［GDC 2013］「アサシン クリードIII」で採用された，「PS3・Xbox 360世代でも可能なリアル」を実現する技術

Jean-Francois St-Amour氏（Lead Graphics Programmer, Ubisoft Montreal）

　「Game Developers Conference 2013」（以下，GDC 2013）の最終日となる米国時間3月29日，Ubisoft MontrealのリードグラフィックスプログラマーであるJean-Francois St-Amour（ジャン・フランソワ・サンタムール）氏により，「Rendering Assassin's Creed III」（アサシン クリードIIIのレンダリング）と題する講演が行われた。2012年10月に注目のAAAタイトルのひとつとして発売された「アサシン クリードIII」（以下，AC3）に使われたグラフィックス技術を解説するという内容だ。

　氏によれば，AC3は最新レンダリング技術を駆使した……というわけではなく，むしろ“現時点でベスト”と思える技術を選択して制作されたという。St-Amour氏の講演では，「なぜその技術を選んだのか」が語られたので，興味深いポイントに絞ってその内容を紹介してみたい。

AC3のグラフィックス〜多彩な天候表現

　AC3はPC版だけでなく，PlayStation 3（以下，PS3）版とXbox 360版，さらにはWii U版も発売された，典型的なマルチプラットフォームのゲームである。
　そのため本講演で語られた内容は，基本的に「PS3やXbox 360でも可能な範囲のリアルなグラフィックス」をいかにして実現するかというものであり，最新技術とパワフルなPC用GPUをフル活用するような話ではない。現に，PC版でどのように表示品質を向上させたかは，最後に少し触れられた程度である。

季節に伴う天候の変化は重要だが，Ubisoft Montrealでは，「性能を犠牲にすることなく表現できること」を目指したという

　「AC3のシェーダシステムを紹介したい」と話を切り出したSt-Amour氏が，まず取り上げたのは天候の表現だ。「AC3では，夏や冬のさまざまな天候を再現して，ユーザーが素晴らしい体験をできるようにと考えた」という。そのうえで，さまざまな天候を「同じメモリ（消費量），同じデータ，同じ性能で表現することを目指した」そうだ。

　たとえば雨の場合，カメラ近傍の雨はパーティクル（粒子）を使って表現するが，20メートル以上離れた雨は，風の方向に沿った円筒を置いて，円筒のテクスチャを「UVスクロール」で表現しているという。UVスクロールというのは，UV座標（＝テクスチャ座標）をズラすことで動きを表現する技法で，一般的によく用いられるものだ。

AC3における雨の表現。近場の雨はパーティクル，20メートル以上離れた雨は，円筒に貼ったテクスチャをUVスクロールで動かして表現する

　St-Amour氏はこの手法を「非常に簡単な方法」と述べていた。確かにシンプルな実装ではあるが，完成したAC3での雨は，かなりリアルな見た目を表現できていて，感心させられる。

これはゲームの画面ではなく見本の写真だが，「こんな風に足跡がつくようにしたかった」とSt-Amour氏

　一方で，雪はすべてパーティクルを使わっているという。雪の表現で面白いのが，キャラクターが雪上を歩くと，リアルタイムで足跡が生まれることだ。「ユーザー体験を向上させるためにも雪に足跡を付けたかった」（St-Amour氏）とのことである。
　雪に足跡を付ける手法も披露された。まず，GPUによるリアルタイムテッセレーションで地面のメッシュを細分化。次に「Render to Vertex Buffer」（R2VB）というテクニックを使って，頂点テクスチャの重心をレンダーターゲットから拾って変形させ，ディスプレースメントマップに反映させるという手法を使ったとのことだ。

AC3では，雪に足跡をつけるためにR2VBを用いている

　R2VBとは，DirectX 9時代に話題になった技術で，レンダーバッファからテクスチャなどの情報を得て計算し，計算結果を頂点情報に反映させるものである。DirectX 10の登場以降は話題にならなくなったが，ゲーム機のグラフィックス機能はDirectX 9世代相当。なのでAC3では，R2VBを「コスト効果の高いキーテクノロジ」として多用することになったのだそうだ。

　天候についてはほかにも，「雪や雨で濡れた道路などの表現にあたって，ノーマルマップのZ成分を調整することで頂点の色を変化させ，反射率も変える」手法を採用したことが明かされたが，これも，処理負荷を考えると比較的リーズナブルな方法と言える。ストレートに表現するには負荷の高い雨や雪の表現を，できるだけ効果的かつ低負荷な方法を選んで，慎重に実装したようだ。

濡れた道路の表現のサンプル。写真の左斜め上半分が，この方法を用いている部分で，それらしく濡れているように見える

グローバルイルミネーションはVPLによる事前計算

AC2で採用されたWORLDLIGHTMAPの利点（Pros）と欠点（Cons）

　続いて解説されたのは，AC3におけるライティングである。St-Amour氏によると，アサシン クリードII（以下，AC2）では「WORLDLIGHTMAP」という名称で，グローバルイルミネーション（大局照明。以下，GI）を実装していたそうだ。WORLDLIGHTMAPでは，反射光があるあたりにアーティストがライト（プローブ）を置くという，ゲーム機ではよく用いられている方法を使っていたという。

　「これには利点と欠点がある」とSt-Amour氏。利点として真っ先に挙げられるのは「負荷が軽い」ことで，一方で欠点としては，「鏡面反射がなかったり，とくにアーティストの負担が大きい」ことが挙げられるという。

WORLDLIGHTMAP V2では，事前にGIのための静的光源を計算しておく手法を採用した

　そこで，AC3に導入された「WORLDLIGHTMAP V2」では，「Each Texel Level Virtual Point Light」という手法を用い，リアルタイムにGIを適用するための仮想的な点光源（Virtual Point Light，以下 VPL）を，あらかじめ計算しておいたのだそうだ。テクスチャごとにパラメータを設定し，そこから計算でVPLを求めたため，「テクセルごとに」という接頭語を加えたようである。

　VPLによるGIを導入したことで，たとえばPlayStation 3の場合，ライティングの計算負荷はピクセルあたり0.8msで済んだとのことで，「アーティスティックにかかるコストの，95％を削減できた」と，St-Amour氏は誇らしげに語った。95％というのは大袈裟なように思えるが，自動的にライティングを計算できるようになったことで，手作業を大幅に減らせたのは確からしい。

　映像的にも効果はあるようで，WORLDLIGHTMAPと同V2を比較したサンプルでは，同じシーンであっても照明の雰囲気が変わり，よりリアルな表現を実現していた。

写真では分かりにくいかもしれないが，左がAC2での手法で描いたサンプルで，右はAC3のWORLDLIGHTMAP V2によるもの。人物の陰影に目が行きがちだが，壁による反射光を再現して，中央の人物右側の上を向いた面の明るさが違うのが，WORLDLIGHTMAP V2の効果によるもの

WORLD AOでは，事前計算式のAOを用いる

　さらにAC3では，環境光を擬似的に再現するアンビエントオクルージョン（Ambient Occlusion，以下 AO）も併用しているという。こちらも，PCでよく利用される，リアルタイムの「SSAO」（Screen Space Ambient Occlusion）ではなく，事前計算を用いた手法を使っており，St-Amour氏はこれを，「WORLD AO」と名付けたそうだ。
　WORLD AOでは，上方向からの奥行き情報を使ってマスクの元画像を作成し，それにぼかしをかけた画像を用いるのだという。これも処理コストと実際の効果を秤にかけて採用した手法，という印象を受ける。

テクスチャを省いてレンダリングした，WORLD AOのサンプル画像。AOの効果がイメージしやすい

海にも凝ったAC3

PC版ではDirectX 11なりの処理も搭載

　AC3では，水面の表現にも力が入れられたという。「本作は18世紀が舞台で，海が重要な役割を持つだけに，海や水の表現には力を入れた」（St-Amour氏）。海の表現では，この分野で有名な論文「Simulating Ocean Water」（関連リンク，PDFファイルが開きます）に準じた手法で，海の波を再現しているそうだ。それに加えてSt-Amour氏は，「波濤の泡を再現したことに特徴がある」と述べている。

　具体的には，波頭から泡の量を計算で求めて，泡をレンダーターゲットで合成しているという。泡は生成から消滅までしっかりとシミュレートされ，非常にリアルな見た目になったそうだ。

波の泡立ちは，波濤から大きさを計算して，レンダーターゲットで合成。生成から消滅までを，周波数を変えて再現しているそうだ

再現された波のサンプル。非常にリアルに見えた

　なお，本稿の序盤で述べたとおり，St-Amour氏は講演の最後でPC版AC3についても触れている。PC版ではDirectX 11の仕様を一部に取り入れ，PC版にふさわしいグラフィックスとなるような工夫が凝らされた。そのなかでも特徴的なのが，先ほども話題に出てきたAOの活用とのことだ。

　PC版AC3では，最新の「Multi-resolution Screen Space Ambient Occlusion」（MSSAO）という技術が取り入れられている。ただし，MSSAOは非常に処理負荷が高いので，解像度によって「Horizon-Based Ambient Occlusion」（HBAO）と使い分ける，ハイブリッド式の「MHBAO」を実装したと，St-Amour氏は述べている。

PC版AC3では，MSSAOと，HBAOを併用するハイブリッド方式を採用した

　ちなみに，PC版AC3でのMSSAOの採用については，NVIDIAがGeForce GTXシリーズの優位性を訴えるプロモーションの一環として，解説ページを公開している。St-Amour氏はNVIDIAと協力した自らの経験を基に，PC版のゲームを開発するときには，GPUメーカーに連絡して協力を得たほうがいいと呼びかけていた。

　次世代ゲーム機となるPlayStation 4が発表されたものの，当分ゲーム機の主役はPS3やXbox 360であろう。St-Amour氏の講演で示されたように，効果的かつ処理負荷の低い表現の実装を模索するような開発は，しばらく続きそうだ。AC3はそんなモデルケースのひとつとなるに違いない。

アサシン クリードIII 公式Webページ

Game Developers Conference公式サイト