Co to jest śledzenie promieni i jak działa?

Jeśli regularnie grasz w gry wideo lub oglądałeś któryś z filmów animowanych Pixara lub Disneya z ostatnich kilku lat, widziałeś już ray tracing w akcji, nie zdając sobie z tego sprawy.

Termin ten wywołał znaczący szum w branży gier w ciągu ostatnich dwóch lat i jest reklamowany jako przyszłość grafiki w grach. Czym jest więc śledzenie promieni, jak działa i dlaczego jest tak ważne?

Co to jest śledzenie promieni?

Ray tracing to metoda renderowania grafiki, która wykorzystuje algorytmy do obliczania, gdzie powinno znajdować się światło i cienie w grach wideo.

Tutaj przydaje się nauka w szkole podstawowej: spójrz na kubek. Kiedy patrzysz na kubek, światło odbija się od kubka bezpośrednio do twojego oka, a twój mózg rozumie, że przedmiot znajdujący się przed tobą to kubek. Teraz od kubka przesuń oczy, aby znaleźć źródło światła w swoim pokoju. To jest ray tracing.

W grach wideo 3D, które mamy teraz, algorytm śledzenia promieni zaczyna się od punktu widzenia gracza i ma na celu „śledzenie”, identyfikowanie i mapowanie światła, kolorów i cieni wielu obiektów na ekranie.

W rezultacie grafika utworzona za pomocą ray tracingu jest gładsza na krawędziach i bardziej realistyczna.

Przed ray tracingiem

Jeśli chcesz wiedzieć, jak wyglądały ruchome obrazy przed ray tracingiem, po prostu przyjrzyj się grom wideo wyprodukowanym na początku 2000 roku i porównaj je z tytułami gier AAA dostępnymi obecnie na rynku.

Tradycyjna grafika komputerowa wykorzystuje metodę zwaną rasteryzacją, w której koncepcja i kreślenie źródeł światła 3D są konwertowane na powierzchnię 2D. Wielokąty 3D są przekształcane na piksele 2D i nie zawsze się to udaje, ponieważ zasadniczo wymusza się na płaskiej powierzchni złożony obiekt o wielu powierzchniach.

Co więcej, tradycyjne komputery po prostu nie były wystarczająco szybkie, aby nadążyć za intensywnością gier wideo. Chociaż wprowadzono wiele ulepszeń w rasteryzacji, na przykład jeśli chodzi o prezentowanie intensywnej strzelanki pierwszoosobowej, nie jest ona lepsza w porównaniu do ray tracingu.

Jak działa Ray Tracing

Koncepcja ray tracingu brzmi prosto i ekscytująco, ale nie jest to łatwa technika. Jak więc działa ray tracing?

Śledzenie promieni wykonuje proces zwany „odszumieniem”, w którym jego algorytm, zaczynając od kamery - z twojego punktu widzenia - śledzi i wskazuje najważniejsze odcienie światła i cieni. Wykorzystując systemy uczące się, „wypełnia luki”, tworząc fotorealistyczny obraz.

Zatem im jaśniejsza scena w grze wideo, tym wyższa jakość grafiki, a im wyższa jakość, tym droższa. To prowadzi nas do przyczyny późnego pojawienia się ray tracingu w branży gier wideo.

Dlaczego przez tak długi czas unikano śledzenia promieni?

Powinieneś wiedzieć, że ray tracing również nie jest nową techniką. Hollywood korzystało z ray tracingu na długo przed tym, jak technologia ta trafiła do branży gier wideo. Film Pixara z 2013 roku, Uniwersytet Potworny, był właściwie pierwszym filmem animowanym, w którym zastosowano technologię śledzenia promieni do wszystkich celów związanych z oświetleniem i cieniowaniem. Dlaczego więc śledzenie promieni trafiło do gier wideo tak późno?

Po pierwsze, z punktu widzenia mechaniki, śledzenie promieni samo w sobie jest wymagające pod względem obliczeniowym. Stosowanie technologii ray tracingu na standardowym 90-minutowym filmie akcji z prędkością 24 klatek na sekundę jest już niezwykle czasochłonne. Animatorzy mogą spędzać dni lub tygodnie na tylko jednej scenie, więc wyobraź sobie, o ile bardziej intensywne jest śledzenie promieni w standardowej grze wideo, która działa 60 klatek na sekundę. To było po prostu niepraktyczne.

Następnie, jak wspomniano powyżej, ray tracing jest kosztowny. Poza tym, że jest to czasochłonne, kosztowny budżet powoduje, że zawsze tylko megafilmy w Hollywood mogły sobie pozwolić na ray tracing. Stworzenie Uniwersytetu Potwornego Pixara kosztowało 200 milionów dolarów, podobnie jak Toy Story 4, która została wydana w 2019 roku.

Natomiast nowoczesne karty graficzne obsługujące ray tracing w czasie rzeczywistym kosztują od 400 do 3000 USD.

Kiedy używane jest śledzenie promieni

Śledzenie promieni jest używane w grach wideo praktycznie wszędzie, ale szczególnie w przerywnikach. Czy zauważyłeś kiedyś, dlaczego twoja postać wygląda bardziej realistycznie i wyrafinowanie podczas przerywników filmowych? To jest ray tracing w akcji. Hit AAA z 2019 roku Control to najlepszy przykład udanego ray tracingu w grze wideo.

Poza grami wideo, ray tracing jest również używany w wielu branżach. W architekturze śledzenie promieni jest wbudowane w aplikacje do modelowania 3D budynku. Dzięki temu wyobrażenie architekta o projekcie budynku jest bardziej realistyczne niż odręczne szkice koncepcyjne, a światło modelujące jest dokładniejsze. W inżynierii ray tracing jest również używany w podobnym celu.

Twórcy gier i śledzenie promieni

Po przejęciu firmy RayScale zajmującej się obsługą technologii ray tracingu w 2008 roku, Nvidia jako pierwsza w branży wprowadziła na rynek ray tracing. W 2018 roku przedstawił konsumentom swoje karty graficzne z serii GeForce RTX. Od tamtego czasu, znani twórcy gier, jeden po drugim, dołączyli do ray tracingu.

W 2019 roku Epic Games i Utility Technologies ogłosiły, że ich sygnowane silniki sprzętowe oferują teraz natywną obsługę ray tracingu. W 2018 roku Microsoft zintegrował ray tracing z DirectX 12, kluczowym oprogramowaniem do programowania gier i multimediów na konsolę Xbox One. Na początku 2020 roku tytan technologii zaprezentował DirectX 12 Ultimate, aktualizację do DirectX 12.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o ray tracingu, sprawdź nasze porównanie najnowszych produktów Nvidia GeForce RTX. Jeśli jesteś użytkownikiem Linuksa, sprawdź, jak różne układy GPU od Nvidii i AMD stosują się w systemie Linux.

Dlaczego procesory graficzne Nvidii z serii 30 są lepsze niż AMD

Wygląda na to, że gigant graficzny, Nvidia, zdominuje rynek GPU dzięki nowej serii kart GFX z serii 30, pokonujących AMD.

Ray Tracing ukształtuje przyszłość gier

W istocie to, co obiecuje ray tracing, to wysokiej jakości wrażenia wizualne zapewniające maksymalną przyjemność. Śledzenie promieni w grach wideo jest wciąż na bardzo wczesnym etapie, ale jego wejście na rynek oznacza obiecującą przyszłość dla branży wartej miliardy dolarów.

7 najlepszych niedrogich kart graficznych do tanich gier

Niedrogie karty graficzne są obecnie bardzo wydajne. Oto najlepsze niedrogie karty graficzne, które pozwolą Ci grać tanio.

O autorze