Ray Tracing คืออะไร?

การติดตามรังสีเป็นเทคนิคสำหรับ การแสดงผล คอมพิวเตอร์กราฟิกที่สร้างภาพโดยการติดตามเส้นทางของรังสีผ่านฉาก รังสีสามารถโต้ตอบกับวัตถุในฉาก กระเด็นออกไป และได้รับคุณสมบัติ เช่น สี

Ray Tracing: พื้นฐาน

Ray Tracing จำลองแสงในโลกแห่งความเป็นจริง แสงที่เราเห็นเป็นผลมาจากโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากแหล่งพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์ โฟตอนสามารถกระเด้งและกระจายเมื่อชนกับวัตถุ กระจกคือสิ่งที่คุณต้องการเพื่อดูการทำงานจริง แสงที่กระทบกระจกทำให้เกิดแสงสะท้อน

Ray Tracing จำลองสิ่งนี้ จำนวนรังสีที่ตรวจสอบได้นั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับโลกแห่งความเป็นจริง ที่ซึ่งโฟตอนนับล้านกระเด้งข้ามมุมมองของเรา เกมสมัยใหม่ติดตามที่ไหนสักแห่งระหว่างหนึ่งถึงสี่รังสีต่อพิกเซล ยังคงเพียงพอที่จะจำลองโลกแห่งความเป็นจริง

การติดตามเส้นทางของรังสียังช่วยให้สามารถโต้ตอบกับโลกของเกมได้ รังสีที่สะท้อนจากวัตถุสีแดงอาจได้รับอิทธิพลจากสีนั้น ทำให้เกิดแสงสีแดงในบริเวณใกล้เคียง รังสีสามารถกระเจิงได้หลายวิธีตามคุณสมบัติที่ศิลปินของเกมมอบให้กับวัตถุ ทำให้เกิดพื้นผิวกึ่งสะท้อนแสงหรือพื้นผิวขรุขระที่เหมือนจริง

การติดตามด้วยรังสีเป็นก้าวสำคัญสำหรับกราฟิก 3 มิติ มันสร้างภาพที่สมจริงโดยการจำลองเส้นทางของรังสีขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ผ่านเกม สิ่งนี้นำไปสู่แสงที่สามารถโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมได้แม้ในขณะที่ผู้เล่นไม่สามารถมองเห็นสภาพแวดล้อมได้ Ray Tracing ไม่ต้องการฮาร์ดแวร์ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะเพื่อทำงาน แต่ใช้งานได้จริงกับการ์ดวิดีโอหรือคอนโซลเกมเท่านั้นที่สามารถเร่ง Ray Tracing ได้เนื่องจากมีความต้องการสูง

Ray Tracing กับ Rasterization (หรือกราฟิก 3D อย่างที่คุณรู้)

คุณอาจยังคงสับสนแม้ว่าคุณจะเข้าใจคำอธิบายนี้ สะท้อนให้เห็นในเกมที่ผ่านมา แม้กระทั่งเกมที่ตอนนี้มีอายุหลายสิบปีแล้ว ray tracing ต่างกันอย่างไร?

เกม 3 มิติในอดีตและเกมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ ใช้การแรสเตอร์ Rasterization รวมองค์ประกอบของโลกของเกม 3D ที่ผู้เล่นมองเห็นได้เป็นภาพ 2D มันแสดงเฉพาะสิ่งที่ผู้เล่นควรมองเห็น เนื่องจากประสิทธิภาพใดๆ ที่ใช้เพื่อสร้างสิ่งที่ผู้เล่นมองไม่เห็นจะสูญเปล่า อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหา

กลับไปที่ตัวอย่างของกระจกเงา สภาพแวดล้อมของผู้เล่นและตัวละครของผู้เล่นจะไม่ปรากฏแก่ผู้เล่น (อย่างน้อยก็ในเกมมุมมองบุคคลที่หนึ่ง) ด้วยการแรสเตอร์จึงไม่มีอะไรให้กระจกสะท้อน

แน่นอนว่ากระจกมีอยู่ในเกมสมัยใหม่ พวกเขาแสดงฉากสองครั้ง หนึ่งผ่านมาจากมุมมองของผู้เล่น ในขณะที่อีกอันมาจากมุมมองที่ต่างออกไป นั่นเป็นสองเท่าของประสิทธิภาพที่จำเป็นในการเรนเดอร์ฉากอย่างไรก็ตาม

การสะท้อนพื้นที่หน้าจอ ซึ่งเป็นเทคนิคในเอ็นจิ้นเกม 3 มิติยอดนิยม ใช้ข้อมูลบนหน้าจอเพื่อสร้างภาพสะท้อน เทคนิคนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวสะท้อนแสงที่ทำมุมกับมุมมองของผู้เล่น เช่น น้ำ อย่างไรก็ตาม วัตถุที่สะท้อนจะหายไปหากรายการที่สะท้อนนั้นเคลื่อนออกจากหน้าจอ

การติดตามด้วยรังสีไม่ได้แชร์ปัญหาเหล่านี้เนื่องจากสามารถติดตามนอกมุมมองของผู้เล่นได้ไม่เหมือนกับการแรสเตอร์

นอกจากนี้ ในเกมที่อนุญาตให้รังสีโต้ตอบกับพื้นผิว การติดตามรังสีสามารถแสดงการตกสีที่สมจริงและพื้นผิวกึ่งสะท้อนแสงที่ยากต่อการแรสเตอร์ในการจัดการ

Ray Tracing ต้องการฮาร์ดแวร์ใดบ้าง

การติดตามด้วยรังสีไม่ใช่แนวคิดใหม่ นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ทดลองกับการติดตามรังสีในช่วงต้นทศวรรษ 1980การสร้างภาพนิ่งด้วยแสง การสะท้อน และเงาที่สมจริง น่าเสียดายที่พวกเขาใช้เวลาหลายชั่วโมงในการแสดงผล

วิดีโอเกมต้องการการติดตามรังสีแบบเรียลไทม์ที่ 30 เฟรมต่อวินาทีหรือสูงกว่า เป็นไปได้เฉพาะกับการ์ดแสดงผลที่ออกแบบมาเพื่อเร่งการติดตามรังสี

การติดตามรังสี RTX ของ Nvidia อาศัยซิลิคอนที่เรียกว่า Tensor Core Tensor Cores มีอยู่ในการ์ดวิดีโอ RTX เท่านั้น การ์ด GTX ของ Nvidia สามารถแสดงผลเกมโดยใช้ ray tracing เนื่องจาก ray tracing ไม่ต้องการซิลิกอนที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพนั้นแย่มากเมื่อเทียบกับการ์ด RTX และบางเกมเช่น Minecraft พร้อม RTX ray tracingต้องใช้การ์ดวิดีโอ RTX เนื่องจากมีวิธีเฉพาะในการเปิดใช้งาน Ray Tracing

การ์ด AMD ที่เร่ง ray tracing ไม่มีตราสินค้าเฉพาะและไม่มีซิลิกอนเฉพาะ พวกเขาใช้การปรับแต่งฮาร์ดแวร์และการอัปเดตซอฟต์แวร์แทนเพื่อผลลัพธ์ที่ดีขึ้น การระบุการ์ด AMD ที่เร่ง ray tracing นั้นทำได้ยากกว่า ดังนั้นให้ใส่ใจกับรายละเอียดให้ดี

PlayStation 5 และ Xbox Series X และ S ของ Sony มีฮาร์ดแวร์กราฟิกจาก AMD ที่สามารถเร่ง Ray Tracing ได้ อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับนักพัฒนาที่จะเปิดใช้งาน และหลายเกมไม่สามารถทำได้ ตัวอย่างที่น่าสังเกตคือ Cyberpunk 2077ซึ่งรองรับ RTX ray tracing บนพีซีเมื่อเปิดตัว แต่ไม่รองรับ ray tracing บนคอนโซลรุ่นถัดไป คุณลักษณะนี้มีให้สำหรับคอนโซลรุ่นต่อไปในแพทช์ในอนาคต