Pokud jste v poslední době užili i ty nejmenší herní a grafické zprávy glancetowardů, uslyšeli jste nejnovější a největší buzzword: trasování paprsků. Možná jste také slyšeli podobné znějící slovo zvané trasování cest. A mohlo by vám být zcela odpuštěno, že plně nerozumíte tomu, co jeden z procesů je.
Jednoduché vysvětlení je, že jak sledování trasování, tak sledování paprsků jsou grafické techniky, které vedou k realističtějším obrazům za cenu podstatně více výpočetní síla. Na YouTube je video Minecraft, které jasným způsobem demonstruje konkrétní aspekty sledování paprsků, ale také ilustruje stres, který klade na systém.
Pokud je to jediné vysvětlení, které potřebujete, skvělé! Ale pokud chcete kopat hluboko a zjistit, jak každá technika funguje a proč GPU hardwarové společnosti účtují malé jmění za paprskové sledovací karty, přečtěte si dále.
Rastrování a počítačová grafika
Jakýkoli obrázek, který vidíte na obrazovce počítače, nezačal jako tento obrázek. Začíná to jako rastr nebo vektorový obrázek. Rastrový obrázek se skládá ze souboru stínovaných pixelů.
Vektorový obrázek je založen na matematických vzorcích, které znamenají, že velikost obrázku lze zvětšit téměř na neurčito. Nevýhodou vektorových obrázků je, že přesnější detaily je obtížné dosáhnout. Vektorové obrázky se nejlépe používají, když je potřeba jen několik barev.
Hlavní sílou rasterizace je zkreslení, zejména ve srovnání s technikami, jako je sledování paprsků. Vaše GPU, jednotka zpracování grafiky, řekne hře, aby vytvořila 3D obraz z malých tvarů, nejčastěji trojúhelníků. Tyto trojúhelníky jsou převedeny na jednotlivé pixely a poté vloženy do shaderu pro vytvoření obrazu, který vidíte na obrazovce.
Rasterizace je volbou pro grafiku her forvideo po dlouhou dobu kvůli tomu, jak rychle ji lze zpracovat, ale současná technologie začíná narážet na její meze. úroveň. To je místo, kde přichází raytracing.
Trasování paprsků vypadá mnohem realističtější než experimentování, jak ukazuje obrázek níže. Podívejte se na odrazy na thetea hrnci a lžíci.
Co je Ray Tracing?
Na povrchové úrovni je trasování paprsků termínem anumbrella, což znamená vše od jediného průniku světla a objektivu po dokončení fotorealismu. V nejběžnějším kontextu, který se dnes používá, se však trasování paprsků vztahuje na techniku vykreslování, která sleduje paprsek světla (v pixelech) od nastavené hodnoty a simuluje, jak reaguje, když itencounters objekty.
Vezměte chvíli a podívejte se na stěnu krku, ve které se nacházíte. Je na zdi světelný zdroj, nebo se světlo odráží od zdi z jiného zdroje? Grafika vysledovaná paprskem by začínala vaším okem a sledovala vaši linii vidění ke zdi a pak by sledovala cestu světlazeď zpět ke světelnému zdroji.
Výše uvedený diagram ukazuje, jak tato práce. Důvodem simulovaných „očí“ (kamera v tomto diagramu) je snížení zátěže na GPU.
Proč? Sledování paprsků není úplně nové. Je to vlastně už nějakou dobu. Pixar používá techniky trasování paprsků k vytvoření mnoha svých filmů, ale vysoce věrná grafika po jednotlivých snímcích při rozlišení, které Pixar dosahuje, vyžaduje čas.
Hodněčasu. Některé snímky na Monsters Universitytrvalo každých 29 hodin. Toy Story 3trvalo v průměru 7 hodin na snímek, přičemž některé snímky zabíraly 39 hodin podle příběhu z roku 2010 od Wired.
Protože film ilustruje odraz světla ze všech povrchů, aby vytvořil grafický styl, který každý přišel toknow a lásku, pracovní zátěž je téměř nepředstavitelná. Omezením technik trasování paprsků pouze na to, co oko vidí, mohou hry využívat techniku bez toho, že způsobí, že váš grafický procesor bude mít (doslovný) rozpad.
Podívejte se na obrázek níže.
To není fotografie, navzdory skutečné realitě. Je to snímek sledovaný paprskem. Zkuste si představit, kolik energie je potřeba k vytvoření obrázku, který vypadá takto. Jeden paprsek lze vysledovat a zpracovat bez větších potíží, ale co když paprsek odskočí od objektu?
Jediný paprsek se může proměnit v 10 paprsků a těch 10 se může proměnit ve 100 atd. Nárůst je exponenciální. Po určitém bodě se odrazy a odrazy za terciárním a kvartérním zobrazením snižují. Jinými slovy, vyžadují mnohem více energie pro výpočet a zobrazení, než stojí za to. Kvůli vykreslení obrázku je třeba někde nakreslit limit.
Nyní si představte, že děláte že 30 až 60 krát persecond. To je množství energie potřebné k použití herních technik pro sledování paprsků. Je to určitě působivé, že?
Dosažitelnost grafických karet schopných trasování paprsků bude stoupat s postupem času a nakonec bude tato technika stejně snadno dostupná jako 3D grafika. Prozatím se však sledování paprsku považuje za špičku počítačové grafiky. Jak tedy přichází do hry pathtracing?
Co je trasování trasy?
Trasování je typ trasování paprsků. Padá pod tento deštník, ale tam, kde bylo trasování paprsků původně teoretizováno v roce 1968, se trasování tras nedostalo na scénu až v roce 1986 (a výsledky nebyly tak dramatické jako ty teď.)
Pamatujte na exponenciální nárůst paprsků dříve? Řešením trasy je řešení. Při použití pathtracingu pro vykreslování paprsky produkují pouze jeden paprsek na odraz. Raysdo nesleduje stanovenou linii za odrazem, ale spíše střílí v náhodném směru.
Algoritmus trasování cesty pak odebere arandomy vzorkování všech paprsků, aby se vytvořil konečný obraz. To má za následek vzorkování různých typů osvětlení, ale zejména globálního osvětlení.
Zajímavou věcí o trasování cest je, že efekt lze emulovat pomocí shaderů. Shader patchappeared nedávno se objevil pro emulátor Nintendo Switch, který dovolil hráčům toemulate cestu sledoval globální osvětlení v titulech jako The Legend of Zelda: Breath of the Wilda Super Mario Odyssey.efekty vypadají pěkně, nejsou nekompletní jako skutečné trasování cesty.
Trasování je jen jedna forma raytracingu. Přestože to bylo považováno za nejlepší způsob vykreslování obrázků, trasování tras s vlastními nedostatky.
Nakonec však trasování tras i trasování paprsků vedou k absolutně krásným obrázkům. Nyní, když hardware ve strojích pro spotřebitele dosáhl bodu, kdy je ve videohrách možné sledování paprsků v reálném čase, je odvětví připraveno učinit průlom, který je téměř stejně působivý jako krok od 2D k 3D grafice.
Bude však ještě nějaký čas - alespoň několik let - než bude nezbytný hardware považován za „cenově dostupný“. Od nynějška i potřebné grafické karty stojí více než 1 000 $.