Ray Tracing คืออะไร และจะเปลี่ยนเกมอย่างไร

Ray Tracing เป็นเทคนิคการจัดแสงที่ยกระดับความสมจริงให้กับเกม มันเลียนแบบวิธีการสะท้อนและหักเหของแสงในโลกแห่งความเป็นจริง ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่น่าเชื่อถือมากกว่าที่เห็นโดยทั่วไปโดยใช้แสงคงที่ในเกมแบบเดิมๆ แต่การติดตามรังสีคืออะไรกันแน่? และที่สำคัญกว่านั้นมันทำงานอย่างไร?

กราฟิกการ์ดที่ดีสามารถใช้ Ray Tracing เพื่อเพิ่มความสมจริงได้ แต่ GPU บางตัวอาจไม่รองรับเทคนิคนี้ อ่านเพื่อตัดสินใจว่า Ray Tracing นั้นจำเป็นต่อประสบการณ์การเล่นเกมของคุณหรือไม่ และมันเหมาะสมกับการใช้จ่ายหลายร้อยไปกับ GPU ที่อัปเกรดแล้วหรือไม่

โฟตอนเสมือน

เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบแสงที่ปฏิวัติวงการของ Ray Tracing ทำงานอย่างไร เราต้องถอยกลับและ ทำความเข้าใจวิธีการเรนเดอร์แสงของเกมก่อนหน้านี้ ตลอดจนสิ่งที่จำเป็นต้องจำลองเพื่อให้ภาพสมจริง ประสบการณ์.

เกมที่ไม่มี Ray Tracing จะอาศัยการจัดแสงแบบ “อบใน” แบบคงที่ นักพัฒนาวางแหล่งกำเนิดแสงไว้ในสภาพแวดล้อมที่ปล่อยแสงอย่างสม่ำเสมอในทุกมุมมองที่กำหนด ยิ่งไปกว่านั้น โมเดลเสมือนจริง เช่น NPC และอ็อบเจกต์ไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับโมเดลอื่นๆ ทำให้ GPU ต้องคำนวณพฤติกรรมของแสงในระหว่างกระบวนการเรนเดอร์ พื้นผิวพื้นผิวสามารถสะท้อนแสงเพื่อเลียนแบบความแวววาวได้ แต่จะมีเพียงแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งที่อยู่นิ่งเท่านั้น เอามาเปรียบเทียบ สะท้อนเข้า จีทีเอ วีด้านล่างเป็นตัวอย่าง

โดยรวมแล้ว วิวัฒนาการของ GPU ช่วยให้กระบวนการนี้ดูเหมือนจริงมากขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่เกมยังคงไม่สมจริงในแง่ของการสะท้อน การหักเหของแสง และภาพรวมในโลกแห่งความจริง แสงสว่าง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ GPU ต้องการความสามารถในการติดตามรังสีของแสงเสมือน

ในโลกแห่งความเป็นจริง แสงที่มองเห็นเป็นส่วนเล็กๆ ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตามนุษย์รับรู้ ประกอบด้วยโฟตอนที่ทำหน้าที่เป็นทั้งอนุภาคและคลื่น โฟตอนไม่มีขนาดหรือรูปร่างที่แท้จริง - สามารถสร้างหรือทำลายได้เท่านั้น

ที่กล่าวว่าแสงสามารถระบุได้ว่าเป็นกระแสของโฟตอน ยิ่งคุณมีโฟตอนมากเท่าใด แสงที่รับรู้ได้ก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น การสะท้อนเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนกระเด็นออกจากพื้นผิว การหักเหเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนซึ่งเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านสารโปร่งใสและเส้นเปลี่ยนทิศทางหรือ "งอ" โฟตอนที่ถูกทำลายสามารถรับรู้ได้ว่าถูก "ดูดกลืน"

Ray Tracing ในเกมพยายามเลียนแบบการทำงานของแสงในโลกแห่งความเป็นจริง ติดตามเส้นทางของแสงจำลองโดยติดตามโฟตอนเสมือนนับล้าน ยิ่งแสงสว่างมากเท่าใด โฟตอนเสมือนที่ GPU จะต้องคำนวณก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และพื้นผิวก็จะยิ่งสะท้อน หักเห และกระจายออกไปมากขึ้นเท่านั้น

กระบวนการนี้ไม่ใช่สิ่งใหม่ CGI ใช้ Ray Tracing มานานหลายทศวรรษ แม้ว่ากระบวนการนี้ต้องใช้คอมพิวเตอร์หลายเครื่องในยุคแรก ๆ เพื่อสร้างภาพยนตร์ทั้งเรื่อง แต่เนื่องจากเฟรมเดียวอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวันในการเรนเดอร์ ตอนนี้ พีซีตามบ้านสามารถเลียนแบบกราฟิกที่ติดตามด้วยรังสีแบบเรียลไทม์ โดยใช้ประโยชน์จากการเร่งฮาร์ดแวร์และเทคนิคการจัดแสงอันชาญฉลาดเพื่อจำกัดจำนวนรังสีให้อยู่ในจำนวนที่จัดการได้

นี่คือสิ่งที่เปิดโลกทัศน์อย่างแท้จริง: เช่นเดียวกับภาพยนตร์หรือรายการทีวีทั่วไป ฉากในแอนิเมชัน CGI มักจะถูก "ถ่าย" โดยใช้มุมที่แตกต่างกัน สำหรับแต่ละเฟรม คุณสามารถเลื่อนกล้องเพื่อจับภาพการกระทำ ซูมเข้า ซูมออก หรือแพนพื้นที่ทั้งหมด และเช่นเดียวกับแอนิเมชั่น คุณต้องจัดการทุกอย่างแบบเฟรมต่อเฟรมเพื่อเลียนแบบการเคลื่อนไหว รวบรวมฟุตเทจทั้งหมดเข้าด้วยกัน แล้วคุณจะมีเรื่องราวที่ลื่นไหล

ในเกม คุณจะควบคุมกล้องตัวเดียวที่เคลื่อนไหวตลอดเวลาและเปลี่ยนมุมมองอยู่เสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเกมที่ดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ในเกมทั้งที่ใช้ CGI และ Ray Traced GPU ไม่เพียงแต่ต้องคำนวณว่าแสงสะท้อนและหักเหอย่างไรในฉากใดๆ ก็ตาม แต่ยังต้องคำนวณวิธีที่เลนส์จับภาพได้ด้วย ซึ่งเป็นมุมมองของคุณ สำหรับเกม นั่นเป็นงานคอมพิวเตอร์จำนวนมหาศาลสำหรับพีซีหรือคอนโซลเครื่องเดียว

น่าเสียดายที่เรายังไม่มีพีซีระดับผู้บริโภคที่สามารถเรนเดอร์กราฟิกแบบ ray-traced ที่อัตราเฟรมสูงได้อย่างแท้จริง แต่ตอนนี้เรามีฮาร์ดแวร์ที่สามารถโกงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

มาเริ่มกันเลย

ความคล้ายคลึงพื้นฐานของ Ray Tracing กับชีวิตจริงทำให้มันกลายเป็นเทคนิคการเรนเดอร์ 3 มิติที่สมจริงอย่างยิ่ง แม้แต่การสร้างเกมบล็อกอย่างเช่น มายคราฟ ดูใกล้เคียงกับภาพถ่ายจริงในสภาพที่เหมาะสม มีเพียงปัญหาเดียว: มันยากมากที่จะจำลอง การสร้างวิธีการทำงานของแสงในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นซับซ้อนและใช้ทรัพยากรมาก ซึ่งต้องใช้พลังการประมวลผลจำนวนมาก

นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวเลือก Ray Tracing ที่มีอยู่ในเกม เช่น Ray Tracing ที่ขับเคลื่อนด้วย RTX ของ Nvidia จึงไม่เป็นจริง พวกมันไม่ใช่ Ray Tracing ที่แท้จริง โดยจำลองทุกจุดของแสง ในทางกลับกัน GPU "โกง" โดยใช้การประมาณอัจฉริยะหลายอย่างเพื่อให้ได้สิ่งที่ใกล้เคียงกับเอฟเฟ็กต์ภาพเดียวกัน แต่ไม่ต้องเสียภาษีกับฮาร์ดแวร์

เกม Ray Tracing ส่วนใหญ่ใช้การผสมผสานระหว่างเทคนิคการให้แสงแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปเรียกว่า แรสเตอร์ไรเซชัน และ Ray Tracing บนพื้นผิวเฉพาะ เช่น แอ่งน้ำสะท้อนแสงและงานโลหะ สนามรบ V เป็นตัวอย่างที่ดีในเรื่องนั้น. คุณเห็นภาพสะท้อนของทหารในน้ำ ภาพสะท้อนของภูมิประเทศบนเครื่องบิน และภาพสะท้อนของการระเบิดบนสีรถ เป็นไปได้ที่จะแสดงภาพสะท้อนในเอนจิ้น 3D สมัยใหม่ แต่ไม่ใช่ในระดับรายละเอียดที่แสดงในเกมเช่น สนามรบ V เมื่อเปิดใช้ Ray Tracing

นอกจากนี้ Ray Tracing ยังสามารถนำไปใช้กับเงาเพื่อให้ดูมีไดนามิกและสมจริงยิ่งขึ้น คุณจะเห็นที่เคยให้ผลดีใน เงาของ Tomb Raider.

การจัดแสงแบบ Ray Traced สามารถสร้างเงาที่สมจริงมากขึ้นในฉากที่มืดและสว่าง พร้อมขอบที่นุ่มนวลและความคมชัดที่มากขึ้น การได้ลุคนั้นมาโดยไม่ใช้ Ray Tracing นั้นยากเป็นพิเศษ นักพัฒนาสามารถปลอมแปลงได้โดยการใช้แหล่งกำเนิดแสงคงที่และตั้งค่าล่วงหน้าอย่างระมัดระวังและควบคุมเท่านั้น การวาง "ไฟเวที" ทั้งหมดเหล่านี้ มาก ของเวลาและความพยายาม — และถึงอย่างนั้น ผลลัพธ์ก็ยังไม่ถูกต้องเสียทีเดียว

เกมบางเกมใช้การไล่ตามรังสีเพื่อส่องสว่างทั่วโลก รังสีติดตามทั้งฉากอย่างมีประสิทธิภาพ แต่นั่นเป็นตัวเลือกที่แพงที่สุดในการคำนวณ และต้องการกราฟิกการ์ดสมัยใหม่ที่ทรงพลังที่สุดเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมโทรเอ็กโซดัส ใช้เทคนิคนี้แม้ว่าการใช้งานจะไม่สมบูรณ์แบบ.

ด้วยเหตุนี้ การวัดแบบครึ่งเดียว เช่น เงาสะท้อนรังสีหรือพื้นผิวสะท้อนแสงจึงเป็นที่นิยม เกมอื่นๆ ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีของ Nvidia เช่น denoising และ การสุ่มตัวอย่างการเรียนรู้เชิงลึก เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและปกปิดการสะดุดของภาพบางส่วนที่เกิดขึ้นจากการแสดงรังสีน้อยกว่าที่จำเป็นในการสร้างฉากที่ติดตามรังสีอย่างแท้จริง สิ่งเหล่านี้ยังคงสงวนไว้สำหรับภาพหน้าจอและภาพยนตร์ที่แสดงผลล่วงหน้า ซึ่งเซิร์ฟเวอร์ที่มีกำลังสูงสามารถใช้เวลาหลายวันในการเรนเดอร์เฟรมเดียว

ฮาร์ดแวร์ที่อยู่เบื้องหลังรังสี

เพื่อรองรับการใช้งาน Ray Tracing ที่ค่อนข้างเรียบง่าย การ์ดกราฟิก RTX 20-series ของ Nvidia ได้แนะนำฮาร์ดแวร์ที่สร้างขึ้นมาโดยเฉพาะสำหรับ Ray Tracing

ตอนนี้การ์ด RTX ทั้งหมดรองรับ Ray Tracing และ GPU ซีรีส์ RTX 40 ล่าสุดยังมีอีกวิธีหนึ่งในการโกงประสิทธิภาพ SER หรือ Shader Execution Reordering, มีจำหน่ายที่ อาร์ทีเอ็กซ์ 4090 และ RTX 4080 และ Nvidia กล่าวว่าสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 25% ในเกมที่มี ray tracing ทำงานโดยจัดลำดับใหม่เมื่อ GPU ประมวลผลคำสั่ง Ray Tracing เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพงานสำหรับพลังการคำนวณที่มีอยู่

แม้ว่าช่วงแรก ๆ ของ Ray Tracing จะไม่ค่อยดีนัก แต่การ์ดล่าสุดของ Nvidia ก็ทำงานได้ดีขึ้นมาก ด้วย SER ในเจเนอเรชันถัดไปพร้อมกับ DLSS 3 เราอาจเห็น Ray Tracing ที่ไม่ได้เพิ่มอัตราเฟรมของคุณ

การติดตามรังสีของ Nvidia วิธีการนี้ไม่ใช่ตัวเลือกเดียวที่มีให้ นอกจากนี้ยังมีเอฟเฟ็กต์หลังการประมวลผล Reshade "การติดตามเส้นทาง" ที่ให้ภาพที่เปรียบเทียบได้โดยไม่มีสิ่งใดที่เหมือนกับประสิทธิภาพการทำงานแบบเดียวกัน

AMD มีตัวเลือกสำหรับ Ray Tracing ด้วยเช่นกัน ซึ่งเราจะพูดถึงต่อไป

คุณจะยังต้องการ กราฟิกการ์ดที่ทรงพลัง สำหรับ Ray Tracing ไม่ว่าจะนำไปใช้งานใดก็ตาม แต่เมื่อเทคนิคนี้ได้รับความสนใจจากนักพัฒนาเกม เราอาจเห็นฮาร์ดแวร์ที่รองรับที่หลากหลายขึ้นในราคาที่จับต้องได้

แล้วเอเอ็มดีล่ะ?

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา AMD ได้ประสบปัญหาในการนำเสนอ Ray Tracing ที่เร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์ แต่นั่นก็เปลี่ยนไปด้วยการเปิดตัว RX 6800, 6800 XT และ 6900 XT การ์ดใหม่เหล่านี้รองรับ DirectX 12 ray tracing และให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม แม้ว่า AMD จะไม่ได้อยู่ในระดับเดียวกับ Nvidia ในแผนก ray-tracing (อ่านของเรา RX 6800 XT กับ RTX 3080 และ RX 6900 XT กับ RTX 3090 เปรียบเทียบเพิ่มเติม)

นั่นแทบจะไม่แปลกใจเลยเมื่อพิจารณาจาก สถาปัตยกรรม Navi ขนาดใหญ่ การจ่ายไฟให้กับการ์ด RX 6000 ของ AMD ถือเป็นการเร่งความเร็วการติดตามด้วยรังสีรุ่นแรก เป็นสถาปัตยกรรมแบบเดียวกับที่ขับเคลื่อนภาพใน PlayStation 5 และ Xbox Series Xซึ่งจัดไว้สำหรับระดับประสิทธิภาพโดยรวมที่ต่ำกว่าการ์ดเรือธงของ Nvidia อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Ray Tracing เป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นในคอนโซลรุ่นถัดไป เราจึงคาดหวังการสนับสนุนและการเพิ่มประสิทธิภาพที่ดีกว่าในอนาคต ในอนาคตอันใกล้นี้เราจะได้เห็นการเปิดตัวของ AMD FidelityFX ความละเอียดสูงสุด (FSR) สำหรับพีซีสำหรับเล่นเกมและ Microsoft Xbox เวอร์ชันล่าสุด.

คุณจะเห็น Ray Tracing ที่บ้านได้อย่างไร

คุณต้องใช้การ์ดกราฟิกรุ่นล่าสุดและมีราคาแพงเพื่อดู Ray Tracing ที่บ้าน Ray Tracing ที่เร่งด้วยฮาร์ดแวร์มีเฉพาะใน Nvidia RTX GPUs หรือ AMD RX 6000-series GPUs การ์ด GTX 10-series และ 16-series รองรับ ray tracing แต่ไม่มีแกน RT เพื่อให้ใช้งานได้อย่างสะดวกสบาย เล่นได้

หากคุณคาดว่าจะเล่นที่ความละเอียดสูงกว่า 1080p และมีอัตราเฟรม 60 fps ขึ้นไป ทางออกที่ดีที่สุดของคุณคือซื้อกราฟิกการ์ดระดับท็อป ที่ 4K, RTX 3080 และ RX 6800 XT เป็นการ์ดที่โดดเด่น แต่คุณสามารถทำได้ด้วย RTX 3070 หรือ RX 6800 หากคุณยินดีที่จะเปลี่ยนเป็น 1440p ในบางเนื้อหา

มีให้เลือกจำกัด ของเกมที่เปิดใช้งาน ray tracing แต่มีจำนวนเพิ่มขึ้น ตัวอย่างยอดนิยมของ Ray Tracing ได้แก่ การสาธิต RTX รุ่นแรก เช่น สนามรบ V, เงาของ Tomb Raider, และ เมโทรเอ็กโซดัส. เกมล่าสุดเช่น ควบคุม และ MechWarrior 5: ทหารรับจ้าง ยังดูน่าค้นหาอีกด้วย อยู่ในแสงสว่าง เป็นเกมสยองขวัญอินดี้ที่สร้างขึ้นโดยใช้เงาและการสะท้อนแสงแบบเรย์เทรซ มาสเตอร์ แผ่นดินไหว II ด้วย RTX raytracing เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างที่ยอดเยี่ยม

มีเกม Ray Tracing น้อยลงในตลาด แต่อุตสาหกรรมเติบโตขึ้น เช่น เพลย์สเตชัน 5 และ เอกซ์บอกซ์ ซีรีส์ เอ็กซ์ เริ่มโฆษณา ray tracing คู่แข่งจะตามมาในไม่ช้า เกมหลายแพลตฟอร์ม ดูสุนัข 2 แตกต่างจากของใหม่ วอทช์ ด็อกส์: ลีเจียนเนื่องจากเกมใหม่ได้เริ่มใช้ Ray Tracing เพื่อทำงานบนคอนโซลและคอมพิวเตอร์

ลองใช้ Port Royal raytracing ของ UL Benchmark เพื่อตรวจสอบว่าพีซีของคุณทำงานร่วมกับ Ray Tracing ได้หรือไม่

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• แม้แต่พันธมิตรของ Nvidia ก็ไม่เชื่อใน RTX 4060 Ti ใหม่
• RTX 4060 ของ Nvidia อาจไม่น่าผิดหวัง
• วิธีแปลงเทป VHS เป็น DVD, Blu-ray หรือดิจิตอล
• AMD อาจบดขยี้ Nvidia ด้วย GPU ของแล็ปท็อป — แต่มันเงียบที่ด้านหน้าเดสก์ท็อป
• Nvidia RTX 4060 Ti เทียบกับ RTX 4070: เปรียบเทียบ GPU ระดับกลางของ Nvidia