Sledování paprsků je pokročilá forma počítačové grafiky, která simuluje způsob, jakým světlo pracuje v reálném životě. Může vytvářet počítačovou grafiku, která vypadá opravdu fotorealisticky.
V minulosti bylo sledování paprsků omezeno na rozsáhlé projekty počítačové grafiky, jako jsou hollywoodské filmy CG. Nyní se nachází v herních počítačích a brzy, v herních konzolích nové generace.
Abychom pochopili, proč to tolik lidí nadchlo, musíme porovnat grafiku sledovanou paprskem s metodou hlavního grafického vykreslování, která byla dosud používána. : rasterizace.
Rasterizace vs Ray Tracing
Moderní počítačová grafika v reálném čase vypadá úžasně! Je těžké si představit, že má něco společného se základní 3D grafikou před dvaceti nebo třiceti lety. Pravda je, že konzole jako Playstation 1 a současná Playstation 4 používají stejnou základní metodu vykreslování 3D grafiky a její uvedení na 2D obrazovku.
Toto je známé jako rasterizace. „Rastr“ je obrázek zobrazený jako mřížka pixelů, což je přesně to, co se zobrazuje na obrazovce. Rasterizaceje proces převodu 3D scény na 2D obraz na obrazovce.
To je třeba udělat, protože 3D scéna je, dobře, 3D. Má hloubku, takže se virtuální objekty mohou pohybovat kolem sebe a dívat se na ně z jakéhokoli hlediska. V procesu rasterizace musí počítač zjistit, jak by tato scéna vypadala, kdyby vaše obrazovka byla v zásadě oknem do tohoto 3D světa.
V reálném životě má scéna texturu a osvětlení, tvar, hloubka a velikost. Vzhledem k tomu, že simulace světla tradičně spotřebovává více energie počítače, než jaký dokáže domácí počítač, vytvořili programátoři pomocí tohoto procesu rastrování triky a zkratky pro vytvoření něčeho, co vypadá blízko skutečnému světlu, barvě a textury.
Ray sledování je v jednom směru mnohem jednodušší. Namísto pokusu použít dlouhý seznam triků k vytvoření iluze skutečné noci, místo toho simuluje skutečné světlo. Nyní, když počítač musí zjistit, jak bude vypadat scéna, viděný skrz „okno“ obrazovky, spustí pouze simulaci sledování paprsků a vše funguje.
Ve skutečném světě paprsky světla vstupující do oka odrazily vše, na co se díváte, než dosáhnou sítnice. Sledování paprsků dosahuje stejného výsledku účinnějším způsobem. Děje se to tak, že střílí simulované „paprsky“ světla z „kamery“ a nechá se odrazit kolem virtuální scény, přičemž na cestě zachytí informace o barvě a jasu. Vaše obrazovka představuje virtuální oko, takže vidíte skutečně realistický virtuální svět.
Pomocí trasování paprsků vytvoří jediná technika objekty, odrazy, stíny a další prvky scény, které vypadají skutečně. K realismu dochází přirozeně v důsledku simulace, není třeba žádných triků ani zkratek!
Kde zažít sledování paprsků
Pokud chcete vidět trasování paprsků v akci stačí sledovat jakýkoli moderní film, který používá počítačem generovanou grafiku. Pokud sledujete film CG, jako je Toy Story 4, vše, co vidíte, je produkt trasování paprsků.
Pokud chcete prozkoumat interaktivní svět sledovaný paprsky, ve městě je v současné době pouze jedna hra. Série RTX GPU Nvidia, spolu s videohrami a aplikacemi, které tuto technologii podporují. Některé aplikace pro sledování paprsků můžete spouštět pomocí hardwaru jiného než RTX, ale nedosáhnete dobrého výkonu. Nezapomeňte si prohlédnout náš článek o nejlepší hry, které předvádějí hardware RTX.
Problém je v tom, že hardware RTX je stále docela drahý. Nadcházející generace herních konzolí má však určitou formu podpory pro sledování paprsků. Což znamená, že tradiční herní svět může pomoci proměnit sledování paprsků v další hlavní herní technologii. Přesto, pokud je trasování paprsků v reálném čase tak obtížné, jak to dokáží tito noví GPU?
Jak je dosaženo sledování paprsků v reálném čase?
Každý počítač může vykreslit 3D scénu pomocí sledování paprsků. Lidé, kteří pracují s 3D vykreslovacími balíčky, to dělají roky. Jakýkoli moderní procesor může provádět skutečné výpočty potřebné ke sledování cesty světla kolem scény.
Moderní procesory a GPU však tato čísla nedokážou krmit dostatečně rychle, aby vytvořily obraz v reálném čase. Například masivní počítačové farmy používané k výrobě filmů, jako jsou Monsters Inc nebo Toy Story, zabírají hodiny, aby vytvořily jediný snímek finálního produktu.
Moderní videohry naproti tomu musí generovat alespoň třicet rámečků obrázků každou sekundu, aby byly považovány za hratelné, přičemž zlatý standard je aktuálně nastaven kolem 60 snímků za sekundu.
Jak tedy mohou GPU, jako je řada Nvidia RTX, dokázat používat metodu sledování paprsku při snímatelných frekvencích snímků? Odpověď je, že nepoužívají trasování paprsků pro všechno. Alespoň ne v moderních titulech.
Trik spočívá v kombinaci tradiční grafiky a selektivního sledování paprsků. Karty RTX mají vyhrazený hardware pro sledování paprsků, který je umístěn vedle tradičního GPU. Tímto způsobem lze pomocí trasování paprsků kompenzovat některé nedostatky tradičního grafického hardwaru.
Existují videohry, které můžete hrát s kartou RTX, která je plně sledováno paprskem. Nejlepší příklad je Quake II RTX. Jedná se o desetiletou videohru, která je dostatečně jednoduchá, aby bylo možné sledovat paprsky v reálném čase. Pokud však jde o použití čistého sledování paprsků na současné videohry, bude to ještě roky, než se takový hardware stane mainstreamem.
Je Ray Tracing the Future?
Krátká odpověď zní ano, ray tracing je budoucnost. Delší odpověď je, že jak hardware, který umožňuje sledování paprsků paprsků v reálném čase, bude levnější, pravděpodobně ho uvidíme jako náhradu tradičního vykreslování kousek po kousku. Pokud se grafika zaměřená na paprsky stane běžnou součástí nové generace konzoly, nebude se vracet.
Vývojáři mohou do svých titulů bezpečně začlenit funkce sledování paprsků, protože to podporují všechny oblíbené platformy. Vzhledem k tomu, že grafika zaměřená na paprsky je vynikající, hvězdy se opravdu vyrovnávají s cílem dosáhnout sledování paprsků na dostupném hardwaru. Což znamená, že konečně tady může být skutečný fotorealismus.
Dalším významným znamením, že sledování paprsků se stane běžnou metodou vykreslování, je to, jak je nyní zahrnuto do běžných nástrojů, které vývojáři používají k vytváření videoher a jiných 3D aplikací. Jinými slovy, vývojáři již nemusí vyvíjet vlastní řešení pro sledování paprsků.
Populární grafické stroje, jako je Unreal Engine 4 nebo Frostbite, nyní zahrnují podporu RTX hardwarově urychleného sledování paprsků. Je mnohem pravděpodobnější, že jej vývojáři zahrnou jako možnost pro své tituly.
Měli byste nakupovat do Ray Tracing Now?
V době psaní, jsme stále v první generaci hardware pro sledování paprsků. I když ceny klesly, výkon je stále docela průměrný. Pokud jste hardcore, brzy adoptor, pak je tu spousta rád o sledování paprsků na PC.
Pokud nejste ochotni utratit stovky nebo tisíce dolarů za předčasné adoptory, je lepší investovat do příští generace mainstreamových konzolí, které slibují uvedení technologie do provozu, nebo čekat na nástupce Karty řady RTX 20.