Hva er ray tracing, og hvordan vil det endre spill?

Strålesporing er en lysteknikk som gir et ekstra nivå av realisme til spill. Den emulerer måten lys reflekterer og brytes i den virkelige verden, og gir et mer troverdig miljø enn det som vanligvis sees ved bruk av statisk belysning i mer tradisjonelle spill. Men hva er ray tracing, egentlig? Og enda viktigere, hvordan fungerer det?

Et godt grafikkort kan bruke ray tracing for å forbedre fordypningen, men ikke alle GPUer kan håndtere denne teknikken. Les videre for å avgjøre om ray tracing er avgjørende for spillopplevelsen din, og om det rettferdiggjør å bruke hundrevis på en oppgradert GPU.

Virtuelle fotoner

For å forstå akkurat hvordan ray tracing sitt revolusjonerende lyssystem fungerer, må vi gå tilbake og forstå hvordan spill tidligere gjengitt lys, samt hva som må emuleres for en fotorealistisk erfaring.

Spill uten ray tracing er avhengig av statisk "innbakt" belysning. Utviklere plasserer lyskilder i et miljø som sender ut lys jevnt over en gitt visning. Dessuten inneholder virtuelle modeller som NPC-er og objekter ingen informasjon om noen annen modell, noe som krever at GPU-en beregner lysadferd under gjengivelsesprosessen. Overflateteksturer kan reflektere lys for å etterligne glans, men bare lys som sendes ut fra en statisk kilde. Ta sammenligningen av refleksjoner i GTA Vnedenfor som et eksempel.

Totalt sett har GPU-ens utvikling hjulpet denne prosessen med å bli mer realistisk i utseende gjennom årene, men spill er fortsatt ikke fotorealistiske når det gjelder refleksjoner, brytninger og generelt belysning. For å oppnå dette trenger GPU-en muligheten til å spore virtuelle lysstråler.

I den virkelige verden er synlig lys en liten del av den elektromagnetiske strålingsfamilien som oppfattes av det menneskelige øyet. Den inneholder fotoner som oppfører seg både som en partikkel og som en bølge. Fotoner har ingen reell størrelse eller form - de kan bare lages eller ødelegges.

Når det er sagt, kan lys identifiseres som en strøm av fotoner. Jo flere fotoner du har, desto klarere blir det oppfattede lyset. Refleksjon oppstår når fotoner spretter fra en overflate. Refraksjon oppstår når fotoner - som beveger seg i en rett linje - passerer gjennom et gjennomsiktig stoff og linjen blir omdirigert eller "bøyd". Ødelagte fotoner kan oppfattes som «absorberte».

Strålesporing i spill forsøker å etterligne måten lys fungerer på i den virkelige verden. Den sporer banen til simulert lys ved å spore millioner av virtuelle fotoner. Jo sterkere lys, jo flere virtuelle fotoner må GPUen beregne, og jo flere overflater vil den reflektere, bryte og spre seg av og fra.

Prosessen er ikke noe nytt. CGI har brukt ray tracing i flere tiår, selv om prosessen krevde farmer med datamaskiner i de tidlige dagene for å generere en full film, gitt en enkelt frame kunne ta timer eller til og med dager å gjengi. Nå kan hjemme-PC-er emulere strålesporet grafikk i sanntid, ved å utnytte maskinvareakselerasjon og smarte lystriks for å begrense antallet stråler til et håndterbart antall.

Her er den virkelige øyeåpneren: Som enhver film eller TV-serie blir scener i CGI-animasjon vanligvis "skutt" med forskjellige vinkler. For hvert bilde kan du flytte et kamera for å fange handlingen, zoome inn, zoome ut eller panorere et helt område. Og i likhet med animasjon, må du manipulere alt bilde for bilde for å etterligne bevegelse. Sett alle opptakene sammen, og du har en flytende historie.

I spill styrer du et enkelt kamera som alltid er i bevegelse og som alltid endrer synspunkt, spesielt i fartsfylte spill. I både CGI- og strålesporede spill må GPU ikke bare beregne hvordan lys reflekterer og brytes i en gitt scene, men den må også beregne hvordan det fanges opp av linsen – ditt synspunkt. For spill er det en enorm mengde beregningsarbeid for en enkelt PC eller konsoll.

Dessverre har vi fortsatt ikke PC-er på forbrukernivå som virkelig kan gjengi strålesporet grafikk ved høye bildehastigheter. I stedet har vi nå maskinvare som kan jukse effektivt.

La oss bli ekte

Ray tracing sin grunnleggende likhet med det virkelige liv gjør det til en ekstremt realistisk 3D-gjengivelsesteknikk, til og med å lage blokkfylte spill som Minecraft se nesten fotorealistisk ut under de rette forholdene. Det er bare ett problem: Det er ekstremt vanskelig å simulere. Å gjenskape måten lys fungerer på i den virkelige verden er komplisert og ressurskrevende, og krever massevis av datakraft.

Det er grunnen til at eksisterende ray-tracing-alternativer i spill, som Nvidias RTX-drevne ray-tracing, ikke er virkelighetstro. De er ikke ekte strålesporing, der hvert lyspunkt simuleres. I stedet "jukser" GPUen ved å bruke flere smarte tilnærminger for å levere noe nær den samme visuelle effekten, men uten å belaste maskinvaren like mye.

De fleste ray tracing-spill bruker nå en kombinasjon av tradisjonelle lysteknikker, vanligvis kalt rasterisering, og ray tracing på spesifikke overflater som reflekterende sølepytter og metallarbeid. Battlefield V er et godt eksempel på det. Du ser refleksjonen av tropper i vann, refleksjonen av terreng på fly og refleksjonen av eksplosjoner over en bils lakk. Det er mulig å vise refleksjoner i moderne 3D-motorer, men ikke på detaljnivået som vises i spill som Battlefield V når strålesporing er aktivert.

Strålesporing kan også utnyttes for skygger for å gjøre dem mer dynamiske og realistiske. Du vil se at det har hatt stor effekt i Shadow of the Tomb Raider.

Strålesporet belysning kan skape mye mer realistiske skygger i mørke og lyse scener, med mykere kanter og større definisjon. Å oppnå det utseendet uten strålesporing er usedvanlig vanskelig. Utviklere kan bare forfalske det gjennom forsiktig, kontrollert bruk av forhåndsinnstilte, statiske lyskilder. Det tar å plassere alle disse "scenelysene". mye av tid og krefter - og selv da er ikke resultatet helt riktig.

Noen spill går hele veien og bruker strålesporing for global belysning, og strålesporer effektivt en hel scene. Men det er det mest beregningsmessig dyre alternativet og trenger det kraftigste av moderne grafikkort for å fungere effektivt. Metro Exodus bruker denne teknikken, selv om implementeringen ikke er perfekt.

På grunn av det er halvmål som bare strålesporende skygger eller reflekterende overflater populære. Andre spill utnytter Nvidia-teknologier som denoising og Deep Learning Super Sampling for å forbedre ytelsen og dekke over noen av de visuelle hikkene som oppstår ved å gjengi færre stråler enn det som ville være nødvendig for å lage en virkelig strålesporet scene. Disse er fortsatt reservert for forhåndsrenderte skjermbilder og filmer, hvor kraftige servere kan bruke dager på å gjengi enkeltbilder.

Maskinvaren bak strålene

For å håndtere selv disse relativt beskjedne implementeringene av strålesporing, introduserte Nvidias grafikkort i RTX 20-serien maskinvare spesielt bygget for strålesporing.

Nå støtter alle RTX-kort ray tracing, og de nyeste GPUene i RTX 40-serien har enda en måte å jukse ytelsen på. SER, eller Shader Execution Reordering, er tilgjengelig på RTX 4090 og RTX 4080, og Nvidia sier at den kan øke ytelsen med 25 % i spill med strålesporing. Det fungerer ved å omorganisere når strålesporingsinstruksjonene behandles av GPUen, og optimerer oppgaven for den tilgjengelige beregningskraften.

Selv om de første dagene med strålesporing var tøffe, har Nvidias siste kort vært mye bedre. Med SER i neste generasjon, sammen med DLSS 3, kan vi se strålesporing som ikke overbeviser bildefrekvensen din.

Nvidias strålesporing metoden er imidlertid ikke det eneste tilgjengelige alternativet. Det er også Reshade "path tracing" etterbehandlingseffekter som leverer sammenlignbare bilder uten noe lignende ytelse.

AMD har også alternativer for strålesporing nå, som vi kommer til neste gang.

Du vil fortsatt ha en kraftig grafikkort for ray tracing uansett implementering, men ettersom teknikken fanger opp med spillutviklere, kan vi se et bredere utvalg av støttende maskinvare til mye rimeligere priser.

Hva med AMD?

AMD har de siste årene slitt med å levere maskinvareakselerert strålesporing, men det endret seg med lanseringen av RX 6800, 6800 XT og 6900 XT. Disse nye kortene har DirectX 12 ray tracing-støtte og leverer utmerket ytelse, selv om AMD ikke er helt på Nvidias nivå i ray-tracing-avdelingen (les vår RX 6800 XT versus RTX 3080 og RX 6900 XT versus RTX 3090 sammenligninger for mer).

Det kommer neppe som en overraskelse, tatt i betraktning Stor Navi-arkitektur Å drive AMDs RX 6000-kort er i stor grad en førstegenerasjons strålesporingsakselerasjon. Det er den samme arkitekturen som driver det visuelle i PlayStation 5 og Xbox Series X, som gir et lavere ytelsesnivå totalt sett enn Nvidias flaggskipkort. Men fordi ray tracing er en fremtredende funksjon på neste generasjons konsoller, forventer vi bedre støtte og optimaliseringer fremover. I nær fremtid vil vi se debuten til AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) for spill-PCer og også de nyeste versjonene av Microsoft Xbox.

Hvordan kan du se strålesporing hjemme?

Du trenger et nylig – og dyrt – grafikkort for å se ray tracing hjemme. Maskinvareakselerert strålesporing er kun tilgjengelig på Nvidia RTX GPUer eller på AMDs RX 6000-serie GPUer. GTX 10-serie og 16-serie kort støtter ray tracing, men mangler RT-kjernene for å gjøre det komfortabelt spillbare.

Hvis du forventer å spille med oppløsninger over 1080p og med bildefrekvenser på 60 fps eller mer, er det beste alternativet ditt å gi deg et førsteklasses grafikkort. På 4K er RTX 3080 og RX 6800 XT de fremragende kortene, men du kan klare deg med en RTX 3070 eller RX 6800 hvis du er villig til å gå over til 1440p i visse titler.

Det er et begrenset utvalg av ray tracing-aktiverte spill, men antallet vokser. Toppeksempler på strålesporing inkluderer tidlige RTX-demoer, som Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider, og Metro Exodus. Nyere spill som Kontroll og MechWarrior 5: Mercenaries ser også overbevisende ut. Hold deg i lyset er et indie-skrekkspill bygget ved hjelp av strålesporede skygger og refleksjoner. Den remastrede Quake II med RTX-strålesporing er et annet fantastisk eksempel.

Det er færre ray tracing-spill på markedet, men industrien vokser. Som PlayStation 5 og Xbox Series X begynne å annonsere ray tracing, vil konkurrenter snart følge. Multiplattformspillet Watch Dogs 2 er forskjellig fra den nye Watch Dogs: Legion, ettersom det nye spillet har satt i gang ray tracing for å fungere på konsoller og datamaskiner.

Prøv å bruke UL Benchmarks Port Royal-strålesporing for å finne ut om PC-en din vil fungere med strålesporing.

Redaktørenes anbefalinger

• Selv Nvidias partnere tror ikke på den nye RTX 4060 Ti
• Nvidias RTX 4060 er kanskje ikke en slik skuffelse likevel
• Slik konverterer du VHS-båndene dine til DVD, Blu-ray eller digital
• AMD kan knuse Nvidia med sine bærbare GPU-er - men den er stille på skrivebordsfronten
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: sammenligner Nvidias mellomtone-GPUer