パストレーシング

パストレーシング

パストレーシングはレイトレーシングの拡張であり、光がシーン内で跳ね返り、間接的に表面を照らす方法であるグローバルイルミネーションをシミュレートします。基本的なレイトレーシングは光源からの直接光と反射のための数回の跳ね返りしか処理しませんが、パストレーシングは光線が最終的に光源に到達するまで跳ね返り続けます。これにより、現実世界で光が進むすべての方法を考慮するため、はるかに現実的な照明が得られます。

パストレーシングアルゴリズムは、カメラから各ピクセルを通して光線を発射することで機能します。光線が表面に当たると、アルゴリズムは表面のマテリアル特性に基づいて跳ね返る方向をランダムに選択します。光線が光源に当たるか無限遠に飛び去るまで跳ね返り続けます。これにより、カメラから光源へのパスが作成されます。ピクセルの色は、そのパスに沿って蓄積された光です。

跳ね返りの方向はランダムであるため、単一のパスは非常にノイズが多いです。クリーンな画像を得るには、ピクセルごとに多数のパスを発射して平均化する必要があります。これはモンテカルロ積分と呼ばれます。パスを多く発射するほど、画像はクリーンになります。ノイズはサンプル数の平方根に比例した割合で減少するため、最後のノイズを除去するには非常に長い時間がかかります。

パストレーシングは、他の手法では難しい効果を自然に生成します。カラーブリーディング（赤い壁が近くの白い壁に赤みを帯びさせる現象）は、光線が赤い壁で跳ね返りその色を運ぶため自動的に発生します。水中のグラスを通して見える集中した光のパターンであるコースティクスは、光線がガラスを通して屈折し、表面に集束するために生成されます。

現代のVFXレンダラーのほとんどすべてがパストレーシングを使用しています。Arnold、RenderMan、Cycles、Redshift、V-Rayはすべて、その中核としてパストレーサーです。それらの違いは、パストレーシングプロセスをどのように最適化するか、どのサンプリング戦略を使用するか、そして非常に明るい光源や反射率の高い表面などの難しいケースをどのように処理するかにあります。パストレーシングは、最小限の手動設定で最も現実的な結果を生成するため、標準となりました。