レイトレーシングとは何ですか？
コンピュータグラフィックスの側面では、レイトレーシングは、ゲームにリアルな照明、影、効果をもたらすライトの物理的特性をシミュレートするレンダリング手法です。これは、光線が設定点からオブジェクトに当たって跳ね返る様子を模倣し、すべての表面からの光の反射を示しています。プロセス全体が画質を向上させ、視聴者により没入感のある体験を提供します。この手法は3D映画で長い間使用されており、最終的には映画のような品質の視覚効果を提供する高レベルのコンピュータゲームでその方法が見つかりました。レイトレーシングはゲームの世界でゲームチェンジャーであり、オブジェクトの実際の色のレンダリングに制限があるラスタライズよりも好ましいレンダリング手法です。
NvidiaGPUでのレイトレーシング
グラフィックカードの大手メーカーとして、Nvidiaは常に製品の視覚的品質を向上させるための新しい方法を実験することに大胆に取り組んできました。 2018年9月から、Nvidiaはレイトレーシング機能を備えたグラフィックカードをリリースしています。 NvidiaのTuringアーキテクチャは、リアルタイムレイトレーシング処理用の専用ハードウェアまたはRTコアを備えた最初のGPU設計です。
RTコアとは何ですか？
レイトレーシングは通常、非リアルタイムアプリケーション用に予約されています。これは、レイトレーシング操作の処理にかかる計算時間が他の視覚効果よりもはるかに長いためです。 Nvidiaは、レイトレーシングをリアルタイムで計算することを唯一の目的として、ハードウェアをアーキテクチャ設計に統合することで画期的な成果を上げました。 RTコアと呼ばれるこの追加されたハードウェアは、NvidiaのTuringベースのRTXグラフィックスカードで開始されました。これは、ハードウェアレベルでレイトレーシングをサポートする世界初の民生用グラフィックカードでもありました。
RTコアは、光線が1つのポイントから別のポイントに移動するときにピクセルの色を計算します。光源が多数ある場合、プロセスはより複雑になります。さらに、レイキャスティング、パストレーシング、BVH（バウンディングボリューム階層）、ノイズ除去フィルタリングなど、レイトレーシングに関連するいくつかのプロセスにより、計算量の多い手法になります。 BVHはレイトレーシング計算の中で最も時間のかかる部分であり、RTコアはリアルタイムレイトレーシングのためにBVHトラバーサルを高速化します。 RTコアとは別に、Nvidia GPUには、リアルタイムのレイトレーシングを提供する役割を果たす別のハードウェアセットがあります。人工知能の加速用に設計されたTensorCoreは、リアルタイムのノイズ除去とレイキャスティングの高速化にも役立ちます。
レイトレースサポート付きのNvidiaグラフィックカード
RTコアを搭載したNvidiaカードは、世界的に有名なグラフィックカードメーカーにとって大きな飛躍です。ただし、これはハードウェアベースであり、以前のリリースのグラフィックカードにはそのような機能はありません。レイトレーシングは消費者にとって非常に魅力的であるため、Nvidiaはこの機能を古いグラフィックカードでも利用できるようにしました。古いアーキテクチャではデザインにRTコアが含まれていないため、Nvidiaはゲーム対応ドライバーを介してレイトレーシングレンダリングを可能にしました。
ハードウェアレベルのレイトレーシングを備えたNvidiaグラフィックカード
第一世代のRT-Coreは、NvidiaのRTX20シリーズで紹介されました。 RTX 2080は、チューリングのアーキテクチャを紹介したRTX20シリーズの最初のものでした。その後、RTX 2080 Ti、RTX 2070、RTX2060が続きました。TitanRTXもラインナップされています。
2020年9月、NvidiaはTuringの後継であるAmpereを発表しました。これは、第2世代のRTコアを備えています。 Ampereは、RT-CoreとTensor Coreのレートを大幅にアップグレードし、RT-CoreのレートをTuringの1.7倍の58 RT-TFLOPSに引き上げ、レイトレーシングのレンダリングを大幅に高速化し、画質を向上させます。同様に、Ampereは238Tensor-TFLOPSでチューリングの2倍以上のTensorCoresレートを持っています。 Ampereは、RTXの第2世代GPUの中核です。 RTX 30シリーズには、TitanクラスのRTX 3090、RTX 3080、RTX 3070、および最近リリースされたRTX3060が含まれます。
ソフトウェアレベルのレイトレーシングを備えたNvidiaグラフィックカード
Nvidiaは、専用のRTコアを使用せずに、選択したグラフィックカードでレイトレーシングを有効にすることで、別の画期的な成果を上げました。これは、グラフィックカードのアップグレードをまだ検討していないが、レイトレーシング技術の視覚的な利点を体験したい古いモデルを使用しているゲーマーにとって朗報です。 GeForce GTX 1060 6GB以降のグラフィックカードは、DirectX Raytracing（DXR）を介してレイトレーシング機能を利用できるようになりました。以下は、DXRを介してレイトレーシングが可能なNvidiaカードのリストです。
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp（2017）
- Nvidia Titan X（2016）
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
レイトレーシング専用のハードウェアがないため、GTXカードは基本的なレイトレーシング効果しか提供できません。シェーダーコアはレイトレーシング計算を処理し、シェーダーコアのこの追加のワークロードはGPUのパフォーマンスに影響を与えます。それでも、レイトレーシング機能を使用すると、ゲーマーはより魅力的な視覚体験を体験できます。
Nvidiaでのレイトレーシングの未来
Turingの処理速度を2倍にした後、Ampereのパフォーマンスはすでに満足のいくものです。しかし、オーブンからはまだ新鮮ですが、後継者であるラブレースについてはすでに噂があります。この新しいGPUアーキテクチャでは、レイトレーシング計算の新しい開発が期待できます。同様に、新世代のRTXグラフィックスカードもすでに開発中であると予想されます。 Nvidiaがより良いゲーム体験への消費者の欲求を満たすGPUアーキテクチャを開発し続けているため、レイトレーシングの未来は明るいように見えます。