レイトレーシング

レイトレーシング

レイトレーシングは、現実世界での光の伝わり方をシミュレートするレンダリング手法です。スキャンラインレンダリングのようにポリゴンをラインごとに処理する代わりに、レイトレーシングはカメラから各ピクセルを通して光線を発射し、何に当たるかを計算します。光線が表面に当たると、レンダラーはマテリアルに基づいて色を計算し、反射、屈折、影のために追加の光線を発射します。

基本的なレイトレーシングアルゴリズムは驚くほどシンプルです。画像の各ピクセルについて、カメラ位置からそのピクセルを通してシーンに1本以上の光線を発射します。各光線が最初に当たる表面を見つけます。次に、マテリアルと照明を評価してその点の色を計算します。反射面の場合は光線を反射させて続行します。透明面の場合は光線を屈折させて続行します。

レイトレーシングは、スキャンラインレンダリングでは難しい効果を自然に処理します。反射は光線が正しい角度で表面で跳ね返るため正確です。影はレンダラーが表面点から光源が見えるかどうかをチェックするため正確です。ガラスや水を通した屈折も正しく機能します。結果はスキャンラインレンダリングよりもはるかにリアルで、特に複雑な照明のシーンで顕著です。

レイトレーシングの欠点はパフォーマンスです。すべてのピクセルに光線を発射し、さらに反射や影のためにさらに多くの光線を発射するには、膨大な計算能力が必要です。初期のレイトレース画像は、単純なシーンでもレンダリングに何時間もかかりました。Nvidia RTXのような専用レイトレーシングコアを搭載した最新のハードウェアにより、リアルタイムレイトレーシングが可能になりましたが、それでも従来のラスタライゼーションよりもコストがかかります。

レイトレーシングは、最新のVFXレンダラーのほとんどで基礎となっています。Arnold、RenderMan、V-Ray、Cyclesはすべて、コアアルゴリズムとしてレイトレーシングを使用しています。それらの違いは、レイトレーシングプロセスの最適化方法、複数バウンスの処理方法、ノイズの低減方法にあります。しかし、カメラから光線を発射するという基本概念はすべて同じです。