Mi az a Ray Tracing?

Amióta az Nvidia 2018-ban bejelentette 20-as sorozatú RTX grafikus kártyáit, gyilkos funkciója, a „ray tracing” népszerű kifejezés a videojátékos körökben. De nehéz lehet megérteni, mi az a sugárkövetés, hogyan működik, és miért néz ki jobban, mint a korábbi technikák.

Mi az a sugárkövetés és hogyan működik?

A való világban, amikor látsz valamit, amit látsz, az egy fényforrásból származó foton. Útközben hozzád ez a foton egy vagy több felületről visszaverődhetett. Minden egyes visszaverődés megváltoztatja a szemet érő fény jellemzőit.

A nap a fény színeinek széles skáláját bocsátja ki, mindegyik felület elnyeli a fény egy részét, másokat pedig visszaver. Amit zöld felületnek, például levélnek látunk, az azért jelenik meg, mert többnyire zöld fényt ver vissza. Ha a levélről visszaverődő fény egy másik felületet, például fehér falat ér, akkor az a felület kissé másképp fog kinézni, mint ha tiszta fehér fény világítana rá. Minden visszaverődés hatással van minden jövőbeli felületre, amellyel a fény kölcsönhatásba lép, megváltoztatva annak intenzitását és a látható színt.

A sugárkövetés egy grafikus technika, amely ugyanazokat az elveket követi. Fénysugarakat vetítenek ki, kiszámítják a visszavert és megtört fény tulajdonságait, például színét, és a sugár tovább halad.

A való világban minden fényforrás, például egy villanykörte vagy a Nap, minden irányban fotonokat bocsát ki, amelyek túlnyomó része soha nem éri el a szemét. Ennek szimulálása őrülten intenzív folyamat lenne, amely többnyire kárba veszett eredményt hoz. A munkaterhelés csökkentése érdekében a sugárkövetés fordítottan működik, és sugarakat vetít ki a kamerából. A számítások elvégzése és a pixelérték beállítása előtt minden sugár megtehet egy bizonyos távolságot visszaverődés nélkül, vagy bizonyos számú alkalommal visszaverődik.

Például egy sugár a néző szemszögéből vetődik ki, amikor egy fehér falba ütközik, egy algoritmus rekurzív módon visszavert sugarat generál, amely azután áthalad egy kék üvegtáblán, végül a visszavert sugár egy fehér fényforrásba ütközik és elnyelődik. A kék üveg az összes fényt elnyeli, kivéve a kék fényt, amely kék fényt vet a falra, aminek eredményeként a képpont kék színű lesz.

Miért néz ki sokkal jobban a Ray Tracing?

A jelenetek valós idejű megjelenítésének standard módszere előre kiszámított fénytérképek és teljes jelenet megvilágítása. Egyes játékok korlátozott térfogatú megvilágítást használnak mozgó fényforrások és dinamikus árnyékok lehetővé tétele érdekében, ezt a technikát azonban takarékosan használják, mivel meglehetősen processzorigényes.

A sugárkövetés fotorealisztikus eredményt érhet el, ha a játék tervezési szakaszában további munkát végeznek. Ha minden felület tartalmaz olyan részleteket, mint a fényvisszaverő képesség, az átlátszóság és a fény áttörése rajtuk, az általános eredmény természetesebbnek tűnhet. Bár ez a megközelítés nyilvánvalóan több munkát igényel a játék tervezési szakaszában, lehetővé teszi, hogy az eredmény fotorealisztikusnak tűnjön, és a fény úgy reagál, ahogy kellene, amikor visszaverődik betonról, fémről, fáról, üvegről stb.

A sugárkövetés lehetővé teszi a pontos tükröződések és árnyékok vetését a renderelési folyamat részeként. a hagyományos renderelési módszerekben mindkét hatás teljesen opcionális, és jelentős teljesítménybeli ütéseket okozhat.

Maga a sugárkövetés hatalmas teljesítményt nyújt. Amíg az Nvidia RTX grafikus kártyáit be nem jelentették hardveres gyorsítással a sugárkövetéshez, úgy gondolták, hogy a szoftverben való, valós idejű sugárkövetés végrehajtásához szükséges feldolgozási teljesítmény még több mint egy évtizedre van hátra. A sugárkövetés még hardveres gyorsítás mellett is jelentős teljesítménycsökkenést okoz, mivel még mindig ez a leglassabb része a keret renderelésének.