Какво е трасиране на лъчи?

Проследяването на лъчи е техника за изобразяване компютърна графика, която създава изображение чрез проследяване на пътя на лъчите през сцена. Лъчите могат да взаимодействат с обекти в сцената, като отскачат от тях и придобиват свойства, като например цвят.

Проследяване на лъчи: Основите

Проследяването на лъчи емулира осветлението в реалния свят. Светлината, която виждаме, е резултат от фотони, излъчвани от енергийни източници, като слънцето. Фотоните могат да отскачат и да се разпръснат, когато се сблъскат с обекти. Огледало е всичко, от което се нуждаете, за да видите това в действие. Светлината, удряща огледалото, създава отражение.

Проследяването на лъчи симулира това. Броят на проследените лъчи е нищожен в сравнение с реалния свят, където милиони фотони отскачат в нашето зрително поле. Съвременните игри проследяват някъде между един и четири лъча на пиксел. Все пак това е достатъчно, за да се симулира реалния свят.

Проследяването на пътя на лъча също му позволява да взаимодейства със света на играта. Лъч, който отскача от червен обект, може да бъде повлиян от този цвят, хвърляйки червено сияние наблизо. Лъчите могат да се разпръскват по различни начини въз основа на свойствата, които художниците на играта придават на обектите, позволявайки реалистични полуотразяващи или груби повърхности.

Проследяването на лъчи е значителна стъпка напред за 3D графиката. Той създава реалистично изображение, като симулира пътя на лъчите, докато се движат през игра. Това води до осветление, което може да взаимодейства с околната среда, дори когато средата не е видима за играча. Проследяването на лъчи не изисква специално създаден хардуер, за да функционира, но е практично само на видеокарта или игрова конзола, която може да ускори проследяването на лъчи, защото е много взискателна.

Проследяване на лъчи срещу Растеризация (или 3D графика, както познавате)

Все още може да сте объркани, дори ако разбирате това обяснение. Отраженията присъстваха в минали игри, дори тези, които сега са на няколко десетилетия. Как е различно проследяването на лъчите?

Минали 3D игри и повечето съвременни игри използват растеризация. Растеризацията комбинира елементите на 3D игрален свят, видим за играча, в 2D изображение. Той изобразява само това, което трябва да бъде видимо за играча, тъй като всяко изпълнение, използвано за генериране на това, което играчът не може да види, се губи. Това обаче създава проблем.

Да се ​​върнем към примера с огледало. Обкръжението на играча и неговият герой не са видими за играча (поне в игра от първо лице). С растеризацията няма какво да отразява огледалото.

Разбира се, огледала съществуват в съвременните игри. Те изобразяват сцената два пъти. Един пас е от гледна точка на играча, докато друг е от различна гледна точка. Това обаче удвоява изпълнението, необходимо за изобразяване на сцена.

Отраженията в пространството на екрана, техника в популярните двигатели на 3D игри, използват данни на екрана, за да създадат отражение. Тази техника е идеална за отразяващи повърхности под ъгъл спрямо перспективата на играча, като вода. Въпреки това, отразените обекти изчезват, ако отразеният елемент се премести извън екрана.

Проследяването на лъчи не споделя тези проблеми, защото, за разлика от растеризацията, може да се проследи извън перспективата на играча.

Също така, в игри, които позволяват на лъчите да взаимодействат с повърхности, проследяването на лъчите може да покаже реалистично цветно изтичане и полуотразяващи повърхности, трудни за обработка на растеризация.

Какъв хардуер изисква проследяването на лъчите?

Проследяването на лъчи не е нова идея. Компютърни учени експериментираха с проследяване на лъчи в началото на 80-те години, създавайки статични изображения с реалистично осветление, отражения и сенки. За съжаление, изобразяването им отне часове.

Една видеоигра се нуждае от проследяване на лъчи в реално време при 30 кадъра в секунда или по-висока. Това е възможно само с видеокарта, предназначена да ускорява проследяването на лъчите.

Проследяването на RTX лъчи на Nvidia разчита на силиций, наречен Tensor Core. Тензорните ядра се намират само в RTX видеокартите. GTX картите на Nvidia могат да изобразяват игра, използвайки проследяване на лъчи, защото, както беше казано, проследяването на лъчи не изисква специално създаден силиций. Въпреки това, производителността е ужасна в сравнение с RTX картите. И някои игри, като Minecraft с RTX трасиране на лъчи, изискват RTX видеокарта поради специфичния начин, по който позволяват проследяване на лъчи.

Картите на AMD, които ускоряват проследяването на лъчите, нямат специфична марка и нямат специален силиций. Вместо това те използват хардуерни настройки и софтуерни актуализации за по-добри резултати. По-трудно е да се идентифицират AMD карти, които ускоряват проследяването на лъчи, така че обърнете внимание на детайлите.

PlayStation 5 и Xbox Series X и S на Sony имат графичен хардуер от AMD, който може да ускори проследяването на лъчите. От разработчиците зависи обаче да го активират, а много игри не го правят. Забележителен пример е Киберпънк 2077, който поддържа RTX трасиране на лъчи на компютър при стартиране, но не поддържа проследяване на лъчи на конзоли от следващо поколение. Функцията е обещана за конзоли от следващо поколение в бъдещ пластир.