出典：（NVIDIA, 2022）
当ページでは、最近話題のレイトレーシングについて解説していく。レイトレーシングがあれば、車体に反射される景色、水面に映る建物・木、ビルに移る主人公などが表現できるようになる。これらのことが表現できるだけでぐっとリアルなグラフィックスを手に入れることが可能だ。ゲームの場合はリアルタイムで処理が行われるためリアルタイムレイトレーシングと呼ばれる。リアルなグラフィックスの代償としてぐラフィックス負荷が上がり高性能なグラフィックボードが必要となる。
2018年8月20日にNVIDAがレイトレーシング対応のGeForce RTX 20シリーズを発表したことで一気に注目度が増したコンピューターグラフィックスのレンダリング技術だ。競合モデルのAMDもNVDIAから2年遅れて2020年にRTコアを搭載したRadeon RX 6000シリーズを発売した。その後もNVIDIAはGeForce RTX 30シリーズ（第2世代RTコア）・GeForce RTX 40シリーズ（第3世代RTコア）を、AMDはRadeon RX 7000シリーズを発売して着実に進化していて、各メーカーがレイトレーシングに力を入れていることがわかるだろう。
当ページの目次
レイトレーシングとは
レイトレーシングとは、よりリアルな照明の効果を生み出すレンダリング技術*の一つだ。レイトレーシングでは画面側にレンズがあり光源に対してレイ（光）を発してそれを追跡することで画面外の物体についても認識して処理を行える。例えば、画面外にある光の動きを計算して描写しているイメージだ。これによって見えない部分の描写も可能となる。ただし、複数のレイを発することになるため負荷はどうしても大きくなる。映画やテレビなどでは別に処理を行えるが、ゲームの場合はリアルタイムで処理する必要があることもネックだ。
一方で、従来のラスタライズ法は3次元の物体について三角形やポリゴン（多角形）を組み合わせてグラフィックスを表現している。見たままをそのまま表現していると考えるとわかりやすい。ラスタライズ法では画面外の物体については排除されリアルではなくなってしまう。結果的に負荷を下げることができているのだ。グラフィックボードの性能が高くなった時代はこれでよかったが、ここ最近のグラフィックス処理性能の向上は目を見張るものがありラスタライズ法だけでは持て余してしまう。
レイトレーシングを簡単に言えばゲームのグラフィックをよりリアルにできる技術ということだ。ゲームをプレイしていて現実の世界とは少し異なる違和感を感じることも多いのではないかと思う。レイトレーシングを活用すればゲームの世界を現実世界に近づけることができる。レイトレーシングとしては影「Shadow」・鏡像「Reflexion」・環境遮断「Ambient Occlusion」・間接光「Global Illumination」の4つの要素（ITmedia PC USER, 2022）が挙げられる。テクニカルジャーナリストの西川善司氏によるとグラフィックス処理性能が追いつかずレイトレーシングが対応する4つの要素の中で1つしか処理できないとなれば、費用対効果の面で”鏡像”を優先すべきということ（ITmedia PC USER-2, 2022）だ。鏡像表現によってグラフィックスの質がぐっと高いものになる。場面によっては複数の要素が処理されることもあるだろう。
実際にこれらの要素があると何が変わるのかについては、詳細は次の項目の「レイトレーシングの何がすごいのか」を確認して欲しい。NVIDIAの公式サイトでは、タイトルごとに対応技術としてこれらの要素が記載されている。当サイトでも「レイトレーシング対応タイトル一覧」でまとめているので参考にして欲しい。当面はレスタライズ法とのハイブリッドレンダリングが主流となりそうだ。4要素の内複数の処理をRTで高フレームレートを実現するとなると、20TFLOPS級以上の演算能力を持つグラフィックスが必要になるということ（ITmedia PC USER, 2022）だ。
最新のAda Lovelace世代でのラインナップはミドルハイクラスのGeForce RTX 4060 Tiで22.06 TFLOPSと数値は高い。世代が進むごとにグラフィックボードの性能は向上しているのは確かだが、多くのユーザーここまで性能を持つモデルを選択するわけではない。しばらくは1つあるいは2つのRT技術が補完的に使用されることになるだろう。機械学習法の一つであるDLSSを活用すれば高いフレームレートを維持しやすくなるというメリットがある。基本的にはDLSSを併用しながらゲームをプレイすることになる。
レンダリングとはコンピューター向けのデータ・情報を計算して人間が見れる画像として出力することを意味する。
レイトレーシングの何がすごいのか
レイトレーシングを活用すればより現実社会に近いグラフィックを実現できる。水面に浮かぶ雲、壁に映るビル群などよく観察してみるとそのリアルさに驚くことになる。ただし、アクション性の高いタイトルだと立ち止まってじっくり観察しないとわかりづらい。実用性はまだまだこれからだ。やはり映画などと違ってリアルタイムでの処理となるのがネックとなる。レイトレーシングの効果については実際の動画を見るのが早い。レイトレーシングをわかりやすく紹介している動画を2つピックアップしたのでぜひ参考にして欲しい。
レイトレーシングの凄さはNVIDIAが公開している動画を見ればすぐにわかる。最初の場面では、水面に「NEXT LDN」と書かれたビルが反射していてよりリアルなグラフィックスに仕上がっている。2つめの動画では光の影がキレイに描写されている。それ以降もRTX ONとOFFで大きく描写が異なることがわかるだろう。
けいじチャンネル氏の動画では、ゲーム画面ごとにレイトレーシングの有り無しが比較されていてイメージしやすいのではないかと思う。レイトレーシングについての理解を深めたい方は一通り見てみるとよいだろう。レイトレーシングに対応しているタイトルでは積極的に体感したいところだ。
各グラボのレイトレーシング性能比較
出典：（tom’s HARDWARE, 2023）
上記は6つのタイトル（Bright Memory Infinite・Control Ultimate Edition・Cyberpunk 2077 etc.）でレイトレーシングを有効化した時の平均フレームレートをまとめたものだ。フルHD環境ならRTX 3070 Ti程度の性能があれば平均60fps以上を維持させることができる。Radeon RX 7000シリーズはGeForceと比べてツーランクレイトレーシング性能が落ちる。レイトレーシング性能を重視するならGeForce RTX 30シリーズ以降のモデルを選択しよう。また、ここに記載はないが、RTX 4060 Ti・RTX 4060・RTX 3060 Ti・RTX 3060・RTX 3050などミドルクラス以下のモデルだと最高設定で60fpsに届かずいかに厳しいかということがわかるだろう。
解像度が上がってWQHDになると、70番台のモデルでも一気に厳しくなることがわかる。Ada Lovelace世代のミドルハイクラスであるRTX 4070 Tiで平均62.7fpsだ。10万円オーバーのグラフィックボードでやっと手が届く範囲だ。RTX 3070 Tiでは太刀打ちできない。当然4K環境になるともっと厳しくなる。レイトレーシングの設定を落とすかDLSSを活用する必要があるのだ。もちろん負荷はタイトルによるが、レイトレーシングを存分に楽しみたいなら高性能なグラフィックボードを用意しておくのがよい。とくにグラフィックスが重要なタイトルでは妥協は避けたいところだ。
DLSSでレイトレーシングの課題を克服
出典：（NVIDIA-2, 2022）
レイトレーシングの課題は、負荷が高くフルHD環境でないと満足にゲームプレイを楽しめないことだ。Ada Lovelace世代の上位のモデルならある程度対応できるが、コストが掛かるため一般ユーザー向けとは言えない。その課題を克服するために、DLSS（Deep Learning Super Sampling）と呼ばれる機能がある。これは機械学習法の一つで負荷を下げつつも画質を落とさず高いフレームレートを実現できる魔法の機能だ。レイトレーシングとDLSSは切っても切れない関係にあると言っても過言ではない。
上記NVIDIAの資料によると、最新のDLSS 3（DLSS Frame Generation）を活用すればパフォーマンスが200%-550%まで向上することがわかる。これによってハイエンドクラスのグラフィックボードでなくてもレイトレーシングを楽しめるというわけだ。DLSS 3.0に対応しているタイトルはまだまだ少ないが、今後増えてくれば選択肢が広がることになる。なお、RTX 30シリーズ/RTX 20シリーズで使用できるDLSS Super Resolutionでもフレームレートは向上する。
レイトレーシング対応タイトル一覧
| フルレイトレーシング | レイトレーシング | DLSS 3.0 | DLSS 2.0 | Reflex | |
|---|---|---|---|---|---|
| Battlefield 2042 | × | × | × | ◯ | ◯ |
| Cyberpunk 2077 | ◯ | - | ◯ | ◯ | ◯ |
| Diablo IV | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| F1 22 | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Fortnite | × | ◯ | × | ◯ | ◯ |
| Forza Horizon 5 | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Marvel’s Spider-Man: Miles Morales | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Microsoft Flight Simulator | × | × | ◯ | ◯ | ◯ |
| Minecraft for Windows Bedrock Edition | ◯ | - | × | ◯ | × |
| Portal With RTX | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Redfall | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| The Witcher 3 | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Warhammer 40,000: Darktide | × | ◯ | ◯ | ◯ | ◯ |
| Witchfire | × | × | ◯ | ◯ | ◯ |
フルレイトレーシングとは、パストレーシングとも呼ばれレイトレーシングの上位互換技術と考えてよい。カメラからレイ（光線）を発射して画面全体の光線をより細かくシミュレーションできる。映画でも使われる技術でより高性能なグラフィックボードがあるからこそ実現したと言える。NVIDIA Reflexとは、低遅延技術でより快適なゲームプレイが可能だ。ここに記載したタイトルをメインにプレイしているならグラフィックボードのランクを上げてみてもよいかもしれない。
レイトレーシングにおすすめのグラフィックボード
レイトレーシングを本格的に行うならAMD Radeonシリーズの選択は除外される。GeForce RTXシリーズよりも一世代遅れていて性能差が明白だからだ。よほどこだわりがない限りGeForce RTXシリーズを選択するべきで、ここでもGeForce RTXシリーズのみを紹介している。
GeForce RTX 4090
| fps目安 （レイトレーシング） | 4K ：60fps WQHD：100fps FHD ：144fps |
|---|---|
| GPUメモリ容量 | 24GB |
| TDP | 450W |
| 価格 | 248,000円～ *2023/07時点 |
| 搭載モデル | 453,800円～ *2023/05時点 |
| 発売日 | 2022年10月12日 |
GeForce RTX 4090は、Ada Lovelace世代のフラグシップモデルだ。4K環境でもレイトレーシングを堪能したいならこのRTX 4090がおすすめだ。fpsの目安としては4Kでも60fpsとなる。DLSSを有効化すればより安定したゲームプレイが可能だ。GPUメモリ容量も24GBと大容量で心強い。単体でも税込248,000円～と高価で誰もが手にできるわけではない。搭載モデルも45万円以上となる。
GeForce RTX 4080
| fps目安 （レイトレーシング） | 4K ：40fps WQHD：80fps FHD ：120fps |
|---|---|
| GPUメモリ容量 | 24GB |
| TDP | 320W |
| 価格 | 172,800円～ *2023/07時点 |
| 搭載モデル | 371,800円～ *2023/07時点 |
| 発売日 | 2022年11月16日 |
コストパフォーマンスを考えるならRTX 4090よりもRTX 4080の方が優れている。DLSSを有効化すれば4K環境でもある程度ゲームプレイが可能だ。WQHDなら高リフレッシュレートを目指せる。GPUメモリ容量は24GBと大容量だ。TDPは320Wとなる。価格は176,000円～とRTX 4090よりも80,000円以上安価だ。
GeForce RTX 4070 Ti
| fps目安 （レイトレーシング） | 4K ：35fps WQHD：60fps FHD ：100fps |
|---|---|
| GPUメモリ容量 | 12GB |
| TDP | 285W |
| 価格 | 112,800円～ *2023/07時点 |
| 搭載モデル | 229,700円～ *2023/07時点 |
| 発売日 | 2023年01月05日 |
GeForce RTX 4070 Tiは、70番台ながら高い性能を持つグラフィックボードだ。WQHDまでであればレイトレーシングへの適性が高い。DLSSをうまく活用したいところだ。単体価格で税込112,800円～、搭載モデルは税込229,700円～となる。GPUメモリ容量は12GBだ。
筆者のレイトレーシングに対する評価
筆者は現在AMDベンチマーク機（RTX 4090）でゲームを楽しんでいる。このモデルで性能不足になることはないだろう。レイトレーシングを最大品質にしてもfpsが安定するのは心強い。Cyberpunk 2077・Forza Horizon 5・Microsoft Flight Simulatorと一通りプレイした。結論としてこれらのタイトルでレイトレーシングを有効化しても無効時との差を体感できなかったのが本音だ。
最高品質（エクストリーム etc.）であればレイトレーシングがなくてもすでにグラフィックの作り込みが凄くて感動するほどだ。そこにレイトレーシングが追加されても100が105になるというイメージだ。元々の数値（グラフィックス）が高いため気づきづらいのかもしれない。もちろん、特定の場所で止まってじっくり見れば鏡像は確認できる。たとえば、水面への空（雲など）の映り込みや建物へのビル群の映り込みがはっきりとわかる。
レースにしてもFPSにしてもやはり常に画面が動いているため一つ一つのグラフィックを堪能している時間がない。OFFの状態で相当時間ゲームをやり込んでから有効化すればまた話は違ったかもしれない。評価は現時点ではなくても問題ないとなる。性能的に問題がなければとりあえずレイトレーシングを有効化しているだけで、なしの状態との差を体感することは難しい。Youtubeの動画を見てもやはり違いがわかりづらい。リアルタイムレイトレーシングの未来に期待したいところだ。
参照外部サイト
- 最近よく聞く「レイトレーシング」 一体ナニモノ？（ITmedia PC USER, 2022）
- GeForce RTX | 究極のレイ トレーシング。究極の AI。（NVIDIA, 2022）
- Nvidia GeForce RTX 4070 Ti Review: A Costly 70-Class GPU（tom’s HARDWARE, 2023）
- NVIDIA DLSS 3: AIによる飛躍的な性能向上によりフレームレートが最大4倍に加速（NVIDIA-2, 2022）
- ゲームの中で「レイトレーシング」はどう使われる？ 実例を見てみよう（ITmedia PC USER-2, 2022）