D3D12LookDevPT レンダリングパイプライン学習ガイド

English documentation: Rendering Pipeline Learning Guide

この文書は、リアルタイムレンダリングやパストレーシングを学ぶ人が、D3D12LookDevPT の「1 frame がどのように画像になるか」を実装と対応付けて読めるようにしたガイドです。アルゴリズムの一般論だけでなく、現在の repository に実装されている処理、optional backend、fallback、まだ実装されていない機能を区別して説明します。

最初に全体像を読み、次に興味のある段階を Debug View で観察し、最後にリンクした shader を読む順番がおすすめです。

1. 2種類の出力目標

D3D12LookDevPT は、目的の違う2つの描画経路を分けています。

経路	目的	主な考え方
Interactive	1080pで操作中も安定したゲーム品質を目指す	少ない ray を時間方向に再利用し、多少の bias を許容してノイズとちらつきを抑える
Reference Still	材質や照明を比較する高SPP基準画像	ReSTIR、寄与圧縮、denoiser、Final TAAを外し、Baseline MISを長時間蓄積する

Interactive の画像が Reference より速く安定するのは、過去 frame、近傍 pixel、denoiser の事前知識を利用するからです。一方で Reference Still は時間的な安定化より、推定器を単純に保ち多くの sample で収束させることを優先します。

2. 1 frame の全体像

通常の Interactive Beauty は、host側の D3D12PathTracingBackend::PopulateCommandList に従って次の順序で実行されます。

flowchart LR
    FS["FrameState / camera / jitter / history validity"] --> W{"Compact secondary<br/>eligible?"}
    W -->|"yes"| PV["Primary Visibility<br/>完全な guide と ID"]
    PV --> CW["SPP prefix scan<br/>SecondaryTask list"]
    CW --> SI["1D ExecuteIndirect<br/>secondary task + resolve"]
    W -->|"no"| PT["DXR megakernel<br/>path tracing + first-hit guides"]
    SI --> G
    PT --> G["Surface guides<br/>normal, view-Z, motion, identity"]
    SI --> S
    PT --> S["Lighting signals<br/>diffuse, specular, residual"]
    G --> R{"RTXDI ReSTIR DI<br/>active?"}
    S --> R
    R -->|"yes"| RA["Pass A<br/>candidate + temporal"]
    RA --> RB["Pass B<br/>spatial + visibility + shade"]
    RB --> GI["Optional RTXDI GI / PT<br/>initial + fused reuse/shading"]
    R -->|"no"| GI
    GI --> D{"Reconstruction"}
    D -->|"NRD"| N["NrdPrepareCS<br/>REBLUR / RELAX"]
    D -->|"Internal"| I["Temporal + moments<br/>hit-distance-aware A-Trous"]
    D -->|"Off"| O["Current HDR"]
    D -->|"DLSS-RR"| DL["Guide prepare + tag<br/>slEvaluateFeature"]
    N --> T["FinalTaaCS<br/>HDR TAA/TAAU + sharpen"]
    I --> T
    O --> T
    DL --> TM
    T --> TM["Exposure + None / Reinhard / ACES fitted<br/>gamma encoding"]
    TM --> P["Swapchain copy + optional ImGui + Present"]

実際の command list の順序は次の通りです。

1. DispatchRays、または Primary Visibility + compact task generation + 1D ExecuteIndirect + pixel resolve
2. RunRestirReusePass
3. 選択 indirect algorithm の RunRestirGiPass / RunRestirPtPass
4. RunDenoisePass。DLSS-RR が選択され ready の場合は prepare/evaluation も含む
5. native reconstruction の RunFinalTaaPass。DLSS-RR 成功時は bypass
6. 通常実行とcombined / quality benchmarkでは RunQualityCounterPass。performance benchmark時だけ省略
7. SealSurfaceGuideFrame
8. CopyOutputToBackBuffer
9. ImGuiを描画してPresent。Render Only ModeではUI drawを省略

Tone mapping は概念上の最終段ですが、通常は FinalTaaCS の末尾で出力されます。Final TAAを使わない経路では、RayGenまたはdenoiser compositeが同じ表示変換を行います。

Reference Still は別の短い経路です。

flowchart LR
    A["Baseline MIS path tracing"] --> B["Unclamped float32 progressive accumulation"]
    B --> C["Exposure + tone mapping"]
    C --> D["Present"]
    X["RTXDI / contribution compression / denoiser / Final TAA"] -. disabled .-> B

3. Scene から DXR traversal まで

3.1 Scene import とGPU resource

Assimpで読み込んだstatic meshは、vertex/index buffer、geometry record、material buffer、texture tableへ変換されます。materialはbase color、normal、roughness、metallic、occlusion、emissive、alpha maskを持ちます。

DXRでは次の acceleration structure を使います。

• BLAS: mesh geometry の三角形を探索する構造
• TLAS: instance と BLAS をまとめてscene全体を探索する構造

非alpha geometryには D3D12_RAYTRACING_GEOMETRY_FLAG_OPAQUE を付け、不要な AnyHit 呼び出しを避けます。alpha maskが変わる編集では、geometry flagも変わるためBLASを更新します。static BLAS は compaction を要求して post-build compacted size を取得し、TLAS 構築前に compact copy し、初期化後に元 result/scratch を解放します。

3.2 Shader stage と小さい payload

DXR pass の主なshaderは PathTracingABI.hlsli にあります。

Shader	役割
RayGen	pixelごとのcamera ray生成、path loop、material/BSDF評価、AOVとsignal出力
Miss	geometryに当たらなかったことを返す
ClosestHit	hit距離、barycentric、instance/geometry/primitive IDだけをpayloadへ格納
AnyHit	alpha mask texelを調べ、透明なら IgnoreHit
ShadowMiss / ShadowAnyHit	visibility ray用の軽量shader

path payloadは32 byte、shadow payloadは12 byteです。ClosestHitでmaterial textureまで評価すると、その状態を大きなpayloadに載せる必要があります。この実装ではintersection情報だけを返し、RayGenで一度だけmaterialを評価して、ray traversal中のregister pressureとmemory trafficを抑えます。

4. 1 pixel の path tracing

1 sampleの概念的な流れは次の通りです。

flowchart TD
    C["Camera sample<br/>jittered primary ray"] --> X{"TraceRay result"}
    X -->|"miss"| SKY["Environment / procedural sky"]
    X -->|"hit"| MAT["Load surface + PBR material"]
    MAT --> E["Add emissive term"]
    MAT --> NEE["Next Event Estimation<br/>Sun / sky / local light"]
    NEE --> SH["Visibility shadow ray"]
    SH --> MIS["Light PDF vs BSDF PDF<br/>power-heuristic MIS"]
    MAT --> BS["Sample BSDF mixture<br/>diffuse cosine or GGX VNDF"]
    BS --> CONT["Update throughput<br/>propagate ray cone"]
    CONT --> RR{"Russian roulette<br/>after min bounce"}
    RR -->|"continue"| X
    RR -->|"stop"| OUT["Accumulate radiance"]
    SKY --> OUT
    E --> OUT
    MIS --> OUT
    OUT --> L["Diffuse / Specular / Residual signals"]

4.1 Metallic-roughness PBR BSDF

surface shadingは次を組み合わせます。

• Diffuse: cosine-weighted Lambert項
• Specular: GGX normal distribution、Smith masking-shadowing、Schlick Fresnel
• Metallic workflow: dielectricの F0=0.04 とbase colorをmetallicで補間
• roughness下限 0.04: 極端なdeltaに近いhighlightによる数値不安定を避ける

continuation rayはdiffuse/specularのmixtureから1つのlobeを選びます。specular方向にはHeitz方式のisotropic GGX VNDF samplingを使い、grazing angleでも可視microfacet normalを効率よくsampleします。throughputは、選択したlobeだけではなくfull BSDFを同じmixture PDFで割って更新します。

PBRT dielectric materialは独立したdelta interface経路を使います。界面の入射／出射向きを維持して正確な非偏光Fresnel反射率を評価し、全反射とSnell屈折、radiance transportのrelative-IOR Jacobianを適用します。PBRT thindielectricの透過方向は変えず、2界面分の実効Fresnelを使います。これらのdelta境界はdiffuse/glossy bounce budgetを消費しません。RTXDIには屈折後の正確なworld-space受光位置と入射方向を渡します。屈折causticsは現在のestimator対象外なので、shadowとinline GI visibilityは直進透過近似のままです。

4.2 Next Event Estimation と MIS

BSDF rayだけでは、小さい光源に偶然当たる確率が低くなります。そこで各path vertexから光源方向を直接sampleする Next Event Estimation（NEE）を行い、shadow rayでvisibilityを確認します。

現在のBaseline pathは次を評価します。

• Sun: N dot L <= 0 ならshadow rayを出さないdelta light
• Environment / procedural sky: HDRIがあれば輝度 × sin(theta) のalias tableでimportance sampling
• Emissive mesh triangleとprocedural analytic area light: powerに基づくalias tableからlightを選択
• BSDF sampleがskyやemissiveへ到達した場合: 対応するlight PDFを計算

light samplingとBSDF samplingが同じpathを生成できるときはpower heuristicで重み付けします。

w_light = p_light^2 / (p_light^2 + p_bsdf^2)

これにより、小光源はlight sampling、鋭い反射はBSDF samplingという、それぞれ得意なtechniqueを滑らかに組み合わせます。

4.3 Russian roulette と最終bounce省略

設定したminimum bounce以降は、throughputに応じた確率でpathを終了します。継続したpathはthroughputを継続確率で割るため、Reference経路の期待値は維持されます。

最終bounceではNEEとemissionを加えた後に次のrayをtraceできません。そのためBSDF方向生成、PDF、throughput更新、rouletteを省略します。これは画質を変えずにshader workを減らす例です。

5. サンプリングとtextureの安定化

5.1 Owen-scrambled Sobol

乱数列は PathTracingSampling.hlsli のOwen-scrambled Sobolを使います。pixel、frame/sample、bounce、用途ごとにdimensionを固定しています。

Dimension用途	例
Camera	sub-pixel primary ray
Sky	environment方向とalias選択
Light	light IDとlight surface
BSDF	lobe選択と方向
Russian roulette	path継続判定

用途を固定すると、ある機能をON/OFFしたときに後続の乱数dimensionがずれて画面全体のnoise patternが変わる問題を避けやすくなります。adaptive samplingではframeごとに32 sample分のindex区間を予約し、sample数が変化しても乱数列を巻き戻しません。

既定の Stable32 camera jitterはHalton base 2/3を32 phaseで繰り返し、sample 0はhostのtemporal jitterと一致します。UIでは長周期のHaltonまたはOffも選択できます。複数SPPでは追加sampleごとに別のprimary rayを生成します。

5.2 Ray cone と mip LOD

ray tracingにはrasterizerの画面微分が自動ではありません。mip 0を常に読むと、遠方texture、normal map、HDRI、alpha foliageがframeごとに激しく変化します。

この実装はcamera pixelからray coneのspreadを始め、hit距離とscatter roughnessに応じてcone幅を伝播します。三角形のworld面積とUV面積、入射角からUV footprintを求め、SampleLevel のmip LODを決めます。

5.3 Alpha coverage とspecular AA

• alpha-masked base-color textureはmip生成時にcoverageを維持するようalpha scaleを補正
• AnyHitもray coneから求めたmipを使い、遠方foliageのboilingを抑制
• normal mipの平均vector長からnormal varianceを推定し、roughnessへ加えるToksvig相当のspecular AA
• material feature bitで存在しないtextureをsampleせず、packed ORMは1回だけsample

これらは「後段でblurする」のではなく、rayが観測するfrequencyを正しく制限する対策です。

6. Surface Guides と Lighting Signals

少ないSPPを時間的に安定化するには、RGBだけでなく「同じsurfaceか」を判定する情報が必要です。最初のpath sampleのprimary hitからguideを生成します。

現在のGPU texture packは次の意味を持ちます。

Resource	内容
g_denoiseAov0	world-space shading normalを0..1 encodingしたRGB + 正のlinear view-Z
g_denoiseAov1	base color RGB + linear roughness
g_denoiseAov2	previousUV - currentUV、previousViewZ - currentViewZ、primary hit T
g_surfaceIdentity	instance / geometry / materialのhash、primitive signature、4-bit coverageをpackしたID
g_signalDirect	primary diffuse-lobe estimator RGB + 最初のdiffuse-secondary hit distance
g_signalIndirect	primary specular-lobe estimator RGB + 最初のspecular-secondary hit distance
g_signalResidual	emission/sky等の非filter residual RGB + metallic
confidence textures	diffuse/specularそれぞれのsample・history信頼度

resource名の Direct / Indirect は古い命名です。現在の意味はDiffuse / Specular lobeです。C++の公開semantic契約は RenderStabilityTypes.h の SurfaceGuides と LightingSignals に定義されています。compact Primary Visibility path は追加で position + ray-cone width、geometric normal + cone spread、完全な instance/geometry/primitive/material ID を書きます。shading normal は共通 guide pack に残します。

primary hit距離とsecondary hit距離は別物です。denoiserがreflectionやdiffuse lobeの空間的広がりを判断するには、そのlobeの最初のcontinuation rayがどこまで進んだかが必要です。adaptive halfでsecondaryをskipした場合はhit distance 0を「未sample」のsentinelとして使います。

7. Motion、再投影、history

7.1 2.5D motion

surface motionはnon-jitter座標で次のように保存します。

motion.xy = previousUV - currentUV
motion.z  = previousViewZ - currentViewZ

historyを読む時だけcurrent/previous jitter差を加えます。motion自体へjitterを焼き込まないため、NRD、ReSTIR、TAAが同じ契約を使えます。sky/missにはcamera回転から再構築したbackground motionをFinal TAAで使います。

7.2 Validated bilinear reprojection

単純に最寄りpixelの過去RGBを読むと、輪郭でforegroundとbackgroundを混ぜます。この実装はreproject先のbilinear 4 tapを個別に検証します。

flowchart LR
    C["Current surface"] --> M["2.5D motion + jitter delta"]
    M --> U["Previous sub-pixel position"]
    U --> B["4 bilinear taps"]
    B --> V{"depth / normal / roughness<br/>albedo / identity valid?"}
    V -->|"valid taps"| W["Renormalized weighted history"]
    V -->|"all invalid"| N["Small depth-aware dilation"]
    N -->|"compatible neighbor"| W
    N -->|"none"| R["Reject as disocclusion"]
    W --> H["Next current/history blend"]
    R --> H

小さいdilationは全4 tapが無効なときだけ使います。有効なbilinear reconstructionへ近傍を混ぜないことで、輪郭blurを抑えます。

7.3 Immutable A/B ping-pong

Surface GuideはA/Bの2組を持ち、frame parityでcurrentとpreviousを入れ替えます。1 dispatch内で同じhistory UAVを読み書きせず、previousはframe中immutableです。frame末尾の4枚分のfull-resolution copyはなく、次frameの書き込み前にUAV ordering pointだけを置きます。

同じ考え方をTAA history、internal denoiser history、RTXDI reservoirにも使います。

7.4 History domain

すべてを毎回resetするとcamera移動中にnoiseが戻り、何もresetしないと古い照明やgeometryがghostになります。hostは変更を FrameChangeMask で記録し、必要な HistoryDomain だけを無効化します。

変更	Surface	Lighting / RTXDI	Denoiser / TAA	Reference accumulation
通常のcamera移動	維持して再投影	維持	維持	reset
camera cut / projection / resize	reset	reset	reset	reset
material / light / HDRI	維持	reset	reset	reset
geometry / topology	reset	reset	reset	reset
denoiser設定	維持	維持	reset	原則維持
backend / quality profile	維持	reset	reset	reset
debug view等のview設定	維持	維持	reset	reset

8. RTXDI ReSTIR DI

ReSTIR DIは、多数のlight candidateを毎pixelで完全評価する代わりに、少数candidateから代表sampleを選び、そのsampleを時間・空間方向に再利用する手法です。

reservoirはRGB平均ではありません。次のようなsample identityと統計を持ちます。

• light indexとlight上のsample UV
• weight / inverse PDF、target PDF
• 見たcandidate数 M
• spatial distance、visibility field、age

現在の実装は2 dispatchです。

flowchart LR
    L["Local candidates<br/>emissive mesh + analytic area"] --> A["Pass A registers"]
    PH["Immutable previous reservoir A"] --> A
    A -->|"candidate + validated temporal combine"| SB["Scratch reservoir B"]
    SB --> P["Pass B<br/>4 stable or 8 young/disoccluded neighbors"]
    G["Current Surface Guides"] --> P
    P --> E["Re-evaluate target and PDF<br/>at current surface"]
    E --> V["One final visibility ray"]
    V --> O["Diffuse/Specular direct signal<br/>+ next history A"]

Pass Aではlocal candidateをregisterに置いたままprevious reservoirとcombineし、scratch Bへ1回だけ書きます。Pass Bはscratchだけを読み、stable historyでは4近傍、young/disocclusionでは最大8近傍をcombineします。最後に選ばれたsampleはcurrent surfaceでtarget、PDF、emissive texture、BSDF、visibilityを再評価します。

RTXDI と Baseline は emissive mesh triangle、analytic area light、Sun、Environment の統一 light 契約を共有します。ReSTIR GI は Baseline one-light direct + RTXDI GI、combined は RTXDI DI + GI を実行します。詳細は RTXDI を参照してください。

9. Denoiser

9.1 なぜlobeを分けるのか

Diffuseは広い近傍へなめらかに変化しやすい一方、低roughness Specularは小さい位置・normal誤差で反射方向が大きく変わります。同じfilter強度を使うと、Diffuseのnoiseが残るかSpecularがblurします。そのためhistory、moments、confidence、hit distanceをlobeごとに扱います。

9.2 NVIDIA NRD

NrdPrepareCS はSurface Guidesとlobe estimatorをNRDの公式resource契約へ変換します。

1. world normal + roughnessを公式encodingでpack
2. positive linear view-Zと2.5D motionを出力
3. material factorでDiffuse/Specularをdemodulate
4. 実secondary hit distanceとconfidenceをREBLUR/RELAX形式でpack
5. NRD dispatch後、material factorを戻してresidualを加える

interactive_gameはREBLUR、sharp_previewはRELAXを選びます。通常のNRD Beautyでは独立した NrdCompositeCS を省き、FinalTaaCS がNRD出力を直接remodulate、合成します。validation view、quality benchmark、TAA OFFでは明示Compositeを残します。現在 NrdPrepareCS 自体はまだ独立passです。

9.3 Internal fallback

NRDがcompileされていない、SDK evaluationが利用できない、またはinternalを選んだ場合は自前denoiserを使います。

• validated bilinear temporal reprojection
• Diffuse/Specular別history、first/second luminance moments、history length
• RGB neighborhood clamp、luminance moments、confidenceによるanti-lag
• normal、view-Z、albedo、roughness、motionによるconfidence
• lobe hit distanceを使うedge-aware A-Trous filter
• 低roughness Specularの短いhistoryと強いrejection

NRDとfallbackの詳細は NRD backend を参照してください。

10. Final HDR TAA、sharpen、tone mapping

denoiserは主にsurface lightingを安定化しますが、silhouette、sky、alpha coverage、最終合成にも時間的な揺れが残ります。そのためdenoise後、tone mapping前のHDRに1:1 Final TAAを適用します。

FinalTaaCS は次を行います。

1. current HDRの8×8 groupと1 pixel haloを10×10 groupshared tileへ読み込む
2. surface motionまたはbackground motionでhistoryを再投影
3. guide検証済みbilinear historyを取得
4. current 3×3 neighborhoodのYCoCg範囲へ、young/reactive historyだけをclip
5. motion、history length、stop-and-go settle、NRD maturityからcurrent weightを決定
6. 成熟した静止historyだけにcontrast-adaptive sharpenを適用
7. HDR historyを保存し、exposure、tone mapper、gammaを適用

静止時の長いhistory windowはnoiseを抑えますが、早くlockしすぎるとdenoiserの初期blurまで固定します。現在はREBLURのmaturity期間中に最大32 frame程度の更新apertureを残し、その後に長い安定windowへ移行します。sharpenは設定された強度を上限とし、平坦部、極端なedge、motion中には弱めます。難しいsceneで残留Monte Carlo分散を増幅しないようopt-in（既定値 0）です。

tone mapperは None、Reinhard、ACES fitted curveを選択できます。ここでのACESは完全なACES色管理pipelineではありません。どれもpath estimatorを変える処理ではなく、HDR値をdisplay可能な範囲へ写像する表示変換です。

11. Adaptive sampling とray budget

Interactiveはframe timeと画質を両立するため、次を動的に調整します。

• camera移動中: 既定1 spp、最大2 bounce
• 停止後: settleFrames に沿ってbounceと追加sample quotaを段階復帰
• 高variance、history不足、disocclusion: 最大adaptive SPPへ昇格
• 継続してGPU budget超過: 追加sample quota、bounce、最後にsecondary shading rateを削減
• 十分長くbudget以下: 1段階ずつ品質を復帰

adaptive SPP は pixel 単位で分類します。internal denoiser 使用時は previous moments、外部 backend 時は sample 0 と検証済み TAA history の luminance residual を使います。eligible な Interactive Baseline/DI frame では、256-thread local prefix scan と group scan で SPP count を pixel/sample 順 SecondaryTask list と 1D DispatchRays argument に変換します。ExecuteIndirect は task ごとの result を書き、8x8 pixel resolve が競合書き込みなしで平均化します。

compact path は現在、保存した primary intersection から直接継続せず secondary task ごとに完全な camera sample を再 trace します。workload graph と exact primary AOV 契約は実装済みですが、性能最適化の達成はまだ主張しません。DXR 1.0、Reference Still、RTXDI GI/PT、quality diagnostics は full-dispatch megakernel を使います。

adaptive_half はprimary visibilityとprimary vertex direct lightingをfull resolutionに保ち、BSDF continuation以降だけをcheckerboardで半分skipします。ただし次はfull-rateへ昇格します。

• historyが無効、disocclusion、young history
• alpha mask / coverage edge
• roughness < 0.15
• metallicや高いspecular probability
• variance、reactive、confidenceが不安定

12. Contribution compression

1 sppでは、ごく低確率の高energy pathが単発のfireflyになります。Interactiveではluminance limitを超えたpath contributionへ共通scaleを掛けます。

重要なのは、BeautyだけをclampせずDiffuse/Specular信号にも同じscaleを掛けることです。そうしないとdenoiserが見る信号と最終推定値のenergyが一致しません。external denoiser のmaterial demodulationでfiltered outlierが再増幅される場合があるため、Final TAA前のHDR reconstruction境界で同じluminance契約を1回だけ再適用します。quality benchmarkはestimator圧縮前後のenergyを記録します。

Reference Stillではlimitを0にしてcontribution compressionとtemporal clampを無効化します。

13. Render mode と Quality profile

Render mode

UI / project名	現在の実効処理
Baseline PT	Baseline MIS direct + indirect
ReSTIR DI	RTXDI local-light DI + Baseline indirect / Sun / Environment
ReSTIR GI	Baseline one-light direct + RTXDI GI
ReSTIR GI + DI	RTXDI DI + RTXDI GI
ReSTIR PT	Baseline one-light direct + checkerboard RTXDI PT
ReSTIR PT + DI	RTXDI DI + checkerboard RTXDI PT

RTXDIをbuildしていない、runtime ABI checkに失敗、restirBackend: off、またはReference Stillの場合はBaseline PTへfallbackします。

Quality profile

Profile	Denoiser	Temporal処理	Secondary	用途
interactive_game	REBLURまたはinternal fallback	ReSTIR DI（選択時）+ Final TAA	auto可	操作中の安定性と速度
sharp_preview	RELAXまたはinternal fallback	ReSTIR DI（選択時）+ Final TAA	full	静止寄りのsharp preview
reference_still	Off	RTXDI / Final TAA Off	full	高SPP基準画像

14. GPU/CPU性能のための実装

画質algorithm以外にも、同じ結果を少ないworkで得る工夫があります。

• 3個のFrameContextでCPUとGPUをoverlapし、毎Present後の強制waitを避ける
• descriptor tableをframe別または固定A/Bとして用意し、GPU使用中に書き換えない
• non-alpha geometryをopaque化してAnyHitをskip
• 32-byte path payloadと12-byte shadow payload
• material feature bit、packed ORM、texture existence cache
• camera ray cone spreadをhostで1回計算
• fused 2-pass ReSTIR DIとreservoir publish copy削除
• Surface Guideのfull-resolution history copy削除
• 通常NRD BeautyでCompositeとFinal TAAを融合
• closed ImGui panelの内容を構築せず、Render Only ModeではGPU UI drawもskip
• performance benchmarkでは全画面quality counterを実行しない

これらの効果は Diagnostics / Stats とbenchmarkのpass別timestampで確認できます。

15. Debug Viewを使った学習手順

Beautyだけを見ると、問題がsampling、guide、denoiser、TAAのどこで生まれたか分かりません。次の順番で観察すると理解しやすくなります。

1. Base Color、World Normal、Normal Texture、Roughness、Metallicでmaterial入力を確認
2. Motion Vector、NRD Linear View-Z、NRD 2.5D Motionでreprojection入力を確認
3. Diffuse Signal、Specular Signal、Emission / Skyを個別に確認
4. NRD Input Validation、Temporal Input、Temporal Output Detail、A-Trous Outputを比較
5. History Length、History Confidence、TAA History Acceptanceを確認
6. FinalとReference Stillを同じcameraで比較

おすすめの小実験:

• roughness sweepをpanし、specular highlightとray-cone mipの変化を見る
• alpha foliageをdollyし、mip coverageとAnyHitの安定性を見る
• 小さいemissiveをBaseline / ReSTIR DIで比較する
• camera cutでhistory acceptanceが0になることを確認する
• slow pan、fast turn、stop-and-goでghostingとsettleを観察する
• denoiser OffでもSurface Guidesが毎frame更新されることを確認する
• reference_stillをhigh-SPPまで蓄積し、Interactiveのbiasとblurを比較する

再現比較には固定seedとcamera pathを使うbenchmarkが向いています。手順は benchmark path と解析 を参照してください。

16. 実装ファイル案内

読みたい内容	主なファイル
frame graph、resource、dispatch順	D3D12PathTracingBackend.cpp
FrameState、history domain、signal semantic	RenderStabilityTypes.h
path loop、BSDF、MIS、ray cone、AOV出力	PathTracingABI.hlsli
Sobol / Owen sampling	PathTracingSampling.hlsli
RTXDI 2-pass ReSTIR DI	ReSTIRResolve.hlsl
RTXDI GI / checkerboard PT	PathTracingReSTIR.hlsl、PathTracingReSTIRPT.hlsl
Primary Visibility と compact secondary task	PathTracingSecondaryWork.hlsl
internal temporal / A-Trous	PathTracingDenoise.hlsl
NRD input pack / composite	PathTracingNrd.hlsl
HDR TAA/TAAU / sharpen / tone map	PathTracingTaa.hlsl
DLSS-RR guide prepare	PathTracingDlss.hlsl
NRD SDK bridge	NrdBackend.cpp
RTXDI SDK/build boundary	RtxdiBackend.cpp
texture mipとalpha coverage	TextureLoader.cpp

17. 現在の制限

次は将来拡張であり、現在完了済みとして扱わないでください。

• camera sample を再 trace せず、保存済み primary intersection から compact secondary task を継続する最適化
• 現在の reconnection target shift を超える、RTXDI Full Sample 相当の完全な PT hybrid-shift path replay
• moving instance、skinning、continuous deformation用previous transform
• NVIDIA 発行 NGX application ID と対応 GPU/failure matrix を使う active DLSS-RR 認証
• 全必須 Bistro/HDRI/material scene の temporal/reference 品質 acceptance
• DXR非対応GPU向けのraster fallback
• UI/JSONに残る movingJitterScale の実jitter振幅への反映

shader counter は primary、secondary、shadow、DI/GI/PT visibility、AnyHit invocation を報告します。標準 DXR は BVH node visit 数を公開しないため、hardware traversal とは表記しません。

また、optional backendが「起動できる」ことと、すべてのsceneで1080p60、blur、ghostingの品質gateを満たすことは別です。固定camera path、high-SPP reference、pass timingを使ってsceneごとに検証する必要があります。

18. 用語集

用語	意味
SPP	Samples Per Pixel。1 frameで1 pixelにtraceするpath sample数
Bounce	pathがsurfaceで反射・散乱した回数
NEE	光源を直接sampleしてshadow rayを飛ばす方法
MIS	複数のsampling techniqueをPDFに基づいて組み合わせる方法
PDF	そのsampleが選ばれる確率密度
AOV / Guide	Beauty以外のnormal、depth、motion等の補助情報
Demodulation	material係数を一時的に外し、照明signalをfilterしやすくすること
Reprojection	motionを使ってcurrent pixelに対応するprevious位置を探すこと
Disocclusion	camera移動等で以前は隠れていたsurfaceが新しく見えること
Reservoir	ReSTIRが代表sampleとweight統計を保持する構造
Ray cone	rayが代表するfootprintの広がりを近似するもの

関連ドキュメント

• Optional NVIDIA NRD Backend
• Optional NVIDIA RTXDI ReSTIR DI
• Optional DLSS Ray Reconstruction
• アセットの配置
• Benchmark path と解析