2010/11/02更新

レンダリング界のエッシャー ~前編~

実用化とのつながりがクリアな、アメリカのCG研究

ハリウッド映画のVFXや3DCGアニメーションの制作現場などでは、日本からアメリカに渡った数多くのアーティストや技術者らが活躍するようになったが、アメリカの大学や企業の研究室などで活躍する若手研究者の存在はあまり知られていない。それだけに、Jensen氏の研究室に加わり、わずか2年目からSIGGRAPHやSIGGRAPH AsiaといったCGの分野で最も由緒ある学会で次々と論文を発表している蜂須賀氏の存在はとても心強く感じられる。

蜂須賀氏がJensen氏の研究室に加わることを決意した理由は2つあるそうだ。1つめの理由は、レンダリングの非常に基礎的で理論的な部分(オフラインレンダリング)を深く研究したかったこと、もう1つは、フォトンマッピング法の改善に関して、いくつかのアイディアをもっていたことだという。PPMのアイディアは、研究室に加わる以前から、論文の第2著者である大垣氏とのやり取りですでに芽生えていたのだそうだ。

フォトンマッピング法の考案者であるJensen氏のもとで、この手法の未来を担う研究ができるということは、非常に理想的な環境にあるといえそうだ。さらに、研究と実用化とのつながりを非常にクリアに見ることができるという点も、アメリカのCG研究ならではの恵まれた環境だと蜂須賀氏はいう。たとえばアメリカでは、学生がインターンシップでCGプロダクションに加わる機会が多く、そこでの研究結果が実際に映画制作のプロジェクトなどで用いられることも決して珍しくはない。また、博士課程でCGの研究をした後のキャリアパスも多い。様々な意味で、CGの研究成果の受け皿が深く充実しているということが、アメリカでCG研究を行うことの大きな利点といえそうだ。

目下のところフォトリアリスティックレンダリングの研究に専念している蜂須賀氏だが、同氏は物理シミュレーション全般にも深い関心があり、将来的には現在のライトシミュレーションと、他のシミュレーションとの関連性も考慮した研究をしていきたいという。また、レンダリングの研究成果を、CGという枠を超えてより広い分野で活用する可能性も探っていきたいそうだ。蜂須賀氏は大きな夢を抱き、それを1つ1つ実現している。そんな蜂須賀氏に、本格的なCG研究を目指す学生達へ向けてのアドバイスを聞いた。「単に本を読んだり、講義を受けたりするだけで満足せずに、インターネットなども活用しつつ、最新情報を学ぶこと」だそうだ。幸い今日ではCGの最新論文を、著者自身のWebページから自由にダウンロードできることが多い。このような論文を直接読んでみて、もしその論文内にわからない部分があれば、さらに他の論文や文献も参照する。こういった手順で、どんどん学ぶ範囲を広げてゆくことが、蜂須賀氏お奨めの学習法なのだそうだ。

Jensen氏の研究と、産業界との新たな融和

この夏のSIGGRAPH 2010で顔を会わせたJensen氏は、これまで以上に活気溢れる面持ちをしていた。そんなJensen氏が自信をもって見せてくれたのが、同氏自らが参画して開発したKeyShotという市販ツールだった。KeyShotは、本格的なリアルタイム・グローバル・イルミネーション・ツールだという。市販ソフトゆえにその詳細は明かせないそうだが、HDR(High Dynamic Range)環境マップを用いたイメージベースト・ライティング(3DCGのシーンを取り囲む球の内側にHDRの背景画像を貼り付け、この画像の各ピクセルを光源としてライティングを行う手法)と、レイトレーシング法をうまく結びつけ、計算を効率化しているそうだ。

KeyShotは様々な機能を保持しているが、特記すべきはリアルタイムのサブサーフェース・スキャタリング機能だ。前述したように、Jensen氏はWeta Digital社と頻繁に交流してきた経緯がある。KeyShotのサブサーフェース・スキャタリング機能も、Jensen氏がWeta Digital社とのコラボレーションで映画「AVATAR」のプロジェクトのために開発したものがベースとなっている。ダイポール・モデルを用いた近似方法は、レイトレーシング法を用いずとも、ある程度リアルなサブサーフェース・スキャタリングの効果を算出できるため、これまでの映画プロジェクトや市販ツールでは重宝がられてきた。

(C) Luxion ApS
Image Courtesy : Henrik Wann Jensen

そして、この考え方を応用してリアルタイムのサブサーフェース・スキャタリングを実装する数々の手法が考案され、実用化されてきた。 だが、これらの方法では、たとえば人間の耳の皮膚のような非常に薄い層でのサブサーフェース・スキャタリングを正確に表現することは難しかった。KeyShotでは、しっかりとレイトレーシング法による計算も行われているため、非常に薄い層内でのサブサーフェース・スキャタリングの効果も正確に表現できる。マルチレイヤーにも物理的に正確に対応しており、パラメーター設定の自由度も高い。アーティスティックな視点での設定や、実際に現実の世界の物体を計測して得られた値の設定ができる。これまでの市販ツールには見られなかった、サブサーフェース・スキャタリング表現の潜在能力を保持しているようで、今後の発展が楽しみだ。

Keyshot

Jensen氏が開発に参画し、Luxion社からリリースされたKeyshotは、レイトレーシング法をベースにしたインタラクティブなグローバル・イルミネーション・ツールである。レイトレーシング法とイメージベースト・ライティング(IBL)をうまく結びつけて、リアルタイムにグローバル・イルミネーションの効果を算出することを可能にしたという。上の画像は、IBLを行うためのHDR環境マップのライブラリを示している。 注目すべきはリアルタイムなサブサーフェース・スキャタリング機能である。レイトレーシング法での計算を行わず、ダイポールやマルチポールを用いて近似するこれまでの方法とは違い、人間の耳の皮膚などのような、非常に薄い層のサブサーフェース・スキャタリング効果も、物理的に正確に計算できるそうだ。パラメーター設定の自由度も高く、アーティスティックな視点での設定や、実際に現実の世界の物体を計測して得られた値の設定ができる。 左下の画像は、このサブサーフェース・スキャタリング機能のインタフェースである。中央下と、右下の画像は、環境の設定(HDR環境マップ)を変えてレンダリングした結果である。 KeyshotのVersion 2.1は、日本語版もリリースされている。

前編で言及したJensen氏の“エッシャー論”は、決して自己満足のためではない。Jensen氏がCGのライティングやレンダリングを通して目指しているのは、これらの技術を用いて、人間の生活を様々な意味において豊かにすることだという。それこそが、“健全”なCG技術の発展だとJensen氏は考えている。そのためには、実際に技術を使う側の手ごたえを知る必要がある。手ごたえを知るための活動は、Jensen氏にとって新たな理論を論文で発表するのと同じぐらいエキサイティングなことだという。フォトンマッピング法の考案直後に、すぐさま市販ツールでの実装を手がけたのはそれゆえだった。前編で紹介したように、残念ながらmental images社と組んだプロジェクトは挫折に終わり、その後は市販ツールの開発から遠ざかった。閉ざした窓際で、大きなストレスを感じていたようだ。もちろんその間にもVFX業界などとの交流はあったが、これらの業界で技術を使う人々は非常に特殊なプロフェッショナルだといえる。Jensen氏が望んでいたのは、より一般的な人々の手ごたえだったのだ。今回のKeyShotプロジェクトは、まさにJensen氏が待ち望んだ産業界との融和の形だった。それだけに、この作業を通して生気を取り戻している感があるようだ。

Keyshotプロジェクトそのものは、大学の研究室から独立して進行しているようだが、学ぶ側は常に教える側の姿勢を見て学習する。Jensen氏に大きな影響を与えたPat Hanrahan氏自身も、RenderMan(Pixar Animation Studio社によって開発されたレンダリング用ソフト)の基本設計者であり、大学で教鞭をとる傍ら、数々の産業プロジェクトの発足を企画・実現させてきた。理論に対する深い洞察に加えて、技術を使う側の体温を知り尽くしたHanrahan氏との対話が、Jensen氏にとっての“開眼”に結びついていったのだ。Jensen氏のもとで学ぶ人々にとっても、同氏の産業界に対する積極的なアプローチは意義深いものであるに違いない。この夏、Jensen氏は心機一転の意も込めて、電話やインターネットなどの通信手段をすべて断ち切って、単独でヨーロッパへの旅に出た。Jensen氏にとっての終着点は、いまだ地平線のかなたにあるのかもしれない。産業界との新たな融和のもとでの、Jensen氏の今後の活動の展開に期待したい。