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'''パストレーシング'''（Path Tracing）とは、[[3DCG]]のレンダリング手法のひとつである。
'''パストレーシング'''（英語：Path Tracing）とは、[[3DCG]]のレンダリング手法のひとつである。[[レイトレーシング]]の発展型のひとつである。
[[レイトレーシング]]の発展型のひとつである。


== 概要 ==
「分散レイトレーシング」や「モンテカルロレイトレーシング」とも呼ばれる。
# 出力画像の[[ピクセル]]と視点から[[レイ]]の[[ベクトル]]（方向）を計算し、レイを飛ばす。
 
# レイはモデルに衝突すると[[ブロック崩し]]のように反射する。
==概要==
# レイが光源と衝突したらピクセルに照度を加算する。
 
#: この照度は[[双方向反射率分布関数]]（ [[BRDF]] ）によって低下する。
#出力画像の[[ピクセル]]と視点から[[レイ]]の[[ベクトル]]（方向）を計算し、レイを飛ばす。
#レイはモデルに衝突すると[[ブロック崩し]]のように反射する。
#レイが光源と衝突したらピクセルに照度を加算する。
#:この照度は[[双方向反射率分布関数]]（ [[BRDF]] ）によって低下する。
#レイが範囲外に飛び出したら計算しない。
#レイが範囲外に飛び出したら計算しない。


これを出力画像の全ピクセルに対して行う。
これを出力画像の全[[ピクセル]]に対して行う。ここまでは古典的な[[レイトレーシング]]である。
ここまでは古典的な[[レイトレーシング]]である。
[[ファイル:レイトレーシング.png|none|640px]]


古典的なレイトレーシングのレイは「[[ブロック崩し]]の玉のように反射するだけ」であるが、
[[レイトレーシング]]では1[[ピクセル]]を生成するのに1個のレイを飛ばしているが、パストレーシングではより高画質を得るために、1[[ピクセル]]を生成するのに「進行方向を微妙にずらしたレイを大量に飛ばして、その結果を集計する」という方法を用いる。
パストレーシングでは「反射するたびにレイが分裂する」という処理が加わっている。
[[ファイル:パストレーシング.png|none|640px]]


パストレーシングではより高画質を得るために、1[[ピクセル]]を作るのにレイのベクトル（方向）を微妙にずらして（微分して）何度も何度もレイを飛ばすのである。
無尽蔵にレイを撃つと永遠に処理が終わらないので、一般的には「[[ランダム]]な16方向に飛ばす」などといった[[乱数]]を用いて計算量を一定量に抑えるという手法が用いられる。いわゆる[[モンテカルロ法]]だ。


== 画質==
==画質==
単純にレイを飛ばす量を増やすと画質は向上する。
レイを飛ばす数を増やすと画質は向上するが、[[ねずみ算]]的に計算量が増える。
増やそうと思えばどこまでも増やせるが、[[ねずみ算]]的に計算量が多くなる。
しかも一定量を超えるとあんまり違いはわからない。


そのため通常はあらかじめ決まった数のレイを飛ばすということが行われる。
レイを飛ばす数は、そこそこな画像で「1ピクセル100レイ」、[[ラスタライズ法]]より明らかに高画質な画像で「1ピクセル5000レイ」と言われている。ハリウッド映画などではそれ以上の病的な数のレイを飛ばしていると言われている。


飛ばすレイの数は、そこそこな画像で「1ピクセル100レイ」、[[ラスタライズ法]]より明らかに高画質な画像で「1ピクセル5000レイ」と言われている。またハリウッド映画などではそれ以上の病的な数のレイを飛ばしていると言われている。
== ノイズ ==
レイトレーシングやパストレーシングの欠点として「レイが1回も反射しない部分（背景）にノイズが発生しやすい」という問題がある。


== 応用 ==
=== 解決策1 ===
より高速でそこそこな画像を得る方法として、
1ピクセルあたりの「飛ばすレイの数」を単純に増やすという手法である。
当然ながら計算量が激増する。
[[力こそパワー]]である。
 
=== 解決策2 ===
「そこそこ高速」かつ「そこそこな画質」を得る方法として以下のような手法もある。
* [[ゲーム]]などで一般的な[[ポリゴン]]のレンダリング（[[ラスタライズ法]]）を事前に行い、
* [[ゲーム]]などで一般的な[[ポリゴン]]のレンダリング（[[ラスタライズ法]]）を事前に行い、
* それを視点から真正面の範囲外に1枚の巨大な[[テクスチャ]]として配置しておき、
* それを視点から真正面の範囲外に1枚の巨大な[[テクスチャ]]として配置しておき、
* レイがモデルと衝突せずに範囲外に突き抜けた場合はそのテクスチャと衝突した箇所の色をサンプリングする
* レイがモデルと衝突せずに範囲外に突き抜けた場合はそのテクスチャと衝突した箇所の色をサンプリングする
という技法もある。
この技法を使わずクソ真面目にやるとレイとモデルが衝突しなかった箇所にノイズが発生し、
それを穴埋めるには大量のレイを飛ばして補完する必要があり計算量が激増する。


==散乱==
光散乱を考慮したものは「[[ボリュメトリックパストレース]]」と呼ばれる。
光散乱を考慮したものは「[[ボリュメトリックパストレース]]」と呼ばれる。
レイが反射するたびにレイが分裂する感じである。
レイが反射するたびにレイが分裂する感じである。
計算量が激増するので完全に別物扱いである。
[[ファイル:ボリュメトリックパストレーシング.png|none|640px]]
 
パストレーシングとボリュームパストレーシングの違いは大雑把にいえば、
レイの分裂が「最初だけ」か「反射したときも」かの違いであるが、
後者はアホみたいに計算量が激増するので完全に別物扱いである。


== 関連 ==
==関連==
* [[レイトレーシング]]
*[[レイトレーシング]]
* [[パストレーシング]]
*[[パストレーシング]]
* [[ライトトレーシング]]
*[[ライトトレーシング]]
* [[双方向パストレーシング]]
*[[双方向パストレーシング]]
* [[メトロポリス光輸送法]]
*[[メトロポリス光輸送法]]
* [[フォトンマップ]]
*[[フォトンマップ]]
* [[プログレッシブフォトンマップ]]
*[[プログレッシブフォトンマップ]]
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