レイトレーシング(Ray tracing)は、実際の生活で光がどのように機能するかをシミュレートする高度な形式のコンピュータグラフィックスです。真に写実的に見えるコンピュータグラフィックスを作成できます。
以前は、レイトレーシングは(ray tracing)ハリウッドのCG(Hollywood CG)フィルムなどの大規模なコンピュータグラフィックスプロジェクトに限定されていました。現在、PCゲーム(PC gaming)、そして間もなく次世代のゲーム機に搭載されています。
これが非常に多くの人々を興奮させている理由を理解するために、レイトレーシンググラフィックスをこれまで使用されてきた主流のグラフィックスレンダリング方法であるラスタライズと比較する必要があります。
ラスタライズとレイトレーシング(Rasterization vs Ray Tracing)
現代のリアルタイムコンピュータグラフィックスは素晴らしく見えます！20年または30年前の基本的な3Dグラフィックスと関係があるとは想像しがたいです。真実は、プレイステーション1(Playstation 1)や現在のプレイステーション4(Playstation 4)のようなコンソールは、 3Dグラフィックスをレンダリングしてから2D画面に配置するという同じ基本的な方法を使用しているということです。
これはラスタライズ(rasterization)として知られています。「ラスター」は、ピクセルのグリッドとして表示される画像であり、画面に表示されるものとまったく同じです。ラスタライズ(Rasterization)は、3Dシーンを画面上の2D画像に変換するプロセスです。
3Dシーンは3Dであるため、これを行う必要があります。奥行きがあるため、仮想オブジェクトは相互に移動して、任意の視点から見ることができます。ラスタライズの過程で、コンピュータは、画面が基本的にその3Dワールドへのウィンドウである場合、そのシーンがどのように見えるかを把握する必要があります。
実生活では、シーンにはテクスチャと照明(texture and lighting)、および形状、奥行き、サイズ(depth and size)があります。光のシミュレーションは、従来、どの家庭用コンピューターよりも多くの(home computer)コンピューターの能力(computer power)を必要としていたため、プログラマーは、このラスタライズのプロセスを使用して、実際の光、色、テクスチャ(color and texture)に近いものを作成するためのトリックとショートカットを作成しました。
レイトレーシング(Ray tracing)は、ある意味でははるかに簡単です。トリックの長いリストを使用して実際の光の錯覚を作成しようとする代わりに、実際の光をシミュレートします。これで、コンピュータが画面の「ウィンドウ」を通して見たシーンがどのように見えるかを把握する必要がある場合、レイトレーシングシミュレーションを実行するだけですべてがうまくいきます。
現実の世界では、あなたの目に入る光線は、網膜に到達する前に、あなたが見ている他のすべてのものに当たって跳ね返っています。レイト(Ray)レーシングは、より効率的な方法で同じ結果を達成します。これは、「カメラ」からシミュレートされた光線を撮影し、それを仮想シーンの周りで跳ね返らせ、途中で色と明るさの情報(color and brightness information)を取得することによって行われます。画面は仮想の目を表しているため、真にリアルな仮想世界を見ることができます。
レイトレーシング(ray tracing)を使用することにより、単一の手法で、実際に見えるシーンのオブジェクト、反射、影、およびその他の要素を作成します。そのリアリズムはシミュレーションの結果として自然に発生し、トリックやショートカットは必要ありません！
レイトレーシングを体験する場所(Where To Experience Ray Tracing)
レイトレーシングの動作を確認したい場合は、コンピューターで生成されたグラフィックを使用する最新の映画を見るだけです。トイストーリー4(Toy Story 4)などのCGフィルム(CG film)を見ると、すべてがレイトレーシング(ray tracing)の産物です。
インタラクティブなレイトレーシングの世界を探索したい場合、現在、町には1つのゲームしかありません。Nvidia GPUのRTXシリーズ、(RTX series of Nvidia GPUs)およびこのテクノロジーをサポートするビデオゲームとアプリ。RTX以外のハードウェア(RTX hardware)で一部のレイトレーシングアプリケーションを実行することはできますが、良好なパフォーマンスは得られません。RTXハードウェア(RTX hardware)を披露する最高のゲームに関する記事を必ずチェックしてください。
問題は、RTXハードウェア(RTX hardware)がまだかなり高価であるということです。ただし、次世代のビデオゲームコンソールには、レイトレーシングサポートの形式があります。これは、主流のゲームの世界がレイトレーシングを次の主要なゲーム技術に変えるのに役立つ可能性があることを意味します。それでも、レイトレーシングをリアルタイムで実行するのが非常に難しい場合、これらの新しいGPUはどのようにレイトレーシングを管理(GPUs manage)しますか？
リアルタイムレイトレーシングはどのように達成されますか？(How Is Real Time Ray Tracing Achieved?)
どのコンピューターでも、レイトレーシングを使用して3Dシーンをレンダリングできます。3Dレンダリングパッケージを使用する人々は、何年もの間それを行ってきました。最新のCPUは、シーン周辺の光の経路を追跡するために必要な実際の計算を実行できます。
ただし、最新のCPUとGPU(CPUs and GPUs)は、リアルタイムで画像を生成するのに十分な速さでこれらの数値を処理することはできません。たとえば、モンスターズ(Monsters) インクやトイストーリー(Inc or Toy Story)などの映画を制作するために使用された大規模なコンピュータファームは、最終製品の1つのフレームをレンダリングするのに数時間かかります。
対照的に、現代のビデオゲームは、プレイ可能と見なされるために毎秒少なくとも30フレームの画像を生成する必要があり、現在、ゴールドスタンダードは毎秒60フレーム前後に設定されています。
では、 Nvidia RTXシリーズ(Nvidia RTX series)などのGPUは、再生可能なフレームレートでレイトレーシング方式をどのように使用できるのでしょうか。答えは、すべてにレイトレーシングを使用するわけではないということです。(t use ray)少なくとも現代のタイトルではそうではありません。
秘訣は、従来のグラフィックスと選択的なレイトレーシングを組み合わせることです。RTXカードには、従来の(RTX)GPUに沿った専用のレイトレーシングハードウェアが搭載されています。このように、レイトレーシングを使用して、従来のグラフィックハードウェアのいくつかの欠点を補うことができます。
完全にレイトレーシングされたRTXカード(RTX card)でプレイできるビデオゲーム(video game)が(are) あります。最良の例はQuakeIIRTXです。これは数十年前のビデオゲーム(video game)であり、完全なリアルタイムのレイトレーシングが可能なほどシンプルです。しかし、現在のビデオゲーム(video game)に純粋なレイトレーシングを適用することになると、そのようなハードウェアが主流になるまでにはまだ何年もかかるでしょう。
レイトレーシングは未来ですか？(Is Ray Tracing the Future?)
簡単な答えは「はい」です。レイトレーシング(ray tracing)は未来です。より長い答えは、リアルタイムのレイトレーシングを(ray tracing)可能にするハードウェアが安価になるにつれて、従来のレンダリングが少しずつ置き換えられることになるでしょう。レイトレーシンググラフィックスが新しいコンソール世代の通常の部分になった場合、元に戻すことはできません。
すべての一般的なプラットフォームがレイトレーシング機能をサポートするため、開発者はタイトルにレイトレーシング機能を安全に含めることができます。レイトレーシンググラフィックスが優れているため、手頃な価格のハードウェアにレイトレーシングが登場するように、星は実際に整列しています。つまり、真のフォトリアリズムがついにここにあるのかもしれません。
レイトレーシングが主流のレンダリング方法(rendering method)になることを示すもう1つの主要な兆候は、開発者がビデオゲームやその他の3Dアプリケーションを作成するために使用する一般的なツールにレイトレーシングがどのように含まれるかです。言い換えれば、開発者が独自のレイトレーシングソリューションを発明する必要がなくなりました。
Unreal Engine 4やFrostbiteなどの人気のあるグラフィックエンジンには、 RTXハードウェアアクセラレーションによるレイトレーシングのサポートが含まれるようになりました。開発者がタイトルのオプションとしてそれを含める可能性がはるかに高くなります。
今すぐレイトレーシングを購入する必要がありますか？(Should You Buy Into Ray Tracing Now?)
これを書いている時点では、私たちはまだレイトレーシングハードウェアの第一世代です。価格は下がっていますが、パフォーマンスはまだかなり平凡です。あなたが筋金入りのアーリーアダプターなら、PCでのレイトレーシングについて好きなことがたくさんあります。
アーリーアダプターとして数百ドルまたは数千ドルを費やしたくない場合は、テクノロジーを搭載することを約束する次世代の主流コンソールに投資するか、RTX20(RTX)シリーズカードの後継機を待つことをお勧めします。
OTT Explains: What Is Ray Tracing?
Ray tracing is an аdvanced form of computer graphics that simulateѕ the way light works in real life. It can create comрuter graphics that look truly photоrealistic.
In the past, ray tracing was limited to massive computer graphics projects, such as Hollywood CG films. Now it’s found in PC gaming and soon, next generation gaming consoles.
To understand why this has so many people excited, we need to compare ray-traced graphics to the mainstream graphics rendering method that’s been used until now: rasterization.
Rasterization vs Ray Tracing
Modern real-time computer graphics look amazing! It’s hard to imagine that it has anything to do with the basic 3D graphics from twenty or thirty years ago. The truth is that a console like the Playstation 1 and the current Playstation 4 use the same basic method of rendering 3D graphics and then putting it on your 2D screen.
This is known as rasterization. A “raster” is an image shown as a grid of pixels, which is exactly what your screen displays. Rasterization is the process of converting a 3D scene into a 2D image on a screen.
This needs to be done, because the 3D scene is, well, 3D. It has depth, so the virtual objects can move past each other and be looked at from any point of view. In the process of rasterization, the computer has to figure out what that scene would look like if your screen was basically a window into that 3D world.
In real life, a scene has texture and lighting, as well as shape, depth and size. Since simulating light has traditionally taken more computer power than any home computer is capable of, programmers have created tricks and shortcuts to create something that looks close to real light, color and texture using this process of rasterization.
Ray tracing is, in one way, much simpler. Instead of trying to use a long list of tricks to create the illusion of real ight, it simulates real light instead. Now when the computer has to figure out what the scene would look like seen through the “window” of your screen, it just runs the ray tracing simulation and it all works out.
In the real world, the rays of light entering your eye have bounced off everything else you are looking at before reaching your retinas. Ray tracing achieves the same result in a more efficient way. It does this by shooting simulated “rays” of light from the “camera” and letting it bounce around the virtual scene, picking up color and brightness information on the way. Your screen represents the virtual eye, so you see a truly realistic virtual world.
By using ray tracing, a single technique creates objects, reflections, shadows and other elements of a scene that look real. That realism happens naturally as a result of the simulation, no tricks or shortcuts needed!
Where To Experience Ray Tracing
If you want to see ray tracing in action, all you have to do is watch any modern movie that uses computer-generated graphics. If you watch a CG film such as Toy Story 4, everything you’re seeing is a product of ray tracing.
If you want to explore an interactive ray-traced world, there’s currently only one game in town. The RTX series of Nvidia GPUs, along with video games and apps that support this technology. You can run some ray-tracing applications with non-RTX hardware, but you won’t get good performance. Be sure to check out our article on the best games that show off RTX hardware.
The problem is that RTX hardware is still quite expensive. However, the upcoming generation of video game consoles have a form of ray-tracing support. Which means that the mainstream gaming world may help turn ray-tracing into the next major gaming technology. Still, if ray-tracing is so difficult to do in real time, how do these new GPUs manage it?
How Is Real Time Ray Tracing Achieved?
Any computer can render a 3D scene using ray tracing. People who work with 3D rendering packages have been doing it for years. Any modern CPU can perform the actual calculations needed to trace the path of light around the scene.
However, modern CPUs and GPUs can’t crunch those numbers quickly enough to generate an image in real time. For example, the massive computer farms used to make films such as Monsters Inc or Toy Story take hours to render a single frame of the final product.
Modern video games, by contrast, need to generate at least thirty frames of images every second to be considered playable, with the gold standard currently set around the 60 frames per second mark.
So how can GPUs such as the Nvidia RTX series manage to use the ray-tracing method at playable frame rates? The answer is that they don’t use ray tracing for everything. At least not in modern titles.
The trick is to combine traditional graphics with selective ray-tracing. The RTX cards have dedicated ray-tracing hardware that sits along a more traditional GPU. In this way, ray-tracing can be used to compensate for some of the shortcomings of traditional graphics hardware.
There are video games you can play with an RTX card that are fully ray-traced. The best example is Quake II RTX. This is a decades-old video game that is simple enough that full real-time ray-tracing is possible. When it comes to applying pure ray-tracing to current video games however, it will still be years before such hardware becomes mainstream.
Is Ray Tracing the Future?
The short answer is yes, ray tracing is the future. The longer answer is that as hardware that makes real-time ray tracing possible becomes cheaper, we’ll probably see it replace traditional rendering bit by bit. If ray-traced graphics become a normal part of the new console generation, there will be no going back.
Developers can safely include ray-tracing features in their titles, because all popular platforms will support it. Since ray-traced graphics are superior, the stars really are aligning for the arrival of ray-tracing on affordable hardware. Which means that true photorealism may finally be here.
The other major sign that ray-tracing will become a mainstream rendering method is how it’s now being included in the common tools that developers use to make video games and other 3D applications. In other words, it’s no longer necessary for developers to invent their own ray-tracing solutions.
Popular graphics engines such as Unreal Engine 4 or Frostbite now include support for RTX hardware-accelerated ray-tracing. Making it much more likely that developers will include it as an option for their titles.
Should You Buy Into Ray Tracing Now?
At the time of writing, we are still at the first-generation of ray-tracing hardware. While prices have come down, performance is still pretty mediocre. If you’re a hardcore, early adopter then there’s plenty to like about ray-tracing on PC.
If you aren’t willing to spend hundreds or thousands of dollars as an early adopter, it’s better to invest in the next generation of mainstream consoles which promise to feature the technology, or wait for the successor to the RTX 20-series cards.
