リアルタイムレンダリングとは｜仕組みと活用事例

ゲームの映像が操作に合わせて滑らかに動くのはなぜか、映画のCGとは何が違うのか。そんな疑問から「リアルタイムレンダリング」という言葉にたどり着いた方も多いはずです。リアルタイムレンダリングとは、3DCGの映像をあらかじめ書き出しておくのではなく、その場で毎フレーム計算して表示する描画方式のことです。近年はゲームだけでなく、映画の撮影現場や建築、製造の分野にも広がっています。この記事では、プリレンダリングとの違いから、描画パイプラインとフレームレートという時間の制約、レイトレーシングやDLSS、Unreal EngineのLumenとNanite、そして活用事例と必要スペックまでを、各社の公式情報をもとに解説します。

リアルタイムレンダリングとは

リアルタイムレンダリングとは、3DCGの映像をあらかじめ書き出しておくのではなく、その場で毎フレーム計算して表示する描画方式のことです。

そもそもレンダリングとは、3Dのデータをもとに、画面に表示する画像を計算して作る処理を指します。レンダリング全般についてはレンダリングの基礎で解説しています。

分かりやすい例がゲームです。プレイヤーがどこを向き、どう動くかは事前に決められません。そのため、あらかじめ映像を用意しておくことができず、操作に応じてその場で画面を作り続ける必要があります。

ここで重要になるのがフレームレートです。1秒あたり何枚の画像を描けるかを示す数値で、これが低いと動きがカクついて見えます。つまりリアルタイムレンダリングでは、「決められた時間内に描き終える」ことが品質と同じくらい重要になります。

用途はゲームにとどまりません。映画やドラマの撮影現場で使われるバーチャルプロダクション、建築ビジュアライゼーション、製造業の設計検証、XRコンテンツなど、リアルタイムに3D空間を扱う場面へ広がっています。

プリレンダリングとの違い

リアルタイムレンダリングと対になるのが、プリレンダリング（オフラインレンダリング）です。両者の違いを整理します。

時間予算という考え方を具体的にしておきましょう。60fpsで動かすなら、1フレームあたりに使える時間は約16.7ミリ秒です。30fpsでも約33.3ミリ秒しかありません。この短い時間の中で、モデルの変形、ライティング、影、反射、ポストエフェクトまでを終える必要があります。

一方でプリレンダリングには、この制約がありません。1フレームに数分かけても構わないため、光の反射や屈折を厳密に計算した高品質な映像を作れます。

もう一つの大きな違いが、修正の反映速度です。リアルタイムなら、パラメータを変えた結果をその場で確認できます。プリレンダリングでは再計算の待ち時間が発生するため、試行錯誤の回数がどうしても減ります。

近年は技術の進歩によって両者の品質差は縮まりつつありますが、用途が異なるものだと考えるのが実務的です。

仕組み｜描画パイプラインとフレームレートという時間予算

リアルタイムレンダリングの内部では、3Dのデータを画面上のピクセルへ変換する処理が、パイプラインと呼ばれる段階に分けて実行されています。

その中の一段階がラスタライザーステージです。Microsoftの公式ドキュメントでは、ベクター情報（図形／プリミティブ）をラスターイメージ（ピクセル）へ変換するグラフィックスパイプライン上の段階と説明されています。3Dの図形を、画面を構成する点の集まりに変換する工程だと考えると分かりやすいでしょう。

この方式の歴史は長く、Microsoftの公式ブログによれば、過去30年間ほぼすべてのゲームは画面への描画にラスタライズを用いてきたとされています。ラスタライズはゲーム世界を3Dで保持しつつ、最終的には変換行列で2Dの画面平面上で処理されます。

高速化を支えているのはGPUの並列処理です。同じような計算を大量のピクセルに対して一度に行うため、CPUよりも効率よく描画できます。

そして常についてまわるのが、前章で触れた時間予算です。目標とするフレームレートから逆算して、1フレームに使える処理量が決まります。だからこそ、ポリゴン数、テクスチャの解像度、ライティングの計算量を、設計の段階から管理する必要があります。後から「重いので軽くしたい」となっても、作り直しの範囲が大きくなりがちです。専門用語はクリエイティブ用語辞典でも確認できます。

ラスタライズとレイトレーシング

描画の方式には、大きく2つの考え方があります。

ラスタライズは、図形をピクセルに変換していく方式です。処理が速い一方で、鏡のような反射や、壁に跳ね返った間接光といった表現は、近似的な手法で補う必要があります。

レイトレーシングは、光線を追跡して反射・屈折・影を物理的に計算する方式です。現実の光の振る舞いに近い結果が得られますが、計算負荷は大きくなります。

このレイトレーシングをリアルタイムで扱うための仕組みが、DirectX Raytracing（DXR）です。MicrosoftによればDXRはDirectX 12に4つの新しい概念を導入するもので、そのうちアクセラレーション構造は、GPUが走査しやすい形で3D環境を2階層で表現します。

処理の起点になるのがDispatchRaysというコマンドリストメソッドで、ゲームはこれを使ってDXRのワークロードをGPUに投入します。またシェーダーの種類も拡張され、ray-generation、closest-hit、any-hit、missといった新しいHLSLシェーダー種別が追加されました。

実際の制作では、どちらか一方を選ぶのではなく、ラスタライズを基本としつつ、反射や影など効果の大きい箇所にレイトレーシングを組み合わせる形が一般的です。

リアルタイムレイトレーシングの実行条件

レイトレーシングは、環境が整っていないと使えない機能です。Unityの High Definition Render Pipeline（HDRP）17.0を例に見てみましょう。

公式マニュアルによると、HDRPのレイトレーシングはDirectX 12 APIのみをサポートします。対応はWindowsのUnity EditorおよびWindows Unity Playerに限られ、ビルドは64bitアーキテクチャ（x86_64）が必須です。

設定手順として公式が挙げているのは、DirectX 12の有効化、スタティックバッチングの無効化、HDRP Assetでの「Realtime Ray Tracing」有効化、Frame Settingsでの有効化、そして最終設定です。対応する効果には、Screen Space Shadows、Screen Space Reflections、Screen Space Global Illuminationなどがあります。

つまり、GPUが対応していれば自動的に使えるというものではなく、プラットフォームと設定の条件を満たす必要があります。

アップスケーリングとフレーム生成｜DLSSの現在

時間予算の制約を緩和する方向で発展しているのが、アップスケーリングの技術です。アップスケーリングとは、低い解像度で描画したものをAIなどで高解像度に引き上げる技術のことで、処理負荷を抑えつつ見た目の解像感を保つ狙いがあります。

代表的なものがNVIDIAのDLSSです。DLSS 4は2025年1月に登場し、トランスフォーマーベースのSuper Resolutionと4X Multi Frame Generationを導入しました。Multi Frame Generationは GeForce RTX 50 シリーズ上で、従来描画1フレームあたり最大3枚の追加フレームを生成します。DLSS技術群と組み合わせることで、従来のブルートフォース描画に対しフレームレートを最大8倍にできるとされています。

さらにDLSS 4.5では、DLSS Super Resolution向けの第2世代トランスフォーマーモデルが導入されました。これは400を超えるゲーム・アプリで、全GeForce RTX GPU向けに提供されるとされています。第2世代Super Resolutionモデルは、2026年1月6日時点で提供が開始されています。

一方で、Dynamic Multi Frame Generationと6XモードはGeForce RTX 50シリーズ限定とされています。同じ発表（2026年1月6日時点）では、提供時期は2026年春の予定とされていました。本記事執筆時点（2026年8月）でも同ページの表記は「Coming Spring」のままであるため、最新の提供状況は公式サイトでご確認ください。6Xモードでは、従来描画1フレームあたり5枚の生成フレームを追加するとされています。パストレーシング（光の経路をたどって間接光まで計算する、負荷の高いレイトレーシングの手法）に対応したタイトルの4Kフレームレートは、4Xから6Xへの移行で最大35%向上するとされています。

こうした技術の登場により、「品質を上げれば必ず重くなる」という前提そのものが変わりつつあると考えられます。

Unreal EngineのLumenとNanite

リアルタイムレンダリングの品質を押し上げた代表的な機能が、Unreal EngineのLumenとNaniteです。以下は、Unreal Engine 5.8の公式ドキュメント（2026年8月時点）に基づく内容です。

Lumen は、Unreal Engineの完全動的なグローバルイルミネーション／反射システムで、次世代コンソール向けに設計されています。グローバルイルミネーションとは、直接光だけでなく、壁や床に反射した間接光まで計算して空間の明るさを再現する仕組みのことです。Lumenは無限バウンスの拡散相互反射と間接スペキュラ反射に対応します。

トレーシング方式は、ハードウェアレイトレーシングとソフトウェアレイトレーシングの2系統です。ハードウェアレイトレーシングは、プロジェクト設定の「Use Hardware Ray Tracing when available」で有効化します。ソフトウェアレイトレーシングを利用する場合は、「Generate Mesh Distance Fields」の有効化が必須とされています。なおハードウェアレイトレーシングは、10万インスタンスを超えるシーンでシーン更新のコストが大きくなる点が公式に示されています。

Nanite は、Unreal Engineの仮想化ジオメトリシステムで、ピクセルスケールのディテールと大量のオブジェクトを描画します。画面上で見えているディテールのみを処理する仕組みで、従来リアルタイムでは不可能だった規模のポリゴン数・オブジェクト数を扱えるとされています。

制作面での利点も大きく、LOD（距離に応じてモデルの精細さを切り替える仕組み）が自動処理され、メッシュごとの手動LOD設定が不要になります。データは高圧縮でオンデマンドにストリーミングされるため、ランタイムのストレージにはSSDが推奨されています。

ただし利用には条件があります。Naniteの対応要件は、DirectX 12かつShader Model 6（SM6）対応のグラフィックスカード（最新ドライバ）です。エンジンそのものの選び方はゲームエンジンの種類と選び方で解説しています。

リアルタイムレンダリングの活用事例

用途はゲームから大きく広がっています。分野ごとに見ていきましょう。

ゲーム

代表的な用途です。プレイヤーの操作に応じてその場で描画するという性質上、リアルタイムレンダリングなしには成立しません。

バーチャルプロダクション（インカメラVFX）

Epic Gamesの公式ドキュメントでは、インカメラVFXを「ライブアクション撮影中にリアルタイムのビジュアルエフェクトを撮影する手法」と説明しています。LED照明・カメラトラッキング・軸外し投影を組み合わせ、実写の出演者とバーチャル背景をカメラ内で統合します。

使用されるシステムとして挙げられているのは、nDisplay、Live Link、マルチユーザー編集、Remote Controlなどです。nDisplayは複数のレンダリングノードでLEDボリュームを制御し、Live Linkはトラッキングデータを配信します。LEDボリュームは、複数のLEDキャビネットで構成されます。ピクセルピッチ（LED素子どうしの間隔）が小さいほど高解像度になりますが、視野角やカラーシフトの考慮が必要とされています。また、タイムコード・ゲンロック（映像機器どうしの同期をとる仕組み）・マスタークロックによる機器間の正確な同期が重要とされています。

建築ビジュアライゼーション

設計案の中をその場で歩き回りながら確認できる点が評価されています。リアルタイムに描画できるレンダラーや、ゲームエンジンを用いたワークフローが使われています。

製造・自動車

デジタルツインの開発で活用されています。NVIDIA Omniverseについては、自動車業界での採用が進んでいるとされています。

XR

総務省の令和7年版情報通信白書によると、日本のメタバース市場は2024年度に2,750億円（前年度比47.6%増）、2028年度には1兆8,700億円まで拡大すると予測されています。この数値の原典は経済産業省「メタバースの創出に係る事業活動の実態調査（2024年）」です。XR領域での制作については本科XR専攻でのUnity活用でも扱っています。関連する職種はクリエイターのお仕事図鑑で職種を見るで確認できます。

メリット・デメリットと必要なスペック

導入を検討するうえで、両面を押さえておきましょう。

メリット①即時性

変更した結果をその場で確認できるため、試行錯誤の回数を増やせます。品質は最終的に、試した回数に左右される部分があります。

メリット②合意形成が早い

完成に近い画をその場で見せられるため、関係者との認識合わせがしやすくなります。

メリット③工程の前倒し

バーチャルプロダクションでは、撮影現場で完成像を確認できます。後工程で判明する問題を、撮影段階で潰せる点が利点です。

デメリット①品質上の制約

1フレームあたりの時間予算があるため、オフラインレンダリングと同じ計算量はかけられません。

デメリット②機材要件

高性能なGPUと、対応するAPI・ドライバが必要です。

デメリット③設計段階からの負荷管理

後から重さを解消するのは難しく、最初から負荷を見込んだ設計が求められます。

必要なスペックの目安として、Unreal Engine 5.8の公式推奨環境（2026年8月時点）を挙げておきます。CPUはクアッドコアのIntel・AMD 2.5GHz以上、メモリは32GB、グラフィックスRAMは8GB以上とされています。グラフィックスカードは最新ドライバのDirectX 11またはDirectX 12対応が挙げられており、OSは64bit版のWindows 10（バージョン1909リビジョン.1350以降、またはバージョン2004・20H2）に加え、Windows 11も推奨仕様に適合するとされています。

LumenやNaniteなどの高度な機能を使うには、DirectX 12とShader Model 6（SM6）への対応が必要とされています。またローカルコンパイルは、12〜16コアのマシンで行うことが推奨されています。なおUnreal Engine 5では、32bitプラットフォームのサポートが廃止されています。パソコン選びの考え方は3DCG向けパソコンの選び方で解説しています。学ぶ環境については本科CG/VFX専攻のカリキュラムも参考になります。

リアルタイムレンダリングに関するよくある質問