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title: 『鳴潮』におけるレイトレーシング――光で描くアニメ風オープンワールド | Unreal Fest Tokyo 2025
tags:  #unreal fest #unreal fest tokyo 2025  
author: [エピック ゲームズ ジャパン](https://convert.docswell.com/user/EpicGamesJapan)
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description: 本講演へのアンケートにご協力をお願い致します： https://forms.gle/ZFC88mHsDYwK5ZnS6   講演動画： https://youtu.be/9npJMgz4gAE  講演内容：    講演者： Xin Wang（KURO GAMES）  Unreal Fest Tokyo 2025公式サイト： https://www.unrealengine.com/ja/events/unreal-fest-tokyo-2025
published: December 09, 25
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# Page. 1

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『鳴潮』におけるレイトレーシング：
光で描くアニメ風オープンワールド
王鑫（Wang Xin)


# Page. 2

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鳴潮
オープンワールド
アクションゲーム


# Page. 3

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01 レンダリングパイプラインのおさらい
アジェンダ
02
鳴潮におけるレイトレーシング
03
技術選定のプロセス＆迅速な検証
04
機能の実装と統合
05
パフォーマンス最適化の実践


# Page. 4

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レンダリングパイプラインのおさらい
Rasterization
Ray Tracing
各triangle
各pixel(ray)
各pixel
各triangle
Triangleがpixelをカバーするか?
Shadingを行う
TriangleがRayに当たるか？
Shadingを行う


# Page. 5

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レンダリングパイプラインのおさらい
Application Input
Vertex Shader
Rasterization Pipeline
Rasterization
Input
→
VS
→
Rasterization
→
PS
→
Ouput
Pixel Shader
Frame Buffer Output


# Page. 6

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レンダリングパイプラインのおさらい
Ray Generation
（DXR）
TraceRay
[payload]
Ray Tracing Pipeline
Any Hit
Ray
Traversal
Ray Gen
→
→
Accept Hit
→
Miss
Ray Traversal
→
→ Intersection →
Closest Hit
Intersection
Any Hit
No
Miss
Hit？
Yes
Closest Hit


# Page. 7

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レンダリングパイプラインのおさらい
Hybrid Rendering Pipeline
Geometry
GBuffer
RayTracing
Indirect Lighting
Reflections
Shadows
......
Lighting


# Page. 8

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鳴潮におけるレイトレーシング
レイトレーシングによって、どのような機能を
実現したのか？
Ray Traced
Ray Traced
Ray Traced
Reflections
Global Illumination
Shadows


# Page. 9

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/D7YZ8X66JM.jpg)

鳴潮におけるレイトレーシング
Ray Traced Reflections


# Page. 10

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/VEN3Q511E8.jpg)

鳴潮におけるレイトレーシング
Ray Traced Global Illumination


# Page. 11

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/Y799DY5Y73.jpg)

鳴潮におけるレイトレーシング
Ray Traced Shadows


# Page. 12

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/G78936YKJD.jpg)



# Page. 13

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/L7LWV94PER.jpg)



# Page. 14

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4EM9GZK27W.jpg)



# Page. 15

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PERGZ6X579.jpg)



# Page. 16

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/P7XX9M6X7X.jpg)

技術選定のプロセス＆迅速な検証
プロジェクトの
要件と状況
Time of day
アニメ調
ダイナミックラ
レンダリング
イティングシス
スタイル
テム
32km×32km超の
広大なオープンワー
ルドマップ
高速移動を
特徴とする
リリース済みの
アクション
運営型タイトル
ゲーム


# Page. 17

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技術選定のプロセス＆迅速な検証
Unreal Engine 4.26
オープンワールド 、ダイナミック
シーン 、ダイナミックライティング
技術上の目標
アニメ調レンダリングスタイル
レイトレーシング機能の実装：
GI、反射、シャドウ
4060 2K 60fps


# Page. 18

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案一：ReSTIR に基づくパストレーシング
ReSTIR（Reservoir Spatial-Temporal Importance Resampling）
01 Initial Sampling
02 Temporal Resampling
03 Spatial Resampling
04 Evaluate lighting


# Page. 19

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ReSTIR 関連ソリューション
SHaRC（Spatially Hashed Radiance Cache）
Multi-Bounce Problemの解決
ワールドスペーススパースハッシュベースの
Radiance Cache
デフォルト2回反射
NRD（NVIDIA Real-time Denoising）
Spatio-Temporalベースのデノイザー 即使用可能
最終出力のノイズ除去に使用
性能コストはやや高く：4080 2k 2.3~3.0ms


# Page. 20

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/VEPP19ZWE8.jpg)

結論
ReSTIR ベースの手法は優れているが、
まだ完璧ではない
Pros
実装が容易で、すぐに使える機能が豊富
光漏れが少ない
Cons
Per Pixel Trace，遠方や輪郭部分、動きのあるピクセルで高周波ノイズが目立つ
ReSTIR アルゴリズムは帯域負荷が高く、Reservoir の読み書きが複数回発生する
パフォーマンス面では負荷が大きく：4060 2k ReSTIR 5~10ms，デノイズ処理
3~4ms


# Page. 21

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/27V2YMW97Q.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
01 UE5 における Probe ベースの成熟したGI
ソリューション
02 ハードウェアトレースにより、多くの移
植作業を省くことができる
• MeshCard
• SurfaceCache
• SDFTrace
• ……
03 •移植対応が必要な部分
HWRT Lumen (移植実現可能性に関する検討)
• ScreenProbeGather
• RadianceCache
• Reflections


# Page. 22

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5JGR9GD47L.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
• 8x8 pixel per probe
• Radiance と HitDistance などの情報


# Page. 23

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/47QVWX1REP.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
02 Adaptive Probe Placement
• 補間エラーの発生したProbeを細分化して再計算


# Page. 24

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/KE4MK6RQ71.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
02 Adaptive Probe Placement
• 補間エラーの発生したProbeを細分化して再計算
• 細分化したProbeをAtlasの下部に配置する


# Page. 25

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/L718XVQLJG.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
02 Adaptive Probe Placement
03 Structure Importance Sampling
• BRDF、Lighting (prev frame)
• PDF（確率密度関数）


# Page. 26

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/G7WZNLMQ72.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
02 Adaptive Probe Placement
03 Structure Importance Sampling
04 Spatial and temporal reuse
• 近傍probes
• Temporal jittering


# Page. 27

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4JZ13MQ3E3.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Screen Probe Gather
(Diffuse Indirect)
01 Octahedral Map
02 Adaptive Probe Placement
03 Structure Importance Sampling
04 Spatial and temporal reuse
05 Final integration with SH


# Page. 28

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/YE6LXN6Z7V.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Radiance Cache
01 ワールドスペースProbes
• 4レイヤーClipmap
• 32x32 atlas pixel per probe


# Page. 29

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GE51X569J4.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Radiance Cache
01 ワールドスペースProbes
02 Connecting rays
• Sphere parallax


# Page. 30

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/9721XNM5ER.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
Radiance Cache
01 ワールドスペースProbes
02 Connecting rays
03 役割
• 遠方の不安定な輝点によって発生するノイズ
• 遠距離トレースのコストを削減する


# Page. 31

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/DJYZ8PX6EM.jpg)

案二：ハードウェアレイトレーシングベースの Lumen
01 Screen Space Trace
02 Mini SortRayトレースでマテリアルの一部情報を取得する
Reflections
•
Material ID、TwoSided、Translucency ...
•
Instance UserData
03 マテリアル情報に基づいてソートを行う
04 Trace Lighting で反射を計算する
05 Diffuse raysの再利用 (Radiance Cache)
06 Spatial and temporal reuse
07 Bilateral filter


# Page. 32

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V7N3Q55178.jpg)

HW Lumen関連ソリューション
Clipmap Irradiance Cache
01 Multi-Bounce Problemの解決
（SurfaceCacheが不足）
02 ワールドスペース Clipmap Irradiance Cache
03 Hit pointの間接光を補完する
04 Temporal RISの応用
05 解像度に依存せず、パフォーマンスコストが低い


# Page. 33

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/YJ99DYYYJ3.jpg)

HW Lumen関連ソリューション
Clipmap Irradiance Cache
01 Multi-Bounce Problemの解決
（SurfaceCacheが不足）
02 ワールドスペース Clipmap Irradiance Cache
03 Hit pointの間接光を補完する
04 Temporal RISの応用
05 解像度に依存せず、パフォーマンスコストが低い
06 無限バウンスをサポート


# Page. 34

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GJ89366KED.jpg)

HW Lumen関連ソリューション
01 Decoupling LumenScene
その他
カスタマイズ変更
02 Clipmap Irradiance Cache が Surface Cache Lighting を置き換え
03 Global Field が Near Field と Far Field を置き換え
04 Substrate 関連コードを削除し、TextureArray-&gt;Texture2D
05 特殊なマテリアルに対して、Avoid Self Intersections特別な処理を実装
06 Trace Lighting にもいくつかの改良を加えており、この点については後ほど
説明


# Page. 35

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LJLWV99P7R.jpg)

結論
HWRT Lumenはより柔軟かつ完成度が高い案
（最終的に選択した案）
Pros
拡張性が高い
Probeベースの設計により高周波ノイズが少なく、複数のDenoiserソ
リューションを標準で搭載
パフォーマンスも良好で、ノイズ除去含む 4060 2k GI ~2ms 反射 ~2ms
Cons
実装が複雑
一部光漏れが発生


# Page. 36

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/47M9GZZ2JW.jpg)

機能の実装と統合
LightSelection
公式版 UE4 は、レイトレーシング計算に参加できる
ライト数を全体で 256 に制限
NEE（Next Event Estimation）時：全ライト走査＋CDF再構築 →
ライト数が多いと低速
World Space Clipmap Light Grid：ライトを分割・フィルタリング
ReGIR (Rendering Many Lights with Grid-Based Reservoirs) を用
いた時系列リサンプリング


# Page. 37

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/P7RGZ665J9.jpg)

機能の実装と統合
LightSelection
ReSTIR の検証段階で、600 灯を対象にし
たパフォーマンステスト
UE4 標準のライト選択手法を適用
ReGIR機能を有効にする


# Page. 38

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PJXX9MMXJX.jpg)

機能の実装と統合
ToonShading
事例1：キャラクターの自己シャドウ
01 ラスタライズ方式
•シーン：CSM
•キャラクター：PerObjectShadow
02 レイトレーシング方式
•キャラクターを除外したInstanceMask、ToonShadowRayを生成


# Page. 39

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/3JKWPGG9JD.jpg)

機能の実装と統合
ToonShading
事例2：キャラクターの GI対応
01 キャラクター描画をシーン全体の雰囲気に調和させる
• キャラクターが環境からの間接光（反射光）を受け取る必要がある
• 透け感を高めることで、キャラクターの表現をより自然に


# Page. 40

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LE31XNN975.jpg)

機能の実装と統合
ToonShading
事例2：キャラクターの GI対応
01 キャラクター描画をシーン全体の雰囲気に調和させる
02 スタイライズ処理
• 高密度の GI 情報 は、トゥーンの質感を損なう可能性がある
• 髪と顔の部分には球状ノーマル処理を適用
• キャラクター全体のノーマルをカメラ方向に少し傾ける
• 低コストでスムーズな間接照明


# Page. 41

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/8EDX2WW8JG.jpg)

機能の実装と統合
ToonShading
事例2：キャラクターの GI対応
01 キャラクター描画をシーン全体の雰囲気に調和させる
02 スタイライズ処理
03 ブレンド処理
• トゥーンシャドウ下でも完全に黒くならないよう調整し、白飛びや異常な
表現を回避
• 間接光をHSV空間に変換し、彩度と明度を制限して自然な色味に補正
• AO（Ambient Occlusion）を乗算し、奥行きを強調
• スキンマスクを適用し、肌部分では GI の影響を軽減


# Page. 42

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V7PP199W78.jpg)

機能の実装と統合
ToonShading
事例3：キャラクターの反射表現対応
01 金属特性を持つ表面への適用を想定
02 キャラクターと環境の相互作用ディテールを強化
03 スタイライズ処理
• 粗さ：Clampは0~0.3999，SSRへの切り替えを防止
• 金属度：反射強度として使用し、0.9以上を鏡面反射として扱う
04 ブレンド処理
• MatCap ベースに加算し、金属本来の質感を損なわないように反
射を統合


# Page. 43

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/2JV2YMM9JQ.jpg)

機能の実装と統合
Hybrid Shadows
Billboard や Imposter などのオブジェクトにもシャドウを付与する必要がある
レイトレーシングはラスタライズとは異なり、Shadow Pass と Base Pass を分離できない
CSM + Ray Traced Shadowを併用
TileClassify によるトレースピクセル削減
Cascade
Shadow Map
Shadow Depth
Shadow
Projection
ShadowMask
TileClassify
NRD Sigma
Denoiser
Shadow Mask
ShadowMask
TileClassification
ShadowMask
Denoised
Lighting


# Page. 44

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5EGR9GG4JL.jpg)

機能の実装と統合
Ray Traced Shadows
ShadowDepth
片面プレーンを使って光を遮ることがある
既存アセットのシャドウ処理ロジックへの適応が必要
Shadow RayFlag：
RAY_FLAG_CULL_FRONT_FACING_TRIANGLES
ShadowRay


# Page. 45

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4JQVWXXR7P.jpg)

機能の実装と統合
Volumetric Fog
VolumetricFogはCSMに依存
Shadow Ray を使用して 3D Shadow Volume を事前生成
Inject LightingはShadow Volumeを利用して Visibility（可視性） を判定
Hybrid Shadowによってパフォーマンスを最適化し、トレース対象オブ
ジェクトの数を削減
Shadow Volume と Volumetric Fog の精度をデカップリング，ローエンド
デバイスの性能スケーリングを実現


# Page. 46

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/K74MK66QJ1.jpg)

機能の実装と統合
SingleLayerWater &amp; Translucency
SLW では、水底の色および深度を取得する必要があり、追加のレイトレースでそれらを算出して散乱効果を再現
SLW と同様に追加レイを発射し、各層をトレースして手動ブレンドを行う。層数の管理が重要


# Page. 47

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LJ18XVVLEG.jpg)

機能の実装と統合
Skybox
鳴潮のスカイボックスは美しい反面、構造が複雑で、反射内にも空を正しく描写する必要がある（非常に需要！！）
RayMiss または HitT が十分に遠い場合に、3〜4 回のRay Traversalを追加で実行し、手動でブレンドすることでスカイボックス全体を反射
させることが可能
ただし、非常に大きなパフォーマンスコストを伴う


# Page. 48

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GJWZNLLQJ2.jpg)

パフォーマンス最適化 — GPU
Skybox Capture
スカイボックスのトレースコストは非常に高い
ラスタライズでスカイボックスを 512×512 のキューブマップとしてキャプチャ
スカイボックスは非常に遠く、カメラが到達できないため、グローバルに 1 枚のキャプチャで十分
隔フレーム更新。異なる対策・更新頻度で 1 フレームにつきキューブマップの 1 面のみ更新
レイが Miss した場合、レイ方向に基づいてキューブマップをサンプリングする
この手法により、反射処理のパフォーマンスが約 25％ 向上


# Page. 49

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4EZ13MM373.jpg)

パフォーマンス最適化 — GPU
Payload圧縮
UE 標準の
FPackedMaterialClosestHitPayload
は 64 bytes
弊社のライティング計算データ構造では、
32 bytes 程度まで圧縮可能であり、GPU
トレーシング性能が約 15％ 向上
20/16 bytes まで圧縮も試みたが、品質
低下に対して性能向上は限定的。
今後は Shader Model 6.6 で追加されたPayload
Access Qualifiers（PAQs） の活用を検討


# Page. 50

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/Y76LXNNZJV.jpg)

パフォーマンス最適化 — GPU
マテリアルの簡略化
レイトレーシングにおける GI と 反射 では、完全なラスタラ
イズマテリアル計算は不要
GI は反射よりもさらに簡略化が可能
静的分岐（Static Branch） を用いて、ラスタライズ／反射／
GI の各マテリアルロジックを分離
GI 用マテリアルでは光照計算を簡略化し、完全な PBRを使用
しない


# Page. 51

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/G751X559E4.jpg)

パフォーマンス最適化 — GPU（External Tech）
Opacity Micro-Map (OMM)
ラスタライズとは異なり、レイトレーシングでは Alpha Test を実装する際に、
AHS内で Alpha を計算する必要がある
Encode TriangleVisibleState To BLAS
黄色の三角形のみが AHS の計算
Shader Execution Reordering (SER)
GPU 上では、計算パスをできるだけ統一しないと Divergence問題が発生
GI 処理では、レイの方向が非常に発散しており、マテリアル計算の複雑度にも大きな差がある
NVIDIA が提供する GPU 機能 SERを利用することで、この問題をある程度緩和可能
レイの方向がある程度揃っているケースでは効果は限定的で、またレジスタ使用量の増加によ
り逆に性能が低下する場合もある


# Page. 52

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/9J21XNN57R.jpg)

パフォーマンス最適化 — CPU
CPU Bound：GatherInstances（3.2ms）、BuildAS（2.8ms）、BindSBT（ShaderBindingTable)（2.4ms）
RHI上のタスクである BuildAS と BindSBT の処理が重く、レンダースレッドをブロックしていた（ 4.4ms）
CPU Trace on Intel i9-13900k， FrameTime (WithTrace)：19.8ms
この問題に対して、3 つのステップで最適化を実施


# Page. 53

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/DEYZ8PP67M.jpg)

パフォーマンス最適化 — CPU（Step１）
オープンワールド環境ではオブジェクト数が非常に多いため、CPU 側でカリング（Culling）を実行。カメラの前後で処理を分
け、距離（Radius）と立体角（Solid Angle）に基づいた段階的なカリングを適用
各マテリアルの Root Signature には、ViewUniformBuffer や MaterialParameterCollection などの冗長な共通データが含まれていた
• これらを Global Root Signature に移行
• LocalRoot Signature のバインドコストを削減
FrameTime (WithTrace) ：16.6ms


# Page. 54

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/VJN3Q5M1J8.jpg)

パフォーマンス最適化 — CPU（Step２）
GatherRayTracingInstance の最適化
データ依存関係の解析
依存タスクを InitViews の段階に前倒しし、完了後すぐに処理を開始
Task スレッドに分配して並列実行 し、レンダースレッドのブロッキングを回避。


# Page. 55

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/YE99DYNYE3.jpg)

パフォーマンス最適化 — CPU（Step２）
BuildAS の分解と最適化には：
• D3D12_RAYTRACING_INSTANCE_DESCのフィル構築
• Dynamic BLAS、 TLAS の構築
PreBuildAS を分離し、Gather の後に構造体の一部をフィル
する処理を配置
従来の BuildAS には以下の処理のみが残る：Dynamic BLAS
・TLAS の構築
FrameTime (WithTrace) ：14.5ms


# Page. 56

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GE8936KK7D.jpg)

パフォーマンス最適化 — CPU（Step３）
BindSBT の分解，Shader／Shader Resource／Geometry Resource のバインド処理
PreBindSBT を新たに分離し、FlushRHIResource の直後から実行可能に。バインド内容：
• 静的オブジェクト： Shader、ShaderResource、GeometryResource
• 動的オブジェクト： Shader、ShaderResource
動的オブジェクトの Geometry Resource は、BuildBLAS 完了
後にバインド
FrameTime (WithTrace) ：10.5ms
Test Build（No Trace）環境では約
7.35ms に短縮
この段階では再び GPU Boundに戻る


# Page. 57

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/LELWV9ZPJR.jpg)

まとめ
主な成果
01 ReSTIR と Lumen を迅速に検証し、プロジェクトに最も適したソリューションを採用
02 レイトレーシングにより、Reflections・GI・Shadows を実現
03
オープンワールド × トゥーンレンダリングパイプライン への統合過程で発生したさまざまな課題を解決
04 パフォーマンス最適化：: Skybox capture, Payload Compression, OMM, SER，CPU Multi-threading …
05
RTX 4060（2K）環境で 60fps を達成


# Page. 58

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4JM9GZV2EW.jpg)

まとめ
今後の展望
01
さらなるプラットフォーム対応：Console、Mac、Mobile…
02
Inline Ray Tracing、Bindless （パフォーマンス向上）
03
Ray Traced Direct Lighting （無限シャドウ)
04
GPU-Driven Pipeline (Nanite like) with Mega Geometry
05
Enhanced Ray Traced Effects: Particles, Transparency, Caustics


# Page. 59

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PJRGZ625E9.jpg)

Reference
• Lumen: Real-time Global Illumination in Unreal Engine 5
• Ray Tracing Open Worlds in Unreal Engine 5
• Overview and Introduction to Ray Tracing Shaders
• Intel Details its Ray Tracing Architecture, Posts RT Performance Numbers
• ReSTIR GI: Path Resampling for Real-Time Path Tracing
• Experimental real-time global illumination renderer - kajiya
• Spatially Hashed Radiance Cache (SHaRC) Library
• NVIDIA Real-time Denoising (NRD) library
• Rendering Many Lights with Grid-Based Reservoirs
• Opacity Micro-Map SDK Source Repository
• Improve Shader Performance and In-Game Frame Rates with Shader Execution Reordering


