普段からゲームで遊んでいる方や、近年のピクサーやディズニーのアニメを見たことがある方は、気づかないうちにレイトレーシングの効果を実感しているのではないでしょうか。

この言葉は、ここ2年ほどゲーム業界を騒がせており、ゲームグラフィックスの未来形として注目されています。では、レイトレーシングとは何か、どのように機能し、なぜそれほど重要なのか。

レイトレーシングは何ですか？

レイトレーシングとは、ビデオゲームにおける光と影の位置をアルゴリズムで計算するグラフィックスレンダリング手法の一つです。

そこで、小学校の理科が役に立つのですが、コップを見てください。カップを見ると、光が直接目に反射し、脳は目の前に座っている物体がカップであると理解します。今度は、カップから、目を動かして、部屋の中の光源を探します。それがレイトレーシングです。

現在の3Dビデオゲームでは、レイトレーシングのアルゴリズムは、プレイヤーの視点から始まり、画面上の複数のオブジェクトの光、色、影を「追跡」し、認識し、描画するようになります。

その結果、レイトレーシングで生成されたグラフィックスのエッジは、より滑らかでリアルなものになりました。

ライトトレーシング前

レイトレーシング以前のモーショングラフィックスがどのようなものだったかというと、21世紀初頭のビデオゲーム**を見て、現在販売されているAAAビデオゲームと比較すればわかるでしょう。

従来のコンピューターグラフィックスでは、3次元の光源の概念や描画を2次元の面上に変換するラスタライズと呼ばれる手法が用いられていました。3次元のポリゴンを2次元のピクセルに変換するのですが、実際には多くの面を持つ複雑なオブジェクトが平面に押し込まれるため、必ずしもスムーズにいくとは限りません。

その上、従来のコンピュータでは、ビデオゲームの迫力についていけるだけのスピードは出せません。ラスタライゼーションには多くの改良が加えられていますが、例えば激しいファーストパーソン・シューティングを実演するには、レイトレーシングと比べると物足りなさがあります。

レイトレーシングの仕組み

レイトレーシングという概念は、シンプルでエキサイティングなものに聞こえますが、決して単純な技術ではありません。

ライトトラッキングでは、アルゴリズムがカメラからトラッキングを開始し、最も重要な光の影をピンポイントで検出する「ノイズ除去」と呼ばれる処理を行います。機械学習により、「隙間を埋める」ことで、フォトリアルな画像を作り出します。

そのため、ゲームのシーンが明るくなればなるほど、グラフィックのクオリティは高くなり、クオリティが高くなればなるほど、コストも高くなるのです。ここで、ゲーム業界においてレイトレーシングの普及が遅れている理由を考えてみましょう。

なぜレイトレーシングは長い間避けられてきたのでしょうか？

レイトレーシングも新しい技術ではないことを知っておいてください。ハリウッドでは、ゲーム業界に進出するずっと以前からレイトレーシングが使われています。ピクサーが2013年に発表した映画『M○ッターズユニバーシティ』は、実はアニメーション映画として初めて、ライティングとカラーリングのすべてにレイトレーシングを使用した作品です。では、なぜレイトレーシングがビデオゲームに登場するのが遅かったのでしょうか。

まず、仕組みの面では、レイトレーシング自体が計算負荷が高いということです。秒間24フレームの標準的な90分のアクション映画にレイトレーシングの技術を適用することは、すでに非常に時間がかかることです。アニメーターは1つのシーンに何日も何週間もかけることがありますから、60フレーム/秒の標準的なビデオゲームでのレイトレーシングがどれほど激しいものであるか想像してみてください。単純に非現実的なんです。

次に、前述したようにレイトレーシングは高価です。時間がかかるのはもちろんですが、高額な予算がかかるため、ハリウッドでは大手映画会社**だけがレイトレーシングを行うことができました。ピクサーの『モンスターズ・ユニバーシティ』は2億ドル**で、2019年公開の『トイ・ストーリー4』もそうだった。

また、リアルタイムレイトレーシングに対応した最新のグラフィックカードは、400ドルから3000ドル程度です。

レイトレーシングを使用する場合

レイトレーシングは、ゲームではほとんど使われていますが、特にカットシーンではよく使われています。ビデオゲームでは、なぜキャラクターがよりリアルで複雑に見えるのか、気づいたことはありますか？2019年のヒットAAAタイトル「Control」は、ビデオゲームにおけるレイトレーシングの成功を示す代表的な例です。

ビデオゲーム以外にも、レイトレーシングは多くの産業で利用されています。建築分野では、建物の3Dモデリングに使用されるソフトウェアアプリケーションにレイトレーシングが組み込まれています。これにより、建築家は手描きのコンセプトスケッチよりもリアルに建築デザインを視覚化し、より正確に光をモデル化することができます。工学の分野では、レイトレーシングも同様の目的で使用されています。

ゲーム開発者とレイトレーシング

2008年にレイトレーシング企業RayScaleを買収した後、Nvidiaは業界で初めてレイトレーシングの商用化を開始しました。2018年には、グラフィックスカードのGeForce RTXシリーズをコンシューマー向けに発表しました。その後、大手のゲーム開発者が次々とレイトレーシングに参入してきました。

2019年、Epic GamesとUtility Technologiesは、彼らの象徴的なハードウェアエンジンがレイトレーシングのネイティブサポートを提供することを発表しました。2018年、Microsoftはレイトレーシング技術をXbox One用の主要なマルチメディアおよびゲームプログラミングソフトウェアであるDirectX 12に統合しました。2020年初頭、技術大手はDirectX 12のアップグレード版であるDirectX 12 Ultimateを発表しました。

レイトレーシングについてもっと知りたい方は、Nvidiaの最新GeForce RTX製品の比較記事をご覧ください。もしあなたがLinuxユーザーなら、NvidiaとAMDの異なるGPUがLinux上でどのように積み重なるかを見てみましょう。

レイトレーシングは、ゲームの未来を形作る

本来、レイトレーシングが約束するのは、最大限に楽しむための高品質な視覚体験です。ビデオゲームにおけるレイトレーシング技術はまだ初期段階にありますが、その市場への参入は、この数十億ドル規模の産業にとって明るい未来を示しています。