今日の3D制作ワークフローにおいて、ライトのベイクは今でも重要であり、実用的な役割を果たしています。リアルタイムのレイトレーシングやパストレーシングが一般的になりつつある現在でも、ベイクされたライティングは、パフォーマンスに大きな負担をかけることなく、高品質なビジュアルを実現する信頼性の高い効率的な方法です。建築ビジュアライゼーション、バーチャルリアリティ、ゲーム開発、スタイル化されたアニメーションなどの分野で広く使用されています。ライトのベイクにより、完全なダイナミック・ライティング・システムのような重い処理を行うことなく、豊かで雰囲気のあるシーンを構築することができます。
ライトのベイクとは、直接光、間接光、影、アンビエント・オクルージョンなどのライティング情報を事前に計算し、その情報をライトマップと呼ばれるテクスチャファイルに保存することです。
これらのテクスチャはシーン内のオブジェクトに配置されるので、レンダリング中やシーンの実行中に照明を計算する必要はありません。この方法は、照明が変化しないシーンに最適です。より少ないコンピューティングパワーで、リアルな照明効果を表現できます。
ライトマップは、光がサーフェスにどのように当たるかを記録する特別なテクスチャです。ライトマップのそれぞれの小さな正方形（テクセルと呼ばれる）は、3Dモデルの特定の場所に一致し、その場所での光の明るさと色に関する詳細を保持します。
ライトマップデータは、カラーテクスチャやディテールテクスチャに使用されるものとは異なる、独自の特別なUVレイアウトが必要です。このレイアウトでは、サーフェスの各パーツは、他のパーツと重なることなく独自の領域を確保する必要があります。これは、ライティングが正しく見えるようにし、ライトブリーディングのようなアーティファクトを防ぐために重要です。
ライトのベイクシステムは、太陽やランプなどの光源からの直接光と、壁や床などの表面に反射する間接光の両方を計算します。この反射光は、直接光が当たっていない部分を明るくし、シーンをよりリアルで奥行きのあるものにします。
アンビエントオクルージョンは、角や割れ目、狭いスペースなど、光が届きにくい部分を暗くするテクニックです。このエフェクトをベイク処理に含めると、シーンの形やディテールがよりはっきりと浮かび上がります。
ライトのベイクは、リアルタイムのパフォーマンスが必要な状況で重要です。例えば、ビデオゲーム、VRアプリケーション、インタラクティブな映像でよく使われ、フレームレートを高く保ちながら、優れたビジュアル品質を実現します。
この技術により、ソフトシャドウやカラーブリーディングのような、リアルタイムのライティングシステムでは計算コストがかかったり実用的でなかった詳細なライティングエフェクトが可能になります。
プリレンダリングのワークフローでは、ライティングをベイクすることで、最終的な画像やアニメーションの作成プロセスがスピードアップします。これは、長尺のアニメーションやオンラインレンダーファームを使用する場合に特に有益です。
ライトリークやアーティファクトは、UVシェルの重なり、不十分なパディング、UVレイアウトのミスなど、いくつかの理由で起こり得ます。これらの問題は、ライトマップUVを作成する際のアンラッピングとパッキングの段階で修正する必要があります。もう1つの原因として考えられるのは低品質の圧縮で、マップによってはアーティファクトが発生することがあります。
適切な拡張は、テクセル情報がUVアイランドの境界を少し超えて伸びるようにします。これは、レンダリング時にミップマッピングやテクスチャフィルタリングによって現れる、目に見える継ぎ目を防ぐことにつながります。
効率的な UV パッキングは、テクセル密度を向上させ、シーン全体でライティング解像度が均等になるようにします。テクスチャスペースの無駄やシェルサイズの不均一を避け、すべての一貫性を保ちます。
ライティングを変更したり、オブジェクトを移動したり、シーンのジオメトリを変更した場合は、ライティングをリベイクする必要があります。後の変更で処理時間が長くなるのを避けるために、途中で小さなアップデートを計画するとよいでしょう。
プロジェクトにおいて、静的な要素にはグローバルイルミネーションをベイクし、動きのあるオブジェクトにはリアルタイムのシャドウを適用すると便利です。これにより、ランタイム中に処理能力を使いすぎることなく、シーンに深みを加えることができます。
ライトプローブとリフレクションキャプチャは、ライトのベイクデータを動くオブジェクトや動的オブジェクトに適用します。このテクニックは、シーン内の静的な要素と動く要素の両方の視覚的な調和を実現します。
ライトのベイクは、スタイル化されたプロジェクトでも効果的です。アーティストは、テクスチャに直接ライティングをベイクして、特にイラストやペイントスタイルのプロジェクトで、アセットに一貫した見た目を作成できます。
ライトのベイクは、ライティング計算に事前計算されたテクスチャを使用することで、GPUへの負荷を軽減します。これは、特にモバイルやウェブプラットフォームのようなリソースが限られた環境において、パフォーマンスと応答性の向上につながります。
適切に管理されたライトマップテクスチャは、シェーダを簡素化し、描画コールの回数を減らし、プロジェクトファイルをより効率的で管理しやすくします。
事前にベイクされたライティングは、動的なライティングを計算する必要がなくなるため、レンダリングを高速化します。これは、アニメーションで多くのフレームをレンダリングする場合や、分散レンダリングシステムを使用する場合に特に便利です。
ライトのベイクはほとんどのシーンで効果的ですが、常に使えばといいというわけではありません。動きの多いシーン、インタラクティブなライティング、頻繁に変化するライティングでは、通常、リアルタイムまたはレイトレースされたライティングの方がよいでしょう。また、ライトやオブジェクトを頻繁に変更する場合、その都度ライティングをリベイクする必要があり、時間がかかって効率が悪くなります。そのため、素早い変更や複雑なライティングが必要なプロジェクトでは、他のライティング手法も検討することが重要です。
ライトのベイクは、3Dシーンで美しいビジュアルを作成するための便利で効率的な方法です。どんな状況でも効果があるわけではありませんが、3Dアーティストにとって強力なツールであり、特に他のライティング手法と組み合わせたハイブリッドなアプローチではその威力を発揮します。ライトのベイクがどのような働きをするのかを学び、その制限を知ることで、シーンをよりリアルに見せたり、伝えたいストーリーを表現したり、さまざまなレンダリングセットアップでプロジェクトをスムーズに進行させることができます。
