Ce este ray tracing și cum va schimba jocurile?

Ray tracing este o tehnică de iluminare care aduce un plus de realism jocurilor. Emulează modul în care lumina reflectă și refractă în lumea reală, oferind un mediu mai credibil decât ceea ce se vede de obicei folosind iluminarea statică în jocurile mai tradiționale. Dar ce este ray tracing, exact? Și mai important, cum funcționează?

O placă grafică bună poate folosi ray tracing pentru a îmbunătăți imersiunea, dar nu toate GPU-urile pot gestiona această tehnică. Citiți mai departe pentru a decide dacă ray tracing este esențial pentru experiența dvs. de joc și dacă justifică cheltuirea sutelor pe un GPU actualizat.

Fotoni virtuali

Pentru a înțelege cum funcționează sistemul revoluționar de iluminare al ray tracing-ului, trebuie să facem un pas înapoi și înțelegeți modul în care jocurile redau anterior lumină, precum și ce trebuie să fie emulat pentru o imagine fotorealistă experienţă.

Jocurile fără ray tracing se bazează pe iluminare statică „coaptă”. Dezvoltatorii plasează sursele de lumină într-un mediu care emite lumină uniform pe orice vedere dată. Mai mult, modelele virtuale precum NPC-urile și obiectele nu conțin nicio informație despre niciun alt model, necesitând GPU-ului să calculeze comportamentul luminii în timpul procesului de randare. Texturile de suprafață pot reflecta lumina pentru a imita strălucirea, dar numai lumina emisă de o sursă statică. Luați comparația dintre reflecții în GTA Vmai jos ca exemplu.

În general, evoluția GPU-ului a ajutat acest proces să devină mai realist în aparență de-a lungul anilor, dar jocurile încă nu sunt fotorealiste în ceea ce privește reflexiile, refracțiile și generalul din lumea reală iluminare. Pentru a realiza acest lucru, GPU-ul are nevoie de capacitatea de a urmări razele virtuale de lumină.

În lumea reală, lumina vizibilă este o mică parte a familiei de radiații electromagnetice percepute de ochiul uman. Conține fotoni care se comportă atât ca o particulă, cât și ca o undă. Fotonii nu au dimensiune sau formă reală - pot fi doar creați sau distruși.

Acestea fiind spuse, lumina ar putea fi identificată ca un flux de fotoni. Cu cât aveți mai mulți fotoni, cu atât lumina percepută este mai strălucitoare. Reflexia are loc atunci când fotonii revin pe o suprafață. Refracția are loc atunci când fotonii – care călătoresc în linie dreaptă – trec printr-o substanță transparentă, iar linia este redirecționată sau „îndoită”. Fotonii distruși pot fi percepuți ca „absorbiți”.

Ray tracing în jocuri încearcă să imite modul în care funcționează lumina în lumea reală. Acesta urmărește calea luminii simulate urmărind milioane de fotoni virtuali. Cu cât lumina este mai strălucitoare, cu atât GPU-ul trebuie să calculeze mai mulți fotoni virtuali și cu atât va reflecta, refracta și împrăștia mai multe suprafețe.

Procesul nu este ceva nou. CGI a folosit ray tracing de zeci de ani, deși procesul a necesitat fermele de computere în primele zile pentru a genera un film complet, dat fiind că un singur cadru ar putea dura ore sau chiar zile pentru a se reda. Acum, PC-urile de acasă pot emula grafica cu trasare de raze în timp real, valorificând accelerația hardware și trucuri inteligente de iluminare pentru a limita numărul de raze la un număr ușor de gestionat.

Iată adevărata deschidere a ochilor: ca orice film sau emisiune TV, scenele din animația CGI sunt de obicei „filmate” folosind unghiuri diferite. Pentru fiecare cadru, puteți muta o cameră pentru a captura acțiunea, măriți, micșorați sau deplasați o zonă întreagă. Și ca și animația, trebuie să manipulați totul cadru cu cadru pentru a emula mișcarea. Pune toate filmările împreună și vei avea o poveste care curge.

În jocuri, controlezi o singură cameră care este mereu în mișcare și schimbă mereu punctul de vedere, mai ales în jocurile cu ritm rapid. Atât în ​​jocurile CGI, cât și cu urmărirea razelor, GPU-ul nu numai că trebuie să calculeze modul în care lumina reflectă și refractă în orice scenă dată, dar trebuie să calculeze și modul în care este capturată de obiectiv - punctul tău de vedere. Pentru jocuri, aceasta este o cantitate enormă de muncă de calcul pentru un singur computer sau consolă.

Din păcate, încă nu avem PC-uri la nivel de consumator care să poată reda cu adevărat grafica cu ray-tracing la rate de cadre ridicate. În schimb, acum avem hardware care poate trișa eficient.

Să devenim reali

Asemănarea fundamentală a ray tracing-ului cu viața reală îl face o tehnică de randare 3D extrem de realistă, chiar și făcând jocuri blocate precum Minecraft arata aproape foto-realist in conditiile potrivite. Există o singură problemă: este extrem de greu de simulat. Recrearea modului în care funcționează lumina în lumea reală este complicată și necesită resurse mari, necesitând mase de putere de calcul.

De aceea, opțiunile de ray-tracing existente în jocuri, cum ar fi ray-tracing-ul Nvidia bazat pe RTX, nu sunt adevărate. Nu sunt adevărate urmăriri de raze, prin care fiecare punct de lumină este simulat. În schimb, GPU-ul „trișează” utilizând mai multe aproximări inteligente pentru a oferi ceva aproape de același efect vizual, dar fără a fi la fel de taxat pe hardware.

Majoritatea jocurilor de ray tracing folosesc acum o combinație de tehnici tradiționale de iluminare, numite de obicei rasterizare și ray tracing pe suprafețe specifice, cum ar fi bălți reflectorizante și metale. Battlefield V este un mare exemplu în acest sens. Vedeți reflexia trupelor în apă, reflectarea terenului pe avioane și reflectarea exploziilor pe vopseaua unei mașini. Este posibil să afișați reflexii în motoarele 3D moderne, dar nu la nivelul de detaliu afișat în jocuri precum Battlefield V când ray tracing este activat.

Ray tracing poate fi, de asemenea, valorificat pentru umbre pentru a le face mai dinamice și mai realiste. Veți vedea că s-a folosit de mare efect în Shadow of the Tomb Raider.

Iluminarea cu trasare de raze poate crea umbre mult mai realiste în scenele întunecate și luminoase, cu margini mai moi și o definiție mai bună. A obține acel aspect fără ray tracing este extraordinar de greu. Dezvoltatorii îl pot falsifica doar prin utilizarea atentă și controlată a surselor de lumină statice prestabilite. Amplasarea tuturor acestor „lumini de scenă” ia mult de timp și efort - și chiar și atunci, rezultatul nu este tocmai corect.

Unele jocuri merg la tot felul și folosesc ray tracing pentru iluminarea globală, urmărind efectiv o întreagă scenă. Dar aceasta este cea mai costisitoare opțiune din punct de vedere computațional și are nevoie de cea mai puternică dintre plăcile grafice moderne pentru a rula eficient. Metro Exodus folosește această tehnică, deși implementarea nu este perfectă.

Din acest motiv, jumătățile de măsură, cum ar fi doar umbrele de urmărire a razelor sau suprafețele reflectorizante, sunt populare. Alte jocuri folosesc tehnologiile Nvidia, cum ar fi eliminarea zgomotului și Deep Learning Super Sampling pentru a îmbunătăți performanța și pentru a acoperi unele dintre sughițurile vizuale care apar ca urmare a redării mai puține raze decât ar fi necesar pentru a crea o scenă cu adevărat trasată de raze. Acestea sunt încă rezervate pentru capturi de ecran și filme pre-rendate, unde serverele de mare putere pot petrece zile întregi redând cadre unice.

Hardware-ul din spatele razelor

Pentru a gestiona chiar și aceste implementări relativ modeste de ray tracing, plăcile grafice din seria RTX 20 de la Nvidia au introdus hardware creat special pentru ray tracing.

Acum, toate cardurile RTX acceptă ray tracing, iar cele mai recente GPU-uri RTX din seria 40 au încă o modalitate de a înșela performanța. SER sau reordonarea execuției shaderului, este disponibil pe RTX 4090 și RTX 4080, iar Nvidia spune că poate crește performanța cu 25% în jocurile cu ray tracing. Funcționează prin reordonare atunci când instrucțiunile de ray tracing sunt procesate de GPU, optimizând sarcina pentru puterea de calcul disponibilă.

Deși primele zile ale ray tracing-ului au fost dificile, cardurile recente ale Nvidia au avut performanțe mult mai bune. Cu SER în următoarea generație, împreună cu DLSS 3, este posibil să vedem ray tracing care nu vă limitează rata de cadre.

Tracingul de raze Nvidia Cu toate acestea, metoda nu este singura opțiune disponibilă. Există, de asemenea, efecte de post-procesare pentru „urmărirea căii” Reshade, care oferă imagini comparabile, fără a avea același impact de performanță.

AMD are și acum opțiuni pentru ray tracing, despre care vom trece în continuare.

Îți vei dori în continuare un placă grafică puternică pentru ray tracing, indiferent de implementare, dar pe măsură ce tehnica se prinde de dezvoltatorii de jocuri, este posibil să vedem o gamă mai largă de hardware de suport la prețuri mult mai accesibile.

Dar AMD?

AMD s-a luptat în ultimii ani să livreze ray tracing accelerat de hardware, dar acest lucru s-a schimbat odată cu lansarea RX 6800, 6800 XT și 6900 XT. Aceste noi carduri oferă suport pentru ray tracing DirectX 12 și oferă performanțe excelente, chiar dacă AMD nu este chiar la nivelul Nvidia în departamentul de ray-tracing (citiți RX 6800 XT versus RTX 3080 și RX 6900 XT versus RTX 3090 comparații pentru mai multe).

Asta nu este o surpriză, având în vedere Arhitectura Big Navi alimentarea plăcilor RX 6000 de la AMD este o primă generație de accelerare a urmăririi razelor. Este aceeași arhitectură care alimentează imaginile din PlayStation 5 și Xbox Series X, oferind un nivel mai scăzut de performanță în general decât cardurile emblematice ale Nvidia. Cu toate acestea, deoarece ray tracing este o caracteristică remarcabilă pe consolele de nouă generație, ne așteptăm la o mai bună asistență și optimizări în viitor. În viitorul apropiat, vom vedea debutul AMD FidelityFX Super Rezoluție (FSR) pentru PC-uri de jocuri și, de asemenea cele mai recente versiuni ale Microsoft Xbox.

Cum poți vedea ray tracing acasă?

Veți avea nevoie de o placă grafică recentă - și scumpă - pentru a vedea ray tracing acasă. Urmărirea razelor accelerată de hardware este disponibilă numai pe GPU-urile Nvidia RTX sau pe GPU-urile din seria RX 6000 de la AMD. Cardurile GTX din seria 10 și seria 16 acceptă ray tracing, dar nu au nuclee RT pentru a o face confortabil jucabil.

Dacă vă așteptați să jucați la rezoluții de peste 1080p și cu rate de cadre de 60 fps sau mai mult, cel mai bun pariu este să profitați pentru o placă grafică de top. La 4K, RTX 3080 și RX 6800 XT sunt cardurile remarcabile, dar te poți descurca cu un RTX 3070 sau RX 6800 dacă sunteți dispus să treceți la 1440p în anumite titluri.

Există o selecție limitată de jocuri cu ray tracing, dar numărul este în creștere. Exemplele de top de ray tracing includ demonstrații RTX timpurii, cum ar fi Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider, și Metro Exodus. Jocuri mai recente ca Control și MechWarrior 5: Mercenaries arată, de asemenea, convingător. Rămâi în Lumină este un joc de groază indie creat folosind umbre și reflexii cu trasare de raze. Cel remasterizat Quake II cu RTX ray tracing este un alt exemplu fantastic.

Există mai puține jocuri de ray tracing pe piață, dar industria crește. La fel de PlayStation 5 și Xbox Series X începe publicitatea ray tracing, concurenții vor urma în curând. Jocul cu mai multe platforme Watch Dogs 2 este diferit de noul Watch Dogs: Legion, deoarece noul joc a inițiat ray tracing pentru a funcționa pe console și computere.

Încercați să utilizați Tracingul de ray Port Royal al UL Benchmark pentru a determina dacă computerul dvs. va funcționa cu ray tracing.

Recomandările editorilor

• Nici măcar partenerii Nvidia nu cred în noul RTX 4060 Ti
• RTX 4060 de la Nvidia ar putea să nu fie o astfel de dezamăgire până la urmă
• Cum să vă convertiți casetele VHS în DVD, Blu-ray sau digital
• AMD ar putea zdrobi Nvidia cu GPU-urile sale pentru laptop - dar este silentios pe partea desktop
• Nvidia RTX 4060 Ti vs. RTX 4070: compararea GPU-urilor medii ale Nvidia