Kas yra spindulių sekimas ir kaip tai pakeis žaidimus?

Spindulių sekimas yra apšvietimo technika, suteikianti žaidimams papildomo tikroviškumo. Jis imituoja šviesos atspindėjimą ir lūžimą realiame pasaulyje, suteikdamas labiau tikėtiną aplinką nei įprastai naudojant statinį apšvietimą tradiciniuose žaidimuose. Bet kas tiksliai yra spindulių sekimas? Ir dar svarbiau, kaip tai veikia?

Gera vaizdo plokštė gali naudoti spindulių sekimą, kad pagerintų panardinimą, tačiau ne visi GPU gali susidoroti su šia technika. Skaitykite toliau, kad nuspręstumėte, ar spindulių sekimas yra būtinas jūsų žaidimų patirčiai ir ar dėl to reikia išleisti šimtus atnaujintam GPU.

Virtualūs fotonai

Norėdami suprasti, kaip veikia revoliucinė spindulių sekimo apšvietimo sistema, turime atsitraukti ir suprasti, kaip žaidimai anksčiau teikė šviesą, taip pat ką reikia imituoti, kad būtų fotorealistiška patirtį.

Žaidimai be spindulių sekimo priklauso nuo statinio „įjungto“ apšvietimo. Kūrėjai patalpina šviesos šaltinius aplinkoje, kuri tolygiai skleidžia šviesą bet kuriame vaizde. Be to, virtualiuose modeliuose, tokiuose kaip NPC ir objektai, nėra jokios informacijos apie jokį kitą modelį, todėl GPU turi apskaičiuoti šviesos elgseną atvaizdavimo proceso metu. Paviršiaus tekstūros gali atspindėti šviesą, kad imituotų blizgesį, bet tik šviesą, skleidžiamą iš statinio šaltinio. Paimkite palyginimą atspindžiai viduje GTA Vžemiau kaip pavyzdį.

Apskritai, GPU evoliucija padėjo šiam procesui tapti tikroviškesniu bėgant metams, bet žaidimai vis dar nėra fotorealistiški realaus pasaulio atspindžių, lūžių ir bendro pobūdžio požiūriu apšvietimas. Norėdami tai padaryti, GPU turi turėti galimybę atsekti virtualius šviesos spindulius.

Realiame pasaulyje matoma šviesa yra nedidelė elektromagnetinės spinduliuotės šeimos dalis, kurią suvokia žmogaus akis. Jame yra fotonų, kurie elgiasi ir kaip dalelė, ir kaip banga. Fotonai neturi tikrojo dydžio ar formos – juos galima tik sukurti arba sunaikinti.

Be to, šviesa gali būti identifikuojama kaip fotonų srautas. Kuo daugiau fotonų turite, tuo ryškesnė šviesa. Atspindėjimas atsiranda, kai fotonai atsimuša į paviršių. Refrakcija įvyksta, kai fotonai, keliaujantys tiesia linija, praeina per skaidrią medžiagą ir linija nukreipiama arba „išlenkiama“. Sunaikintus fotonus galima suvokti kaip „sugertus“.

Spindulių sekimas žaidimuose bando imituoti šviesos veikimo būdą realiame pasaulyje. Jis seka imituojamos šviesos kelią, sekdamas milijonus virtualių fotonų. Kuo ryškesnė šviesa, tuo daugiau virtualių fotonų turi apskaičiuoti GPU ir tuo daugiau paviršių atspindės, lūžs ir išsklaidys.

Procesas nėra nieko naujo. CGI spindulių sekimą naudojo dešimtmečius, nors šio proceso pradžioje kompiuteriams reikėjo sukurti visą filmą, nes vienam kadrui atvaizduoti gali prireikti valandų ar net dienų. Dabar namų kompiuteriai gali imituoti spindulių sekimo grafiką realiuoju laiku, pasitelkdami aparatinės įrangos pagreitį ir sumanius apšvietimo triukus, kad spindulių skaičių apribotų iki valdomo skaičiaus.

Štai tikrasis akibrokštas: kaip ir bet kuriame filme ar TV laidoje, CGI animacijos scenos paprastai „fotografuojamos“ skirtingais kampais. Kiekvienam kadrui galite pajudinti fotoaparatą, kad užfiksuotumėte veiksmą, priartintumėte, atitolintumėte ar panoramuokite visą sritį. Ir kaip animacija, jūs turite manipuliuoti viskuo kadras po kadro, kad imituotumėte judesį. Sujunkite visą filmuotą medžiagą ir gausite sklandžią istoriją.

Žaidimuose valdote vieną kamerą, kuri nuolat juda ir nuolat keičia požiūrį, ypač greito tempo žaidimuose. Tiek CGI, tiek spindulių sekimo žaidimuose GPU ne tik turi apskaičiuoti, kaip šviesa atsispindi ir lūžta tam tikroje scenoje, bet taip pat turi apskaičiuoti, kaip ją užfiksuoja objektyvas – jūsų požiūris. Žaidimams tai yra didžiulis skaičiavimo darbas vienam kompiuteriui ar konsolei.

Deja, vis dar neturime vartotojui skirtų kompiuterių, galinčių iš tikrųjų atvaizduoti spindulių sekimo grafiką dideliu kadrų dažniu. Vietoj to dabar turime aparatinę įrangą, kuri gali veiksmingai sukčiauti.

Būkime tikri

Dėl esminio spindulių sekimo panašumo į realų gyvenimą jis yra itin tikroviška 3D atvaizdavimo technika, net kuriant tokius blokuotus žaidimus kaip Minecraft atrodo tikroviškai tikroviškomis sąlygomis tinkamomis sąlygomis. Yra tik viena problema: tai labai sunku imituoti. Atkurti šviesos veikimo būdą realiame pasaulyje yra sudėtinga ir reikalaujanti daug išteklių, todėl reikia didžiulės skaičiavimo galios.

Štai kodėl esamos žaidimų spindulių sekimo parinktys, pvz., Nvidia RTX valdomas spindulių sekimas, nėra tikros. Tai nėra tikras spindulių sekimas, kai imituojamas kiekvienas šviesos taškas. Vietoj to, GPU „apgaudinėja“ naudodamas keletą protingų aproksimacijų, kad gautų kažką panašaus į tą patį vaizdinį efektą, tačiau neapkrauna aparatinės įrangos.

Daugumoje spindulių sekimo žaidimų dabar naudojamas tradicinių apšvietimo metodų derinys, paprastai vadinamas rastravimu, ir spindulių sekimas ant konkrečių paviršių, tokių kaip atspindinčios balos ir metalo dirbiniai. Mūšio laukas V yra puikus to pavyzdys. Matote karių atspindį vandenyje, reljefo atspindį lėktuvuose ir sprogimų atspindį ant automobilio dažų. Galima parodyti atspindžius šiuolaikiniuose 3D varikliuose, bet ne tokiu detalumo lygiu, koks rodomas tokiuose žaidimuose kaip Mūšio laukas V kai įjungtas spindulių sekimas.

Spindulių sekimas taip pat gali būti naudojamas šešėliams, kad jie atrodytų dinamiškesni ir tikroviškesni. Pamatysite, kad anksčiau tai turėjo puikų poveikį „Tomb Raider“ šešėlis.

Spindulinis apšvietimas gali sukurti daug tikroviškesnius šešėlius tamsiose ir ryškiose scenose su švelnesniais kraštais ir didesne raiška. Išgauti tokią išvaizdą be spindulių sekimo yra nepaprastai sunku. Kūrėjai gali tai suklastoti tik atidžiai, kontroliuojamai naudodami iš anksto nustatytus statinius šviesos šaltinius. Uždėti visas šias "scenos šviesas" reikia daug laiko ir pastangų – ir net tada rezultatas ne visai tinkamas.

Kai kurie žaidimai veikia visiškai ir naudoja spindulių sekimą visuotiniam apšvietimui, efektyviai atsekdami visą sceną. Tačiau tai yra pats brangiausias pasirinkimas, o norint, kad jis veiktų efektyviai, reikia galingiausių šiuolaikinių vaizdo plokščių. Metro Exodus naudoja šią techniką, nors įgyvendinimas nėra tobulas.

Dėl šios priežasties populiarios tokios pusiau priemonės, kaip tik spindulius sekantys šešėliai arba atspindintys paviršiai. Kiti žaidimai naudoja Nvidia technologijas, tokias kaip triukšmo slopinimas ir Deep Learning Super Sampling pagerinti našumą ir užmaskuoti kai kuriuos regėjimo sutrikimus, atsirandančius atskleidžiant mažiau spindulių, nei to reikėtų norint sukurti tikrai spindulių sekimo sceną. Jos vis dar skirtos iš anksto pateiktoms ekrano kopijoms ir filmams, kur galingi serveriai gali praleisti dienas atvaizduodami atskirus kadrus.

Aparatūra už spindulių

Kad būtų galima atlikti net ir šiuos santykinai kuklius spindulių sekimo diegimus, „Nvidia“ RTX 20 serijos vaizdo plokštės pristatė aparatūrą, specialiai sukurtą spindulių sekimui.

Dabar visos RTX kortelės palaiko spindulių sekimą, o naujausi RTX 40 serijos GPU turi dar vieną būdą apgauti našumą. SER arba Shader Execution Reordering, galima rasti adresu RTX 4090 ir RTX 4080, o „Nvidia“ teigia, kad gali 25 % padidinti našumą žaidimuose su spindulių sekimu. Jis veikia pertvarkydamas, kai GPU apdoroja spindulių sekimo instrukcijas, optimizuodamas užduotį pagal turimą skaičiavimo galią.

Nors ankstyvosios spindulių sekimo dienos buvo grubios, naujausios „Nvidia“ kortelės veikė daug geriau. Naudodami naujos kartos SER kartu su DLSS 3, galime matyti spindulių sekimą, kuris neapima jūsų kadrų dažnio.

„Nvidia“ spindulių sekimas Tačiau metodas nėra vienintelis galimas pasirinkimas. Taip pat yra „Reshade“ „kelio sekimo“ po apdorojimo efektų, kurie pateikia palyginamus vaizdus, ​​​​nepanašius į tą patį našumą.

AMD dabar taip pat turi spindulių sekimo parinkčių, kurias aptarsime toliau.

Vis tiek norėsite a galinga vaizdo plokštė spindulių sekimui, neatsižvelgiant į diegimą, tačiau kai žaidimų kūrėjai patraukia šią techniką, galime pamatyti platesnį palaikomosios aparatinės įrangos asortimentą daug prieinamesnėmis kainomis.

O kaip su AMD?

Per pastaruosius kelerius metus AMD stengėsi teikti aparatinės įrangos pagreitintą spindulių sekimą, tačiau tai pasikeitė, kai buvo išleisti RX 6800, 6800 XT ir 6900 XT. Šios naujos kortelės turi „DirectX 12“ spindulių sekimo palaikymą ir užtikrina puikų našumą, net jei AMD spindulių sekimo skyriuje nėra visiškai Nvidia lygio (skaitykite mūsų RX 6800 XT prieš RTX 3080 ir RX 6900 XT prieš RTX 3090 palyginimai daugiau).

Tai vargu ar stebina, atsižvelgiant į Big Navi architektūra AMD RX 6000 kortelių maitinimas yra pirmosios kartos spindulių sekimo pagreitis. Tai ta pati architektūra, kuri suteikia galią vaizdams PlayStation 5 ir Xbox Series X, užtikrinantis žemesnį našumo lygį nei pavyzdinės Nvidia kortelės. Tačiau kadangi spindulių sekimas yra išskirtinė naujos kartos konsolių funkcija, tikimės geresnio palaikymo ir optimizavimo. Artimiausiu metu išvysime debiutą AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) žaidimų kompiuteriams ir taip pat naujausios „Microsoft Xbox“ versijos.

Kaip galite pamatyti spindulių sekimą namuose?

Jums reikės naujausios ir brangios vaizdo plokštės, kad pamatytumėte spindulių sekimą namuose. Aparatinės įrangos pagreitintas spindulių sekimas galimas tik naudojant Nvidia RTX GPU arba AMD RX 6000 serijos GPU. GTX 10 ir 16 serijų kortelės palaiko spindulių sekimą, tačiau joms trūksta RT branduolių, kad būtų patogu žaisti.

Jei tikitės žaisti didesne nei 1080p raiška ir 60 kadrų per sekundę ar daugiau kadrų dažniu, geriausia rinktis aukščiausios klasės vaizdo plokštę. Esant 4K raiška, RTX 3080 ir RX 6800 XT yra išskirtinės kortelės, bet jūs galite tai padaryti naudodami RTX 3070 arba RX 6800 jei tam tikruose pavadinimuose norite pereiti prie 1440p.

Yra ribotas pasirinkimas žaidimų, kuriuose veikia spindulių sekimas, tačiau jų skaičius auga. Populiariausi spindulių sekimo pavyzdžiai yra ankstyvosios RTX demonstracinės versijos, pvz Mūšio laukas V, „Tomb Raider“ šešėlis, ir Metro Exodus. Naujausi žaidimai, pvz Kontrolė ir MechWarrior 5: Samdiniai taip pat atrodo patraukliai. Likite Šviesoje yra nepriklausomas siaubo žaidimas, sukurtas naudojant spindulių atsekamus šešėlius ir atspindžius. Remasteruotas Žemės drebėjimas II su RTX spindulių sekimu yra dar vienas fantastinis pavyzdys.

Rinkoje yra mažiau spindulių sekimo žaidimų, tačiau pramonė auga. Kaip PlayStation 5 ir Xbox serija X pradėti reklamuoti spindulių sekimą, netrukus paseks konkurentai. Kelių platformų žaidimas Žiūrėti šunis 2 skiriasi nuo naujos Watch Dogs: Legion, nes naujasis žaidimas inicijavo spindulių sekimą, kad veiktų konsolėse ir kompiuteriuose.

Pabandykite naudoti UL etalonas Port Royal spindulių sekimas nustatyti, ar jūsų kompiuteris veiks su spindulių sekimu.

Redaktorių rekomendacijos

• Net „Nvidia“ partneriai netiki naujuoju RTX 4060 Ti
• „Nvidia“ RTX 4060 gali būti ne toks nusivylimas
• Kaip konvertuoti VHS kasetes į DVD, „Blu-ray“ ar skaitmenines
• AMD gali sutraiškyti „Nvidia“ su savo nešiojamojo kompiuterio GPU, tačiau darbalaukio priekyje ji tyli
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: lyginant Nvidia vidutinės klasės GPU