レイトレーシングという言葉を聞いたことがある方もいるでしょう。最近はゲームでも使われることの多いレイトレーシングですが、どのような仕組みなのでしょうか。
本記事では、レイトレーシングとはなにかについて解説しています。レイトレーシングを適用するメリットや注意点を紹介しているので、ぜひ参考にしてください。
レイトレーシングとは
レイトレーシングとは、3DCGにおけるレンダリング技法の一つです。カメラから出た光線の量や反射、屈折などを計算することで、現実に似た表現を行えます。
レイトレーシングによって光と物体がどのように作用しているかを再現できるため、影や水面の描写がリアルになります。従来は演算に時間がかかっても影響の少ない映画などで使用されるケースが一般的でしたが、近年ではGPUの進化により、ゲームにも利用されるようになってきました。
モンスターハンターワイルズやMinecraftなどは、レイトレーシングを用いたゲームとして有名です。
レイトレーシングとそのほかの技法との違い
レイトレーシングのほかにも、ラスタライズやパストレーシングと呼ばれるレンダリング技法があります。それぞれの違いを表にまとめました。
| レイトレーシング | ラスタライズ | パストレーシング | |
| 技法 | 光線の量や反射、屈折などを計算する | 画面内のみを描画し、画面外の要素は描画しない | 光の経路をランダムに抽出して計算する |
| 特徴 | 光の反射や影をリアルに表現できる | 処理は軽いが、画面外の要素を無視した表現になる | 複雑な光の反射や色合いを高精度で描画できる |
| 処理の負荷 | 高い | 比較的低い | 非常に高い |
ラスタライズとパストレーシングについて詳しく見ていきましょう。
ラスタライズとは
ラスタライズは、従来よく使われていた技法であり、レイトレーシングが誕生した現在でもまだまだ主流です。ラスタライズでは、画面に映る部分のみを描画し、画面外の要素は存在していないものとします。
その結果、処理の量が減り、比較的軽快に動作するのが特徴です。しかし、画面外の要素が無視されるため、レイトレーシングよりもリアルさに欠けます。
具体的には、画面外にあるオブジェクトが水面に反映されないなどが挙げられるでしょう。
近年では、3DCG制作を効率化できる生成AIも誕生しています。以下の記事では、3DCG制作におすすめの生成AIツールや活用例について解説しています。
パストレーシングとは
パストレーシングとは、レイトレーシングの発展的な技法です。レイトレーシングは、直接光や一部の間接光を主に計算しますが、パストレーシングはさまざまな光の経路をランダムに抽出し、結果を算出します。
この処理方法により、より複雑な光の反射や色合いなどを高い精度で描画できます。
レンダリング技法は、3DCG制作を行ううえで欠かせない知識です。また、3DCGの理解を深めるなら、実際にソフトを触りながら学ぶことも大切です。
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レイトレーシングのメリット
レイトレーシングを使うことでどのようなことが変わるのか、メリットについてまとめました。
- 反射が正確になる
- 影の表現がリアルになる
- 自然な間接光を表現できる
レイトレーシングのメリットについて見ていきましょう。
①反射が正確になる
ラスタライズでは、画面外にある物体の影響を受けないため、よく見ると映像に部分的な破綻がある場合がありました。しかし、レイトレーシングなら、画面外の物体も踏まえたうえで反射を行うので、正確な描画が可能です。
特に、水たまりやガラスなどに画面外の要素が反射されて映るのは、レイトレーシングならではといえます。
②影の表現がリアルになる
現実の影には、物体から離れるほど、ぼやけた印象になります。レイトレーシングでは、影のぼやけも表現できるため、その場に物体が本当に置かれているように感じられます。
従来のシャドウマップよりも、距離による変化や影の濃さがよりリアルになっているのが特徴です。
以下の記事では、3DCGで影の付き方などを計算して描画するプログラムであるシェーダーについて解説しています。レンダリングとあわせて、シェーダーの仕組みも確認しておきましょう。
③自然な間接光を表現できる
光源からの光が壁や床に跳ね返って入射する光のことを間接光といいます。レイトレーシングでは、間接光が自然に表現されるため、空間ののっぺりした印象を防げるのが特徴です。
特に、反射の多い雨上がりの街やネオン街などは、ほかの技法との違いがわかりやすいでしょう。
レイトレーシングの注意点
レイトレーシングは、ゲームの没入感を高める一方で、以下のような注意点もあります。
- 動作が重くなりやすい
- フレームレートが低下しやすい
- 高いスペックのパソコンが必要
- レンダリングに時間がかかる
レイトレーシングの注意点について見ていきましょう。
①動作が重くなりやすい
レイトレーシングは、光線から計算して描画するため、GPUに大きな負荷がかかる点に注意が必要です。GPUの負荷が大きくなると、パソコンの処理能力が低下し、結果的にゲームの動作が重くなります。
動作が重くなると、ゲームがカクカクしたり、途中で落ちてしまったりする可能性があります。
②フレームレートが低下しやすい
フレームレートとは、1秒間の動きに構成されている画像の枚数のことです。レイトレーシングを適用すると、フレームレートが低下し、滑らかな動作でゲームをプレイできない可能性があります。
これは、レイトレーシングには情報量が多く、処理に時間がかかるためです。フレームレートが重要なジャンルのゲームを遊ぶ際は、レイトレーシングの設定を切るなどの対策をしましょう。
③高いスペックのパソコンが必要
レイトレーシングを使ってゲームをプレイするには、高性能なGPUが求められます。また、GPUだけでなく、グラフィックスの性能を引き出すためのCPUや、大量のデータを処理するためのストレージなども重要です。
ゲームが推奨する動作環境はそれぞれ異なりますが、レイトレーシングを使いたい場合は、なるべく高性能なパソコンを用意しましょう。
④レンダリングに時間がかかる
3DCGにレイトレーシングを活用する場合、レンダリングに時間がかかる点がデメリットとして挙げられます。レイトレーシングは影や反射、テクスチャなど、さまざまな要素を計算して編集するため、パソコンのスペックによっては相当な時間がかかることもあるでしょう。
また、スペックによっては処理が追い付かず、途中で作業が止まってしまう場合もあります。
レイトレーシングの見え方の違い
3DCGソフトであるBlenderでレイトレーシングを適用したときと、していないときの見え方の違いを比較してみます。以下の画像では、Bloomというエフェクトを付与して、オブジェクトのフレームを光らせています。
続いて、レイトレーシングを設定すると、以下のようになりました。
このように、レイトレーシングを設定することで、床に光が反射したような表現を実現できることがわかります。
また、Blenderを使った3DCG制作スキルを高めたい方には、GETT ProskillのBlenderセミナーがおすすめです。Blenderセミナーでは、Blenderの基本操作からUV展開やアニメーションなどの本格的な3DCG制作スキルまで学習できます。
短期間ながら、基礎から応用まで網羅しているので、仕事をしながらでも実践で使えるBlenderスキルが身につきそうだと感じました。受講形態も複数から選べるので、自分に合ったペースで学習を進められるでしょう。
| セミナー名 | Blender基礎セミナー |
|---|---|
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| 受講期間 | 2日間 |
| 受講形式 | 対面（東京・大阪）・ライブウェビナー・eラーニング |
レイトレーシングでよくある質問
レイトレーシングでよくある質問をまとめました。特に、実際にレイトレーシングは必要なのかという点は、気になるところでしょう。
回答とあわせて見ていきましょう。
レイトレーシングは映像をリアルに表現できる一方で、GPUへの負荷が大きく、ゲームの動作が重くなりやすい技法です。そのため、必ずしも優先して有効にする必要はありません。
レイトレーシングを有効にしても快適にプレイできるなら問題ありませんが、動作がカクついたり、ゲームが強制終了したりする場合は、設定をオフにするのがおすすめです。設定をオフにした場合でも、ゲームのクオリティが著しく低下するようなことはありません。
Minecraftやモンスターハンターワイルズ、サイバーパンク2077など、さまざまなゲームにレイトレーシングは対応しています。遊んでいるゲームがレイトレーシングに対応している場合は、一度映像の違いを体験してみるのがおすすめです。
実際にプレイしてみて、動作が重くなるなどの問題があれば、設定をオフにするとよいでしょう。
レイトレーシングは、FPSのようにフレームレートを重視するゲームには、あまり向いていません。一方、フォトリアルな映像やゲームへの没入感を重視する作品では、光の反射や影をリアルに表現できるため、レイトレーシングの効果を感じやすいでしょう。
ゲームのジャンルに合わせて、レイトレーシングを有効にするか判断することが大切です。
ゲームでレイトレーシングを適用させたい場合は、ゲーム内設定からオンオフを切り替えましょう。また、ゲームによってはレイトレーシングに対応していないこともあります。
ゲーム内で設定が見つからない場合は、対応状況を確認しましょう。
レイトレーシングとはについてのまとめ
今回は、レイトレーシングの仕組みやメリット、利用する際の注意点などについて解説しました。レイトレーシングを使うと、光の反射や影、間接光などをリアルに表現でき、ゲームや3DCGの映像をより自然に仕上げられます。
一方で、GPUへの負荷が大きく、ゲームの動作が重くなったり、フレームレートが低下したりする場合もあります。レイトレーシングを利用する際は、高いスペックのパソコンを用意したり、用途に応じてオンオフを使い分けたりしましょう。
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