【2022】PBRレンダリングとは？メリット・デメリットをわかりやすく解説
PBRレンダリング（Physical Based Rendering）とは、高品質のリアルタイムCGの描画に用いられるレンダリングです。
ゲームやアニメーションなどの現場で用いられます。
本記事では、PBRレンダリングの概要やメリット・デメリットなどについて詳しく解説していきます。
また、PBRレンダリングを行う際に設定が必要なパラメータを3つお伝えするとともに、PBRレンダリングに最適な３DCGソフトも紹介します。
PBRレンダリングとは
PBRレンダリングとは、Physical Based Rendering（フィジカルベースドレンダリング）のことを指します。
いわゆる物理ベースレンダリングというもので、高品質のレンダリングが必要な現場で用いられることが多いレンダリング形式です。
一般的には、CGの映像制作やゲームの現場で用いられることが多く、フォトリアルな表現が求められる現場ではよく用いられる方式となっています。
PBRの計算方法
PBRレンダリングは現実世界で行われている物理現象をPC上で再現しようという試みです。
光の反射や屈折、吸収などを再現するため、よりフォトリアルな表現が可能となるのです。
以前はPBRレンダリングをリアルタイムで行うことは難しかったですが、近年はPCのスペックが上がってきたこともあり、素早く高品質のレンダリングが可能となりました。
そのため、現在はPBRを基本としてレンダリングプログラムが構築されているという事実もあります。
PBRとPBSの違い
PBRと似たような用語としてPBS（Physically-based Shading）というものもあります。
直訳するとフィジカルベースドシェーディングとなり、物理ベースシェーディングといった意味合いになります。
簡単にいえば、PBRの中にPBSが含まれているといった認識です。
物理ベースレンダリングを行う際に「物理ベースシェーディング」という技術が必要となるのです。
PBRレンダリングのメリット
PBRレンダリングを使用するメリットは2つあります。
説得力のあるシミュレーションが可能である
物理ベースレンダリングを使用することで、より説得力のあるレンダリングが可能となります。
見た目が綺麗なことはもちろん、現実世界の演算をそのまま用いているため、違和感を与えずに表現することが可能です。
たとえば、木々が生い茂る背景を設定した場合に、現実世界では主な被写体に対して光が乱反射する現象が生じるでしょう。
このような画面もPBRレンダリングを用いることで再現できるため、より精度の高いレンダリングが可能となるのです。
環境を変えてもモデルを流用しやすい
PBRレンダリングはファンタジー作品などのモデルがフォトリアルではないものにも利用可能です。
通常のレンダリングでは違和感が生じてしまうものでも、違和感を少なくすることができます。
なぜなら、要素に対して物理演算が働くため、背景画像などの要素に対して整合性が取れる状態でレンダリングしてくれるからです。
この技術は非常にレベルが高く、実際にディズニーやピクサーなどの作品にも用いられているほどです。
アンリアルな画面を作成する際にも整合性がとりやすい点は大きなメリットといえるでしょう。
PBRレンダリングのデメリット
PBRは、再現性の高いレンダリングを可能とするレンダリング方式ですが、メリットだけでなくデメリットについても理解しておきましょう。
計算に時間がかかる
PBRレンダリングは精密な物理演算を行うレンダリング方式です。
そのため、計算には膨大な時間がかかってしまう点がデメリットとして挙げられます。
また、精密なモデルをレンダリングする場合には、大きいデータ量を必要とします。
標準スペックのPCでは対応できないこともあるほどです。
膨大なデータ量を処理する必要があるため、PCのスペックに依存して計算時間がかかってしまう点はデメリットといえるでしょう。
複雑な計算式を理解する必要がある
物理ベースレンダリングは複雑な計算式を理解し、レンダリングに反映させる必要があるため、初心者が手を出しづらい技術です。
もちろん、専用の3Dソフトウェアを使用すれば直感的なレンダリングが可能なのですが「受けた光をどのように反射するか」「どのくらいの反射率が必要か」などは精密な計算式を必要とします。
より高度なモデルを作成する必要がある場合には、それらの複雑な計算式を理解する必要があり、一筋縄にはいかない点はデメリットといえるでしょう。
PBRレンダリングの際に調整が必要なパラメータ
PBRレンダリングを行う場合、次の3つのパラメータを理解しておけばリアルな画面を作ることが可能です。
- 反射率
- ラフネス
- アルベド
それぞれの概要について詳しく解説します。
反射率（Metallic）
反射率とは、物質表面のテクスチャのことです。
たとえば、物質が金属化それ以外か、ツヤがあるかマットかなどを決めるパラメータです。
具体的には、0％の場合プラスチックのようなマットな質感で、100%の場合反射率の高い金属のような質感となります。
また、70%の場合はメッキのような仕上がりになるでしょう。
設定を変更することで、光が物質に当たったときにどのような表現になるのかを決めることができるのです。
ラフネス（Roughness）
ラフネスは物質の粗さを決めるパラメータです。
100%がザラザラした質感で、0%がツルツルした質感となります。
たとえば、先ほど紹介した反射率のパラメータを50%に設定し、ラフネスを60&程度に設定すると、陶器のような質感に仕上げることができるでしょう。
現実世界でいえば、物質表面をサンディングしたときの仕上がりをイメージすれば理解しやすいです。
ツルツルで光沢のある表面でもサンディングすればマットな質感に仕上がりますし、逆にザラザラしている表面でもサンディングすることでツヤのある質感に仕上げることが可能です。
このように、物質の粗さを決めるパラメータとなっています。
アルベド（Albedo）
アルベドとは、受けた光をどのように反射するかを「色」で表現したパラメータとなります。
色は、物質が受け取る光の反射率で決まることはご存知でしょうか？
つまり、太陽のような光を発生させる物質から出た光をどのくらい吸収・反射するかを示す値なのです。
たとえば、アルベド50%の場合は受けた光の50%を反射する、アルベド20%の場合は20%しか光を反射させない物体ということになります。
このように、受けた光をどのくらい反射させるかという指標によって物質の色味を考えるのがアルベドです。
PBRレンダリングに最適な3DCGソフト
最後に、PBRレンダリングに最適な3DCGソフトウェアを紹介します。これらを選べば問題なく上記のパラメータを触ることが可能でしょう。
Unity
Unityはリアルタイムレンダリングに強いプラットフォームです。ユニティテクノロジーズ社が提供しているゲーム開発プラットフォームです。
もちろん、ゲーム開発以外の用途でも使用できますが、物理エンジンの正確さと3Dゲーム開発簡単さからゲーム業界で非常に人気の高いプラットフォームとなっています。
有名どころでいえば、「ポケモンGO」がUnityで作られているという事実もあります。
Unityでは3Dモデルの制作や、既存のモデルを流用してゲームを制作すること、既存モデルを少しだけ手直しするなどの編集が可能となります。
ゲームに特化しているレンダリングエンジンであるため、ゲームを制作する人にはおすすめの3DCGソフトだといえるでしょう。
参照：Unity
Unreal Engine
Unreal Engineはその名のとおり、アンリアルなものを作るのに特化した3DCGソフトです。
無料で利用できることが特徴で、高品質のレンダリングが可能です。
ちなみに、こちらのUnreal Engineを使用して、収益が発生した場合、収益の5%を支払う必要があります。
資金が少なくても利用できる3D制作ソフトとして人気です。
Maya
Mayaはオートデスク社によって提供されている3DCGソフトウェアです。
アニメーションに特化した機能がそろっており、非常にクオリティが高いです。
PixarやDisneyなどでも使用されています。
Mayaは月額料金が必要となりますが、オートデスク社から出ているレンダリングソフト「Arnold」がついてきます。
Mayaを使用すれば、直感的にモデル作成からPBRレンダリングまで可能です。
3ds Max
3ds Maxは、建築分野においてデザイン提案を行う方におすすめの3DCGソフトウェアです。
3ds Maxを利用すれば背景とモデルの生合成を取ることが可能で、もちろんラフネスや反射率、アルベドの編集も簡単です。
加えて、アニメーションにも適しており、プレゼンの映像を制作する際には非常に効果的です。
月額料金が発生し比較的高価なソフトウェアですが、3ds Maxを利用すれば、求めているイメージを具現化することが可能です。
3DCGをビジネス目的で利用しているなら検討してみても良いでしょう。
まとめ
PBRレンダリングについて詳しく解説しました。
PBRレンダリングは物理ベースのレンダリングで、よりリアルに表現することが可能です。
ゲームや建築物、自動車の提案などに最適なレンダリングとなっています。
今回紹介した3DCGソフトを利用すれば、直感的に操作し理想のPBRレンダリング表現が可能となるでしょう。
ぜひ、紹介したソフトウェアを使用してみてください。
とはいえ、これらのソフトウェアを使用してもまだ課題が残ります。
高性能のレンダリングが自身のPCスペックに対応していないという問題です。
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