次の世代のインタラクティブレンダリング5つの挑戦と10の滅ぶべき技術

@masafumihttp://www.shader.jp

12年4月15日日曜日

本日の話• 本日はゲームにおけるハイエンド3Dグラフィック

スの話題をやります

• その中でも次の世代の5つのチャレンジと現行世代で終わりにする10の技術の話をまとめてします

• 作ってみたら話題が多すぎて時間内におさめるのに色々と駆け足になっちゃうのですみません

• あと、微妙に主張のわからない点も駆け足で

12年4月15日日曜日

自己紹介(@masafumi)• とあるゲーム開発会社のグラフィックスR&Dエン

ジニア

• 家庭用タイトルの開発経験とテクニカルアーティスト部署にいましたが、現在の主な業務はグラフィックスに関するR&D

• Shader.jpというサイトをやってます

• http://www.shader.jp Twitterは、@shaderjp

• 個人blogとかも上のサイトからリンク有ります

12年4月15日日曜日

元ネタは2つ• 次世代グラフィックスを作っていくための2つの問題提起

• ”5 Major Challenges in Interactive Rendering”

• http://www.slideshare.net/DICEStudio/5-major-challenges-in-interactive-rendering

• EA DICEのレンダリングアーキテクトのJohan Andersson氏がSIGGRAPH 2010でやったセッション

• 10 Things That Need To Die For Next-Gen

• Ready at Dawn Studiosの人

• http://mynameismjp.wordpress.com/2011/12/06/things-that-need-to-die/

• 解決してしまった話題は補足しながら取り上げます

12年4月15日日曜日

次の世代？• ひとまずDirect3D11世代グラフィックス

• 多くの開発者、エンジンがひとまずこの世代を次の世代と認識している

• モバイルではいつ？

• Windows 8(ARM版、タブレット)、Windows Phone 8

• APIだけはDirect3D11.1使える

• フル機能が来るわけでは無いが部分的には取り入れられる可能性がある

• OpenGL ES 2.0の次っていつなんでしょうね？

12年4月15日日曜日

ゲームエンジンにおけるDirect3D11

• Unreal Engine

• 3.5やUDKでは対応

• 4.0がどうなるかは不明だが対応してると思われる

• Unity

• GDC 2012で次世代版のセッションがあったが鋭意対応中の模様

• Mastering DirectX 11 with Unityhttp://developer.download.nvidia.com/assets/gamedev/files/gdc12/GDC2012_Mastering_DirectX11_with_Unity.pdf

• CryEngine

• 3で対応。3.4で一般の開発者も使えるっぽい

• この辺のエンジンでDirect3D11向けに開発するなら今回の話題は関係するかも

12年4月15日日曜日

今日の話の対象者

•グラフィックスエンジニア

•プログラマ

•ゲームエンジンのグラフィックス担当エンジニア

•テクニカルアーティスト

•ビジュアルアーティスト

12年4月15日日曜日

今日の話から得られること

• 次世代グラフィックス開発で大事なこととそうで無いこと

• 次世代になったら、「新しいことを始める」ということだけでなく「古い悪習を改める」ことも重要

• 次の世代のグラフィックスを実現するために何を学ぶ必要があるか？

• 海外向けの製品作ってる方は海外向けグラフィックスのディレクションのヒントになるかも

12年4月15日日曜日

5つのチャレンジの話• CINEMATIC IMAGE QUALITY

• ILLUMINATION

• PROGRAMMIBILTY

• PRODUCTION COSTS

• SCALING

• 将来のゲームのグラフィックスが解決しないと行けない問題とBattlefield 3のFrostbite 2.0の取り組みについて

12年4月15日日曜日

Frostbite 2.0• Battlefield 3のエンジン

• EA DICEが開発してEA傘下の開発会社で使われ始めてる

• EAという巨大パブリッシャーが内製してる

• ゲームエンジンを外部から買ってくるという発想ではなく、自ら作って傘下のスタジオで使っていくという考え方は注目

• 採用タイトル

• Need for Speed: The Run(レース)

• Medal of Honor: Warfighter(FPS)

• Command & Conquer: Generals 2(RTS)

• 他いろいろあるらしい

12年4月15日日曜日

CINAMA QUALITY• 映画のクオリティ

• 単に高画質...というわけではない

• 達成するための要素

• エイリアシング

• モーションブラー、DoF

• 透過物

• ジオメトリ

12年4月15日日曜日

ILLUMINATION

•イルミネーションのトピックは3つ

• Global Illumination

• Shadow

• Reflaction

12年4月15日日曜日

Global Illumination

12年4月15日日曜日

Global Illumination• ムードの構築、地面の環境表現に使う

• 現行は、静的な手法（ベイクや静的シーン向けの手法）

• ダイナミックな手法が必要

• ダイナミックな環境への対応

• 興味深く難しいケース

• 大規模な環境の破壊（形が変わっちゃうケース）

• 1フレームだけマズルフラッシュ（銃とかの閃光）とかするケース

12年4月15日日曜日

Enlighten

Enlighten���� ���"���&��

���

����"���&� Tile-based Deferred Rendering

�������("�� ��)

��������("���%'�)�

#�$��!"�����(CPU)

動的オブジェクトは影響を与えてない A Real-time Radiosity Architecture より

http://www.slideshare.net/DICEStudio/siggraph10-arrrealtime-radiosityarchitecture

12年4月15日日曜日

Shadow

12年4月15日日曜日

Shadow mapの問題点• 影表現にShadow mapが使われてるけどこれ

が完全な解決策では無い

• エイリアシング、解像度のマッチング、フィルタリング、管理、カリング

• 半透明物の影

• 半影

• エリアライトがソースの影

12年4月15日日曜日

いくつかの解決策• SIGGRAPH 2010時点には無かった論文が出て

る

• 解像度のマッチング

• Rectilinear Texture Warping for Fast Adaptive Shadow Mappinghttp://www.cspaul.com/wiki/doku.php?id=publications:Rosen.2012.I3D

• 半透明物の影

• Colored Stochastic Shadow Mapshttp://graphics.cs.williams.edu/papers/CSSM/

12年4月15日日曜日

多光源影• Battlefield 3なんかはTile-

based Deferred Renderingで1000個の光源のライティングに成功したが...

• Shadow map用の光源になってない

• 次のステップは数100個の光源がShadow map用に使えること

12年4月15日日曜日

Reflections

12年4月15日日曜日

Reflections• 今のところやられてること

• 環境マップ

• 将来的に光源が数100に成るようなケースで正しい？

• 多光源影問題

• Planar reflections

• 斜面とか複数の壁とか窓とか問題

• 多光源で安定的に使える手法を考える必要がある

• レイトレーシングまでやらないとだめ？

• ラスタライゼーションとハイブリットな手はないか？

12年4月15日日曜日

PROGRAMABILITY• なんだかんだグラフィックス処理は固定されてる

• 伝統的なラスタライゼーション

• プログラマブルなブレンド

• 柔軟なテクスチャフィルタリング

• これらはまだまだ出来ない

• Computeで独自のレンダリングパイプラインを完全に構築するのはまだまだ無理がある

12年4月15日日曜日

PRODUCTION COST• 品質の向上や豪華にしなくちゃいけないのにコストは

増やせない

• でも、ますますコストは上がる

• イテレーションタイムが品質向上と低コスト化に重要

• いわゆるゲームエンジンを採用する時によく出る話

• Frostbite 2.0のワークフロー到達まで20年かかった

12年4月15日日曜日

プロダクションコストをリダクションする

• 改善点

• 速いワークフローとツール

• プロシージャルを使ったコンテンツの生成

• もっと共有化、再利用

• 大きな問題だけど、今回はカバーしきれない（元のスライドではここまで）

12年4月15日日曜日

SCALING UP• 拡大化していくゲームに対して何が問題でその対策

• GPUモデルは柔軟になってきてるが...

• パフォーマンス/バンド幅が問題

• もっと欲しいモノ

• パフォーマンス、バンド幅、メモリ

• コンテント、ディティールとクオリティ

12年4月15日日曜日

Scaling upに対する描画テクニック

• ディファードシェーディングと4x MSAA

• 注釈 従来Deferred ShadingとMSAAの組み合わせは相性が悪いと言われてたので

• Quad-based forward shading with ~1pixel triangles

• 1ピクセル未満の三角形の描画の話

• GPUへの命令発効API

• 影やリフレクション100程度の小規模なレンダリング単位で

12年4月15日日曜日

WorldのScaling up• World(Terrainとか)のScaling upのための試み

• 静的なWorldから（ゲームとして）没入できるインタラクティブなWorldへ

• ユニークである（繰り返しやパターンじゃ無い）

• ディティールの向上

• （地形が）変わる、破壊可能

• (プロシージャル)

• 大規模なシーンはゲームに限らずチャレンジな要素

12年4月15日日曜日

10の滅ぶべき技術1. Phong / Blinn Phong

2. Specular Aliasing

3. SSAO

4. DXT5 Normal Maps

5. Geometry Aliasing

6. Crappy Tone Mapping

7. No GI

8. Crappy Depth of Field and Motion Blur

9. Sprite-based Lens Flares

10. Simple Fog

12年4月15日日曜日

Phong / Blinn Phong• Phongは×

• Blinn Phongは少しマシ

• Energy-conserving Blinn-Phonghttp://renderwonk.com/publications/s2010-shading-course/hoffman/s2010_physically_based_shading_hoffman_b_notes.pdf

• Cook-Trance

• シェーダヘビー

• BRDF

• 特に異方性

• 特に異方性BRDFが使えるのが理想

12年4月15日日曜日

Specular Ailasing• スペキュラーハイライトのエイリアシング

• Stephen Hillと言う人が紹介してるテクニックがいいよ

• http://blog.selfshadow.com/2011/07/22/specular-showdown/

• Direct3D11ハードウェアならSelective supersamplilngという手がある

12年4月15日日曜日

SSAO• 大規模空間をAmbient Occlusionする際にSSAO

の問題がある

• 特に、描画解像度から解像度を落として処理するタイプの手法で問題がでる

• 描画解像度を落とさないと重い

• ※注.これは元ネタの人の私見だそうですが、問題点の指摘は正しい

12年4月15日日曜日

DXT5 Normal Maps• 法線マップの圧縮の話

• BC5(3Dc / DXN)使え

• DXT5と同じサイズで高クオリティ

• 比較の参考はUDKのドキュメントが参考になるhttp://udn.epicgames.com/Three/NormalMapFormatsJP.html

• 右の画像の出展は上記UDKのもの

DXT5

BC5

12年4月15日日曜日

Geometry Aliasing• ジオメトリ部分（シルエットとかディティール）のエイリアシング

• Deferred RenderingやHDRレンダリングがアンチエイリアシング処理をややこしくしてる

• 素直にMSAAしにくいケース

• MLAAやFXAAはあくまで応急的

• Deferred Renderingのアンチエイリアス処理に関しては、Intelの手法が解決の良い糸口になりそうhttp://software.intel.com/en-us/articles/deferred-rendering-for-current-and-future-rendering-pipelines/

• トーンマッピングに関する改善策http://forum.beyond3d.com/showpost.php?p=1595484&postcount=1094

12年4月15日日曜日

アンチエイリアシング比較

テキスト

SMAA: Enhanced Subpixel Morphological Antialiasingでの比較http://www.iryoku.com/smaa/

12年4月15日日曜日

Crapy Tone Mapping• 線形な手法とReinhardの手法はナシ

• 物理的には正しくないから

• Reinhardの”Photographic Tone Reproduction for Digital Images”http://www.cs.utah.edu/~reinhard/cdrom/tonemap.pdf

• キーワードは、Filmic Tone Mapping

• John Hableの提案手法からはじめよう

• Uncharted 2の手法http://filmicgames.com/Downloads/GDC_2010/Uncharted2-Hdr-Lighting.pptx

12年4月15日日曜日

No GI• GIを使わないこと

•みんながみんな使わないなら無くてもいいけど、使うようになると目立つ、使わざるを得ない

• 5つのチャレンジとかぶってるのであんまりここは深くつっこまないです

12年4月15日日曜日

Crappy Depth of Field and Motion Blur

• この分野は先端のゲームエンジンで色々とやられてる

• CryTek:http://www.crytek.com/sites/default/files/S2011_SecretsCryENGINE3Tech_0.ppt

• DICE:http://publications.dice.se/attachments/BF3_NFS_WhiteBarreBrisebois_Siggraph2011.pptx

• Epic:リンク消失

• まだいい手がありそう

• NVIDIAの手法”Real-Time Stochastic Rasterization on Conventional GPU Architectures”http://research.nvidia.com/publication/real-time-stochastic-rasterization-conventional-gpu-architectures

12年4月15日日曜日

Sprite-based Lens Flares• スプライトベースのレンズフレア

• 物理ベースの手法にしましょう

• SIGGRAPH 2011の”Physically-Based Real-TimeLens Flare Rendering”http://www.mpi-inf.mpg.de/resources/lensflareRendering/

• 光学的にレンズのシミュレートをして実装している

12年4月15日日曜日

Simple Fog•深度ベースでフォグかけるのはナシ

•深度ベースなんて物理的に正しいわけがないw

•物理ベースの散乱モデルにしていきましょう

12年4月15日日曜日

おしまい• 次の世代は物理的な正しさをしつこく言われるようになり

そう

• 物理的に正しい表現を見抜く目ってありますか？

• もう一つのキーワードは「フィルム」

• 映画の人たちのやってること、表現、演出を落とし込む

• スライドはちょいと手を入れてhttp://www.shader.jpの方で公開時にお知らせします

12年4月15日日曜日

質疑

•あれば何かどうぞ？

12年4月15日日曜日