リアルタイムサブサーフェススキャッタリングとは何か、そしてなぜそれが必要なのか

01 はじめに

1.1 表面下散乱（Subsurface Scattering）とは何ですか？

記事では D5 GI | リアルタイムの操作感とオフラインレンダリングの品質を両立, 現実世界で光が物体の表面でどのように跳ね返るかを簡単に説明しました。この現象を再現できるかどうかが、レンダリング結果が写真にどれだけ近づけるかを決定します。.

Yet it doesn't stop there. When lights hit the surface of some 半透明 object, such as wax or marble, some of them will pass through the surface, scatter inside the object and finally exit at different points on the surface. Viewed from a camera, the object inside seems to be "lit up".

これは〜と呼ばれています サブサーフェススキャッタリング (SSS、または略して3S). As shown in the following picture, "sub-surface" refers to the part underneath the surface.

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1.2 サブサーフェススキャタリングで何ができますか？

Mere reproduction of light bouncing off the surface, though enough for most materials, cannot create a good translucent effect for textures including jade, fruit and human skin. That's why we need Subsurface Scattering here to bring more realism. 光と半透明素材のサブサーフェスとの相互作用も、シーンに命を吹き込むでしょう。.

In a word, SSS in rendering can improve the material quality, making it look more delicate. A translucent material won't look pitch-black even when it's backlit, thus the scene will be clearer and brighter.

Luckily, this powerful feature will come with D5 Render 2.4. Make sure to give it a try and you'll find that the rendering is taken up a notch.

02 D5におけるサブサーフェス散乱の原理

2.1 以前の解決策

As mentioned above, achieving SSS in rendering, especially in real-time rendering within 0.03 seconds, is a huge challenge due to its large amount of computing. That's why SSS is thought to be an advanced feature of rendering tools.

市場で流通しているリアルタイムレンダリングツールを見ると、そのほとんどがSSS機能を欠いているか、代替としてスクリーンスペースサブサーフェススキャッタリングを使用していることがわかります。.

スクリーン空間サブサーフェススキャタリングは、速度と品質のバランスが取れており、 完璧ではないけれど、良い解決策 リアルタイムレンダリングでは、ターゲットマテリアルを遮蔽するマテリアルがあると、ライト情報を計算できなくなるなどの問題が発生します。また、大きなスクリーンで散乱半径を設定すると、バンディングアーティファクトが発生します。.

現在のリアルタイムSSSレンダリングソリューションは、実用化における課題に対処するには不十分であり、デザイナーにとって最適な可視化を妨げる様々な技術的な制約や欠点があるようです。そこで、D5チームは、D5 SSSとして知られる、優れたリアルタイムサブサーフェススキャタリングソリューションを開発しました。.

Therefore, real-time SSS still remains a challenge despite many existing solutions. To overcome the technical issues and offer designers better visualization experience, the D5 Team decided to develop their own solution -- D5 SSS -- for real-time rendering.

2.2 D5 SSS

技術動向とニーズを調査した結果、D5チームは、オフラインレンダリングアルゴリズムとリアルタイムレンダリングを組み合わせることで、リアルタイムSSSを実現することを決定した。.

ランダムウォークは、SSS（サブサーフェススキャタリング）のためのオフラインで物理的に正確なアルゴリズムです。モデル内の媒質を光がどのように散乱し、伝播するかを考慮し、モデルの体積や表面の厚みをより正確に表示します。.

To address this issue, the D5 Team integrated Random Walk SSS into D5's unique hybrid rendering pipeline. By reusing the information of GBuffer, accumulating noise reduction in the time domain, and utilizing hardware acceleration through DXR, the D5 SSS solution ensures high-quality SSS in real time.

In this way, designers only need to tweak a few parameters and they will be able to preview the SSS effect of translucent materials in real time. What's more, D5 SSS ensures consistency between preview and rendering, offering designers a smooth and superb visualization experience.  

03 D5 サブサーフェス散乱の効果と実践

3.1 D5 SSSはどこで使用できますか？

新たに追加されたリアルタイムSSS機能により、D5 Render 2.4はさまざまな業界において、より高度なレンダリングツールとなるでしょう。.

建築家向け, これにより、クリアな大理石やスレートのマテリアルを作成し、デザインアイデアをより効果的に表示できるため、プロジェクトの魅力を高めることができます。.

光を完全に遮断するのではなく、わずかに透明な大理石のスラブは、柔らかく澄んだ印象を与えます。.

インテリア/プロダクトデザイナー向け, 、陶磁器や玉の透明感をより良く表現し、視覚的な質を向上させることができます。.

翡翠の彫像はほのかに照らされているように見えます。.

3.2 D5 SSS の使用方法

To create a translucent material, first use the hotkey "I" to select the texture. Go to Inspector > Material Template. There you will find "Subsurface Scattering".

SSSテンプレートはカスタムテンプレートより2つ多いパラメータがあります。

サブサーフェスカラー

2. 散乱強度

さらに、SSS材料で一般的に使用される3つのパラメータがあります。

ベースカラー/ベースカラーマップ

2. 光沢

3. 粗さ

Here we use "jade" as an example to show how to create SSS materials in D5 Render.

初見

This rabbit has a custom material with a white base color. We set Specular and Roughness to 0, so they won't affect the following process.

ベースカラー/ベースカラーマップ

まず、ベースカラーマップに翡翠のテクスチャマップを追加します。.

Turn on "Triplanar", so we can get a nice UV effect without having to set it manually.

サブサーフェススキャタリング設定

Change the material template to "Subsurface Scattering".

• サブサーフェスカラー

ベースカラー/ベースカラーマップはサーフェスの色を定義し、サブサーフェスカラーはモデル内部で光が散乱するときの色を決定します。.

By default, the "SubSurface Color" is 50% grey. In this case, the material begins to have an SSS effect, but it needs some color to look more obvious.

Change the "SubSurface Color". We can see how it affects the material:

サブサーフェスカラーは、モデルの内部から発光しているように見え、影の部分でより顕著に現れます。.

SubSurface Colorは、モデル内部での光の散乱度を制御します。RGB値が大きいほど、赤、緑、青の散乱光がより顕著になり、マテリアルはより半透明に見えます。.

• 散乱強度

散乱強度（Scattering Intensity）は、サブサーフェスカラー（SubSurface Color）に乗算される値です。サブサーフェスカラーに基づいて散乱光が進む距離を増減させ、マテリアルの半透明効果をさらに高めたり弱めたりします。.

In this example, we are creating a realistic jade material, so the "SubSurface Color" is set to a low saturated green and the "Scattering Intensity" is left at its default value of 1.0.

鏡面反射と粗さ

翡翠や宝石は、非常に反射性の高い非金属材料であり、通常、鏡面反射値は1.0です。.

The "Specular" parameter controls the reflectivity of non-metallic materials. Most non-metallic materials have a reflectivity between 0.25 and 0.625. For example, water with 0.25 and jade/gem with 1.0.
Specularに関する詳細情報 マテリアルテンプレート > マップ > スペキュラ

スペキュラを1.0に設定すると、モデルはより翡翠のように見えます。.

ラフネスは、素材表面の粗さを決定し、反射がぼやけるかどうか、あるいは鮮明になるかに影響を与えます。その値を変更することで、翡翠の質感がどのように変化するかをはっきりと見ることができます。.

With high Roughness, the jade looks like an unpolished one; with low value, especially when it's close to 0, a highly polished one.

We set the Roughness at 0.05 and here's the final rendering:

3.3 注記

現時点では、D5 RenderではSSS効果に対して、ポイントライト、スポットライト、矩形ライト、および太陽光に対応しています。SSS用のHDRIアンビエントライティングについては、今後のアップデートで実装される予定です。.

正確なサイズ

SSS（サブサーフェススキャッタリング）マテリアルの見た目は、モデルの体積と厚さに影響されます。そのため、同じパラメータでも、モデルが小さく薄いほど、より半透明になります。.

Therefore, it is recommended to model at the size of real objects. For example, don't model a jade decoration too large. A few centimeters are just appropriate. If you want to further increase or decrease the translucency of the material, use the SubSurface Color brightness or Scattering Intensity to adjust its visual effect.

04 結論

D5 Render 2.4がリアルタイムSSSを実現する機能により、建築家やインテリアデザイナー、プロダクトデザイナーは、よりリアルなレンダリングを得られるようになります。これにより、彼らはより多様な素材を表現できるようになり、ビジュアライゼーション作業そのものが楽しい体験となるでしょう。.

For D5 Render, D5 SSS is a milestone, but never a terminus. The D5 Team will keep optimizing SSS to bring better effects. Stay tuned and you won't be disappointed.

D5 Asset Library has updated dozens of models with SSS materials, including fruits, candles and jades. You can quickly find them by searching "sss/3s".

または、独自の半透明マテリアルをカスタマイズして、リアルタイムレンダリングで流れる光の美しさを楽しむこともできます。.