今年初め、Nvidia は新しい名前の RTX の下でグラフィックス処理ユニット (GPU) の新しい行を開始しました。これは以前の GTX シリーズの GPU からのアップグレードですが、ブランディングだけではない変更です。

Nvidiaは今回、これらのGPUにリアルタイム・レイトレーシングの機能を搭載しましたが、レイトレーシングとは何か、なぜそれが重要なのでしょうか。

レイトレーシングの前はどうだったのでしょうか？

グラフィックカードやゲームを語る上で、「レンダリング」という言葉はよく使われます。レンダリングは、3次元の物体を2次元の画像に変換し、画面上にリアルな画像として表示する作業である。ゲームは、プレイヤーの動きによって画面上の視点が変化し、オブジェクトが描画されるインタラクティブなものです。

つまり、グラフィックをリアルに見せるための工夫が必要なのです。開発者はリアルタイムレンダリングでこれを実現しましたが、何十年もの間、同じ手法であるラスタライズを使用してきました。

ラスタライゼーションは、三角形に依存する中心的な技術である。3Dオブジェクトを三角形で構成されたポリゴンの大きな集合体として扱います。三角形の3つの頂点から、位置、色、質感などさまざまなデータを収集する。

このデータのすべてが必要なわけではないので、データを絞り込んでいく。画面を基準フレームとして設定し、その上で画素をどのように表示するかを決定するのです。これが終わると、ちょっとした加工が施され、画面に画像が表示されます。大変な作業ですが、GPU（GPU、CPU、APUの区別の仕方）は十分なパワーを持っているので、それを数秒で行い、1秒間に何度もリフレッシュして、動きを非常に滑らかに見せることができるのです。

レイトレーシングとラスタライズ

現実の世界では、光が物体に当たった結果を見ることができます。現実の照明は非常に複雑で、それぞれの光線が目に届くまでに何度も反射・屈折を繰り返し、非常に細かいところまで見ることができます。これを再現するのは非常に難しいのですが、レイトレーシングを使えば、この技術が今まで以上に身近なものになります。

レイトレーシングは、その名の通り、仮想3Dシーンのオブジェクトに当たるすべての光線を追跡することに依存しています。レイトレーシングは、光源から物体までの光線の経路を追跡し、画面に到達するまでに通過する反射や屈折の一つひとつを追跡します。

複数の光源がある場合、レイトレーシングはそれらすべてを考慮します。レイトレーシングでは、ラスタライズのように各ピクセルをポリゴン上の点として扱うのではなく、人間の目が実際にものを見るのと同じように、各ピクセルを光線として扱います。

なぜ今、レイトレーシングが急に重要視されるようになったのでしょうか？

映画やアニメーションの業界では、シーンをできるだけリアルに見せるために、レイトレーシングという手法でレンダリングを行っています。なお、これはリアルタイムのレイトレーシングを必要としません。現在お使いのGPUはレイトレーシングも扱えるかもしれません。

しかし、レンダリングしようとするシーンの重さによっては、わずか数秒の3D画像をレンダリングするのに何日もかかってしまうこともあります。ゲームでは、gpuは移動しながらシーンをレンダリングする必要があります。そのためには、ハードウェアがリアルタイムでこれを実現できることが最大の条件となる。

もちろん、レイトレーシングはラスタライズよりもはるかに多くの処理を必要とするため、GPUに負荷のかかる作業となります。バーチャルシーンの各パーツにレイトレーシングを使用することは、最もリアルな映像を得るための理想的な方法です。しかし、通常はシーンの選択された部分のみに使用され、GPUはシーンの残りの部分をラスタライズで処理します。

Nvidiaの最新GPUシリーズへの取り組み、特にRTXの活用方法について紹介します。

nvidiaのrtx gpuはどのように動作するのでしょうか？

Nvidia の最新世代の GPU は、Turing とも呼ばれ、紙面上では著しい進歩を遂げています。nvidia は、これらの製品に、より小型の新しい 12nm プロセス**を採用しています。また、前世代に比べ50％パワーアップし、10倍高速化したとのことです。しかし、この数字にはあまり意味がない。

重要なのは、NvidiaがGPUの基本構造をどう変えたかということです。

これらの新しいGPUは、Nvidiaが前世代から使用している通常のCUDAコアを搭載しています。また、機械学習用の専用「テンソル」コアや、ご存知レイトレーシング用の「RT」コアが搭載されています。つまり、NvidiaはこれらのGPUをよりスマートな新しいアーキテクチャで構築し、レイトレーシングのための専用ハードウェアを初めて搭載したのです。

これらを組み合わせて、レイトレーシングを高速化し、リアルタイムに動作させることができるのです。

この新しいハードウェアを有効に活用するために、Nvidiaは様々なソフトウェアを提供しています。Nvidia OptiXは、ハードウェアをフルに活用するためのレイトレーシング機能です。また、「人工知能で加速するノイズ除去機能」を搭載しています。さて、ご存知のように、レイトレーシングは、仮想イメージの外観を決定するために照明を使用することに依存しています。

そのため、光の少ないところでは、どうしてもノイズが発生してしまいます。また、Nvidiaはvulkanapiにレイトレーシングのサポートを追加する作業を行っています。

また、NVIDIAだけがそうしているわけではありません。Windowsで多くのゲームを動作させるための前提条件として、Microsoft社のDirectXをご存じでしょうか（DirectXのインストールとアップグレードの方法）。マイクロソフトは、最新版の拡張機能として「DirectX Ray Tracing（DXR）」を発表しました。これは、開発者が自社のゲームにNvidiaのRTXを最大限に活用できるようなソフトウェアサポートを導入することを目的としています。

RTXは、新しいハードウェアパワーとレイトレーシング機能、そして従来から信頼性の高いラスタライズなどの関連処理を駆使し、これまで以上にリアルなゲーム体験を提供します。

レイトレーシングは次世代グラフィックスへの回答か？

まあ、正確には違うんですけどね。ライトトラッキングは、これまでコンシューマーの日常的なシーンで使われたことはありませんでした。そのため、コンシューマー業界ではこの技術に慣れるまでに時間がかかりました。開発者はこの技術をゲームに組み込み始めています。しかし、本稿執筆時点では、一部のゲームにしか対応していません。

ですから、GPUのアップグレードを考えている方は、しばらく待って、技術の進歩がより良い選択肢であることを確認してください。いずれにせよ、レイトレーシングはゲームの未来につながる可能性が高いです。RTX経由、あるいは他の類似の技術経由で、将来的にリリースされることになるかもしれません。

時間が経てばわかることです。とりあえず、この美しいテレビとゲーミングモニター、そしてNvidiaのBFGDモニターの違いの内訳をご覧ください。