redflash renderer / Raytracing Camp 11

レイトレ合宿11でOptiXを用いて開発した自作レンダラーのプレゼンスライドです。
距離関数でプロシージャルに定義したシーンをレイマーチング（Sphere Tracing）で衝突判定して、パストレーシングで描画しました。

Google Slides版
https://docs.google.com/presentation/d/134Tbi_B4pBNlgJVSlIl4LdsPcmmRplWOeTw0Mp4GO-8/edit?slide=id.gbd0ef54b81_0_79#slide=id.gbd0ef54b81_0_79

Transcript

1. redflash: Circuit City 2025-11-15 レイトレ合宿11本戦 @gam0022 / Sho HOSODA
2. 使用ライブラリ • NVIDIA OptiX 6.5 • stb_image • TinyObjLoader 2
3. レンダラーの基本機能 • Unidirectional Path Tracing ‣ NEE（Next Event Estimation) + MIS（Multiple Importance Sampling） • Materials（BSDFs） ‣ Disney BRDF, Lambert Diffuse, Glass, Poral • Primitives ‣ Sphere, Polygon Mesh, Distance Function (Raymarching) • ACES Filmic Tone Mapping • Deep Learning Denoising 3
4. 使用アセットの出典 • 3Dアセットは全てプロシージャル ‣ Mandelboxベースのフラクタル ‣ 自分の過去作『GUARDI▲N』（SESSIONS2024）から移植 • テクスチャ（天球のHDRI画像） ‣ https://polyhaven.com/a/table_mountain_1_puresky 4
5. レンダラーの出力設定 • 解像度 ‣ 1920x1080 • 300フレーム💪 ‣ 30FPS × 10秒（上限） ‣ 1フレームあたり0.6秒 5
6. シーン解説（前半） プリント基板がモチーフのビルが並ぶ架空都市🤖🏢という設定（NOT AI生成） • 地面が緑色の基板（ソルダーレジスト、緑色の絶縁膜） • ビルがコンデンサやICチップ、抵抗などの電子部品 • 道が配線パターン（トレース） 6 【画像出典】https://blog.rittal.jp/1256
7. シーン解説（後半） フラクタルをアニメーションして十字架✝っぽく変形 7 【画像出典】【エヴァ考察】 人類補完計画とコア化
8. 距離関数の作成はUnity Unityでパラメーターを試行錯誤 8
9. カメラワークもUnityで作成 シーンビューのカメラをクリップボードにコピーするUnityの Editor拡張を実装 9
10. エイリアシング対策 • 課題 ‣ ジオメトリーや法線が高周波すぎて、遠景でエイリアシングが発生 • 解決策：epsをAdaptiveに決定 ‣ レイマーチング（Sphere Tracing)の衝突判定のeps ‣ 法線計算（距離関数の偏微分）のeps • 結果 • 1px未満の高周波なジオメトリーや法線を抑制→エイリアシング回避 • 遠景のレイマーチングを早期終了→高速化にも貢献👍 10
11. レイマーチング（Sphere Tracing）の高速化の研究 以下の手法を実装したが、今年のシーンでは相性が悪かったので無効化😭 • Sphere TracingのアルゴリズムはCallable Programで簡単に入れ替え可能 MengerSpongeのような平面が多いシーン以外はむしろ悪化する印象がある😭 • [Keinert et al. 14] Enhanced Sphere Tracing • [Bán&Valasek 18] Accelerating Sphere Tracing • [Bán&Valasek 23] Automatic Step Size Relaxation in Sphere Tracing 11 [Bán&Valasek 18] シーンを平面と仮定 Sphereが重ならないように次のステップを求める 普通のSphereTracing [Bán&Valasek 23]は [Bán&Valasek 18]の パラメーターを自動調整
12. 制限時間を守る工夫 • 各フレームの最初の10サンプリングの時間から 制限時間にギリギリ間に合うサンプリング数を推定 • シーンの重さに応じた計算リソースの配分も実現 • 去年は2サンプリングでベンチマークしていたが、低確率で謎に遅くなる現象が発生 ‣ サンプリング数が安定しなかったので、10サンプリングに変更して解決 ‣ 2回だけだとは外れ値を引くことがある💥 12 👆 対応前 対応後
13. 役立った機能 • 軽量版のレンダラー ‣ アニメーションの確認用 ‣ アニメーションは全部ハードコーディング💪 • PNGの保存の並列化 ‣ サブスレッドで動作 ‣ メインスレッドのレンダリングをブロックしない 13
14. 性能改善の様子 何をしたら、どのくらい速く・遅くなったかSpreadsheetにメモ📝 14 性能改善の様子📈(sample per pixel)
15. まとめ • フラクタルをパストレーシングで描画 ‣ 3Dモデルは完全プロシージャル • ノイズを抑えられた ‣ 300フレーム、1920x1080 15
16. END. 16