【2024】3DCGにおける「レンダリング」とは？CPU・GPU・クラウドレンダリングも解説
3DCGモデリングの現場では、レンダリングは欠かせない作業です。
とはいえ、レンダリングについて完全に理解している方は少ないのではないでしょうか？
今回は、3DCGのレンダリングに焦点を当てて詳しく解説していきます。
3Dモデリングのレンダリングについて知識を深めたい方は、ぜひ最後までご覧ください。
レンダリングとは
レンダリングとは、さまざまな場面で用いられる用語です。
実は、3DCG以外にもレンダリングはよく使われています。
大義では、データやプログラミング言語などの抽象的なデータを人間が理解できるように、画像・音声・映像などに変換して描画することを意味します。
たとえば、以下のようなものはすべてレンダリングといえます。
- Webブラウザ上でページを表示する（HTML言語をレンダリング）
- DTMソフトで音楽を作る（音声記号をレンダリング）
- テロップやフィルターなどを使って映像を編集する（各種要素を人間が分かるようにレンダリング）
- 3Dモデリング（影・テクスチャ・カラーなどの計算式を人間が知覚できるようにレンダリング）
このように、主にIT技術を活用した分野においてレンダリングはよく使われることばです。
3DCGにおけるレンダリングとは
本記事では、3DCGに特化してレンダリングについて詳しく解説します。
3DCGにおけるレンダリングとは、3次元のオブジェクトに対してさまざまなエフェクトをかけて、リアルに再現することを意味しています。
具体的には、3Dモデルに対して次のようなエフェクトをかけた状態でよりリアルに表現します。
- シェーディング：光が物質に当たる時の影を計算して再現する
- テマテリアル：物質に施された質感を感知して描画する
- テクスチャ：物質表面に塗られた模様を認識してイメージを出力する
これらのエフェクトはすべて、コンピュータ上において計算式で表現されています。
しかし、そのままだと人間が理解できません。
そのため、コンピュータの記号を人間が感知できる状態に翻訳してくれます。
この作業が3DCGにおけるレンダリングです。
3DCGにおけるレンダリングの種類
3DCGにおいて、レンダリングの方式は主に5つあります。
5つの方式の中から、自分が作成したモデルにあったレンダリングを活用することで、モデルのクオリティを上げることができるのです。
3DCGにおけるレンダリング5種類は次のとおりです。
- レイトレーシング（Ray tracing）
- ラジオシティ（Radiosity）
- スキャンライン（Scanline rendering）
- Zバッファ法（Z-buffer）
- トゥーンレンダリング（Cel-shading）
各レンダリングの特性に関してはこちらの記事で紹介していますので、参考にしてみてください。
CGレンダリングの課題
3DCGの現場において、レンダリングは完璧な状態だとはいえません。
まだまだ課題が残っているのが現状です。
ここでは、3DCGレンダリングにおける3つの課題を解説します。
長時間のレンダリングが必要になる
レンダリングには、相当な時間がかかります。
1モデルあたり3～6時間ほどかかってしまうことも当たり前の世界です。
さらに、一般的なPCだけを使用してレンダリングを行うと、レンダリング中は他の作業ができません。
つまり、他のモデルを作ることができないのです。
レンダリングに時間がかかってしまうことと、その最中に作業ができないことはレンダリングの課題として広く認識されています。
効率良くレンダリングするためにはサーバーの導入も検討しなければならないのです。
レンダリングをするのにコストがかかる
レンダリングをするためにはさまざまなコストがかかります。
- スペック最低限のPC導入費用
- レンダリングサーバー導入の費用
- サーバーの固定費（ランニングコスト）
もちろん、PCのCPUのみでレンダリングを行うことも可能ですが、CPUのみだとサーバーを使用するよりも大幅に時間がかかってしまうことが懸念されます。
そのため、3DCGを生業としている人はサーバーを導入しているケースが多いです。
パソコンのスペックでクオリティが変わる
パソコンのスペックによっては、満足のいくレンダリングができないものもあります。
最低限、3DCGソフトで推奨されているスペックのPCを導入しておかないと、レンダリング最中にクラッシュしてしまうことがあります。
「何度もPCがクラッシュするからレンダリングの画質を落とさなければ」というケースも多々発生してしまうため注意が必要です。
効率良くCGレンダリングする3つの方法
3DCGをレンダリングするなら、効率良く質の高い方が良いですよね。
3つの方法を活用すれば、レンダリングがもっと効率的で質の高いものになります。
CPU・GPUレンダリングを使い分ける
PCのCPUを使ってレンダリングすることが一般的ですが、レンダリングを高速かつ低コスト化するなら「GPUレンダリング」がおすすめです。
CPU・GPUそれぞれでレンダリングを行う特徴やメリットを詳しく解説します。
CPUレンダリングの特徴
CPUは、PCの中で計算を担当しているパーツのことです。
CPUは、人間でいう「脳」とよくたとえられます。
3DCGの現場では膨大な量の計算式を翻訳してレンダリングするため、CPUが活用されます。
もちろん、CPUの性能が高ければ高いほど、レンダリングの速度や性能が上がります。
たとえば、CPUのメーカーとして有名な「intel」では、core i5・core i7というように、CPUシリーズの名称が決まっています。
このシリーズでは、数字が大きいほど性能が高くなります。
つまり、core i5よりもcore i7の方がレンダリングの性能・速度が高いことになります。
CPUは計算が得意なので、細かい計算までしっかりと行います。
もちろん、計算する時間はかかってしまいますが、CPUレンダリングは高品質なアウトプットを期待できます。
GPUレンダリングの特徴
GPUはモニターに映像を表示させるためのパーツです。
グラフィックボード（グラボ）とも呼ばれています。
映像や画像などのグラフィックを表示することに長けているパーツです。
GPUはグラフィックを得意としているので、3DCGレンダリングの際にも効率良く描画してくれます。
CPUと比較してGPUは計算が得意ではないので、高品質なレンダリングを行うことは難しいです。
ただし、CPUの数百倍のスピードで処理できるため、品質よりもスピードを重視する場合にはおすすめのレンダリング方法です。
レンダーファームを作る
2つ目は、レンダーファームを作る方法です。
ただし、満足いくレンダーファームを構築するためには巨額の費用がかかるため、個人向けではありません。
もし、個人でレンダーファームを利用するのであれば、企業が提供しているレンダーファームを活用するという方法があります。
レンダーファームとは
レンダーファームとは、レンダリング専用として、PCやサーバーを複数台接続したもののことを指します。
レンダーファームを活用するとできること
1台のPCでは、効率的にレンダリングするのが難しいモデルを、複数のPCで分担すればレンダリングを効率化できるというのがレンダーファームの考え方です。
複数のコンピュータの処理能力を使ってレンダリングをするので、負荷の高い処理でも高速で行うことが可能です。
たとえば、一般的なPCでレンダリングをした場合に3～6時間程度かかる処理だとしても、レンダーファームを利用することで、1時間ほどで処理できるものもあります。
もう少し具体的に、毎秒30フレームで5秒の3DCGアニメーションをレンダリングする場合を想定します。
ほとんどの場合、1フレームに1時間程度かかりますから、このアニメーションレンダリングを完成させるのには最低でも150時間ほどかかる計算になります。
しかし、レンダーファームを使って複数のコンピュータを使えば、わずか1時間30分程度でレンダリングすることも可能なのです。
しかも、モデリング用のPCとレンダーファームを分けておけば、レンダリング中に作業することも可能なので、レンダリングの時間を効率化することができます。
レンダーファーム構築のメーカー
レンダーファームを自作するのなら、次2メーカーのサーバーを導入してレンダーファームを構築するのがおすすめです。
- DELL：Power Edge
- hp：ヒューレット・パッカード・エンタープライズ
これら2つのメーカーは、CPUの大手2大メーカーです。
シェア率はどちらもトップなので、レンダーファームを構築する際はこちらから選べば間違いないでしょう。
クラウドレンダリングを活用する
3つ目は、クラウドレンダリングサービスを利用する方法です。
クラウドレンダリングサービスとは、インターネット上のクラウドサービスを使用してレンダリングができるサービスのことです。
つまり、インターネット上にレンダーファームを用意しているのと同じ状態になるので、自身でレンダーファームを用意することなく、レンダリングができます。
クラウドレンダリングサービスを利用することで効率良く、低コストでレンダリング作業を行うことができます。
また、個人で構築できないほど品質の高いサーバーが数百台用意されているため、レンダリングのスピードは間違いなくアップします。
クラウドレンダリングを利用するメリット
クラウドレンダリングを利用するメリットの1つ目は、初期費用がかからず誰でも利用できることです。
通常レンダーファームを自社で構築する場合には、サーバーを構築するために莫大な費用がかかってしまいます。
もちろん、レンダーファームに使用する部品は高品質なものが多ければ多いほど良いので、質が高く高速でレンダリングするためには、高い品質のパーツが必要になるのです。
クラウドレンダリングサービスの場合には、サーバーがクラウド上にあるため、ご自身でサーバーを構築する必要はありません。
初期費用がかからないのは大きなメリットだと言えるでしょう
クラウドレンダリングを使用するメリットの2つ目は、サーバー構築の費用やランニングコストがかからない点です。
クラウドレンダリングサービスは必要に応じて金額を支払い、レンダリングできるからです。
レンダーファームを自社で構築する場合には、レンダリングをしない時にも消費電力が発生しているので、少なからず維持費がかかります。
また、故障した場合には修理費用も発生するでしょう。
クラウドレンダリングサービスを利用すれば、そのようなランニングコストを抑えることができるため、結果的に低コストでレンダリングできるのです。
また、補足的にですが、クラウドレンダリングサービスを利用すれば、レンダリング中に他の編集作業ができるのもメリットの一つです。
クラウドレンダリングはRender Poolがおすすめ
クラウドレンダリングを行っているサービスは複数あります。
- Concierge Render
- RenderNation
- Garage Farm
- LeaderGPU
- Render Pool
どれも高品質で、レンダリングの質はもちろん担保されています。
中でもおすすめなのは当社モルゲンロットが提供する「Render Pool（レンダープール）」です。
Render Poolは、価格設定やソフトの使用感といった点で他サービスよりも低コストで簡単に利用することができます。
レンダリングにかかるコストはプリペイド方式を採用しているので、最初に想定している予算をオーバーする心配がありません。
また、コストのシミュレーションも的確なので、予算を事前に把握しておくことができます。
Render Poolは日本語のお問い合わせにおいても対応しているので、疑問点が出たときにすぐ質問していただけることも大きなメリットでしょう。
まとめ
今回は、3DCGの現場で用いられる「レンダリング」の基礎知識について詳しく紹介しました。
高品質なレンダリングを行うために重要なのはサーバーの構築です。
とはいえ、構築には時間と莫大な費用がかかるので、ためらっている方も多いことでしょう
そういった場合には、クラウドレンダリングサービスをうまく活用して、効率良く行ってみてください。