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レイトレーシングとは?|基本からおすすめのグラフィックボード・ゲーミングPCまで

レイトレーシングってどんなもの?


「百聞は一見に如かず」。【ウォッチドッグス レギオン】の公式動画をご覧ください。

地面の水たまりに注目してください。(開始17秒から再生されます)
 

レイトレーシングが”OFF”のときはぼんやり写っていただけの地面の水たまりが、”ON”になると周囲の風景が現実で見ているかのように鮮明に映り込んでいます。レイトレーシングの有無でリアリティに圧倒的な差があることがご理解いただけたと思います。

これがレイトレーシングです。

目次

 

レイトレーシングとは?

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レイ・トレーシング(Ray Tracing)= 光(Ray)を追跡(Trace)する技術

レイトレーシングとは、「光源から出ている光の量や方向を把握し、水面や物体の表面などで起こる光の屈折や反射など現実世界で発生しうる様々な影響をコンピューターで計算して、より現実に近い映像を作り出す技術」です。

もっと分かりやすく言うと「水面の反射や、木漏れ日の微妙な陰影などをよりリアルに表現する技術」です。

レイトレーシング(英: ray tracing, 光線追跡法)は、光線などを追跡することで、ある点において観測される像などをシミュレートする手法である。レイ・トレーシングと表記されることもある。
〜〜〜
ある点(ある人の視点・耳・電波観測装置など)に届く光線・波線(電波の仮想的な線)・音線(音波の仮想的な線)などを逆にたどることによって、その点における視像(画像)・音像などを描画する。

https://ja.wikipedia.org/wiki/レイトレーシング
『ウィキペディア(Wikipedia)』より引用

レンダリング(rendering)


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レイトレーシングは、レンダリングに用いられる手法の一つです。

ゲームからGPU(グラフィックボード)に渡される映像データというのは映像の元データとも言うべきデータで、この段階ではまだいわゆる画像の状態ではなく、どのような形状のものがどこからどこに移動しているというようなことが記録されている情報にすぎません。この映像の元になる情報を、画面に映すことができるデータに変換することをレンダリングといいます。レンダリングをしてデータをディスプレイに出力するまでがGPU(グラフィックボード)の役目になります。

レンダリングの過程で、物体の位置や色などを再現するだけではなく、元の情報データが保持している光源の位置や光量・方向など様々な要素を計算して、水面の反射やガラスに映る物体など微妙な光の描写をよりリアルに再現するのがレイトレーシングの技術です。

レンダリングとは?(https://wa3.i-3-i.info/word1359.html)

出典:『「分かりそう」で「分からない」でも「分かった」気になれるIT用語辞典』

ラスタライズ(Rasterize)


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先の項目で、レイトレーシングはレンダリングに用いられる手法の一つであると述べましたが、3Dグラフィックスのレンダリングに用いられるもう一つの手法がラスタライズです。

今でもレンダリング技法の主流はラスタライズですが、2018年にNVIDIAがRTXシリーズでレイトレーシングを導入して以来、対応ゲームも次々に発表され徐々にレイトレーシングが浸透してきています。

ラスタライズでも、光源から出た光線が進む経路や単純な影のでき方など基本的な計算は行っており、それなりに立体感や色の陰影は表現できますが、建物の影になって見えない位置にある光源や樹木の葉っぱの間から漏れる光線などまでは計算に入れません。そんなものまで考慮していると膨大な計算量になるのでグラフィックボードの性能が今ほど良くなかった時代には当然の工夫です。他にもコンピューターに掛かる処理の負担を減らすために、大きな影響のでない範囲で現実世界には存在する影響を省いています。

レイトレーシングでは元のデータが持っている光源の位置や物体表面の性質など全ての影響を考慮し、光の反射や吸収など自然界で起こっている現象を直接は見えない部分からの影響まで全て計算してるため、元のデータが持っている情報の範囲内では現実と同様の映像を作り出すことができます。

リアルタイムレイトレーシング

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レイトレーシングは光を計算して3D画像をリアルに再現する技術ですので、建築、インテリア、映画などさまざまなシーンで既に利用されています。

ショッピングサイトなどでは

静止画、もしくは短時間の決められたシーンなど。

映画やテレビなどでは

現在では日常的に使用されており、炎や爆発、ビーム光線など特殊効果をリアルに見せるために使われます。レイトレーシングによってカメラで撮影した実写映像と区別がつかないほどリアルな映像を作ることが可能になりました。

しかし映画やテレビなどのレイトレーシングでは、あらかじめ決められたシーンやアングルに対して処理が行われます。

ところが、ゲームでは

あらかじめ決められたシーンに対してではなく、プレイヤーの操作に応じて動き回るキャラクターや物体をリアルタイムに反映する必要があります。ショッピングサイトや映画などと違い、即時(realtime)にレイトレーシングを行うので「リアルタイム・レイトレーシング」と言う訳です。

リアルタイム・レイトレーシングによって、キャラクターの移動や視線に連動したリアルな描写を処理することができ、プレイヤーがより深い臨場感を感じることができるようになります。

想像が付くと思いますが

このような処理をゲーム中にリアルタイムに処理し続けるのにはとてつもないデータ処理能力が必要になります。高価なグラフィックボード(GPU)を搭載したハイスペックなゲーミングPCでしかレイトレーシングを楽しむことができないのも納得いただけるかと思います。

NVIDIAのグラフィックボード、RTXシリーズ

『リアルタイム・レイトレーシング』は、NVIDIAのグラフィックボード、RTXシリーズの登場で可能になりました。現在RadeonのRXシリーズも一部レイトレーシングに対応していますが、現時点ではレイトレーシングと言えばNVIDIAのRTXと思っておいて間違いないです。もっと言えばゲーミングPCのグラフィックボードはRTX一択という状況になっています。

 

レイトレーシングのメリット・デメリット

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メリット
デメリット
 

レイトレーシングのメリット

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圧倒的にリアルな映像を楽しめる

先に解説したとおり、レイトレーシングをオンにすることで現実と見間違えるほどのリアルな映像でゲームをプレイすることが可能です。単に映像が美しいと言うだけではなく、現実世界と同様に光や影が表現されることで今までのゲームにはない没入感を得ることができます。 【サイバーパンク2077】や【ウォッチドッグス レギオン】などの街並みを歩くオープンワールドゲームではレイトレーシングの恩恵を多大に受けるといえるでしょう。

制作者の思い描いた通り世界観を感じることができる

当たり前のことではありますが、レイトレーシング対応ゲームはレイトレーシングを利用することを前提として開発されています。自分がそこにいるかのような描写をユーザーに届けたい、もっとのめり込むような映像を描きたいというクリエイターの要求に応えることができるのもレイトレーシングです。 レイトレーシングをオンにすることで制作者が表現しようとした世界をより忠実に再現し、プレイヤーにより大きな感動を与えることができるようになったといえます。

 

レイトレーシングのデメリット

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フレームレートとのトレードオフ

レイトレーシングには膨大な計算が必要です。レイトレーシングの計算にコンピューター(主にGPU)の能力を割く必要があるのでその分他の描画能力(主にはフレームレート)が落ちることになります。

レイトレーシングとフレームレートはトレードオフの関係になっていますので、コンピューター(主にGPU)に十分な能力がないとどちらかを犠牲にすることになります。

また、動きが早く描画の精細なゲームや4Kモニターなどではコンピューターの計算量が大きく増加します。ゲームの設定によりどの程度レイトレーシングを利かすのか調整できますので、使用しているコンピューターの能力とモニタや遊ぶゲームに応じて自分の好みの設定を探すということになります。

コンピューターの能力に余裕がないと、後々この辺りで苦労した挙げ句に結局レイトレーシングを諦めるというようなことになります。

FPSではフレームレートの低下は不利

FPSなどの描写するスピードが重要なゲームでは、コンマ何秒の判断が勝敗を分けることに直結します。

フレームレートが下がるということは、敵が描写されるまでの時間がわずかとはいえ伸びるということになります。フレームレート犠牲にしてレイトレーシングを導入することになると本末転倒になる可能性があります。

フレームレートの低下を解決するDLSS(→Youtube動画
 

<知っておきたい知識・関連情報>

 

話題のレイトレーシングがどのようなものなのかを知っていただいたところで、レイトレーシングを導入する前に知っておいたほうがよい知識やレイトレーシングを楽しむためには何が必要なのかに関しても少し詳しく見ていきましょう。

 

フレームレートが非常に重要

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ここまででレイトレーシングがどのような機能であるかは大体分かったと思いますが、レイトレーシングを導入する前に、レイトレーシングと切っても切れない関係にあるフレームレートについて理解する必要があります。

フレームレートとは(FPS: Frames Per Second)

1秒間に描画する画面(フレーム)の枚数のことです。例えば60fpsでは1秒間に60フレーム(60コマ)の画面更新が行われます。フレームレートが高ければ高いほどなめらかな映像になります。
 
 

「百聞は一見に如かず」。 動画をご覧ください。

【福々】様のYoutube動画です。開始11秒から再生しています。

 

フレームレートが高いほど(動画の下にいくほど)飛行機がスムーズに移動していているのがはっきりと分かりますね。

対戦ゲームではフレームレートで有利不利が変わる

FPSやTPSなどの対戦ゲームなどでは、可能な限りフレームレートを上げて一瞬の動きも見逃さない環境をつくることが、ゲームを楽しむ上でもゲームを有利に進める上でも重要な要素となります。

 

 

レイトレーシングもフレームレートも高くすればするほど映像の質が上がり、プレイヤーにとっては良いことばかりに思えます。しかし、両方ともにデータ処理量の増大を伴うためパソコンにとっては大きな負担となることから『レイトレーシングとフレームレートはトレードオフの関係にある』という問題が発生しますが、

その前に、

 

フレームレートが理解できたところで、フレームレートと似た意味のリフレッシュレートについても確認しておきましょう。

リフレッシュレートとは

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映像データの一分間あたりの画像枚数をフレームレート(fps)というのに対し、テレビやモニターなど映像を映し出す機械が一分間に画面を更新できる回数をリフレッシュ・レート(Hz)と言います。

実際に画面に映し出される映像のフレームレートは、フレームレートとリフレッシュ・レートのいずか低い方になってしまいます。
 

テレビのフレームレート/リフレッシュレート

人が見てスムーズと思えるフレームレートは、24fps〜30fps程度と言われています。

日本のテレビ放送は30fps(正確には地上波デジタル放送のフレームレートが29.97fps)です。

<参考までに>

・アニメ:24fps  (※制作段階)
・映画:24fps   (※上映時は48fps)
・Youtube:24〜60fps程度(動画による)

最新オンライPCゲームの240fpsがいかに凄いかわかりますね。
 

テレビの場合はテレビに映し出される映像を見るだけなので映像そのものが違和感なく滑らかでありさえすれば良いのですが、

最近のゲーム、特にFPSやTPSなどのシューティングゲームなどでは、

  • プレイヤー自信が行った行動に対する結果を、同じプレイヤーが画面を通して確認する
  • 対戦相手よりも少しでも早く反応する必要がある

という特性から、テレビよりも遥かに早い画面の更新(高いフレームレート)が要求されています。

 

ゲームに置けるフレームレートとリフレッシュレート

テレビの場合
は、再生する機械(テレビ)が専用機ですので、映像データとモニタ(テレビ)の間に不整合がありません。映像のフレームレートは30fpsで、実際にテレビに映し出される映像も30fps(Hz)です。
※ テレビの場合はリフレッシュ・レート(Hz:ヘルツ)で表します
 

しかし、ゲームの場合、事情はテレビほど単純ではありません。

 
ゲームの場合
は、ゲームタイトルやゲーム機によって様々なフレームレートの映像データが出力されますので、ゲーム機(パソコン)が出力する映像のフレームレートに対応したリフレッシュレートで映し出せるモニターを使用する必要があります。
プレイステーションなどの家庭用ゲーム機の場合は、テレビでの使用を前提に作られていますので問題がありません。(一般的なパソコン用モニターでも大丈夫です)

仮にモニターのリフレッシュレートの最大値が60fpsだとすると、ゲームから出力される映像データが120fpsだとしても実際に映し出される映像は60fpsにしかなりません。

つまりパソコンおよび、プレイするゲームデータのフレームレートに応じて、テレビやディスプレイの性能も検討する必要があるわけです。モニターとの相性が悪ければ、以下のような現象が発生します。
  • ティアリング(映像の欠け、ズレ、部分的な表示。ディスプレイのリフレッシュレートとデータのフレームレートが不整合を起こしてタイミングが合わなくなった場合に起こる)
  • https://ascii.jp/elem/000/000/993/993006/
    画像出典『ascii.jp』
  • スタッタリング(カクつき。ディスプレイのリフレッシュレートよりも周波数の遅いデータが送り込まれた場合に起こる)
※ティアリングやスタッタリングへの対策として、NVIDIAの『Adaptive V-sync』や『G-sync』、AMDの『FreeSync』などの技術も出現しています。
 

各種ゲーム機のフレームレート

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フレームレート
対応ゲーム機
対応ディスプレイ
30fps
Switch
テレビ
モニター
60fps
ファミコン
スーパーファミコン
Xbox
PS4
Switch(一部のゲーム)
テレビ
モニター
120fps
PS5
ゲーミングモニター
144fps
ゲーミングPC
144Hz対応ゲーミングモニター
240fps
ゲーミングPC
240Hz対応ゲーミングモニター
 

ファミコンとスーパーファミコンが当時で60fpsあったというのが興味深いですね。 家庭用ゲーム機はテレビで遊ぶというのが当たり前の感覚でしたがPS5ではもはやテレビでは対応しきれない映像を出力できることがわかります。

 

レイトレーシングとフレームレートはトレードオフの関係にある

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簡単に言えば「レイトレーシングを取るかフレームレートを取るか」というジレンマです。

普通はPCの性能に限りがありますので、レイトレーシングの設定を上げれば上げるほどフレームレートを抑える必要が出てきます。当然逆も同じで、フレームレートを上げれば上げるほどレイトレーシングの設定を抑える必要が出てきます。

結局、使用するPCの性能に応じてバランスの良い設定を探すということになります。

 

フレームレートの低下を解決するDLSS

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すでに説明した通りレイトレーシングはリアルできれいな映像を実現できる反面、フレームレートが下がってしまうというデメリットがあります。

そこで開発されたのが、レイトレーシングのフレームレートの低下デメリットを解決するために開発されたのがDLSSという機能です。

DLSS<OFF⇔ON>の比較動画をご覧ください。

表示されている数字がフレームレートです。

上記の動画(NVIDIA公式)では、DLSSをONにすると50fpsほどフレームレートが上がっています。

DLSSを使うことで主に映像描画時のメモリ消費量を減らす効果があり、フレームレートを維持したままレイトレーシングによるリアルな映像を楽しむことができます。

DLSS(Deep Learning Super-Sampling)は、NVIDIAの開発した機能で、同社のグラフィックボード『GeForce RTX』シリーズでのみ使用できます。

4Kでレイトレーシングを効かす場合などには必須の機能となっています。

 

レイトレーシング対応グラフィックボードと選び方

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現在レイトレーシングに対応しているグラフィックボードは、NVIDIAの『GeForce RTX』シリーズおよびAMDの『Radeon RX 6000』シリーズとなっています。

ただし、DLSSを使うことができるのは『GeForce RTX』シリーズのみです。

グラフィックボードの選び方としては、
1)モニターの解像度(4K、WQHD、フルHDなど)
2)ゲームタイトルの要求スペック
3)レイトレーシングを使うか
以上の順番が選択の基本となります。
 

レイトレーシング対応グラフィックボード一覧

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※GPUの性能はクロック周波数などさまざまな要素で決まりますが、現在は一般的に同一アーキテクチャのGPUの性能はCUDAコア数に概ね比例するとされますので、下記表ではCUDAコア数を参考として掲載しています
グラフィックボード
(GeForce RTX)
ビデオメモリ
コア数(CUDA® Cores)
特徴
ASP対応モデル
3090
24GB
10496
  • RTXシリーズ最上位モデル。
  • 性能が高すぎて純粋なゲーミングPC向きとは言えない。
3080Ti
12GB
10240
  • 供給量が少なくあまり見かけない。
 
3080
12GB
10GB
8960
8704
  • ゲーミングPC用としては実質的に最上位モデルと言って良い。
  • 4Kでレイトレーシングを使いたい方。
  • AAA級の重量ゲームを4Kでプレイしたい方。
3070Ti
8GB
6144
  • 供給量が少なくあまり見かけない。
 
3070
8GB
5888
  • 4Kにも対応できる。
  • AAA級の重量ゲームをWQHDでプレイしたい方。
  • フルHDならAAA級をレイトレーシングも可。
3060Ti
8GB
4864
  • RTX 3070に近いゲーミング性能を持つ。
  • レイトレーシングやDLSS性能も良好。
3060
12GB
3584
  • フルHDならレイトレーシングも可
 
数値の出典:NVIDIA公式サイト
 

レイトレーシング用のゲーミングPC

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レイトレーシングでゲームプレイをするには、レイトレーシング対応のグラフィックボードが必須となりますが、それだけで快適にプレイできることにはなりません。

パソコンは、CPU、メモリ、ストレージ、電源、冷却システムなど様々なパーツで構成されていますが、一部のパーツの性能が悪いとそこに引きづられて他のパーツが本来の性能を発揮できないということが生じます。

快適なゲームプレイには、グラフィックボードだけではなく、全てのパーツをバランス良く組み合わせてベストなセッティングで組み上げることが重要になります。

特にレイトレーシングでのゲームプレイに使うような性能の高いグラフィックボードを採用する際は、他のパーツも良く考えて設計しないと大変にバランスの悪いPCになってしまいます。

ゲーミングPCを選択する際の参考として以下の記事をご覧ください。

まとめ

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以上レイトレーシングの効果と対応グラフィックボードを紹介してきました。

現実の中に入り込んだような映像でプレイするゲームはこれまでの映像とは一線を画するほどのインパクトがあります。

グラフィックボードやPCはプレイしたいゲームや解像度によって変わってきますので、まずは自分がどれぐらいの解像度でプレイしたいかを決めてから選ぶようにするとよいでしょう。

今後もレイトレーシングに対応したソフトは増えてくることが予想されるので、ゲーミングPCの購入を検討している人は今回の記事をぜひ参考にしてみてください。

〜最後に【PCショップASP】のゲーミングPCをご紹介いたします〜

 

Presence CAGE>>製品ページ

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〜全てに妥協することなく最高の性能でゲームプレイしたい方や、ゲームも仕事も同じPCでバリバリこなしたい方、さらにサイズやデザインにこだわる方〜
対応環境:

4Kモニター、144fps/240fps、高設定レイトレーシング、DLSS

 
Presence CAGE

【グラフィック】RTX3080
【CPU】intel Corei7 / AMD Ryzen9
【メモリ】32GB / 64GB
【SSD】1TB NVMe SSD

4Kでのレイトレーシングが可能です。解像度によっては240FPSのフレームレートでプレイすることもできます。

<同性能比史上最小>
超高性能とコンパクトなデザインを両立し、これだけのスペックを備えながらもデスク上に置くことが可能です。

マザーボードやCPUクーラーなどのパーツも信頼性の高いメーカーの良質なものだけを採用し、長時間の過酷な使用でも安心してご使用いただけますので、動画編集などプロのクリエイターPCとしてもおすすめの一台です。


GAMEMAN ALBA>>製品ページ

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〜最高画質でゲームプレイしたい方、ゲーミングPCらしいゲーミングPCで安心してゲームがしたい方〜
対応環境:

4Kモニター、144fps/240fps、高設定レイトレーシング、DLSS

 
Presence ALBA

【グラフィック】RTX3080 / RTX3060Ti
【CPU】AMD Ryzen7
【メモリ】16GB
【SSD】1TB NVMe SSD

RTX3080モデルなら4Kでのレイトレーシングが可能です。4Kまでは不要という方はRTX3060Tiも選択いただけます

<白いPC>
メモリやケーブルまで白に統一した白いゲーミングPCです。

マザーボードやCPUクーラーなどのパーツも信頼性の高いメーカーの良質なものだけを採用しています。長時間の過酷な使用でも安心してご使用いただけます。


Presence BEMO>>製品ページ

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〜ハイスペックゲーミングPCとしての性能を維持したまま極限までコンパクトにこだわったゲーミングPCです。サイズとデザインにこだわる方へ〜
対応環境:

WQHDモニター、144fps、レイトレーシング、DLSS

 
Presence BEMO

【グラフィック】RTX3060Ti
【CPU】AMD Ryzen5
【メモリ】16GB / 32GB / 64GB
【SSD】500GB / 1TB NVMe SSD

フルHDでのレイトレーシングが可能です。

<史上最小ハイスペックゲーミングPC>
ハイスペックゲーミングPCでありながらこのサイズ!安定性や耐久性などにも妥協はありません。

マザーボードやCPUクーラーなどのパーツも信頼性の高いメーカーの良質なものだけを採用していますので安心してご使用いただけます。いろいろな作業と兼用して省スペースしたい方にはうってつけの一台です。

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