レイトレーシングとは何ですか？ （そしてそれがPCゲームにとって何を意味するか）
公開: 2022-01-29最近ゲームをしていると、目が大きく広がっていることに気づきましたか？ もしそうなら、それはゲームの球全体にゆっくりと広がっている新しい技術のためかもしれません。 PCゲームの最新の最も壮観な視覚的強化は、レイトレーシングのおかげでもたらされます。これは、特殊なハードウェアを使用してリアルタイムで可能になったのはごく最近のことです。
レイトレースはPCゲームで一般的に参照されていますが、MicrosoftのXbox SeriesXとSonyのPlayStation5にも、必要なハードウェアと、それをサポートするゲームのライブラリが増えています。 この記事では、レイトレーシングが従来のラスター化とどのように異なるか、ゲームの将来にとって重要である理由、そしてもちろん、レイトレーシングが次のゲーミングPC（ゲーミングデスクトップまたはゲーミングラップトップ）またはコンソールの購入に影響を与えるかどうかについて説明します。
レイトレーシングの基本
レイトレーシングは、コンピューターで生成されたシーンを照らすのに適した手法です。 コンセプトは新しいものではありません。 新しいのは、コンピューティング筋に到達して効率的にそれを実行できるようにすることです。
暗い部屋に入って懐中電灯を向けるのと同じように、オブジェクトに光線を当てて、それが表面でどのように跳ね返るかを追跡することを想像してみてください。 次に、シーンがどのように見えるかを理解するために戻る（および戻らない）光線を使用して、多くの光線を撮影することを想像してください。 たとえば、戻らなかった光線はオブジェクトによってブロックされた可能性があり、影が作成されます。 （レーダーがどのように機能するかと同じように概念を考えることはそれほど遠くありません。）
その基本的な説明は、レイトレーシングが実際の照明とどのように平行しているかを強調しています。目に届く光は、あなたが見ているものを脳に伝えます。 アニメーション映画は何十年もの間レイトレーシングを使用してきました。 たとえば、ピクサーのトイストーリーは、1995年に脚光を浴び、それ以来、レンダリングが大きく進歩しました。
しかし、映画業界がレイトレーシングを使用している限り、ビデオゲームは3Dワールドをレンダリングするために、別の手法であるラスタライズに依存してきました。 ただし、その背後にある理由を説明する前に、レイトレーシングとラスタライズを対比してみましょう。
基本：レイトレーシングとラスタライズ
ラスタライズは、シーンレンダリングへのオブジェクトベースのアプローチです。 各オブジェクトは最初にカラーでペイントされ、次にロジックが適用されて、目に最も近いピクセルのみが表示されます。 対照的に、レイトレーシングは最初にピクセルに色を付け、後でオブジェクトでそれらを識別します。 シンプル...それがすべてを説明しますよね？
まあ、完全ではないので、このように考えてください。 ラスタライズには、リアルなビジュアルを作成するための特別なテクニックと微調整が必要です。 たとえば、ゲームのレンダリングパイプラインは、オブジェクトのピクセルが特定のパターンを持つ特定の効果を適用するように調整および最適化される場合があります。 当然、このタイプのロジックはオブジェクトごとに、またシーンごとに異なります。 これを利用するには開発者側の努力が必要ですが、コンピューターが比例した処理能力なしで複雑なシーンをレンダリングできる可能性があるため、効率が向上する可能性があります。
レイトレーシングは、光線の射撃に基づいているため、ラスタライズよりも一般的な方法で適用される傾向があります。 結果として、それを使って視覚的な結果を達成するための技術は、それらの光線がどのように使用されるかに基づいています。 たとえば、より柔らかい影と反射では、より多くの光線を発射する必要がありますが、モーションとぼかし効果では、光線のタイミングまたは光線の原点を変更する必要があります。
結局のところ、ラスタライズとレイトレーシングを使用して同じ結果を達成できます（または、少なくともそれに近い結果が得られます）。 それでは、なぜ一方が他方よりも使用されるのかを調べてみましょう。
主流のゲーム、レイトレーシングに会う
数十年前、レイトレーシングに必要なハードウェアとは異なり、ラスタライズに必要なハードウェアが主流の購入者がアクセスできるほど手頃な価格であったため、ラスタライズはビデオゲームでその地位を獲得しました。 これはまだ大部分は真実です。 ゲーム用グラフィックカードはラスタライズ用に最適化されており、今後何年も使用できるようになります。
レイトレーシングの主流ゲームへの道のりは、2018年にNvidiaのGeForceRTXデスクトップカードラインがGeForceRTX2080の形で発売されたことから始まりました。Nvidiaは2020年に第2世代のGeForceRTX 3000シリーズカードを発表しました（GeForce RTX 3080がヘッドライン） 、そしてライバルのAMDは、Radeon RX6000シリーズですぐに追随しました。 （フラッグシップのRadeon RX 6800 XTのレビューを参照してください。）
簡単に言えば、レイトレーシングがゲームシーンに入るのに非常に長い時間がかかりました。それは、レイトレーシングを実行するためのコンピューティングリソースが、主流の採用を可能にする価格では達成できなかったためです。 確かに、エントリーコストはまだ比較的高いです。AMDもNvidiaも、ハードウェアレイトレーシングを備えたローエンドのデスクトップグラフィックカードをまだ提供していません。 現時点では、ハードウェアでレイトレーシングが可能な「エントリーレベル」のビデオカードはGeForce RTX 2060で、2019年に349ドルという低予算で発売され、最近のほとんどのソースからの価格をはるかに上回っています。ビデオカードの需要が高い（そして供給が少ない）。
私たちがテストしたトップレイトレーシンググラフィックカード...
それでも、ある時点で、価格は安定します。 そして、特に最新のゲーム機がパーティーに加わったので、シーンは継続的な主流の採用に向けて設定されています。
レイトレーシングによる視覚的改善
レイトレーシングはゲームグラフィックスの扉に足を踏み入れただけであることを理解することが重要です。 これは、ゲーム全体をリアルタイムのレイトレーシングでレンダリングすることは、今日のハードウェアの機能をはるかに超えているためです。 レイトレーシングをサポートするゲームは、特定の効果、主に影や照明に関連する効果にのみ使用しますが、他のすべてはまだラスタライズされています。
まず、用語の簡単な入門書です。 NvidiaのRTXブランドのカード（たとえば、GeForce RTX2060またはRTX3080）は、Nvidiaが広く「RTX」と呼んでいる独自のグラフィックスレンダリング実装を利用しています。 この実装では、DirectX 12、より具体的にはそのDirectXレイトレーシングAPI（DXR）を使用して、ゲームエンジンの光路をレンダリングできます。
一方、DXRは、Nvidiaのハードウェアとは独立して、またはそれと組み合わせて動作できるレイトレーシングAPIです。 たとえば、ゲームCrysisの開発者は、数年前に、AMD Radeon RX 5000シリーズカード（RTコアが搭載されていないGPU）でレイトレーシング反射を実行する独自のCrytekエンジンのデモを披露しましたが、パフォーマンスは予想どおりに遅くなりました。 。 RTコアを搭載したAMDRadeon RX 6000シリーズカードで同じデモを実行すると、DXRシーンの処理が大幅に高速化されます。
RTコア（光線の計算に特化）は、AMDまたはNvidiaブランドのグラフィックカードでDXRをより高速に実行するのに役立ちますが、DXRを実行するためにRTコアは必要ありません。
レイトレーシングがどのようにゲームを視覚的に改善できるかを見てみましょう。 次のスクリーンショットのペアを、Nvidia GeForceRTXグラフィックスカードでレイトレースシャドウをサポートするPC用のSquareEnixのシャドウオブザトゥームレイダーで撮りました。 具体的には、地面の影を見てください。
これがシャドウオブザトゥームレイダーのシーンの別のペアです...
そして、最終セットを見てみましょう...
レイトレーシングされたシャドウは、より粗いラスタライズされたバージョンと比較して、より柔らかく、よりリアルになります。 それらの暗さは、オブジェクトがブロックしている光の量によって異なり、シャドウ自体の内部でも異なりますが、ラスタライズはすべてのオブジェクトにハードエッジを与えるようです。 ラスタライズされたシャドウはまだ悪くはありませんが、レイトレーシングされたシャドウでゲームをプレイした後、戻るのは困難です。
現在、ゲームでのレイトレーシングのサポートは、AMDカードとNvidiaカードで別々に実装する必要があるため、多少二極化しています。 2020年までレイトレーシング対応のグラフィックカードを製造したのはNvidiaだけだったため、Nvidiaカードをサポートするゲームが増えていますが、両方のフレーバーをサポートするゲームが増えています。 後者の例としては、Cyberpunk 2077、Dirt 5、Godfall、World of Warcraft：Shadowlandsなどがあります。
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レイトレーシング：パフォーマンスへの影響
PCグラフィックスに関しては、すべてが代償を伴い、レイトレーシングの視覚的な利点も例外ではありません。 これを有効にすると、通常、ゲームごとに影響が異なるパフォーマンスペナルティが発生します。
たとえば、ゲームShadow of the TombRaiderに組み込まれているベンチマークを見てみましょう。 AMD Ryzen 9 5900Xプロセッサ、GeForce RTX 3080グラフィックスカード、および32GBのメモリを搭載したゲーム対応デスクトップで実行しました。 以下に示す数値は、2つの解像度でテストされたもので、1秒あたりの平均フレーム数（fps）です。 スムーズなゲームプレイには、少なくとも60fpsが必要です。
レイトレーシングによる2桁のパフォーマンスヒットは重要であり、これはパフォーマンスを向上させるDLSS機能がオンになっていることに注意してください。 DLSSは、特定のゲームでサポートされているNvidia固有の機能であり、レイトレーシングの計算負荷によるフレームレートへの影響を軽減するのに役立ちます。 （DLSSの詳細については、NvidiaのDLSS 2.0のテスト：無料でより高いフレームレートをテストする機能を参照してください）DLSSは大きな期待を示していますが、ゲームはそれをサポートする必要があります。 最近勢いを増している一方で、それに対するサポートは普遍的ではありません。
このパフォーマンスのトレードオフは、シャドウとライティングエフェクトを適用することだけに起因するため、今日のテクノロジーは、レイトレーシングを使用してゲーム全体をレンダリングすることからはかなり遠いことを忘れないでください。 とはいえ、このゲームにはレイトレースシャドウ設定があり、パフォーマンスへの悪影響が少ないため、パフォーマンスヒットはこの場合の最悪のシナリオです。
ゲームの最適化は言及に値します。 開発者は間違いなく、ラスタライズと同じようにレイトレーシングをより適切に最適化する方法を学ぶので、現在のハードウェアからより多くのレイトレーシング効果を引き出すことが可能になるはずです。 （もう一度、ラスタライズがどこまで進んだかを見てください。）
私たちがレビューした主要なレイトレーシングゲーム
DLSSも役立つアプローチの1つであり、時間の経過とともにDLSSの改良と拡張が期待されます。 AMDはまた、「スーパーレゾリューション」と呼ばれる独自のDLSSスタイルのパフォーマンス節約の代替案にも取り組んでいます。 スーパーレゾリューションは、MicrosoftのDirectMLチーム（「ML」は「機械学習」の略）と共同で開発されています。 ただし、AMDによると、この技術はまだ道のりであり、早くても2022年までこの技術で実行されるゲームは見られないでしょう。
レイトレーシングの未来：ゆっくりと勢いを増している
今日のゲームでのレイトレーシングのアプリケーションは限られていますが、ここにとどまります。 AMDがハードウェアレイトレーシングをサポートするRadeonグラフィックカードを導入してNvidiaをフォローして以来、この書き込みは壁にかかっています。 Xbox SeriesXおよびPlayStation5でのハードウェアレイトレーシングのサポートは、それをさらに推進します。
その点で、レイトレーシングを採用するという選択は、コンソールゲーマーのために行われました。 最新のモデルはすべてハードウェアレイトレーシングをサポートしているため、最新のミッドエンドからハイエンドのグラフィックカードを購入するPCゲーマー向けにも作られていますが、古いグラフィックカードまたはローエンドのグラフィックカードを使用するゲーマーがアップグレードする必要があるのか、それとも市場に出ているゲーマーがアップグレードするのかという疑問が残ります。ポニーアップする必要があります。
つまり、視覚的な違いにお金の価値があると判断しない限り、ハードウェアレイトレーシングをサポートするグラフィックカードに投資する必要はありません。 レイトレーシングは現在、ゲームに他の利点をほとんど提供していないため、単純な楽しみに要約されます。
現在の限られた可用性とグラフィックカードの高価格により、レイトレーシングは本来よりもさらに大きな投資になります。そのため、GeForceRTXまたはRadeonRX 6800カードを着陸させるのに十分な幸運がない限り、レイトレーシングを継続することは理にかなっています。ウィッシュリストを作成し、現金をゲームに使用します。 待っている間にレイトレーシングのサポートが追加された購入したゲームを再体験できるため、この戦略は長期的にはさらにうまくいく可能性があります。