Шта је праћење зрака?

Од када је Нвидиа 2018. објавила своје РТКС графичке картице серије 20, њена убилачка карактеристика, „праћење зрака“ је популаран термин у круговима видео игрица. Али може бити тешко разумети шта је праћење зрака, како функционише и зашто изгледа боље од претходних техника.

Шта је праћење зрака и како функционише?

У стварном свету када видите нешто, оно што видите је фотон из извора светлости. На путу до вас, тај фотон се можда рефлектовао од једне или више површина. Сваки одраз мења карактеристике светлости која допире до ваших очију.

Сунце емитује широк спектар боја светлости, свака површина апсорбује неку светлост и рефлектује другу. Оно што видимо као зелену површину, као што је лист, тако изгледа јер рефлектује углавном зелено светло. Ако светлост која се рефлектује од листа удари у другу површину, као што је бели зид, тада ће та површина изгледати мало другачије него да је чисто бело светло које сија на њу. Сваки одраз утиче на сваку будућу површину са којом светлост ступа у интеракцију, мењајући њен интензитет и видљиву боју.

Праћење зрака је графичка техника која прати исте принципе. Зраци светлости се пројектују, израчунавају се својства рефлектоване и преломљене светлости, као што је боја, и зрак наставља да путује.

У стварном свету сваки извор светлости, као што је сијалица или Сунце, емитује фотоне у свим правцима, од којих велика већина никада не допире до ваших очију. Симулација овога би била сулудо интензиван процес који производи углавном изгубљен резултат. Да би се смањио оптерећење, праћење зрака ради обрнуто, пројектујући зраке из камере. Сваком зраку је дозвољено да пређе одређену удаљеност без рефлексије или да се рефлектује одређени број пута пре него што се изведу прорачуни и постави вредност пиксела.

На пример, зрак се баца из перспективе посматрача, када удари у бели зид, алгоритам рекурзивно генерише рефлектовани зрак који затим путује кроз плаво стакло, на крају, рефлектовани зрак погађа извор беле светлости и апсорбује се. Плаво стакло апсорбује сву светлост осим плаве која баца плаво светло на зид, што доводи до тога да је пиксел обојен плавом бојом.

Зашто праћење зрака изгледа много боље?

Стандардни метод приказивања сцена у реалном времену укључује коришћење унапред израчунатих светлосних мапа и осветљења целе сцене. Неке игре користе ограничено волуметријско осветљење како би укључиле покретне изворе светлости и омогућиле динамичке сенке, ова техника се користи штедљиво, иако је прилично интензивна за процесор.

Праћење зрака може постићи фотореалистичан резултат ако се уради додатни посао у фази дизајна игре. Ако све површине укључују детаље као што су рефлективност, транспарентност и начин на који ће се светлост преламати кроз њих, укупан резултат може изгледати природније. Иако овај приступ очигледно укључује више посла у фази дизајна игре, он омогућава да резултат изгледа фотореалистично са светлошћу која реагује онако како би требало када се рефлектује од бетона, метала, дрвета, стакла итд.

Праћење зрака омогућава прецизне рефлексије и сенке као део процеса рендеровања. у традиционалним методама рендеровања, оба ова ефекта су потпуно опциона и могу изазвати значајне резултате у перформансама.

Само праћење зрака долази са огромним перформансама. Све док Нвидијине РТКС графичке картице нису најављене са хардверским убрзањем за праћење зрака, сматрало се да је неопходна процесорска снага за обављање праћења зрака у реалном времену у софтверу удаљена више од једне деценије. Чак и са хардверским убрзањем, праћење зрака и даље узрокује значајно смањење перформанси јер је и даље најспорији део рендеровања оквира.