デジタルコンテンツ制作ツール内のレンダリングエンジンは、作成したあらゆる要素――3Dモデル、テクスチャ、ライティング、特殊効果――を受け取り、視聴したり共有したりできる一連の画像または動画へと変換します。
このガイドでは、なぜレンダリングが現代アニメーションの礎なのか、さまざまな手法によってどのように行われるのか、そして制作現場で重要な段階となる背景にある課題を探ります。
なぜレンダリングが必要？
すべての3D制作には、アニメーションパイプラインの一部としてレンダリングが含まれます。納品前だけでなく、フィードバックを集めて編集を行うために、プロセス全体を反復的なサイクルの中で進める間ずっとです。洗練されたレンダリングのワークフローは、大規模制作における遅延を回避する鍵になります。
ただしレンダリングは、3Dモデルを画像に変換することだけに限りません。2Dのコンピューター生成画像やビジュアルエフェクト（VFX）も含まれます。たとえば、アニメーターはレンダリングを使って水のシミュレーションを作ったり、2Dの補間（インターポレーション）を行ったりします。
新しい技術によって、レンダリングはアニメーターが超写実的なグラフィックスを作ることを可能にしました。これはかつて、高価で時間のかかるハードウェアでしか実現できなかったことです。今では、Blenderのような無料のオープンソースツールや、2,000ドル級のラップトップでもシネマ品質の結果を目指せるようになり、独立系の映画制作者や小規模アニメスタジオでも取り組みやすくなっています。
これらすべての理由から、アニメーターは現代のデジタルコンテンツ制作ツールによって有効化される創造的な機能を最大限活かすために、レンダリングが何を意味するのかを基本的に理解しておく必要があります。
レンダー・パス
デジタルコンテンツ制作ツールは、モデルやシーンを別々のレイヤーに分解し、より高い制御性と読みやすさを実現します。
レンダリング中は、これらの各レイヤーが1つのパスに対応し、パスを操作することで、異なるレンダリング手法を組み合わせてさまざまな効果を作り出せます。
たとえば背景は、グラデーションの色のレイヤーと生成された雲のテクスチャのレイヤーを組み合わせて構成できるかもしれません。前景のキャラクターは、体の各部位ごとに、テクスチャ、シェーダーなどに応じた別々のレイヤーを持つことになります。
これらのレイヤーを分離することで、アニメーターは他者の作業を邪魔することなく別々の細部に集中でき、調整は後の段階で追加することも可能になります。
さらに、影のパスでは輪郭を定義し、シーン全体のための空間を示すことで奥行きを加えられるほか、表面や重要な領域を照らすハイライトも追加できます。
レンダリング手法
先ほどのセクションで述べたとおり、レンダリングは単一の手法ではありません。異なる手法はそれぞれ長所・短所・表現上の価値があり――レンダリングのシェーダーは、リアルタイムでのキャラクターヘアのレンダリングとは大きく異なります。
とはいえ、次の基本的な手法を理解する必要があります。
- レイトレーシング（Raytracing） - レイトレーシングは、光が物体と相互作用するときの経路をシミュレートして、正確な反射や影を作り出します。その複雑さゆえに計算コストが高く、高い処理能力が必要です。
- スキャンライン（Scanline） - スキャンラインレンダリングは、ポリゴンごと、ピクセルごとに処理する代わりに、画像を行ごと／ラインごとに処理して、特定の角度から見える面を素早く特定する高速アルゴリズムです。フォトリアルな精度よりも速度が重要になるリアルタイム用途で好まれる方法です。
- ラジオシティ（Radiosity） - ラジオシティは、面同士の間で拡散したライティングを、微妙な面間の光のやり取りを捉えることで正確にシミュレートすることに焦点を当てます。柔らかい環境光のような効果が必要なシーンに最適です。
- ラスタライズ（Rasterization） - ラスタライズは、ポリゴンとして表された3Dモデルを、表示用のピクセルやドットへ変換します。高速ですが、レイトレーシングで可能になる高度なライティング効果に欠ける場合があります。
このリストは網羅的ではありませんが、レンダリングがどのように機能するのかのイメージをつかむのに役立ちます。アニメーターは、各レイヤーごとに特定の結果を得るためのレンダリング手法があることを知っています。
レンダリング解像度
解像度とは、画像内のピクセル数です。
解像度が高い画像は、よりクリアで詳細な品質を提供しますが、より多くの処理能力とストレージ容量が必要になります。
解像度の選択は視聴者の体験に大きな影響を与えるため、制作では可能な限り最高の解像度を目指します。たとえば、アニメーターは大きな画面で微細なディテールがすべて見えるように、8K解像度を選ぶでしょう。しかし、アニメがスマートフォンで見られるなら、1080p解像度のほうが効率的です。
この判断はレンダリングプロセスに非常に大きく影響します。4Kでは8,294,400ピクセルをレンダリングする必要があるのに対し、1080pでは993,600ピクセルです――レンダリングすべきピクセル数は8倍以上です！
そのため制作中は、アニメに対するフィードバックを素早く得るために、低い解像度で作業することがよくあります。長い期間にわたって、シーンを素早くレンダリングしないことで失われる1分ずつの積み重ねは大きくなるからです。
レンダリングエンジン
レンダリングエンジンの選定は、プロジェクト固有の要件によって決まります。アニメスタジオやフリーランサーはさまざまなレンダリングエンジンを活用しており、超写実的な環境向けに最適化されたものもあれば、ノンフォトリアルな表現やリアルタイムレンダリングを扱えるものもあります。
レンダリングエンジンの選択は、DCCツールによって制限されることもあります。 たとえばBlenderを見てみましょう。 オープンソースの3Dエディタには、いくつかのレンダリングオプションがあります。レイトレーシング用のCycles、ノンフォトリアルなレンダリング用のFreeStyle、リアルタイム用のEEVEEです。一方、Unreal Engineには、まったく別物ですが（ただし似た）レンダリング設定のセットがあります。アニメーターのチーム体制によって、スタジオは最も慣れているレンダリングエンジンを選ぶ必要があります。
レンダリング工程で重要な考慮点は、CPU（中央処理装置）とGPU（グラフィックス処理装置）の役割を理解することです。BlenderのCyclesエンジンでは、アニメーターはどちらか一方、または両方を使えます。
CPUは汎用のプロセッサで、多種多様な計算タスクを扱えます。GPUは、行列計算を高速に実行するように設計されており、レンダリングで必要となる並列処理に適しています。GPUベースのエンジンはレンダリング時間を大幅に短縮できるため、迅速なターンアラウンドを求めるワークフローではよく用いられます。またフォトリアルなグラフィックスのレンダリングにも重要です。
CPUとGPUのどちらのレンダリングエンジンを選ぶかは、プロジェクトの性質、手元にあるハードウェア、そして速度とのトレードオフとして許容できる品質の範囲に左右されることが多いです。
リアルタイム vs 非リアルタイムレンダリング
もう1つ理解しておきたいのは、リアルタイムと非リアルタイムのレンダリングの違いです。
リアルタイムレンダリングは、仮想環境の中でイベントが起きたときに、ほぼ瞬時に画像を生成することです。ユーザーがインタラクトすると、オブジェクトやキャラクターが途切れなく表示され、シームレスに反応する――そうしたビデオゲームやVR体験を支える技術だと考えてください。この形式のレンダリングは、3Dモデルの変更に対して即座にフィードバックが必要な開発段階で特に役立ちます。
非リアルタイムレンダリングは、閲覧される前に画像やフレームを事前計算します。この方法は、ビジュアルの品質が優先されるハイエンドなアニメーションの納品段階で用いられます。最終出力で目指す詳細度やフォトリアリズムのレベルによって、処理時間は数分から数日までさまざまです。
レンダーファーム
レンダリングがどのように機能するかが分かった今、アニメ映画を作るのに必要なコンピュータの処理能力の大きさを想像できるかもしれません――単一のコンピュータ、あるいは数台のハイエンドワークステーションの能力を大きく超えています。
そこで登場するのがレンダーファームです。
レンダーファームは、3Dシーンのレンダリングという過酷な計算ワークロードに取り組むために設計された高性能なコンピュータクラスタです。これらのファームは、多数の相互接続されたコンピュータ（ノードと呼ばれることが多い）で構成され、協力して3Dモデル、テクスチャ、ライティング、アニメーションを最終的な高解像度の画像やフレームへ変換し、それらが映画を構成します。
アニメーションチームがレンダーファームを使うのは、これらのフレームをレンダリングする時間を大幅に短縮できるからです。ワンオフのプロジェクトのために、数万ドルもするような高性能マシンに投資するのはなぜしないのか？ その代わりに、価格のほんの一部で借りられるなら、なおさらです。
アニメーションがレンダリング可能な状態になったら、シーンはより小さなタスクに分割されます。そのタスクは、レンダーファーム内の利用可能なノードに分配されます。この分配は、ファーム全体での負荷分散を監督する専用ソフトウェアによって管理されます。各ノードは割り当てられたタスクを受け取り、アニメーションのフレームを独立して処理します。分散化によって、複数のフレームを同時にレンダリングできるようになります。ノードがタスクを完了すると、レンダリングされたフレームは集められ、最終アニメーションの一部となるシーケンスやショットへと組み立て直されます。その後、レンダリングされたフレームは、望ましいビジュアル基準を満たしているかどうかを確認する厳密な品質チェックの対象になります。
レンダーファームは、大規模なアニメーション制作の土台であり、高品質なビジュアルエフェクトを作る能力を広く普及させるための不可欠なツールです。小規模なスタジオでも、野心的なプロジェクトを現実的に実行できるようになります。
まとめ
レンダリングは、アイデアを共有可能なアニメーションに変えるために必要なステップです。非常に技術的な仕事であり、出力品質に大きく影響します。
アニメーターとしてレンダリングを習得することは、あなたが作れるものの限界を押し広げるうえで重要です。大規模スタジオでは、パイプライン管理やレンダリングの最適化が、とりわけチームの取り組みを拡張するために重要になります。個人規模であっても、レンダリングプレビューを最大限活かすことは生産性を変えます。
DCCツールのレンダリング設定を必ず試してみるか、数ドルでレンダーファームを利用してみてください。
