Sledování paprsků je technika vykreslování počítačové grafiky, která vytváří obraz sledováním cesty paprsků scénou. Paprsky mohou interagovat s objekty ve scéně, odrážet se od nich a získávat vlastnosti, jako je barva.
Ray Tracing: Základy
Sledování paprsků emuluje osvětlení v reálném světě. Světlo, které vidíme, je výsledkem fotonů emitovaných ze zdrojů energie, jako je slunce. Při srážce s objekty se mohou fotony odrazit a rozptýlit. Zrcadlo je vše, co potřebujete, abyste to viděli v akci. Světlo dopadající do zrcadla vytváří odraz.
Ray tracing to simuluje. Počet vystopovaných paprsků je ve srovnání se skutečným světem, kde se přes naše zorné pole odrážejí miliony fotonů, nepatrný. Moderní hry se pohybují někde mezi jedním a čtyřmi paprsky na pixel. Přesto to stačí k simulaci skutečného světa. Sledování dráhy paprsku také umožňuje jeho interakci s herním světem. Paprsek, který se odrazí od červeného objektu, může být ovlivněn touto barvou a vrhat červenou záři poblíž. Paprsky se mohou rozptylovat různými způsoby na základě vlastností, které umělci hry dávají objektům, což umožňuje realistické semireflexní nebo drsné povrchy. Ray tracing je významným krokem vpřed pro 3D grafiku. Vytváří realistický obraz simulací dráhy paprsků při jejich pohybu ve hře. To vede k osvětlení, které může interagovat s prostředím, i když prostředí není viditelné pro hráče. Ray tracing nevyžaduje ke svému fungování účelový hardware, ale je to praktické pouze na grafické kartě nebo herní konzoli, která může zrychlit ray tracing, protože je velmi náročná.
Ray Tracing vs. Rasterization (nebo 3D grafika, jak jste ji znali)
Stále můžete být zmatení, i když tomuto vysvětlení rozumíte. Úvahy byly přítomny v minulých hrách, dokonce i v těch, které jsou nyní staré několik desítek let. Jak se liší sledování paprsku? Minulé 3D hry a nejmodernější hry používají rasterizaci. Rasterizace kombinuje prvky 3D herního světa viditelné pro hráče do 2D obrazu. Vykreslí pouze to, co by mělo být pro hráče viditelné, protože jakýkoli výkon použitý ke generování toho, co hráč nevidí, je zbytečný. To však vytváří problém. Vraťme se k příkladu zrcadla. Prostředí hráče a postava hráče nejsou hráči viditelné (přinejmenším ve hře z pohledu první osoby). S rasterizací zrcadlo nic neodráží. V moderních hrách samozřejmě existují zrcadla. Scénu vykreslují dvakrát. Jeden průchod je z pohledu hráče, zatímco jiný je z jiné perspektivy. To však zdvojnásobuje výkon potřebný k vykreslení scény. Odrazy prostoru na obrazovce, technika v populárních 3D herních enginech, využívají k zobrazení odrazu data na obrazovce. Tato technika je ideální pro reflexní povrchy pod úhlem pohledu hráče, jako je voda. Odražené objekty však zmizí, pokud se odražená položka přesune mimo obrazovku. Ray tracing nesdílí tyto problémy, protože na rozdíl od rasterizace může sledovat mimo perspektivu hráče. Ve hrách, které umožňují paprskům interakci s povrchy, může sledování paprsků zobrazit realistické barevné spadávky a semireflexní povrchy, které je obtížné zpracovat rasterizací.
Jaký hardware Ray Tracing vyžaduje?
Ray tracing není nový nápad. Počítačoví vědci experimentovali s paprskovým sledováním na začátku 80. let a vytvářeli statické obrazy s realistickým osvětlením, odrazy a stíny. Bohužel jejich vykreslení trvalo hodiny. Videohra vyžaduje sledování paprsků v reálném čase rychlostí 30 snímků za sekundu nebo vyšší. To je možné pouze u grafické karty určené k urychlení sledování paprsků. Sledování paprsků RTX společnosti Nvidia se spoléhá na křemík nazývaný Tensor Core. Tenzorová jádra se nacházejí pouze ve grafických kartách RTX. Karty Nvidia GTX mohou vykreslit hru pomocí sledování paprsku, protože, jak již bylo řečeno, sledování paprsku nevyžaduje účelový křemík. Ve srovnání s kartami RTX je však výkon propastný. A některé hry, například Minecraft s RTX ray tracingem, vyžadují grafickou kartu RTX kvůli specifickému způsobu, jakým umožňují ray ray tracing. Karty AMD, které zrychlují sledování paprsků, nemají konkrétní značku a nemají vyhrazený křemík. Místo toho pro lepší výsledky používají vylepšení hardwaru a aktualizace softwaru. Je obtížnější identifikovat karty AMD, které zrychlují sledování paprsků, proto věnujte pozornost podrobnostem. Sony PlayStation 5 a Xbox Series X a S mají grafický hardware od AMD, který může zrychlit sledování paprsků. Je však na vývojářích, aby to povolili, a mnoho her ne. Pozoruhodný příklad je Cyberpunk 2077, který při spuštění podporoval RTX ray tracing na PC, ale nepodporoval ray tracing na konzolách nové generace. Tato funkce je přislíbena pro konzoly nové generace v budoucí aktualizaci.
