【素人には難しいけど;】デジタルファウンドリーが解説するアンリアルエンジン5の詳細。

アンリアルエンジン5では、EPIC GAMESのCEO TIMさんが

「PS5とXbox SeriesX両機種で素晴らしいパフォーマンスを発揮するでしょう。」

とツイートで明言しているにも関わらず、国内外のネットではPS5が最適化されていて、それ以外のハードはダウンスケールされるとか、Timさんの言葉をよそに議論が白熱しています。PSユーザーさん曰く、XBOX寄りと言う「デジタルファウンドリー」のアレックスさんが、アンリアルエンジン5について詳しく解説した記事が出ているので、読みやすく日本語訳して取り上げてみました。難しい用語も多々あって、私を含む素人には厳しい内容ですが、読む事で少しは理解が深まるとは思いますw ご興味のある方はどうぞ。これを見てどう思うかはあなた次第です。

Epic が PlayStation 5 でリアルタイムに動作する Unreal Engine 5 を発表したことは、今年のニュースの中でも衝撃的な出来事の一つであり、ゲームの未来を初めて「体感」することができました。UE5 は、LOD(レベル・オブ・ディテール)ポップインを完全に排除し、ジオメトリの処理に先進的なグローバル・イルミネーション技術を組み合わせた根本的なアプローチを採用するなど、細部の密度という点で真の次世代的な飛躍を遂げています。最終的な結果は、これまでに見たことのないものになっていますが、新しいレンダラーの実際の性質は何なのでしょうか?また、この次世代の飛躍をどのように実現しているのか、何か欠点はあるのでしょうか?

技術トレーラーに対するオンラインの反応を見ていると、興味深い質問がいくつか出てきましたが、不可解な反応もありました。主人公が隙間をくぐっていることへの執着は特に不可解だったが、これは明らかに創造的な判断であり、より多くのデータを読み込むためにキャラクターを遅くするための手段ではない。本当にシンプルです。一方で、1440Pのピクセル数を持つ動的解像度も、いくつかの否定的な反応を描いています。

それらは伝統的なピクセルカウント技術を無視しています。全体的なプレゼンテーションがこれだけ良く、詳細で、時間的な安定性がしっかりしている(フレーム間のフリッカーやシマーがない)場合、解像度はあまり重要ではありません。ほぼ2年前に言ったように、次世代機は「真の4K」であるべきではなく、ゲームは先のステップに進み、率直に言うとGPUリソースは他の場所に費やした方が良いのです。

しかし、いくつかの興味深いトピックが提起されています。UE5の「1ピクセルあたり1つの三角形」というアプローチは30fpsのコンテンツで実証されたので、60fpsのコンテンツがどれだけ良いものに見えるのか疑問があります。また、ダイナミックジオメトリや、髪の毛や葉のような透過性のあるものに対してシステムがどのように動作するかについても、興味深い点がいくつか挙げられています。

UE5ストーリーの大きな部分は、オリジナルのフルフィデリティのアセットを、最適化されていないまま、ゲーム内でどのように変更せずに使用できるかということです。これは、PlayStation 5が得意とするストレージのストリーミング帯域幅についても疑問が残るところです。

では、「Lumen in the Land of Nanite」の技術デモでは、PS5の5.5GB/sという膨大な非圧縮メモリ帯域幅をどの程度活用しているのでしょうか?近いうちに詳細が明らかになることを期待しています。

アンリアル・エンジン5の技術革新の中核をなすのは、技術デモで見られた前代未聞のディテールを実現するマイクロポリゴン・レンダラーである「Nanite」と呼ばれるシステムです。マイクロポリゴン エンジンのコンセプトは新しいものではなく、映画の CGI で幅広く使用されています。出発点は同じですが、ゲームでの実行は異なります。モデルは、モデルごとに何百万ものポリゴンを使用して同じ非常に高い品質でオーサリングされますが、ゲーム内で使用するために、特注の法線マップを使用した低品質のモデルは作成されません。

Naniteでは、その高品質なモデルの幾何学的ディテールがリアルタイムで拡大縮小されます。これまでのゲームモデルの作成方法では、より詳細なディテールは焼き付けられた法線マップで埋める必要はありませんでした。Epic Games の主要スタッフが、いくつかの重要な質問に答えることで、この技術への理解を深めることができました。

「Nanite を使用すると、高解像度モデルから低解像度のゲーム アセットに通常のマップをベイクする必要はなく、エンジン内で高解像度モデルを直接インポートすることができます。Unreal Engine はバーチャル テクスチャをサポートしているため、GPU にオーバーロードすることなく、多数の 8K テクスチャを使用してモデルをテクスチャリングすることができます」

と述べています。Epicのスペシャルプロジェクトのアートディレクターを務めるJerome Platteaux氏がDigital Foundryに語っています。同氏によると、各アセットにはベースカラー用の8Kテクスチャ、メタルネス/ラフネス用の別の8Kテクスチャ、そして最終的にノーマルマップ用の8Kテクスチャが用意されているとのことです。しかし、これはより高いディテールを近似するために使用される従来の法線マップではなく、表面のディテールのためのタイル状のテクスチャです。

“例えば、神殿で見ることができる戦士の像は、8つのピース(頭、胴体、腕、脚など)で出来ています。それぞれのパーツには、3つのテクスチャ(ベースカラー、メタルネス/ラフネス、小さな傷のためのノーマルマップ)がセットになっています。つまり、8Kテクスチャが8セット、1つの彫像だけで合計24個の8Kテクスチャになります」と彼は付け加えています。

ディテールはスクリーンサイズのピクセル量に結び付けられているので、現在のレンダリングシステムで見られるようなLOD(レベル・オブ・ディテール)の「ポップ」というハードカットオフはもうありません。同様に、理想的には、2015年の『スター・ウォーズ バトルフロント』のようなゲームの地上地形で見られるような、標準的な変位で見られるような「沸騰」したような外観にならないようにしなければなりません(これは現在でも美しく保たれていると言わざるを得ません)。

そして最後に、これは水平方向の拡大やディテールの縮小を表現することができるので、地面にある個々の岩の質をより自然な方法で増減させることができます。最終的には、このマイクロポリゴン法はアセット作成に大きな違いをもたらします。モデルや通常のマップのディテール・レベルのバージョンをオーサリングする必要がなくなり、時間とメモリを節約し、様々なバージョンのためのドローコールさえも節約できます。

また、Nanite の印象的な忠実度の鍵となるのは、微細なディテールをいかにシャドウイングするかということです。最新の「Call of Duty Modern Warfare」のようなゲームでは、標準的なシャドウマップでは解像度が低すぎて微細なディテールをリアルに再現することができず、レイトレーシングではそれに比べて優れた仕事をしているのですが、これが微細なディテールをうまく表現できる理由です。トライアングルベースのハードウェア・アクセラレーションされたレイトレーシングの代わりに、PlayStation 5のUE5デモでは、現行世代のゲームで見られるようなスクリーンスペースを利用して細かいディテールをカバーし、それを仮想化されたシャドウマップと組み合わせています。

ブライアン・カリス氏は、「バイアスやセルフシャドウのアーチファクトを避けるために、サンプルポイントを表面から離すための非常に短いスクリーンスペーストレースがあります」と説明します。これらは一般的に「ピーターパニング」と呼ばれるもので、偏りがあったために影がキャスターにつながっていないように見え、シャドウマップが十分に偏っておらず、表面が部分的に自分自身に影を落とし、しばしば点線や縞模様になってしまうという逆方向のシャドウアクネが発生します。私たちは、短いスクリーン空間のトレースと他のいくつかのトリックを組み合わせて使用するフィルタリング方法で、この両方を回避しています。

本当に、ここでの核となる手法であり、シャドウの忠実度が飛躍的に向上している理由は、バーチャルシャドウマップです。これは基本的にはバーチャルテクスチャですが、シャドウマップのためのものです。Naniteを使うことで、仮想シャドウマップへのレンダリングを非常に効率的に行うなど、これまでできなかったことがいくつも可能になりました。各ピクセルの仮想シャドウマップの解像度を選択して、テクスチャがピクセルサイズになるようにしています。これにより、デモのすべてのライトに対して16Kのシャドウマップを効果的に作成することができます。

高解像度も素晴らしいですが、物理的にもっともらしいソフトなシャドウが欲しいので、レイトレースされたシャドウのノイズ除去に関する以前の作業の一部を拡張して、シャドウマップのシャドウをフィルタリングし、それらの素晴らしいペナンブラを提供しました。

また、ジオメトリがどのように処理されているのか、Nanite が完全にソフトウェアベースの生計算アプローチを採用しているのか(これは DirectX 12 Ultimate の認証を受けていない PC GPU を含む、すべてのシステムに対応しています)、それとも Epic がメッシュ シェーダやSony が PlayStation 5 向けに説明しているプリミティブ シェーダの力を利用しているのか、という点についても非常に興味がありました。その答えは興味深いものでした。

ブライアン・カリス氏は、「三角形の大部分は、その利点を生かすために特別に設計された、超最適化されたコンピュート シェーダを使用してソフトウェアでラスタライズされています」と説明します。「その結果、この特定のタスクでは、ハードウェアラスタライザは不要になりました」とBrian Karis氏は説明します。ソフトウェアラスタライズは、Naniteのコアコンポーネントであり、その機能を実現しています。しかし、すべてのケースでハードウェアラスタライザに勝てるわけではないので、ハードウェアの方が速いと判断した場合には、ハードウェアを使用します。PlayStation 5では、そのパスにプリミティブシェーダーを使用していますが、これは以前のバーテックスシェーダーを使用した古いパイプラインを使用するよりもかなり高速です。

Unreal Engine 5 の技術デモで披露されたもう一つの基本技術は、レンダリングの聖域の一つであるリアルタイム ダイナミック グローバル イルミネーションへの Epic の回答であるルーメンです。ルーメンは、基本的にはバウンド ライティングの非三角形レイトレーシングをベースにしたもので、基本的には最初に照明を当てた後にシーンの周囲に光を分配します。つまり、デモでは、太陽が岩のような表面に当たると、岩の色に影響された光が岩から跳ね返ってきて、どのように陰になるべきかがわかります。デモでは、リアルタイムでシーンの照明を根本的に変化させることができ、ビデオの中には、その効果をオン/オフするための短いセクションもあります。

ほとんどのゲームでは、オフラインで生成されたライトマップと呼ばれるシステムを使って事前に計算し、テクスチャを介してシーンに「焼き付ける」ことで、グローバルイルミネーションを近似させています。これにより、シーンはグローバルイルミネーションを持っていますが、照明は動くことができず、影響を受ける照明やオブジェクトは完全に静的なものになります。

照明は本質的にゲームシーン内のオブジェクトの表面に付着しています。これに加えて、このライトマップは拡散照明にしか影響しないため、金属や水、その他の光沢のある素材に見られるような鏡面照明(反射)は、キューブマップやスクリーン空間の反射を使って別の方法で行わなければなりません。

4A GamesのMetro Exodusは、ダイナミックなグローバルイルミネーションを生成するために使用されるハードウェア加速レイトレーシングを使用して、これに対する潜在的な解決策を提供していますが、多くのRTソリューションと同様に、かなりのコストがかかります。

Lumenは、オフラインのライトマップのグローバルイルミネーションに代わる「より軽い」リアルタイムの代替手段であり、最終的なイメージにトレーシング技術を組み合わせて使用します。Lumenは太陽光の間接照明の複数のバウンスを提供し、デモでは主人公の懐中電灯からも同じ効果が見られます。

「Lumenでは間接照明を解決するためにレイトレーシングを使用していますが、三角形のレイトレーシングは使用していません。」

とEpicのグラフィック担当テクニカルディレクターであるDaniel Wright氏は説明しています。”ルーメンは、符号付きの距離フィールド、ボクセル、高さフィールドで構成されるシーン表現に対して光線をトレースします。その結果、特別なレイトレーシング ハードウェアは必要ありません」と説明しています。

「完全にダイナミックなリアルタイムGIを実現するために、Lumenは特定の階層を持っています。”Lumenは、効率的にレイトレーシングを行うために、様々なテクニックを組み合わせています 」とライト氏は続けます。「スクリーン空間のトレースは微細なディテールを扱い、メッシュ符号付き距離フィールドトレースは中規模の光線移動を扱い、ボクセルトレースは大規模な光線移動を扱います。」

大きな物体や表面からのバウンス照明をカバーするために、三角形のトレースではなく、代わりにボクセルを使用しています。中規模のオブジェクトの場合、ルーメンは符号付きの距離フィールドを使ってトレースしますが、これはシーンジオメトリを少し簡略化したものです。最後に、シーンの細かい部分はスクリーン空間でトレースされます。

これは、XboxシリーズXの『ギアーズ オブ ウォー5』でデモしたスクリーン空間のグローバルイルミネーションのようなものです。オブジェクトの大きさに応じて異なるレベルのディテールを利用し、最も複雑な細かい部分にはスクリーン空間の情報を利用することで、Lumenはハードウェアのトライアングル・レイ・トレーシングに比べてGPU時間を節約します。

GeForce RTX 2070 Superを搭載した最新のPCでデモは動作するのか?Libreri氏によると、その通りで、結果は「かなり良い」とのことです。比較のために、デモが実行されたPlayStation 5グラフィックスアクセラレータは、最大10.28テラフロップスを提供することができますが、GeForce RTX 2070 Superの理論的な性能は9テラフロップスです(これが唯一の要因ではないことは注目に値します – アーキテクチャや他の機能も重要です)。

ストリーミング・ダウンロードやリソースに関しては、ティム・スウィーニー氏によると、PlayStation 5のSSDアーキテクチャは非常に先進的で、PCよりもかなり先を行っているが、それでもプレイヤーはNVMeインターフェースをベースにした最新のSSDを使用して「驚異的なパフォーマンス」を得なければならないという。1つ確かなことは、PCプレイヤーがまだSSDに切り替えていない場合は、そろそろSSDに切り替える時期に来ているということです。

「”Unreal Engine 5″ で取り組んできた、そしてこれからも取り組んでいく重要な分野の 1 つは、現在のパフォーマンスの何倍もの速さでロードを高速化するための次世代ドライブの最適化である」と彼は述べています。「少しだけ速くなっただけではなく、はるかに速くなったので、このすべてのジオメトリを使用して、それが完全にメモリに収まることができないという事実にもかかわらず、それを表示することができます 」

ティムスウィーニーは、PCゲーマーのジャーナリストは、最近まで彼はハードドライブにゲームをインストールすると述べたときに驚きを表現しました。

また、「Lumen in the Land of Nanite」のデモでは、Lumenと呼ばれる新しい照明技術、カブトムシやコウモリの群れの挙動を模倣できるパーティクルシステム、高度な物理エンジン「Chaos」、アンビゾニクス(アクセラレータを使用した球状のサラウンドサウンドのレンダリング)などが紹介されていました。

Epic Gamesからは、これ以上の正確な情報はまだありませんが、NVIDIA のハードウェア RTX レイトレーシング ユニットとの相性が良いことを指摘しています。

Unreal Engine 5の暫定バージョンは2021年の初めにリリースされ、ローンチは年末に行われる予定です。現バージョンのUnreal Engineで作られたゲームは、時期が来ればUE5にロールオーバーすることが可能で、Epicは人気の王道バトル「Fortnite」ですでにその約束をしています。

アンリアル・エンジンはこれまで通り無料で使用できますが、Epicはポリシーも変更しており、アンリアル・エンジンを使用して作成されたゲームの最初の100万ドルの収益に対してロイヤリティを請求しなくなりました。これまでEpicは、四半期の総収入3,000ドルの後に5%のロイヤリティの課金を開始していましたが、今回の方針変更により、Unreal Engineを使用して作成したゲームの最初の100万ドルの収益に対してロイヤリティを請求しなくなります。

以上です。記事でアレックスさんも言及していますが、UE5のデモはPS5のNVMe SSD 5.5GB/sという膨大な帯域幅の内、どれくらいを活用しているのかという事です。これが本当に知りたいですね。その内容次第でネットで活発な綱引き議論も終止符が打てるでしょう。 🔚

via DigitalFoundry

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