ビデオ ゲームの歴史に画期的な溝を描き、デザインと一般的に私たちのお気に入りのメディア開発へのアプローチを永遠に変えた 3D の出現後、グラフィックの進化の曲線はより柔らかく、より直線的な道をたどりました。年々ハードウェアの能力が向上し、その結果ポリゴンが増加し、解像度とテクスチャの品質が向上し、パーティクル効果が導入され、最終的には動的なライティングが一定のものになりました。
第 1 世代の NVIDIA GeForce RTX グラフィックス カードの登場に続いて、最新の AMD GPU が登場し、DLSS や FSR などのテクノロジを備えた人工知能の登場により、フォトリアリズムと一部のテクノロジの目標に向けてさらに前進しました。それまでは映画の世界だけのものでしたが、プロのグラフィックスがビデオゲーム分野にも進出してきました。
私たちが話しているのはレイ トレーシング、ビデオ ゲームの照明を理解する方法に革命をもたらしたレンダリング テクニックで、まだ完全には表現されていない物理学への影響により、グラフィック全体の品質を大幅に向上させます。しかしレイ トレーシングとは何ですか?このテクノロジーはどのように機能しますか?一緒に調べてみましょう。
レイ トレーシング: 光の物理学をシミュレートします。
定義から始めると、レイ トレーシングは、仮想シーンを通過する光の経路をシミュレートするレンダリング技術です。、シーン内に存在するオブジェクトとの相互作用を詳細に計算します。
これは、光源からプレイヤーの目までの光線の経路をたどることによって起こります。光線がオブジェクトに当たると、反射、屈折、吸収などのさまざまな相互作用が発生する可能性があります。これらの相互作用は光線ごとに正確に計算され、実際の光の動作をシミュレートする自然光効果が生成されます。
レイ トレーシングは、複雑なアルゴリズムを使用して、オブジェクトの形状、材質、表面の光学特性などの要素を考慮して、光線の動作を決定します。各光線はシーン内をトレースされ、途中でオブジェクトと相互作用し、途中で遭遇したピクセルの照明と最終的な色に関する情報を蓄積します。このプロセスにはかなりの計算能力が必要です。シミュレートされる光線が増えるほど、より多くのハードウェア リソースが必要になります。したがって、レイ トレーシングを使用してシーン全体をリアルタイムでレンダリングすることは、これまでのところ、最先端のハードウェアにとっても要求が多すぎるプロセスです。
この問題を克服するために、シーンの構成に実際に寄与する光線だけが「投影」され、存在するオブジェクトと直接相互作用しない光線や、無限に反射する光線が除去されます。
ビデオ ゲーム内でレイ トレーシングを最適化するために使用される主なテクニックの中で、レイ キャスティング、バウンディング ボリューム階層、およびノイズ除去フィルタリングについて言及する必要があります。レイ トレーシングの基本プロセスには、レイの「発射」が含まれます。レイキャスティング正確には、カメラから仮想シーン内の画像の各ピクセルを介して。各光線は、光源からカメラまで光がたどる経路を表します。このプロセス中に、シーン内のオブジェクトが交差して、カメラの視点から、つまりプレーヤーの視点からどの要素が見えるかを決定します。
イルバウンディングボリューム階層 (BVH)または「境界ボリューム階層」は、複雑なシーンの衝突検出とレンダリングのプロセスを高速化するために、レイ トレーシングの最適化やその他のコンピュータ グラフィックス アプリケーションで使用される技術です。 BVH は、シーン内のオブジェクトをバウンディング ボリュームと呼ばれるバウンディング ボリュームの階層構造に編成します。これらの境界ボリュームは一般に計算が簡単で、シーン内のオブジェクトの形状と位置をおおよそ記述します。レイ トレーシングのコンテキストでは、BVH は、カメラによって発射された光線と交差するように計算されるシーンのオブジェクトまたは部分を決定するために使用されます。 BVH を使用すると、光線の経路に含まれないオブジェクトの解析を回避できるため、計算される交差点の数を大幅に減らすことができます。
次に、近似によって生成された「ノイズ」を補正するには、いわゆるデノイザー、私たちの記事で詳しく話しましたDLSS 3.5 とレイ再構成のガイド。
最後に、現代のビデオ ゲームにおけるレイ トレーシングのほとんどのアプリケーションでは、ハイブリッドレンダリング技術、これはより伝統的なラスター化に疑問を投げかけます。
のラスタライゼーションは、GPU で 3D グラフィックスをレンダリングするために使用される従来の方法ですリアルタイム: これは、頂点、三角形、その他の幾何学的要素を含むシーンの幾何学的記述から始まります。次に、シーンがフラット スクリーンに投影され、ピクセルに分割されます。GPU は、シーン内のどの三角形がそれらの同じピクセルと重なるかを判断します。最後に、幾何学的変換、ライティング、テクスチャ マッピング、シェーディングなどの一連の操作が適用され、重なっている三角形に基づいて各ピクセルの最終的な色が計算されます。どんなに重くても、ラスタライズプロセスはレイトレーシングより負担が少ない: 主な反射、影、屈折は後者に委任され、ラスタライズはより単純な照明計算に使用されます。
このようにして、グラフィック品質の観点から素晴らしい結果を得ることができます。ゲームのパフォーマンスを損なうことなく。
ハードウェアが違いを生むとき
レイ トレーシングには非常に大きなコンピューティング能力が必要であり、ゲームの使いやすさを損なうことなく最適な結果を得るには、特別に設計されたハードウェアが必要です。この意味で、NVIDIA や AMD などの各メーカーのアプローチは大きく異なります。
Jensen Huang 氏が率いる企業は、照明の「革命」を主導しました。NVIDIA は、レイ トレーシング (およびその後のパス トレーシング) の計算に特化したユニットを搭載した GPU ラインを市場に投入しました。 Turing アーキテクチャを使用した NVIDIA GeForce RTX シリーズのグラフィックス カードの最初のバージョン以来、温室は RT コア (レイ トレーシング コア) を採用しました: これらのコアは、光線とシーン オブジェクトの交差、反射と屈折、影の計算など、ライト トラッキングのシミュレーションに関連する複雑な計算を実行するように設計および最適化されています。このハードウェアは並列コンピューティング機能を活用し、NVIDIA ブランドのアーキテクチャに完全に統合されており、CUDA コア、Tensor コア、ラスタライゼーション ユニットと共生して動作します。すべてのコンポーネントのワークロードを調整して管理することで、より高速で正確なレンダリング プロセスを実現できます。 。
NVIDIA グラフィックス カードの進化は、レイ トレーシングのパフォーマンスの向上に貢献しました。最初にアンペール アーキテクチャ、次にエイダ ラブレス、温室には、ますます高性能の RT コアとより多くの専用コンピューティング ユニットが実装されています。
人工知能の GPU への実装と統合により、NVIDIA は既存のレンダリング技術を改善したり、新しいソリューションを導入したりすることもできました。DLSS の特集そしてレイ再構築では、カリフォルニアの巨人はレイ トレーシング (そしてパス トレーシング) の利用を具体的な可能性にすることに成功しました。
AMDは代わりに採用したよりソフトウェア中心のアプローチ: Red House のグラフィックス カードには専用のハードウェア ユニットがなく、グラフィックス カードのコンピューティング機能を利用します。RDNA アーキテクチャ同様の結果が得られます。 Radeon RX 6000 GPU から始まって、RDNA 2 アーキテクチャは、いわゆるレイアクセラレーターコンピューティング ユニットは、通常のマージされたコンピューティングに組み込まれていますが (したがって RT コアには匹敵しません)、レイ トレーシング用に最適化されています。
AMD が使用する技術の品質とパフォーマンスは競合他社のものよりも依然として低いレベルにありますが、このタイプのアプローチにより、レッドハウスは次のようなサービスを提供できるようになりました。「オープンソース」のサポート、市場で入手可能なほとんどのハードウェアへのグラフィックス テクノロジの互換性を拡大します。
辿った道
レイ トレーシングはゲーム分野では比較的新しいテクノロジーですが、業界全体、特に PC ゲーム分野にすでに大きな影響を与えています。この照明技術の一般的な応用に到達するまでの道のりはまだ長く、必然的に通過します。人工知能の同時開発、そして何よりもコンソールの世界からの開発: 現世代の家庭用ゲーム機が、グラフィックスを向上させるための実際のツールとしてではなく、マーケティング目的でレイ トレーシングを使用してきた場合、次のラウンドのゲーム機では、このテクノロジを完全にサポートできるハードウェアが提供されないはずがありません。
しかし、ゲームの面では、レイ トレーシング (さらにはパス トレーシング) が、メトロ エクソダスの最初の爆発的なデモンストレーションから、最終的な成熟に至るまで、どのように最終的なエクスペリエンスを大きく変えることができるかをすでに見てきました。アラン ウェイク 2Remedy によると、これらの照明技術は、タイトルの視覚的パフォーマンスを最大化し、芸術的な方向性にプラスの影響を与えるだけでなく、光の動作の正確なシミュレーションが持つことができる「物理的」可能性を初めて体験できることを実証しました。
