レイ トレーシングとは何ですか? それはゲームをどのように変えるのでしょうか?

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表現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 経験。

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。 比較してみましょう の反射 GTA V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現実的になりました。 しかし、ゲームは現実世界の反射、屈折などの観点からはまだフォトリアリスティックではありません。 イルミネーション。 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。

驚くべき点は次のとおりです。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類似しているため、非常にリアルな 3D レンダリング技術となり、次のようなブロック状のゲームも作成できます。 マインクラフト 適切な条件下ではほぼ写真のように見えます。 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。 バトルフィールド V それはその良い例です. 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、次のようなゲームで表示される詳細レベルでは表示できません。 バトルフィールド V レイトレーシングが有効な場合。

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。 これが非常に効果的であることがわかります シャドウ オブ ザ トゥームレイダー.

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 かなりの時間と労力を費やしましたが、それでも結果は完全に正しいものではありませんでした。

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が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必要があります。 メトロ エクソダス 実装は完璧ではありませんが、この手法を使用しています.

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 これにより、パフォーマンスが向上し、真のレイ トレース シーンの作成に必要な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がカバーされます。 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

こうした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 トレーシング専用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、またはシェーダ実行順序変更で入手可能です。 RTX4090 Nvidia によれば、レイ トレーシングを使用するとゲームのパフォーマンスが 25% 向上する可能性があります。 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のレイトレーシング ただし、利用可能な唯一のオプションではありません。 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。

あなたはまだ欲しいでしょう 強力なグラフィックスカード しかし、この技術がゲーム開発者の間で普及するにつれて、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かもしれません。

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 ( RX 6800 XT と RTX 3080 の比較 と RX 6900 XT と RTX 3090 の比較 詳細については比較を参照してください)。

ということを考えると、それは驚くべきことではありません。 ビッグナビアーキテクチャ AMD の RX 6000 カードに電力を供給することは、まさに第一世代のレイ トレーシング アクセラレーションです。 のビジュアルを強化しているのと同じアーキテクチャです。 PlayStation 5 および Xbox シリーズ X、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、私たちはデビューを見るでしょう AMD FidelityFX 超解像度 (FSR) ゲーミングPCにも Microsoft Xboxの最新バージョン.

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、快適に動作させるための RT コアがありません。 プレイ可能。

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、 RTX 3070 または RX 6800 特定のタイトルで 1440p に移行したい場合。

選択肢は限られています レイトレーシング対応のゲームは多数ありますが、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、次のような初期の RTX デモが含まれます。 バトルフィールド V, シャドウ オブ ザ トゥームレイダー、 と メトロ エクソダス. 最近のゲームのようなもの コントロール と MechWarrior 5: マーセナリーズ 説得力があるように見えます。 ステイ・イン・ザ・ライト 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。 リマスターされた クエイクII RTXレイトレーシング搭載 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。 として プレイステーション5 と Xbox シリーズ X 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 ウォッチドッグス 2 新しいものとは異なります ウォッチドッグス レギオン、新しいゲームがコンソールやコンピューターで動作するようにレイトレーシングを開始したためです。

使ってみてください UL Benchmark の Port Royal レイ トレーシング お使いの PC がレイ トレーシングで動作するかどうかを確認します。

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