レンダリングパイプライン

レンダリングパイプライン

レンダリングパイプラインは、レンダラーが3Dシーンを2D画像に変換するために従う一連のステップです。パイプラインを理解することで、シーンの最適化やレンダリングの問題のデバッグに役立ちます。レンダラーごとに実装は異なりますが、基本的なパイプラインはすべてで同様の構造に従います。パイプラインはいくつかの主要な段階に分けられます。

最初の段階はジオメトリ処理です。レンダラーはシーンから3Dモデルを取得し、それらをローカル座標系からワールド空間、カメラ空間、そして最終的にスクリーン空間に変換します。これには、各頂点をワールド、ビュー、プロジェクション行列で乗算することが含まれます。この段階で、レンダラーはバックフェイスカリングも実行し、カメラから向こう側を向いているポリゴンを除去します。

次に、リアルタイムレンダラーの場合はラスタライゼーション、オフラインレンダラーの場合はレイトレーシングが来ます。ラスタライゼーションは、変換されたジオメトリをピクセルに変換し、各三角形がカバーする画面上のピクセルを決定します。レイトレーシングはその逆で、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。レイトレーシングはより正確な結果を生成しますが、はるかに遅くなります。

可視性が決定された後、シェーディング段階で各可視表面の色が計算されます。ここでマテリアル、テクスチャ、ライティングが統合されます。シェーダーは各ポイントでの表面プロパティを評価し、テクスチャ値を検索し、光が表面とどのように相互作用するかを計算します。皮膚やガラスのような複雑なマテリアルでは、この段階で複数層のシェーディング計算が行われることがあります。

最終段階はポストプロセッシングです。これには、HDR値を表示可能なLDR値に変換するトーンマッピング、ギザギザのエッジを滑らかにするアンチエイリアシング、被写界深度やモーションブラーなどのカメラエフェクトが含まれます。これらのエフェクトの一部は、パイプラインによってはコンポジット段階で行われることもあります。出力は最終的なレンダリング画像です。