Kaj je sledenje žarkov?

Sledenje žarkom je tehnika za upodabljanje računalniška grafika, ki ustvari sliko s sledenjem poti žarkov skozi prizor. Žarki lahko komunicirajo s predmeti v prizoru, se odbijajo od njih in pridobivajo lastnosti, kot je barva.

Sledenje žarkom: Osnove

Sledenje žarkom posnema osvetlitev v resničnem svetu. Svetloba, ki jo vidimo, je posledica fotonov, ki jih oddajajo energetski viri, kot je sonce. Fotoni se lahko med trkom ob predmetih odbijajo in razpršijo. Ogledalo je vse, kar potrebujete, da to vidite v akciji. Svetloba, ki udari v ogledalo, ustvari odsev.

Sledenje žarkom to simulira. Število zasledovanih žarkov je majhno v primerjavi z resničnim svetom, kjer se na milijone fotonov odbija skozi naše vidno polje. Sodobne igre sledijo nekje med enim in štirimi žarki na slikovno piko. Kljub temu je to dovolj za simulacijo resničnega sveta.

Sledenje poti žarka omogoča tudi interakcijo s svetom igre. Ta barva lahko vpliva na žarek, ki se odbija od rdečega predmeta, ki v bližini odda rdeč sijaj. Žarki se lahko razpršijo na različne načine glede na lastnosti, ki jih umetniki igre dajejo predmetom, kar omogoča realistične polodsevne ali hrapave površine.

Sledenje žarkom je pomemben korak naprej za 3D grafiko. Ustvarja realistično podobo s simulacijo poti žarkov, ko se premikajo skozi igro. To vodi do osvetlitve, ki lahko komunicira z okoljem, tudi če okolje ni vidno igralcu. Sledenje žarkom za delovanje ne zahteva namensko izdelane strojne opreme, vendar je praktično le na grafični kartici ali igralni konzoli, ki lahko pospeši sledenje žarkom, ker je zelo zahtevno.

Ray Tracing vs. Rasterizacija (ali 3D grafika, kot ste jo poznali)

Morda ste še vedno zmedeni, tudi če razumete to razlago. Refleksije so bile prisotne v preteklih igrah, tudi tistih, ki so zdaj stare več desetletij. Kako je sledenje žarkom drugačno?

Pretekle 3D igre in večina sodobnih iger uporabljajo rasterizacijo. Rasterizacija združuje elemente 3D-sveta igre, ki so vidni igralcu, v 2D sliko. Upodablja samo tisto, kar bi moralo biti vidno igralcu, saj je vsaka zmogljivost, uporabljena za ustvarjanje tistega, česar igralec ne more videti, zapravljena. Vendar to ustvarja težavo.

Vrnimo se k primeru ogledala. Igralčevo okolje in lik igralca igralcu nista vidna (vsaj v prvoosebni igri). Z rasterizacijo se ogledalo ne odraža ničesar.

Seveda v sodobnih igrah obstajajo ogledala. Sceno upodabljajo dvakrat. Ena podaja je z igralčevega zornega kota, druga pa z druge perspektive. To pa podvoji zmogljivost, potrebno za upodabljanje prizora.

Odsevi prostora na zaslonu, tehnika v priljubljenih motorjih 3D iger, uporabljajo podatke na zaslonu za ustvarjanje odseva. Ta tehnika je idealna za odsevne površine pod kotom glede na igralčevo perspektivo, kot je voda. Vendar pa odsevani predmeti izginejo, če se odsev premakne izven zaslona.

Sledenje žarkom nima teh težav, ker lahko za razliko od rasterizacije sledi izven perspektive igralca.

Tudi v igrah, ki omogočajo interakcijo žarkov s površinami, lahko sledenje žarkov prikaže realistično prelivanje barv in polodsevne površine, ki jih je težko obdelati z rasterizacijo.

Kakšno strojno opremo zahteva sledenje žarkov?

Sledenje žarkom ni nova ideja. Računalniški znanstveniki so eksperimentirali s sledenjem žarkov v zgodnjih osemdesetih letih, ustvarjanje statičnih slik z realistično osvetlitvijo, odsevi in ​​sencami. Žal so za njihovo upodobitev potrebovali ure.

Video igra potrebuje sledenje žarkov v realnem času pri 30 sličicah na sekundo ali več. To je mogoče samo z grafično kartico, ki je zasnovana za pospeševanje sledenja žarkom.

Nvidijino sledenje žarkov RTX se opira na silicij, imenovan Tensor Core. Tensor jedra najdemo samo v grafičnih karticah RTX. Kartice Nvidia GTX lahko upodabljajo igro z uporabo sledenja žarkom, ker, kot rečeno, sledenje žarkom ne zahteva namenskega silicija. Vendar je zmogljivost v primerjavi s karticami RTX slaba. In nekaj iger, npr Minecraft s sledenjem žarkov RTX, zahtevajo grafično kartico RTX zaradi posebnega načina, kako omogočajo sledenje žarkov.

Kartice AMD, ki pospešujejo sledenje žarkov, nimajo posebne blagovne znamke in nimajo namenskega silicija. Namesto tega uporabljajo popravke strojne opreme in posodobitve programske opreme za boljše rezultate. Težje je prepoznati kartice AMD, ki pospešujejo sledenje žarkom, zato bodite pozorni na podrobnosti.

Sony PlayStation 5 ter Xbox Series X in S imata grafično strojno opremo AMD, ki lahko pospeši sledenje žarkov. Vendar pa morajo razvijalci omogočiti, številne igre pa ne. Pomemben primer je Cyberpunk 2077, ki je ob zagonu podpiral sledenje žarkov RTX na osebnem računalniku, ni pa podpiral sledenja žarkov na konzolah naslednje generacije. Funkcija je obljubljena za konzole naslednje generacije v prihodnjem popravku.