UE5上で動作する動的なグローバルイルミネーション「Lumen」基本機能や内部技術に関する公式の技術ブログが公開

2022年5月28日、Unreal Engine公式は「Unreal Engine 5 の動的なグローバル イルミネーション Lumen が実現する機能を紹介します」と題した技術ブログを公開しました。

記事ではUnreal Engine 5の光の表現における新機能「Lumen」の概要を技術的な観点から以下の項目に分けて解説しています。

グローバルイルミネーション

以前はほとんどゲームでライトマップベイキングする必要があったグローバルイルミネーションを動的に実現したLumenのグローバルイルミネーションシステムについて解説。スカイシャドウイングやエミッシブマテリアル、透過処理、ボリュメトリックフォグへの対応などについても言及されています。

スカイシャドウイングは屋外より屋内の空間を大幅に暗くすることができる。これにより、更に自然なライティングを実現する。

エミッシブマテリアルがボリュメトリックフォグを動的に照らす様子。空間にぼんやりとした発光を作り出している。

反射

以前の制約のある反射機能に代わり、表面反射を動的に実現するLumenの反射について解説。Lumenはさらにグローバルイルミネーションやシャドウ付きスカイライトも反射表現に反映し、コーティングマテリアルにも対応しています。

車の塗装表現などに使われるコーティングマテリアルの反射を再現可能

Lumenのレイトレーシング

デフォルトとしてLumenで使用されるソフトウェアレイトレーシングについて解説。メッシュ距離フィールドやグローバルディスタンスフィールドを使用し、レイトレーシングの高速化を行うと説明しています。

またプロジェクト設定によってハードウェアレイトレーシングを使用することもでき、高いパフォーマンスコストがかかるものの、より正確な反射や鏡面反射を表現できるとしました。

メッシュの重なりが非常に多い場合はグローバルディスタンスフィールドの方がパフォーマンスを高くできる。サンプルプログラム「古代の谷」ではグローバルディスタンスフィールドのみが使用されている

デモ「The Matrix Awakens: An Unreal Engine 5 Experience」では、より写実的な表現を実現するためハードウェア・レイトレーシングが使用されている

サーフェスキャッシュ

レイトレーシングを高速化する目的で常に近くのシーンのマテリアル属性を保存するサーフェスキャッシュについて解説。「サーフェスキャッシュによる高速化をうまく利用するためには、なるべくシンプルな形状のメッシュを作成する必要がある」としています。

サーフェスキャッシュを可視化したメッシュ。ピンク色の部分はキャッシュされていない

ファイナルギャザーとノイズ除去

少数のレイから効率的にサンプリングする手法と、サンプリング結果からフル解像度のシェーディングを作成、ノイズを除去して最終結果を作り出すまでの技術が解説されています。

LumenではSiggraph2021でも紹介されたファイナルギャザーアルゴリズムを使用し、フル解像度のシェーディングを生成する

前フレームで明るい方向を重点的にサンプリングする。これにより4倍のレイを飛ばした時と同じ品質が得られる

ライティングを近距離と遠距離のライティングに分け、遠距離のライティングにはより多くのレイを飛ばしノイズを低減させる

パフォーマンスと品質

パフォーマンスと品質のバランスを変更するための設定について解説されています。

パフォーマンスを落とす代わりに品質を上げる設定について解説。建築や自動車などより広いユースケースに対応する。

Lumenの展望に関しては、次世代コンソールでのパフォーマンスと品質の向上、自動車業界、バーチャルプロダクション、映像レンダリングなどでのユースケースの拡大が予定されているとのこと。より詳しい概要については、公式ドキュメントもご参照ください。