REエンジンのパストレーシングの詳細分析：バイオハザードレクイエムとPRAGMATAにおけるSER、ReSTIRグローバルイルミネーション、およびDLSSレイレーシング

カプコンの最新作『PRAGMATA』と『バイオハザードレクイエム』は、パストレーシングに対応したREエンジンを採用した初のゲームとして、グラフィック技術に大きな変革をもたらしました。先日開催されたGDC 2026のプレゼンテーション「バイオハザードレクイエムとPRAGMATAにおけるREエンジンのリアルタイムパストレーシング」では、この最先端の技術に関する詳細な情報が共有され、グラフィック愛好家や開発者にとって必見の内容となっています。

この魅力的なプレゼンテーションは、NVIDIA Game DeveloperのYouTubeチャンネルから視聴できます。当然のことながら、NVIDIAはCAPCOMのエンジンにおけるパストレーシングの実装において重要な役割を果たしました。このセッションでは、CAPCOMのREエンジンチームの三島仁氏が実装のアーキテクチャ面と芸術面について解説し、NVIDIAのカルビン・シュー氏がこれら2つのゲームに特化したGPUパフォーマンス最適化に関する知見を共有しました。

カプコン側では、統合作業は主に中本健太氏と名畑浩介氏が主導し、約1年半でプロジェクトを完了させた。この技術革新は、ノイズ除去機能を強化し、効率的なリアルタイムパフォーマンスを実現するNVIDIA DLSSレイリコンストラクションと密接に連携しており、最終的にはこれらのゲームにNVIDIA GeForce RTXハードウェアが必要となる。

「RE ENGINE Ray Tracing / Path Tracing Pipeline」というタイトルのプレゼンテーションスライドには、「Common」、「GBuffer」、「Lighting」、「Transparent」、「Post Effects」、「Build BVHs」というラベルの付いたセクションを含むフローチャートが表示されており、レイトレーシングとパストレーシングで共有されるプロセスを示しています。

RE Engine は、2021 年にリリースされたResident Evil Villageでレイトレーシングをサポートしており、レイトレーシングによるグローバルイルミネーション、アンビエントオクルージョン、反射などの機能が含まれていました。しかし、直接照明にはラスタライズを使用し、間接照明にはレイトレーシングのみを使用していました。これに対し、フルパストレーシングは、統一されたパストレーシングパイプラインを介して直接照明と間接照明の両方を処理するため、影の詳細が改善され、反射がより鮮明になり、ノイズ除去がより確実になり、従来のレイトレーシングの方法を超える高度なアンビエントオクルージョンが可能になります。バウンディングボリュームヒエラルキー (BVH) の構築は非同期計算を使用して実行され、共有レイクエリとマテリアルシェーダーフレームワークが可能になります。

比較画像では、「RTモード」と「PTモード」のグラフィックが比較されており、ディテールとテクスチャ品質の違いが強調されている。隅にはNVIDIAのロゴが表示されている。

プレゼンテーションが進むにつれて、技術的な詳細が明らかになってきた。CAPCOMは、最も重要な光源を効果的に優先するために、ストリーミングRIS技術を採用した。主な設計上の決定事項は以下のとおりである。

明るい場所で発生する暗いエッジを軽減するために、カメラの露出調整にリザーバーの更新を利用する輝度補正が導入されました。
ALUのコストを削減するため、候補選択の際には簡略化されたBSDFモデル（ランバート拡散反射と単一ローブ鏡面反射を組み合わせたもの）が採用された。
高強度のIBL （画像ベース照明）が使用されている屋内環境では、これらのサンプルが遮蔽される傾向があり、DLSSレイ再構成において高い分散と劣化が生じるため、IBLは候補セットから除外されました。
明示的なNEEサンプルは、ウォーカーのエイリアス法を用いて組み込まれ、面積と強度に基づいた効率的な三角形サンプリングが可能になった。

REエンジンは、各点光源の周囲に16×128×128個のセルからなる3Dグリッド（AABB）を構築し、各セルには光源IDビットマスクが格納されます。これにより、ストリーミングRISは各シェーディングポイントでグリッドを参照できるようになり、関連する光源のみを評価することでパフォーマンスを大幅に最適化できます。

並べて比較すると、NVIDIAの「ReSTIR GI」が間接照明に及ぼす影響が分かり、上段と下段の画像間で視覚的な鮮明さと光のサンプリングが大幅に改善されていることが強調されます。

開発チームは、 DLSSレイ再構成の品質安定性を向上させ、間接照明におけるノイズレベルを大幅に低減するために、 ReSTIR GI技術を採用しました。この技術により、フレーム間でパスサンプルを再利用できます。つまり、前のフレームのパスは再サンプリングされ、現在のフレームのパスは各ピクセルに保存されます。

レイ再構成との過剰な相関を防ぐため、サンプルは前のフレームに対してピクセル単位で正確に一致する位置ではなく、わずかにずれた位置から抽出されます。この手法により、『バイオハザードレクイエム』と『PRAGMATA』の両作品において、様々なシーンをIBLのみで照明することが可能となり、ノイズレベルを大幅に低減することができました。

さらに、プレゼンテーションでは、DLSSレイ再構成ガイドバッファを使用して、次のような特定の視覚的アーティファクトを修正する方法が強調されました。

表面下散乱： SSSブラー処理により、毛髪部分にゴーストアーティファクトが発生するという問題が発生しました。解決策として、散乱前後の輝度差をガイドバッファにエンコードし、適切な調整を行う方法を採用しました。
曇りガラス：曇りガラスの表面でも同様のアーティファクトが発生しましたが、これもSSSガイドバッファ技術によって対処されました。
雨滴と透明なデカール：遮蔽解除処理メカニズムにより、雨滴がほとんど見えなくなっていました。解決策として、遮蔽解除マスクを使用して、デカール適用前後の法線を計算しました。
アニメーション投影テクスチャライト：レイ再構成では、表面上のアニメーションライトパターンを急速に変化させる際に問題がありました。これを最適化するために、RISアニメーションウェイトを全体のウェイトに対して調整しました。
ホログラム：ホログラム内の発光色のアニメーションがガイドバッファで正確に表現されておらず、ぼやけが発生していました。ガイドバッファ内の拡散反射率と鏡面反射率を発光色に置き換える調整を行いました。

NVIDIAによる「ハードウェアラスタライザー」と「ハードウェアラスタライザー + ソフトウェアラスタライザー[4]」というラベルが付いた2つのセクションを並べて表示した「Strands Rasterizer Strand Hair」の比較画像。

『バイオハザードレクイエム』と『PRAGMATA』はどちらも、カプコン独自のストランドヘア技術を採用しています。この技術は『バイオハザード4 リメイク』 （2023年）で初めて披露され、その後改良が重ねられました。この手法では、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせたハイブリッドなラスタライズパイプラインを採用しており、太い毛束は分類とカリング処理を経て、より密度の高い毛束はハードウェアによるラスタライズ処理、より細い毛束はソフトウェアによる半透明処理で表現されます。レイトレーシングでは、フォールバックメッシュがBVH内の完全なストランドジオメトリを置き換えます。特に『PRAGMATA』では、主人公のなびく長い髪をより適切に表現するために、この技術を正式なストランドBVHに拡張しています。

カルビン・シュー氏は、プレゼンテーションの最後に、PRAGMATAのテストシーンを用いて、DLSSレイ再構成、DLAA、およびRTX 5090の4K解像度における性能を実証した最適化プロセスについて説明しました。このシーンでは、4Kアレイから73個の解析光源と32個の発光サンプルが使用されました。

「テストシーン」とラベル付けされたシーンでは、未来的な環境でキャラクターが別の人物を運んでいる様子が映し出され、画面上に「DLSS-RR (DLAA) on RTX 5090 @ 4K: Clocks Locked to Base」というテキストが表示されます。

ステージ	フレームタイム	注記
ベースラインCS波面	21ms	スレッド数が多いことと、ライトサンプリングループの効率が悪いため、パフォーマンスが低下します。
簡略化されたRIS BRDF	17.7ms	ランダム呼び出しを最適化し、UInt32を2つのfloatに分割することで効率化を実現しました。
素朴なSERポート	23.5ms	SERの並べ替えを行わなかったため、予想通りパフォーマンスが低下した。
SERが有効	20.8ms	一貫性は向上したが、命令キャッシュの停止が発生した。
SER + バインドレスリソース	約16.9ms	命令数を大幅に削減し、ボトルネックを解消した。
ドライバーの最適化	13.3ms	発表時点ではまだ発売されていなかった。

REエンジンにおけるパストレーシング最適化の道のりは決して直線的なものではなく、シェーダー実行順序変更（SER）の実装に起因する顕著な後退点が見られました。調査の結果、2つのコンピュートシェーダーパスを統合した単一のディスパッチレイ呼び出しによって意図せず命令の重複が発生し、パフォーマンスの問題が悪化していることが判明しました。バインドレス方式への移行によりこれらの非効率性が解消され、最適化において大きな改善が見られました。

プレゼンテーションの最後に、カルビン・シュー氏は、今後のパストレース実装において、シェーダー実行順序変更機能を備えたDXR 1.2を採用することの重要性を強調しました。このアプローチにより、NVIDIAの野心的なGPUパフォーマンス目標である「光速」のスループットを実現できる可能性があると述べました。さらに、バイオハザードレクイエムやPRAGMATAで発生したエッジケース処理の改善が期待される、 DLSSレイ再構成ディソクルージョンマスクの次期バージョン2.0についても紹介しました。

出典と画像