リアルタイムのレイトレース、およびそれがビデオゲームにとって何を意味するか、説明しました

今のところ詳細は不足しています。ソニーは、2020年以前にプレイステーション5（またはそれが最終的に呼ばれるものは何でも）をリリースしないことを確認し、マイクロソフトはプロジェクトスカーレットが2020年に予定されている（ハローは無限ですとして起動タイトル）。しかし、コンソールとPCゲーム全体で注目を集めているように見える主要な次世代グラフィック機能があります。いいえ、PS5とProject Scarlettは、PS5とProject Scarlettがほとんどサポートしていても、8Kの解像度を参照していません。ほとんどの消費者の目。

レイトレース - 具体的にはリアルタイムレイトレース- ゲームグラフィックスの最新の話題のフレーズであり、正当な理由があります。それは未来です。このテクニックは、ビデオゲームでは実現可能ではありませんでしたごく最近まで;それは主にハリウッドの映画製作の世界に限定されていました。そこでは、アニメーションと視覚効果でコンピューターで生成された画像を作成するために長い間使用されてきました（そして、CGIが実写映像とシームレスにブレンドするために使用されます）。現在、PS5とProject Scarlettがリアルタイムのレイトレースをサポートすることを確認することで、次世代グラフィックスの決定的な要素の1つになる準備ができています。

しかし、なぜレイはビデオゲームのためにそんなに大したことをしているのでしょうか？ゲームメーカーが何十年もの間物事をやった方法とはどう違うのですか？飛び込みましょう。心配しないでください。オタクになりすぎないようにします。

レイトレースとは何ですか？それはどのように機能しますか？

現実の世界では、私たちが見るものはすべて、本質的に、私たちの見解で光がオブジェクトにぶつかった結果です。これらのオブジェクトが吸収、反射、および/または屈折するさまざまな程度は、すべてが私たちにどのように見えるかを決定します。

レイトレースは本質的に逆のプロセスであり、名前は非常に文字通りです。それは、想像上の目やカメラからその画像のオブジェクトへの光の経路を「トレース」することにより、コンピューターで画像を生成する方法を指します。（これは、光源から放出されるすべての光線をトレースするよりもはるかに効率的です。視聴者に届かない光線を処理することは、コンピューティングパワーの無駄になります。）

光線トレースアルゴリズムは、材料や光源などの要素を説明します。たとえば、オレンジ色の同一の色合いの2つのバスケットボールは、1つが革でできている場合、もう1つはゴム製である場合は同じように見えません。金属や硬質プラスチックのように、より光沢のあるものはすべて、反射を生成し、間接光で近くのアイテムを照らします。軽い光線の道に座っているオブジェクトは影を落とします。また、ガラスや水などの透明または半透明の物質は、屈折（曲げて）光を発します - 水の中に座っている場合、わらが壊れるように見える方法を考えてください。

レイトレースは、光が現実の生活の中で動く方法と、物理的な物質や材料、つまり物理法則によって支配されているときにそれがどのように動作するかをシミュレートすることに基づいているため、レイトレースを介して生成されたCGIは本当に光リアリスティックです。そのため、このテクニックは映画製作の標準になりました。しかし、レイトレースの欠点は、リアルタイムのビデオゲームグラフィックスのニーズに対して非現実的であるほど計算集中的であることです（または、最近まででした）。

理由を説明するために、レイトレースが実際にどのように機能するかの詳細についてさらに飛び込みましょう。上の図では、グリッドをコンピューターモニターと考えてください。現代のビデオゲームからシーンをレンダリングするために、コンピューターはゲームの3D仮想世界をモニターである2Dビューイングプレーンにマッピングします。そうすることで、コンピューターは画面上のすべてのピクセルの色を決定する必要があります。1080pディスプレイは200万ピクセルの北です。

このプロセスは、各ピクセルを介してカメラから1つ以上の光線を投影し、光線が三角形と交差するかどうかを確認することから始まります。（コンピューターグラフィックスの仮想オブジェクトは、ポリゴン、時には数千または数百万の三角形で構成されています。）光線が三角形に当たった場合、アルゴリズムは三角形の色やカメラからの距離などのデータを使用して最終的なものを決定するのに役立ちます。ピクセルの色。さらに、光線は三角形から跳ね返るか、それを通り抜けて、ますます多くの光線を測定することができます。そして、ピクセルを通して単一の光線をトレースすることは、リアルな画像を生成するのに十分ではありません。光線が多いほど、画質が高くなり、処理コストが高くなります。

Weta DigitalやPixarのような企業には、「レンダリングファーム」（数万のプロセッサコアを使用する可能性のあるスーパーコンピューター）があり、特定の視覚効果の単一フレーム、またはCG-の画面上のすべてのフレームを生成するために何時間も費やすことができます。アニメーション映画。しかし、ビデオゲームの1つのフレームを生成することになるすべてのCPUおよびGPU計算は、1秒以内に実行する必要があります。これは、ゲームマシンがスムーズなプレイ体験を提供するために、その場で少なくとも30回、少なくとも30回、新しいフレームをレンダリングできる必要があるためです。（これが、事前にレンダリングされたカットシーンがライブゲームプレイよりもかなり良く見えることが多い理由です。開発者が事前に録音されたビデオの映像を生成するために時間をかけてより多くのものを入れることができます。）

対照的に、ラスター化として知られるプロセスを使用して、リアルタイムのコンピューターグラフィックスが何十年もレンダリングされてきました。ラスター化にも多くのコンピューティングパワーが必要ですが、最新のGPUはこの手法を使用してポリゴンをすばやく描き、ピクセルに変換して、シェーディングとライトに変換することに非常に熟練しています。ただし、特に照明に関して、光エアリスティックなグラフィックスの生成に関しては、ラスター化には大きな制限があります。長年にわたり、ゲーム開発者は、反射、影、間接照明などの照明要素を生成するための巧妙なテクニックを考案してきましたが、これらの実装の多くは、レイトレースが実現可能な代替手段ではないために必要なハッキングや回避策に相当します。

最新のグラフィックテクノロジーでは、ラスター化とレイトレースの両方を使用して、それぞれが最適な特定のタスクによって2つの方法の間でレンダリングの義務を分割します。 nvidiaは昨年秋にその新しいものと一緒に消費者にレイのトレースを最初にもたらしましたグラフィックカードのRTXライン、レイトレースの計算を計算するために特別に構築されたハードウェアを含む。 4月、同社は新しいドライバーをリリースして有効にしましたGTXカードの一部のレイトレースサポート同様に、パフォーマンスが低いにもかかわらず。

EA DICEは、反射のためにこの手法を使用しました戦場5、クリスタルダイナミクスは影に焦点を合わせました墓侵入者の影、そして4Aゲームは、グローバルな照明と周囲の閉塞を備えていましたメトロ出エジプト記。レイトレースサポートは今のところ限られたままですが、それはおそらく変化しようとしています。

レイがビデオゲームのグラフィックスの未来を追跡するのはなぜですか？

ビデオゲームでリアルタイムのレイトレースが行われるのは初期の時代です。 NVIDIAのRTXグラフィックカードは現在、この技術をハードウェアベースのサポートを提供する唯一の消費者レベルのGPUであるため、機能を活用するゲームの数が少ない理由です。しかし、ますます多くの利害関係者が乗船するにつれて、未来はより明るく明るく見えます。

Microsoftは、昨年秋にWindowsおよびXbox Oneゲーム用のキーソフトウェア、DirectX 12に統合されたレイトレースサポートを統合しました。 3月の2019 Game Developers Conferenceで、Epic Games and Unity Technologiesは、それぞれのゲームエンジン（現代のゲーム開発で最も人気のある2つのエンジンであるUnreal EngineとUnityがレイトレースのネイティブサポートを提供することを発表しました。 CrytekはまもなくソフトウェアベースのRayトレースをCryEngineに統合します。つまり、この機能は、NVIDIAのRTXカードなどの専用ハードウェアなしでCryEngineゲームで機能することを意味します。

NvidiaのチーフライバルであるAMDは、レイトレースに関しては傍観者に座っていません。同社は、機能をサポートするハードウェアベースのサポートを備えた独自のGPUをまだ発表していません。月曜日のE3 2019での次世代NAVIアーキテクチャに基づいて2枚のカードを発表することで、Radeon RX 5700 XTおよび安価なRX 5700、AMDはレイトレースについて言及していませんでした。ただし、Project ScarlettとNext PlayStationの両方が、Naviに基づくカスタムGPUを含むAMDシリコンで実行されます。 PS5とScarlettがレイのトレースをサポートしている場合、AMDのNaviグラフィックスカードの一部も安全な賭けのようです。

今から1年後、AMDはレイトレース対応GPUを販売するためにNvidiaに参加した可能性があります。そしてその時点で、私たちはPS5とスカーレットのデビューからわずか数か月離れているかもしれません。これにより、ゲーム開発者のための大規模で堅実な基盤が生まれます。これは、レイトレース機能をサポートするゲームを作成する説得力のある理由です。そして、それはビデオゲームのグラフィックを前進させ、ゲームを前例のないレベルのフォトリアリズムにもたらします。