Lumen の動的グローバル イルミネーションおよび反射

Lumen は、次世代コンソール向けに設計された Unreal Engine の完全に動的なグローバル イルミネーションおよび反射のシステムで、デフォルトのグローバル イルミネーションおよび反射システムです。 Lumen は、大規模で詳細度の高い環境で、mm 単位から Km 単位までのさまざまなスケールで、無限のバウンスと間接スペキュラ反射を利用したディフューズ相互反射をレンダリングできます。

Lumen の使用を開始する

新しく作成されたプロジェクトでは、デフォルトで Lumen の動的グローバル イルミネーションおよび反射が有効になっています。また、Generate Mesh Distance Fields (メッシュ ディスタンス フィールドの生成) などの依存関係もあります。 Unreal Engine 4 から Unreal Engine 5 に変換された既存のプロジェクトでは、Lumenの機能は自動的に有効になりません 。 これは、これらのプロジェクト内にあるライティング パスの破損や変更を防ぐためです。

Lumen は、[Project Settings (プロジェクト設定)] の [**Rendering (レンダリング) > Dynamic Global Illumination (ダイナミック グローバル イルミネーション)**] カテゴリおよび [**Reflections (反射)**] カテゴリで有効にすることができます。

グローバル イルミネーションと反射は個別に設定することができます。 Lumen を有効にするには、各カテゴリで次のように設定します。

• Dynamic Global Illumination (ダイナミック グローバル イルミネーション)：Lumen

• 反射メソッド：Lumen

  有効にすると、まだ有効になっていない場合は、プロパティ Generate Mesh Distance Fields が有効になります。 これは、Lumen のソフトウェア レイ トレーシングモードで必要です。 エンジンを再起動する必要があります。

Lumen のグローバル イルミネーションは、スクリーン空間グローバル イルミネーション (SSGI) と ディスタンス フィールド アンビエント オクルージョン (DFAO) に代わる機能です。 また、Lumen の反射は、スクリーン空間反射に代わる機能です。

Lumen のライティング機能

Lumen は、Unreal Engine に優れたダイナミック グローバル イルミネーション機能を追加します。また、Nanite、World Partition、仮想シャドウ マップなどの Unreal Engine 5 に搭載されている他のサポート システムと適切に連携します。

スクリーン空間グローバル イルミネーションやレイ トレーシング グローバル イルミネーション (RTGI) などの Unreal Engine 4 の機能は、質の高いリアルタイム プロジェクトにおいて、信頼性やパフォーマンスが十分ではありませんでした。 また、これらの機能は他の重要なシステムと完全には統合されておらず、エンジンのほとんどの機能を幅広くサポートすることができませんでした。

Lumen グローバル イルミネーション

Lumen グローバル イルミネーションはディフューズ間接ライティングの問題を解決します。 たとえば、サーフェスからディフューズしてバウンスする光は、そのサーフェスの色を反映し、色の付いた光を他の近くのサーフェスに反射します。 シーン内のメッシュでは間接ライティングもブロックされますが、これによって間接シャドウイングが生成されます。

Lumen では、この室内の白いペンキのような明るいディフューズ マテリアルが存在するシーンで重要となる、無限のディフューズ バウンスが提供されます。

Unreal Engine 5 の Nanite 仮想化ジオメトリ を使用すると、ジオメトリに対してこれまでにないディテールを追加することができます。 Lumen は、フル解像度のシェーディングを表現できるだけでなく、リアルタイム時のパフォーマンス維持のためにはるかに低い解像度でも間接ライティングを計算できます。

スカイ ライト (天空光) と Lumen

スカイ ライトは、Lumen のファイナル ギャザープロセスの一部として解決されます。 これには、屋外ライティングよりも屋内の空間を大幅に暗くさせることができるスカイ シャドウイングも含まれており、はるかに自然なエフェクトが得られます。

Lumenは、ライティングの透過処理とボリュメトリック フォグのために、低品質のグローバル イルミネーションも提供しています。

Lumen とエミッシブ マテリアル

エミッシブ マテリアルは、Lumen のファイナル ギャザーを使用してパフォーマンスの負荷を増大させることなくライトを伝搬させることができます。 ただし、ノイズ アーティファクトが発生する前に、どのくらい放射領域を小さく、かつ明るくできるかについては制限があります。 これにより、手動で配置された光源よりも本質的な問題解決がはるかに難しくなります。

Lumen の反射

Lumen は、マテリアルのラフネス値の全範囲で間接スペキュラまたは反射を解決できます。

ディフューズしたグローバル イルミネーションとシャドウ付きのスカイライトが、すべての反射で見られます。 Lumen の反射は、次の車のサンプルのように、クリア コート マテリアルもサポートしています。

Lumen は、次の画像にある車のフロントガラスのように、半透明の要素に光沢のある反射を与えます。

プロジェクトで [High Quality Translucency Reflections (高品質透過性反射)] が有効になっている場合、Lumen の反射では、透過サーフェス マテリアルの最前面レイヤーでのミラー反射が提供されます。

Lumen の反射で Single Layer Water (単一レイヤー ウォーター) マテリアルがサポートされるようになりました。反射は強制的にミラーリングされます。

Lumen の両面フォリッジ

両面フォリッジ シェーディング モデルは、背面からのライティングを集めてそれをリーフ経由で拡散し、マテリアルのサブサーフェス カラー で減衰させることで解決されます。

サポートされているライトのタイプとその他の機能

Lumen がサポートしている機能の概要は次のとおりです。

• ディレクショナル ライト、スカイ ライト、ポイント ライト、スポット ライト、および矩形ライトを含む、すべてのライト タイプ がサポートされています。

• ライト関数は、すべてのタイプのライトでサポートされています。

• [Mobility(機動性)] が[Static(静的)] に設定されているライトはサポートされていません。静的ライトはライトマップ内に完全に格納され、Lumen が有効な場合は静的ライトの影響が無効になるためです。

Lumen の設定

Lumen の設定は、[Project Settings (プロジェクト設定)] と[Post Process Volume (ポストプロセス ボリューム)] の 2 か所にあります。

Lumen のプロジェクト設定

Lumen に関するまたは Lumen に影響するプロジェクト設定は、[Engine (エンジン)] > [Rendering (レンダリング)] セクションにあります。 [Project Settings] にはプロジェクトの Lumen のすべてのデフォルト設定が含まれています。

以下は、Lumen に必要な、または Lumen に影響を及ぼすすべての設定のリストです。

ポストプロセス設定

ポストプロセス ボリュームには、Lumen のオーバーライドとアーティストが制御するプロパティが含まれています。 この設定は、Global Illumination (グローバル イルミネーション) と Reflections (反射) カテゴリにあります。

以下は、ポストプロセス ボリュームにある Lumen に関するすべての設定のリストです。

追記

以下では、プロジェクトで Lumen 機能を使用する際に留意する必要のあるいくつかの考慮事項について説明します。

Lumen のライティング更新速度

Lumen は、優れたリアルタイム パフォーマンスを実現するために多くのキャッシュを使用しています。 ローカル ライティングを変更した場合はすばやく反映されますが、太陽を無効にするといったグローバル ライティングの変更の場合は、反映されるまでに数秒かかることがあります。 プロジェクトでは、[Lumen Scene Lighting Update Speed (Lumen シーンのライティング更新速度)] と [Final Gather Lighting Update Speed (ファイナル ギャザー ライティング更新速度)] ポストプロセス ボリュームのコントロール を使用して、この遅延に対処することができます。ただし、GPU の負荷は増大します。

プロジェクトの静的ライトを無効にする

Lumen が有効になっている場合は、静的ライトから事前計算されたライティングが削除されます。 [Project Setting(プロジェクト設定)] の[Engine(エンジン)] > [Rendering(レンダリング)]セクションの [Allow Static Lighting (静的ライティングを許可)]を無効にすることで、プロジェクトで事前計算されたライティングを完全に無効化することができます。

静的ライトを無効にすると、シェーダーの順列によって発生する静的ライトのオーバーヘッドも軽減できます。 また、マテリアル アンビエント オクルージョン で Lumen グローバル イルミネーションと連携できるようになります。

ベイクされた静的ライティングで Lumen の反射を使用する

Lumen の反射は、Lumen グローバル イルミネーションなしで使用できます。 これは、静的ライティングを使用するゲームやプロジェクトで、配置された反射キャプチャの能力を超えて反射の品質を拡張したい場合に最も役立ちます。 スタンドアローンの Lumen 反射を使用するには、Lumen ハードウェア レイ トレーシング モードを有効にする必要があります。これにより、反射のヒット ライティングが自動的に有効になります。

クリア コート マテリアル

Lumen はクリア コート マテリアル (デュアル法線を含む) をサポートしていますが、いくつかの制限があります。 具体的には次のとおりです。

• 一番上のレイヤーのみが低いラフネス (粗さ) 値を持つことができます。 一番下のレイヤーは粗い値を持つことが前提となっており、光沢のある結果につながります。 この制限は、1 ピクセルあたり 1 本の反射光線をキャストすることで、一番上と一番下の両方のレイヤーからシャープな反射がキャストされるのを防止するためです。

• クリア コートの量が 0 の場合、上記の制限が引き続き適用されます。 これは、単一の (一番下) のレイヤーがあるにもかかわらず、低いラフネス値でも反射が光沢/粗く見え続けることを意味します。

マテリアルのアンビエント オクルージョン

Lumen のグローバル イルミネーションは、スケルタル メッシュで信頼性の高いセルフ オクルージョンを提供するマテリアル アンビエント オクルージョンをサポートしています。

マテリアルのアンビエント オクルージョンと Lumen を併用するには、次のように設定します。

• [Project Setting(プロジェクト設定)] の [Allow Static Lighting (静的ライトを許可)] を無効にして、GBuffer にスペースを作成します。

• 出力するマテリアルを[Ambient Occlusion (アンビエント オクルージョン)] に設定します。

Lumen のグローバル イルミネーションではマテリアル ベント法線マップをサポートしています。 このマップはマテリアルのアンビエント オクルージョンよりも大幅に負荷が高い一方で、ビジュアル面の改善はほんのわずかです。

ベント法線マップと Lumen を併用するには、次のように設定します。

• プロジェクトのコンフィギュレーション ファイル「DefaultEngine.ini」の [SystemSettings] セクションで r.GBufferDiffuseSampleOcclusion=1 を設定し、エディタを再起動します。

• Bent Normal(ベント法線) カスタム出力ノードに出力するマテリアルを設定します。