レンダリング

建築家が紙に描いた平面図だけを見ても、建物が実際にどんな姿になるのかは想像しにくいですよね。でも、専門のイラストレーターが設計図をもとに、レンガのざらざらした質感を描き込み、日差しの角度や窓に映る影まで丁寧に描けば、写真のようなすてきな完成予想図(建築パース)が生まれます。

コンピューターグラフィックスでも、まったく同じことが起きています。コンピューターの中では、キャラクターの背丈や形といった立体は、すべて点と線の3次元座標という数字としてだけ存在しています。そこに、どんな色を塗るのか、金属のように光るのか、背後にどんな影ができるのかを決める、たくさんの物理法則が加わります。

これらの情報をすべて集めて、光と質感を計算し、1枚の完璧な絵に仕上げる作業こそがレンダリングです。レンダリングを経てはじめて、私たちは画面の中でいきいきと動く立体のキャラクターに出会えるのです。

レンダリングは、大きく2つの方式に分かれます。1つは、3Dゲームのようにユーザーの操作にすぐ反応できるよう、画面を休まず描き続ける「リアルタイムレンダリング」です。ゲーム画面は、グラフィックカードが1秒間に数十回(一般的には30〜60回、高リフレッシュレートの画面ではそれ以上)、稲妻のような速さで描き直しています。だから、キャラクターが振り向くとその変化がすぐに画面に現れます。

一方、3D映画のアニメーションや特殊効果の入った映画では、「プリレンダリング」(オフラインレンダリングとも呼ばれます)という方式を使います。観客がリアルタイムで操作する必要がないので、たくさんのコンピューターをつないだレンダーファームで、1コマ(フレーム)に数時間、作品全体では何か月もかけて計算することもあります。

時間がかかる代わりに、毛の1本1本の揺れや水滴に反射する光まで、画面のリアルさと精密さを極限まで高められます。ゲームでは即座の反応速度が大切で、映画では圧倒的な完成度が大切、というわけです。

もう少し正確にいうと、レンダリングは単なる色塗りではなく、複雑な計算です。とくにリアルな場面をつくるときは、照明から出た光が床にぶつかって跳ね返り、壁で反射して私たちの目(カメラ)に届くまでの経路を計算します。実際の計算では、カメラ側から逆向きに光線を飛ばして、光が通ってきた道をたどるのが一般的です。

光の経路を1本ずつ追いかけて計算する「レイトレーシング」や、物体の表面の質感を表現するシェーダー演算には、何兆回もの数学的な計算が必要です。とくにゲームのようなリアルタイムレンダリングでは、数千個もの演算ユニットを同時に動かすグラフィックカード(GPU)の並列演算能力がカギになります。映画用のプリレンダリングでは、GPUに加えて、たくさんのCPU(中央処理装置)をつないだレンダーファームもよく使われます。

以前は映画でしか見られなかった精巧な光の計算技術が、いまでは高性能なハードウェアの進化のおかげで、みなさんが遊ぶ家庭用ゲーム機やスマートフォンの画面でもリアルタイムで行われています。