パストレーシングとは？

パストレーシング（Path Tracing）とは、3次元コンピューターグラフィックス（3DCG）において、光がカメラから放たれ（または光源から）シーン内を反射・屈折・散乱しながら伝わる物理的な経路をモンテカルロ法でシミュレーションするレンダリングアルゴリズムです。1986年にJames T. Kajiyaがレンダリング方程式とともに提案した手法で、フォトリアリスティック（写実的）なCGを生成する標準的なアプローチの一つとなっています。

仕組みの概要として、カメラの各ピクセルからシーンにレイ（光線）を飛ばし、物体に当たるたびに新たな方向へランダムにバウンスさせ、最終的に光源に到達したかどうかを計算します。このプロセスを一つのピクセルに対して数百〜数万回繰り返し（サンプリング）、平均を取ることで正確な輝度値を求めます。

パストレーシングの長所として以下が挙げられます。

• 大域照明（グローバルイルミネーション）を自然に表現できる
• ソフトシャドウ・コースティクス・色移り（カラーブリーディング）などが自動的に得られる
• 物理ベースレンダリング（PBR）と高い親和性を持つ

一方、サンプル数が少ないと画像にノイズが生じるため、高品質な画像を得るには膨大な計算量が必要です。近年はGPUによるハードウェアレイトレーシングやAIを活用したデノイザーにより、リアルタイムに近い速度での処理が実現しつつあります。映画のVFXや建築ビジュアライゼーション、ゲームグラフィックスなど幅広い分野で活用されています。