D5 GI｜グローバル・イルミネーションとは？

01 はじめに

1.1 GIとは何ですか？

デザイナーは、写真と見分けがつかないほどリアルなレンダリングを作成することを目指すことがよくあります。詳細なモデリングはリアリズムの達成に大きな役割を果たしますが、現実世界の光や素材を正確にシミュレートできる高度なレンダリングソフトウェアは、レンダリングを次のレベルに引き上げるために不可欠です。.

グローバル・イルミネーション（GI）は、コンピューターグラフィックスにおいて、現実世界の光の相互作用を再現する技術です。光源からの直接的な光だけでなく、複数の反射を経て表面に到達する間接的な光も計算します。.

現実世界では、光はエネルギーが散逸するまで表面で反射し続けます。この現象をシミュレートすることは、リアルな明るさ、コントラスト、ディテールを持つレンダリングを生成するために不可欠です。.

GIは、シーン内の光が二度反射した後の問題を解決することを目指しており、直接的な照明で照らされていない部分の明るさとディテールを向上させることができます。これは、人間の目を欺くことができるフォトリアルなレンダリングを作成する上で重要な役割を果たします。.

1.2 なぜリアルタイムGIなのか

その重要性から、GI（グローバルイルミネーション）はレンダリング業界において長年技術的な課題となっています。長年にわたり、レイトレーシングを含む様々なソリューションが、GIを効果的に実装するために開発されてきました。しかし、リアルタイムGIの実現は、利用可能な計算時間が限られているため、特に困難です。.

• ‍オフラインレンダリングこれにより、アルゴリズムはシーンの間接光の計算にかなりの時間を費やすことができ、高品質な結果を生成することができます。例えば、アニメ映画の画像は、数百時間ものオフライン計算を必要とします。.‍
• リアルタイムレンダリング最低でも毎秒30フレーム、つまり0.03秒以内に1フレームをレンダリングする必要があります。.

リアルタイムGIは、レンダリング技術の最先端であり、即座のフィードバックを提供し、シームレスなクリエイティブワークフローを可能にします。. D5 Render これらの課題を、品質とスピードを両立させた先進的なGIソリューションを開発することで克服してきました。.

02 D5 GIソリューションの背後にあるロジック

2.1 以前の解決策

カーヤによって導入されたレンダリング方程式は、GIアルゴリズムの基礎となっています。これは、物理法則とエネルギー保存則に従い、光がシーンとどのように相互作用するかをモデル化します。この方程式をリアルタイム（0.03秒未満）で解くことは非常に複雑です。.

以前のリアルタイムGIソリューションには、ライトリーク、過剰なオクルージョン、サンプリングレートの不足による多くのノイズといった問題がありました。.

D5 Render 画期的なアプローチである～でこれらの限界を克服しました。 ReSTIR サーフェル GI, リアルタイムの速度で高品質な結果を提供する.

2.2 ReSTIR サーフェル GI

2.2.1 ReSTIR GI

D5 ReSTIR GI は、光源をサンプリングする代わりにレイのパスを保存するために ReSTIR を GI に使用します。ReSTIR GI は、フレーム間および隣接するピクセル間でサンプル情報を再利用することにより、サンプリング結果の分散を減らし、少ないサンプル数でも高品質な結果を達成できます。.

D5 Render - 直接光源をサンプリングするのではなく、レイトレースパスを格納することによって - 以下の方法で時間遅延を最小限に抑えます パス検証, 明るさやオブジェクトの位置が動的に変化する場合に再利用されたサンプルを調整します。.

2.2.2 サーフェルGI

ReSTIRは初期バウンスにおいては優れていますが、後続のバウンス計算には追加の課題があります。そのため、D5 GIソリューションでは、後続のバウンス計算にサーフェルキャッシングソリューションを適用しました。.

サーフェルは、スクリーンスペースに基づいて反復生成できる空間キャッシュ技術であり、鏡面反射光を効率的に蓄積・キャッシュできるため、GIレイは後続のバウンスで照明結果を単純にクエリできます。しかし、このソリューションは、スクリーンスペース外の結果を取得できないといった新たな問題も引き起こします。.

この問題に対処するために、, D5 Surfelキャッシングソリューションを改善しました。GBufferから放出されたレイと交差する部分からSurfelを生成し、ビュー外の場所のSurfelを保存することで、正しい結果を得ています。.

さらに、サーフェルを管理しVRAM使用量を削減するために、シーンはカスケードグリッドに分割されます。光漏れは、レイバウンスの時間をソートして比較することで解決されます。その他のアーティファクトも改善されています。.

2.2.3 その他の最適化

について D5 チームはまた、複数の光源サンプリング、反射、およびデノイズのためのソリューションシリーズを開発し、ReSTIR Surfel GI がさまざまなシナリオで効率的かつ確実に機能するようにしました。.

03 リアルなレンダリングのためのグローバルイルミネーション（GI）の改善

3.1 強化された室内照明と色彩再現

D5GIソリューションは、プライマリおよびセカンダリGIバウンスの両方にスカイライトを取り込むように大幅に強化され、奥行きのある空間でもリアルなライティングを実現しました。.

この改善により、光と影の移行が滑らかになり、より明るい室内空間が実現します。GI計算はローカルテクスチャの色を直接使用するようになり、より正確な色の移行と間接光および反射のリアリズムが向上しました。これらのアップデートにより、以前のバージョンで見られた過度に明るくなる問題が解消され、リアルな色の差別化が達成されます。彩度をコントロールしたいユーザーは、「“色移りを抑える”オプション.

古いバージョンでは、インテリア照明がより暖かく、金属はより暗く見えました。.

更新版は、ニュートラルな色温度とより明るい金属を特徴としています。.

3.2 リアルなコントラスト、影、色彩表現

最新バージョン より高いGIサンプリング精度を備え、逆光部分のコントラスト向上、バウンスライトの鮮明化、窪んだ部分のオクルージョンシャドウの明確化を実現しています。これらの改善により、ライティング効果が実生活の期待に近づき、繊細なシナリオとハイコントラストなシナリオの両方が向上します。.

3.3 高周波シャドウの詳細とソフトシャドウ

以前のバージョンでは強力なノイズ除去が優先され、画像が平坦になっていました。新しい GI ソリューションは、NVIDIA のリアルタイムデノイザーと低バリアンスの Restir サンプリングを統合し、よりシャープな高周波シャドウディテールを実現しています。さらに、鏡面反射における複数の光源からのソフトシャドウ（従来は静止画に限定されていました）が、ビデオレンダリングでも利用可能になりました。リアルタイムプレビューでは表示されませんが、最終出力ではこれらのシャドウが正確に計算され、リアルさが増しています。.

04 マテリアルとテクスチャにおけるリアリズムの向上

4.1 植物のレンダリング改善

新しい D5 GIソリューションとスカイライトシミュレーションは、葉が半透明である様子をリアルに再現し、植物の自然な外観を向上させます。. D5 更新版 改良されたGIサンプリングと明るさにより、リアルな状況を忠実に再現するライティング効果が実現し、以前のバージョンの過度に明るすぎる外観が解消されています。.

4.2 光源としての発光材料

以前のバージョンでは、発光マテリアルの直接光しか計算できなかったため、メインの光源としては不向きでした。. D5最新バージョンでは, GIソリューションは光の反射を計算し、発光マテリアルが光源としてより効果的に機能できるようにします。.

05 光管理とレンダリング効率の向上

5.1 光源容量の増加

新バージョンではライトグリッド構造が導入され、人工光源の上限が1,024から4,096に引き上げられました。これにより、古いアーカイブに影響を与えることなく、ライトサンプリング効率が向上します。.

5.2 ビデオレンダリングにおけるちらつきの低減

ライトグリッドテクノロジーにより、複数の光源、強い明るさ、複雑なオクルージョンがあるシーンでの直接照明がより安定し、ちらつきが軽減され、特に夜景の植物において、よりスムーズなビデオレンダリングを保証します。.

旧バージョンでは、非常に明るい光源で照らされた植物の動画にちらつきが発生していました。.

〜で D5 最新バージョン、同じ夜のシーンでの植物の安定したビデオレンダリング。.

5.3 プレビュー、レンダリング、アニメーション

プレビューとレンダリング間の明るさの不一致が解消され、一貫性が保たれるようになりました。ビデオレンダリングで反射におけるソフトシャドウがサポートされるようになり、アニメーションにリアリズムが加わりました。.

5.4 リアルタイムプレビューの改善

新しいライティングアルゴリズムは、薄暗いシーンでのカメラ移動によって発生するスポットアーティファクトを排除し、より安定した没入感のあるリアルタイムプレビュー体験を提供します。以前のバージョンで問題となっていたプレビューとレンダリング出力間の明るさの違いも解消されました。.

06 改良された光源 GI 表現

6.1 正確な光の振る舞い

アップグレードにより、さまざまな光源に対するGI表現が強化されます：

IESライト： 形状に基づいてGIの明るさを正しく調整します。.

D5 の古いバージョンでは、IES ファイルの形状が異なっても IES ライトのバウンスは目立って変化しません。.

D5最新バージョンでは、IESライトからの跳ね返り光がIESファイルの形状に合わせて正確に変化します。.

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2. ステージライトとプロジェクター ステージライトのゴボパターンやプロジェクターの正確な投射照明を含む、コンテンツに応じたリアルタイムのGI（グローバルイルミネーション）アップデート.

古いバージョンでは、ステージライトによって生成される反射光は、ゴーパターンを変更しても大きな違いは現れませんでした。.

D5最新バージョンでは、ステージライトからの反射光がゴーボパターンに合わせて正確に変化するようになりました。.

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3. 矩形およびストリップライト： 新しい「減衰強度」パラメーターが、GIの明るさと照明範囲に正確に影響します。.

以前のバージョンでは、間接照明の減衰強度が低くても壁を照らすことができました。.

D5最新バージョンでは、跳ね返った光は実際の減衰強度に基づいて正確に計算されます。.

07 最新バージョンへの移行に関する重要な注意点

継続中のプロジェクトについては、一貫性を維持するために現在のD5バージョンを保持することをお勧めします。新規プロジェクトは〜から開始してください。 D5 Render 更新版 最適な結果と正確なレンダリングを保証します。古いシーンファイルを更新する際には、強化されたGI精度に対応するため、ライトの配置や明るさの調整が必要になる場合があります。.