Wat is ray tracing en hoe zal het games veranderen?

Ray tracing is een verlichtingstechniek die games een extra niveau van realisme geeft. Het emuleert de manier waarop licht reflecteert en breekt in de echte wereld, waardoor een meer geloofwaardige omgeving wordt geboden dan wat doorgaans wordt gezien met statische verlichting in meer traditionele games. Maar wat is ray tracing precies? En nog belangrijker, hoe werkt het?

Een goede grafische kaart kan ray tracing gebruiken om de onderdompeling te verbeteren, maar niet alle GPU's kunnen deze techniek aan. Lees verder om te beslissen of ray tracing essentieel is voor uw game-ervaring en of het de moeite waard is om honderden euro's uit te geven aan een geüpgradede GPU.

Virtuele fotonen

Om te begrijpen hoe het revolutionaire verlichtingssysteem van ray tracing werkt, moeten we een stapje terug doen begrijpen hoe games voorheen licht gaven, en wat er moet worden nagebootst voor een fotorealistische weergave ervaring.

Games zonder ray tracing vertrouwen op statische "ingebakken" verlichting. Ontwikkelaars plaatsen lichtbronnen in een omgeving die gelijkmatig licht uitstraalt over elk gegeven zicht. Bovendien bevatten virtuele modellen zoals NPC's en objecten geen informatie over een ander model, waardoor de GPU het lichtgedrag tijdens het weergaveproces moet berekenen. Oppervlaktestructuren kunnen licht weerkaatsen om glans na te bootsen, maar alleen licht dat wordt uitgestraald door een statische bron. Neem de vergelijking van reflecties erin GTA Vhieronder als voorbeeld.

Over het algemeen heeft de evolutie van de GPU ertoe bijgedragen dat dit proces in de loop der jaren realistischer is geworden. maar games zijn nog steeds niet fotorealistisch in termen van real-world reflecties, brekingen en algemeen verlichting. Om dit te bereiken, heeft de GPU de mogelijkheid nodig om virtuele lichtstralen te volgen.

In de echte wereld is zichtbaar licht een klein deel van de elektromagnetische stralingsfamilie die door het menselijk oog wordt waargenomen. Het bevat fotonen die zich zowel als deeltje als als golf gedragen. Fotonen hebben geen echte grootte of vorm - ze kunnen alleen worden gemaakt of vernietigd.

Dat gezegd hebbende, kan licht worden geïdentificeerd als een stroom fotonen. Hoe meer fotonen je hebt, hoe helderder het waargenomen licht. Reflectie treedt op wanneer fotonen van een oppervlak afketsen. Breking treedt op wanneer fotonen - die in een rechte lijn reizen - door een transparante substantie gaan en de lijn wordt omgeleid of "gebogen". Vernietigde fotonen kunnen worden gezien als "geabsorbeerd".

Ray tracing in games probeert de manier na te bootsen waarop licht in de echte wereld werkt. Het volgt het pad van gesimuleerd licht door miljoenen virtuele fotonen te volgen. Hoe helderder het licht, hoe meer virtuele fotonen de GPU moet berekenen, en hoe meer oppervlakken het zal reflecteren, breken en verstrooien.

Het proces is niets nieuws. CGI maakt al tientallen jaren gebruik van ray tracing, hoewel het proces in de beginperiode computerparken vereiste om een ​​volledige film te genereren, aangezien het uren of zelfs dagen kon duren om een ​​enkel frame weer te geven. Nu kunnen thuis-pc's ray-traced graphics in real-time emuleren, gebruikmakend van hardwareversnelling en slimme lichttrucs om het aantal stralen te beperken tot een beheersbaar aantal.

Dit is de echte eye-opener: zoals bij elke film of tv-show worden scènes in CGI-animatie meestal "geschoten" vanuit verschillende hoeken. Voor elk frame kun je een camera bewegen om de actie vast te leggen, inzoomen, uitzoomen of een heel gebied pannen. En net als bij animatie moet je alles frame voor frame manipuleren om beweging na te bootsen. Plak al het beeldmateriaal bij elkaar en je hebt een vloeiend verhaal.

In games bestuur je een enkele camera die altijd in beweging is en altijd van gezichtspunt verandert, vooral in snelle games. In zowel CGI- als raytraced-games moet de GPU niet alleen berekenen hoe licht reflecteert en breekt in een bepaalde scène, maar hij moet ook berekenen hoe het wordt vastgelegd door de lens - jouw gezichtspunt. Voor games is dat een enorme hoeveelheid rekenwerk voor een enkele pc of console.

Helaas hebben we nog steeds geen pc's op consumentenniveau die echt ray-traced graphics kunnen weergeven met hoge framerates. In plaats daarvan hebben we nu hardware die effectief vals kan spelen.

Laten we echt worden

De fundamentele gelijkenis van ray tracing met het echte leven maakt het een uiterst realistische 3D-weergavetechniek, waardoor zelfs blokkerige games zoals Minecraft kijk onder de juiste omstandigheden bijna fotorealistisch. Er is slechts één probleem: het is extreem moeilijk te simuleren. Het nabootsen van de manier waarop licht in de echte wereld werkt, is ingewikkeld en kost veel middelen, en vereist massa's rekenkracht.

Dat is de reden waarom bestaande raytracing-opties in games, zoals Nvidia's RTX-gestuurde raytracing, niet levensecht zijn. Het is geen echte ray tracing, waarbij elk lichtpunt wordt nagebootst. In plaats daarvan "valst" de GPU door verschillende slimme benaderingen te gebruiken om iets te leveren dat in de buurt komt van hetzelfde visuele effect, maar zonder de hardware zo zwaar te belasten.

De meeste ray tracing-spellen gebruiken nu een combinatie van traditionele verlichtingstechnieken, meestal rasterisatie genoemd, en ray tracing op specifieke oppervlakken zoals reflecterende plassen en metaalwerk. Slagveld V is daar een mooi voorbeeld van. Je ziet de weerspiegeling van troepen in het water, de weerspiegeling van terrein op vliegtuigen en de weerspiegeling van explosies op de lak van een auto. Het is mogelijk om reflecties weer te geven in moderne 3D-engines, maar niet op het detailniveau dat wordt weergegeven in games zoals Slagveld V wanneer ray tracing is ingeschakeld.

Ray tracing kan ook worden gebruikt voor schaduwen om ze dynamischer en realistischer te maken. Je zult zien dat dat vroeger met veel effect was Schaduw van de Tomb Raider.

Ray-traced verlichting kan veel realistischere schaduwen creëren in donkere en heldere scènes, met zachtere randen en een grotere definitie. Het bereiken van die look zonder ray tracing is buitengewoon moeilijk. Ontwikkelaars kunnen het alleen vervalsen door zorgvuldig en gecontroleerd gebruik van vooraf ingestelde, statische lichtbronnen. Het plaatsen van al deze "podiumlichten" duurt veel van tijd en moeite - en zelfs dan is het resultaat niet helemaal goed.

Sommige games gaan helemaal los en gebruiken ray tracing voor globale verlichting, waardoor een hele scène effectief wordt geraytracing. Maar dat is de meest computationeel dure optie en vereist de krachtigste moderne grafische kaarten om effectief te werken. Metro Exodus gebruikt deze techniek, hoewel de implementatie niet perfect is.

Daarom zijn halve maatregelen zoals alleen ray-tracing schaduwen of reflecterende oppervlakken populair. Andere games maken gebruik van Nvidia-technologieën zoals denoising en Supersampling voor diep leren om de prestaties te verbeteren en enkele van de visuele haperingen te verdoezelen die optreden door minder stralen weer te geven dan nodig zou zijn om een ​​echte ray-traced scène te creëren. Die zijn nog steeds gereserveerd voor vooraf gerenderde screenshots en films, waar krachtige servers dagen kunnen besteden aan het renderen van enkele frames.

De hardware achter de stralen

Om zelfs deze relatief bescheiden implementaties van ray tracing aan te kunnen, hebben Nvidia's grafische kaarten uit de RTX 20-serie hardware geïntroduceerd die speciaal is gebouwd voor ray tracing.

Nu ondersteunen alle RTX-kaarten ray tracing, en de meest recente RTX 40-serie GPU's hebben nog een andere manier om de prestaties te bedriegen. SER of Shader Execution Reordering, is beschikbaar op de RTX 4090 en RTX 4080, en Nvidia zegt dat het de prestaties met 25% kan verbeteren in games met ray tracing. Het werkt door opnieuw te ordenen wanneer de ray tracing-instructies worden verwerkt door de GPU, waardoor de taak wordt geoptimaliseerd voor de beschikbare rekenkracht.

Hoewel de begindagen van ray tracing ruw waren, presteerden de recente kaarten van Nvidia veel beter. Met SER in de volgende generatie, samen met DLSS 3, zien we mogelijk ray tracing die uw framesnelheid niet verlaagt.

Raytracing van Nvidia methode is echter niet de enige beschikbare optie. Er zijn ook Reshade "path tracing" nabewerkingseffecten die vergelijkbare beelden opleveren zonder zoiets als dezelfde prestatiehit.

AMD heeft nu ook opties voor ray tracing, waar we hierna op terugkomen.

Je wilt nog steeds een krachtige grafische kaart voor ray tracing, ongeacht de implementatie, maar naarmate de techniek aanslaat bij game-ontwikkelaars, zien we mogelijk een breder scala aan ondersteunende hardware tegen veel betaalbare prijzen.

Hoe zit het met AMD?

AMD heeft de afgelopen jaren moeite gehad om hardwareversnelde raytracing te leveren, maar dat veranderde met de lancering van de RX 6800, 6800 XT en 6900 XT. Deze nieuwe kaarten zijn voorzien van DirectX 12 ray tracing-ondersteuning en leveren uitstekende prestaties, zelfs als AMD niet helemaal op het niveau van Nvidia zit op het gebied van ray-tracing (lees onze RX 6800 XT versus RTX 3080 En RX 6900 XT versus RTX 3090 vergelijkingen voor meer).

Dat komt niet als een verrassing, gezien de Grote Navi-architectuur het voeden van AMD's RX 6000-kaarten is in hoge mate een eerste generatie ray-tracing-versnelling. Het is dezelfde architectuur die de visuals in de PlayStation 5 en Xbox Serie X, die in het algemeen een lager prestatieniveau bieden dan de vlaggenschipkaarten van Nvidia. Omdat ray tracing echter een opvallende functie is op next-gen consoles, verwachten we in de toekomst betere ondersteuning en optimalisaties. Binnenkort zien we het debuut van AMD FidelityFX Super Resolutie (FSR) voor gaming-pc's en ook de nieuwste versies van Microsoft Xbox.

Hoe kun je ray tracing thuis zien?

Je hebt een recente - en dure - grafische kaart nodig om thuis ray tracing te zien. Hardwareversnelde ray tracing is alleen beschikbaar op Nvidia RTX GPU's of op AMD's RX 6000-serie GPU's. GTX 10-serie en 16-serie kaarten ondersteunen ray tracing, maar missen de RT-cores om het comfortabel te maken speelbaar.

Als je verwacht te spelen met resoluties boven 1080p en met framesnelheden van 60 fps of meer, kun je het beste uitgeven voor een eersteklas grafische kaart. Bij 4K zijn de RTX 3080 en RX 6800 XT de opvallende kaarten, maar je kunt rondkomen met een RTX 3070 of RX 6800 als je bereid bent om in bepaalde titels naar 1440p te gaan.

Er is een beperkte selectie van ray tracing-compatibele games, maar het aantal groeit. Topvoorbeelden van ray tracing zijn vroege RTX-demo's, zoals Slagveld V, Schaduw van de Tomb Raider, En Metro Exodus. Meer recente games zoals Controle En MechWarrior 5: Huurlingen er ook aantrekkelijk uitzien. Blijf in het Licht is een indie-horrorspel dat is gebouwd met behulp van ray-traced schaduwen en reflecties. De geremasterde Aardbeving II met RTX-raytracing is een ander fantastisch voorbeeld.

Er zijn minder ray tracing-games op de markt, maar de industrie groeit. Als de PlayStation5 En Xbox-serie X beginnen met adverteren voor ray tracing, concurrenten zullen snel volgen. Het multi-platformspel Waakhonden 2 is anders dan het nieuwe Watch Dogs: Legioen, omdat de nieuwe game ray tracing heeft gestart om op consoles en computers te werken.

Probeer te gebruiken UL Benchmark's Port Royal raytracing om te bepalen of uw pc werkt met ray tracing.

Aanbevelingen van de redactie

• Zelfs de partners van Nvidia geloven niet in de nieuwe RTX 4060 Ti
• Nvidia's RTX 4060 is misschien toch niet zo'n teleurstelling
• Hoe u uw VHS-banden converteert naar dvd, Blu-ray of digitaal
• AMD kan Nvidia verpletteren met zijn laptop-GPU's, maar het is stil op de desktop
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: vergelijking van Nvidia's middenklasse GPU's