Śledzenie promieni to zaawansowana forma grafiki komputerowej, która symuluje sposób działania światła w prawdziwym życiu. Może tworzyć grafiki komputerowe, które wyglądają naprawdę fotorealistycznie.
W przeszłości ray tracing był ograniczony do ogromnych projektów grafiki komputerowej, takich jak filmy z Hollywood CG. Teraz można go znaleźć w grach komputerowych i wkrótce w konsolach do gier nowej generacji.
Aby zrozumieć, dlaczego tak wielu ludzi jest podekscytowanych, musimy porównać grafikę śledzoną promieniami z powszechnie stosowaną do tej pory metodą renderowania grafiki : rasterization.
Rasteryzacja kontra Ray Tracing
Nowoczesna grafika komputerowa w czasie rzeczywistym wygląda niesamowicie! Trudno sobie wyobrazić, że ma to coś wspólnego z podstawową grafiką 3D sprzed dwudziestu lub trzydziestu lat. Prawda jest taka, że konsola taka jak Playstation 1 i obecny Playstation 4 używają tej samej podstawowej metody renderowania grafiki 3D, a następnie umieszczania jej na ekranie 2D.
Jest to znane jako rasteryzacja. „Raster” to obraz pokazany jako siatka pikseli, czyli dokładnie to, co wyświetla ekran. Rasteryzacjato proces przekształcania sceny 3D w obraz 2D na ekranie.
Trzeba to zrobić, ponieważ scena 3D jest, no cóż, 3D. Ma głębokość, dzięki czemu wirtualne obiekty mogą przesuwać się obok siebie i być oglądane z dowolnego punktu widzenia. Podczas rasteryzacji komputer musi dowiedzieć się, jak wyglądałaby ta scena, gdyby ekran był zasadniczo oknem do tego świata 3D.
W rzeczywistości scena ma teksturę i oświetlenie, a także kształt, głębokość i rozmiar. Ponieważ symulowanie światła tradycyjnie zużywało więcej energii niż jakikolwiek inny komputer domowy, programiści stworzyli sztuczki i skróty, aby stworzyć coś, co wygląda jak prawdziwe światło, kolor i faktura przy użyciu tego procesu rasteryzacji.
Ray śledzenie jest, w pewnym sensie, znacznie prostsze. Zamiast próbować użyć długiej listy sztuczek, aby stworzyć iluzję prawdziwej wartości, zamiast tego symuluje prawdziwe światło. Teraz, gdy komputer musi dowiedzieć się, jak wyglądałaby scena widziana przez „okno” twojego ekranu, po prostu uruchamia symulację śledzenia promieni i wszystko działa.
W prawdziwym świecie promienie światła wpadające do twojego oka odbijają się od wszystkiego, na co patrzysz, zanim dotrzesz do siatkówki. Ray Tracing osiąga ten sam rezultat w bardziej wydajny sposób. Robi to, strzelając do symulowanego „promienia” światła z „kamery” i pozwalając mu odbijać się po wirtualnej scenie, zbierając po drodze informacje o kolorze i jasności. Twój ekran przedstawia wirtualne oko, dzięki czemu widzisz naprawdę realistyczny świat wirtualny.
Dzięki zastosowaniu ray tracingu, pojedyncza technika tworzy obiekty, odbicia, cienie i inne elementy sceny, które wyglądają realnie. Ten realizm występuje naturalnie w wyniku symulacji, nie są potrzebne żadne sztuczki ani skróty!
Gdzie doświadczyć raytracingu
Jeśli chcesz zobaczyć raytracing w akcji wszystko, co musisz zrobić, to obejrzeć każdy nowoczesny film wykorzystujący grafikę komputerową. Jeśli oglądasz film CG, taki jak Toy Story 4, wszystko, co widzisz, jest efektem ray tracingu.
Jeśli chcesz odkrywać interaktywny świat ze śledzonymi promieniami, w mieście jest obecnie tylko jedna gra. Seria procesorów graficznych Nvidia RTX wraz z grami wideo i aplikacjami obsługującymi tę technologię. Możesz uruchomić niektóre aplikacje do śledzenia promieni ze sprzętem innym niż RTX, ale nie uzyskasz dobrej wydajności. Koniecznie sprawdź nasz artykuł na temat najlepsze gry, które pokazują sprzęt RTX.
Problem polega na tym, że sprzęt RTX jest wciąż dość drogi. Jednak nadchodząca generacja konsol do gier ma formę śledzenia promieni. Co oznacza, że główny świat gier może pomóc w przekształceniu śledzenia promieni w następną ważną technologię gier. Jeśli jednak śledzenie promieni jest tak trudne w czasie rzeczywistym, jak radzą sobie te nowe procesory graficzne?
Jak osiąga się śledzenie promieni w czasie rzeczywistym?
Każdy komputer może renderować scenę 3D za pomocą ray tracingu. Ludzie, którzy pracują z pakietami do renderowania 3D, robią to od lat. Każdy nowoczesny procesor może wykonać rzeczywiste obliczenia potrzebne do prześledzenia ścieżki światła wokół sceny.
Jednak współczesne procesory i układy GPU nie są w stanie szybko rozbić tych liczb, aby wygenerować obraz w czasie rzeczywistym. Na przykład ogromne farmy komputerowe wykorzystywane do produkcji filmów takich jak Monsters Inc lub Toy Story wymagają godzin renderowania pojedynczej klatki produktu końcowego.
Nowoczesne gry wideo, z drugiej strony, muszą generować co najmniej trzydzieści klatek obrazów na sekundę, aby można je było uznać za grywalne, przy czym złoty standard jest obecnie ustawiony na około 60 klatek na sekundę.
Jak więc procesory graficzne, takie jak Nvidia z serii RTX, potrafią wykorzystać metodę śledzenia promieni przy odtwarzanych częstotliwościach klatek? Odpowiedź jest taka, że nie używają raytracingu do wszystkiego. Przynajmniej nie w nowoczesnych tytułach.
Sztuką jest połączenie tradycyjnej grafiki z selektywnym śledzeniem promieni. Karty RTX mają dedykowany sprzęt do śledzenia promieni, który znajduje się wzdłuż bardziej tradycyjnego procesora graficznego. W ten sposób można zastosować śledzenie promieni, aby zrekompensować niektóre niedociągnięcia tradycyjnego sprzętu graficznego.
Istnieją sągry wideo, w które można grać z kartą RTX, które są w pełni śledzony promieniami. Najlepszym przykładem jest Quake II RTX. Jest to dziesięcioletnia gra wideo, która jest na tyle prosta, że możliwe jest śledzenie promieni w czasie rzeczywistym. Jeśli jednak chodzi o zastosowanie czystego śledzenia promieni w obecnych grach, minie wiele lat, zanim taki sprzęt stanie się głównym nurtem.
Czy Ray śledzi przyszłość?
Krótka odpowiedź brzmi: tak, raytracing to przyszłość. Dłuższa odpowiedź jest taka, że ponieważ sprzęt, który umożliwia śledzenie promieni w czasie rzeczywistym, staje się tańszy, prawdopodobnie zobaczymy, że zastąpi on tradycyjny rendering krok po kroku. Jeśli grafika śledzona promieniami stanie się normalną częścią nowej generacji konsoli, nie będzie powrotu.
Programiści mogą bezpiecznie włączać funkcje śledzenia promieni w swoich tytułach, ponieważ wszystkie popularne platformy będą go obsługiwać. Ponieważ grafika ze śledzeniem promieni jest lepsza, gwiazdy naprawdę dostosowują się do nadejścia śledzenia promieni na niedrogim sprzęcie. Co oznacza, że prawdziwy fotorealizm może wreszcie tu być.
Innym ważnym znakiem, że raytracing stanie się powszechną metodą renderowania, jest sposób, w jaki jest on obecnie uwzględniany we wspólnych narzędziach używanych przez programistów do tworzenia gier wideo i innych aplikacji 3D. Innymi słowy, programiści nie muszą już wymyślać własnych rozwiązań do śledzenia promieni.
Popularne silniki graficzne, takie jak Unreal Engine 4 lub Frostbite, teraz obsługują akcelerację sprzętową RTX ze śledzeniem promieni. Zwiększenie prawdopodobieństwa, że programiści dołączą ją jako opcję dla swoich tytułów.
Czy powinieneś teraz kupić Into Ray Tracing?
pisząc, wciąż jesteśmy w pierwszej generacji sprzętu do śledzenia promieni. Podczas gdy ceny spadły, wydajność jest nadal dość przeciętna. Jeśli jesteś hardcorowym, wcześnie adoptowanym urządzeniem, na PC możesz znaleźć wiele ciekawych sposobów śledzenia promieni.
Jeśli nie chcesz wydać setek lub tysięcy dolarów jako początkujący użytkownik, lepiej zainwestować w następną generację konsol głównego nurtu, które obiecują wprowadzić tę technologię, lub poczekać na następcę Karty z serii RTX 20.