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New Products & Service シミュレーション 
VR-NEXTレンダリングエンジン:PBR対応
質や光などリアルで物理的な特性を持つ 3Dモデルのレンダリングエンジン
●リリース 未定

 PBRとは
物理ベースレンダリング(PBR)とは、材質や光などリアルで物理的な特性を持つ 3Dモデルのレンダリングのための新しい方法です。物理的な特性を用いることで、材質を定義しやすく、またレンダリングした画像はよりリアルに再現することができます。材質を物理的に定義することで、色や光の反射に関する情報を得ることができ、より少ないポリゴンでモデル形状を再現できます。最後に、レンダリングした画像はより写実的ですが、スピードや使用メモリなどのパフォーマンスは低下することはありません。
 歴史
元々は、2003年三菱電機の研究拠点の一つMERLによって発表され、その技術は映画業界(ディズニー等)や2012年からはゲームスタジオ(Epic Games社のUnrealエンジン等)によって広く展開されてきました。

今では映画やゲーム用の3Dグラフィックスのレンダリングを行う際によく選ばれる技術になっており、写実的な3Dグラフィックスを使用する仮想的な映画やゲームもこの技術を使用しています。

従って、弊社がその技術を今後のVRソフトウェアで対応していくことになるでしょう。

 素材
複数のマテリアルモデル(金属、反射材、ガラス)に対応しています。例えば、金属モデルでは3つのパラメータ(色、金属特性、粗さ)であらゆる質感を設定可能です。全てのモデルにおいて、物理的に定量化できるパラメータに対応し実際に計測可能な値になります。
 高ダイナミックレンジ
光の反射は実際の物理量で計算し、RGB変換をHDRでトーンマッピングの設定によって見える輝度の範囲を決めます。それにより、自然に感じる光を実現することが可能です。
 光源環境マップ
点光源と指向性ライトだけでなく、環境マップを光源として利用したり、素材設定によって物体の表面がミラーになったりすることで、全体的に多方面からの自然な光反射を実現できます。
画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
 レンダリングタイム
処理の煩雑さをなくし、少ないパラメータであらゆる表現ができるため、従来のレンダリング手法より早い時間でレンダリングが可能です。GPUの力を発揮させ、高性能の表示機能を実現できます。
 glTF対応
2017年6月にリリースされたglTF2.0のネーティブ対応により、PBRデータの高い互換性を保証しています。また、3Dデータ保存の軽量化、読み込み時間の短縮にもつながっています。
 PBRの効果
様々なアプリケーションにおいてPRBは大きな効果を発揮します。次のような事例が考えられます。
  • VRシミュレーションではユーザに没入感、リアル感を与える
  • マシンラーニングの分野において教習データの自動生成に最適なレンダリング手法
  • CAD/CG分野ではリアルタイムレンダリングが最終レンダリング結果に近いため作業効率の改善につながる
 非不偏/不偏レンダリング
3Dモデルの材質と光源の物理的な定義後に、モデルの反射光について計算をし、レンダリングされます。これらの計算はリアルタイムでGPU上に行えますが、リアルタイムで(30 または60FPS)レンダリングし続ける場合には複数の近似値が作成されます。

この種類のレンダラーはリアルタイムまたは“非不偏”レンダラーと呼ばれ、ゲームやVR-Nextで使用されています。

リアルタイムでのレンダリングが必要でない場合は、近似値がなくても全く同じシーンがレンダリング可能です。この場合、レンダリングのプロセスは“不偏レンダリング”と呼ばれ、確かな品質に達するまで、ショートカットなしで、モデルが完全にレンダリングされるということを意味します。この種類のレンダラーは映画やCM、建築家の施工事例の紹介などに使用されます。

弊社では、主にリアルタイムレンダリングに焦点を当てていますが、不偏レンダリングの調査も行っており、将来スパコンクラウドサービスの一ラインナップとして提供できる可能性があります。結果、同じモデルをリアルタイムでも写実的なビデオでも両方で使えるようになります。

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
Model courtesy of Karol Miklas (sketchfab.com/karolmiklas)
& Sketchfab's user Serjogasan. CC BY 4.0.
(https://sketchfab.com/Serjogasan)
(Up&Coming '19 新年号掲載)
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