2018年、NVIDIAは最新世代のサーバー向けQuadroグラフィックプロセッサ、Quadro RTXファミリーを発表しました。このプロセッサはリアルタイムレイトレーシングに対応しています。NVIDIAはレイトレーシングがグラフィックスレンダリング技術の聖杯だと主張していますが、一体何なのでしょうか？そして、なぜそれほど重要なのでしょうか？
仕組み
レイトレーシング・レンダリングエンジンは、ビューポート（つまりあなたの目）に到達する光線の軌跡をマッピングします。これは、ディスプレイの各ピクセルごとに1本の光線をビューポートから直線状に投影し、光線がデジタルサーフェスと交差する点を捉えることで行います。オブジェクトの表面の材質特性（色、反射率、不透明度など）は、オブジェクトの色と光線との相互作用を決定します。光線はビューポートから伝播するため、視野角を変えても光と影が自然に相互作用します。
レイトレーシングは、光線が表面でどのように反射するかを計算します。また、影がどこに形成されるか、そして光が別の方向から反射してその空間を照らすかどうかも決定します。その結果、レイトレーシングされたグラフィックスは、特にシーン内に複数の光源がある場合に、柔らかく滑らかなエッジを持つ影を生成できます。
レイ トレーシングには、ガラスや水などの透明な素材をシミュレートでき、光がそのような物体を通過するときにどのように屈折するかをシミュレートできるという大きな利点もあります。
ラスタライズもシェーダーも不要
従来のコンピュータグラフィックスは、ラスタライゼーションと呼ばれる技術に依存しています。これは、3Dレンダリングをモニター用の2D出力に変換するものです。ラスタライゼーションされたグラフィックスは、複雑なシェーダーを用いてシーンに奥行き感を与えます。レイトレーシンググラフィックスでは、奥行きはシーンの不可欠な要素であり、シェーダーを使わずにシーンに命を吹き込むことができます。
計算集約型
レイトレーシング技術は新しいものではなく、皆さんもこれまでにレイトレーシングされたグラフィックスを目にしたことがあるのではないでしょうか。ハリウッド映画では、デジタル特殊効果と実写映画をシームレスに融合させるためにレイトレーシングが使用されています。しかし、レイトレーシングは非常に多くの計算を必要とするため、従来のレンダーファームでこれらのシーンを処理するには数日、あるいは数週間かかることもあります。そのため、ゲームにおけるレイトレーシンググラフィックスは、プリレンダリングされたカットシーンにしか存在しません。
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NVIDIAは少なくとも10年間、レイトレーシング技術を推進してきました。2008年にはレイトレーシング企業RayScaleを買収し、2年後のSIGGRAPH 2010では、FermiベースのQuadroカード上で動作する初のインタラクティブなレイトレーシングデモを公開しました。このデモを実際に見て、私たちは「数世代後のGPU」にはリアルタイムレイトレーシング機能が登場するだろうと推測しました。
数世代を経て6世代へと進化を遂げたNVIDIAは、ついに新しいQuadro RTXシリーズでリアルタイムレイトレーシングを実現しました。プロ向けGPUである初代Quadro RTXファミリーの発売に続き、コンシューマー向けのGeForce RTX 20シリーズがゲーマーにリアルタイムレイトレーシングハードウェアをもたらしました。これらの機能は、2020年に登場したGeForce RTX 30シリーズ（Ampere）によってさらに強化されました。なお、GeForce GTX 1650 Tiなどの古いPascalベースのGPUの中には、低速なソフトウェアベースのレイトレーシングをサポートしているものもあります。
しかし、ハードウェアレイトレーシングをサポートしているのはNVIDIAだけではありません。AMDの現世代Radeon RX 6000シリーズ（RDNA 2）GPUもサポートしています。さらに、Intelの新しいArcファミリーのラップトップおよびデスクトップベースのGPUも、ハードウェアレイトレーシングをネイティブにサポートしています。
ケビン・カルボットはTom's Hardwareの寄稿ライターで、主にVRとARのハードウェアを扱っています。彼は4年以上にわたりTom's Hardwareに寄稿しています。
