最新技術を先取りチェック:間もなく実現、アンリアルのリアルタイム レイトレーシング
May 21, 2018

最新技術を先取りチェック:間もなく実現、アンリアルのリアルタイム レイトレーシング

作成 Ken Pimentel

GDC 2018 で我々はアンリアル エンジンのエキサイティングな新技術:リアルタイム レンダリングと組み合わせたレイトレーシングの世界を垣間見ました。エピック ゲームズは NVIDIA と ILMxLAB との 共同発表 においてリアルタイム レンダリングに至高の品質目標を実現するこの技術を明らかにしました。

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オフライン レンダラーでは、レイトレーシングは厚いガラスなど反射が多かったり複雑な透過マテリアルのあるシーンを中心にフォトリアルな結果を実現するために長年使われてきた技法です。技術系企業数社の試みを活用して、Microsoft の DXR API とレイトレースされたエリアのライトシャドウに対するサポートが 2018 年末までにアンリアル エンジン 4 のメインブランチで利用可能になります。エピック ゲームズはアンリアル エンジン 4.22 でこれらの機能に対するバイナリサポートをリリースします。リリース版にはさらに多くの機能が追加されます。

どのような点が重大なのでしょうか?

レンダラーはラスタライズとレイトレーシングのいずれかの方法を使ってピクセル カラーを決定します。ラスタライズの場合は特定のピクセルに対して「このピクセルは何色にすべきか?」を考えます。レイトレーシングの場合は視野角と光源を使って「光はどうなっているのか?」を考えます。

レイトレーシングはシーンの周辺でバウンスする際のライト光線のパスをトレースして処理します。光線がバウンスするたびに前のオブジェクトの色を配色しで現実のライトを模倣します。強度も弱くなります。この配色によって反射が鮮明かつ自然となり本物のようなカラー バリエーションになります。マテリアルとエフェクトの中にはレイトレーシングでしか実現できないタイプのものもあります。
 
 
レイトレーシングは本物のライトの挙動を模倣するので、エリアシャドウとアンビエント オクルージョンの作成にも優れています。 

逆にラスタライズはレイトレーシングに比べて高速かつ低負荷です。多数の近似値を使ってライティングを計算します。アンリアル エンジンのラスタライズは高速 GPU 上でミリ秒単位の 4K 解像度のフレームを提供します。ラスタライズは物理的に正しくなくてもかなりフォトリアリズムに近づけることができます。アンリアル エンジンのほとんどのカスタマーにとっては速さのためのトレードオフに価値があります。

ただし、フォトリアリズムがパフォーマンスよりも重視されるライブアクション映画と建築ビジュアライゼーション プロジェクトの場合は、不可能ではないにせよ実現は難しいとされる一段上の忠実度をレイトレーシングが提供します。これまで、レイトレーシングは莫大な計算量が必要なためオフライン レンダリングでのみ実行されました。レイトレーシングで計算されたシーンは 1 フレームの計算に数分から数時間かかります。映画アニメーションの場合は 1 秒間に 24 フレームが必要になります。

「これまでずっと、レイトレーシングはプロダクション パイプラインでいろいろな方法で使用されてきました」と説明するのはエピック ゲームズで Senior Rendering Programmer を務める Juan Canada です。高解像度でのリアルタイムをラスター レンダリングで実現する予定であっても、静止画とアニメーションをレイトレーシングを使ってレンダリングすることがあります。それらを参照として、アーティストラスター レンダリングでの目標や比較対象として与えたり、場合によっては最終ピクセルでも使用したりします。

「レイトレーシングをリアルタイムで処理できるようなれば、グラウンド トゥルースのリファレンスデータのレンダリング速度が格段に速くなります。つまり、数枚の画像を数時間から数日かけてレンダリングしなくても、もっと多くの画像を処理したり数回のイタレーションで確実に処理することができます。」

さらに Canada は、レイトレーシングにアクセスできれば「最終結果がより簡単に手に入るため制作パイプライン全体を扱いやすくなる」と付け加えました。

技術

リアルタイム レイトレーシングは、最新の GPU と機械学習技術を用いて莫大な演算能力を集結し、レイトレーシングの必要がない時にはそれらをラスタライズ技術と融合させることで実現しました。これまでは利用できなかったハードウェアとソフトウェアのコンビネーションによるもので、献身的な数社の努力によって今こうして実現したのです。

Windows 向けデベロッパー達は、長い間ゲーム エンジンなど高負荷の Windows アプリケーションでグラフィックスのディスプレイ最適化のために使用されてきた Microsoft の Direct API を熟知しています。Microsoft は最近になって、現在の DirectX 12 で稼働する API の DXR (DirectX Raytracing) フレームワークを新たに開発しました。

同じ頃 NVIDIA も NVIDIA の Volta GPU 上で稼働するレイトレーシング技術であるNVIDIA RTXを発表しました。NVIDIA は Microsoft の DXR API を RTX フル対応にするために Microsoft と提携しました。

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Microsoft DXR と NVI