頂点シェーダー・とは？初心者向けのGPU基本ガイド共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

頂点シェーダー・とは？初心者が知っておく基本

このページでは、頂点シェーダーとは何か、どんな役割を担うのか、そしてよくある疑問に答えます。頂点シェーダーは“頂点”と呼ばれる点の情報を受け取り、画面上に表示される位置や色の元となるデータを作り出します。

ここでの“頂点”とは、3Dの世界にある点のことを指します。頂点は、形を作るための最小単位で、頂点が集まると三角形や多角形になります。この段階での計算は、すべての頂点に対して同じ処理を適用できます。従って、頂点シェーダーは各頂点ごとに動作する“並列処理の塊”だと考えるとわかりやすいです。

頂点シェーダーの主な役割

代表的な役割には次のようなものがあります。

座標変換：3D空間の座標を、描画に適した「クリップ空間」へと変換します。これにより、奥行きの計算やカメラの視点が反映されます。

法線・テクスチャ座標の加工：光の当たり方を計算するための法線ベクトル、材質の情報を持つテクスチャ座標などを次の段へ渡します。

出力データの準備：次のジオメトリシェーダーやラスタライザへ渡すデータを整えます。必要に応じて、スキニングやモーフターゲットの計算もここで行えます。

実際のコード例（GLSL風）

ここではとても簡略化した例を示します。実際の開発では、アプリ側から頂点の位置や法線、テクスチャ座標などを受け取り、gl_Positionへ格納します。

void main() {

// 頂点の属性を受け取り、座標を変換する例

vec4 pos = vec4(position, 1.0);

gl_Position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * pos;

// 法線の変換など、追加の計算も可能

normal = mat3(transpose(inverse(modelMatrix))) * normal;

}

パイプラインの流れと頂点シェーダーの役割

グラフィックスAPIのパイプラインは、頂点シェーダー → クリップ空間の変換 → プリミティブの組み立て → ラスタライズ → フラグメントシェーダーという順番で進みます。頂点シェーダーが出力するデータの品質が、全体の描画品質を左右します。そのため、最適化や正確な計算はゲーム開発でも重要な技術です。

要素	役割	説明
頂点シェーダー	頂点ごとに計算	座標変換、法線、テクスチャ座標などを出力
ジオメトリシェーダー	プリミティブを加工	三角形の追加や削除が可能
ラスタライザ	ピクセル化	スクリーン上のピクセルへ変換

このように、頂点シェーダーは3Dデータを“画面に映る形”へ整える最初の仕上げ役です。理解を深めるコツは、実際に小さなモデルで座標変換を自分で試してみること。

よくある誤解と練習のヒント

頂点シェーダーは必ずしも光の計算を行うわけではない、という点に注意しましょう。光の計算はフラグメントシェーダーやライティングの段階で行われることが多いです。また、最適化の観点では、不要な計算を減らし、データの流れを意識することが大切です。

初学者の練習としては、まず「座標変換」だけを実装してみると良いです。次に法線の変換、最後にテクスチャ座標の伝搬へと進めば、段階的に理解が進みます。

まとめ

頂点シェーダーは、GPUパイプラインの最初のプログラム可能な段階で、各頂点の位置やデータを計算して次の段に渡します。ここを正しく理解することが、3D描画全体の理解の第一歩になります。実際の開発ではGLSLやHLSLの文法を学び、サンプルを動かして体感するのが最も早い近道です。

頂点シェーダーの同意語

頂点シェーダー: グラフィックスパイプラインの頂点処理段階で実行されるプログラムのこと。各頂点の座標変換や属性の加工を行い、次の段階（クリップ空間への変換など）へデータを渡す。
頂点プログラム: 頂点処理を担当するプログラムの別称。GLSL などの言語で記述され、頂点シェーダーとほぼ同義に用いられる古い表現。
頂点処理シェーダ: 頂点データを処理する役割を持つシェーダの別表現。実質的には頂点シェーダーと同じ意味。
頂点処理用シェーダ: 頂点処理を目的としたシェーダの表現。入力された頂点属性に対して座標変換などを実行する。
Vertex Shader: 英語表記の名称。OpenGL/WebGL などの公式ドキュメントで使われ、機能的には日本語の『頂点シェーダー』と同義。
頂点処理プログラム: 頂点処理を実装するプログラムの言い換え。実質的には頂点シェーダーと同義で用いられることがある。

頂点シェーダーの対義語・反対語

フラグメントシェーダー: ピクセル/フラグメント単位で色や陰影を決定するシェーダー。頂点シェーダーと対になる別のシェーダーステージとして、画面上のピクセルごとの処理を担当します。
ピクセルシェーダー: フラグメントシェーダーの別称。歴史的に使われてきた呼称で、意味は同じです。
固定機能パイプライン: プログラマブルなシェーダーを使わず、メーカーが定義した固定機能だけで処理を行う旧来型のパイプライン。頂点シェーダーのようなプログラム可能な段階が存在しない時代の対比として挙げられます。
ジオメトリシェーダー: 頂点シェーダーの後に来る追加ステージ。プリミティブ（頂点の集まり）を拡張・生成する役割を持ち、頂点シェーダーとは異なる機能を提供します。
テッセレーションシェーダー: 細分化によって頂点数を増やし、曲面を滑らかに表現するための追加ステージ。頂点シェーダーと連携して使われることが多い別のシェーダーステージです。
コンピュートシェーダー: 一般目的の計算をGPU上で実行するシェーダー。グラフィックスパイプラインの頂点処理とは用途が異なる“反対概念”として挙げられることが多い、別カテゴリのシェーダーです。

頂点シェーダーの共起語

GLSL: OpenGL Shading Languageの略。頂点シェーダーはGLSLで記述され、in/out変数を用いて頂点データを受け渡します。
HLSL: High-Level Shading Languageの略。DirectXのシェーダー言語。頂点シェーダーは入力属性を受け取り、SV_POSITIONでクリップ座標を出力します。
OpenGL: 3D描画API。頂点シェーダーはパイプラインの最初のプログラムステージとして、頂点の座標変換や属性の処理を行います。
WebGL: Webブラウザ上でのOpenGL ESベースのAPI。GLSL ESで頂点シェーダーを書き、プログラムはWebGLコンテキストで動作します。
DirectX: Windows向けのグラフィックスAPI。HLSLを使い、頂点シェーダーで座標変換などを実施します。
SPIR-V: Vulkan/OpenGLの中間表現。頂点シェーダーをSPIR-VにコンパイルしてGPUに渡します。
WGSL: WebGPUで使われるシェーダー言語。頂点シェーダーもWGSLで書かれ、頂点位置などを出力します。
gl_Position: GLSLで頂点シェーダーが必ず設定する出力変数。クリップ座標を決定する重要な役割を持ちます。
頂点属性: 頂点シェーダーの入力データ。座標、法線、テクスチャ座標などをVBOから渡します。
ユニフォーム変数: プログラム間で共有する定数や行列など。モデル行列・投影行列・ライト情報などを渡します。
MVP行列: モデル・ビュー・投影の3つの変換をまとめた行列。頂点の最終クリップ座標を算出する際に使います。
座標変換: オブジェクト座標系からスクリーン座標系までの変換を行う一連の行列操作。
ワールド座標: オブジェクトがワールド空間で表現される座標系。モデル行列で変換します。
視点座標: カメラ視点の座標系。ビュー行列で変換します。
クリップ座標: 透視除法を経てスクリーンに投影する前の座標系。
テクスチャ座標: テクスチャの貼り付け位置を示す座標データ。頂点シェーダーからフラグメントシェーダーへ渡します。
法線: 表面の向きを表すベクトル。ライティング計算に使われます。
法線変換: モデル行列の回転・拡大などに対して法線を正しく変換するための処理。通常は逆転置行列を使います。
スキニング: 骨格アニメーションで頂点に影響するボーンとウェイトを扱う処理。頂点シェーダーで実装します。
gl_VertexID: GLSLの組み込み変数。頂点IDを取得してインデックス駆動の描画に使います。
SV_POSITION: HLSLの出力セマンティクスの一つ。頂点のクリップ座標を渡します。
フラグメントシェーダー: 頂点シェーダーの出力が補間され、最終的なピクセルの色などを計算する別のシェーダーステージ。
シェーダープログラム: 複数のシェーダー(頂点・フラグメント等)をまとめた実行可能なプログラム。
コンパイルとリンク: 頂点シェーダーのコードをGPUが理解できる形式に変換するコンパイルと、複数シェーダーを結合するリンク処理。
補間: 頂点シェーダーが出力する変数はフラグメントシェーダーに渡る際に、画素間で値が滑らかになるよう補間されます。
入力レイアウト: 頂点属性の場所・意味をAPIに知らせる設定。

頂点シェーダーの関連用語

頂点シェーダー: GPUのパイプライン上で実行される最初のシェーダー。各頂点ごとに位置・法線・カラー・テクスチャ座標などを処理し、クリップ座標へ変換するプログラムです。
入力属性: 頂点ごとに渡されるデータの集合。位置（座標）、法線、テクスチャ座標、カラー、ボーン情報など、頂点データの入力点です。
頂点位置: 頂点の座標データ。通常はオブジェクト空間（ローカル座標）で表現され、モデル行列でワールド空間へ変換されます。
法線ベクトル: 表面の向きを表す単位ベクトル。頂点シェーダーでは法線を適切に変換してライティング計算に使用します。
テクスチャ座標: テクスチャを頂点に貼り付けるための座標（一般にU,V）。頂点シェーダーで処理され、フラグメントシェーダーへ補間されます。
頂点カラー: 頂点ごとの色データ。テクスチャと組み合わせてカラー情報を表現します。
ボーンウェイト: スキニングで各ボーンが頂点に与える影響度の重み。複数ボーンの影響を表現します。
ボーンインデックス: 頂点に影響を与えるボーンのID。ウェイトと組み合わせて頂点の変形を決定します。
モデル行列: オブジェクトのローカル空間からワールド空間へ変換するための行列。物体の位置・回転・拡大を表現します。
ビュー行列: カメラ（視点）を基準に世界座標をカメラ座標へ変換する行列。視点の位置や向きを表現します。
射影行列: 3D空間を2Dスクリーンへ投影するための変換行列。遠近感を付与します。
MVP行列: モデル・ビュー・射影を一つの行列にまとめたもの。頂点シェーダーで座標変換を簡略化します。
法線変換行列: 法線を正しく変換するための行列。通常はモデル行列の逆行列の転置を用います。
クリップ座標: 射影後の座標で、クリップ空間における位置。ここで除法（透視除去）などが行われます。
gl_Position: GLSLにおける頂点のクリップ座標を格納する標準出力変数。これが最終的な描画位置になります。
SV_POSITION: HLSLにおける頂点のクリップ座標を格納する出力セマンティック。DirectX系で同様の役割です。
uniform変数: シェーダーに渡す定数データ。MVP行列やライト情報など、レンダリング中に変わらない値を保持します。
シェーダ言語: GPU上で動作するプログラムを記述する言語。代表例としてGLSL（OpenGL/OpenGL ES）、HLSL（DirectX）、SPIR-V（Vulkan用中間表現）があります。
GLSL: OpenGL系のシェーダ言語。OpenGLやWebGLで広く使用されます。
HLSL: DirectX系のシェーダ言語。DirectXアプリケーションで用いられます。
SPIR-V: VulkanやOpenGLの実行時に使われる中間表現。最適化やプラットフォーム間の互換性をサポートします。
補間: 頂点シェーダーの出力はフラグメントシェーダーへ補間して渡されます。これにより滑らかな表現が実現します。
ライティング（頂点シェーダー内）: 光源計算を頂点レベルで行う場合の手法。頂点ごとにライティング結果を得て、フラグメントへ補間します。
スキニング: 骨格アニメーションを頂点データに適用する技法。ボーンウェイトとボーンインデックスを用いて頂点の変形を行います。
ラスタライゼーション: プリミティブをピクセルへ変換する段階。頂点シェーダーの後に続くパイプラインの重要ステップです。
インプットレイアウト: 頂点データの構造（どの属性が何番目か、データ形式は何か）をAPIに伝える設定。