技術分析: メタルギア ソリッド 5 の FOX エンジン

先週の GDC で、小島プロダクションは、メタルギア ソリッド シリーズの 5 番目の作品であるファントム ペインを発表しました。これには、以前に発表された MGS タイトルであるグラウンド ゼロズも組み込まれています。この 2 つが正確​​にどのように組み合わされるかは現時点では不明ですが、小島秀夫自身が Twitter で、『グラウンド・ゼロズ』は『ファントム・ペイン』のプロローグとして機能し、この 2 つはゲームの主人公が昏睡状態に陥る期間によって橋渡しされるのではないかと示唆しています。繰り返しになりますが、小島はミスディレクションの達人なので、誰にも分かりません。しかし、私たちが確信しているこの 2 つの間の 1 つのつながりは、どちらも昨年 Ground Zeroes で初めて発表された野心的な新しい FOX エンジンで実行されていること、そしてこのゲームが従来の MGS ゲームプレイの根本的な見直しを特徴とすることです。セットアップ: スネークの新しい冒険は、一連の野心的なオープンワールド環境で行われます。

『The Phantom Pain』のトレーラーとゲームプレイのデモンストレーションに続いて、この新しいエンジンの核心に迫る広範なプレゼンテーションが行われました。 「キツネの目から見たフォトリアリズム」と題されたこの声明は野心的で、小島氏はグラフィックス技術の聖杯である、超リアルな画像を模索している。ただし、これはレンダリングだけの問題ではないことを強調することが重要です。彼のゲームは、アートとテクノロジーの両方の融合とバランスによって定義されています。

「テクノロジーが進化すればするほど、私たちは物理的な環境をより理解する必要がある」と彼は言う。 「良い作品を作るには、作家の目が不可欠です。ただ現実を再現すると、トレースした画像になってしまいます。これがキツネの目で見たフォトリアリズムです。」

GDC で展示された映像と彼のチームが明らかにしたワークフローを見ると、小島氏の FOX はその香りからそれほど離れていないかもしれません。レンダリング、ライティング、アセット作成に対するエンジンのアプローチは、控えめに言っても非常に革新的でエキサイティングですが、それは今後も続くでしょう。エクスペリエンスを真に定義するチームによるテクノロジーの適用。

イベントにおける GDC のプレゼンテーションは、方程式の技術的な側面にさらに重点が置かれていました。これは、おそらく多くの GDC 参加者やライブ​​ ストリーム視聴者の頭の上を通過したハイエンドの内容であるため、この記事の目的は非常に単純です。その情報を分析し、開発者が取り組んでいる特定の分野について詳しく説明します。ターゲットを絞って、小島が何を吸っているのか、そして私たちが吸うかどうかを把握しようとします。

MGS5 のフォトリアリズムへのアプローチ全体の基礎は、遅延レンダリングの使用です。遅延レンダリングは、透明なサーフェスのレンダリングの問題や従来のアンチエイリアシング ソリューションとの非互換性など、遅延レンダリングに伴うさまざまな制限のため、当初はほとんど使用されませんでしたが、現世代のコンソールの寿命にわたって徐々に普及してきました。 Crytek は、コンソールで実行できるようにするために CryEngine 3 を据え置きモデルに移行しましたが、この技術は、Xbox 360 のローンチ タイトルであるパー​​フェクト ダーク ゼロから始まり、Killzone シリーズなどの他のゲームを含む、さまざまな形で多数のタイトルで使用されています。 、アンチャーテッド、GTA4、そして BioShock Infinite や Tomb Raider を含む多くの最新リリース。

ディファード レンダリングは、マテリアルやシェーディングなどをどのように配置するかに関する情報の収集と、環境内でのこれらのフィーチャの実際のレンダリングとの間に、レンダリング プロセスに追加のステップを追加するという点で、従来の (フォワード) レンダリングとは異なります。その追加のステップ中に、情報はジオメトリ バッファー (G バッファー) として知られるテクスチャに保存され、システムの必要に応じて呼び出されます。

遅延レンダリングの最も重要な効果は、ジオメトリのレンダリングを照明の適用から分離することです。従来のフォワード レンダリングは、さまざまな形式 (通常はシングル パスまたはマルチパス) を取ることができます。シングルパスには、潜在的に膨大な数のシェーダ順列 (異なるライト、異なるマテリアルがすべて異なる方法で結合される) に関する問題があります。マルチパスでは、オブジェクトはライトの影響を受けるたびに 1 回レンダリングされます。したがって、10 個のライトは 10 回のレンダリングに相当し、ライティングの計算コストが高くなります。遅延レンダリングでは、ライトはジオメトリとしてレンダリングされ、G バッファからオブジェクトにキャストされる照明情報 (色、深さなど) が呼び出されます。つまり、オブジェクトは 1 回だけレンダリングする必要があります。したがって、遅延レンダリングにより、パフォーマンスのコストをはるかに低く抑えながら、はるかに多くのライトを使用できるようになります。

MGS5 では、写真のようにリアルな戦略が照明に大きく依存しているため、これは絶対に不可欠です。 FOX は、リニアスペース ライティングとして知られる照明技術を使用します。ある意味、その実装は、従来の対応物よりも大きな利点を持つ効果を生成するために、グラフィックス パイプラインを経由するわずかに長いルートを必要とするという点で、遅延レンダリングに似ています。

簡単に言うと、線形空間照明は、平均的なモニター画面の自然な明暗のコントラストよりも高い値を考慮し、ガンマ補正を提供して、より自然に見える光と影を作成します。 MGS5 の病院デモはこれを明確に示しています。環境は色と明るさの両方の点でかなり一貫しているため、FOX のシャドウイングの繊細さが中心に置かれています。結果として得られるライティングは、実際には、多くの現行世代のゲームよりも少し縮小されたように見えます。これは、目の前に現れるブルームや被写界深度の効果でデ​​ィ​​テールの欠如を隠そうとしているわけではないためです。

線形空間ライティングはゲームのより微妙なビジュアル品質に大きく影響しますが、最終的なライティング レンダリングには多くのサブコンポーネントが含まれます。これらのいくつかは一般的な影響を及ぼします。光の減衰は、物体への焦点と物体からの距離を考慮して光の強度を決定します。一方、屋外環境の天窓は、大気散乱を正確にシミュレートします。大気散乱は、空がどのように照らされるか、そしてその光が地上レベルの環境にどのような影響を与えるかという両方に影響を与える複雑なタスクです。

他の照明技術は、光が特定の表面にどのように反応するかを対象としています。 MGS5 では、非反射サーフェスのニュアンスに重点が置かれているようです。これは、スクリーンスペース アンビエント オクルージョン (SSAO) から始まり、最近では、Crytek の修正されたシングル バウンス GI ソリューションのようなテクノロジに至ったグラフィックス テクノロジのトレンドの継続です。光沢のある表面では明るいです。 FOX エンジンのシェーダは、肌、髪、布などの柔らかい表面に対する光の反応を正確にシミュレーションするために重要な半透明性をサポートしています。

「粗さ」はプレゼンテーションに特徴的な用語です。 FOX のサーフェスの粗さを微調整して、滑らかで湿った外観を与えることができます。これは、雨のシーンを作成して、複雑で電力を必要とする液体シミュレーションを最小限に抑えるのに役立ちます。しかし、最も興味深いのはビュー依存の粗さです。これは、見る角度に応じて表面の反射率に影響を与える FOX の新しい機能です。そのため、漆喰壁は、視野角が狭く壁の輪郭がより見える近端よりも、視野角が狭い遠端の方が明るく、より反射して見えます。これは些細で取るに足らない詳細のように聞こえますが、結果として得られる効果は、特に頭上のストリップ ライトによって直接照らされている長い廊下がたくさんある病院のデモでは、本当に非常に印象的です。

遅延レンダリングが線形空間ライティングの基盤として機能するのと同じように、線形空間ライティングは、FOX エンジンのフォトリアリズムへの取り組みの 3 番目で最後の要素のサポート構造を形成します。これを小島プロダクションは「物理的」と呼んでいます。 -ベースのレンダリング」。これは重いグラフィック用語のように聞こえるかもしれませんが、物理的に可能な限り多くの実世界のデータを使用してテクスチャ、モデル、マテリアルをレンダリングすることを意味します。

ただし、簡単な説明に騙されないでください。このレンダリング方法を実際に実装するには、膨大な作業が必要になります。小島プロダクションは、フォトリアリズムの「写真」の側面を非常に重視しています。開発チームは可能な限り 3D 写真キャプチャ、レーザー キャプチャ、モーション キャプチャを使用して、可能な限り詳細でリアルなアセットを作成しています。ゲーム内のオブジェクトは現実世界のさまざまな角度から撮影され、それらの写真は Photoscan と呼ばれるプログラムを使用して 3D モデルに編集されます。

一方、テクスチャは線形の光情報を保存するために高い露出で撮影されます。これにより、カメラのレンズが物体をどのように見るかではなく、人間の目が物体をどのように見るかがより正確に表現されます。この用語を文字通りに受け取ると、実際には次のようになります。フォトリアリズムを超えて。次に、これらのテクスチャはスタジオのアーティストによってクリーンアップされ、折り目、折り目、ステッチなどの正確かつ順応性のあるレンダリングを含む、キャラクターの衣装をレイヤーで構築するために使用される複雑な衣服デザイン ツールである Marvelous Designer などのプログラムにインポートされます。

それが、線形空間照明が非常に重要である理由です。現実に大きく基づいたアセットを使用するには、リアルにシミュレートされたライティングが必要です。そうしないと、これらのテクスチャが完全に場違いに見えてしまうからです。問題は、表面からの光の拡散反射と鏡面反射で発生します。鏡面反射は、光が鏡などの非常に滑らかな表面に当たり、単一方向に反射してほぼ完全な反射となるときに発生します。一方、拡散反射は、光がレンガの壁などの粗い表面に当たり、さまざまな方向に散乱または「拡散」するときに発生し、表面が光沢のあるまたはマットに見える原因になります。

サーフェスがより現実的になればなるほど、拡散マップと鏡面マップはより複雑になります。もちろん、ここで遅延レンダリングが真価を発揮します。 FOX エンジンは、拡散情報と鏡面情報を G バッファに別々に保存し、その情報を使用されている光の種類 (周囲光や太陽光) などの他の照明パラメータと組み合わせて、レンダリングすることなく最終的なレンダリングを生成します。情報を何度も繰り返します。

フォトリアリズムの追求に関する小島の主張が空想的なものではないことは明らかだ。ここにはゲームプランがあり、非常によく考えられています。同時に、これはまだ初期段階にあり、未解決の疑問が山ほどあることを強調することが重要です。デモは PC でプレイされましたが、このゲームはこれまで X360、PS3、PS4 向けに発表されており、PC 版の正式な確認はありませんでした。したがって、コンソール版がどのように比較されるのか、また、もしあればどのような妥協が必要になるのかはわかりません。遅延レンダリング ソリューションは、PC の映像とコンソールの間のギャップがそれほど大きくならないことを示唆していますが、PC と現在のコンソールの間のギャップは拡大しており、今後もさらに拡大する一方です。 FOX の以前のデモは、現世代コンソールの仕様と同等と言われている PC 上で実行されていたため、ここには楽観的な理由があります。

さらに、すべての岩、木、壁、建物のあらゆるテクスチャーの細部への細心の注意が、特に RAM とストリーミングの制限を念頭に置くと、小島自身がオープンワールド ゲームと表現するものに適用できるかどうかも同様にわかりません。現行世代のプラットフォーム。家具がまばらな会議室と臨床的に清潔な病院の廊下の驚くほどリアルなレンダリングを作成することは別のことです。同じピンポイントの哲学を、大きく、多様で、詳細な世界に適用することはまったく別のことです。とはいえ、小島氏はストーリーテリングなどに関しては後天的なセンスがあるかもしれないが、メタルギア ソリッド ゲームの背後にあるテクノロジーがその約束を果たせなかったことはほとんどない。もし小島氏が今回、打ち上げプラットフォームとして PC をターゲットにしているのであれば――彼にとっては初めてのことだが――この完全に狂気の月へのショットは、ほぼ的中するかもしれない。