1. ナレッジベース：Lumionにおけるレイトレーシングレンダリング入門
   

1. ナレッジベース：Lumionにおけるレイトレーシング - パート2：Lumionを用いたレイトレーシングレンダリング

1. ナレッジベース：レイトレーシングエフェクトの使い方を教えてください。
   

2. Lumionにおけるレイトレーシング - 概要

3.2：レイトレーシングの主な特徴

3.3：レイトレーシングの利点

1. ナレッジベース：Lumionにおけるレイトレーシングレンダリング入門
   

3.4：レイトレーシングには、少なくとも以下の必須技術が必要です。

1. レイトレーシング手法：光に反応するオブジェクトを定義するピクセルを（カメラの）視点から描画するアルゴリズム。
   
   
2. パストレーシング手法：レイトレーシングの極めて高い計算コストを最適化し、実用性を維持しつつ品質を保つアルゴリズム。
   光源（太陽光や人工光など）から発せられるすべての光線をトレースするのではなく、カメラから光源までの経路をトレースすることで、実装時の処理速度を大幅に向上させます。
   
   
3. レイトレーシングとパストレーシングをサポートする専用ハードウェア。
   例えば、NVIDIA RTXやAMD Radeonグラフィックスカードなど。
   
   
4. オプション：計算速度をさらに向上させるための高度な最新アルゴリズム。
   
   
5. ソフトウェアプラットフォーム：ソフトウェアがオペレーティングシステムおよびグラフィックスサブシステムと連携し、通信できるようにします。例えば、Microsoft DirectX（LumionではDX12/DXRを使用）およびLumion。
   

4. パストレーシング

4.1：パストレーシングについて

Lumionで使用されているパストレーシングは、レイトレーシングのより高度な形式です。

Lumionでは依然としてレイトレーシングと呼ばれており、レイトレーシングを可能にする主要なエフェクトは「レイトレーシングエフェクト」と呼ばれています。

1. パストレーシングは、多数の光線を追跡するレイトレーシングとは異なり、光が最も可能性の高い経路を追跡します。
   
   
2. カメラビューのフレームを構成する各ピクセルは、光線を照射する起点であり、その光線の経路を追跡します。
   
   
3. その起点から照射される光線の数は、サンプル数と呼ばれます。
   
   
4. システムは、光が最も可能性の高い経路のみを追跡します。
   
   
5. 光線は、何らかのジオメトリの表面と交差するかどうかがチェックされます。
   
   
6. 表面の材質によって、光の相互作用の仕方が決まります。
   材質の性質に応じて、光は異なる方向に反射する可能性があります。あるいは、物体の材質が半透明または透明であるため、光が物体内部に入射することもあります。
   
   
7. これにより、経路を追跡する必要のある新たな光線が生成されます。
   これらの光線は、他の物体の表面と交差するために反射を繰り返す可能性があります。
   
   
8. 光線が表面と相互作用すると、光源に関する情報と関連付けて、どの物体、その位置、表面上のその点の色を特定するための計算が行われます。
   計算されたデータは、フレーム内のピクセルの色を決定するために使用されます。
   
   
9. これらの経路は、光源に到達するまで追跡されます。
   
   
10. シーン内に放出された1本の光線から、1本または数千本の経路が生成される場合があります。
    
    
11. 各経路の結果が確定し、最終的なピクセルの色が決定されると、システムは経路と相互作用する物体と照明に基づいて画像を構築できます。
    
    
12. さらに、画像のクリーンアップ、光線追跡の副産物であるノイズの低減などの処理が行われ、最終的に画像が完成します。
    
    
13. このプロセスは非常に計算負荷が高いものです。この処理には、専用のハードウェアコンポーネントを搭載した最新のグラフィックカードが必要です。
    
    
14. 処理は画面ピクセルごとに1本の光線から始まります。そのため、800×600ピクセルの解像度でも、48万本の一次光線が必要になります。
    さらに、それぞれの一次光線が複数の二次光線を生成します。反射面や屈折面が多いシーンでは、適切な品質を得るために、さらに多くの光線/サンプルが必要になる場合があります。
    これは、今日のデスクトップPCにとっても非常に負荷の高い処理です。
    
    
15. それでも、他のラスタライズ方法と比較すると、この処理は極めて低速です。

クレジット：https://www.techspot.com/article/2485-path-tracing-vs-ray-tracing/

4.2：パストレーシングの魔法

1. シーンの統計分析は、光線の方向を最適化するのに役立ちます。
   
   
2. 従来のレイトレーシングでは、反射または屈折した各光線の経路を計算します。これらの（多数の）経路は、光源（または複数の光源）まで遡って追跡されます。
   
   
3. パストレーシングでは、各ピクセルに対して多数の光線が生成されますが、それらは統計的にランダムな方向に発射されます。
   光源に到達するか、経路が1つの面から別の面へ反射する回数の上限に達するまで、経路は繰り返されます。
   
   
4. 統計的サンプリングは、最終的にどの光線を使用し、最終的なピクセルカラーを生成するかを決定するために使用されます。
   
   
5. サンプリングの結果、ほぼ理想的な経路が得られます。画像の最終的な精度は、各ピクセルのサンプル数によって決まります。
   Lumionでサンプル値を変更すると、最終的な経路/光線の数が増減します。
   
   
6. この処理には膨大な量の数学とプログラミングが必要ですが、パストレーシングではピクセルごとに多数の光線が発射されるにもかかわらず、使用する光線の数を減らすことが可能です。
   
   
7. ただし、光線の追跡と表面との相互作用の計算によって、依然として大きなパフォーマンス低下が生じます。
   
   
8. 大きな利点は、ピクセルの色の大部分が最初の主要な光線によって決定されることです。しかし、屈折や反射を起こす表面では、追加のパス/光線を使用する必要があります。例えば、建築ビジュアライゼーションでは、ガラスや水面はしばしば大きな領域になります。そのため、最終的な品質は、これらの表面の種類によって大きく左右されます。
   

4.3：異なるサンプル数とバウンス数でのサンプルプロジェクト

サンプルプロジェクト：ハウス・オブ・タイム、レイトレースレンダリング、サンプル数1、バウンス数1：

サンプルプロジェクト：ハウス・オブ・タイム、レイトレースレンダリング、サンプル数8、バウンス数2：

サンプルプロジェクト：ハウス・オブ・タイム、レイトレースレンダリング、サンプル数128、バウンス数5：

5. 建築ビジュアライゼーションにおけるレイトレーシングレンダリングとは？

1. リアルなライティング：（上記参照）
   
   
2. ディテールの向上：
   ソフトウェアの実装により、大きな光源からの影に微妙な柔らかさを加えるなど、レンダリングの精度が向上します。
   例えば、Lumionは直射日光の柔らかな表現に対応しました。（バージョン24.2.0）
   
   
3. アクセシビリティとリアルタイムレンダリング：（上記参照）
   
   
4. ワークフローの改善：
   Lumionなどのツールは、レイトレーシングを建築ビジュアライゼーションのワークフローに統合し、デザイナーやアーティストがシーンをインタラクティブに探索し、リアルタイムで調整できるようにします。LumionとLiveSyncも参照してください。
   
   
5. 用途：
   レイトレーシングは、建築デザインのフォトリアリスティックなビジュアライゼーションを作成するために使用され、クライアントや関係者がプロジェクトの最終的な外観や雰囲気をより深く理解するのに役立ちます。

6. レイトレーシングレンダリングの限界にはどのようなものがありますか？

1. レイトレーシングレンダリングは現実世界をシミュレーションする技術です。
   アルゴリズムには限界があります。
   
   
2. レンダリング速度。
   
   
3. ラスタライズレンダリングと比較したレンダリング速度。
   
   
4. パストレーシングを使用した場合のレンダリング速度。
   
   
5. ノイズ。レイトレーシングレンダリングではノイズが発生するため、追加の処理によってノイズを低減する必要があります。

7. PCシステム要件

7.1：必要なハードウェアとプログラミング

レイトレーシングは、従来も現在もCPU上で実行可能です。

PC用グラフィックカード（GPU）の開発により、リアルタイムレンダリングが可能になりました。

1. 専用ハードウェア：RTコアは、これらの特定の演算処理を高速化するために特別に設計されています。
   
   
2. このような演算ユニットをシステム全体に多数接続できる能力。
   
   
3. 専用ハードウェア：NVIDIAおよびAMD FSRに搭載されているDLSSプロセッサは、レンダリングされた小さなフレームをスケーリングすることで、特にユーザーが画面解像度やフレーム解像度の向上を求める場合でも、レイのパス数を増やす必要がないようにします。
   
   
4. レイのパス決定と統計的評価のためのアルゴリズムの改善、ジオメトリをより高速に検索できるようにモデルデータを整理する手法。
   

7.2：Lumionのハードウェア要件については、以下の記事をご覧ください。

1. ナレッジベース：Lumion 2024以降を使用するにはどのようなコンピューターが必要ですか？
2. ナレッジベース：Lumion 2024以降にはどのグラフィックカードが必要ですか？
   

8. レイトレーシングはレンダリング時間にどのような影響を与えますか？

Lumionはレンダリング時間の短縮に非常に優れていることはご存知でしょう。
これは、大規模または複雑なプロジェクトにおいても同様です。現在、そしてLumion 2023においても、レンダリングはラスタライズレンダリングパイプラインを使用して行われています。
ラスタライズは、その性質上、レイトレーシングよりも大幅に高速です。しかし、レイトレーシングが実現できるような品質は得られません。
つまり、レンダリング結果の他の部分をエミュレートするためにLumion用に開発された他の重要なテクノロジーがなければ、レイトレーシングはレイトレーシングのような品質を実現できないのです。

例えば、ガラス/窓、鏡面、または高度に研磨された表面の反射効果における平面反射では、シーン全体をもう一度レンダリングする必要があります。
これはレンダリング時間の増加につながります。その他の例としては、ハイパーライト、スカイライト、グローバルイルミネーション、そして程度は低いもののシャドーエフェクトなどが挙げられます。

レイトレーシングは、これらの計算負荷の高いラスタライズレンダリングコストの一部を相殺します。
本質的に、レイトレーシングはパストレーシングと組み合わせることで、反射、影、屈折、グローバルイルミネーションを解決します。
しかし、レイトレーシング（パストレーシングを含む）は、ピクセルごとに膨大な数の計算を必要とします。
当然ながら、出力サイズが大きくなるほど、レンダリングコストも高くなります。また、レイトレーシング計算専用の高性能ハードウェアも必要となります。

Lumion 2023では、ラスタライズと比較した場合、この影響が顕著に現れます。
レイトレーシング対応のグラフィックスハードウェアを使用した場合でも同様です。
しかし、2025年までには、ハードウェア性能が向上し、実用的な計算ソリューションが実現可能になるでしょう。

9. レイトレーシングレンダリングにおけるノイズとは何ですか？