Co je Ray Tracing a jak to funguje?

Pokud pravidelně hrajete videohry nebo jste sledovali animované filmy Pixar nebo Disney z posledních několika let, už jste viděli sledování paprsků v akci, aniž byste si to uvědomovali.

Tento výraz vyvolal v herním průmyslu v posledních dvou letech významný rozruch a je uváděn jako budoucnost grafiky v hraní. Co je tedy sledování paprsku, jak to funguje a proč je to tak důležité?

Co je Ray Tracing?

Ray tracing je metoda vykreslování grafiky, která pomocí algoritmů vypočítává, kde ve videohrách má být světlo a stíny.

Zde je místo, kde se hodí věda na základní škole: podívejte se na hrnek. Když se podíváte na hrnek, světlo se odráží od hrnečku přímo do vašeho oka a váš mozek chápe, že předmět, který sedí před vámi, je hrnek. Nyní z hrnku pohněte očima a najděte zdroj světla ve svém pokoji. To je sledování paprsku.

Ve 3D videohrách, které nyní máme, začíná algoritmus sledování paprsku z pohledu hráče a se vydává na „sledování“, identifikaci a mapování světla, barev a stínů více objektů na obrazovce.

Výsledkem je, že grafika vytvářená trasováním paprsků je po okrajích hladší a realističtější.

Před Ray Tracing

Pokud chcete vědět, jak vypadaly pohyblivé obrázky před sledováním paprsků, stačí se podívat na videohry vyrobené na počátku dvacátých let a porovnat je s tituly AAA videoher na trhu právě teď.

Tradiční počítačová grafika používá metodu zvanou rasterizace, kdy se koncepce a vykreslování 3D světelných zdrojů převádí na 2D povrch. 3D polygony jsou přeloženy do 2D pixelů, a to nemusí vždy dobře fungovat, protože v podstatě nutíte složitý objekt s mnoha povrchy na rovný povrch.

Kromě toho tradiční počítače prostě nebyly dostatečně rychlé, aby držely krok s intenzitou videoher. Ačkoli v rasterizaci bylo učiněno mnoho vylepšení, například pokud jde o představení intenzivní střílečky z pohledu první osoby, ve srovnání s trasováním paprsků zaostává.

Jak Ray Tracing funguje

Ray tracing zní jako koncept jednoduše a vzrušující, ale není to snadná technika. Jak tedy funguje sledování paprsku?

Ray tracing provádí proces zvaný „denoising“, kde jeho algoritmus, počínaje kamerou - z vašeho pohledu - sleduje a určuje nejdůležitější odstíny světla a stínů. Pomocí strojového učení „vyplňuje mezery“ a vytváří fotorealistický obraz.

Čím jasnější je scéna ve videohře, tím vyšší je kvalita grafiky a čím vyšší kvalita, tím dražší je. Tím se dostáváme k důvodu pozdního příchodu ray tracingu do odvětví videoher.

Proč se sledování paprsku tak dlouho vyhýbalo?

Měli byste vědět, že ani sledování paprsků není nová technika. Hollywood používá ray tracing dlouho předtím, než se tato technologie dostala do průmyslu videoher. Film Pixar z roku 2013, Monsters University, byl ve skutečnosti prvním animovaným filmem, který využíval technologii sledování paprsku pro veškeré osvětlení a stínování. Proč se ray tracing dostal do videoher tak pozdě?

Za prvé, z hlediska mechaniky je samotné sledování paprsku výpočetně náročné. Uplatnění technologie sledování paprsku na standardní 90minutový akční film s 24 snímky za sekundu je již velmi časově náročné. Animátoři mohou strávit dny nebo týdny pouze na jedné scéně, takže si jen představte, jak intenzivnější je sledování paprsků u standardní videohry, kde 60 běží na snímky za sekundu. Bylo to prostě nepraktické.

Dále, jak bylo uvedeno výše, sledování paprsků je nákladné. Kromě toho, že je časově náročný, nákladný rozpočet je důvodem, proč si v Raymově sledování paprsků mohly vždy dovolit pouze mega filmové produkční společnosti v Hollywoodu. Výroba Pixar's Monsters University stála 200 milionů $, stejně jako Toy Story 4, která byla vydána v roce 2019.

Zatímco moderní grafické karty s podporou sledování paprsků v reálném čase se pohybují od 400 do 3 000 dolarů.

Když se používá sledování paprsku

Sledování paprsků se ve videohrách používá téměř všude, ale zejména v cut scénách. Všimli jste si někdy, proč vaše postava vypadá živěji a sofistikovaněji během scén střihu videohry? To je sledování paprsků v akci. Hit AAA titulu Control z roku 2019 je nejlepším příkladem úspěšného sledování paprsku ve videohře.

Mimo videohry se ray tracing používá také v mnoha průmyslových odvětvích. V architektuře je ray tracing zabudován do softwarových aplikací pro 3D modelování budovy. Díky tomu je představa architekta o návrhu budovy realističtější než ručně nakreslené koncepční náčrtky a světlo modelování je přesnější. Ve strojírenství se pro podobné účely používá také sledování paprsku.

Vývojáři her a sledování paprsku

Po akvizici společnosti RayScale pro sledování paprsků v roce 2008 se Nvidia stala první v oboru, která komerčně zahájila sledování paprsků. V roce 2018 představila spotřebitelům grafické karty řady GeForce RTX. Od té doby se ke hře pro sledování paprsků jeden po druhém připojili i významní vývojáři her.

V roce 2019 společnost Epic Games and Utility Technologies oznámila, že jejich podpisové hardwarové moduly nyní nabízejí nativní podporu pro sledování paprsků. V roce 2018 společnost Microsoft integrovala sledování paprsků do DirectX 12, jeho klíčového softwaru pro multimédia a programování her pro Xbox One. Na začátku roku 2020 představil technický titan DirectX 12 Ultimate, upgrade na DirectX 12.

Pokud se chcete dozvědět více o sledování paprsků, podívejte se naše srovnání nejnovějších produktů Nvidia GeForce RTX. Pokud jste uživatelem systému Linux, podívejte se, jak různé GPU od Nvidia a AMD se hromadí na Linuxu.

Proč jsou grafické procesory řady Nvidia 30 lepší než AMD

Zdá se, že gigant grafických čipů Nvidia ovládne trh GPU s novou řadou karet GFX řady 30, které překonávají AMD.

Ray Tracing bude formovat budoucnost hraní

V podstatě to, co slibuje sledování paprsků, je vysoce kvalitní vizuální zážitek pro maximální zábavu. Ray tracing ve videohrách je stále velmi brzy, ale jeho vstup na trh představuje slibnou budoucnost pro miliardový průmysl.

Sedm nejlepších rozpočtových grafických karet pro levné hraní

Rozpočtové grafické karty jsou dnes velmi schopné. Zde jsou nejlepší levné grafické karty, které vám umožní hrát levně.

O autorovi