LayerMask）」 の扱いです。

問題点：意図しないオブジェクトへの衝突

デフォルトのPhysics.Raycastは、シーン内のすべてのColliderを対象とします。しかし、UI要素やエフェクト、あるいはプレイヤー自身など、Raycastの対象にしたくないオブジェクトがある場合、それらにRayが当たってしまうと、意図しない動作を引き起こします。

解決策：LayerMaskで対象を絞り込む

Physics.Raycastには、オプションの引数としてlayerMaskを指定できます。これにより、Raycastの対象とするレイヤーを細かく制御できます。

例えば、「地面」と「敵」のレイヤーにのみRaycastを当てたい場合、以下のようにレイヤーマスクを作成します。

using UnityEngine;

public class LayerMaskRaycaster : MonoBehaviour
{
    // Inspectorから設定できるようにpublic変数として定義
    [SerializeField]
    private LayerMask targetLayer;

    private RaycastHit hit;

    void Update()
    {
        // ... 始点、方向、最大距離の設定は省略 ...
        Vector3 origin = Camera.main.transform.position;
        Vector3 direction = Camera.main.transform.forward;
        float maxDistance = 100f;

        // 第4引数にLayerMaskを指定
        if (Physics.Raycast(origin, direction, out hit, maxDistance, targetLayer))
        {
            Debug.Log("ターゲットレイヤーのオブジェクトに衝突: " + hit.collider.gameObject.name);
        }
    }
}

LayerMaskは、UnityのInspectorウィンドウで簡単に設定できます。この変数をpublicまたは[SerializeField]にすることで、どのレイヤーを対象とするかをコードを書かずに選択できるようになります。これは、小～中規模開発における柔軟性を高める非常に重要なテクニックです。

特定のレイヤーを無視する方法

逆に、「特定のレイヤー（例：プレイヤー自身や透明な壁など）以外のすべて」を対象としたい場合もあります。この場合、ビット演算子を使ってレイヤーマスクを反転させます。

例えば、「Ignore Raycast」レイヤーを無視したい場合は、以下のコードを使用します。

using UnityEngine;

public class IgnoreLayerRaycaster : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        // 無視したいレイヤーのビット値を取得
        int ignoreLayer = LayerMask.NameToLayer("Ignore Raycast");
        
        // すべてのレイヤーから無視したいレイヤーのビットを反転（NOT演算）させる
        // ~ はビット反転を意味します
        int layerMask = ~ (1 << ignoreLayer);

        Vector3 origin = transform.position;
        Vector3 direction = transform.forward;
        float maxDistance = 10f;

        // 反転させたLayerMaskを適用
        if (Physics.Raycast(origin, direction, out RaycastHit hit, maxDistance, layerMask))
        {
            Debug.DrawRay(origin, direction * hit.distance, Color.green);
            Debug.Log("無視レイヤー以外のオブジェクトに衝突: " + hit.collider.gameObject.name);
        }
        else
        {
            Debug.DrawRay(origin, direction * maxDistance, Color.white);
        }
    }
}

この~ (1 << ignoreLayer)という記述は、UnityのLayerMaskを扱う上で非常に頻繁に使用されるイディオム（慣用的な書き方）ですので、ぜひ覚えておきましょう。

まとめ

Physics.Raycastは、Unityでのインタラクション実装の基盤となる技術です。この記事で学んだ要点をまとめます。

1. Raycastは「光線」による当たり判定：Physics.Raycastは、始点と方向を持つRayを飛ばし、Colliderとの衝突を判定します。
2. 衝突情報はRaycastHitに格納される：衝突が成功した場合、衝突したオブジェクト名、座標、距離などの詳細情報はout RaycastHit引数を通じて取得できます。
3. LayerMaskで対象を絞り込む：意図しないオブジェクトへの衝突を防ぐため、LayerMask引数を使ってRaycastの対象とするレイヤーを明示的に指定することが重要です。
4. 特定のレイヤーを無視するにはビット反転：特定のレイヤーを無視したい場合は、~ (1 << LayerMask.NameToLayer("レイヤー名"))というビット演算子を使ったテクニックを活用します。
5. Debug.DrawRayで可視化：Raycastが正しく動作しているかを確認するために、Debug.DrawRayを使ってシーンビューでRayの軌跡を可視化する習慣をつけましょう。

これらの知識とコード例を活用することで、あなたのゲーム開発におけるオブジェクト操作や視線判定の精度は飛躍的に向上するはずです。ぜひ、ご自身のプロジェクトで試してみてください。