Çfarë është Ray Tracing?

Që nga shpallja e vitit 2018 nga Nvidia për kartat e saj grafike RTX të serive 20, veçoria e saj vrasëse, "gjurmimi i rrezeve" ka qenë një term popullor në qarqet e lojërave video. Por mund të jetë e vështirë të kuptosh se çfarë është gjurmimi i rrezeve, si funksionon dhe pse duket më mirë se teknikat e mëparshme.

Çfarë është gjurmimi i rrezeve dhe si funksionon?

Në botën reale, kur shihni diçka, ajo që po shihni është një foton nga një burim drite. Në rrugën e tij drejt jush, ai foton mund të jetë reflektuar nga një ose më shumë sipërfaqe. Çdo reflektim ndryshon karakteristikat e dritës që arrin në sytë tuaj.

Dielli lëshon një gamë të gjerë ngjyrash drite, secila sipërfaqe thith një pjesë të dritës dhe reflekton të tjerat. Ajo që ne e shohim si një sipërfaqe të gjelbër, si një gjethe, duket kështu sepse reflekton kryesisht dritën jeshile. Nëse drita që reflekton nga fleta godet një sipërfaqe tjetër, si një mur i bardhë, atëherë ajo sipërfaqe do të duket pak më ndryshe se sa do të ishte nëse do të ishte një dritë e bardhë e pastër që shkëlqente mbi të. Çdo reflektim ndikon në çdo sipërfaqe të ardhshme me të cilën ndërvepron drita, duke ndryshuar intensitetin e saj dhe ngjyrën e dukshme.

Gjurmimi i rrezeve është një teknikë grafike që ndjek të njëjtat parime. Rrezet e dritës projektohen, vetitë e dritës së reflektuar dhe të përthyer, si ngjyra janë llogaritur, dhe rrezja vazhdon të udhëtojë.

Në botën reale çdo burim drite, si një llambë ose Dielli, lëshon fotone në të gjitha drejtimet, shumica dërrmuese e të cilave nuk arrijnë kurrë në sytë tuaj. Simulimi i këtij do të ishte një proces jashtëzakonisht intensiv që prodhon një rezultat kryesisht të humbur. Për të zvogëluar ngarkesën e punës, gjurmimi i rrezeve funksionon në të kundërt, duke projektuar rrezet nga kamera. Çdo rreze lejohet të përshkojë një distancë të caktuar pa reflektim ose të reflektojë një numër të caktuar herë përpara se të kryhen llogaritjet dhe të vendoset vlera e pikselit.

Për shembull, një rreze hidhet nga këndvështrimi i shikuesit, kur godet një mur të bardhë, një algoritëm gjeneron në mënyrë rekursive një rreze të reflektuar e cila më pas udhëton nëpër një xhami blu, më në fund, rrezja e reflektuar godet një burim drite të bardhë dhe përthithet. Xhami blu thith të gjithë dritën, përveç blusë, e cila hedh një dritë blu në mur, duke rezultuar në ngjyrën blu të pikselit.

Pse Ray Tracing duket shumë më mirë?

Metoda standarde e paraqitjes së skenave në kohë reale përfshin përdorimin e hartave të dritës të parallogaritura dhe ndriçimit të gjithë skenës. Disa lojëra përdorin ndriçim të kufizuar vëllimor për të përfshirë burimet lëvizëse të dritës dhe për të lejuar hije dinamike, kjo teknikë përdoret me masë, megjithëse është mjaft intensive për procesor.

Gjurmimi i rrezeve mund të arrijë një rezultat fotorealist nëse bëhet një punë shtesë në fazën e projektimit të lojës. Nëse të gjitha sipërfaqet përfshijnë detaje të tilla si reflektimi, transparenca dhe mënyra se si drita do të thyhet përmes tyre, rezultati i përgjithshëm mund të duket më i natyrshëm. Ndërsa kjo qasje përfshin padyshim më shumë punë në fazën e projektimit të lojës, ajo lejon që rezultati të duket fotorealist me dritën që reagon ashtu siç duhet kur reflektohet nga betoni, metali, druri dhe qelqi etj.

Gjurmimi i rrezeve lejon që reflektimet dhe hijet e sakta të hidhen si pjesë e procesit të interpretimit. në metodat tradicionale të interpretimit, të dyja këto efekte janë tërësisht opsionale dhe mund të shkaktojnë suksese të rëndësishme të performancës.

Vetë gjurmimi i rrezeve vjen me një goditje masive të performancës. Derisa kartat grafike RTX të Nvidia-s u shpallën me përshpejtim harduerik për gjurmimin e rrezeve, mendohej se fuqia e nevojshme përpunuese për të kryer gjurmimin e rrezeve në kohë reale në softuer ishte më shumë se një dekadë larg. Edhe me përshpejtimin e harduerit, gjurmimi i rrezeve ende shkakton një rënie të konsiderueshme të performancës pasi është ende pjesa më e ngadaltë e paraqitjes së një kornize.