レイトレーシングとは何ですか？

レイトレーシングは レンダリング シーンを通る光線の経路をトレースすることによって画像を作成するコンピュータグラフィックス。 光線はシーン内のオブジェクトと相互作用し、オブジェクトを跳ね返して、色などのプロパティを取得できます。

レイトレーシング：基本

レイトレーシングは、実際の照明をエミュレートします。 私たちが見る光は、太陽などのエネルギー源から放出された光子の結果です。 フォトンは、オブジェクトと衝突するときに跳ね返ったり散乱したりする可能性があります。 これが実際に動作しているのを見るのに必要なのはミラーだけです。 鏡に当たる光は反射を生み出します。

レイトレーシングはこれをシミュレートします。 追跡される光線の数は、数百万の光子が視野を横切って跳ね返る現実の世界と比較するとわずかです。 現代のゲームは、ピクセルあたり1〜4本の光線をトレースします。 それでも、現実の世界をシミュレートするにはそれで十分です。

光線のパスをトレースすると、光線がゲームの世界と相互作用することもできます。 赤いオブジェクトに当たって跳ね返る光線は、その色の影響を受け、近くに赤い輝きを放ちます。 光線は、ゲームのアーティストがオブジェクトに与えるプロパティに基づいてさまざまな方法で散乱する可能性があり、リアルな半反射または粗い表面を可能にします。

レイトレーシングは、3Dグラフィックスにとって重要な前進です。 ゲーム内を移動する光線の経路をシミュレートすることにより、リアルなイメージを作成します。 これにより、プレーヤーに環境が見えなくても、環境と相互作用できる照明が得られます。 レイトレーシングは、機能するために専用のハードウェアを必要としませんが、非常に要求が厳しいため、レイトレーシングを高速化できるビデオカードまたはゲームコンソールでのみ実用的です。

レイトレーシングvs. ラスタライズ（または、ご存知のとおり3Dグラフィックス）

この説明を理解しても、混乱する可能性があります。 過去のゲームには、数十年前のゲームでさえ、反射が存在していました。 レイトレーシングはどのように異なりますか？

過去の3Dゲーム、および最新のゲームのほとんどは、ラスタライズを使用しています。 ラスタライズは、プレーヤーに表示される3Dゲームワールドの要素を2D画像に結合します。 プレーヤーに見えないものを生成するために使用されるパフォーマンスは無駄になるため、プレーヤーに見えるはずのものをレンダリングするだけです。 ただし、これは問題を引き起こします。

鏡の例に戻りましょう。 プレーヤーの環境とプレーヤーのキャラクターは、プレーヤーには表示されません（少なくとも、一人称ゲームでは）。 ラスタライズでは、ミラーが反射するものは何もありません。

もちろん、ミラーは現代のゲームに存在します。 シーンを2回レンダリングします。 1つのパスはプレーヤーの視点からのものであり、別のパスは別の視点からのものです。 ただし、これにより、シーンのレンダリングに必要なパフォーマンスが2倍になります。

一般的な3Dゲームエンジンの手法である画面空間の反射は、画面上のデータを使用して反射を作成します。 このテクニックは、水など、プレーヤーの視点に対してある角度の反射面に最適です。 ただし、反射されたアイテムが画面外に移動すると、反射されたオブジェクトは消えます。

レイトレーシングは、ラスタライズとは異なり、プレーヤーの視点の外でトレースできるため、これらの問題を共有しません。

また、光線がサーフェスと相互作用できるゲームでは、レイトレーシングにより、ラスタライズでは処理が難しいリアルなカラーブリードや半反射サーフェスが表示される場合があります。

レイトレーシングにはどのハードウェアが必要ですか？

レイトレーシングは新しいアイデアではありません。 コンピュータ科学者は1980年代初頭にレイトレーシングを実験しました、リアルな照明、反射、影を使用して静止画像を作成します。 残念ながら、レンダリングには何時間もかかりました。

ビデオゲームには、毎秒30フレーム以上のリアルタイムレイトレーシングが必要です。 これは、レイトレーシングを高速化するように設計されたビデオカードでのみ可能です。

NvidiaのRTXレイトレーシングは、テンソルコアと呼ばれるシリコンに依存しています。 Tensor Coreは、RTXビデオカードにのみ搭載されています。 NvidiaのGTXカードは、レイトレーシングを使用してゲームをレンダリングできます。これは、前述のように、レイトレーシングには専用のシリコンが必要ないためです。 ただし、パフォーマンスはRTXカードと比較してひどいです。 そして、いくつかのゲームのような RTXレイトレーシングを備えたMinecraft、レイトレーシングを有効にする特定の方法のため、RTXビデオカードが必要です。

レイトレーシングを高速化するAMDカードには、特定のブランドや専用のシリコンがありません。 代わりに、より良い結果を得るためにハードウェアの調整とソフトウェアの更新を使用します。 レイトレーシングを高速化するAMDカードを特定するのは難しいため、詳細に注意してください。

ソニーのプレイステーション5とXboxシリーズXおよびSには、レイトレーシングを高速化できるAMDのグラフィックハードウェアが搭載されています。 ただし、有効にするかどうかは開発者次第ですが、多くのゲームでは有効になりません。 注目すべき例は サイバーパンク2077、起動時にPCでRTXレイトレーシングをサポートしていましたが、次世代コンソールではレイトレーシングをサポートしていませんでした。 この機能は、将来のパッチで次世代コンソールに提供される予定です。