Mis on Ray Tracing?

Kiirte jälgimine on tehnika renderdamine arvutigraafika, mis loob pildi, jälgides kiirte teed läbi stseeni. Kiired võivad stseenis olevate objektidega suhelda, nendelt tagasi põrgata ja omandada omadusi, näiteks värvi.

Kiirte jälgimine: põhitõed

Kiirte jälgimine jäljendab reaalset valgustust. Valgus, mida me näeme, on energiaallikatest, nagu päike, kiirgavate footonite tulemus. Footonid võivad objektidega kokkupõrkel põrkuda ja hajuda. Peegel on kõik, mida vajate, et seda tegevuses näha. Peeglisse sattunud valgus tekitab peegelduse.

Kiirte jälgimine simuleerib seda. Jälgitavate kiirte arv on tühine võrreldes tegeliku maailmaga, kus miljonid footonid põrkavad üle meie vaatevälja. Kaasaegsed mängud jälgivad ühte kuni nelja kiirt piksli kohta. Sellest hoolimata piisab pärismaailma simuleerimiseks.

Kiire teekonna jälgimine võimaldab tal suhelda ka mängumaailmaga. See värv võib mõjutada kiirt, mis põrkab punaselt objektilt tagasi, jättes läheduses punase kuma. Kiired võivad hajuda erinevatel viisidel, lähtudes omadustest, mida mängukunstnikud objektidele annavad, võimaldades realistlikke poolpeegeldavaid või karedaid pindu.

Kiirte jälgimine on 3D-graafika jaoks oluline samm edasi. See loob realistliku pildi, simuleerides kiirte teed mängus liikudes. See toob kaasa valgustuse, mis võib keskkonnaga suhelda isegi siis, kui keskkond pole mängijale nähtav. Kiirte jälgimine ei vaja toimimiseks spetsiaalselt ehitatud riistvara, kuid see on praktiline ainult videokaardil või mängukonsoolil, mis võib kiirte jälgimist kiirendada, kuna see on väga nõudlik.

Ray Tracing vs. Rasteriseerimine (või 3D-graafika, nagu te seda teadsite)

Võite ikkagi segaduses olla, isegi kui saate sellest selgitusest aru. Peegeldusi esines varasemates mängudes, isegi nendes, mis on nüüdseks mitukümmend aastat vanad. Kuidas kiirte jälgimine erineb?

Varasemad 3D-mängud ja enamik kaasaegseid mänge kasutavad rasteriseerimist. Rasteriseerimine ühendab mängijale nähtavad 3D-mängumaailma elemendid 2D-pildiks. See renderdab ainult seda, mis peaks mängijale nähtav olema, kuna mis tahes jõudlus, mida kasutatakse selle loomiseks, mida mängija ei näe, läheb raisku. See aga tekitab probleemi.

Tuleme tagasi peegli näite juurde. Mängija keskkond ja mängija tegelane pole mängijale nähtavad (vähemalt esimese isiku mängus). Rasteriseerimisega pole peeglil midagi peegeldada.

Muidugi on tänapäevastes mängudes peeglid olemas. Nad renderdavad stseeni kaks korda. Üks sööt on mängija vaatenurgast, teine ​​aga teisest vaatenurgast. See aga kahekordistab stseeni renderdamiseks vajalikku jõudlust.

Ekraaniruumi peegeldused, populaarsete 3D-mängumootorite tehnika, kasutavad peegelduse loomiseks ekraanil kuvatavaid andmeid. See tehnika sobib ideaalselt mängija vaatenurga suhtes nurga all olevate peegeldavate pindade, näiteks vee jaoks. Peegeldunud objektid aga kaovad, kui peegelduv element liigub ekraanilt välja.

Kiirte jälgimine neid probleeme ei jaga, sest erinevalt rasterdamisest saab seda jälgida väljaspool mängija vaatenurka.

Mängudes, mis võimaldavad kiirtel pindadega suhelda, võib kiirte jälgimine kuvada realistlikke värvimuutusi ja poolpeegeldavaid pindu, mida on raske rasterdada.

Millist riistvara kiirte jälgimine nõuab?

Kiirte jälgimine pole uus idee. Arvutiteadlased katsetasid kiirte jälgimist 1980. aastate alguses, luues staatilisi pilte realistliku valgustuse, peegelduste ja varjudega. Kahjuks võttis nende renderdamine tunde.

Videomäng vajab reaalajas kiirte jälgimist 30 kaadrit sekundis või rohkem. See on võimalik ainult videokaardiga, mis on loodud kiirte jälgimise kiirendamiseks.

Nvidia RTX-kiirte jälgimine põhineb ränil, mida nimetatakse Tensor Core'iks. Tensori südamikke leidub ainult RTX-videokaartidel. Nvidia GTX-kaardid saavad mängu kiirjälgimise abil renderdada, sest nagu öeldud, ei vaja kiirte jälgimine spetsiaalselt ehitatud räni. Võrreldes RTX-kaartidega on jõudlus aga tühine. Ja mõned mängud, näiteks Minecraft RTX kiirjälgimisega, nõuavad RTX-videokaarti, kuna need võimaldavad kiirte jälgimist.

AMD-kaartidel, mis kiirendavad kiirjälgimist, puudub spetsiifiline kaubamärk ja neil pole spetsiaalset räni. Selle asemel kasutavad nad paremate tulemuste saavutamiseks riistvara muudatusi ja tarkvaravärskendusi. AMD-kaarte, mis kiirendavad kiirte jälgimist, on keerulisem tuvastada, seega pöörake tähelepanu üksikasjadele.

Sony PlayStation 5 ja Xbox Series X ja S on varustatud AMD graafika riistvaraga, mis kiirendab kiirte jälgimist. Arendajad peavad aga lubama ja paljud mängud seda ei tee. Märkimisväärne näide on Küberpunk 2077, mis toetas käivitamisel RTX-kiirte jälgimist arvutis, kuid ei toetanud kiirjälgimist järgmise põlvkonna konsoolidel. Seda funktsiooni lubatakse tulevases paigas järgmise põlvkonna konsoolidele.