レイトレーシングとパストレーシングの違いを解説

はじめに

レイトレーシングとパストレーシングは、対立する二つの技法ではありません。パストレーシングはレイトレーシングの一種です。従来のレイトレーシングは、少数の固定されたレイ（鏡面へのレイ、ガラスを透過するレイ、各ライトへのレイ）だけを追跡します。一方、パストレーシングはピクセルごとにランダムなバウンス経路を数多く追跡し、その結果を平均化します。そのため、柔らかい間接光を説得力のある形で再現できますが、必要な計算量も大きく増えます。

実際の制作で問題になるのは、このコストです。1フレームが4分ではなく40分かかる場合や、ノイズでざらついた状態で返ってくる場合、原因の多くはパストレーシングにあります。具体的には、必要なサンプル数、追跡するバウンス数、そして残ったノイズの除去方法です。本ガイドでは、両者の考え方を説明したうえで、Arnold、Cycles、Karma、V-Ray、Redshiftがそれぞれどのように適用しているか、そしてレンダリング時間にどう影響するかを解説します。

ここで扱うのは、映画、アニメーション、ビジュアライゼーション、製品ビジュアルで使われる、オフラインのフレーム単位のレンダリングに限ります。ゲームがリアルタイムグラフィックスにレイトレーシングをもたらした経緯はゲームにおけるリアルタイムレイトレーシングの歴史で、インタラクティブなレンダリングと最終フレームのレンダリングの違いはリアルタイムレンダリングとオフラインレンダリングの比較で取り上げています。レンダラーが何を行うのかという基本から知りたい場合は、先にレンダリングとはをご覧ください。

従来のレイトレーシングでは1本のカメラレイが固定の反射・屈折・シャドウレイに分岐し、パストレーシングではピクセルごとに多数のランダムなバウンス経路を送って平均化することを比較した図

レイトレーシングとは

レイトレーシングは、光を逆方向にたどることでシミュレートします。ランプから出た光がたまたまカメラに届くまで追いかけるのではなく、レンダラーがカメラから各ピクセルに向けてレイを飛ばし、何に当たるかを調べます。この考え方は古くからあります。Wikipediaのコンピュータグラフィックスにおけるレイトレーシングの記事（2026年10月19日閲覧）では、1968年にArthur Appelが最初に発表した手法が挙げられています。これは再帰を伴わない手法で、現在は一般にレイキャスティングと呼ばれています。

多くの人が「レイトレーシング」と呼ぶ手法は、Turner Whittedによるものです。再帰的なアルゴリズムが1979年にSIGGRAPHで発表され、1980年に論文として公開されました。カメラレイがサーフェスに当たると、レンダラーは決まった予測可能な方向に新しいレイを生成します。

各ライトに向けたシャドウレイです。ライトが何かに遮られていないかを調べます。
鏡面方向への反射レイです。サーフェスが反射性を持つ場合に使います。
サーフェスを通り抜ける屈折レイです。サーフェスが透明な場合に使います。

これらのレイはそれぞれ新しいレイを生み出せるため、枝分かれするツリーができあがり、設定した深さで打ち切られます。結果は決定的で、鋭い反射、クリーンな屈折、ハードシャドウを得意とします。一方で、多方向から同時に届く光に左右される表現は苦手です。ソフトシャドウ、グロッシーなぼけ、カラーブリーディング、昼光が部屋の奥へ減衰していく様子などが該当します。

こうした効果は、業界でグローバルイルミネーションと呼ばれるものです。従来のレイトレーシング単体ではこれを計算しません。プロダクション向けのレンダラーは、長らくイラディアンスキャッシュ、フォトンマップ、ファイナルギャザーといった追加の仕組みで対応してきました。それぞれに固有の設定とアーティファクトがあります。

パストレーシングとは

Wikipediaのパストレーシングの記事（2026年10月19日閲覧）によると、パストレーシングは Jim Kajiya が1986年のレンダリング方程式に関する論文で提唱し、名付けたものです。この方程式を、ランダムサンプリングによって推定します。

レイはカメラからピクセルを通って出発し、サーフェスに当たります。固定された子レイに分かれる代わりに、マテリアルに応じた重み付けでランダムに新しい方向を1つ選びます（鏡ならほぼ一方向にしか進みませんが、マットな漆喰の壁ならほぼどの方向にも進み得ます）。レイは再びバウンスし、これを繰り返して、ライトに到達するか、シーンの外に出るか、バウンス数の上限に達するまで続きます。分岐しないこの1本のバウンスの連なりが1つの経路（パス）で、その経路に沿ってピクセルに届く光の量の推定値を1つ持ち帰ります。

1本の経路による推定は精度が低いものの、同じピクセルを通る1,000本の経路を平均すれば、良い推定になります。これが光の経路に対するモンテカルロサンプリングです。あらゆる経路が何にでも反射できるため、パストレーシングは間接光、ソフトシャドウ、グロッシーな反射、コースティクス（原理上）、カラーブリーディングを、効果ごとに別のキャッシュを用意することなく、1つの統一された処理として計算します。

代償はノイズです。十分な数の経路が平均されるまでは、隣り合うピクセル同士の値が食い違い、画像がざらついて見えます。このトレードオフが、レンダリングのコストとなって現れます。

違いの早見表

	従来の（Whitted方式）レイトレーシング	パストレーシング
各ヒット点で起こること	固定の子レイ：シャドウ、反射、屈折	経路ごとにランダムに選ばれた新しい方向を1つ
ピクセルあたりのレイ数	小規模で予測可能なツリー	独立した多数の経路を平均化
結果	決定的でノイズなし	統計的な推定値で、収束するまでノイズあり
間接光とカラーブリーディング	追加の仕組みなしでは計算されない	標準で計算される
ソフトシャドウ、グロッシーなぼけ	追加のレイや工夫が必要	サンプリングの結果として自然に得られる
主な品質コントロール	レイの深さ	ピクセルあたりのサンプル数とバウンス数の上限
コストの特性	低コストで上限がある	高コストで、品質目標に応じて増える

簡単にまとめると、レイトレーシングは道具（レイを飛ばして何に当たるかを調べること）です。パストレーシングはその道具を使ってライティングの問題全体を解くための戦略の1つです。現代のパストレーサーはすべてレイトレーシングの上に成り立っています。ただし、すべてのレイトレーサーがパストレーサーとは限りません。

パストレーシングでノイズが出る理由と、除去にコストがかかる理由

パストレーシングの画像に出るノイズはバグではありません。各ピクセルはランダムなサンプルの平均です。サンプル数が十分になるまで、その平均は揺れ動きます。Wikipediaのモンテカルロ積分の記事（2026年10月19日閲覧）では、推定値の誤差はサンプル数Nに対して 1/√N で減少するとされています。レンダリングに置き換えると、目に見えるノイズを半分にするには、ピクセルあたりのサンプル数がおよそ4倍必要です。さらに半分にするには、元の16倍が必要です。レンダリング時間がサンプル数にほぼ比例して増えるなら（フレームの大部分ではそうなります）、最後のざらつきを取り除く作業が、レンダリング全体で最もコストのかかる部分になります。

ピクセルあたり16、64、256、1,024サンプルの4つのノイズタイル。サンプル数が4倍になるごとに、目に見えるノイズが半分になる様子を示しています

シーンによって難易度は異なり、その理由は予測できます。

小さい、または隠れた光源です。 狭い隙間から差し込む昼光では、ランダムな経路が光源に到達することがほとんどなく、推定値の収束が遅くなります。
グロッシーで屈折のあるマテリアルです。 ブラシ仕上げの金属、すりガラス、液体は、効率よくサンプリングするのが困難です。
バウンス数が多い場合です。 白い壁の室内は複数回のバウンスに依存します。上限を下げると速くなりますが、隅が暗くなります。
ボリュームとサブサーフェススキャッタリングです。 煙、霧、肌ではマテリアルの内部でも散乱が起こり、経路あたりの作業量が増えます。
モーションブラーと被写界深度です。 各サンプルが時間上の瞬間とレンズ上の点も選ぶため、必要なサンプル数が増えます。

解像度は答えが必要なピクセルの数を決め、ライティングは各ピクセルがクリーンな答えを得るまでに必要なサンプル数を決めます。

現在のプロダクションレンダラーでのパストレーシングの使われ方

オフラインのプロダクションレンダラーの大半は、現在ではパストレーシングを軸に作られていますが、すべてが同じ方法とは限りません。重要な違いは、すべてのバウンスをパストレーシングするか、最初のバウンスだけをパストレーシングして残りはキャッシュで処理するか、という点です。

Arnold：AutodeskのArnoldドキュメント（2026年10月19日閲覧）は、Arnoldをバイアスのない（unbiased）、物理ベースのモンテカルロ・レイ／パストレーシングエンジンと説明しています。また、フォトンマッピングやファイナルギャザーのようなキャッシュ系アルゴリズムは使わないと明記しています。品質は主にサンプル数で制御します。クリーンなフレームにはより多くのサンプルが必要で、サンプルが増えれば時間もかかります。

Cycles：BlenderのCyclesはパストレーサーです。そのサンプリング設定（Blender 5.2 LTSマニュアル、2026年10月19日閲覧）には、現代的な機能がそろっています。ピクセルあたりに追跡する最大パス数、領域が十分にクリーンになった時点でサンプリングを止めるノイズしきい値（アダプティブサンプリング）、任意の時間制限、そして複数のデノイザーから選べる仕組みです。

Karma：SideFXのKarmaドキュメント（Houdini 22.0ドキュメント、2026年10月19日閲覧）では、Karmaを Houdini の物理ベースのパストレーサーと説明しています。

V-Ray：Chaosは処理を、プライマリーとセカンダリーのグローバルイルミネーションエンジンに分けています。3ds Max向けのV-Ray GPUについて、ChaosのGPU Global Illuminationページ（2026年10月19日閲覧）は、プライマリーエンジンは常にBrute Force（最初のバウンスを純粋にパストレーシングでサンプリングする方式）で、セカンダリーのバウンスにはBrute ForceまたはLight Cacheのいずれかを使うと説明しています。Light Cacheは後続のバウンスを事前に計算した近似で、精度をわずかに犠牲にする代わりに、必要なサンプル数を大きく減らします。

Redshift：MaxonのRedshiftグローバルイルミネーションのドキュメント（2026年10月19日閲覧）では、Brute Forceは最も正確で最も低速なGIエンジンで、レイ数が少ないとノイズが出ると説明されています。セカンダリーエンジンとしてIrradiance Point Cloudも用意されており、難しいライティングでもプライマリーのBrute Forceを高速かつクリーンにできます。その代わり、ストレージを多少消費します。

最初に見えるバウンスにはパストレーシングを使い、残りにはキャッシュを使うというこのパターンが、レンダラーの議論で「biased」（バイアスあり）と「unbiased」（バイアスなし）という言葉が出てくる理由です。unbiasedなレンダラーの平均は、サンプルを増やすほど物理的に正しい答えに収束します。biasedなレンダラーは、キャッシュ、クランプ、バウンス数の上限などによる小さな系統的な差を許容する代わりに、はるかに早く収束します。どちらが間違いというわけではありません。アニメーションでは、フレームごとに計算したキャッシュがちらつくことがあるため、キャッシュの扱いに注意が必要です。静止画では、キャッシュがクリーンな画像への最も早い道になることも多くあります。

デノイジング：サンプル数を減らしても納期は同じ

ノイズを半分にするのにサンプルが4倍必要なら、早めに打ち切って残りのノイズをフィルターで取り除くのが手っ取り早い方法です。現代のデノイザーが行っているのは、まさにそれです。

アーティストが最もよく使う2つのデノイザーは、Intel Open Image DenoiseとNVIDIA OptiXです。IntelはOpen Image Denoise（2026年10月19日閲覧）を、レイトレーシングでレンダリングした画像向けのデノイズフィルターを集めたオープンソースのライブラリと説明しています。前述のCyclesのサンプリングのページには、両方が選択肢として挙げられています。OptiXはNVIDIA GPUでのみ利用できること、自動設定ではOptiXよりOpen Image Denoiseを優先することも記載されています。

デノイザーは、サンプリングノイズと本物のディテールを見分けるように学習されていますが、副作用もあります。

細部の消失です。 入力のサンプル数が少なすぎると、細かいテクスチャ、髪の毛、細いジオメトリが滑らかに消えてしまうことがあります。
時間方向のちらつきです。 フレームごとに個別に処理するデノイザーでは、連続するフレームで結果がわずかに異なり、アニメーションではちらつきとして見えます。
compositing用のパスです。 ビューティーパスだけ、あるいはAOVだけにデノイズをかけると、compositingでパス同士がきれいに足し合わさらなくなります。

実用上の基本は、ほとんどがノイズの状態ではなく、すでにある程度収束したフレームにデノイズをかけることです。デノイザーは必要なサンプル数を減らすものです。サンプルの代わりになるものではありません。

パストレーシングがレンダリング時間に与える影響

パストレーシングのジョブのレンダリング時間は、いくつかの数値の積で決まります。フレーム数、フレームあたりのピクセル数、ピクセルあたりのサンプル数、そしてそのシーンでサンプル1つあたりがどれだけ重いかです。

以下は説明のための仮の例です。24フレーム/秒の10秒のショットは240フレームです。クリーンに仕上がるサンプル数で、1フレームあたり1台のマシンで16分かかるとします。合計は64マシン時間です。ここでクライアントから、シャドウ部のざらつきをもっと減らしてほしいと依頼されたとします。ノイズを半分にするのにサンプルが4倍必要で、時間もサンプルに比例するなら、同じショットは約256マシン時間になります。優れたデノイザーを使えば、その多くを取り戻せます。そのため、サンプル数とデノイザーは、テストフレームで一緒に決めます。

パストレーシングのショットにおけるレンダリング時間の計算。240フレーム×1フレーム16分＝64マシン時間で、ノイズを半分にするためにサンプルを4倍にすると約256マシン時間になります

この計算を抑えるには、次の3つの習慣が役立ちます。

代表的なフレームで測定します。 テストすべきなのは最初のフレームではなく、ショットの中で最も難しいフレーム（ガラス、ボリューム、モーションブラーが最も多いフレーム）です。
アダプティブサンプリングとノイズしきい値を使います。 レンダラーが対応している場合は、空や平らな壁のようなクリーンな領域のサンプリングを早めに止められます。
視線が集まる場所にサンプルを使います。 フレーム全体ではなく、ノイズが残る特定のライトやマテリアルに対してサンプル数を上げます。

バウンス数の上限からテクスチャサイズまで、レンダリング時間を左右する設定の一覧は、レンダリング時間の最適化ガイドにまとめています。これらのサンプルをプロセッサーとグラフィックスカードのどちらで処理したほうが速いかは、レンダラーとシーンによって異なります。詳しくはGPUレンダリングとCPUレンダリングの比較をご覧ください。

レンダーファームでパストレーシングのジョブを実行する

パストレーシングのシーケンスは、各フレームが独立してレンダリングされます。そのため、240フレームを多数のマシンに分散すれば数台分の時間で完了し、レンダーファームが課金の対象とする総計算量は変わりません。レンダーファームの仕組みが初めての方は、レンダーファームとはのガイドで基本モデルを説明しています。

Super Renders Farmはフルマネージドのレンダーファームです。シーンをアップロードすると、ソフトウェアとレンダーライセンスはファーム側で処理するため、リモートデスクトップのセッションも、インストール作業も不要です。私たちが扱う作業の大半はCPUでレンダリングされ（3ds MaxのV-RayとCorona、MayaのArnold、BlenderのCycles、HoudiniのKarmaとMantra）、CPUノードで実行されます。

GPUパストレーシングはGPUノードで実行します。各ノードにはNVIDIA RTX 5090を2枚搭載しており、VRAMは1枚あたり32 GBです。メモリはカードごとに独立しており、2枚のカードで共有（プール）されないため、GPUで処理するフレームは32 GBに収まる必要があります。RedshiftはGPUノードでのみレンダリングします。Cinema 4D、Maya、Houdini向けのRedshiftと、GPU上のCyclesは、セットアップのリクエストなしでそこで実行できます。GPUハードウェアと対応エンジンはGPUクラウドレンダーファームのページに掲載しています。シーンが1枚のカードのメモリに収まらない場合は、そのジョブにはCPUパストレーサーのほうが安全な選択肢になることが多くあります。

現在の料金は料金ページに掲載しています。数値は変わりやすく、また時間単価よりも最終的に決めるサンプル数のほうが最終コストを大きく左右するため、この解説記事には金額を載せていません。新規アカウントには$25分の無料Render Creditsが付与されます。シーケンス全体を投入する前に、代表的なテストフレームで試せます。サポートチームも24時間365日、ライブチャットで対応しています。

よくある誤解

「パストレーシングとレイトレーシングは競合する技術です。」 そうではありません。パストレーシングはレイトレーシングの上に成り立つ手法です。現在「レイトレーサー」と呼ばれているプロダクション向けレンダラーは、内部ではたいていパストレーサーです。

「サンプル数が多いほど、常に画質が良くなります。」 納品解像度でノイズが目に見えなくなった時点を過ぎると、サンプルを増やしてもレンダリング時間が増えるだけです。アダプティブサンプリングとノイズしきい値は、その時点を見つけるために設計されています。

「biasedは間違っているという意味です。」 キャッシュのようなbiasedな手法は、より早く収束し、プロダクションでは日常的に使われています。どれが適切かはショットによって異なり、特に静止画かアニメーションかによって変わります。

「GPUパストレーシングは常に速いです。」 フレーム単位では速いことが多いものの、それはシーンがカードのメモリに収まり、シーンが使うすべての機能にレンダラーが対応している場合に限ります。大規模なarchvizシーンや重いボリュームは、CPUのほうが安定してレンダリングできることが少なくありません。

FAQ

Q: レイトレーシングとパストレーシングの違いは何ですか？ A: 従来のレイトレーシングは、各ヒット点から固定の一連のレイ（ライトへ向かうレイ、鏡面方向のレイ、透明なサーフェスを通り抜けるレイ）を追跡し、間接光を含まない、ノイズのない決定的な結果を生成します。パストレーシングは、ピクセルごとにランダムなバウンス経路を数多く追跡して平均化します。間接光、ソフトシャドウ、カラーブリーディングを自然に計算できますが、十分な数のサンプルが平均されるまではノイズが出ます。

Q: パストレーシングとは、簡単に言うと何ですか？ A: パストレーシングは、カメラからシーンへレイを送り、サーフェスに当たるたびにランダムな方向へバウンスさせて、光に到達するまで追跡します。これをピクセルごとに何度も繰り返し、結果を平均化します。1986年にJim Kajiyaがレンダリング方程式に関する論文で提唱したもので、現在のオフラインのプロダクションレンダラーの大半の基礎になっています。

Q: パストレーシングはレイトレーシングの一種ですか？ A: はい。パストレーシングはレイトレーシングを使って各レイが何に当たるかを調べ、そのうえでモンテカルロサンプリングによって次のレイの向きを決めます。すべてのパストレーサーはレイトレーサーですが、すべてのレイトレーサーがパストレーサーとは限りません。

Q: パストレーシングでレンダリングした画像にノイズが出るのはなぜですか？ A: 各ピクセルはランダムなサンプルの平均です。十分な数がそろうまで、その平均には不確かさが残ります。誤差はサンプル数の平方根の逆数に比例して減少します。そのため、ノイズを半分にするにはおよそ4倍のサンプルが必要で、ほとんどのシーンではレンダリング時間もおよそ4倍になります。

Q: V-Ray、Arnold、Cycles、Redshiftはパストレーシングを使っていますか？ A: はい。ただし方法はそれぞれ異なります。Arnold、Cycles、Karmaはパストレーサーで、主にサンプル数で品質を制御します。V-RayとRedshiftには、最初のバウンスをパストレーシングするBrute Forceエンジンがあり、後続のバウンスにはキャッシュ（V-RayではLight Cache、RedshiftではIrradiance Point Cloud）を組み合わせることもできます。小さなバイアスと引き換えに、より早く収束します。

Q: デノイジングを使えば、サンプル数を増やさなくても済みますか？ A: 完全には代わりになりません。Intel Open Image DenoiseやNVIDIA OptiXのようなデノイザーを使えば、少ないサンプル数で打ち切れますが、すでにある程度クリーンなフレームで最も効果を発揮します。サンプル数が少なすぎると、静止画では細部が失われ、アニメーションではちらつきが生じることがあります。

Q: パストレーシングはGPUとCPUのどちらが速いですか？ A: レンダラーとシーンによって異なります。シーンがカードのメモリに収まる場合、GPUパストレーシングはフレーム単位で速いことが多くあります。一方、非常に大規模なシーン、重いボリューム、GPUエンジンが対応していない機能にはCPUパストレーシングが向いています。当ファームのGPUノードにはRTX 5090が2枚搭載されており、VRAMは1枚あたり32 GBで、カード間でプールされません。

Q: レンダーファームでパストレーシングを高速化できますか？ A: レンダーファームは1フレームに必要な計算量を減らすわけではありませんが、多数のフレームを同時にレンダリングするため、シーケンス全体が実時間のごく一部で完了します。コストを左右するのは総マシン時間です。これは選択するサンプル数に大きく左右されます。