Mikä on Ray Tracing?

Säteen jäljitys on tekniikka renderöinti tietokonegrafiikka, joka luo kuvan seuraamalla säteiden polkua kohtauksen läpi. Säteet voivat olla vuorovaikutuksessa kohtauksen kohteiden kanssa, pomppien niistä ja saamalla ominaisuuksia, kuten väriä.

Ray Tracing: Perustiedot

Säteenseuranta jäljittelee todellista valaistusta. Näkemämme valo on tulosta energialähteistä, kuten auringosta, säteilevistä fotoneista. Fotonit voivat pomppia ja sirotella törmätessään esineisiin. Peili on kaikki mitä tarvitset nähdäksesi tämän toiminnassa. Peiliin osuva valo luo heijastuksen.

Säteenseuranta simuloi tätä. Jäljitettyjen säteiden määrä on mitätön verrattuna todelliseen maailmaan, jossa miljoonat fotonit pomppivat näkökentässämme. Nykyaikaiset pelit jäljittävät yhden ja neljän säteen pikseliä kohden. Se kuitenkin riittää simuloimaan todellista maailmaa.

Säteen polun jäljittäminen antaa myös mahdollisuuden olla vuorovaikutuksessa pelimaailman kanssa. Säteeseen, joka kimpoaa punaisesta esineestä, tämä väri voi vaikuttaa, ja se loistaa punaisen hehkun lähellä. Säteet voivat sirota eri tavoin pelin taiteilijoiden esineille antamien ominaisuuksien perusteella, mikä mahdollistaa realistiset puoliheijastavat tai karkeat pinnat.

Säteenseuranta on merkittävä askel eteenpäin 3D-grafiikassa. Se luo realistisen kuvan simuloimalla säteiden reittiä niiden liikkuessa pelissä. Tämä johtaa valaistukseen, joka voi olla vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, vaikka ympäristö ei olisi soittimen nähtävissä. Säteenseuranta ei vaadi tarkoitukseen rakennettua laitteistoa toimiakseen, mutta se on käytännöllinen vain näytönohjaimessa tai pelikonsolissa, joka voi nopeuttaa säteenseurantaa, koska se on erittäin vaativaa.

Ray Tracing vs. Rasterointi (tai 3D-grafiikka sellaisena kuin sen tiesit)

Saatat silti olla hämmentynyt, vaikka ymmärtäisit tämän selityksen. Heijastukset olivat läsnä menneissä peleissä, jopa niissä, jotka ovat nyt useita vuosikymmeniä vanhoja. Miten säteen jäljitys eroaa?

Aiemmat 3D-pelit ja useimmat nykyaikaiset pelit käyttävät rasterointia. Rasterointi yhdistää pelaajalle näkyvät 3D-pelimaailman elementit 2D-kuvaksi. Se näyttää vain sen, minkä pitäisi olla pelaajalle näkyvissä, koska kaikki suoritus, jolla luodaan se, mitä pelaaja ei näe, menee hukkaan. Tämä aiheuttaa kuitenkin ongelman.

Palataan peilin esimerkkiin. Pelaajan ympäristö ja pelaajahahmo eivät näy pelaajalle (ainakaan ensimmäisen persoonan pelissä). Rasteroinnin avulla peilillä ei ole mitään heijastettavaa.

Tietenkin nykyaikaisissa peleissä on peilejä. He renderöivät kohtauksen kahdesti. Yksi syöttö on pelaajan näkökulmasta, kun taas toinen on eri näkökulmasta. Se kuitenkin kaksinkertaistaa kohtauksen renderöimiseen tarvittavan suorituskyvyn.

Ruututilan heijastukset, suosittujen 3D-pelimoottorien tekniikka, käyttävät näytön tietoja heijastuksen luomiseen. Tämä tekniikka on ihanteellinen heijastaville pinnoille, jotka ovat kulmassa pelaajan näkökulmasta, kuten vesi. Heijastuneet kohteet kuitenkin katoavat, jos heijastettu kohde siirtyy pois näytöltä.

Säteenseuranta ei jaa näitä ongelmia, koska toisin kuin rasterointi, se voi jäljittää pelaajan näkökulman ulkopuolella.

Lisäksi peleissä, joissa säteet voivat olla vuorovaikutuksessa pintojen kanssa, säteenseuranta voi näyttää realistisia värivuotoja ja puoliheijastavia pintoja, joita on vaikea rasteroida.

Mitä laitteistoa säteen jäljitys vaatii?

Säteen jäljitys ei ole uusi idea. Tietojenkäsittelytieteilijät kokeilivat säteen jäljitystä 1980-luvun alussa, luo staattisia kuvia, joissa on realistinen valaistus, heijastukset ja varjot. Valitettavasti niiden esittäminen kesti tunteja.

Videopeli tarvitsee reaaliaikaista säteenseurantaa nopeudella 30 kuvaa sekunnissa tai enemmän. Se on mahdollista vain näytönohjaimella, joka on suunniteltu nopeuttamaan säteen jäljitystä.

Nvidian RTX-säteenseuranta perustuu piin, jota kutsutaan Tensor Core -ytimeksi. Tensor-ytimiä löytyy vain RTX-näytönohjainkorteista. Nvidian GTX-kortit voivat renderöidä pelin käyttämällä säteenseurantaa, koska kuten sanottu, säteenseuranta ei vaadi tarkoitukseen valmistettua piitä. Suorituskyky on kuitenkin surkea verrattuna RTX-kortteihin. Ja joitain pelejä, esim Minecraft RTX-säteenseurannalla, vaativat RTX-näytönohjaimen, koska ne mahdollistavat säteenseurannan.

Säteenseurantaa kiihdyttävillä AMD-korteilla ei ole erityistä tuotemerkkiä eikä erityistä piitä. Sen sijaan he käyttävät laitteiston parannuksia ja ohjelmistopäivityksiä parempien tulosten saavuttamiseksi. Säteenseurantaa nopeuttavien AMD-korttien tunnistaminen on vaikeampaa, joten kiinnitä huomiota yksityiskohtiin.

Sonyn PlayStation 5:ssä ja Xbox Series X: ssä ja S: ssä on AMD: n grafiikkalaitteisto, joka voi nopeuttaa säteen jäljitystä. Kehittäjät voivat kuitenkin ottaa ne käyttöön, mutta monet pelit eivät. Merkittävä esimerkki on Cyberpunk 2077, joka tuki RTX-säteenseurantaa PC: llä julkaisun yhteydessä, mutta ei tukenut säteenseurantaa seuraavan sukupolven konsoleissa. Ominaisuus on luvattu seuraavan sukupolven konsoleille tulevassa korjausversiossa.