3Dグラフィックスの世界では、リアルな質感の表現が求められます。
その中で重要な役割を果たすのがバンプマッピング（bump mapping）です。
これは、物体の表面に凹凸のあるような視覚的効果を与える技術であり、ポリゴン数を増やさずにリアルな陰影表現を実現できます。
本記事では、バンプマッピングの基本原理、仕組み、メリット・デメリット、他の類似技術との違い、実用的な適用例までを包括的に解説します。
バンプマッピングとは何か？
ポリゴンの限界とリアルな質感の課題
3DCGでは、物体の表面は多数のポリゴン（三角形や四角形）によって構成されています。
基本的にこれらは平坦であり、そのままでは滑らかで人工的な見た目になってしまいます。
特に、岩や皮膚、金属のサビなどの微細な凹凸をポリゴンだけで表現するには、極端に高いポリゴン数が必要になります。
バンプマッピングの基本原理
バンプマッピングは、ポリゴンの実際の形状を変更せずに、陰影だけを操作することで凹凸を“錯覚的”に表現する手法です。
具体的には、各ピクセルに対して高さ情報（height map）またはノーマル情報（normal map）を参照し、その地点の表面法線の方向を擬似的に変更します。
これにより、光の当たり方が変わり、本来は平らな面でも凹凸のあるように見えるという効果が生まれます。
バンプマッピングの仕組み
高さマップと法線の操作
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高さマップ（Height Map）：各ピクセルの高さ情報をグレースケール画像で表現。
明るいほど高く、暗いほど低い。
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ノーマルマップ（Normal Map）：あらかじめ計算された法線ベクトルの情報をRGB画像で持つ。
シェーダープログラム内では、この情報を使って光の計算（ライティング）を変更し、結果として「影やハイライトの付き方」を変えることで立体感を演出します。
処理の流れ（概要）
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テクスチャマッピング時に高さマップ or ノーマルマップを参照
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各ピクセルごとに擬似法線を計算
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法線と光源の角度から陰影を計算
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結果をピクセルに適用して描画
バンプマッピングの利点と制限
メリット
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パフォーマンスに優しい：ポリゴン数を増やさずに見た目を向上。
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軽量で高速なレンダリング：VRやゲームに最適。
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柔軟な適用：キャラクター、背景、小道具など、あらゆる3Dオブジェクトに利用可能。
デメリット
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視差がない：横から見ると凹凸が存在しないことがバレてしまう。
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極端な凹凸に不向き：大きな変位は自然に表現できない。
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影の投影が不自然になる場合がある：本物のジオメトリを持っていないため。
他のマッピング技術との違い
バンプマッピング vs ノーマルマッピング
ノーマルマッピングはバンプマッピングの進化版とも言える技術で、より精密な陰影表現が可能です。
バンプマッピング vs ディスプレイスメントマッピング
ディスプレイスメントマッピングは実際にポリゴンの位置を変形させるため、視差やシルエットの変化まで表現できますが、計算コストが非常に高いという欠点があります。
バンプマッピングは主に軽量なリアル表現を目的として選択されます。
バンプマッピングの実装例（OpenGL）
以下は、OpenGLでバンプマッピングを実装する際の一例です。
バンプマッピングの活用シーン
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ゲームグラフィックス：リアルな地面、キャラクターの肌、金属表現など。
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VR/ARアプリケーション：軽量な処理で没入感を損なわない表現が可能。
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映画・VFX：レンダリングコストを抑えたリアルな質感付け。
まとめ
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バンプマッピング（bump mapping）は、ポリゴンの形状を変えずに凹凸感を表現する軽量な陰影処理技術です。
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高さマップやノーマルマップを使って、擬似的に表面法線を変更し、光の当たり方に変化をつけます。
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パフォーマンスを重視するゲームやインタラクティブなアプリケーションに特に有用です。
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ノーマルマッピングやディスプレイスメントマッピングと用途に応じて使い分けることが、最適な3DCG表現の鍵となります。