レイキャスティングとは？

レイキャスティングの概要

レイキャスティングは、仮想シーンにおいて光がどのように目（またはカメラ）に当たるかを決定する方法です。3Dグラフィックスでは、レイキャスティングによって、ユーザーの視点からデジタル環境へとデジタルの光線が放射されている状態を再現できます。光線はシーン内のオブジェクトと交差するので、交差が発生する場所と各オブジェクトのプロパティにもとづいて、画面上のピクセルの色と明るさを決定できます。

レイキャスティングはリアルなライティングを作成できるため、レンダリングと視覚化において非常に重要となります。この手法では、デジタル環境で光が現実世界のオブジェクトとどのように相互作用するかをシミュレートし、驚くほどリアルなキャラクター、オブジェクト、シーンを表現できます。

レイキャスティングの歴史

レイキャスティングは現代の3Dデザインの基本的な手法ですが、この技術は数十年前から存在しています。1960年代、コンピューター科学者たちは、リアルな画像を生成するために、光が物の表面とどのように相互作用するかをシミュレートする方法を研究しました。1980年代には、Turner Whitted氏が再帰レイトレーシングに関する論文を書き、この技術を普及させました。この論文では、再帰的に光線をキャストすることで反射と屈折を処理するという概念が紹介されました。これがレイキャスティングにとって真のゲームチェンジャーとなりました。

John Carmack氏は、1990年代初頭に「Wolfenstein 3D」というゲームでレイキャスティングを普及させました。これは、レイキャスティングを使って2Dの世界に3Dの視点を作成するというものでした。2000年代には、レイキャスティング技術とラスタライズが融合され、デジタルシミュレーションでのリアルタイムレンダリングがサポートされるようになりました。現在では、複数の企業がハードウェアアクセラレーションを使ったレイトレーシングを開発しており、これにより可能性の限界が押し広げられています。

活用例

レイキャスティングはビデオ ゲームに最適ですが、それ以外にも、次のような重要な用途があります。

1. 医用画像： レイキャスティングによって、CTおよびMRIスキャンからのボリュームデータをレンダリングできます。これにより、医療専門家は詳細な3D画像を取得し、診断の精度を向上させることができます。
2. 建築の視覚化： 建築家は、光が空間とどのように相互作用するかを予測するためにレイキャスティングを使用できます。これは、太陽光が部屋をどのように照らすかを時間帯や季節ごとに確認するのに特に役立ちます。
3. バーチャルリアリティ（VR）： VRでは、視線追跡やオブジェクト選択などのインタラクション検出にレイキャスティングが使用されます。これにより、より没入感のあるユーザーエクスペリエンスが実現します。
4. ゲーム： レイキャスティングは、リアルでインタラクティブな環境の構築に役立つので、ビデオゲームデザインにとって重要です。ビデオゲームでは、レンダリングや衝突検出など、様々な目的でレイキャスティングが使用されます。『Doom Eternal』や『Cyberpunk 2077』などのゲームは、レイキャスティングが実際に使用されているゲームのほんの数例です。

ボリューメトリックレイキャスティング

ボリューメトリックレイキャスティングは、標準的なレイキャスティングよりも一歩進んだ技術です。この手法では、3Dテクスチャやデータセットなどのボリュームデータを使用します。標準のレイキャスティングでは光線をサーフェスと交差させますが、ボリュームレイキャスティングでは空間全体のデータをサンプリングします。これは、CTやMRIスキャンからの3Dデータをモデルによって視覚化する、医療画像処理などのアプリケーションに役立ちます。

レイキャスティングと他のレンダリング手法の比較

Adobe Substance 3Dは、3Dモデルを生成、変更、およびスタイル設定するためのクリエイティブスイートです。レイキャスティングはSubstance 3Dの重要な機能であり、テクスチャのベイク処理、つまり光とデジタルマテリアルの相互作用を処理するのに役立ちます。Substance 3Dの3Dツールスイートに加えて、レイキャスティングを使用すると、詳細で正確なテクスチャを作成し、非常にリアルな3Dモデルを生成できます。

レイキャスティングとその他のレンダリング手法を比較してみましょう。

1. レイキャスティング： この手法では、ユーザーの視点からシーンに光線をキャストすることで可視性を決定します。
2. ラスタライズ： この3Dモデリング手法は、幾何学的形状をピクセルに変換して表示するものです。これは、ビデオゲームのリアルタイムグラフィックスで広く使用されています。
3. レイトレーシング： これは、レイキャスティングの高度な形式です。この手法では、シーンを通過する光線の経路をシミュレートします。レイトレーシングでは、非常にリアルな画像を作成できますが、計算コストが高くなります。

レイキャスティングを始めてみる

レイキャスティングを始めるための簡単なガイドを以下に示します。

1. 基本を理解する： 光線とは何か、光線はどのように機能するのか、および光線がシーン内のオブジェクトとどのように交差するのかを学びましょう。
2. シンプルなシーンから始める： 初心者のうちは、球体や平面などの基本的な形状で学習しましょう。シンプルなシェーディングテクニックを使って、それらのオブジェクトに深度を設定してみてください。それらの設定がシーン内の影、反射、屈折にどのように影響するかがわかります。
3. 複雑なシーンへと拡張する： それがわかったら、より多くのオブジェクトやマテリアルを取り入れていきましょう。

これは最初の学習ステップとして効果的ですが、レイキャスティングのスキルを高めるには継続的な学習が必要であることを忘れないでください。Adobe Substance 3Dのオンラインチュートリアル、コミュニティ、ガイドを利用することで、スキルを徐々に高めていくことができます。

Adobe Substanceによるレイキャスティングの違いを体験してください

レイキャスティングでは、デジタル空間で現実世界のライティングを再現することで、よりリアルなデジタルシーンを作成できます。医療用画像からビデオゲームまで、レイキャスティングはデジタル時代に求められるリアリティを提供しています。Adobe Substance 3Dでレイキャスティングを今すぐ試して、独自のビジュアルを構築してみてください。