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Unity マルチスレッド物理演算の最適化完全ガイド｜Job System & DOTS 2026

Unity Job SystemとDOTS/ECSを使った物理演算の並列処理最適化手法を実装例付きで解説。CPU性能を5〜50倍改善する具体的なコード例と設定方法を紹介

約8分で読めます

なぜUnityの物理演算はボトルネックになるのか

Unityの標準物理演算（PhysX）はメインスレッドで実行されるため、大量のオブジェクトを扱うゲームではフレームレートが低下します。300体のエージェントでUpdate()を使った物理処理を実行すると約18ms掛かるのに対し、Job Systemを使えば0.47msまで短縮可能というベンチマークもあります。

本記事では、Unity Job Systemと**DOTS（Data-Oriented Technology Stack）**を使った物理演算のマルチスレッド化手法を、実装可能なコード例とともに解説します。2026年の最新Unity 6.2環境に対応した内容です。

Unity Job Systemによる基本的なマルチスレッド化

Job Systemの基本構造

Unity Job Systemは、複数のCPUコアを使って並列処理を実現する仕組みです。以下は基本的なIJobの実装例です。

using Unity.Jobs;
using Unity.Collections;
using UnityEngine;

public struct VelocityJob : IJob
{
    public NativeArray<Vector3> velocities;
    public float deltaTime;

    public void Execute()
    {
        for (int i = 0; i < velocities.Length; i++)
        {
            velocities[i] += new Vector3(0, -9.81f, 0) * deltaTime;
        }
    }
}

public class PhysicsJobExample : MonoBehaviour
{
    private NativeArray<Vector3> velocities;
    private JobHandle jobHandle;

    void Start()
    {
        velocities = new NativeArray<Vector3>(1000, Allocator.Persistent);
    }

    void Update()
    {
        VelocityJob job = new VelocityJob
        {
            velocities = velocities,
            deltaTime = Time.deltaTime
        };

        jobHandle = job.Schedule();
    }

    void LateUpdate()
    {
        jobHandle.Complete();
        // velocitiesを使った処理
    }

    void OnDestroy()
    {
        velocities.Dispose();
    }
}

IJobParallelForによる並列処理

単一のJobでは処理を1つのスレッドで実行しますが、IJobParallelForを使えばバッチ処理が複数コアに分散されます。

using Unity.Jobs;
using Unity.Collections;
using Unity.Burst;
using UnityEngine;

[BurstCompile]
public struct ParallelVelocityJob : IJobParallelFor
{
    public NativeArray<Vector3> positions;
    public NativeArray<Vector3> velocities;
    public float deltaTime;

    public void Execute(int index)
    {
        velocities[index] += new Vector3(0, -9.81f, 0) * deltaTime;
        positions[index] += velocities[index] * deltaTime;
    }
}

[BurstCompile]属性を付けることで、IL2CPPよりも高速なネイティブコードに最適化されます。Burst Compilerはバッテリー消費も削減するため、モバイルゲームでは必須です。

PhysXの設定最適化でフレームレートを改善する

Job Systemを導入する前に、Unity標準の物理演算設定を見直すだけでもパフォーマンスが向上します。

Physics Settingsの最適化項目

Edit → Project Settings → Physics で以下を調整します。

Auto Simulation: false
  → 毎フレーム自動実行を無効化し、必要なタイミングで手動実行

Auto Sync Transforms: false
  → Transform変更を即座に物理エンジンに反映しない

Reuse Collision Callbacks: true
  → 衝突コールバックのメモリを再利用

Broad Phase Type: Automatic Box Pruning
  → 衝突判定の粗いフェーズを高速化

Friction Type: Two Directional
  → 摩擦計算を軽量化（One Directionalも検討）

Fixed Timestep: 0.02 (50fps) → 0.025 (40fps)
  → FixedUpdateの実行頻度を下げる（精度とのトレードオフ）

Auto Simulationをオフにした場合は、以下のように手動で物理演算を実行します。

void FixedUpdate()
{
    // 必要な前処理
    Physics.Simulate(Time.fixedDeltaTime);
    // 必要な後処理
}

これにより、物理演算のタイミングを完全に制御でき、不要なフレームでの実行を回避できます。

DOTS/ECSによる大規模物理シミュレーション

Unity DOTS（Entities 1.4、Physics 1.0.16）は、従来のGameObject/MonoBehaviourとは異なるアーキテクチャで、5〜50倍のCPU性能向上を実現します。

DOTS Physicsの特徴

  • 完全にC#で記述された決定論的な剛体物理エンジン
  • Job SystemとBurst Compilerによる並列化
  • Havok Physics for Unityにも対応（AAA品質が必要な場合）

EntityとComponentの定義

using Unity.Entities;
using Unity.Mathematics;

public struct PhysicsVelocity : IComponentData
{
    public float3 Linear;
    public float3 Angular;
}

public struct PhysicsMass : IComponentData
{
    public float InverseMass;
    public float3 InverseInertia;
}

public struct PhysicsGravityFactor : IComponentData
{
    public float Value;
}

Systemによる物理演算処理

using Unity.Entities;
using Unity.Jobs;
using Unity.Burst;
using Unity.Mathematics;
using Unity.Transforms;

[BurstCompile]
public partial struct ApplyGravitySystem : ISystem
{
    [BurstCompile]
    public void OnUpdate(ref SystemState state)
    {
        float deltaTime = SystemAPI.Time.DeltaTime;
        float3 gravity = new float3(0, -9.81f, 0);

        var job = new ApplyGravityJob
        {
            DeltaTime = deltaTime,
            Gravity = gravity
        };

        job.ScheduleParallel();
    }
}

[BurstCompile]
public partial struct ApplyGravityJob : IJobEntity
{
    public float DeltaTime;
    public float3 Gravity;

    public void Execute(ref PhysicsVelocity velocity, in PhysicsGravityFactor gravityFactor)
    {
        velocity.Linear += Gravity * gravityFactor.Value * DeltaTime;
    }
}

この実装により、10,000個のオブジェクトの重力シミュレーションがノートPCで動作するレベルのパフォーマンスが得られます。

IJobParallelForTransformによるTransform操作の最適化

TransformコンポーネントをJob Systemで操作する場合は専用のインターフェースを使います。

using Unity.Jobs;
using Unity.Collections;
using UnityEngine.Jobs;
using Unity.Burst;

[BurstCompile]
public struct PositionUpdateJob : IJobParallelForTransform
{
    [ReadOnly] public NativeArray<Vector3> velocities;
    public float deltaTime;

    public void Execute(int index, TransformAccess transform)
    {
        transform.position += velocities[index] * deltaTime;
    }
}

public class TransformJobManager : MonoBehaviour
{
    private TransformAccessArray transformAccessArray;
    private NativeArray<Vector3> velocities;

    void Start()
    {
        Transform[] transforms = GetComponentsInChildren<Transform>();
        transformAccessArray = new TransformAccessArray(transforms);
        velocities = new NativeArray<Vector3>(transforms.Length, Allocator.Persistent);
    }

    void Update()
    {
        var job = new PositionUpdateJob
        {
            velocities = velocities,
            deltaTime = Time.deltaTime
        };

        JobHandle jobHandle = job.Schedule(transformAccessArray);
        jobHandle.Complete();
    }

    void OnDestroy()
    {
        transformAccessArray.Dispose();
        velocities.Dispose();
    }
}

TransformAccessArrayはTransformへの並列アクセスを安全に行うための仕組みで、300エージェントで18ms→0.47msの劇的な改善が可能です。

まとめ：Unity物理演算最適化のチェックリスト

  • Physics Settings最適化: Auto Simulation/Auto Sync Transformsをオフ、Fixed Timestepを調整
  • Job System導入: IJobParallelForで並列処理、Burst Compilerで高速化
  • DOTS/ECS移行: 大規模シミュレーションでは5〜50倍の性能向上
  • NativeContainerの適切な管理: Allocator.Persistentでメモリリーク防止、必ずDispose()
  • TransformAccessArray: Transform操作はIJobParallelForTransformを使う
  • プロファイリング: Unity Profilerで実測し、ボトルネックを特定してから最適化

2026年現在、Unity 6.2とEntities 1.4の組み合わせにより、モバイルからPCまで幅広いプラットフォームで高性能な物理演算が実現可能です。段階的に導入し、プロファイラで効果を確認しながら進めましょう。

Sources:

#Unity #最適化 #物理演算 #マルチスレッド
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