Dacă în ultimul timp ați preluat chiar și cele mai mici știri despre jocuri și noutăți grafice, atunci ați auzit cea mai recentă și mai grozavă eroare: urmărirea razelor. S-ar putea să fi auzit și un cuvânt cu sunete similare numit urmărire a traseului. Și ați putea fi iertat în totalitate pentru că nu ați înțeles pe deplin care este unul dintre procesele. puterea de calcul. Pe YouTube există un videoclip Mininecraft care demonstrează aspectele particulare ale raytracing-ului într-un mod clar, dar ilustrează, de asemenea, stresul pe care îl provoacă un sistem.
Dacă aceasta este singura explicație de care aveți nevoie, minunat! Dar dacă doriți să săpați în profunzime și să aflați cum funcționează fiecare tehnică și pentru că firmele de echipamente hardware GPU percep o mică avere pentru carduri cu detectare de raze, citiți mai departe.
Rasterization and Computer Graphics
Orice imagine pe care o vedeți afișată pe ecranul computerului nu a pornit ca imagine. Începe fie ca o imagine raster sau ca o imagine vectorială. O imagine raster este compusă dintr-o colecție de pixeli umbrați.
O imagine vectorială se bazează pe formule matematice care înseamnă că imaginea poate fi mărită ca mărime aproape la nesfârșit. Dezavantajul imaginilor vectoriale este că detaliile mai precise sunt dificil de realizat. Imaginile vectoriale sunt utilizate cel mai bine atunci când sunt necesare doar câteva culori.
Principalul punct forte al rasterizării este viteza sa, în special în comparație cu tehnici precum urmărirea razelor. GPU, unitatea de procesare orgrafică, va spune jocului să creeze o imagine 3D din forme mici, cel mai adesea triunghiuri. Aceste triunghiuri sunt transformate în pixeli individuali și apoi trecuți printr-un shader pentru a crea imaginea pe care o vedeți pe ecran.
Rasterizarea a fost opțiunea de acces la graficele de joc video pentru o lungă perioadă de timp, datorită cât de rapid poate fi procesată, dar tehnologia actuală butas începe să se opună limitelor sale, sunt necesare tehnici mai avansate pentru a trece la următorul. nivel. Acolo intervine raytracing-ul.
Urmărirea razei pare mult mai realistă decât o mult mai realistă, după cum ilustrează imaginea de mai jos. Uită-te la reflecțiile de pe oala și lingura.
Ce este urmărirea razelor?
La nivel de suprafață, urmărirea razei este un anumir termen care înseamnă totul, de la o singură intersecție de obiecte de lumină până la fotorealism complet. În contextul cel mai obișnuit folosit astăzi, însă, urmărirea razei se referă la o tehnică de redare care urmează un fascicul de lumină (în pixeli) dintr-un punct stabilit și simulează modul în care reacționează atunci când contează obiectele.
Luați un moment și uită-te la peretele camerei în care te afli. Există o sursă de lumină pe perete sau este reflectată lumina din peretele unei alte surse? Graficele urmărite de Ray ar începe de la ochiul tău și ar putea urmări linia vizuală către perete, apoi ar urma calea luminii dinzidul înapoi la sursa de lumină.
Diagrama de mai sus ilustrează cum thisworks. Motivul „ochilor” simulați (camera din această diagramă) este diminuarea încărcării pe GPU.
De ce? Ei bine, urmărirea razelor nu este complet nouă. De fapt, este de ceva vreme. Pixar folosește tehnici de urmărire a razei pentru a crea multe dintre filmele sale, dar grafică cadru-cadru de înaltă fidelitate la rezoluțiile pe care Pixar le atinge.
Mult timpde timp. Unele cadre din Universitatea Monștrilorau durat 29 de ore raportate fiecare. Toy Story 3a luat în medie 7 ore pe cadru, unele cadre având 39 de ore conform unei povești din 2010 din Wired.
Deoarece filmul ilustrează reflectarea luminii de pe fiecare suprafață pentru a crea stilul grafic pe care toată lumea l-a cunoscut și îl iubește, sarcina de muncă este aproape de neimaginat. Limitând tehnicile de urmărire a razelor la ceea ce poate vedea ochiul, jocurile pot utiliza tehnica fără a face procesorul grafic să se deruleze (literal).
Aruncați o privire la imaginea de mai jos.
Aceasta nu este o fotografie, în ciuda cât de real arată. Este o imagine urmată de raze. Încercați să vă imaginați câtă putere este necesară pentru a crea o imagine care arată așa. O rază poate fi urmărită și procesată fără prea multe probleme, dar ce se întâmplă atunci când acea rază răspunde de un obiect?
O singură rază se poate transforma în 10 raze, iar cele 10 se pot transforma în 100 și așa mai departe. Creșterea este exponențială. După un moment, săriturile și reflecțiile dincolo de afișarea terțiară și cuaternară diminuează randamentele. Cu alte cuvinte, ele necesită mult mai multă putere pentru calcul și afișare decât valorează. De dragul de a reda o imagine, trebuie să se stabilească undeva o limită.
Acum imaginați-vă că că de 30 până la 60 de ori persecond. Aceasta este cantitatea de putere necesară pentru a utiliza tehnici de urmărire a razelor. Cu siguranță este impresionant, nu?
Atingibilitatea plăcilor grafice capabile de urmărirea razei va crește odată cu trecerea timpului și, în cele din urmă, această tehnică va fi la fel de ușor disponibilă ca și grafica 3D. Deocamdată, însă, urmărirea razei este considerată de vârful graficii computerizate. Deci, cum intră traseul de traseu?
Ce este urmărirea căii?
Urmărirea traseului este un tip de urmărire a razei. Se încadrează sub acea umbrelă, dar unde urmărirea razei a fost inițial teoretizată în1968, urmărirea căilor nu a venit pe scena până în 1986 (iar rezultatele nu au fost la fel de dramatice ca cele de acum.)
Rețineți creșterea exponențială a razelor menționate. mai devreme? Urmărirea căii oferă o soluție pentru asta. Când folosiți traseul pentru redare, razele produc doar o singură rază pe saritura. Raydo nu urmărește o linie setată pe respingere, ci mai degrabă trage într-o direcție aleatorie.
Algoritmul de urmărire a căilor ia apoi o prelevare de arandom a tuturor razelor pentru a crea imaginea finală. Acest lucru duce la eșantionarea unei varietăți de diferite tipuri de iluminat, dar mai ales iluminare globală.
Un lucru interesant despre urmărirea căilor este că efectul poate fi emulat prin folosirea umbrelor. Un emulator umbrit apărut recent pentru un emulator Nintendo Switch care le-a permis jucătorilor să emită o cale de iluminare globală în titluri precum The Legend of Zelda: Breath of the Wildși Super Mario Odyssey.În timp ce efectele arată frumos, nu sunt atât de complete ca urmărirea adevărată a căilor.
Urmărirea căilor este doar una forma de rasă. În timp ce a fost salutată drept cea mai bună modalitate de a reda imagini, urmărirea traseelor cu propriile sale defecte.
Dar, în final, atât urmărirea căilor, cât și urmărirea razelor au ca rezultat imagini absolut frumoase. În momentul în care hardware-ul de pe mașinile de înaltă calitate a consumatorului a ajuns la un punct în care este posibilă urmărirea razei în timp real în jocurile video, industria este în măsură să facă o descoperire aproape la fel de impresionantă ca pasul de la graficul 2D la 3D.
Cu toate acestea, va mai rămâne ceva timp, cel puțin câțiva ani, până când hardware-ul necesar va fi considerat „accesibil”. De acum, chiar și plăcile grafice necesare costă mult peste 1.000 de dolari.