Czym jest ray tracing i czy to naprawdę przyszłość gier?

(Źródło zdjęcia: Nvidia)

Jeśli byłeś w branży gier i wokół niej w ciągu ostatnich kilku lat, słyszałeś o ray tracingu. Było dużo luźnych rozmów na temat tego, jak ray tracing reprezentuje przyszłość gier, a przyszły sprzęt z pewnością będzie musiał zawierać dedykowane zasoby, aby sobie z tym poradzić. Ale czym jest ray tracing i czy masowa bańka szumu powoli rozszerzająca się wokół niego jest uzasadniona?

Jedną wskazówką twierdzącą jest oświadczenie Marka Cerny'ego w Funkcja przewodowa że następna konsola Sony będzie obsługiwać ray tracing za pomocą niestandardowego procesora graficznego AMD Navi. Wprowadził nawet ciekawą zmarszczkę – konsola będzie mogła wykorzystać ray tracing nie tylko do efektów wizualnych, ale także do symulacji dźwięku pozycyjnego.

Świat światła i cienia

Jak każda nowa technologia zorientowana na konsumenta, ray tracing jest częściowo zaciemniony przez wszystkie modne hasła marketingowe pochodzące od osób, które są zainteresowane jego sprzedażą. Prawda jest taka, że ​​ray tracing wcale nie jest nowy, jest to technika, którą studia filmowe od lat stosują w efektach specjalnych i animacji do oświetlania scen i umożliwia odpowiednie odbicia obiektów cyfrowych. Pamiętasz te eksplodujące statki wojenne obcych spowite dymem i ogniem odbite w hełmie Iron Mana w Avengers? To ray tracing w pracy. Nowością jest obietnica wykonania tego rodzaju renderowania w czasie rzeczywistym. Umożliwia grom wideo osiągnięcie w locie tego, czego potrzebują hollywoodzkie farmy renderujące kilka dni, a nawet tygodni, opierając się na niezwykle drogim sprzęcie do obliczania ray tracingu dla złożonych scen z milionami pojedynczych wiązek fotonów.

Śledzenie promieni polega na symulowaniu promieni światła i sposobów ich interakcji z obiektami i powierzchniami. Modeluje wpływ oświetlenia na kolor lub okluzję na podstawie promienia. Wcześniej oświetlenie było obsługiwane podczas rasteryzacji, procesu tłumaczenia wielokątnych modeli 3D na obraz 2D zbudowany z pikseli. Efekty świetlne były w dużej mierze „sfałszowane”, a silnik określał, w jaki sposób źródła światła w scenie teoretycznie wpłyną na powierzchnie, w oparciu o odpowiednie rozmieszczenie i cieniowanie/kolorowanie pikseli tej powierzchni. Jest wydajny obliczeniowo, więc nie wymaga absurdalnie potężnego, dedykowanego sprzętu, który tradycyjnie ma ray tracing, ale ma wiele ograniczeń.

Najlepsze karty graficzne do gier na PC

Nasza obława najlepsze karty graficzne do gier na PC, aby zasilać nowoczesne tytuły triple-A, w najlepszych cenach, jakie można znaleźć gdziekolwiek.

Dzięki ray tracingowi programiści mogą symulować sposób działania światła w rzeczywistym świecie, co jest niemożliwe w rozwiązaniach rastrowych. Oznacza to, że sceny wydają się bardziej naturalnie oświetlone i realistyczne, a także oznacza, że ​​źródła światła lub obiekty odbijające światło, które nie znajdują się w kadrze, nadal mogą być dokładnie odzwierciedlone w widocznej scenie. Wybuch granatu poza ekranem wciąż można zobaczyć na przykład w błyszczącym metalowym kadłubie czołgu Abrams toczącego się w kierunku twojej postaci, a cienie rzucane przez innych żołnierzy, którzy obecnie nie są w kadrze, mogą być dokładniej renderowane.

Śledzenie promieni działa poprzez śledzenie wiązki światła z piksela na ekranie z powrotem do sceny 3D i śledzenie, gdzie lub czy wchodzi w interakcję z obiektami przed dotarciem do źródła światła. Jeśli uderzy w obiekt, zostanie odbity między wieloma obiektami, a nawet załamany przy przejściu przez szkło lub wodę, dane te są reprezentowane w pikselu pod względem światła i koloru.

Możliwe jest również wykorzystanie ray tracingu w projektowaniu dźwięku, jak sugeruje Mark Cerny, szczególnie jeśli szukasz szybszego i czystszego rozwiązania niż zapewniają bardziej tradycyjne metody. Jeśli potraktujesz fale dźwiękowe jako znacznie mniejsze promienie, możesz je modelować w sposób, w jaki ray tracing modeluje światło, przeciągając je od źródła do użytkownika końcowego i oceniając, gdzie wchodzą w interakcje z obiektami w środowisku. Trudność polega na tym, że fale dźwiękowe są na ogół znacznie większe niż fale świetlne, sięgają nawet dziesięciu metrów lub więcej, podczas gdy długość fali światła jest mierzona w nanometrach, więc modelowanie ich jako promieni nieuchronnie spowoduje niedokładności. Z pewnością jest to jednak możliwe i byłoby bardziej wydajne obliczeniowo niż większość rozwiązań alternatywnych.

Narracja sprzętowa

Ray tracing w Metro Exodus; włączona na prawym obrazku, jest najbardziej widoczna w odbiciach na śniegu i wodzie

Prawdopodobnie po raz pierwszy usłyszałeś o ray tracingu (pomimo tego, że od lat widujesz go na ekranie w filmach), kiedy Nvidia zaczęła reklamować możliwości ray tracingu swoich kart z serii RTX 20. Nvidia zrobiła mnóstwo szumu na temat tego, w jaki sposób jej rdzenie RT umożliwią nowej generacji procesorów graficznych wprowadzenie niesamowitego ray tracingu w czasie rzeczywistym do gier wideo po raz pierwszy. W dużej mierze był to chwyt mający na celu usprawiedliwienie wyjątkowo wysokich cen nowych kart, ale nie był to tylko marketingowy szum – stanowiło to całkiem niesamowite, niesamowite osiągnięcie techniczne, pozwalające na nowoczesne komputery do gier zrobić w czasie rzeczywistym to, co zajęło tym hollywoodzkim studiom kilka rzędów wielkości dłużej.

Odbiór tych 20-serii kart był mieszany, a sprzedaż była niska, ale co być może ważniejsze, dominacja Nvidii w narracji „ray tracingu w grach” zaczęła spadać. Pojawiło się wiele przeszkód, z których pierwszą i najważniejszą jest to, że obecnie niewiele gier obsługuje ray tracing i to, że nawet w tych tytułach nie ma to rażącego, natychmiast zauważalnego wpływu na grafikę i prezentację. Nie jest to oczywiście wielką niespodzianką – większość nowych technologii graficznych, takich jak niedawny renesans HDR, wymaga trochę czasu, zanim zostaną poprawnie wdrożone i zaimplementowane, ale wygląda na to, że Nvidia nieco za bardzo wyprzedziła krzywej i w międzyczasie zaczął tracić przewagę w ray tracingu.

Najpierw pojawiła się wiadomość, że karty RTX nie są potrzebne do ray tracingu, o czym świadczy m.in Demo CryEngine . Następnie sama Nvidia ogłosiła, że ​​rozszerza linię GTX z technologią Turing, ale bez dedykowanego sprzętu do ray tracingu, i w końcu wprowadza obsługa ray tracingu na kartach GTX poprzez aktualizację sterownika. A teraz krążą plotki, że AMD wkrótce zacznie wprowadzać własne karty dedykowana obsługa ray tracingu które mogą dorównać lub przewyższyć linię RTX pod względem wydajności. Ponieważ AMD podobno współpracuje zarówno z Sony, jak i Microsoft nad następną generacją konsol (prawdopodobnie dostarczając dyskretne, niestandardowe wersje ich architektury Navi), słowo, że chipy AMD wkrótce będą zawierać dedykowany sprzęt do obsługi ray tracingu, oznacza, że ​​następna generacja konsol prawdopodobnie również skakać na modę RT.

Oświetlając drogę do przodu

Śledzenie promieni w silniku Northlight firmy Remedy

Wszystko to nie jest dobrą wiadomością dla Nvidii, przynajmniej na krótką metę, ale świetną wiadomością dla entuzjastów ray tracingu. Szersze wsparcie sprzętowe oznacza, że ​​praca nad wbudowaniem technologii ray tracingu do gier będzie wyglądać znacznie bardziej atrakcyjnie dla programistów, ponieważ będzie publiczność, która będzie mogła docenić wyniki. Nawet w przypadku Nvidii, w miarę jak ray tracing staje się coraz bardziej wszechobecny, sprzedaż sprzętu RTX stanie się bardziej wszechobecna, zwłaszcza jeśli firma jest w stanie skompresować ceny, aby przyspieszyć sprzedaż w głównym nurcie.

To także dobra wiadomość dla ogółu graczy. Ray tracing może nie robi teraz ogromnych fal w sensie praktycznym, w dużej mierze dlatego, że obecne wsparcie wydaje się nieco pospieszne lub doczepione, ale ponieważ widzimy gry budowane od skoku z myślą o wsparciu ray tracingu, końcowe produkty zaczną wyglądać o wiele bardziej imponujące. W niezliczonych demonstracjach, najpierw od Nvidii, a teraz od CryEngine i Unity (silnik gier, który ostatnio zawierał narzędzia do ray tracingu), widzieliśmy potencjał ray tracingu i, jeśli jest właściwie zaimplementowany, jest tak oszałamiający, jak chciałby tego marketing.

Wniosek jest taki, że ray tracing jest bardziej HDR niż 3D. To nie jest sztuczna, błyskotliwa technologia, która nie zdobędzie przyczółka i nie wyjdzie z rozmowy w niecały rok. To naprawdę ważna część przyszłości gier, zapewniająca, że ​​następna generacja gier będzie wyglądać bliżej rzeczywistości niż kiedykolwiek wcześniej, a możliwość dostarczania jej w czasie rzeczywistym to naprawdę oszałamiająca innowacja. Jest to nieuniknione, a głównym pytaniem dotyczącym ray tracingu jest mniej „jeśli” niż „kiedy”.