ゲームにおけるレイトレーシングとは？

レイトレーシングは、最新のNvidia RTX 50シリーズグラフィックカードやAMDの新しいRadeon RX 9070 XTおよびRX 9070でも言及されている機能です。最新のゲームで素晴らしいビジュアルを生成するために使用されており、今日のGPUの専用ハードウェアに依存しています。そのため、Nvidia、AMD、さらにはIntelも、新しいハードウェアをリリースするたびにこの技術を強調しているのです。

レイトレーシングは、古典的なゲームに新たな息吹を与えるためにも使用されており、最近リリースされた『Half-Life 2 RTX』がまさにそれを実証しています。

それでは、レイトレーシングとは何か、どこで使用されているか、どのような効果があるか、どのような課題があるか、そしてどのゲームがレイトレーシングを活用しているかについて詳しく見ていきましょう。それでは、早速始めましょう。

ゲームでは、レイトレーシングは現実的な照明をシミュレートします。それだけです。レイトレーシングによって生成される効果の中には、従来のラスタライゼーションよりもはるかに現実味のある世界を作り出す、非常に印象的なものもありますが、基本的にはそれだけです。現実的な影、反射、半透明、グローバルイルミネーションなどの照明効果は、すべてレイトレーシングによって以前の方法よりも大幅に改善されています。

雨に濡れた道路にできた水たまりに反射するネオンサインや、光を屈折させる店舗の窓を適切にレンダリングし、説得力のある世界を構築したいのであれば、レイトレーシングが最適な方法です。これが、この技術が『サイバーパンク2077』や、さらに最近では『GTA V』の拡張アップデートなど、レイトレーシング技術が採用されたゲームで効果的に使用されている理由です。

レイトレーシングは、光がシーン内のオブジェクトと相互作用する方法を正確にシミュレートするため、ゲームアーティストはラスタライズの制限事項に煩わされることなく、思い描く環境の創造に集中することができます。このため、レイトレーシングはゲームレンダリングの未来であるとよく言われますが、その通りであることを示す例は数多くあります。

開発者がレイトレーシングを実装する際には、特定の効果やビジュアルコンセプトをターゲットにします。単にオンにするだけのものではなく、影のような比較的単純なものからグローバルイルミネーションのようなより複雑な技術まで、さまざまな効果のツールキットです。主なレイトレーシング効果を簡単にまとめると次のようになります。

従来のラスタライズによる反射の作成は、回避策なしでは極めて困難であり、不可能です。長年にわたり、開発者はスクリーン・スペース・リフレクション（SSR）のような技術を使用してきました。SSRは、水の反射を効率的に処理したり、シーンを複製して反射の錯覚を作り出すことができます。しかし、これらの方法には明確な限界があります。例えば、SSRは現在画面に表示されているものしか反射しないため、カメラの視野外にあるオブジェクトは反射に表示されません。

これに対して、レイトレーシングによる反射はゲーム環境を正確に描写し、没入感を大幅に向上させます。 鏡、ガラス、水たまり、磨き上げられた表面の微妙な反射など、すべてが真のレイトレーシングの恩恵を受けます。 しかし、反射は計算負荷が高くなる可能性があり、そこでNvidiaのDLSS 3.5 Ray ReconstructionのようなAIを活用したソリューションが活躍します。

ゲーム開発者は長年シャドウマップを使用してきましたが、これには限界があります。影が不自然に見えたり、解像度の制約に悩まされたり、ダイナミックライティングに苦労したりすることがあります。レイトレースによる影は、グローバルイルミネーションのような他のレイトレーシング技術と組み合わせることで、特に、はるかに現実的になります。

ゲームでは従来、照明は非常に基本的な方法で処理されていました。直接照明はリアリティを演出するものでしたが、結果は依然として漫画的なものに見える可能性がありました。ゲームがより詳細で豊かなものになるにつれ、素材、表面、二次照明の間の微妙な相互作用が不可欠となるほど、リアルな照明に対する需要が高まりました。従来のラスタライゼーションでは、より現実的で確固とした世界を構築するために、照明を事前にレンダリングしていましたが、これはダイナミズムを犠牲にするものでした。何かが動くと、照明が現実的に反応できないため、照明が不自然に感じられることがありました。

再び、レイトレーシングが助け舟を出します。照明をより正確に処理することで、より没入感のある環境を作り出します。直接光と間接光の両方をシミュレートすることで、より現実味のあるシーンを作り出します。ダイナミックで、現実世界により近いトーンのものとなります。 レイ・トレーシングによるグローバル・イルミネーションの効果は、特に密林のような自然環境では微妙なものですが、脳が正しい手掛かりを拾い上げ、プリベイクド・ライティングよりもはるかに理にかなったものとなります。

レイトレーシングは大きな課題に直面してきました。まず、膨大な計算能力が必要であり、専用のハードウェアを必要とします。この技術を十分に体験するには、最新の高性能グラフィックカードが不可欠です。

最新のGPUを使用しても、シーン内の光線をすべてスムーズなフレームレートでトレースすることは現実的ではありません。その結果、ノイズの多い画像が生成されるため、後処理でクリーンアップする必要があります。このような制限があるため、ほとんどのゲームでは、レイトレーシングによるシーンを低解像度でレンダリングし、DLSSやFSRなどのアップスケーリング技術を使用して画質を維持しています。

もう一つのハードルは、すべてのゲームがレイトレーシングに対応しているわけではないということです。RTX 50シリーズのカードを購入すれば、すべてのゲームが突然生まれ変わるというほど単純なものではありません。良いニュースとしては、MicrosoftのDirectX 12にはレイトレーシングのサポートが組み込まれているため、開発者が実装しやすくなっています。

最後の課題は、従来のラスタライゼーションが現実的な照明のシミュレーションを極めて正確に行うようになったことです。ラスタライゼーションは依然として近似値や巧妙なトリックに頼っており、レイトレーシングなしでは不可能な効果もありますが、開発者たちはラスタライゼーション技術を洗練させ、視覚的な違いが必ずしもレイトレーシングの計算コストを正当化しないレベルにまで高めています。

リアルタイムレイトレーシングはここ数年で登場した技術ですが、その機能を紹介するゲームは数多くあります。この技術を駆使した注目すべきタイトルをいくつかご紹介しましょう。

• アランウェイク2
• ブラック・ミッション：悟空
• 管理
• サイバーパンク2077
• ゴーストライター：東京
• インディ・ジョーンズ/クリスタル・スカルの王国
• マーベルのスパイダーマン
• メトロ・エクソダス
• マインクラフト RTX
• ラチェット＆クランク：リフト・アパート
• バイオハザード ヴィレッジ
• シャドウ オブ ザ トゥームレイダー
• ウォッチドッグス：レギオン

Nvidiaのウェブサイトでは、ソート可能なレイトレーシングゲームの一覧を確認できます。Nvidiaの技術に焦点を当ててはいますが、レイトレーシングの機能を紹介するゲームを見つけるのに役立つリソースです。