THE WAY TO GO IN THE FUTURE
レイトレーシングを理解せずにDXRを始めようとする事は、例えるなら「野球のルールを知らない人が野球ゲームを作ろうとしている」のと同じです。当然すぐに壁にぶち当たります。
いきなりDXRは現実的ではありません。
DXRにおいてポリゴン1枚をレンダリングするためには、プログラマーがレイを発射してレイとポリゴンの交差判定コードを書く必要があります。それだけではなくモデルのデータ構造を理解していることが暗に求められます。高速化の必要性や方法を理解している（できれば自分で実装できる）とDXRの内部が見えてきます。
本書はそれらを全て解説します。
いきなりDXRを勉強するのは現実的ではないため、まずはCPUだけで制作したレイトレーシングを学んでいきます。「CPUだけ」の意味はDXRを一切使わず、DX12すらも使わずにC++コードだけでレイトレーシングをするという意味です。レンダリング結果の描画には簡単なWin32 APIを使います。
C++とWin32 APIで書かれたコードは理解のし易さはこれ以上ないといってもいいくらい簡単です。レイトレーシングの理論そのものの理解に頭を使ってほしいため、コードのほうは究極的に分かり易くしたつもりです。
マテリアルによりポリゴン自身に色を持たせます。マテリアルとは、色や光沢、テクスチャーなど、ポリゴン表面の”材質感”を表現する概念で、ポリゴンに関連付けます。
球やボックスなどのプロシージャルモデルだけではなく、数十万ポリゴンから成る
ポリゴンメッシュを60FPS以上でレンダリング可能です。
このページの画像及びビデオは全て実際の本書サンプルによる実行結果をキャプチャしたものです。
（ご注意）DXR編においては、読者にDirectX12を運用できる事が求められますのでご購入にはご注意ください。
現在のリアルタイムグラフィックスのレンダリング方式として支配的なのはラスタライズ方式（ラスタライゼイション）です。この方式は今から半世紀前グラフィックスの黎明期からあるパラダイムであり、その高速性から初期のGPUから現在に至ってもまだ多くのGPUで広く使用されています。
一方、レイトレーシングはその膨大な計算量がネックとなりリアルタイムで行うものではないというのが長年の常識であり、当然レイトレーシングに対応するGPUなどは存在しませんでした。
しかし、近年のGPU能力の飛躍的進化はGPU上でリアルタイムにレイトレーシングを行うことを可能にしました。2018年にマイクロソフトからリリースされたDXRを使うことにより、ひと昔前までは夢物語であったリアルタイムレイトレーシングが可能になります。
2018以前でも2010年くらいのハイエンドGPUであれば、GPGPU機能を使えばリアルタイムレイトレーシングを独自に実装することは可能ではありましたが、API側で統一的にレイトレーシングに対応したという事には計り知れないメリットがあります。当然GPU側もこれからどんどんハードとしてレイトレーシングに対応していくでしょう。
今、ラスタライゼイションからレイトレーシングへのパラダイムシフトが起きているのです。
ラスタライズ方式は廉価なGPUで今後も残るでしょうが、それ以外のレンジで一旦レイトレースに置き換わったら今度はそれが新しい基盤パラダイムになるかと思います。そしてそれはかなり長く続くのではないかと筆者は思っています。そうなるとリアルタイムグラフィックスに携わる人にとってレイトレーシングを学ぶ事はもはや必須とも言えるものになるかもしれません。
なお、誤解の無いように書き添えておきますが、ラスタライズ方式つまり現状のパイプラインを学ぶことは今後数十年先においても重要だと思います。
さて、本書ではまずCPU編でレイトレース自体をマスターすることを目指します。これは必須になります。DX12の経験も必要です。
本書のCPUサンプル全てに共通する事は、各サンプルは極力シンプルに書くように努めたということです。
そして、プロジェクトをVisual Studioで開くとソリューションエクスプローラー上にソースファイルが2つ見えると思いますが、皆さんが注目するのはRaytracer.cppだけです 。
もう1つのソースファイルDrawPixels.cppのほうはウィンドウ上にピクセルを表示する仕事を担うモジュールであり、レイトレーシングとは本質的に関係ありません。もちろんソースを眺めるのは自由ですが、あまり意味はないかと思います。
また、mathフォルダには本書サンプルで使う算術演算の全てを実装したベアピクセル独自ライブラリ（筆者独自ライブラリ）がありますが、これも単なる道具として使うことをお薦めします。
レイトレーシングの勉強をするわけですからレイトレーシングのロジック（Raytracer.cpp）そのものだけに集中してほしいと思います。兎にも角にもレイトレースそのものを理解することを第1に考えましょう。
なお、レイトレーシングそのものは理解されている読者も居るでしょう。DXRでのレイトレーシングを知りたくて本書を手にしている事と思います。そのような方にとってCPU編は無用にも思えますが、DXRの解説にレイトレーシング自体の解説は不可分なため、そこはご了承いただきたいと思います。
はじめに 1
第1編 CPU版 2
1章 いきなりDXRは無理 3
2章 CPU版を作成した理由 4
理解のし易さ 5
応用のし易さ 6
3章 はじめてのレイトレーシング 7
1節 レイトレーシングとは 8
レイとは 8
レイトレーシングの流れ 9
トライアングルが重なっている場合 12
ラスタライズとレイトレースの関係 14
2節 スフィアのレンダリング 16
プロシージャルモデルとは 16
サンプル解説 17
4章 反射 33
1節 反射物体のレンダリング 34
サンプル解説 35
5章 屈折 40
1節 屈折物体のレンダリング 41
サンプル解説 45
6章 カメラ 50
1節 カメラの追加 51
サンプル解説 51
7章 影 53
1節 影の仕組み 54
シャドウレイ 54
2節 影のレンダリング 56
サンプル解説 56
3節 エリアライトの影 58
サンプル解説 58
シャドウレイを増やす 61
乱雑さを加える 63
8章 ポリゴン（トライアングル） 66
1節 トライアングルのレンダリング 67
サンプル解説 67
2節 複数のトライアングルのレンダリング 73
サンプル解説 73
9章 外部モデルデータを読み込む 75
1節 ポリゴンメッシュをファイルからロードする 76
サンプル解説 76
10章 高速化 78
1節 2つのアプローチ 79
空間分割 79
バウンディングボリューム 80
それぞれの特徴 80
2節 BV バウンディングボリュームを使う 81
サンプル解説 81
3節 BVH バウンディングボリュームヒエラルキーを使う 83
階層にする理由 84
コストはゼロではない 84
空間分割と同じこと 84
サンプル解説 84
4節 速度比較 90
パフォーマンスを左右する事柄 90
計測結果一覧 91
特徴 93
結論 94
11章 マテリアル 95
1節 マテリアルの追加 96
サンプル解説 96
第2編 DXR版 98
第1章 DXR版を作成するために必要なこと 99
1節 DXRとは 100
2 読者に求められるバックグラウンド 101
1つ目 レイトレーシングそのものの経験 101
2つ目 DX12の経験 101
3節 学習方法 102
4節 本書では2種類のジオメトリを扱います 103
第2章 はじめてのDXR 104
1節 共通事項 105
2節 DXR固有部分の説明 106
RTPSOとは 106
DXILライブラリとは 107
アソシエーションとは 107
シェーダーコンフィグとは 108
パイプラインコンフィグとは 109
ペイロードとは 109
ローカル（グローバル）ルートシグネチャとは 110
シェーダーテーブルとは 111
Ray Typeとは 112
BLAS/TLASとは 112
3節 スフィアのレンダリング 114
DXRアプリ 画面表示の仕組み 114
サンプル解説 115
3章 反射 127
1節 反射物体のレンダリング 128
サンプル解説 128
4章 屈折 130
1節 屈折物体のレンダリング 131
サンプル解説 131
5章 カメラ 133
1節 カメラの追加 134
サンプル解説 134
6章 影 136
1節 影のレンダリング 137
サンプル解説 137
2節 エリアライトの影 141
サンプル解説 141
シャドウレイを増やす 142
乱雑さを加える 144
7章 ポリゴン（トライアングル） 147
1節 トライアングルのレンダリング 148
サンプル解説 148
2節 法線の渡し方 150
サンプル解説 150
3節 複数のトライアングルのレンダリング 154
サンプル解説 154
8章 外部モデルデータを読み込む 155
1節 ポリゴンメッシュをファイルからロードする 156
サンプル解説 157
9章 マテリアル 159
1節 マテリアルの追加 160
サンプル解説 160
10章 高速化 162
1節 高速化は既に図られている 163
2節 アプリ側でできる高速化 164
11章 Amazing Scene 165
1節 モデルの配置 166
サンプル解説 166
2節 ピクセルが潰れる問題 167
サンプル解説 169
3節 フォンシェーディングの追加 171
サンプル解説 171
4節 反射の追加 172
5節 屈折の追加 173
6節 ソフトシャドウの追加 174
7節 反射パネルを追加 175
サンプル解説 175
8節 キー操作の追加 177
サンプル解説 177
12章 付録 179
1節 表紙に用いたプログラム 180
著者紹介 182
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