Što je ray tracing i kako će promijeniti igre?

Ray tracing je tehnika osvjetljenja koja igrama donosi dodatnu razinu realizma. Emulira način na koji se svjetlost reflektira i lomi u stvarnom svijetu, pružajući uvjerljivije okruženje od onoga što se obično vidi korištenjem statične rasvjete u tradicionalnijim igrama. Ali što je točno praćenje zraka? I još važnije, kako funkcionira?

Dobra grafička kartica može koristiti praćenje zraka za poboljšanje uranjanja, ali ne mogu svi GPU-i podnijeti ovu tehniku. Čitajte dalje kako biste odlučili je li praćenje zraka bitno za vaše iskustvo igranja i opravdava li trošenje stotina na nadograđeni GPU.

Virtualni fotoni

Da bismo razumjeli kako funkcionira revolucionarni sustav osvjetljenja praćenja zraka, moramo se odmaknuti i razumjeti kako su igre prethodno prikazivale svjetlo, kao i što je potrebno emulirati za fotorealističan iskustvo.

Igre bez praćenja zraka oslanjaju se na statično "zapečeno" osvjetljenje. Razvojni programeri postavljaju izvore svjetlosti u okruženje koje ravnomjerno emitira svjetlost u bilo kojem pogledu. Štoviše, virtualni modeli poput NPC-a i objekata ne sadrže nikakve informacije o bilo kojem drugom modelu, zahtijevajući da GPU izračuna ponašanje svjetla tijekom procesa renderiranja. Površinske teksture mogu reflektirati svjetlost da oponašaju sjaj, ali samo svjetlost emitirana iz statičkog izvora. Uzmite usporedbu refleksije u GTA Vu nastavku kao primjer.

Sve u svemu, evolucija GPU-a pomogla je da ovaj proces postane realističniji tijekom godina, ali igre još uvijek nisu fotorealistične u smislu odraza u stvarnom svijetu, loma i općenito osvjetljenje. Da bi to postigao, GPU treba sposobnost praćenja virtualnih zraka svjetlosti.

U stvarnom svijetu, vidljiva svjetlost mali je dio obitelji elektromagnetskog zračenja koje percipira ljudsko oko. Sadrži fotone koji se ponašaju i kao čestica i kao val. Fotoni nemaju stvarnu veličinu ni oblik - mogu se samo stvoriti ili uništiti.

Ipak, svjetlost se može identificirati kao tok fotona. Što više fotona imate, to je percipirana svjetlost svjetlija. Refleksija nastaje kada se fotoni odbijaju od površine. Refrakcija se događa kada fotoni - koji putuju ravnom linijom - prolaze kroz prozirnu tvar i linija se preusmjerava ili "savija". Uništeni fotoni mogu se percipirati kao "apsorbirani".

Praćenje zraka u igrama pokušava oponašati način na koji svjetlo radi u stvarnom svijetu. Prati putanju simulirane svjetlosti prateći milijune virtualnih fotona. Što je svjetlo svjetlije, GPU mora izračunati više virtualnih fotona i više površina će reflektirati, lomiti i raspršiti.

Proces nije ništa novo. CGI je koristio praćenje zraka desetljećima, iako je proces u ranim danima zahtijevao farme računala za generiranje cijelog filma, s obzirom na to da je za renderiranje jednog okvira trebalo nekoliko sati ili čak dana. Sada, kućna računala mogu emulirati grafiku praćenu zrakama u stvarnom vremenu, koristeći hardversko ubrzanje i pametne trikove osvjetljenja kako bi ograničili broj zraka na broj kojim se može upravljati.

Evo pravog otvaranja očiju: kao i svaki film ili TV emisija, scene u CGI animaciji obično se "snimaju" iz različitih kutova. Za svaki okvir možete pomaknuti kameru da snimite akciju, povećati, smanjiti ili pomaknuti cijelo područje. I poput animacije, morate manipulirati svime na temelju okvira po okvira kako biste oponašali pokret. Spojite sve snimke zajedno i dobit ćete priču koja teče.

U igrama upravljate jednom kamerom koja je uvijek u pokretu i uvijek mijenja kut gledanja, posebno u brzim igrama. I u CGI i igrama s praćenjem zraka, GPU ne samo da mora izračunati kako se svjetlost reflektira i lomi u bilo kojoj sceni, već također mora izračunati kako ju je uhvatila leća - vaše gledište. Za igre, to je ogromna količina računalnog rada za jedno računalo ili konzolu.

Nažalost, još uvijek nemamo osobna računala na razini potrošača koja mogu doista prikazati grafiku praćenu zrakama pri visokom broju sličica u sekundi. Umjesto toga, sada imamo hardver koji može učinkovito varati.

Budimo stvarni

Fundamentalna sličnost praćenja zraka sa stvarnim životom čini ga izuzetno realističnom tehnikom 3D renderiranja, čak i za izradu blokovitih igara kao što su Minecraft izgledati gotovo foto-realistično u pravim uvjetima. Postoji samo jedan problem: izuzetno ga je teško simulirati. Rekreiranje načina na koji svjetlo radi u stvarnom svijetu je komplicirano i zahtijeva velike resurse, zahtijevajući masu računalne snage.

Zbog toga postojeće opcije praćenja zraka u igrama, poput Nvidijinog praćenja zraka vođenog RTX-om, nisu istinite. Oni nisu pravo praćenje zraka, pri čemu se svaka točka svjetlosti simulira. Umjesto toga, GPU "vara" korištenjem nekoliko pametnih aproksimacija kako bi isporučio nešto približno istom vizualnom efektu, ali bez previše opterećenja hardvera.

Većina igara s praćenjem zraka sada koristi kombinaciju tradicionalnih tehnika osvjetljenja, koje se obično nazivaju rasterizacija, i praćenje zraka na određenim površinama kao što su reflektirajuće lokve i metalni elementi. Bojno polje V je izvrstan primjer toga. Vidite odraz trupa u vodi, odraz terena na zrakoplovima i odraz eksplozija na boji automobila. Moguće je prikazati odraze u modernim 3D motorima, ali ne na razini detalja prikazanoj u igrama poput Bojno polje V kada je omogućeno praćenje zraka.

Praćenje zraka također se može iskoristiti za sjene kako bi izgledale dinamičnije i realističnije. Vidjet ćete da je to imalo velikog učinka Shadow of the Tomb Raider.

Osvjetljenje s tragom zraka može stvoriti puno realističnije sjene u tamnim i svijetlim scenama, s mekšim rubovima i većom definicijom. Postizanje tog izgleda bez praćenja zraka iznimno je teško. Programeri to mogu lažirati samo pažljivom, kontroliranom upotrebom unaprijed postavljenih statičnih izvora svjetla. Postavljanje svih ovih “svjetla pozornice” zahtijeva puno vremena i truda - a čak ni tada rezultat nije sasvim ispravan.

Neke igre idu do kraja i koriste praćenje zraka za globalno osvjetljenje, učinkovito praćenje cijele scene. Ali to je računalno najskuplja opcija i potrebna je najmoćnija među modernim grafičkim karticama za učinkovit rad. Metro Exodus koristi ovu tehniku, iako implementacija nije savršena.

Zbog toga su polumjere kao što su samo sjene za praćenje zraka ili reflektirajuće površine popularne. Druge igre koriste Nvidia tehnologije kao što su denoising i Deep Learning Super Sampling kako bi se poboljšala izvedba i prikrili neki od vizualnih nedostataka koji nastaju pri prikazivanju manjeg broja zraka nego što bi bilo potrebno za stvaranje scene s pravim tragom zraka. One su još uvijek rezervirane za unaprijed renderirane snimke zaslona i filmove, gdje poslužitelji velike snage mogu provesti dane renderirajući pojedinačne okvire.

Hardver iza zraka

Kako bi podnijele čak i ove relativno skromne implementacije praćenja zraka, Nvidijine grafičke kartice serije RTX 20 predstavile su hardver posebno izgrađen za praćenje zraka.

Sada sve RTX kartice podržavaju praćenje zraka, a najnoviji GPU-ovi serije RTX 40 imaju još jedan način za varanje performansi. SER ili Shader Execution Reordering, dostupan je na RTX 4090 i RTX 4080, a Nvidia kaže da može povećati performanse za 25% u igrama s praćenjem zraka. Djeluje tako da mijenja redoslijed kada GPU obrađuje upute za praćenje zraka, optimizirajući zadatak za dostupnu računalnu snagu.

Iako su rani dani praćenja zraka bili teški, Nvidijine nedavne kartice bile su mnogo bolje. S SER-om u sljedećoj generaciji, zajedno s DLSS-om 3, mogli bismo vidjeti praćenje zraka koje neće smanjiti vašu brzinu kadrova.

Nvidijino praćenje zraka metoda ipak nije jedina dostupna opcija. Tu su i efekti naknadne obrade Reshade "traženja staze" koji daju usporedive vizualne efekte bez ikakvih istih rezultata.

AMD sada također ima opcije za praćenje zraka, na što ćemo doći sljedeće.

I dalje ćete željeti a moćna grafička kartica za praćenje zraka bez obzira na implementaciju, ali kako se tehnika razvija među programerima igara, mogli bismo vidjeti širi raspon pratećeg hardvera po mnogo pristupačnijim cijenama.

Što je s AMD-om?

AMD se posljednjih nekoliko godina mučio s isporukom hardverski ubrzanog praćenja zraka, ali to se promijenilo lansiranjem RX 6800, 6800 XT i 6900 XT. Ove nove kartice imaju podršku za DirectX 12 praćenje zraka i pružaju izvrsnu izvedbu, čak i ako AMD nije baš na Nvidijinoj razini u odjelu praćenja zraka (pročitajte naše RX 6800 XT u odnosu na RTX 3080 i RX 6900 XT u odnosu na RTX 3090 usporedbe za više).

To nije iznenađenje, s obzirom na Velika Navi arhitektura napajanje AMD-ovih RX 6000 kartica je zapravo prva generacija ubrzanja praćenja zraka. To je ista arhitektura koja pokreće vizualni prikaz u PlayStation 5 i Xbox Series X, pružajući sveukupno nižu razinu performansi od Nvidijinih vodećih kartica. Međutim, budući da je praćenje zraka izvanredna značajka na konzolama sljedeće generacije, očekujemo bolju podršku i optimizacije u budućnosti. U bliskoj budućnosti vidjet ćemo debi od AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) za igraća računala i također najnovije verzije Microsoft Xboxa.

Kako možete vidjeti praćenje zraka kod kuće?

Trebat će vam novija — i skupa — grafička kartica da vidite praćenje zraka kod kuće. Hardverski ubrzano praćenje zraka dostupno je samo na Nvidia RTX GPU-ovima ili na AMD-ovim GPU-ovima serije RX 6000. Kartice serije GTX 10 i serije 16 podržavaju praćenje zraka, ali im nedostaju RT jezgre da bi bilo ugodno igriv.

Ako očekujete da ćete igrati na razlučivosti iznad 1080p i s brzinom sličica u sekundi od 60 fps ili više, najbolje je da se razbacite za vrhunsku grafičku karticu. U 4K, RTX 3080 i RX 6800 XT su kartice koje se ističu, ali možete proći s RTX 3070 ili RX 6800 ako ste voljni prijeći na 1440p u određenim naslovima.

Izbor je ograničen igara s omogućenim praćenjem zraka, ali broj raste. Najbolji primjeri praćenja zraka uključuju rane RTX demonstracije, poput Bojno polje V, Shadow of the Tomb Raider, i Metro Exodus. Novije igre poput Kontrolirati i MechWarrior 5: Plaćenici također izgledaju uvjerljivo. Ostanite u Svjetlu je indie horor igra izgrađena korištenjem sjena i odraza praćenih zrakama. Remasterirani Potres II s RTX praćenjem zraka je još jedan fantastičan primjer.

Sve je manje igara s praćenjem zraka na tržištu, ali industrija raste. Kao PlayStation 5 i Xbox serija X početi reklamirati praćenje zraka, uskoro će uslijediti i konkurenti. Igra za više platformi Watch Dogs 2 razlikuje se od novog Watch Dogs: Legion, budući da je nova igra pokrenula praćenje zraka za rad na konzolama i računalima.

Pokušajte koristiti UL Benchmark Port Royal praćenje zraka kako biste utvrdili hoće li vaše računalo raditi s praćenjem zraka.

Preporuke urednika

• Čak ni Nvidijini partneri ne vjeruju u novi RTX 4060 Ti
• Nvidijin RTX 4060 ipak možda i nije takvo razočaranje
• Kako pretvoriti svoje VHS kasete u DVD, Blu-ray ili digitalni
• AMD bi mogao slomiti Nvidiju svojim GPU-ovima za prijenosna računala - ali je tih na prednjoj strani stolnog računala
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: usporedba Nvidijinih GPU-ova srednjeg ranga