遅延レンダリング

遅延レンダリング（英語：Deferred Rendering）とは、3DCGにおいて、物体の描画とライティングを別々に行う技法である。こいつの登場により従来型のレンダリングは「フォワードレンダリング」と呼ばれるようになった。

利点

ドローコールの削減

遅延レンダリングではシーンの中にポイントライトなどを多数配置してもドローコールがあまり増えないという特徴がある。

フォワードレンダリングでのドローコール数は以下のようなモデルとライトの掛け算である。

ドローコール数 = モデル数 x ライト数

一方、シンプルな遅延レンダリングでは以下のような感じになる。

ドローコール数 = 初期化x3 + モデル数x3 + ライト数 + 結合処理

ちなみに「x3」の部分はマルチプルレンダーターゲットを利用すれば「x1」にすることができる。

ドローコール数 = 初期化 + モデル数 + ライト数 + 結合処理

太陽光など平行光源が1個しかない状況ではフォワードレンダリングの方が圧倒的に有利だが、街灯などのポイントライトが何個もある状況では遅延レンダリングの方が有利である。

モデル数	ライト数	ドローコール数			備考
		フォワード	デファード	デファード+MRT
1	1	1	8	4
10	1	10	35	13	ライトが少ないときはフォワードレンダリングが有利
10	2	20	36	14	MRTありが逆転
10	4	40	38	16	MRTなしも逆転
10	8	80	42	20
10	16	160	50	28
10	32	320	66	44
10	64	640	98	76

この遅延レンダリングの特性から2000年代中頃あたりに「夜中に作戦行動する右下から銃の生えたゲーム」で大流行した。遅延レンダリングといえばだいたい「夜」である。採用例のほとんどが非常に暗いゲームばかりなので日本では人気がないものばかりです。

欠点

MSAAが使えない

遅延レンダリングでのライティング処理は「2D画像処理」であり、その時点で「ポリゴンのエッジの情報」は喪失している。このため「ポリゴンのエッジの情報」を用いてアンチエイリアシングを行うMSAAは使えない。

フォトショップなんかにある「エッジ抽出」をリアルタイムに行い、強引にアンチエイリアシングするという手法もあるが絶望的に効率が悪い。そのような状況下で少しでも性能を向上させようと、MLAA、FXAA、TXAA、SRAA、DSAA、ポストMSAAなど様々な手法が考案されている。

メモリ使用量が多い

シンプルな遅延レンダリングの実装でもざっくりフォワードレンダリングの4倍のメモリが必要になる。

実装によっても異なるが、だいたい以下のような構成のスクリーンサイズのレンダーターゲットが必要になる。

• Gバッファ
  • Color
  • Normal
  • Depth
• Lighting処理用バッファ

遅延レンダリングが流行りだしたころのパソコンやゲーム機は「メインメモリ256MBのVRAM32MB」などであったため結構悩ましい問題であった。最近ではパソコンどころかスマホでさえもアホみたいにメモリを積んでいるので問題になることはまずない。

メモリ帯域が必要

前述の遅延レンダリングではメモリ使用量が多い問題に関連して、遅延レンダリングではメモリに頻繁に読み書きするためメモリの速度が遅いとかなり残念な結果になります。

とくにスマートフォンでは非常に低速なメインメモリの一部をVRAMとして利用するため問題になることが多いです。むしろまともに使える機種は無いと考えた方がいいです。

ローエンドやミドルレンジのスマートフォンやタブレットのコストカットはだいたい「カタログスペックに現れにくいメモリ帯域周り」と相場が決まっています。素人は「メモリ容量」しかみないからね。

手順

1. Clear GBuffer

Color, Normal, Depthなどからなる「GBuffer」を初期化する。

2. Draw GBuffer

GBufferに描画する。この時点ではまだライティングは行わない。描画時にライティングを行わないから「遅延レンダリング」という。

3. Lighting

GBufferと各種ライトを掛け合わせて「ライティング結果」を生成する。

4. Combine

GBufferとライティング結果を合成して最終的な絵が完成する。

関連項目

• フォワードレンダリン
• 遅延レンダリング
• ライトプレパス
• MonoGameで遅延レンダリングをする