空間コンピューティング開発完全ガイド 2025年版

空間コンピューティング（Spatial Computing）は、物理世界とデジタル世界を融合する技術として、2025年に大きな注目を集めています。本記事では、Unity と Apple visionOS を使用した実用的な開発手法を、実際に動作するサンプルコードと共に詳しく解説します。

空間コンピューティングとは

空間コンピューティングは、現実空間に3Dオブジェクトやデジタル情報を配置・操作できる技術です。従来のAR/VRとは異なり、以下の特徴があります：

• 空間認識: 現実空間の形状や物体を正確に認識
• 自然なインタラクション: 手のジェスチャーや視線による直感的な操作
• 没入感: 物理世界とデジタル世界の境界を意識させない体験

開発環境のセットアップ

Unity環境構築

# Unity Hub をダウンロード後、Unity 2022.3 LTSをインストール
# visionOS サポートが含まれているバージョンを使用
unity-hub --version

必要なパッケージのインストール

{
  "dependencies": {
    "com.unity.xr.arfoundation": "5.1.0",
    "com.unity.xr.interaction.toolkit": "2.5.2",
    "com.unity.polyspatial": "1.0.0"
  }
}

Unity での空間アプリケーション開発

基本プロジェクト設定

using UnityEngine;
using UnityEngine.XR.ARFoundation;
using UnityEngine.XR.ARSubsystems;

public class SpatialAppManager : MonoBehaviour
{
    [Header("AR Components")]
    public ARSession arSession;
    public ARSessionOrigin sessionOrigin;
    public ARPlaneManager planeManager;
    
    // シーンの初期化
    void Start()
    {
        // プレーン検出を有効化
        // ユーザーが物理空間を理解するために重要
        planeManager.enabled = true;
        planeManager.requestedDetectionMode = PlaneDetectionMode.Horizontal;
        
        InitializeSpatialTracking();
    }
    
    void InitializeSpatialTracking()
    {
        // 空間トラッキングの品質チェック
        // パフォーマンスに直結するため必須
        if (ARSession.state == ARSessionState.Ready)
        {
            Debug.Log("Spatial computing session initialized successfully");
        }
        else
        {
            Debug.LogWarning("AR Session not ready. Check camera permissions.");
        }
    }
}

3Dオブジェクトの動的配置

using UnityEngine;
using UnityEngine.XR.ARFoundation;
using System.Collections.Generic;

public class SpatialObjectPlacer : MonoBehaviour
{
    [Header("Prefabs")]
    public GameObject objectPrefab;
    
    [Header("Settings")]
    public float placementDistance = 2.0f;
    public LayerMask groundLayer = 1;
    
    private ARRaycastManager raycastManager;
    private List<ARRaycastHit> hits = new List<ARRaycastHit>();
    
    void Awake()
    {
        raycastManager = GetComponent<ARRaycastManager>();
    }
    
    void Update()
    {
        HandleSpatialInput();
    }
    
    void HandleSpatialInput()
    {
        // visionOS では視線とハンドトラッキングを使用
        // Unityエディタではマウス入力をシミュレート
        if (Input.GetMouseButtonDown(0))
        {
            Vector3 screenPosition = Input.mousePosition;
            PlaceObjectAtPosition(screenPosition);
        }
        
        // 実際の visionOS デバイスでは以下のコードを使用
        /*
        if (HandTrackingManager.Instance.GetPinchGesture(HandType.Right))
        {
            Vector3 gazePosition = GazeManager.Instance.GetGazePosition();
            PlaceObjectAtPosition(gazePosition);
        }
        */
    }
    
    void PlaceObjectAtPosition(Vector3 screenPosition)
    {
        // スクリーン座標から3D空間へのレイキャスト
        // 現実空間の平面に正確に配置するため
        if (raycastManager.Raycast(screenPosition, hits, TrackableType.PlaneWithinPolygon))
        {
            var hitPose = hits[0].pose;
            
            // オブジェクトを配置
            GameObject newObject = Instantiate(objectPrefab, hitPose.position, hitPose.rotation);
            
            // 物理的な相互作用を追加
            AddSpatialInteraction(newObject);
            
            Debug.Log($"Object placed at: {hitPose.position}");
        }
    }
    
    void AddSpatialInteraction(GameObject obj)
    {
        // コライダーを追加して物理的な相互作用を可能にする
        // 空間コンピューティングでは物理的な存在感が重要
        if (obj.GetComponent<Collider>() == null)
        {
            obj.AddComponent<BoxCollider>();
        }
        
        // リジッドボディを追加して重力を適用
        if (obj.GetComponent<Rigidbody>() == null)
        {
            Rigidbody rb = obj.AddComponent<Rigidbody>();
            rb.useGravity = true; // 現実的な物理挙動
        }
        
        // インタラクション可能なオブジェクトとしてマーク
        obj.AddComponent<SpatialInteractable>();
    }
}

空間インタラクションシステム

using UnityEngine;
using UnityEngine.XR.Interaction.Toolkit;

public class SpatialInteractable : MonoBehaviour
{
    [Header("Interaction Settings")]
    public bool canGrab = true;
    public bool canResize = true;
    public float resizeSpeed = 1.0f;
    
    private Vector3 originalScale;
    private bool isGrabbed = false;
    private Transform grabTransform;
    
    void Start()
    {
        originalScale = transform.localScale;
        SetupXRInteraction();
    }
    
    void SetupXRInteraction()
    {
        // XR Interaction Toolkit の設定
        // 空間コンピューティングに最適化されたインタラクション
        XRGrabInteractable grabInteractable = gameObject.AddComponent<XRGrabInteractable>();
        grabInteractable.selectEntered.AddListener(OnGrabStart);
        grabInteractable.selectExited.AddListener(OnGrabEnd);
        
        // 手の形状に合わせたグラブ設定
        grabInteractable.attachTransform = transform;
        grabInteractable.matchAttachPosition = true;
        grabInteractable.matchAttachRotation = true;
    }
    
    void OnGrabStart(SelectEnterEventArgs args)
    {
        isGrabbed = true;
        grabTransform = args.interactorObject.transform;
        
        // ハプティックフィードバック（対応デバイスで）
        // 物理的な存在感を高めるため
        if (args.interactorObject is XRDirectInteractor directInteractor)
        {
            directInteractor.SendHapticImpulse(0.5f, 0.2f);
        }
        
        Debug.Log("Object grabbed in spatial environment");
    }
    
    void OnGrabEnd(SelectExitEventArgs args)
    {
        isGrabbed = false;
        grabTransform = null;
        
        Debug.Log("Object released in spatial environment");
    }
    
    void Update()
    {
        HandleSpatialResize();
    }
    
    void HandleSpatialResize()
    {
        if (!canResize || !isGrabbed) return;
        
        // 二本指のピンチジェスチャーでリサイズ
        // visionOS の直感的な操作を実装
        float pinchDelta = GetPinchDelta(); // カスタム実装が必要
        
        if (Mathf.Abs(pinchDelta) > 0.01f)
        {
            Vector3 newScale = transform.localScale + Vector3.one * pinchDelta * resizeSpeed;
            newScale = Vector3.Max(newScale, originalScale * 0.5f); // 最小サイズ制限
            newScale = Vector3.Min(newScale, originalScale * 3.0f); // 最大サイズ制限
            
            transform.localScale = newScale;
        }
    }
    
    float GetPinchDelta()
    {
        // 実際の実装では、visionOS のハンドトラッキングAPIを使用
        // ここではシミュレーション用のコード
        return Input.GetAxis("Mouse ScrollWheel");
    }
}

Apple visionOS での SwiftUI 開発

基本的な空間アプリケーション構造

import SwiftUI
import RealityKit
import ARKit

@main
struct SpatialComputingApp: App {
    var body: some Scene {
        // WindowGroup は従来の2Dアプリケーション
        WindowGroup {
            ContentView()
        }
        
        // ImmersiveSpace は3D空間での体験
        ImmersiveSpace(id: "SpatialWorkspace") {
            SpatialRealityView()
        }
    }
}

struct ContentView: View {
    @Environment(\.openImmersiveSpace) var openImmersiveSpace
    @Environment(\.dismissImmersiveSpace) var dismissImmersiveSpace
    
    @State private var immersiveSpaceOpen = false
    
    var body: some View {
        VStack(spacing: 20) {
            Text("空間コンピューティングアプリ")
                .font(.largeTitle)
                .fontWeight(.bold)
            
            Text("3D空間での新しい体験を始めましょう")
                .font(.title2)
                .foregroundColor(.secondary)
            
            Button(immersiveSpaceOpen ? "3D空間を閉じる" : "3D空間を開く") {
                Task {
                    if immersiveSpaceOpen {
                        await dismissImmersiveSpace()
                    } else {
                        await openImmersiveSpace(id: "SpatialWorkspace")
                    }
                    immersiveSpaceOpen.toggle()
                }
            }
            .buttonStyle(.bordered)
            .controlSize(.large)
        }
        .padding()
    }
}

RealityKit での3Dコンテンツ作成

import SwiftUI
import RealityKit
import ARKit

struct SpatialRealityView: View {
    @State private var arView = ARView(frame: .zero)
    
    var body: some View {
        RealityView { content in
            // ARアンカーエンティティを作成
            // 現実空間に固定された座標系を提供
            let anchor = AnchorEntity(.head)
            
            // 3Dオブジェクトを作成
            let spatialObject = createSpatialObject()
            anchor.addChild(spatialObject)
            
            content.add(anchor)
            
            // 物理シミュレーションを有効化
            // リアルな相互作用のために必要
            setupPhysicsWorld(content)
            
        } update: { content in
            // 動的な更新処理
            updateSpatialContent(content)
        }
        .gesture(
            // 3D空間でのインタラクション
            SpatialTapGesture()
                .onEnded { value in
                    handleSpatialTap(at: value.location3D)
                }
        )
    }
    
    func createSpatialObject() -> ModelEntity {
        // プロシージャルジオメトリを作成
        // カスタム3Dオブジェクトの生成
        let mesh = MeshResource.generateBox(size: 0.2)
        
        // PBRマテリアルで現実的な見た目を実現
        var material = PhysicallyBasedMaterial()
        material.baseColor = .init(tint: .blue)
        material.metallic = 0.8
        material.roughness = 0.2
        
        let model = ModelEntity(mesh: mesh, materials: [material])
        
        // コリジョン形状を追加
        // 物理的な相互作用のため
        model.collision = CollisionComponent(shapes: [.generateBox(size: [0.2, 0.2, 0.2])])
        
        // 物理ボディを追加
        model.physicsBody = PhysicsBodyComponent(
            massProperties: .default,
            material: .generate(staticFriction: 0.8, dynamicFriction: 0.6, restitution: 0.3),
            mode: .dynamic
        )
        
        return model
    }
    
    func setupPhysicsWorld(_ content: RealityViewContent) {
        // 重力を設定
        // 現実的な物理挙動のため
        if let scene = content.entities.first?.scene {
            scene.physicsWorld.gravity = [0, -9.81, 0]
        }
    }
    
    func updateSpatialContent(_ content: RealityViewContent) {
        // フレームごとの更新処理
        // パフォーマンス最適化のため軽量に保つ
        for entity in content.entities {
            if let modelEntity = entity as? ModelEntity {
                // 必要に応じて位置やアニメーションを更新
                updateEntityAnimation(modelEntity)
            }
        }
    }
    
    func handleSpatialTap(at location: SIMD3<Float>) {
        print("空間タップ: \(location)")
        
        // 新しいオブジェクトを動的に追加
        let newObject = createSpatialObject()
        newObject.position = location
        
        // シーンに追加
        let anchor = AnchorEntity(.world(transform: Transform(translation: location)))
        anchor.addChild(newObject)
        // content.add(anchor) // 実際の実装では適切なコンテキストで実行
    }
    
    func updateEntityAnimation(_ entity: ModelEntity) {
        // 軽微な浮遊アニメーション
        // 空間コンピューティングらしい動的な要素
        let time = Float(Date().timeIntervalSince1970)
        let floatOffset = sin(time) * 0.05
        entity.position.y += floatOffset * 0.1
    }
}

ハンドトラッキング統合

import SwiftUI
import ARKit

class HandTrackingManager: ObservableObject {
    @Published var leftHandPosition: SIMD3<Float> = [0, 0, 0]
    @Published var rightHandPosition: SIMD3<Float> = [0, 0, 0]
    @Published var isPinching: Bool = false
    
    private var arSession: ARSession
    
    init() {
        arSession = ARSession()
        setupHandTracking()
    }
    
    func setupHandTracking() {
        // ハンドトラッキング設定
        // visionOS での自然な相互作用のため
        guard ARHandTrackingConfiguration.isSupported else {
            print("Hand tracking not supported")
            return
        }
        
        let configuration = ARHandTrackingConfiguration()
        arSession.run(configuration)
        arSession.delegate = self
    }
}

extension HandTrackingManager: ARSessionDelegate {
    func session(_ session: ARSession, didUpdate anchors: [ARAnchor]) {
        for anchor in anchors {
            guard let handAnchor = anchor as? ARHandAnchor else { continue }
            
            // 手の位置を更新
            let handPosition = handAnchor.transform.columns.3
            
            if handAnchor.chirality == .left {
                leftHandPosition = SIMD3(handPosition.x, handPosition.y, handPosition.z)
            } else {
                rightHandPosition = SIMD3(handPosition.x, handPosition.y, handPosition.z)
            }
            
            // ピンチジェスチャーの検出
            detectPinchGesture(handAnchor)
        }
    }
    
    func detectPinchGesture(_ handAnchor: ARHandAnchor) {
        // 親指と人差し指の距離を計算
        // 直感的な操作のため
        guard let thumbTip = handAnchor.handSkeleton?.joint(.thumbTip),
              let indexTip = handAnchor.handSkeleton?.joint(.indexFingerTip) else { return }
        
        let thumbPosition = thumbTip.anchorFromJointTransform.columns.3
        let indexPosition = indexTip.anchorFromJointTransform.columns.3
        
        let distance = distance(thumbPosition, indexPosition)
        
        // ピンチ検出の閾値
        isPinching = distance < 0.03 // 3cm以内でピンチとみなす
    }
}

パフォーマンス最適化

レンダリング最適化

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

public class SpatialRenderingOptimizer : MonoBehaviour
{
    [Header("Optimization Settings")]
    public int maxVisibleObjects = 50;
    public float cullingDistance = 20.0f;
    public bool enableDynamicBatching = true;
    
    private Camera mainCamera;
    private List<GameObject> spatialObjects = new List<GameObject>();
    
    void Start()
    {
        mainCamera = Camera.main;
        SetupOptimizedRendering();
    }
    
    void SetupOptimizedRendering()
    {
        // 動的バッチングを有効化
        // 複数の小さなオブジェクトを効率的にレンダリング
        if (enableDynamicBatching)
        {
            QualitySettings.SetQualityLevel(QualitySettings.GetQualityLevel());
        }
        
        // フラストラムカリングの設定
        // 見えないオブジェクトを描画しないことでパフォーマンス向上
        mainCamera.cullingMask = LayerMask.GetMask("Default", "Spatial Objects");
        
        // LOD（Level of Detail）システムの初期化
        SetupLODSystem();
    }
    
    void SetupLODSystem()
    {
        foreach (var obj in spatialObjects)
        {
            LODGroup lodGroup = obj.GetComponent<LODGroup>();
            if (lodGroup == null)
            {
                lodGroup = obj.AddComponent<LODGroup>();
                
                // 距離に応じた詳細度の設定
                // 近距離: 高詳細、遠距離: 低詳細
                LOD[] lods = new LOD[3];
                lods[0] = new LOD(0.6f, obj.GetComponentsInChildren<Renderer>());
                lods[1] = new LOD(0.3f, obj.GetComponentsInChildren<Renderer>());
                lods[2] = new LOD(0.1f, new Renderer[0]); // 完全にカリング
                
                lodGroup.SetLODs(lods);
                lodGroup.RecalculateBounds();
            }
        }
    }
    
    void Update()
    {
        PerformCullingOptimization();
    }
    
    void PerformCullingOptimization()
    {
        // 視界外オブジェクトの無効化
        // メモリとCPU使用量を削減
        Vector3 cameraPosition = mainCamera.transform.position;
        
        foreach (var obj in spatialObjects)
        {
            float distance = Vector3.Distance(cameraPosition, obj.transform.position);
            
            // 距離によるカリング
            bool shouldRender = distance <= cullingDistance && IsObjectInFrustum(obj);
            
            if (obj.activeSelf != shouldRender)
            {
                obj.SetActive(shouldRender);
            }
        }
    }
    
    bool IsObjectInFrustum(GameObject obj)
    {
        // フラストラムカリングの実装
        // 効率的な可視性判定
        Bounds bounds = obj.GetComponent<Renderer>()?.bounds ?? new Bounds(obj.transform.position, Vector3.one);
        return GeometryUtility.TestPlanesAABB(GeometryUtility.CalculateFrustumPlanes(mainCamera), bounds);
    }
}

メモリ管理

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class SpatialMemoryManager : MonoBehaviour
{
    [Header("Memory Settings")]
    public int maxCachedObjects = 100;
    public float cacheCleanupInterval = 30.0f;
    
    private Queue<GameObject> objectPool = new Queue<GameObject>();
    private Dictionary<string, List<GameObject>> categorizedPool = new Dictionary<string, List<GameObject>>();
    
    void Start()
    {
        // 定期的なメモリクリーンアップ
        InvokeRepeating(nameof(CleanupMemory), cacheCleanupInterval, cacheCleanupInterval);
    }
    
    public GameObject GetPooledObject(string category, GameObject prefab)
    {
        // オブジェクトプールから再利用
        // メモリアロケーションを削減
        if (categorizedPool.ContainsKey(category) && categorizedPool[category].Count > 0)
        {
            GameObject pooledObject = categorizedPool[category][0];
            categorizedPool[category].RemoveAt(0);
            pooledObject.SetActive(true);
            return pooledObject;
        }
        
        // プールに無い場合は新規作成
        return Instantiate(prefab);
    }
    
    public void ReturnToPool(GameObject obj, string category)
    {
        // オブジェクトをプールに返却
        // 次回利用のためにキャッシュ
        obj.SetActive(false);
        
        if (!categorizedPool.ContainsKey(category))
        {
            categorizedPool[category] = new List<GameObject>();
        }
        
        if (categorizedPool[category].Count < maxCachedObjects)
        {
            categorizedPool[category].Add(obj);
        }
        else
        {
            // 上限を超えた場合は削除
            Destroy(obj);
        }
    }
    
    void CleanupMemory()
    {
        // 未使用オブジェクトのクリーンアップ
        // メモリリークを防止
        Resources.UnloadUnusedAssets();
        System.GC.Collect();
        
        Debug.Log("Memory cleanup completed");
    }
}

デバッグとトラブルシューティング

空間認識デバッグ

using UnityEngine;
using UnityEngine.XR.ARFoundation;

public class SpatialDebugger : MonoBehaviour
{
    [Header("Debug Settings")]
    public bool showDebugInfo = true;
    public bool visualizePlanes = true;
    public Material debugPlaneMaterial;
    
    private ARPlaneManager planeManager;
    
    void Start()
    {
        planeManager = FindObjectOfType<ARPlaneManager>();
        
        if (visualizePlanes && planeManager != null)
        {
            // 検出された平面を可視化
            planeManager.planePrefab = CreateDebugPlanePrefab();
        }
    }
    
    GameObject CreateDebugPlanePrefab()
    {
        // デバッグ用の平面表示プレファブ
        GameObject planePrefab = new GameObject("Debug Plane");
        
        MeshRenderer renderer = planePrefab.AddComponent<MeshRenderer>();
        MeshFilter filter = planePrefab.AddComponent<MeshFilter>();
        ARPlaneMeshVisualizer visualizer = planePrefab.AddComponent<ARPlaneMeshVisualizer>();
        
        renderer.material = debugPlaneMaterial ?? CreateDefaultDebugMaterial();
        
        return planePrefab;
    }
    
    Material CreateDefaultDebugMaterial()
    {
        // デバッグ用の半透明マテリアル
        Material material = new Material(Shader.Find("Sprites/Default"));
        material.color = new Color(0, 1, 0, 0.3f); // 半透明の緑
        return material;
    }
    
    void OnGUI()
    {
        if (!showDebugInfo) return;
        
        GUI.Box(new Rect(10, 10, 300, 200), "Spatial Computing Debug");
        
        GUILayout.BeginArea(new Rect(15, 35, 290, 170));
        
        // AR セッション状態
        GUILayout.Label($"AR Session: {ARSession.state}");
        
        // 検出された平面数
        int planeCount = planeManager ? planeManager.trackables.count : 0;
        GUILayout.Label($"Detected Planes: {planeCount}");
        
        // フレームレート
        GUILayout.Label($"FPS: {(int)(1.0f / Time.unscaledDeltaTime)}");
        
        // メモリ使用量
        long memoryUsage = System.GC.GetTotalMemory(false) / (1024 * 1024);
        GUILayout.Label($"Memory: {memoryUsage} MB");
        
        GUILayout.EndArea();
    }
}

2025年の空間コンピューティング展望

新技術トレンド

1. AI統合: 機械学習を活用した空間理解の向上
2. クラウド連携: リアルタイム協調作業の実現
3. ハプティック技術: 触覚フィードバックによる没入感向上

ビジネス活用例

// 産業用途での空間コンピューティング例
public class IndustrialSpatialApp : MonoBehaviour
{
    // 製造業: 作業指示の3D表示
    public void ShowAssemblyInstructions(Vector3 position)
    {
        // 組み立て手順を3D空間に表示
        // 作業効率の大幅な向上が期待できる
    }
    
    // 医療: 手術支援システム
    public void DisplayMedicalData(Transform patientTransform)
    {
        // 患者の3Dデータを現実に重ね合わせ
        // 精密な手術支援を実現
    }
    
    // 教育: 没入型学習体験
    public void CreateEducationalContent()
    {
        // 歴史的建造物や分子構造を3D表示
        // 理解度の向上と学習意欲の促進
    }
}

まとめ

空間コンピューティングは、従来のアプリケーション開発とは根本的に異なるアプローチが必要です。物理世界との調和、直感的なインタラクション、パフォーマンス最適化が成功の鍵となります。

重要なポイント:

1. 空間認識: 現実世界の正確な理解と追跡
2. 自然なUI: ジェスチャーや視線による操作
3. パフォーマンス: 高フレームレートの維持
4. 物理性: リアルな物理挙動の実装

2025年は空間コンピューティングの実用化元年として、多くの産業で革新的な変化をもたらすでしょう。本記事のサンプルコードを参考に、次世代の空間体験を創造してください。