Kas yra Ray Tracing?

Spindulių sekimas yra technika, skirta perteikimas kompiuterinė grafika, kuri sukuria vaizdą atsekdama spindulių kelią per sceną. Spinduliai gali sąveikauti su objektais scenoje, atsimušdami nuo jų ir įgydami savybių, tokių kaip spalva.

Ray Tracing: pagrindai

Spindulių sekimas imituoja realaus pasaulio apšvietimą. Šviesa, kurią matome, yra fotonų, skleidžiamų iš energijos šaltinių, pavyzdžiui, saulės, rezultatas. Fotonai gali atšokti ir išsisklaidyti susidūrę su objektais. Veidrodis yra viskas, ko jums reikia, kad pamatytumėte tai veikiant. Į veidrodį patekusi šviesa sukuria atspindį.

Spindulių sekimas tai imituoja. Atsektų spindulių skaičius yra menkas, palyginti su realiu pasauliu, kuriame milijonai fotonų atsimuša per mūsų regėjimo lauką. Šiuolaikiniai žaidimai viename pikselyje atskleidė nuo vieno iki keturių spindulių. Vis dėlto to pakanka, kad būtų galima imituoti realų pasaulį.

Stebėdami spindulio kelią taip pat galėsite sąveikauti su žaidimų pasauliu. Spindulį, kuris atsimuša į raudoną objektą, gali paveikti ta spalva, šalia esantis raudonas švytėjimas. Spinduliai gali išsisklaidyti įvairiais būdais, atsižvelgiant į savybes, kurias žaidimo menininkai suteikia objektams, todėl susidaro tikroviški pusiau atspindintys arba šiurkštūs paviršiai.

Spindulių sekimas yra reikšmingas žingsnis į priekį 3D grafikoje. Jis sukuria tikrovišką vaizdą, imituodamas spindulių kelią, kai jie juda žaidime. Dėl to atsiranda apšvietimas, kuris gali sąveikauti su aplinka net tada, kai žaidėjas to nemato. Norint, kad spindulių sekimas veiktų, nereikia specialiai sukurtos aparatinės įrangos, tačiau tai praktiška tik naudojant vaizdo plokštę arba žaidimų konsolę, kuri gali pagreitinti spindulių sekimą, nes tai reikalauja daug pastangų.

Ray Tracing vs. Rasterizavimas (arba 3D grafika, kaip žinojote)

Vis tiek galite būti sumišę, net jei suprasite šį paaiškinimą. Atspindžių būta ankstesniuose žaidimuose, net ir tuose, kurių dabar yra keli dešimtmečiai. Kuo skiriasi spindulių sekimas?

Ankstesniuose 3D žaidimuose ir daugelyje šiuolaikinių žaidimų buvo naudojamas rastravimas. Rasterizacija sujungia žaidėjui matomus 3D žaidimų pasaulio elementus į 2D vaizdą. Jis pateikia tik tai, kas turėtų būti matoma žaidėjui, nes bet koks našumas, naudojamas generuoti tai, ko žaidėjas nemato, yra švaistomas. Tačiau tai sukuria problemą.

Grįžkime prie veidrodžio pavyzdžio. Žaidėjo aplinka ir žaidėjo veikėjas žaidėjui nematomi (bent jau pirmojo asmens žaidime). Naudojant rastravimą, veidrodis neturi ką atspindėti.

Žinoma, šiuolaikiniuose žaidimuose yra veidrodžių. Jie perteikia sceną du kartus. Vienas perdavimas yra žaidėjo požiūriu, o kitas – iš kitos perspektyvos. Tačiau tai padvigubina našumą, reikalingą scenai perteikti.

Ekrano erdvės atspindžiai, populiarių 3D žaidimų variklių technika, atspindžiui sukurti naudoja ekrano duomenis. Ši technika idealiai tinka atspindintiems paviršiams, esantiems žaidėjo perspektyvos kampu, pavyzdžiui, vandeniui. Tačiau atspindėti objektai išnyksta, jei atspindėtas elementas pasislenka iš ekrano.

Spindulių sekimas nesukelia šių problemų, nes, skirtingai nei rastravimas, jis gali atsekti už žaidėjo perspektyvos.

Be to, žaidimuose, kuriuose spinduliai sąveikauja su paviršiais, spindulių sekimas gali parodyti tikrovišką spalvų išsiliejimą ir pusiau atspindinčius paviršius, kuriuos sunku tvarkyti rastruojant.

Kokios aparatinės įrangos reikia spindulių sekimui?

Spindulių sekimas nėra nauja idėja. Devintojo dešimtmečio pradžioje kompiuterių mokslininkai eksperimentavo su spindulių sekimu, kuriant statiškus vaizdus su tikrovišku apšvietimu, atspindžiais ir šešėliais. Deja, jų pateikimas užtruko valandas.

Vaizdo žaidimui reikia realaus laiko spindulių sekimo 30 kadrų per sekundę ar didesniu greičiu. Tai įmanoma tik naudojant vaizdo plokštę, skirtą pagreitinti spindulių sekimą.

„Nvidia“ RTX spindulių sekimas remiasi siliciu, vadinamu „Tensor Core“. Tensor branduoliai yra tik RTX vaizdo plokštėse. „Nvidia“ GTX kortelės gali atkurti žaidimą naudojant spindulių sekimą, nes, kaip minėta, spindulių sekimui nereikia specialiai sukurto silicio. Tačiau našumas yra prastokas, palyginti su RTX kortelėmis. Ir kai kurie žaidimai, pvz Minecraft su RTX spindulių sekimu, reikalinga RTX vaizdo plokštė, nes jos įgalina spindulių sekimą.

AMD kortelės, kurios pagreitina spindulių sekimą, neturi specifinio prekės ženklo ir neturi tam skirto silicio. Vietoj to jie naudoja aparatinės įrangos pakeitimus ir programinės įrangos naujinimus, kad pasiektų geresnių rezultatų. Sunkiau atpažinti AMD korteles, kurios pagreitina spindulių sekimą, todėl atkreipkite dėmesį į detales.

„Sony PlayStation 5“ ir „Xbox Series X“ bei „S“ turi AMD grafinę aparatinę įrangą, kuri gali pagreitinti spindulių sekimą. Tačiau kūrėjai turi įgalinti, o daugelis žaidimų to nedaro. Ryškus pavyzdys yra Cyberpunk 2077, kuris paleidimo metu palaikė RTX spindulių sekimą asmeniniame kompiuteryje, bet nepalaikė spindulių sekimo naujos kartos pultuose. Būsimoje pataisoje ši funkcija žadama naujos kartos konsolėms.