Трассировка лучей – это продвинутая форма компьютерной графики, имитирующая работу света в реальной жизни. С его помощью можно создавать по-настоящему фотореалистичную компьютерную графику.
Раньше трассировка лучей применялась только в масштабных проектах компьютерной графики, таких как голливудские компьютерные фильмы. Теперь его можно найти в компьютерных играх, а вскоре и в игровых консолях следующего поколения.
Чтобы понять, почему это так волнует многих людей, нам нужно сравнить графику с трассировкой лучей с основным методом рендеринга графики, который использовался до сих пор: растеризацией.
Растеризация или трассировка лучей
Современная компьютерная графика в реальном времени выглядит потрясающе! Трудно представить, что это имеет какое-то отношение к базовой 3D-графике двадцати-тридцатилетней давности. Правда в том, что такие консоли, как Playstation 1 и нынешняя PlayStation 4, используют один и тот же базовый метод рендеринга 3D-графики и последующего вывода ее на 2D-экран.
Это называется растеризацией. «Растр» — это изображение, представленное в виде сетки пикселей, именно то, что отображается на вашем экране. Растеризация – это процесс преобразования 3D-сцены в 2D-изображение на экране.
Это необходимо сделать, потому что 3D-сцена – это, ну, 3D. Он обладает глубиной, поэтому виртуальные объекты могут перемещаться друг мимо друга и на них можно смотреть с любой точки зрения. В процессе растеризации компьютер должен выяснить, как бы выглядела эта сцена, если бы ваш экран был окном в этот трехмерный мир.
В реальной жизни сцена имеет текстуру и освещение, а также форму, глубину и размер. Поскольку для моделирования света традиционно требовалось больше мощности компьютера, чем способен любой домашний компьютер, программисты придумали трюки и ярлыки, чтобы создать что-то, что выглядит близко к реальному свету, цвету и текстуре, используя этот процесс растеризации.
Трассировка лучей с одной стороны намного проще. Вместо того, чтобы пытаться использовать длинный список трюков для создания иллюзии реального света, он имитирует реальный свет. Теперь, когда компьютеру нужно выяснить, как будет выглядеть сцена через «окно» вашего экрана, он просто запускает симуляцию трассировки лучей, и все получается.
В реальном мире лучи света, попадающие в ваш глаз, отражаются от всего, на что вы смотрите, прежде чем достичь сетчатки. Трассировка лучей позволяет достичь того же результата более эффективным способом. Он делает это, снимая с «камеры» моделируемые «лучи» света и позволяя им отражаться по виртуальной сцене, собирая по пути информацию о цвете и яркости. Ваш экран представляет собой виртуальный глаз, поэтому вы видите по-настоящему реалистичный виртуальный мир..
Используя трассировку лучей, единый метод создает объекты, отражения, тени и другие элементы сцены, которые выглядят реальными. Этот реализм возникает естественным образом в результате моделирования, никаких уловок или сокращений не требуется!
Где можно использовать трассировку лучей
Если вы хотите увидеть трассировку лучей в действии, все, что вам нужно сделать, это посмотреть любой современный фильм, в котором используется компьютерная графика. Если вы смотрите компьютерную графику, например История игрушек 4, все, что вы видите, — результат трассировки лучей.
Если вы хотите исследовать интерактивный мир с трассировкой лучей, в настоящее время в городе есть только одна игра. Серия графических процессоров Nvidia RTX, а также видеоигры и приложения, поддерживающие эту технологию. Вы можете запускать некоторые приложения трассировки лучей на оборудовании, отличном от RTX, но хорошей производительности вы не получите. Обязательно ознакомьтесь с нашей статьей о лучшие игры, демонстрирующие оборудование RTX.
Проблема в том, что оборудование RTX по-прежнему довольно дорогое. Однако следующее поколение игровых консолей имеет поддержку трассировки лучей. Это означает, что основной игровой мир может помочь превратить трассировку лучей в следующую крупную игровую технологию. И все же, если трассировку лучей так сложно реализовать в реальном времени, как эти новые графические процессоры с ней справляются?
Как достигается трассировка лучей в реальном времени?
Любой компьютер может визуализировать 3D-сцену с помощью трассировки лучей. Люди, работающие с пакетами 3D-рендеринга, делают это уже много лет. Любой современный процессор может выполнять реальные вычисления, необходимые для отслеживания пути света вокруг сцены.
Однако современные процессоры и графические процессоры не могут обрабатывать эти цифры достаточно быстро, чтобы генерировать изображение в реальном времени. Например, огромные компьютерные фермы, используемые для создания таких фильмов, как «Корпорация монстров» или «История игрушек», тратят часы на рендеринг одного кадра конечного продукта.
Напротив, современные видеоигры должны генерировать не менее тридцати кадров изображений в секунду, чтобы считаться пригодными для игры, при этом золотой стандарт в настоящее время установлен на отметке в 60 кадров в секунду.
Так как же графическим процессорам, таким как серия Nvidia RTX, удается использовать метод трассировки лучей при воспроизводимой частоте кадров? Ответ в том, что они не используют трассировку лучей для всего. По крайней мере, не в современных названиях.
Хитрость заключается в том, чтобы объединить традиционную графику с выборочной трассировкой лучей. Карты RTX оснащены специальным оборудованием для трассировки лучей, которое установлено вместе с более традиционным графическим процессором. Таким образом, трассировку лучей можно использовать для компенсации некоторых недостатков традиционного графического оборудования..
Существуют естьвидеоигры, в которые можно играть с картой RTX, в которых полностью реализована трассировка лучей. Лучший пример — Квейк II RTX. Это видеоигра, созданная несколько десятилетий назад, достаточно простая, поэтому возможна полная трассировка лучей в реальном времени. Однако когда дело доходит до применения чистой трассировки лучей в современных видеоиграх, пройдут годы, прежде чем такое оборудование станет массовым.
Отслеживает ли лучи будущее?
Короткий ответ: да, за трассировкой лучей будущее. Более длинный ответ заключается в том, что по мере того, как оборудование, обеспечивающее трассировку лучей в реальном времени, становится дешевле, мы, вероятно, увидим, что оно постепенно заменит традиционный рендеринг. Если графика с трассировкой лучей станет нормальной частью консолей нового поколения, пути назад уже не будет.
Разработчики могут смело включать в свои игры функции трассировки лучей, поскольку все популярные платформы поддерживают их. Поскольку графика с трассировкой лучей превосходна, звезды действительно сошлись воедино для появления трассировки лучей на доступном оборудовании. Это означает, что настоящий фотореализм наконец-то может быть здесь.
Еще одним важным признаком того, что трассировка лучей станет распространенным методом рендеринга, является то, как она теперь включается в общие инструменты, которые разработчики используют для создания видеоигр и других 3D-приложений. Другими словами, разработчикам больше не нужно изобретать собственные решения для трассировки лучей.
Популярные графические движки, такие как Unreal Engine 4 или Frostbite, теперь включают поддержку трассировки лучей с аппаратным ускорением RTX. Это повышает вероятность того, что разработчики включат его в качестве опции в свои игры.
Стоит ли вам сейчас покупать трассировку лучей?
На момент написания статьи мы все еще находимся на первом поколении оборудования трассировки лучей. Хотя цены снизились, производительность все еще довольно посредственная. Если вы заядлый и ранний пользователь, то трассировка лучей на ПК может вам понравиться.
Если вы не готовы тратить сотни или тысячи долларов в качестве первопроходца, лучше инвестировать в следующее поколение массовых консолей, которые обещают использовать эту технологию, или дождаться преемника серии RTX 20. карты.
.