レイ トレーシングは、ゲームにさらなるレベルのリアリズムをもたらす照明技術です。現実世界で光が反射および屈折する様子をエミュレートし、従来のゲームで静的照明を使用して一般的に見られるものよりも現実的な環境を提供します。しかし、レイ トレーシングとは正確には何でしょうか?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 がこの技術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、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。
仮想フォトン
レイ トレーシングの革新的な照明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、ゲームが以前にどのように光をレンダリングしていたのか、また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。
レイ トレーシングのないゲームは、静的な「焼き付けられた」ライティングに依存します。開発者は、特定のビュー全体に均一に光を放射する環境内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 プロセス中に GPU が光の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輝きを模倣できますが、それは静的な光源から放射された光のみです。 を比較してみましょう 以下に例として示します。
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の外観がよりリアルになりましたが、現実世界の反射、屈折、および一般的な照明の点では、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 に仮想光線を追跡する機能が必要です。
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にすぎません。これには、粒子としても波としても動作するフォトンが含まれています。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。
そうは言っても、光は光子の流れとして識別できます。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、直線的に進む光子が透明な物質を通過するときに発生し、線の向きが変わるか「曲がる」ことがあります。破壊された光子は「吸収された」と認識される場合があります。
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エミュレートしようとします。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。ライトが明るいほど、GPU が計算する必要がある仮想フォトンの数が多くなり、より多くのサーフェスが反射、屈折、散乱することになります。
このプロセスは何も新しいものではありません。 CGI は何十年にもわたってレイ トレーシングを使用してきましたが、初期の段階では、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、完全なムービーを生成するにはコンピューター ファームが必要でした。現在、家庭用 PC 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。
これが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、CGI アニメーションのシーンは通常、さまざまな角度を使用して「撮影」されます。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、動きをエミュレート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。すべての映像をつなぎ合わせれば、流れるようなストーリーが生まれます。
ゲームでは、特にペースの速いゲームでは、常に動いていて常に視点を変更する単一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を計算するだけでなく、光がレンズ、つまり視点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 1 台の PC またはコンソールにとって膨大な量の計算作業になります。
残念ながら、高いフレームレートでレイ トレース グラフィックスを真にレンダリングできる消費者レベルの PC 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。
本当のことを考えてみましょう
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ルに見えます。問題が 1 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。
Nvidia の RTX ベースのレイ トレーシングなど、ゲームの既存のレイ トレーシング オプションが現実のものではないのはそのためです。これらは、すべての光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 はいくつかのスマートな近似を使用して「不正」を行い、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、通常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細工などの特定の表面でのレイ トレーシングを組み合わせて使用しています。 。水の中の軍隊の反射、飛行機の地形の反射、車の塗装に広がる爆発の反射などが見られます。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 トレーシングをシャドウに利用して、よりダイナミックでリアルな外観にすることもできます。これが 『Shadow of the Tomb Raider』 で大きな効果を発揮していることがわかります。
レイトレーシングされたライティングは、暗いシーンでも明るいシーンでも、よりソフトなエッジとより高い解像度を備えた、よりリアルな影を作成できます。レイ トレーシングなしでそ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注意深く制御して使用することによってのみ、それを偽装できます。これらすべての「ステージ ライト」を配置するには、 多くの 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とは言えません。
一部のゲームでは、徹底的にグローバル 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新のグラフィックス カードの中で最も強力なカードが必要です。 。
そのため、レイトレーシングの影だけや反射面だけといった中途半端な対策が人気です。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、真のレイ トレーシング シーンの作成に必要なレイ数よりも少ないレイをレンダリングすることで発生する視覚的な問題の一部をカバーします。これらは依然として、事前レンダリングされたスクリーンショットとムービー用に予約されており、高性能サーバーが単一フレームのレンダリングに数日かかる場合があります。
光線の背後にあるハードウェア
これらの比較的控えめなレイ トレーシングの実装にも対応するために、Nvidia の RTX 20 シリーズ グラフィックス カードには、レイ トレーシング用に特別に構築されたハードウェアが導入されました。
現在、すべての RTX カードはレイ トレーシングをサポートしており、最新の RTX 40 シリーズ GPU には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 トレーシングを使用するゲームでパフォーマンスを 25% 向上させることができます。これは、レイ トレーシング命令が GPU によって処理されるときに順序を変更することで機能し、利用可能な計算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削りでしたが、Nvidia の最近のカードのパフォーマンスははるかに優れています。次世代の SER と DLSS 3 では、フレーム レートを圧迫しないレイ トレーシングが登場するかもしれません。 Nvidia の新しい DLSS 3.5 は、レイ再構成を通じてレイ トレーシングを強化することも約束しています。
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。 Reshade の「パス トレーシング」後処理エフェクトもあり、同じパフォーマンス ヒットなどを発生させることなく、同等のビジュアルを提供します。
AMD には現在、レイ トレーシングのオプションもあります。これについては次に説明します。
実装に関係なく、レイ トレーシング用の 強力なグラフィック カードが 必要になることに変わりはありませんが、この技術がゲーム開発者に普及するにつれて、より手頃な価格で、より幅広いサポート 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 に焦点を当てていますが、他のデバイスにも導入され始めています。 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 トレーシングに対応していると発表しました 。
AMDはどうですか？
AMD はここ数年、ハードウェア アクセラレーションによるレイ トレーシングの提供に苦戦してきましたが、RX 6800、6800 XT、および 6900 XT の発売により状況は変わりました。これらの新しいカードは DirectX 12 レイ トレーシングのサポートを備えており、たとえ AMD がレイ トレーシング部門で Nvidia のレベルに達していないとしても、優れたパフォーマンスを提供します (詳細については および 比較を参照してください)。 。
AMD の RX 6000 カードに搭載されている Big Navi アーキテクチャ がまさに第 1 世代のレイ トレーシング アクセラレーションであることを考えると、これは驚くべきことではありません。これは 、PlayStation 5 および Xbox Series X のビジュアルを強化するのと同じアーキテクチャであり、Nvidia の主力カードよりも全体的に低い層のパフォーマンスに対応します。ただし、レイ トレーシングは次世代コンソールの傑出した機能であるため、今後はサポートと最適化が強化されることが期待されます。近い将来、ゲーム PC 用の AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) がデビューし、 登場するでしょう。
レイトレーシングを自宅で見るにはどうすればよいですか?
自宅でレイ トレーシングを確認するには、最新の、そして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ようにするための RT コアがありません。
1080p を超える解像度と 60 fps 以上のフレーム レートでプレイすることを期待している場合、最善の策は、最高級のグラフィック カードを購入することです。 4K では、RTX 3080 と RX 6800 XT が傑出したカードですが、特定のタイトルで 1440p に移行したい場合は で十分です。
レイ トレーシング対応ゲームの 選択肢は限られています が、その数は増え続けています。 レイ トレーシングの主な例には、 「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 のような最近のゲーム も魅力的です。 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構築されたインディーズ ホラー ゲームです。 RTX レイ トレーシングを 備え たリマスターされた 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。 と レイ トレーシングの宣伝を開始すると、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で動作するようにレイ トレーシングを開始しているため、新しい 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、 PC 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。