Kaj je sledenje žarkom in kako bo spremenilo igre?

Sledenje žarkom je tehnika osvetlitve, ki igram prinaša dodatno raven realizma. Posnema način, kako se svetloba odbija in lomi v resničnem svetu, s čimer zagotavlja bolj verodostojno okolje od tistega, ki ga običajno vidimo pri uporabi statične osvetlitve v bolj tradicionalnih igrah. Toda kaj natančno je sledenje žarkom? In še pomembneje, kako deluje?

Dobra grafična kartica lahko uporablja sledenje žarkom za izboljšanje potopitve, vendar vsi grafični procesorji ne zmorejo te tehnike. Berite naprej, da se odločite, ali je sledenje žarkom bistvenega pomena za vašo igralno izkušnjo in ali upravičuje porabo na stotine za nadgrajen GPE.

Virtualni fotoni

Da bi razumeli, kako deluje revolucionarni sistem osvetlitve sledenja žarkom, se moramo umakniti in razumeti, kako so igre prej upodabljale svetlobo, pa tudi, kaj je treba posnemati za fotorealistično izkušnje.

Igre brez sledenja žarkom se zanašajo na statično "zapečeno" osvetlitev. Razvijalci postavijo svetlobne vire v okolje, ki enakomerno oddaja svetlobo v katerem koli pogledu. Poleg tega virtualni modeli, kot so NPC-ji in predmeti, ne vsebujejo nobenih informacij o nobenem drugem modelu, kar zahteva, da GPE med postopkom upodabljanja izračuna obnašanje svetlobe. Površinske teksture lahko odbijajo svetlobo, da posnemajo sijaj, vendar le svetlobo, ki jo oddaja statični vir. Vzemite primerjavo razmišljanja v GTA Vspodaj kot primer.

Na splošno je razvoj grafičnega procesorja pomagal, da je ta proces z leti postal bolj realističen, vendar igre še vedno niso fotorealistične v smislu odbojev iz resničnega sveta, lomov in splošnega osvetlitev. Da bi to dosegel, GPE potrebuje sposobnost sledenja navideznim žarkom svetlobe.

V resničnem svetu je vidna svetloba majhen del družine elektromagnetnega sevanja, ki ga zaznava človeško oko. Vsebuje fotone, ki se obnašajo kot delci in valovi. Fotoni nimajo prave velikosti ali oblike - lahko jih le ustvarimo ali uničimo.

Kljub temu bi lahko svetlobo prepoznali kot tok fotonov. Več kot imate fotonov, svetlejša je zaznana svetloba. Do odboja pride, ko se fotoni odbijejo od površine. Do loma pride, ko fotoni - ki potujejo v ravni črti - preidejo skozi prozorno snov in se linija preusmeri ali "upogne". Uničene fotone je mogoče zaznati kot "absorbirane".

Sledenje žarkom v igrah poskuša posnemati način delovanja svetlobe v resničnem svetu. Sledi poti simulirane svetlobe s sledenjem milijonom virtualnih fotonov. Svetlejša ko je svetloba, več navideznih fotonov mora GPE izračunati in več površin bo odbijalo, lomilo in razpršilo.

Postopek ni nič novega. CGI že desetletja uporablja sledenje žarkom, čeprav je postopek v zgodnjih dneh zahteval farme računalnikov za ustvarjanje celotnega filma, glede na to, da je upodabljanje posameznega okvirja trajalo ure ali celo dni. Zdaj lahko domači osebni računalniki posnemajo grafiko s sledenjem žarkom v realnem času, pri čemer uporabljajo strojno pospeševanje in pametne trike osvetlitve, da omejijo število žarkov na obvladljivo število.

Tukaj je pravo odpiranje oči: kot vsak film ali TV-oddaja so prizori v animaciji CGI običajno "posneti" z različnimi koti. Za vsak okvir lahko premaknete kamero, da posnamete dogajanje, povečate, pomanjšate ali premikate celotno območje. In tako kot pri animaciji, morate vse manipulirati po sličicah, da posnemate gibanje. Združite vse posnetke in dobili boste tekočo zgodbo.

V igrah upravljate eno kamero, ki je vedno v gibanju in vedno spreminja zorno kot, zlasti v hitrih igrah. Tako v igrah CGI kot v igrah s sledenjem žarkom mora grafični procesor ne le izračunati, kako se svetloba odbija in lomi v katerem koli prizoru, ampak mora izračunati tudi, kako jo ujame leča – vaše gledišče. Za igre je to ogromna količina računalniškega dela za en sam računalnik ali konzolo.

Na žalost še vedno nimamo osebnih računalnikov na ravni potrošnikov, ki bi lahko resnično upodabljali grafiko s sledenjem žarkom pri visokih hitrostih sličic. Namesto tega imamo zdaj strojno opremo, ki lahko učinkovito goljufa.

Bodimo resnični

Zaradi temeljne podobnosti sledenja žarkom z resničnim življenjem je to izjemno realistična tehnika 3D-upodabljanja, ki celo ustvarja kockaste igre, kot je Minecraft videti skoraj fotorealistično v pravih pogojih. Obstaja le ena težava: zelo težko ga je simulirati. Ponovno ustvarjanje delovanja svetlobe v resničnem svetu je zapleteno in zahteva veliko virov ter ogromno računalniške moči.

Zato obstoječe možnosti sledenja žarkom v igrah, kot je Nvidijino sledenje žarkom, ki ga poganja RTX, niso resnične. Niso pravo sledenje žarkom, pri katerem se simulira vsaka točka svetlobe. Namesto tega grafična procesorska enota »goljufa« z uporabo več pametnih približkov, da zagotovi nekaj, kar je blizu istemu vizualnemu učinku, vendar ne obremenjuje strojne opreme.

Večina iger s sledenjem žarkom zdaj uporablja kombinacijo tradicionalnih tehnik osvetljevanja, ki se običajno imenujejo rasterizacija, in sledenje žarkom na določenih površinah, kot so odsevne luže in kovine. Battlefield V je odličen primer tega. Vidite odsev vojakov v vodi, odsev terena na letalih in odsev eksplozij na barvi avtomobila. V sodobnih 3D motorjih je mogoče prikazati odseve, vendar ne na ravni podrobnosti, ki je prikazana v igrah, kot je Battlefield V ko je omogočeno sledenje žarkom.

Sledenje žarkom lahko uporabite tudi za sence, da postanejo bolj dinamične in realistične. Videli boste, da je to imelo velik učinek Shadow of the Tomb Raider.

Osvetlitev s sledjo žarkov lahko ustvari veliko bolj realistične sence v temnih in svetlih prizorih z mehkejšimi robovi in ​​večjo ločljivostjo. Doseganje tega videza brez sledenja žarkom je izredno težko. Razvijalci ga lahko ponaredijo samo s skrbno, nadzorovano uporabo prednastavljenih statičnih svetlobnih virov. Postavitev vseh teh "odrskih luči" traja veliko časa in truda - in tudi takrat rezultat ni povsem pravi.

Nekatere igre gredo v celoti in uporabljajo sledenje žarkom za globalno osvetlitev, s čimer učinkovito sledijo žarkom celotne scene. Toda to je računalniško najdražja možnost in za učinkovito delovanje potrebuje najzmogljivejšo med sodobnimi grafičnimi karticami. Metro Exodus uporablja to tehniko, čeprav izvedba ni popolna.

Zaradi tega so priljubljeni polovični ukrepi, kot so le sence za sledenje žarkom ali odsevne površine. Druge igre uporabljajo tehnologije Nvidia, kot sta denoising in Super vzorčenje globokega učenja za izboljšanje zmogljivosti in prikrivanje nekaterih vizualnih napak, ki nastanejo zaradi upodabljanja manj žarkov, kot bi bilo potrebno za ustvarjanje prizora z resnično sledjo žarkov. Ti so še vedno rezervirani za vnaprej upodobljene posnetke zaslona in filme, kjer lahko visoko zmogljivi strežniki porabijo dneve za upodabljanje posameznih okvirjev.

Strojna oprema za žarki

Za obvladovanje celo teh sorazmerno skromnih izvedb sledenja žarkom so Nvidijine grafične kartice serije RTX 20 uvedle strojno opremo, izdelano posebej za sledenje žarkom.

Zdaj vse kartice RTX podpirajo sledenje žarkom, najnovejši grafični procesorji serije RTX 40 pa imajo še en način za prevara zmogljivosti. SER ali Shader Execution Reordering, je na voljo na RTX 4090 in RTX 4080, Nvidia pa pravi, da lahko poveča zmogljivost za 25 % v igrah s sledenjem žarkom. Deluje tako, da preureja, ko GPE obdela navodila za sledenje žarkom, kar optimizira nalogo glede na razpoložljivo računalniško moč.

Čeprav so bili prvi dnevi sledenja žarkom težki, so bile Nvidijine nedavne kartice veliko boljše. S SER v naslednji generaciji, skupaj z DLSS 3, bomo morda opazili sledenje žarkom, ki ne podpira vaše hitrosti sličic.

Nvidijino sledenje žarkom metoda pa ni edina razpoložljiva možnost. Obstajajo tudi učinki naknadne obdelave »sledenja poti« Reshade, ki zagotavljajo primerljive vizualne podobe brez enakega zadetka v zmogljivosti.

AMD ima zdaj tudi možnosti za sledenje žarkom, ki jih bomo obravnavali naslednjič.

Še vedno boste želeli a zmogljiva grafična kartica za sledenje žarkom ne glede na izvedbo, toda ko se tehnika razvija pri razvijalcih iger, bomo morda videli širši nabor podporne strojne opreme po veliko bolj dostopnih cenah.

Kaj pa AMD?

AMD se je v zadnjih nekaj letih trudil zagotoviti strojno pospešeno sledenje žarkom, vendar se je to spremenilo z lansiranjem RX 6800, 6800 XT in 6900 XT. Te nove kartice imajo podporo za sledenje žarkom DirectX 12 in zagotavljajo odlično zmogljivost, tudi če AMD ni ravno na Nvidijini ravni v oddelku za sledenje žarkom (preberite naše RX 6800 XT proti RTX 3080 in RX 6900 XT proti RTX 3090 primerjave za več).

To ni presenetljivo, glede na Velika Navi arhitektura napajanje AMD-jevih kartic RX 6000 je v bistvu prva generacija pospeševanja sledenja žarkom. To je ista arhitektura, ki poganja vizualne elemente v PlayStation 5 in Xbox Series X, ki na splošno zagotavlja nižjo stopnjo zmogljivosti kot Nvidijine vodilne kartice. Ker pa je sledenje žarkom izstopajoča funkcija na konzolah naslednje generacije, pričakujemo boljšo podporo in optimizacije v prihodnje. V bližnji prihodnosti bomo videli prvenec AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) za igralne računalnike in tudi najnovejše različice Microsoft Xbox.

Kako si lahko ogledate sledenje žarkom doma?

Za ogled sledenja žarkom doma potrebujete najnovejšo – in drago – grafično kartico. Strojno pospešeno sledenje žarkom je na voljo samo na grafičnih procesorjih Nvidia RTX ali na AMD-jevih grafičnih procesorjih serije RX 6000. Kartice serije GTX 10 in 16 podpirajo sledenje žarkom, vendar nimajo jeder RT, da bi bilo udobno predvajati.

Če pričakujete, da boste igrali pri ločljivosti nad 1080p in s hitrostjo sličic 60 sličic na sekundo ali več, je najbolje, da se odločite za vrhunsko grafično kartico. Pri 4K sta RTX 3080 in RX 6800 XT izstopajoči kartici, vendar lahko preživite z RTX 3070 ali RX 6800 če ste pripravljeni preiti na 1440p v določenih naslovih.

Izbira je omejena iger, ki podpirajo sledenje žarkom, vendar število narašča. Najboljši primeri sledenja žarkom vključujejo zgodnje predstavitve RTX, npr Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider, in Metro Exodus. Novejše igre, kot so Nadzor in MechWarrior 5: Plačanci tudi videti prepričljivo. Ostanite v Luči je neodvisna grozljivka, zgrajena z uporabo senc in odsevov s sledjo žarkov. Prenovljeno Potres II s sledenjem žarkom RTX je še en fantastičen primer.

Na trgu je manj iger za sledenje žarkom, a industrija raste. Kot PlayStation 5 in Xbox Series X začeli oglaševati sledenje žarkom, bodo kmalu sledili konkurenti. Igra za več platform Watch Dogs 2 je drugačen od novega Watch Dogs: Legion, saj je nova igra sprožila sledenje žarkom za delo na konzolah in računalnikih.

Poskusite uporabiti UL Benchmark's Port Royal sledenje žarkom da ugotovite, ali bo vaš računalnik deloval s sledenjem žarkom.

Priporočila urednikov

• Tudi Nvidijini partnerji ne verjamejo v novo RTX 4060 Ti
• Nvidijin RTX 4060 morda vendarle ni tako razočaranje
• Kako pretvoriti vaše kasete VHS v DVD, Blu-ray ali digitalno
• AMD bi lahko zdrobil Nvidio s svojimi grafičnimi procesorji za prenosnike - vendar je na sprednji strani namizja tih
• Nvidia RTX 4060 Ti proti. RTX 4070: primerjava grafičnih procesorjev srednjega razreda Nvidia