Mogućnosti RT-a u stvarnom vremenu ili Ray Tracing-a dižu prašinu otkako je Nvidia lansirala svoje RTX 20 serije RT-sposobne kartice 2018. godine. Ono što je započelo kao nešto više od jednostavnog trika postupno je napredovalo u značajke koje igrači sve više žele u novim igrama.

No Ray Tracing nije jedina mogućnost koja značajno pridonosi kvaliteti prikaza u igrama. Imamo još jednu mogućnost, koja možda nije toliko poznata, ali itekako pridonosi boljem izgledu igara. Radi se o Mogućnosti praćenja puta. O čemu se točno radi i ako je zašto je praćenje puta bolje od traženja zrakapročitajte u nastavku.

Rasterizacija, praćenje zraka i praćenje putanje

Tradicionalno, razvojni programeri koriste tehniku ​​koja se zove rasterizacija za prikaz vizualnih elemenata igre. Rasterizacija je prevođenje matematičkih vektorskih oblika u piksele ili točke kako bi se mogli vidjeti na računalnim monitorima i drugim zaslonima temeljenim na pikselima, za razliku od starijih CRT zaslona. Ali rasterizacija je bila prilično učinkovita u približavanju stvarnog ponašanja svjetla korištenjem “unaprijed renderirane” rasvjete sa statičnim izvorima svjetlosti.

Međutim, kako je rasla potražnja za foto-realističnim vizualnim prikazima u igrama, s tehnologijom koja ih je mogla prikazati, RT ili praćenje zraka u stvarnom vremenu konačno je postalo dostupno. Ali za razliku od rasterizacije, RT pokušava simulirati ponašanje svjetla u stvarnom svijetu u svakom okviru igre ili aplikacije. Kako se svjetlost može reflektirati, lomiti ili apsorbirati nakon interakcije s više objekata u stvarnosti, isto ponašanje svjetlosnih zraka izračunava se za svaki pojedinačni piksel okvira. Ovo je ekvivalentno izračunavanju ponašanja milijuna simuliranih zraka za samo jedan okvir. Zbog toga je RT tako računalno zahtjevan.

Praćenje zraka samo po sebi nije ništa novo. Razvijen 1969. godine, filmski studiji RT koriste u različitim stupnjevima od 1970-ih. Ali Hollywood ima luksuz “pre-renderiranja” svakog kadra filma pomoću “farmi za renderiranje” kojima su ponekad potrebni tjedni za renderiranje jedne RT scene.

RT u stvarnom vremenu u igrama je drugačiji jer treba izvršiti prilično složen izračun u okruženju koje se dinamički mijenja za svaki pojedini okvir. To je i razlog zašto većina igara s ovom mogućnošću, čak i kada koriste hardversko ubrzanje modernih grafičkih kartica, koriste samo jedan ili dva elementa praćenja zraka u kombinaciji s rasterizacijom, kao što su refleksije ili sjene koje su poboljšane Ray Tracingom.

Sada polako dolazimo do “Praćenje puta” ili praćenje ceste, ako to doslovno prevedemo na hrvatski. u svojoj srži, Path Tracing je zapravo samo modificirana verzija Ray Tracinga. Umjesto praćenja putanje svake pojedine svjetlosne zrake, bilo da se radi o primarnim ili reflektiranim (sekundarnim) zrakama, praćenje putanje samo izračunava najvjerojatniji put kojim bi svjetlost prošla da prođe kroz određenu scenu slike.

Zamišljen 1980-ih, Path Tracing zahtijeva složeniju matematiku koja uključuje više zraka za svaku pojedinačnu točku, ali u konačnici rezultira nižim hardverskim troškovima renderiranja, što znači da ga grafičke kartice mogu lakše renderirati. Postoje i druge varijante RT-a, kao što je fotonsko mapiranje, koje je razvijeno 2001., tehnika globalnog osvjetljenja u dva koraka.

Prvi korak koristi svjetlosne zrake kroz scenu za stvaranje fotonske mape koja sadrži podatke o boji i osvjetljenju, a drugi korak renderira scenu u stvarnom vremenu, koristeći prethodno obrađenu fotonsku mapu. Fotonsko preslikavanje može tehnički dodatno smanjiti troškove renderiranja, ali je prilično složeno i podložno nekim artefaktima kada je prisutan manje moćan hardver.

Praćenje putanje izgleda znatno bolje od praćenja zraka

Ako je praćenje putanje blizu praćenja zraka samo po izvedbi, zašto je bolje? Ne bi li rezultat trebao biti lošiji od RT-a?

Poanta je da situacija nikada nije crno-bijela, ima mnogo nijansi. Pokazalo se da PT ili Path Tracing, koji se ponekad naziva i Full Ray Tracing, daje realističnije osvjetljenje u igrama. Nedavne igre poput Alan Wake 2 pokazale su kako može izgledati Full Ray Tracing uz pomoć Path Tracinga. Path Tracing je čak implementiran u starije naslove kao što su Quake 2, Portal, The Elder Scrolls V: Skyrim i Half-Life, donoseći novi život i nove mogućnosti tim igrama.

Nadalje, PT može proizvesti realističnije osvjetljenje zbog većeg uzorka podataka kojima ima pristup. Za razliku od RT-a, PT ispaljuje više svjetlosnih zraka za svaku točku u sceni, stvarajući uzorak od nekoliko kako bi se postigao konačni rezultat. To omogućuje algoritmu, uz pomoć smanjenja buke zahvaljujući Nvidijinom DLSS-u, stvaranje bolje definiranih scena, odraza i površinskog osvjetljenja u igri.

Path Tracing je manje zahtjevan od Ray Tracinga i stoga je bolji za grafičke kartice

Unatoč složenijim izračunima, uklanjanju šuma i AI trikovima koji su uključeni u PT, ono što čini Path Tracing boljim uglavnom je to što troši manje resursa grafičke kartice. Barem u teoriji. Igre razvijene izvan kutije s mogućnostima praćenja putanje imale bi najviše koristi od ove značajke. No, nažalost, za mnoge igre PT je uveden postupno, tek kasnije s ažuriranjima igara, što znači da mnoge grafičke kartice nisu osjetile smanjenu potrošnju resursa. Čak ni Alan Wake 2, igra za koju Nvidia tvrdi da je “igra s potpunom podrškom za praćenje zraka”, ne koristi univerzalnu značajku Path Tracing. Ali čak i bez ovih dodatnih značajki, Alan Wake 2 je igra koja definitivno izgleda sjajno.

No, kako sada stvari stoje, mnoge igre koje koriste Ray i Path Tracing troše mnogo resursa, što znači da ako korisnik želi igrati igricu s tim mogućnostima, treba očekivati ​​drastičan pad broja sličica u sekundi, čak i ako njegovo računalo ima moćnu grafičku karticu. Nvidijina serija RTX 40 treba koristiti niz značajki umjetne inteligencije samo za renderiranje ovih igara na nižim razlučivostima i njihovo poboljšanje kako bi proizveli prihvatljive rezultate. Međutim, za nekoliko godina, kako se mogućnosti umjetne inteligencije sve više implementiraju u igrice, Ray i Path Tracing postat će sve “lakši” u smislu potrošnje resursa.

Praćenje putanje nije u biti nova tehnologija

Od 2000-ih filmski studiji kao što su Disney i Sony koriste tehnologiju Path Tracing za renderiranje animiranih filmova, kako bi postigli ono što se naziva “Full Path Tracing”. Ali ova je tehnologija stvorena 1980-ih.

Path Tracing nije radikalno nova tehnika za koju će trebati puno vremena da se primijeni na više igara i pristupačniji hardver. Dok se tvrtke poput Nvidije, AMD-a i Intela utrkuju u poboljšanju svojih grafičkih kartica i ulažu u napredne algoritme umjetne inteligencije, stvari će postati prevladavajuće u igrama, kao iu drugim medijima. Napredak grafičkih mogućnosti je iz godine u godinu sve vidljiviji. Kako vrijeme bude prolazilo, stvari kao što su Ray Tracing i Path Tracing nedvojbeno će postajati sve prisutnije ne samo u igrama, već iu drugim vrstama multimedijskog sadržaja.

S vremenom će se praćenje zraka, praćenje putanje i rasterizacija sve više koristiti zajedno u više igara i medija općenito.

Koliko god napredan i impresivan bio Path Tracing, još uvijek ne može učiniti sve kako treba. Ima još posla, a sam PT pokazuje određene nedostatke. Njegova najveća prednost pristupa većem broju podataka ujedno je i njegov najveći nedostatak. Ray Tracing je još uvijek bolji u slučajevima kada su dostupni podaci mali, kao što su mračne tamnice, ili u slučaju reflektirajućih i slomljenih površina, kao što su vodene površine ili staklo.

To je također razlog zašto bi Ray i Path Tracing mogli učiniti čuda ako bi se koristili zajedno u igrama, jer bi se nadopunjavali. Programeri će, kao i uvijek, vjerojatno koristiti kombinaciju tehnika renderiranja kako bi proizveli najrealističniju scenu u bilo kojoj situaciji. Iz tog razloga, možemo biti sigurni da ćemo kako vrijeme bude prolazilo vidjeti sve više igara koje neće imati samo opciju uključivanja Ray Tracinga u opcijama, već i igara koje će odmah imati i Ray Tracing i Path Tracing uključeno prema zadanim postavkama, te da ove dvije opcije, zajedno s rasterizacijom u igri, dovode do novih napretka u području grafičkih mogućnosti videoigara.

To će se posebno odnositi na igre koje će ili imati mogućnost izdavanja za Windows ili će biti objavljene samo na Windows računalima, s obzirom na to da su Windows računala i dalje hardverski daleko superiornija čak i od Playstation 5 i Xbox serije X.

Svakih nekoliko godina nova tehnologija dođe na naslovnice i podigne prašinu. Postoji nekoliko razloga za to, od kojih je najveći taj što svaka nova tehnologija obećava daljnje povećanje grafičke kvalitete igre. Prvo su to bili shaderi, zatim teselacija, zatim ray tracing, a sada path tracing. Ali te tehnologije također uzimaju veliki danak na performanse hardvera. ja

Ako smatrate da vaše trenutno računalo ne može iskoristiti ove nove tehnike igranja, možda ćete morati kupiti novu grafičku karticu, jer mnoge starije grafičke kartice, što znači modeli stariji od 2-3 godine, ne podržavaju Ray Tracing i drugu novu grafiku opcije.

Napisao: Alan Milić

Članak Zašto je Path Tracing bolji od Ray Tracinga za igre? prvi put se pojavio na PC CHIP-u.
pcchip.hr