レイトレーシング、ゲームに 余分なリアリズム をもたらすレベル 照明技術です。 現実世界で光が反射および屈折する方法を模倣することで、従来のゲームで静的照明を使用して見られるものよりも現実的な環境を提供します。 では、レイトレーシングとは一体何なのでしょうか? そしてさらに重要なのは、それがどのように機能するのかということです。 優れたグラフィックス カードはレイ トレーシングを使用して没入感を高めることができますが、すべての GPU がこのテクニックを処理できるわけではありません。 レイ トレーシングがゲーム エクスペリエンスに不可欠であるかどうか、また、アップグレードされた GPU に何百ドルも費やす必要があるかどうかを判断するには、この記事を読んでください。
レイ トレーシング – 仮想フォトン
レイ トレーシングの革新的なライティング システムがどのように機能するかを理解するには、一歩下がって、ゲームがこれまでどのように光をレンダリングしてきたのか、そしてフォトリアリスティックな体験のために何をエミュレートする必要があるのかを理解する必要があります。 非レイ トレーシング ゲームは、静的な「ベイクされた」ライティングに依存します。 開発者は、どのビューでも均一に光を放射する環境に光源を配置します。 さらに、NPC やオブジェクトなどの仮想モデルには他のモデルに関する情報が含まれていないため、レンダリング中に GPU が照明動作を計算する必要があります。 表面テクスチャは光を反射して光沢を模倣できますが、反射できるのは静的な光源から発せられた光のみです。 例として、以下の GTA V での反射の比較を見てみましょう。
全体として、GPU の進化により、長年にわたってこのプロセスがよりリアルに見えるようになりましたが、現実世界の反射、屈折、全体的な照明の点では、ゲームは依然としてフォトリアリスティックではありません。 これを実現するには、GPU が仮想光線を追跡できる必要があります。
現実の世界では、可視光は人間の目で認識される電磁放射のほんの一部です。 これには、粒子と波の両方として動作する光子が含まれています。 フォトンには実際のサイズや形状はありません。フォトンは作成または破壊することしかできません。
ただし、光は光子の流れとして説明できます。 フォトンが多いほど、知覚される光はより明るくなります。 反射は、光子が表面で跳ね返るときに発生します。 屈折は、直線的に移動する光子が透明な材料を通過するときに発生し、線の方向が変更されるか「曲がる」ことがあります。 破壊された光子は「吸収」されたものとして検出できます。
ゲームにおけるレイ トレーシングは、現実世界での光の仕組みを模倣しようとします。 何百万もの仮想フォトンを追跡することで、シミュレートされた光の経路を追跡します。 光が明るいほど、GPU が計算する必要がある仮想フォトンの数が多くなり、光が反射、屈折、散乱する表面の数が多くなります。
このプロセスは新しいものではありません。 CGI は何十年も前からレイ トレーシングを使用してきましたが、初期の頃は、単一フレームのレンダリングに数時間、場合によっては数日かかることもあったため、完全なムービーをレンダリングするには複数のコンピューター ファームが必要でした。 家庭用コンピューターは、ハードウェア アクセラレーションと巧妙なライティング トリックを活用して、レイの数を管理可能な数に制限することで、レイ トレースされたグラフィックスをリアルタイムでエミュレートできるようになりました。
これは本当に目を見張るものです。他の映画やテレビ番組と同様に、CGI アニメーションのシーンはさまざまな角度を使用して「撮影」されることがよくあります。 フレームごとに、カメラを移動してアクションをキャプチャしたり、エリア全体をズームイン、ズームアウト、またはパンしたりできます。 また、アニメーションと同様に、動きを模倣するにはフレームごとにすべてを操作する必要があります。 すべての画像を組み合わせると、流れるようなストーリーが生まれます。
ゲーム、特にペースの速いゲームでは、常に移動し、視点を常に変更する XNUMX 台のカメラを制御します。 CGI ゲームとレイ トレース ゲームの両方で、GPU は特定のシーンで光がどのように反射および屈折するかだけでなく、視点に応じて光がレンズによってどのようにキャプチャされるかを計算する必要があります。 ゲームの場合、これは XNUMX 台のコンピュータまたはコンソールにとって膨大な量の計算作業となります。
残念ながら、高フレーム レートでレイ トレーシング グラフィックスを真に処理できる消費者レベルのコンピュータはまだありません。 その代わりに、現在では効果的に不正行為ができるハードウェアが存在します。
レイ トレーシング – リアルなグラフィックス
レイ トレーシングは現実世界と基本的に似ているため、非常にリアルな 3D レンダリング技術となり、適切な条件下では Minecraft のようなブロック状のゲームもほぼフォトリアリスティックに見えます。 問題が XNUMX つだけあります。それは、シミュレーションが非常に難しいことです。 現実世界での光の仕組みを再現することは複雑でリソースを大量に消費し、大量のコンピューティング能力を必要とします。
したがって、Nvidia の RTX に重点を置いたレイ トレーシングなど、ゲームにおける現在のレイ トレーシング オプションは現実的ではありません。 これらは、光のすべての点がシミュレートされる真のレイ トレーシングではありません。 代わりに、GPU はさまざまな賢いアプローチを使用して「騙し」、ハードウェアにそれほど負担をかけずに、同じ視覚効果に近いものを提供します。
現在、ほとんどのレイ トレーシング ゲームでは、ラスタライゼーションと呼ばれる従来の照明技術と、反射水たまりや金属加工などの特定の表面に対するレイ トレーシング技術を組み合わせて使用しています。 『Battlefield V』はその良い例です。 水の中の兵士の反射、飛行機の地形の反射、車の塗装面の爆発の反射が見えます。 最新の 3D エンジンで反射を表示することは可能ですが、レイ トレーシングが有効になっている場合、Battlefield V などのゲームで表示される詳細レベルでは表示できません。
レイ トレーシングを使用して、影をよりダイナミックかつリアルに見せることもできます。 これは『Shadow of the Tomb Raider』で大きな効果を発揮しています。
レイトレーシングされたライティングは、暗いシーンと明るいシーンでよりリアルな影を作成し、よりソフトなエッジとより優れた解像度を提供します。 レイトレーシングなしでこの外観を実現するのは非常に困難です。 開発者は、プリセットの静的光源を慎重かつ制御された方法で使用することによってのみこれをエミュレートできます。 これらすべての「フットライト」を配置するには多大な時間と労力がかかりますが、それでも結果は完全に正しいものではありません。
一部のゲームでは、グローバル イルミネーションにレイ トレーシングを使用し、シーン全体を効果的にレイ トレーシングします。 ただし、これは最も計算コストのかかるオプションであり、効果的に実行するには最も強力な最新のグラフィックス カードが必要です。 Metro Exodus ではこの手法が使用されていますが、実装は完璧ではありません。
レイ トレーシング シャドウや反射面のような中途半端な手段だけが人気があるのはそのためです。 他のゲームでは、ノイズ除去やディープ ラーニング スーパー サンプリングなどの Nvidia テクノロジを活用してパフォーマンスを向上させ、実際のレイ トレーシング シーンのレンダリングに必要な数よりも少ないレイの処理によって生じる視覚的な問題の一部をカバーします。 これらのテクノロジーは依然としてプリレンダリングされたスクリーンショットやムービー用に確保されており、高性能サーバーが単一フレームの処理に数日かかる場合があります。
レイズはどのように機能しますか?
Nvidia の RTX 20 シリーズ グラフィックス カードは、レイ トレーシングの比較的控えめなアプリケーションでも処理できるように、レイ トレーシング専用に構築されたハードウェアを提供しました。
すべての RTX カードがレイ トレーシングをサポートするようになり、最新の RTX 40 シリーズ GPU でパフォーマンスを不正行為する別の方法があります。 SER (Shader Execution Reordering) は RTX 4090 と RTX 4080 で利用でき、Nvidia によれば、レイ トレース ゲームのパフォーマンスを 25% 向上させることができます。 これは、GPU によって処理されるときにレイ トレーシング命令を並べ替えることによって機能し、利用可能なコンピューティング能力に合わせてタスクを最適化します。
レイ トレーシングの初期は荒いものでしたが、Nvidia の最新カードのパフォーマンスははるかに向上しました。 新世代の SER と DLSS 3 では、フレーム レートを低下させないレイ トレーシングを確認できます。 Nvidia の新しい DLSS 3.5 は、レイ再構成によるレイ トレーシングのサポートも約束しています。
ただし、利用できるオプションは Nvidia のレイ トレーシング方式だけではありません。 同じパフォーマンスではありませんが、同様のビジュアルを提供する Reshade の「パス トレーシング」後処理エフェクトもあります。
AMDにはレイトレーシングのオプションも用意されていますが、それについては後ほど詳しく説明します。
アプリケーションに関係なく、レイ トレーシングには依然として強力なグラフィック カードが必要ですが、この技術がゲーム開発者の間でさらに普及するにつれて、より手頃な価格で幅広いサポート ハードウェアが登場する可能性があります。
レイ トレーシングは主に PC に焦点を当ててきましたが、他のデバイスにも浸透し始めています。 Appleは最近、iPhone 15のA17 Bionicチップがゲームを含むハードウェアアクセラレーションによるレイトレーシングを搭載していると発表した。
レイトレーシングを自宅で見る方法
自宅でレイ トレーシングを見るには、新しい高価なグラフィック カードが必要です。 ハードウェア アクセラレーションによるレイ トレーシングは、Nvidia RTX GPU または AMD の RX 6000 シリーズ GPU でのみ利用できます。 GTX 10 シリーズおよび 16 シリーズ カードはレイ トレーシングをサポートしていますが、快適にプレイできる RT コアがありません。
1080p を超える解像度と 60fps 以上のフレーム レートでゲームをプレイしたい場合は、最高のグラフィック カードを散財するのが最善の策です。 4K では、RTX 3080 と RX 6800 XT が傑出したカードですが、特定のゲームで 1440p までステップアップしたい場合は、RTX 3070 または RX 6800 でも十分に対応できます。
レイ トレーシング機能を備えたゲームの数は限られていますが、その数は徐々に増加しています。 レイ トレーシングの最良の例には、Battlefield V、Shadow of the Tomb Raider、Metro Exodus などの初期の RTX デモが含まれます。 Control や MechWarrior 5: Mercenaries のような新しいゲームも面白そうです。 Stay in the Light は、レイトレースされたシャドウと反射を使用して作成されたインディーズ ホラー ゲームです。 RTX レイ トレーシングでリマスターされた Quake II も素晴らしい例です。
市場に出回っているレイ トレーシング ゲームは少なくなっていますが、業界は成長しています。 PlayStation 5 と Xbox Series X がレイ トレーシングを宣伝し始めると、競合他社もすぐに追随するでしょう。 マルチプラットフォーム ゲーム Watch Dogs 2 は、新しいゲームがコンソールやコンピュータ上で実行するレイ トレーシングを導入しているという点で、新しい Watch Dogs: Legion とは異なります。
UL Benchmark の Port Royal レイ トレーシングを使用して、コンピュータがレイ トレーシングで動作するかどうかを確認してください。
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