Unity の HDRP のレイトレーシング機能に関する NVIDIA ウェビナーのご案内
ライブウェビナーに参加するには、NVIDIA Web サイトに登録してください。日本時間 2021 年 1 月 27 日（水）午前 10 時から始まり、約 1 時間です。参加できない方は、後日オンデマンドでセッションを視聴することができます。
ライブウェビナーの参加者全員に、抽選で 1 名様に NVIDIA® Quadro RTX™ 5000 をプレゼントします。ただし、参加するためには、ライブウェビナー全体への登録と参加が必要です。
ライティングシナリオでは、レイトレーシングは、カメラやサーフェスから他のサーフェスやライト構造（特にカメラビューの外側）に向かって光線を照射してライティングを生成します。映像制作やハイエンドビジュアライゼーションでは、レイトレーシングが幅広く使用されています。しかし、最近まで、このような画像を適切なフレームレートでレンダリングするために必要な演算能力の量により、このような技術はリアルタイムアプリケーションでは使用できませんでした。その結果、何十年にもわたってゲームではラスタライズという別の方法が使われてきました。簡単に言えば、どのライトが画面上のピクセルに影響を与えるかを特定することでピクセルのシェーディングを行うことであり、実際にはレイトレーシングの概念はまったく伴わず、スクリーンスペースの性質上、いくつかの制限があります。
ありがたいことに、最新のメインストリーム GPU で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が一般化したことで、特にハイエンドプラットフォームでは、レイトレーシングがライティング生成の新しい標準になるかもしれません。HD レンダーパイプライン（HDRP）は、従来のラスタライズされたレイトレーシング技術とレイトレーシング技術を組み合わせたハイブリッドなレイトレーシングパイプラインを提供します。アンビエントオクルージョン（AO）、リフレクション、グローバルイルミネーション（GI）、サブサーフェススキャタリング、シャドウなど、一般的なライティングエフェクトのレイトレーシングバージョンを提供しています。
例えば、Unity、NVIDIA、BMW のコラボレーションの成果である、2019 BMW 8 シリーズクーペの印象的なショーケースをご覧ください。リアルタイムレイトレーシングが、オフラインレンダリングソリューションの数分の 1 の時間とコストでフォトリアリスティックな結果をもたらすことを示しています。
HDRP のレイトレーシングは現在プレビュー版であるため、必ずしも本番環境で使用できるわけではありません。ぜひお試しいただき、フォーラムでフィードバックをお寄せください。
このウェビナーでは、Unity 2020.2 で新しく利用可能になった HDRP テンプレートを使用します。
したがって、Unity 2020.2 をダウンロードした後は、ウェビナーで説明されている手順に従って学習を進めることができます。プロジェクトの開始は非常に簡単です。Unity Hub で新しいプロジェクトを作成し、HD レンダーパイプラインテンプレートを選択して「Create」ボタンをクリックします。
現在のバージョンでは、HDRP テンプレートは、ベイクしたライトマップ、ライトプローブグループ、リフレクションプローブ、シャドウマップなどを通じて、ラスタライズされた手法のみを使用してライティングをレンダリングします。そのため、ウェビナーの最初のステップは、レイトレーシングを利用するためにテンプレートを素早く変換することから始まります。
その後、HDRP で利用可能な主なレイトレーシングエフェクトである、レイトレーシングによるアンビエントオクルージョン、リフレクション、グローバルイルミネーション、シャドウの 4 つについて詳しく説明します。最後に、HDRP のパストレーシングを紹介します。パストレーシングはレイトレーシングのよりブルートフォースなアプローチであり、レンダリング時間が大幅に増加することを犠牲にして、より現実感のあるビジュアルを提供します。
スクリーンスペースアンビエントオクルージョン（SSAO）は、10 年以上にわたってゲームのリアルタイムレンダリングの定番となっています。これは、ワールド内のオブジェクト間の視覚的な接触を改善し、凹んだ部分のライティングを暗くするために、環境の拡散オクルージョンをシミュレートするために使用されます。ただし、このエフェクトは、押しすぎるとジオメトリの周囲にハローを発生させたり、漫画のような見た目になったりすることがあります。さらに、このスクリーンスペース技術の主な欠点の 1 つは、z バッファで利用可能な深度情報のみに依存するため、フレーム外に存在するオブジェクトからオクルージョンを生成できないことです。プラス面として、このエフェクトは、比較的パフォーマンスの低いコストで、カメラの視点の小さな領域のマイクロオクルージョンを処理するのに優れています。
レイトレーシングのお陰で、カメラの錐台の外側のサーフェスに光線を照射することができ、フレームの外側にあるオブジェクトにも光線が届くようになるといいのですが。こうすることで、カメラの周囲に配置された大きなオブジェクトから素晴らしいマクロオクルージョンを得ることができます。技術的には AO は環境ライティングの大まかな近似値に過ぎませんが、解像度や密度が限られているためマイクロオクルージョンを捉えることができないライトマップやライトプローブなどの他のライティング技術を補完できます。
SSAO と同様に、スクリーンスペースリフレクション（SSR）はフレーム内にあるオブジェクトのみを反射できます。繰り返しになりますが、カメラからすぐに見えないサーフェスは反射できません。例えば、床を見ると、SSR テクニックは有用な情報を提供できなくなります。したがって、SSR は非常に近似的であり、静的なリフレクションプローブを適切に配置することで、ほとんどの静的シナリオにおいて、より魅力的で邪魔にならない結果が得られることが多いため、この手法は皆さんを含め多くの批判者を招く傾向があります。しかし、文字通り SSR が輝く領域の 1 つは、床、壁、天井など、ビュー方向と平行な表面の平面反射を扱う場合です。SSR の最適なユースケースは、レーシングゲームのようにピッチがロックされているカメラです。
しかし、レイトレーシングでは、画面の外にある情報にアクセスすることができます。その結果、少なくともカメラの周囲の一定の半径内（ライトクラスターとレイの長さで定義）で、より正確な世界の反射を表現できます。
レイトレーシングの最も印象的な特徴の 1 つはリアルタイムなグローバルイルミネーションを計算できることです。これは間接照明のシミュレーション、簡単に言えば、環境内で反射している光のシミュレーションです。
一般的にゲームエンジンでは、間接照明は、ライトプローブやライトマップなどの事前計算やベイクを使う技術で処理され、アーティストやデザイナーがライティングを扱う際の反復修正のスピードを大きく削いでしまいます。
ありがたいことに、HDRP は RTGI にパフォーマンスと品質の 2 つのテクニックを提供しています。前者は直接光の下での高フレームレートのシナリオを想定した調整がされており、後者は非常に高い計算コストがかかるものの、複数回の光の反射とサンプリングを行うことで、より複雑な構造を持つインテリアの表現でも非常に正確な結果を提供することができるようになっています。
High Shadow Filtering Quality（PCSS； 高シャドウフィルタリング品質）を使用すると、HDRP はシャドウの自然な滑らかさをシミュレートする見栄えの良いシャドウマップを提供しますが、シャドウキャスター付近では現実世界と同じように鮮明なままになります。ただし、より安価な Medium のフィルタリング品質を使用すると、キャスターとレシーバーの距離に関係なくシャドウマップ全体が均一にフィルタリングされるため、結果が圧倒される可能性があります。
レイトレーシングによるシャドウでは、サーフェスからライトに向かって光線を照射し、その間のオクルージョン量を把握することで、結果を劇的に改善できます。そのため、適度なパフォーマンスコストで、非常にリアルなシャドウイング近似を実現できます。さらに、HDRP は透明なシャドウをサポートしています。
最後に、パストレーシングにより、アーティストは従来のオフラインレンダラーよりもはるかに速く優れた画質を生成できます。光線はカメラから照射され、それらが表面に当たるたびに、他の表面やライトに向かってさらに他の光線を照射します(ライトクラスター構造)。カメラとライトの間のレイの経路はパスと呼ばれ、パストレーシングという名前が付いています。
上記の他のレイトレーシング方法と比較したパストレーシングの利点は、シャドウ、リフレクション、屈折、グローバルイルミネーションなど、すべてのライティングを生成するプロセスが統一されていることです。この手法の主な欠点は、レンダリング時間とノイズです。しかし、後者の場合は、数秒かけてサンプルを蓄積することで、ノイズの少ない結果が得られます。
Pierre Yves Donzallaz （テクニカルアートマネージャー、R&D、グラフィックス）は、リアルタイムレンダリングの分野で AAA クラスの制作に 10 年以上携わってきた、経験豊富なライティングアーティストです。ライティング、ステージの美化、UX、ツールデザイン、ワークフローの改善を専門とし、技術的および芸術的なバックグラウンドを持っています。
『Crysis』シリーズ、『Ryse:『Son of Rome』、『Grand Theft Auto V』、『Red Dead Redemption 2』。
現在は Unity の R&D でグラフィックス部門のメンバーとして、アーティストの効率を向上させ、世界中のユーザーを教育し、エンジニアやデザイナーと一緒に新しいツールやワークフロー、およびグラフィカル機能を開発することをミッションとしている、テクニカルアーティストのチームを率いています。
Anis Benyoub（シニアグラフィックスプログラマー、R&D、グラフィックス担当）は現在、ゲームやリアルタイムアプリケーションのためのレンダリングパイプラインの拡張に取り組んでいます。Anis は、モンテカルロ積分、物理ベースのレンダリング、リアルタイムパフォーマンスに情熱を注いでいます（コミュニティに自身の知識を共有するのも大好きです）。
Unity にジョインする以前には、Pretty Simple Games でグラフィックエンジニア、Autodesk で 3DS Max の 3D R&D エンジニアとして働いており、Stingray ゲームエンジンのコアソフトウェアエンジニアとしての経験もあります。モントリオール理工科大学でコンピューターグラフィックスを主に修め、コンピューターサイエンス専攻の理学修士号を取得しています。また、フランス国立応用科学院リヨン校でコンピューターサイエンス専攻の工学修士号を取得しています。