Τι είναι το ray tracing και πώς θα αλλάξει τα παιχνίδια;

Το Ray Tracing είναι μια τεχνική φωτισμού που φέρνει ένα επιπλέον επίπεδο ρεαλισμού στα παιχνίδια. Μιμείται τον τρόπο με τον οποίο το φως αντανακλάται και διαθλάται στον πραγματικό κόσμο, παρέχοντας ένα πιο πιστευτό περιβάλλον από αυτό που συνήθως παρατηρείται χρησιμοποιώντας στατικό φωτισμό σε πιο παραδοσιακά παιχνίδια. Αλλά τι ακριβώς είναι η ανίχνευση ακτίνων; Και το πιο σημαντικό, πώς λειτουργεί;

Μια καλή κάρτα γραφικών μπορεί να χρησιμοποιήσει ανίχνευση ακτίνων για να βελτιώσει την εμβάπτιση, αλλά δεν μπορούν όλες οι GPU να χειριστούν αυτήν την τεχνική. Διαβάστε παρακάτω για να αποφασίσετε εάν η ανίχνευση ακτίνων είναι απαραίτητη για την εμπειρία παιχνιδιού σας και αν δικαιολογεί να ξοδέψετε εκατοντάδες σε μια αναβαθμισμένη GPU.

Εικονικά φωτόνια

Για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί το επαναστατικό σύστημα φωτισμού της ανίχνευσης ακτίνων, πρέπει να κάνουμε ένα βήμα πίσω και κατανοήστε πώς τα παιχνίδια απέδιδαν προηγουμένως φως, καθώς και τι πρέπει να γίνει μίμηση για ένα φωτορεαλιστικό εμπειρία.

Παιχνίδια χωρίς ανίχνευση ακτίνων βασίζονται σε στατικό φωτισμό «ψημένο». Οι προγραμματιστές τοποθετούν τις πηγές φωτός σε ένα περιβάλλον που εκπέμπει φως ομοιόμορφα σε κάθε δεδομένη προβολή. Επιπλέον, τα εικονικά μοντέλα όπως τα NPC και τα αντικείμενα δεν περιέχουν καμία πληροφορία για οποιοδήποτε άλλο μοντέλο, απαιτώντας από την GPU να υπολογίζει τη συμπεριφορά φωτός κατά τη διαδικασία απόδοσης. Οι υφές της επιφάνειας μπορούν να αντανακλούν το φως για να μιμηθούν τη γυαλάδα, αλλά μόνο το φως που εκπέμπεται από μια στατική πηγή. Πάρτε τη σύγκριση του αντανακλάσεις σε GTA Vπαρακάτω ως παράδειγμα.

Συνολικά, η εξέλιξη της GPU βοήθησε αυτή τη διαδικασία να γίνει πιο ρεαλιστική στην εμφάνιση με τα χρόνια, αλλά τα παιχνίδια εξακολουθούν να μην είναι φωτορεαλιστικά όσον αφορά τις αντανακλάσεις του πραγματικού κόσμου, τις διαθλάσεις και γενικά φωτισμός. Για να το πετύχει αυτό, η GPU χρειάζεται την ικανότητα να ανιχνεύει εικονικές ακτίνες φωτός.

Στον πραγματικό κόσμο, το ορατό φως είναι ένα μικρό μέρος της οικογένειας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι. Περιέχει φωτόνια που συμπεριφέρονται και ως σωματίδιο και ως κύμα. Τα φωτόνια δεν έχουν πραγματικό μέγεθος ή σχήμα — μπορούν μόνο να δημιουργηθούν ή να καταστραφούν.

Τούτου λεχθέντος, το φως θα μπορούσε να αναγνωριστεί ως ένα ρεύμα φωτονίων. Όσο περισσότερα φωτόνια έχετε, τόσο πιο φωτεινό είναι το αντιληπτό φως. Η ανάκλαση συμβαίνει όταν τα φωτόνια αναπηδούν από μια επιφάνεια. Η διάθλαση συμβαίνει όταν τα φωτόνια - τα οποία ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή - περνούν μέσα από μια διαφανή ουσία και η γραμμή ανακατευθύνεται ή "λυγίζει". Τα κατεστραμμένα φωτόνια μπορούν να γίνουν αντιληπτά ως «απορροφημένα».

Η ανίχνευση ακτίνων στα παιχνίδια προσπαθεί να μιμηθεί τον τρόπο που λειτουργεί το φως στον πραγματικό κόσμο. Ανιχνεύει τη διαδρομή του προσομοιωμένου φωτός παρακολουθώντας εκατομμύρια εικονικά φωτόνια. Όσο πιο φωτεινό είναι το φως, τόσο περισσότερα εικονικά φωτόνια πρέπει να υπολογίσει η GPU και τόσο περισσότερες επιφάνειες θα ανακλά, θα διαθλάται και θα διασκορπίζεται από και προς τα έξω.

Η διαδικασία δεν είναι κάτι καινούργιο. Το CGI έχει χρησιμοποιήσει την ανίχνευση ακτίνων για δεκαετίες, αν και η διαδικασία απαιτούσε φάρμες υπολογιστών στις πρώτες μέρες για τη δημιουργία μιας πλήρους ταινίας, δεδομένου ότι ένα μεμονωμένο καρέ θα μπορούσε να διαρκέσει ώρες ή και μέρες για να αποδοθεί. Τώρα, οι οικικοί υπολογιστές μπορούν να μιμηθούν γραφικά με ακτινοβολία σε πραγματικό χρόνο, αξιοποιώντας την επιτάχυνση υλικού και έξυπνα κόλπα φωτισμού για να περιορίσουν τον αριθμό των ακτίνων σε έναν διαχειρίσιμο αριθμό.

Εδώ είναι το πραγματικό που ανοίγει τα μάτια: Όπως κάθε ταινία ή τηλεοπτική εκπομπή, οι σκηνές σε κινούμενα σχέδια CGI συνήθως «γυρίζονται» χρησιμοποιώντας διαφορετικές γωνίες. Για κάθε καρέ, μπορείτε να μετακινήσετε μια κάμερα για να καταγράψετε τη δράση, να κάνετε μεγέθυνση, σμίκρυνση ή μετατόπιση μιας ολόκληρης περιοχής. Και όπως τα κινούμενα σχέδια, πρέπει να χειρίζεστε τα πάντα σε βάση καρέ-καρέ για να μιμηθείτε την κίνηση. Συνδυάστε όλα τα πλάνα μαζί και θα έχετε μια ρέουσα ιστορία.

Στα παιχνίδια, ελέγχετε μια μόνο κάμερα που είναι πάντα σε κίνηση και αλλάζει πάντα την οπτική γωνία, ειδικά σε παιχνίδια με γρήγορο ρυθμό. Τόσο στα παιχνίδια CGI όσο και σε παιχνίδια με ανίχνευση ακτίνων, η GPU όχι μόνο πρέπει να υπολογίζει πώς το φως αντανακλάται και διαθλάται σε κάθε δεδομένη σκηνή, αλλά πρέπει επίσης να υπολογίζει πώς καταγράφεται από τον φακό - την άποψή σας. Για παιχνίδια, αυτός είναι ένας τεράστιος όγκος υπολογιστικής εργασίας για έναν μόνο υπολογιστή ή κονσόλα.

Δυστυχώς, εξακολουθούμε να μην έχουμε υπολογιστές σε επίπεδο καταναλωτή που να μπορούν να αποδώσουν πραγματικά γραφικά με ανίχνευση ακτίνων σε υψηλούς ρυθμούς καρέ. Αντίθετα, έχουμε τώρα υλικό που μπορεί να εξαπατήσει αποτελεσματικά.

Ας γίνουμε αληθινοί

Η θεμελιώδης ομοιότητα του Ray Tracing με την πραγματική ζωή το καθιστά μια εξαιρετικά ρεαλιστική τεχνική τρισδιάστατης απόδοσης, ακόμη και κάνοντας μπλοκ παιχνίδια όπως Minecraft φαίνονται σχεδόν φωτορεαλιστικά στις κατάλληλες συνθήκες. Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα: Είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσομοιωθεί. Η αναδημιουργία του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί το φως στον πραγματικό κόσμο είναι πολύπλοκη και απαιτεί πόρους, απαιτώντας μάζες υπολογιστικής ισχύος.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι υπάρχουσες επιλογές ανίχνευσης ακτίνων σε παιχνίδια, όπως η ανίχνευση ακτίνων που βασίζεται σε RTX της Nvidia, δεν είναι αληθινές. Δεν είναι αληθινή ανίχνευση ακτίνων, όπου κάθε σημείο φωτός προσομοιώνεται. Αντίθετα, η GPU «απατάει» χρησιμοποιώντας πολλές έξυπνες προσεγγίσεις για να προσφέρει κάτι κοντά στο ίδιο οπτικό αποτέλεσμα, αλλά χωρίς να επιβαρύνει το υλικό.

Τα περισσότερα παιχνίδια ανίχνευσης ακτίνων χρησιμοποιούν τώρα έναν συνδυασμό παραδοσιακών τεχνικών φωτισμού, που συνήθως ονομάζονται ραστεροποίηση, και ανίχνευσης ακτίνων σε συγκεκριμένες επιφάνειες, όπως ανακλαστικές λακκούβες και μεταλλοτεχνία. Πεδίο μάχης V είναι ένα μεγάλο παράδειγμα αυτού. Βλέπετε την αντανάκλαση των στρατευμάτων στο νερό, την αντανάκλαση του εδάφους στα αεροπλάνα και την αντανάκλαση των εκρήξεων στο χρώμα ενός αυτοκινήτου. Είναι δυνατό να εμφανιστούν αντανακλάσεις σε σύγχρονους 3D κινητήρες, αλλά όχι στο επίπεδο της λεπτομέρειας που εμφανίζεται σε παιχνίδια όπως Πεδίο μάχης V όταν είναι ενεργοποιημένη η ανίχνευση ακτίνων.

Η ανίχνευση ακτίνων μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί για τις σκιές για να τις κάνει πιο δυναμικές και ρεαλιστικές. Θα δείτε ότι είχε μεγάλη επίδραση στο Shadow of the Tomb Raider.

Ο φωτισμός με ακτινοβολία μπορεί να δημιουργήσει πολύ πιο ρεαλιστικές σκιές σε σκοτεινές και φωτεινές σκηνές, με πιο απαλές άκρες και μεγαλύτερη ευκρίνεια. Η επίτευξη αυτής της εμφάνισης χωρίς ανίχνευση ακτίνων είναι εξαιρετικά δύσκολη. Οι προγραμματιστές μπορούν να το παραποιήσουν μόνο με προσεκτική, ελεγχόμενη χρήση προκαθορισμένων, στατικών πηγών φωτός. Η τοποθέτηση όλων αυτών των «φώτων σκηνής» χρειάζεται πολύ χρόνου και προσπάθειας — και ακόμη και τότε, το αποτέλεσμα δεν είναι σωστό.

Μερικά παιχνίδια χρησιμοποιούν ολόκληρο το γουρουνάκι και χρησιμοποιούν ανίχνευση ακτίνων για σφαιρικό φωτισμό, ανιχνεύοντας αποτελεσματικά μια ολόκληρη σκηνή. Αλλά αυτή είναι η πιο ακριβή υπολογιστικά επιλογή και χρειάζεται την πιο ισχυρή από τις σύγχρονες κάρτες γραφικών για να λειτουργήσει αποτελεσματικά. Μετρό Έξοδος χρησιμοποιεί αυτή την τεχνική, αν και η υλοποίηση δεν είναι τέλεια.

Εξαιτίας αυτού, είναι δημοφιλή τα ημίμετρα, όπως μόνο οι σκιές ανίχνευσης ακτίνων ή οι ανακλαστικές επιφάνειες. Άλλα παιχνίδια αξιοποιούν τις τεχνολογίες της Nvidia, όπως η αποθορυβοποίηση και Deep Learning Super Sampling για τη βελτίωση της απόδοσης και την κάλυψη ορισμένων από τους οπτικούς λόξυγκας που προκύπτουν από την απόδοση λιγότερων ακτίνων από ό, τι θα ήταν απαραίτητο για τη δημιουργία μιας σκηνής πραγματικά ιχνηλάτησης ακτίνων. Αυτά εξακολουθούν να είναι δεσμευμένα για στιγμιότυπα οθόνης και ταινίες που έχουν προ-απόδοση, όπου οι διακομιστές υψηλής ισχύος μπορούν να περνούν μέρες για απόδοση μεμονωμένων καρέ.

Το υλικό πίσω από τις ακτίνες

Για να χειριστούν ακόμη και αυτές τις σχετικά μέτριες εφαρμογές ανίχνευσης ακτίνων, οι κάρτες γραφικών της σειράς RTX 20 της Nvidia εισήγαγαν υλικό ειδικά κατασκευασμένο για ανίχνευση ακτίνων.

Τώρα, όλες οι κάρτες RTX υποστηρίζουν ανίχνευση ακτίνων και οι πιο πρόσφατες GPU της σειράς RTX 40 έχουν έναν ακόμη τρόπο να εξαπατήσουν την απόδοση. SER ή Αναδιάταξη εκτέλεσης Shader, είναι διαθέσιμο στο RTX 4090 και RTX 4080, και η Nvidia λέει ότι μπορεί να ενισχύσει την απόδοση κατά 25% σε παιχνίδια με ανίχνευση ακτίνων. Λειτουργεί με αναδιάταξη όταν οι οδηγίες ανίχνευσης ακτίνων επεξεργάζονται από τη GPU, βελτιστοποιώντας την εργασία για τη διαθέσιμη υπολογιστική ισχύ.

Αν και οι πρώτες μέρες της ανίχνευσης ακτίνων ήταν δύσκολες, οι πρόσφατες κάρτες της Nvidia είχαν πολύ καλύτερες επιδόσεις. Με το SER στην επόμενη γενιά, μαζί με το DLSS 3, μπορεί να δούμε ανίχνευση ακτίνων που δεν μειώνει τον ρυθμό καρέ σας.

Η ανίχνευση ακτίνων της Nvidia Ωστόσο, η μέθοδος δεν είναι η μόνη διαθέσιμη επιλογή. Υπάρχουν επίσης εφέ μετα-επεξεργασίας Reshade "tracing tracing" που προσφέρουν συγκρίσιμα γραφικά χωρίς τίποτα σαν την ίδια επιτυχία απόδοσης.

Η AMD έχει επίσης επιλογές για ανίχνευση ακτίνων τώρα, στις οποίες θα φτάσουμε στη συνέχεια.

Θα θέλετε ακόμα ένα ισχυρή κάρτα γραφικών για ανίχνευση ακτίνων ανεξάρτητα από την εφαρμογή, αλλά καθώς η τεχνική πιάνει στους προγραμματιστές παιχνιδιών, μπορεί να δούμε μια ευρύτερη σειρά υποστηρικτικού υλικού σε πολύ πιο προσιτές τιμές.

Τι γίνεται με την AMD;

Η AMD δυσκολεύτηκε τα τελευταία χρόνια για να παράσχει επιταχυνόμενη παρακολούθηση ακτίνων μέσω υλικού, αλλά αυτό άλλαξε με την κυκλοφορία των RX 6800, 6800 XT και 6900 XT. Αυτές οι νέες κάρτες διαθέτουν υποστήριξη ανίχνευσης ακτίνων DirectX 12 και προσφέρουν εξαιρετική απόδοση, ακόμα κι αν η AMD δεν βρίσκεται στο επίπεδο της Nvidia στο τμήμα ανίχνευσης ακτίνων (διαβάστε το RX 6800 XT έναντι RTX 3080 και RX 6900 XT έναντι RTX 3090 συγκρίσεις για περισσότερα).

Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, λαμβάνοντας υπόψη το Μεγάλη αρχιτεκτονική Navi Η τροφοδοσία των καρτών RX 6000 της AMD είναι σε μεγάλο βαθμό μια πρώτης γενιάς επιτάχυνση ανίχνευσης ακτίνων. Είναι η ίδια αρχιτεκτονική που τροφοδοτεί τα γραφικά στο PlayStation 5 και Xbox Series X, καλύπτοντας συνολικά χαμηλότερη βαθμίδα απόδοσης από τις κορυφαίες κάρτες της Nvidia. Ωστόσο, επειδή η ανίχνευση ακτίνων είναι ένα χαρακτηριστικό που ξεχωρίζει στις κονσόλες επόμενης γενιάς, αναμένουμε καλύτερη υποστήριξη και βελτιστοποιήσεις να προχωρήσουν. Στο εγγύς μέλλον, θα δούμε το ντεμπούτο του AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) για υπολογιστές παιχνιδιών και επίσης τις πιο πρόσφατες εκδόσεις του Microsoft Xbox.

Πώς μπορείτε να δείτε ανίχνευση ακτίνων στο σπίτι;

Θα χρειαστείτε μια πρόσφατη - και ακριβή - κάρτα γραφικών για να δείτε την ανίχνευση ακτίνων στο σπίτι. Η ανίχνευση ακτίνων με επιτάχυνση υλικού είναι διαθέσιμη μόνο σε GPU Nvidia RTX ή σε GPU της σειράς RX 6000 της AMD. Οι κάρτες της σειράς GTX 10 και 16 υποστηρίζουν ανίχνευση ακτίνων, αλλά δεν διαθέτουν τους πυρήνες RT για να το κάνουν άνετα παικτός.

Εάν περιμένετε να παίξετε σε αναλύσεις πάνω από 1080p και με ρυθμούς καρέ 60 fps ή περισσότερο, το καλύτερο στοίχημά σας είναι να αγοράσετε μια κορυφαία κάρτα γραφικών. Σε 4K, τα RTX 3080 και RX 6800 XT είναι οι κάρτες που ξεχωρίζουν, αλλά μπορείτε να τα βγάλετε πέρα ​​με ένα RTX 3070 ή RX 6800 εάν είστε διατεθειμένοι να μετακινηθείτε σε 1440p σε ορισμένους τίτλους.

Υπάρχει περιορισμένη επιλογή παιχνιδιών με δυνατότητα ανίχνευσης ακτίνων, αλλά ο αριθμός αυξάνεται. Κορυφαία παραδείγματα ανίχνευσης ακτίνων περιλαμβάνουν πρώιμες επιδείξεις RTX, όπως π.χ Πεδίο μάχης V, Shadow of the Tomb Raider, και Μετρό Έξοδος. Πιο πρόσφατα παιχνίδια όπως Ελεγχος και MechWarrior 5: Μισθοφόροι φαίνεται επίσης συναρπαστικό. Μείνε στο Φως είναι ένα ανεξάρτητο παιχνίδι τρόμου που χτίστηκε χρησιμοποιώντας σκιές και αντανακλάσεις με ακτίνες. Το remastered Σεισμός II με ανίχνευση ακτίνων RTX είναι άλλο ένα φανταστικό παράδειγμα.

Υπάρχουν λιγότερα παιχνίδια ανίχνευσης ακτίνων στην αγορά, αλλά η βιομηχανία αναπτύσσεται. Οπως και το PlayStation 5 και Xbox Series X ξεκινήσετε τη διαφήμιση ray tracing, σύντομα θα ακολουθήσουν και οι ανταγωνιστές. Το παιχνίδι με πολλές πλατφόρμες Watch Dogs 2 είναι διαφορετικό από το νέο Watch Dogs: Legion, καθώς το νέο παιχνίδι έχει ξεκινήσει την ανίχνευση ακτίνων για να λειτουργεί σε κονσόλες και υπολογιστές.

Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε UL Benchmark's Port Royal ray tracing για να προσδιορίσετε εάν ο υπολογιστής σας θα λειτουργεί με ανίχνευση ακτίνων.

Συστάσεις των συντακτών

• Ακόμη και οι συνεργάτες της Nvidia δεν πιστεύουν στο νέο RTX 4060 Ti
• Το RTX 4060 της Nvidia μπορεί να μην είναι τόσο απογοητευτικό τελικά
• Πώς να μετατρέψετε τις κασέτες σας VHS σε DVD, Blu-ray ή ψηφιακό
• Η AMD μπορεί να συντρίψει τη Nvidia με τις GPU του φορητού υπολογιστή της — αλλά είναι αθόρυβη στο μπροστινό μέρος της επιφάνειας εργασίας
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: σύγκριση των μεσαίων GPU της Nvidia